CN102015439A - 船舶的喷水推进系统的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及启动船舶的喷水推进系统的系统和方法，所述推进系统包括：定子外壳(1)，该定子外壳安装在船体上并具有末端为带有出口横截面积(A)的出口(5)的喷嘴(4)；推进器壳体(6)，该推进器壳体联接在该定子外壳(1)上并具有上游入口(7)；以及推进器，该推进器可转动地安装在该推进器壳体(6)中，用于接收从入口(7)来的水并通过该定子外壳(1)的喷嘴(4)排出水，以便当推进器转动时形成喷水流，所述方法包括在喷水推进系统启动阶段过程中，通过部分地关闭该喷嘴(4)减小该出口面积，其中提供返流阻止装置(8，9；18)，以阻止空气经由所述喷嘴(4)进入所述推进器壳体中。

Description

船舶的喷水推进系统的方法和系统

技术领域

本发明涉及启动船舶的喷水推进系统的系统和方法，所述推进系统包括：安装在船体上并具有末端为带有出口横截面积的出口的喷嘴的定子外壳，安装在该定子外壳上并具有上游入口的推进器壳体，以及可转动地安装在该推进器壳体上，用于接收从入口来的水并通过该定子外壳的喷嘴排出水，以便当推进器转动时形成喷水流的推进器，所述方法包括在喷水推进系统启动阶段过程中，通过部分地关闭该喷嘴而减小该出口面积。

背景技术

为了启动船舶的巨大的喷水流推进装置，需要在推进器壳体中有足够的水和/或采取特殊措施以得到推进。这个问题对于大多数喷水流船只不存在，只是对于由喷水流驱动，偶尔由于某种原因推进器壳体的大部分位于水位之上，即喷水流装置不是全部沉入而只是部分地在水面以下的船舶才存在。因此，如本质上已知那样，必需在启动阶段进行通常称之为的“起动注水”，意思是用水充满推进器壳体。

在JP7215294中，喷水流推进装置利用从与真空泵连接的容器得到的真空进行起动注水，而US3970027公开了一种船头转向泵的起动注水装置，它利用真空泵用水充满船头转向泵。因此必需使用一个附加的泵，这样价格昂贵，而且从可靠性观点来看也是一个有风险的因素。

JP1262289公布了一种喷水流推进装置，它可在船前进速度低时利用水喷嘴将被泵叶轮加压的一部分喷水流喷射至泵叶轮的前部流动部分的水管的内部而快速起动，并可避免在泵的吸入侧的空穴现象。然而，这种解决方法需要另外的机械加工，会造成上述同样的缺点。

US5634831公布了另一个已知的解决方法，它很复杂和/或价格昂贵，并且也包括可靠性的不确定性方面。该喷水流推进装置使用两个回转方向相反的推进器。其喷嘴截面包括节流出口，可在保持泵起动注水的同时，允许高质量/低压力的工作。在一个实施例中，该节流装置使用安装在其射出开口上游的喷嘴截面内，并且当流量增加时运动返回至设在该喷嘴截面的壁上的凹部中的两个弹簧加载的挡板。在另一个实施例中，该节流装置包括固定在一个圆形轮缘上的多个薄的挠性带。在该挠性带的自由端上设置挠性的橡胶圈或螺旋弹簧，以形成收缩的喷嘴开口形状。一个薄的橡胶套管装在该带上，以防止当压力增加和使喷嘴开口扩大时水损失。

JP-06-001288表示帮助起动注水的另一个已知的解决方法。这里设置一个可动的锥形部分，它可在起动注水的过程中运动至堵塞位置，即完全堵塞出口。显然，这种解决方法复杂和价格昂贵。另外，它需要复杂的控制机构，这至少不单从可靠性观点来看是有缺点的。

另外，US6422904B1和WO9821090提出了可对喷水流推进装置进行起动注水的另一些已知的方法。该两个专利均涉及使用两个回转方向相反的推进器和有助于容易进行起动注水和控制该装置内的压力的弹簧加载的挠性裙部的小船只。后者这些解决方法也有缺点，特别是对于较大的喷水流装置而言。

