一种船用前钩桨的制作方法

1.本技术涉及船用设备技术领域，尤其是涉及一种船用前钩桨。


背景技术：

2.现有技术的船用螺旋桨连接一桨榖，螺旋桨包括桨叶和桨毂，桨毂通过键槽或无键油压连接螺旋桨榖。螺旋桨轴通过法兰和柴油机飞轮端连接，柴油机旋转带动螺旋桨轴旋转，进而带动螺旋桨的桨毂和桨叶转动。
3.螺旋桨是船舶的重要部件，船舶靠螺旋桨与水流的作用力和反作用力推动前进。螺旋桨转动产生的动能主要用在使水流产生轴向和切向的速度，然而，水流在切向获得的动能对船舶来说是无用的。而螺旋桨产生的动能会有部分转换成水流在切向的动能。因此，需要对现有螺旋桨进行改进，使螺旋桨在转动时，部分桨叶扭转向径向的水流会平滑的改变水流方向，向轴向流去，从而有效地增加螺旋桨的推力。本技术具体涉及的是前钩桨，前钩桨为螺旋桨的一种，其特点是桨叶的叶梢部向船前/船头方向折弯。
4.中国专利申请“船用螺旋桨”，申请号：dn201320636943.4，公开了包括桨叶，所述桨叶的叶梢部向船头方向折弯并延伸形成导流边；当螺旋桨在转动时，部分桨叶扭转向径向的水流会通过叶梢部折弯处的圆弧平滑过渡结构和导流边平滑的改变水流方向，向轴向流去，使水流在切向的部分动能转化成轴向的动能，从而有效地增加螺旋桨的推力。
5.但上述船用螺旋桨的结构仍然存在改进空间，进而达到更高的能效。


技术实现要素：

6.本技术所要解决的技术问题是提供一种船用前钩桨，有效增加了螺旋桨实际作用的直径，增加效率；增加叶稍部位的压力差，从而提升螺旋桨升力。
7.本技术采用的技术方案为：一种船用前钩桨，包括桨榖，所述的桨榖外周面分布有3～9片桨叶；在桨叶切面中：在距离旋转轴线1.0r处的桨叶截面的中心点与螺旋桨中心点的连线、桨叶参考线之间的夹角为0～16
°
；在桨叶切面中：桨叶截面中心线上包括弯折点，从叶根至弯折点桨叶截面中心线向船后弯曲倾斜，从弯折点到叶梢向船前弯曲倾斜，叶梢至旋转轴线的距离为1r，所述的弯折点距离旋转轴线0.7～0.9r。
8.与现有技术相比，本技术的优点在于螺旋桨先向船后侧倾斜，其目的在于增大桨叶与船体间的间隙，以减少螺旋桨激振力诱导的船体振动。本技术采用先后弯再前弯的桨叶结构，有效增加了螺旋桨实际作用的直径。螺旋桨直径越大转速越低其效率越高，但船舶由于受限与运行航道的水深和自身的设计吃水，螺旋桨直径只能限制在某个最大直径。本技术的桨叶靠近叶稍部位采用弯曲向船前翘的结构，增加了其实际的作用直径。本技术桨叶结构的直径相当于普通桨叶的1.06～1.26倍，从而增加效率。螺旋桨船后侧为压力面，船前侧为吸力面。本技术中的桨叶靠近叶梢处向船前弯曲，增加是叶稍部位的压力差，从而提升螺旋桨升力。和传统的螺旋桨设计相比较，可以提高3-6％的螺桨效率。以及减弱了叶梢的旋涡。
9.在本技术的一些实施例中，所述的桨榖外周面分布有4片桨叶。
10.在本技术的一些实施例中，在桨叶切面中：
11.桨叶截面中心线到桨叶参考线的距离为截面纵倾值，以桨叶参考线往船后的为正值，以桨叶参考线往船前为负值。
12.桨叶截面中心线与桨叶参考线相交的交点记为临界点。桨叶截面中心线上包括弯折点，从叶根至弯折点桨叶截面中心线向船后弯曲倾斜，从弯折点到叶梢向船前弯曲倾斜。
13.桨叶叶根至弯折点范围内的截面纵倾值为正，且随着靠近弯折点截面纵倾值递增，弯折点处的截面纵倾值最大；桨叶弯折点至临界点范围内的截面纵倾值为正，且随着靠近临界点截面纵倾值递减，临界点的截面纵倾值为0；临界点至叶梢的截面纵倾值为负，且随着靠近叶梢截面纵倾值递减。
