CN102390508A - 360°全回转舷内外(双机)对转桨推进装置 - Google Patents

Abstract

360°全回转舷内外(双机)对转桨推进装置其核心为高速船、艇在螺旋桨高速时的对转桨技术，其节能、航速和推进效率提高10％左右。本发明采用编码器、伺服电机、减速机、大小圆柱齿轮，通过旋转套筒连接下箱体实现360°全回转。船调头灵活、倒车快1.6～1.8倍，航行安全。采用液压或电磁离合器、电子换档液压控制阀；二台变频电机油泵机组供油，达到安全节能。外加散热片哈夫式方形箱体连接圆锥形支架和船体，吸收推进力、振动、撞击力，保护支架。下箱体前后流线型、中段机翼型减少阻力。结构新颖、紧凑、外形尺寸小、重量轻。本发明核心技术用编码器、变频电机通过驱动器、PLC单电缆通驾驶室触摸仪表视屏，电子控制主机油门及离合器，达到双机360°同步全程操控。

Description

360°全回转舷内外(双机)对转桨推进装置

技术领域

本发明涉及机动船、艇动力推进装置，特别涉及一种360°全回转(双机)同步运行最佳推进和操纵效应并采用能大量节省功率(节省油耗)的世界先进舷内外(双机)高速对转桨技术的船舶推进装置。

1.对转桨节油原理是前桨喇叭状水花旋转损失的能量被后桨吸收变成水平直线状产生更大能量，使推力大大高于单桨。本发明是在多条不同类型船舶长达10年对低速螺旋桨的对比测试及航行实践基础上，采用高速螺旋桨图谱并经过理论计算设计了高速对转桨，其节能值、航速及推进效率提高10％左右，适用航速在15～20节以上的高速船、游艇、公务艇、军用舰艇。这是本发明的核心技术。

2.本发明另一核心技术是采用一种专用的电机通过减速及相应机构实现桨舵回转体回转部分360°全回转，从而使船舶原地回转，调头灵活，船舶在任意方向都能达到最大推力，最佳节能值，最重要是对转桨在平面内旋转180°开顺车来实现倒车，其倒车速度比传统快1.6～1.8倍，使航行更安全。

3.船舶的开航及停车则由离合器控制。由于省略倒车齿轮及倒车离合器，其控制阀专门设计，结构更简单，省略其中倒车阀芯及倒车通道。由两台节能变频电机带动油泵供油，安全又节能。对自行设计离合器的结构、材质、可靠性、应急措施，总体设计、重量、外形有重大改进，工作平稳，噪声低。

4.推进装置上箱体及固定支架结构作了重大改进，除结构新颖、紧凑、拆装方便外更主要是推进力及振动由原来支架承受改由船体承受，特别是当螺旋桨受外力撞击时其撞击力也由船体承受，可有效地保护推进装置支架。

5.为减少阻力、操舵扭矩、重量对下箱体线形及内在零部件作了重大改进，使下箱体流线形平滑、边缘整齐，清楚，美观，光洁度提高。整机重量减轻、耐蚀、耐用。

6.本发明最重要的核心技术是采用了360°全回转(双机)同步电子全程操控。它不仅是机械上突破，更是电子编码，编程上重大突破。当采用两台以上推进装置时，无论是船舶开航、转弯、调头、离靠码头及倒车都能达到最方便，安全可靠，快捷的操纵模式也是船舶安全航行的重大突破。采用机电一体化技术设计整个项目达到最先进水平。

7.本发明专利申请前已有电力推进方案及专利出台(见已授权的专利号：ZL200410052768.X及ZL201020247439.1)，因此可以实现混合动力方案，在航速较低时采用电力推进，而不是柴油机动力，可以减少燃料消耗，消除尾气排放，同样对于高转速螺旋桨的高速船舶发动机也不必高速或超负荷运行，由此可以延长柴油机寿命，同时混合动力在加快推进装置超节能及零排放船舶有明显优势。因此本发明专利不仅使推进装置节能达到最佳值，而且对柴油机的节能提出了改进方案及实施可能性。