发明内容

本发明的目的是要利用权利要求1所述的方法消除或至少是减小上述的任何缺点。根据本发明，基于所实现的充分起动注水的发现，通过提供可在启动过程中阻止空气通过出口进入推进器壳体中的空气返流装置，可以不需要将出口完全堵塞而达到所希望程度的起动注水。利用本发明，可以在推进器壳体的入口沉没小至(其垂直伸长，即如果是圆形的为入口的直径的)15％，有时甚至低至或接近10％的情况下达到成功的起动注水。在以上第一节所述的方法中，根据本发明，这个目的通过设置一种安装在喷嘴出口的装置达到，该装置可阻止空气通过该出口返流入推进器壳体中，如果在起动注水阶段协同使用出口喷嘴外的射流，则不需要完全堵塞出口也可达到所述的阻止空气返流，根据这个发现，该方法可靠且价格合理。另外，根据本发明的优选方面，这方法还可使阻止和/或堵塞装置容易使用，当流动增加，即当起动注水成功完成时，射流可使该装置自动地“不工作”。

根据本发明的另一个方面，该装置包括至少一个可在至少两个位置之间运动的堵塞件，一个位置堵塞大部分出口面积，而另一个位置避免在喷嘴出口形成不需要的节流。

根据本发明，利用价格合理的解决方法可以容易和可靠地达到喷水推进系统的起动注水。

根据本发明的再一个方面，该目的可通过这种喷水推进系统达到，该系统包括至少两个安装在喷嘴出口处且可在两个末端位置之间运动的可绕支轴转动的挡板，一个末端位置堵塞大部分出口面积，而另一个末端位置避免在喷嘴出口形成不需要的节流。

附图说明

下面将参考优选实施例和附图更详细地说明本发明。

图1为根据本发明的喷水流推进装置的优选实施例的透视图，它包括安装在喷嘴出口的两个绕支轴转动的挡板，图中表示其堵塞大部分出口面积的关闭位置，

图2为图1的喷水流推进装置的透视图，它带有两个改变设计的绕支轴转动的挡板，图中表示其避免在喷嘴出口形成不需要的节流的开放位置，

图3和3a为根据本发明的弹性机构的实施例的详图，

图4为根据本发明的喷水流推进装置的另一个实施例的透视图，它包括达到所希望的功能的水幕产生装置。

具体实施方式

图1，2和3所示的喷水流推进装置可用于船舶，它包括利用两个相对于垂直平面(未示出)对称放置的支架2和3安装在船体(未示出)后部的定子外壳1。定子外壳1具有喷嘴4，它的末端为出口横截面积为A的出口5。该喷水流推进装置还包括固定在定子外壳1上并具有上游入口7的推进器壳体6，以及可转动地安装在推进器壳体6中，用于接收从入口7来的水和通过定子外壳1的喷嘴4排出水，从而在推进器转动时形成喷水流的推进器(未示出)；另外还设有在喷水推进系统起动阶段过程中，阻止空气通过出口5进入推进器壳体中的装置。

显然，经验丰富的人知道，根据本发明的起动注水只在推进器壳体仅部分地沉没在一定水平以下的情况下才需要。正常情况下，如果推进器壳体沉没至大约50％，即推进器入口7的垂直延伸距离D₇用水充满到至少50％，则不需要起动注水。在50％水平以下，根据推进器设计的不同，许多喷水流在启动阶段过程中会有问题。的确，如果该水平非常低，所有的喷水流都会遇到这个问题。试验表明，在一些装置中利用本发明可使该水平低至大约10％的喷水流成功地起动。

如图1和2所示，利用安装在喷嘴出口5上并可在两个末端位置之间运动的两个绕支轴转动的挡板8，9，部分地堵塞喷嘴4，可阻止上述问题产生，其中一个末端位置可堵塞大部分出口面积，另一个末端位置可避免在喷嘴出口5形成不需要的节流。

本发明的一个主要优点是不需要100％地堵塞出口5，这会有许多可能性来使用根据原理可实现功能的各种设计。结果，可以使用与已有的现有技术比较很有价格竞争力的解决方法。然而，本发明的基本原理不排除使用100％的堵塞。