14.在本技术中的递增递减，是带上了正负符号的比较，而不是数值绝对值的比较。
15.所述的临界点距离旋转轴线0.9～0.99r。所述的临界点与弯折点的距离为0.09～0.2r。叶根处截面纵倾值接近于0。叶梢处的截面纵倾值为最小负值。
16.优选的，所述的弯折点距离旋转轴线0.75～0.9r；所述的临界点距离旋转轴线0.95～0.98r。
17.在本技术的一些实施例中，叶稍与弯折点的连线和桨叶参考线之间的夹角为叶稍弯折纵倾角，叶梢弯折纵倾角为6～36
°
。
18.叶稍与临界点的连线和桨叶参考线之间的夹角为叶稍临界纵倾角，叶稍临界纵倾角为56～90
°
。
19.前钩桨的核心设计就是叶稍从极限点开始向船前弯折。由于传统的螺旋桨设计只是定义了整个桨叶的纵倾角，无法应用这个参数来设计本技术的螺旋桨叶稍结构。本技术采用叶稍弯折纵倾角、叶稍临界纵倾角对叶稍结构进一步限定。
20.本技术的进一步限定使得前钩桨的叶稍形成一个向船前弯折的保持压力的结构，使得前钩桨叶稍相对普通螺旋桨叶稍提升6％～18％压力差，螺旋桨推动船舶前进的推力也可以转换为螺旋桨叶面和叶背的压力差乘以螺旋桨盘面的工作面积。前钩桨叶稍往船前弯折的结果处保持了更大的压力差，使得它在叶稍部位提供的更多的推力。
21.在本技术的一些实施例中，在桨叶距离旋转轴线0.6r处的叶面的切线与桨叶参考线之间的夹角为后纵倾角，后纵倾角为0～16
°
。
22.桨叶在距离旋转轴线1.0r处的截面的中心点与螺旋桨中心点的连线和桨叶参考线之间的夹角为前纵倾角，前纵倾角为0～16
°
。
23.上述结构的桨叶在绕桨榖中心线旋转工作后，其桨叶形状更能够顺应流体，增大推进力。
24.在前钩桨的生产销售运输过程中，其桨叶在桨榖圆周面上的正投影落在桨榖所在的范围内。即桨叶整体不超出桨榖的长度范围，避免包装、运输过程中破坏桨叶结构。
25.优选的，所述的后纵倾角为6
°
；所述的前纵倾角为8
°
。后纵倾角的设置增大桨叶与船体间的间隙，以减少螺旋桨激振力诱导的船体振动。后纵倾角不宜过大，否则螺旋桨在工作时因偏心的离心力而增加叶根处的弯曲应力，对桨叶的强度不利。
26.在本实施例中，临界点至叶梢的截面纵倾值为负，且随着靠近叶梢截面纵倾值递减。叶梢构成的前纵倾角为8
°
。本技术有效增加了螺旋桨实际作用的直径，在相同的驱动力
下，可以降低转速，直径越大转速越低其效率越高，本技术的直径相当于普通桨的1.06～1.26倍，从而增加效率。直径的增加使得本技术的最佳转速，比传统的螺旋桨低5-10％。
27.在本技术的一些实施例中，在桨叶的正视图中：
28.桨叶中心线到桨叶参考线的距离为侧斜值，侧斜值在桨叶参考线往随边方向的为正值，在桨叶参考线的导边方向为负值。侧斜值最小处在桨叶中心线上的点记为极限点，桨叶中心线与桨叶参考线重合的点记为交界点。
29.所述的极限点距离旋转轴线0.3～0.5r；所述的交界点距离旋转轴线0.5～0.7r；所述的极限点与交界点距离0.1～0.3r。
30.叶根至极限点，侧斜值为负值且逐步递减；极限点至交界点，侧斜值为负值且逐步递增，交界点至叶梢，侧斜值为正值且逐步递增。
31.在本技术中的递增递减，是带上了正负符号的比较，而不是数值绝对值的比较。
