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船舶推进系统也称主动力装置，是船舶动力系统中最重要的组成部分。主要包含主机，传动设备，轴系，螺旋桨等。当主机的功率一定时，螺旋桨效率的高低将直接影响整船的推进效果 大型商船螺旋桨比较大，根据行业设计经验，桨叶叶尖速度可达40多米/秒。螺旋桨在设计时一般会考虑几个因素即，效率，压力脉冲和空泡，结构强度，几何型线。不同几何型线设计时，对于螺旋桨的效率和空泡效应非常大，而且效率和空泡效率对于型线几何要求是背道而驰的。一般螺旋桨效率越高，要求的结构强度越大，空泡效应越明显，并且噪声越大，反之，则空泡效应会降低。空泡是螺旋桨汽蚀和噪声的最重要来源，所以螺旋桨在真正定型时，都是几个因素间的相互妥协。 4 j6 ~+ i6 K* ~ ^# `; t
3 G, x; w+ C5 K% N4 S 那有没有既保留螺旋桨高效率，又降低空泡效应的办法呢。答案是有的，这也是设计人员一直在追求和尝试的方向。不过需要在螺旋桨边上加点东西。' W. t+ q- Z9 ^& E# s, ]
目前主流的一些技术是加高效nozzle，导流网，整流罩，门舵等。其中本文主要介绍一下整流罩，对门舵的介绍之前有相关视频如下- g3 ?- K* O; ` i* |/ Y& ~0 |, d/ @
整流罩原理
+ o T4 O- J% |- }9 Q0 G整流罩的一般结构如下图，可以看到在传统螺旋桨桨帽位置做了整改，进行了拉长，并由球面改成了圆柱体。对应的舵上面也做了类似的修改，增加了配套的线型设计。其中红框部分需要根据CFD计算或船型试验进行优化。这样做的显著好处是，优化了桨帽后的流线，使得水流穿过舵时变的更加丝滑（不是给德福打广告奥）。由于水流变的丝滑，桨叶过水的紊流状态会得到非常大的缓解，从而降低空泡汽蚀。动态图如下：(链接)9 a. f" |. ^: w. @
另外由于流线的优化，船体的总体阻力也会得到一定的降低。船舶整体的节能情况还需要考虑船舶类型及其运行状况。根据流体计算的结果，整流罩安装后，船舶整体节能效果可达2%~ 9%。根据瓦锡兰的实测，某2万吨散货改装船节能效果达到5%。跟据MAN实测，某7万吨散货船节能效果达到4.5%。 2 A8 c0 {& A2 [' X7 l C! i( B
那么安装这一套设备的价钱多高呢？其实，相比于传统螺旋桨，只会增加20%左右的设计费和材料费，另外一般还会增加水池试验费。那为啥远洋的船东们之前还是不热衷呢？主要有两个方面，一是市场上大部分是定型的船舶设计即配套的螺旋桨设计，已经充分经过市场检验，开辟一套新的螺旋桨，需要对母型船进行重新计算匹配，很多船厂船东不愿承担相应的费用。二是船东对于供应商的数据存在一定的质疑。/ v) \4 q2 @) N
不过随着IMO节能减排和全球脱碳目标的进一步收紧，能源价格的不断提高。如今船东对于船舶节能装置又开始体现出了极大的热情，相应后续的应用会有大幅度增加。) \7 j9 t) W& k: Z% F) C
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