在图1和2所示的实施例中，挡板8和9为液压操纵的并用铰链连接在位于邻近出口5的喷嘴4外部的垂直配置的铰链11上。铰链11优选配置成形成两个(一个上部和一个下部)垂直放置的支轴点。液压流体通过软管12和13从合适的泵(未示出)导入壳体10，在每一个壳体10中加入一个小液压马达(未示出)。当然，如果希望的话。可用液压系统的活塞或任何其他足够功率的常规力传递装置代替马达来操纵挡板8和9。

挡板8和9可以手动控制或由任何常规控制装置(未示出)控制。

在一个优选实施例中，与铰链11中的一个相邻，配置弹性机构17，18(见图3)，该弹性机构在任何方向一即离开关闭位置或开放位置的方向一推动挡板8，9形成中间位置。这种实施例的一个主要优点是可使挡板8，9的操纵系统简单，因为它便于使用水流将挡板8，9从关闭位置运动至开放位置，即水流会产生力使挡板充分打开，至少开一半，此后该弹性机构保护挡板运动至全开位置。因此，不需要外部操纵装置来打开和决定挡板8，9的位置。另外，它便于使用操纵系统的关闭装置10，该关闭装置只需使挡板运动关闭路径(例如85-100°)的一有限范围(例如40-50°)。再者，在这个实施例中，不使用液压而使用钢丝绳装置拉动挡板也是优选的。

如图1所示，为了得到希望的功能，不需要堵塞全部出口面积。通常需要堵塞至少50％，通常在60-95％范围内也是足够的。更优选的是，在大部分应用中，堵塞范围为70-90％。这样应当了解，本发明正常情况下用于出口处直径在0.3-3m范围内的喷水流推进装置，但将来本发明可适用于大得多的直径，例如5m。另外，根据本发明，使出口5的直径为入口D₇的大约55-75％是有优点的。

参考图1和2，根据本发明的装置的功能为，在起动时如果水平面高度小于入口7的50％，则根据本发明的起动注水装置起动。如果水平面高度在例如D₇的0.1-0.5的“起动注水范围”内，则通过提供测量入口7处水平的传感器(未示出)和提供起动的输入信号，这点可自动地进行。作为起动的结果，关闭挡板8，9的装置(钢丝绳或液压)起动，结果关闭挡板8，9，使出口5在例如80-90％的范围内锁定。以后，推进器起动，结果水与推进器壳体中的空气一起通过出口5排出。由于出口部分堵塞，通过在出口处的节流通道的水流阻止空气再进入推进器壳体中。结果，由于在推进器壳体中由推进器形成的负压，水通过入口快速地供给推进器。当推进器壳体被水充满时，射流急剧地、基本上是瞬时地增加。

根据本发明的优选方面，阻止装置可利用全部射流的动力自动地消除其堵塞作用。因此，挡板8，9被迫使离开其关闭位置进入一个无阻碍的位置。这样，堵塞装置自动地运动出可阻止推进流动的位置。

另外，可以预见，挡板8，9还可配置有调节在其堵塞位置的堵塞程度的其他装置。这可例如通过将挡板分成两个可滑动的部分，允许将其外部/边缘调节成不同位置，以调节其堵塞范围。

再根据优选实施例，挡板8，9具有配置在出口5外侧上且优选在相对于出口平面上游的平面上的铰链11。由于使用外部铰接的挡板，对向上游流出推进器壳体的流动没有影响。

根据图2所示的实施例，挡板8，9装入由正常装在图中所示的支轴点2，3，15，16上的操纵和反向装置(未示出)限定的空间中。结果，挡板8，9的运动空间由这种操纵装置限定。在这个实施例中，至少外角81，82，91，92由挠性材料，例如聚氨酯制成。由于这些拐角部分81，82，91，92是挠性的，因此通过当与操纵装置的内壁接触、关闭挡板8，9所处的空间时使该拐角弯曲，可使挡板8，9充分缩回，退出射流而不会对动力输出有负面影响。另外还表示，挡板8，9配置成沿着每一个档板8，9的外部垂直边缘有曲率83，93，可允许反向装置绕支轴运动，如本质上已知那样(未示出)。后面两个特点使得容易充分堵塞大部分的喷嘴5的开口，不使返流的空气进入，而同时挡板8，9可完全打开，不会干扰射流的流动。