32.上述结构设置，使得桨叶旋转后，推力作用区域集中在桨叶距离旋转轴线0.5r～0.7r的这个最佳区域内，且靠近桨叶参考线，使得桨叶的推动力更大。桨叶工作所受到的应力集中区域远离桨叶边缘，桨叶边缘不容易受损，进而可以减小桨叶的厚度，降低叶型阻力。
33.优选的，极限点距离旋转轴线0.4r；所述的交界点距离旋转轴线的距离为0.6～0.7r。
34.在接近桨毂处，侧斜值接近于0。范围增加值正负根部厚度值。
35.在极限点，侧斜值为最小值；在交界点，侧斜值为0；在距离旋转轴线1r的叶梢处，侧斜值为最大正值。
36.在本技术的一些实施例中，桨叶参考线和桨叶中心线的切线之间的夹角为负侧斜角，桨叶参考线与叶梢的交点和螺旋桨中心点的连线、桨叶参考线之间的夹角为正侧斜角。其中负侧斜角为0～16
°
，正侧斜角为0～26
°
。所述的桨叶中心线的切线过螺旋桨中心点。总侧斜角为负侧斜角与正侧斜角之和，所述的总侧斜角为6～40
°
。在60～160转/分的转速中，水流在螺旋桨榖向与径向速度最佳分布。
37.若桨叶结构偏离上述角度范围，若过大则桨叶的推力偏离最佳区域，推动力下降，而应力会靠近桨叶边缘，桨叶容易疲劳断裂。此时的解决方案为相应的增加桨叶的厚度，但该方案又会使得叶型阻力会增大，进而造成桨叶工作的效率低。若过小则桨叶的叶型不能很好的顺应流体，桨叶工作状态下会产生空泡，导致桨叶的工作效率下降。同时空泡的产生和消亡会诱导桨叶的振动，振动会导致轴承、密封、轴系、齿轮箱和主机等关联部件的寿命降低。同时振动和噪音会传递到船上驾控台等船员生活工作地方，影响船舶舒适性；振动噪声传递到水中，会影响破坏海中生活的栖息环境。
38.优选的，所述的负侧斜角为8～10
°
；所述的正侧斜角为6～18
°
。
39.在符合本领域常识的基础上，上述各实施方式可任意组合。
40.在本技术中，涉及到的一些线或面为本领域通用的描述用语，具体定义参考如下：
41.桨叶中间的一根母线作为参考线，称为桨叶参考线。
42.螺旋桨正车旋转时，桨叶先与水接触的一边称为导边，另一边称为随边。
43.从船后向船前看到的为桨叶的正视图。
44.螺旋桨中点为螺旋桨基准线与螺旋桨榖线之交点。螺旋桨基准线是指在正视图和
侧视图上垂直于螺旋桨榖线的直线。
45.桨叶中心线为随边轮廓线、导边轮廓线中间的一条线。桨叶中心线是空间线在侧视图上投影的虚拟的线，其实际是桨叶各个截面的中心点的连线在侧视图上的投影线。
附图说明
46.以下将结合附图和优选实施例来对本技术进行进一步详细描述，但是本领域技术人员将领会的是，这些附图仅是出于解释优选实施例的目的而绘制的，并且因此不应当作为对本技术范围的限制。此外，除非特别指出，附图仅示意在概念性地表示所描述对象的组成或构造并可能包含夸张性显示，并且附图也并非一定按比例绘制。
47.图1为本技术船右舷往左舷看的侧视图；
48.图2为本技术船右舷往左舷看的桨叶切面示意图；
49.图3为图2中叶梢处的局部放大图；
50.图4为本技术船后往船前看的桨叶正视图；
51.图5为本技术船后往船前看的前钩桨正视图；
52.图6为本技术的桨叶展开图。
53.其中，附图标记具体说明如下：1、桨榖；2、桨叶；4、叶根；5、叶梢；6、旋转轴线；7、截面中心线；8、桨叶参考线；9、临界点；10、弯折点；11、桨叶中心线；12、极限点；13、导边；14、随边；15、交界点；a、后纵倾角；b、前纵倾角；c、正侧斜角；d、负侧斜角；e、叶稍临界纵倾角；f、叶梢弯折纵倾角。