8.本发明专利结构新颖、紧凑、外形尺寸小、重量轻，与国外相同功率的舷内外机相比重量轻20～30％。

9.因为功率由两个螺旋桨分担，直径比单桨减少12～16％，适合浅水航道航行。

背景技术

传统推进装置是由机舱内的内燃机连接具有正、倒车及变速功能的齿轮箱，通过中间传动轴、艉轴带动单螺旋桨，不具备节能效应。从造价看传统推进装置都有1.5～3m甚至更长的艉轴艉管系统，而且重量大，成本高。此外齿轮箱噪声，振动大，齿轮传递功率损失大，轴承负荷大，结构复杂。更主要是传统技术(即齿轮箱)难以实现对转桨工作方式和技术要求。

本发明前申请的发明专利“360°全回转船舶对转桨推进装置”(专利申请号：200910045713.9)仅适用于低速的货船、客船、旅游船、工程船、沿海渔业。对于航速在15～20节以上的高速船、艇、公务艇不适合。此外因整机结构不够紧凑，固定支架结构及外形尺寸较大；对于安装二台机组的推进装置，其360°全回转机组同步问题未提出解决方案及具体办法；此外对功率及吨位较大船舶由于对转桨在箱体后方，操舵力矩较大，下箱体线形欠佳，阻力增加，外观欠美观；对于高速船舶其原有的对转桨理论图谱已不适用。液压系统也未涉及更安全、节能的方案及电子控制方式；双机运行时驾驶室的360°全回转同步全程操控及电子控制的视屏未提及还停留在传统水平。不仅如此，虽然推进装置节能已达到较高水平，但对柴油机节能未提出改进方案。

发明内容

本发明“360°全回转舷内外(双机)对转桨推进装置”包括固定在船艉部的舵桨回转体，驱动桨舵回转体中的中间传动轴的第一传动链，驱动桨舵回转体中的回转部分的第二传动链，360°全回转(双机)同步运行电子操纵驱动机构及与原动机连接的高弹性联轴器。

发动机通过高弹性联轴器(节省联轴节)直接与桨舵回转体相连，舵桨回转体包括一固定在船艉部甲板下由外加散热片的上、下壳体组成的哈夫式方形上箱体；上箱体内包括一可旋转地设在上箱体上、下壳体之间，其轴线与中间传动轴垂直，且一端伸出上箱体外的转轴；一固定在上箱体转轴上的与固定在中间传动轴上端的大螺旋伞齿轮啮合的小螺旋伞齿轮；其啮合与否由上箱体内的离合器控制，用液压离合器或电磁离合器，可自行设计或选国内或国外产品，其控制阀可用液压控制阀，电液电磁换向阀或电子换档液压控制阀，控制阀专门设计去除倒车阀芯及通道，离合器的液压油由两台节能变频电机油泵机组(其中一台备用)供油进入冷却器控制阀管路。

一与上箱体下端圆形板底座固定且下部与固定套筒相连的圆锥形支架，固定套筒通过下部压盖密封，圆锥形支架与圆锥形船体壳架相连，一可旋转地安装在圆锥形支架内，其上端伸入上箱体下端空腔内，而下端穿过固定套筒的旋转套筒，一固定在旋转套筒下端的流线形下箱体，其前段加长，里面为轴承壳及固定轴，使前后段箱体平滑，线形好，中段由圆形改为机翼流线型；并用铝合金材质减轻重量，用高分子材料油封耐蚀耐磨，寿命长；一上下端分别可旋转设置在上箱体和下箱体空腔内，中段位于旋转套筒内的中间传动轴；(包括中段弹性联轴器)，一可旋转地设在下箱体内，其轴线与中间传动轴垂直且一端伸出下箱体外的第一螺旋桨轴；一安装在第一螺旋桨轴伸出端上的第一高速螺旋桨；一可旋转地设在下箱体内，其轴线与第一螺旋桨轴重合的第二螺旋桨轴；一安装在第二螺旋桨轴伸出端的第二高速螺旋桨；两分别安装在第一和第二螺旋桨轴位于下箱体内两端的大锥齿轮以及一固定在中间传动轴下端的分别与两大锥齿轮啮合的小锥齿轮。(均为螺旋伞齿轮)