如上所述，铰链机构可设有某种弹性机构17，它可产生弹性力，使挡板8，9在其关闭位置方向以及完全打开方向绕支轴转动。众所周知，可利用几个已知的原理使这种弹性的推动机构达到一种不稳定的中间位置(例如半打开)，这时在其一侧推动挡板8，9进入打开位置，而在其另一侧推动挡板进入关闭位置。其优点是，不需要任何控制机构来操纵挡板，使它从关闭位置到达打开位置，特别是考虑巨大的功率强大的喷水流时更有优点，因为当推进器正常工作时会产生巨大的流动，结果产生非常高的压力。如果挡板没有离开其关闭位置(例如由于操作/控制系统出现错误)，则挡板可能损坏或从其位置取走。为了使挡板8，9从其打开的外部位置运动至关闭位置，需要加绕支轴转动的力，该力可用许多不同的方法达到，例如在管12，13内加钢丝绳，并拉动钢丝绳，使挡板8，9绕支轴向内转动，通过该中间位置。

在图3中表示根据本发明的弹性机构17的一个例子。在从后面看的透视图图3中表示挡板8，9关闭的实施例。可以看出，在这个实施例中形成与出口5的圆周配合的挡板的挠性部分8’，9’，从而只留下在挡板8，9之间垂直延伸的开口中的不堵塞面积。另外，在一个弹性机构17的详细图图3a中表示，至少一个纵向延伸的弹性板/腿170的一端，即在推进器壳体4的外侧与推进器壳体4固定连接。固定该板170，使它基本上水平地从连接点171向后延伸，使其另一端邻近出口5并与固定在挡板9上的第一个铰链部分173的凸轮机构173a-173c相互作用。铰链部分173设有垂直通孔174，可使挡板9围绕固定在推进器壳体4上的第二个半铰键172的铰链短柱转动。凸轮表面设计成使其中间部分173a的位置比位于其每一侧的表面173b，173c更远离支轴轴线174’。这些表面配置成使得在任何位置至少有一个表面173a-c与弹性板170接触。结果，当中间表面173a与弹性板170接触时，利用弹性板170，挡板9有一个不稳定的位置。这个表面173a的位置使得在挡板9的半开/关闭位置，它与板170接触。因此，当使挡板9由钢丝绳130(具有在挡板9上，但离挡板的支轴轴线174’一个距离的支轴连接点131)拉动与表面173c接触或利用射流与表面173b接触而偏离不稳定位置时，挡板被推动至全开或全关位置中的任何一个位置。

根据图4所示的另一实施例，表示消除空气经由出口喷嘴5进入推进器壳体的另一原理。该原理是基于利用供水装置18形成流动水的幕帘。该供水装置18包括至少沿着出口喷嘴5的主要部分的大约160°延伸的体180。对于连续的水幕出口，优选设置连续的径向槽181，该水幕基本上至少覆盖全部出口。优选在该体180内设有一大的供水槽182，以充分分配附加的水，使所述槽181中有足够的流动。水由船舶内的任何适当泵送装置，例如单独安装的泵或由与任何与现有船舶的泵连接的特别指定的供给泵，经由相应的供给通道，例如管道/管12，13形式的通道，供给该供水装置18。还可使用某种贮水池机构，因为试验表明只是短时间例如30秒需要流动。这种贮水池例如可用非常小的泵送机构在喷水流的启动之中或其间充满。

令人惊奇的是，试验证明，这种完全“不堵塞”的原理在一些应用中足以阻止空气。这有许多优点，例如不需要在不启动时运动任何阻碍/堵塞零件，不需要会磨损的机械零件。

本发明不局限于以上所述，可以在权利要求书的范围内变化。例如，本领域技术人员知道，挡板可用不是绕支轴转动的其他方式，例如滑动实现，并且挡板的尺寸、数目和形状可在宽泛的范围内变化仍可实现根据本发明的功能。另外，还可以在推进船舶的过程中使用档板，以影响邻近出口的射流流动特性，这对动力输出有有利的作用。

Claims (18)