具体实施方式
54.下面结合附图，对本技术作详细的说明。
55.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
56.一种船用前钩桨，实施例一如图1至图3所示：包括桨榖1，所述的桨榖1外周面分布有3～9片桨叶2；在桨叶切面中：在与旋转轴线6的距离为1.0r处的桨叶截面的中心点与螺旋桨中心点的连线、桨叶参考线8之间的夹角为0～16
°
；在桨叶切面中：桨叶截面中心线7上包括弯折点10，从叶根4至弯折点10桨叶截面中心线7向船后弯曲倾斜，先向船后侧倾斜，其目的在于增大桨叶2与船体间的间隙，以减少螺旋桨激振力诱导的船体振动。从弯折点10到叶梢5向船前弯曲倾斜，叶梢5至旋转轴线6的距离为1r，所述的弯折点10与旋转轴线6的距离为0.7～0.9r。本技术的桨叶2结构，有效增加了螺旋桨实际作用的直径。螺旋桨直径越大转速越低其效率越高，但船舶由于受限与运行航道的水深和自身的设计吃水，螺旋桨直径只能限制在某个最大直径。本技术的桨叶2靠近叶稍部位采用弯曲向船前翘的结构，增加了其实际的作用直径。本技术桨叶2结构的直径相当于普通桨叶的1.06～1.26倍，从而增加效率。螺旋桨船后侧为压力面，船前侧为吸力面。本技术中的桨叶2靠近叶梢5处向船前弯曲，增加是叶稍部位的压力差，从而提升螺旋桨升力。和传统的螺旋桨设计相比较，可以提高3-6％的螺桨效率。以及减弱了叶梢5的旋涡。
57.优选的，所述的桨榖1外周面分布有4片桨叶2。
58.在本技术中，具体给出的前钩桨的实施例旋向为右旋(船舶前进正车时螺旋桨从船后往船前看顺时针旋转)，但具体结构同样适用于左旋的螺旋桨(船舶前进正车时螺旋桨从船后往船前看逆时针旋转)。
59.实施例二，如图1至图3所示：
60.在桨叶切面中：桨叶截面中心线7到桨叶参考线8的距离为截面纵倾值，以桨叶参考线8往船后的为正值，以桨叶参考线8往船前为负值。桨叶截面中心线7与桨叶参考线8相交的交点记为临界点9。桨叶截面中心线7上包括弯折点10，从叶根4至弯折点10桨叶截面中心线7向船后弯曲倾斜，从弯折点10到叶梢5向船前弯曲倾斜。
61.桨叶叶根4至弯折点10范围内的截面纵倾值为正，且随着靠近弯折点10截面纵倾值递增，弯折点10处的截面纵倾值最大；桨叶弯折点10至临界点9范围内的截面纵倾值为正，且随着靠近临界点9截面纵倾值递减，临界点9的截面纵倾值为0；临界点9至叶梢5的截面纵倾值为负，且随着靠近叶梢5截面纵倾值递减。
62.在本技术中的递增递减，是带上了正负符号的比较，而不是数值绝对值的比较。
63.所述的临界点9与旋转轴线6的距离为0.9～0.99r。所述的临界点9与弯折点10的距离为0.09～0.2r。叶根4处截面纵倾值接近于0。叶梢5处的截面纵倾值为最小负值。优选的，所述的弯折点10与旋转轴线6的距离为0.75～0.9r；所述的临界点9与旋转轴线6的距离为0.95～0.98r。
64.在桨叶与旋转轴线6的距离为0.6r处的叶面的切线与桨叶参考线8之间的夹角为后纵倾角a，后纵倾角a为0～16
°
。
65.桨叶在与旋转轴线6的距离为1.0r处的截面的中心点与螺旋桨中心点的连线和桨叶参考线8之间的夹角为前纵倾角b，前纵倾角b为0～16
°
。优选的，所述的后纵倾角a为6
°
；所述的前纵倾角b为8
°
。后纵倾角a的设置增大桨叶与船体间的间隙，以减少螺旋桨激振力诱导的船体振动。后纵倾角a不宜过大，否则螺旋桨在工作时因偏心的离心力而增加叶根4处的弯曲应力，对桨叶的强度不利。
66.在本实施例中，临界点9至叶梢5的截面纵倾值为负，且随着靠近叶梢5截面纵倾值递减。叶梢5构成的前纵倾角b为8
°
。本技术有效增加了螺旋桨实际作用的直径，在相同的驱动力下，可以降低转速，直径越大转速越低其效率越高，本技术的直径相当于普通桨的1.06～1.26倍，从而增加效率。直径的增加使得本技术的最佳转速，比传统的螺旋桨低5-10％。
67.叶稍5与弯折点10的连线和桨叶参考线8之间的夹角为叶稍弯折纵倾角f，叶梢弯折纵倾角f为6～36
°
；叶稍5与临界点9的连线和桨叶参考线8之间的夹角为叶稍临界纵倾角e，叶稍临界纵倾角e为56～90
°
。
68.本技术的进一步限定使得前钩桨的叶稍形成一个向船前弯折的保持压力的结构，使得前钩桨叶稍相对普通螺旋桨叶稍提升6％～18％压力差，螺旋桨推动船舶前进的推力也可以转换为螺旋桨叶面和叶背的压力差乘以螺旋桨盘面的工作面积。前钩桨叶稍往船前弯折的结果处保持了更大的压力差，使得它在叶稍部位提供的更多的推力。
69.实施例二的其它内容与实施例一相同。
70.实施例三，如图4至图6所示，在桨叶的正视图中：
71.桨叶中心线11到桨叶参考线8的距离为侧斜值，侧斜值在桨叶参考线8往随边14方向的为正值，在桨叶参考线8的导边13方向为负值。侧斜值最小处在桨叶中心线11上的点记
为极限点12，桨叶中心线11与桨叶参考线8重合的点记为交界点15。
72.所述的极限点12与旋转轴线6的距离为0.3～0.5r；所述的交界点15与旋转轴线6的距离为0.5～0.7r；所述的极限点12与交界点15距离0.1～0.3r。优选的，极限点12与旋转轴线6的距离为0.4r；所述的交界点15与旋转轴线6的距离为0.6～0.7r。
73.叶根4至极限点12，侧斜值为负值且逐步递减；极限点12至交界点15，侧斜值为负值且逐步递增，交界点15至叶梢5，侧斜值为正值且逐步递增。
74.在本技术中的递增递减，是带上了正负符号的比较，而不是数值绝对值的比较。
75.在接近桨毂处，侧斜值接近于0。范围增加值正负根部厚度值。在极限点12，侧斜值为最小值；在交界点15，侧斜值为0；在叶梢5处为最大正值，也就是与旋转轴线6的距离为1r处。
76.桨叶参考线8和桨叶中心线11的切线之间的夹角为负侧斜角d，桨叶参考线8与叶梢5的交点和螺旋桨中心点的连线、桨叶参考线8之间的夹角为正侧斜角c。其中负侧斜角d为0～16
°
，正侧斜角c为0～26
°
。所述的桨叶中心线11的切线过螺旋桨中心点。
77.总侧斜角为负侧斜角d与正侧斜角c之和，所述的总侧斜角为6～40
°
。优选的，所述的负侧斜角d为8～10
°
；所述的正侧斜角c为6～18
°
。
78.实施例三的其它内容与实施例一或实施例二相同。
79.以上对本技术进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术及核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以对本技术进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本技术权利要求的保护范围内。