1.一种启动船舶的喷水推进系统的方法，所述推进系统包括：定子外壳(1)，该定子外壳安装在船体上并具有喷嘴(4)，该喷嘴的末端为带有直径至少为0.3m的出口横截面积(A)的出口(5)；推进器壳体(6)，该推进器壳体与该定子外壳(1)联接并具有上游入口(7)；以及推进器，该推进器可转动地安装在推进器壳体(6)中，用于接收从入口(7)进入的水并通过该定子外壳(1)的喷嘴(4)排出水，从而当推进器转动时形成喷水流；所述方法包括在喷水推进系统起动阶段过程中，启动邻近喷嘴(4)的阻止装置，其特征在于，提供空气返流阻止装置(8，9；18)，它堵塞所述出口面积(A)的至少50％，以阻止空气经由所述喷嘴(4)进入所述推进器壳体中。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述空气返流阻止装置(8，9；18)运动至堵塞位置时，空气返流阻止装置相对于所述喷嘴(4)的中心轴线从外侧向内使阻止单元运动。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述推进器壳体(6)内使用单一一个推进器。

4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，通过使所述空气返流阻止装置(8，9；18)去实际堵塞所述出口喷嘴(4)的小于100％并且还使用从推进器来的射流以阻止所述空气。

5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，提供安装在喷嘴出口(5)处且可在至少两个位置之间运动的至少一个挡板(8，9)，其中一个位置堵塞所述出口面积(A)，另一个位置避免在喷嘴出口(5)处形成不需要的限流。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述挡板(8，9)布置成堵塞至少60-95％，优选70-90％，并且优选的是，在堵塞位置，所述挡板(8，9)可调节以调节所述出口面积(A)的堵塞量。

7.如权利要求5-6中任一项所述的方法，其特征在于，提供至少两个这种挡板(8，9)。

8.如权利要求5-7中任一项所述的方法，其特征在于，一个或多个挡板由弹性机构(17)推动到至少一个位置。

9.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，提供水幕产生装置(18)，以阻止空气经由所述喷嘴(4)进入所述推进器壳体中。

10.一种用于具有船体的船舶的喷水推进系统，所述推进系统包括：定子外壳(1)，该定子外壳安装在船体上并具有喷嘴(4)，喷嘴的末端为带有直径至少为0.3m的出口横截面积(A)的出口(5)；推进器壳体(6)，该推进器壳体与该定子外壳(1)联接并具有上游入口(7)；推进器，该推进器可转动地安装在推进器壳体(6)中，用于接收从入口(7)进入的水并通过该定子外壳(1)的喷嘴(4)排出水，从而当推进器转动时形成喷水流；以及在该喷水推进系统起动阶段过程中，启动阻止装置的单元，其特征在于，提供空气返流阻止装置(8，9；18)，它在启动状态下，实际堵塞所述出口喷嘴(4)的所述出口面积(A)的至少50％。

11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，当所述空气返流阻止装置(8，9；18)运动至堵塞位置时，空气返流阻止装置相对于所述喷嘴(4)的中心轴线从外侧向内使阻止单元运动。

12.如权利要求10或11所述的系统，其特征在于，在所述推进器壳体(6)内使用单一一个推进器。

13.如权利要求10-12中任一项所述的系统，其特征在于至少一个枢转的挡板(8，9)，挡板(8，9)安装在喷嘴出口(5)处且可在两个末端位置之间运动，一个末端位置堵塞大部分出口面积(A)，另一个末端位置避免在喷嘴出口(5)形成不需要的限流。

14.如权利要求11-13中任一项所述的系统，其特征在于，喷嘴出口(5)具有外部，所述空气返流阻止装置(8，9；18)位于该喷嘴出口的外部。

15.如权利要求13或14所述的系统，其特征在于，所述挡板(8，9)在垂直轴线上枢转。

16.如权利要求13-15中任一项所述的系统，其特征在于，所述挡板(8，9)至少部分地由弹性机构(17)推动，优选至少进入其堵塞位置。

17.如权利要求13-16中任一项所述的系统，其特征在于，所述挡板(8，9)至少部分地由挠性的弹性材料、优选为聚氨酯制成。

18.如权利要求10或14所述的系统，其特征在于，将水幕产生装置(18)设置成阻止空气经由所述喷嘴(4)进入所述推进器壳体中。

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