在上述360°全回转舷内外(双机)对转桨推进装置中第二传动链360°全回转驱动机构包括安装固定在上箱体下部壳体圆形板底座上的三台带编码器的伺服电机配减速器，固定在减速器输出轴上的小圆柱齿轮；由三个小圆柱齿轮带动的固定在圆形板底座下方的大圆柱齿轮；固定在大圆柱齿轮下部的圆锥形旋转体，及其下部安装在固定套筒和中间传动轴之间的旋转套筒，旋转套筒与流线型下箱体中段机翼型结构螺钉连接加上中段弹性联轴器，可以方便地将上下箱体分开，便于维修。

360°全回转(双机)同步运行电子操纵驱动机构包括与节能变频电机及伺服电机编码器连接的驱动器，PLC，主充放电箱，PLC通过单电缆通驾驶室触摸仪表视屏及双机双桨操纵器，除控制油泵节能变频电机和电子控制柴油机油门及离合器外还通过360°操舵方向盘，360°方位指示器达到双机360°同步电子全程操控。

附图说明

下面结合附图详细描述本发明实施例以便更清楚了解其目的，特点和优点。

图1是本发明舷内外(双机)对转桨推进装置柴油机作原动机船艉部侧视示意图；

图2是本发明舷内外(单机)对转桨推进装置柴油机作原动机船艉部俯视示意图；

图3是本发明舷内外(单机)对转桨推进装置一实施例的侧视结构示意图；

图4是本发明舷内外(单机)对转桨推进装置图3所示结构左视图；

图5是本发明舷内外(双机)对转桨推进装置图1所示结构安装2台推进装置俯视图；

为了清楚起见，所有附图中相同的符号表示相同的部件和结构。

具体实施方式

参看图1，本发明360°全回转舷内外(双机)对转桨推进装置包括：固定在船艉部的桨舵回转体18；保护桨舵回转体18固定在船艉部壳体2上的由外加散热片上下壳体11及10组成的哈夫式方形箱体并以圆形板底座10作为支架上部与下部圆锥形支架3螺接；驱动桨舵回转体18内的中间传动轴19的第一传动链，驱动桨舵回转体18内回转部分的第二传动链，360°全回转(双机)同步运行电子操纵驱动机构17及与原动机连接的高弹性联轴器15。

参看图1和3、4，当原动机为柴油机时，上箱体内包括一可旋转地设在上、下壳体10，11之间其轴线与中间传动轴19垂直且一端伸出上箱体外的转轴34；一固定在上箱体转轴34上的与固定在中间传动轴19上端的大锥螺旋伞齿轮36啮合的小锥螺旋伞齿轮35；其啮合与脱开由上箱体内的离合器14控制，在上箱体下部壳体10的圆形板底座左右两边各安装一台由节能变频电机7通过联轴器8带动油泵9的油泵机组。油泵9工作时，工作油自上箱体10，11内油池经粗滤(图中未画出)压送至上箱盖46上的冷却器12和滤清器(图中未画出)经冷却后工作油一路通过上箱盖46上的控制阀13进入离合器14的油缸，另一路经控制阀13内的工作压力阀溢出(低压)至各润滑部位，大部分则回上箱体油池。

中间传动轴19分上、下两段，由联轴器49相连，其上端可旋转地设置在上箱体下部壳体10内，下端可旋转地设置在下箱体20的空腔内，中段位于旋转套筒48内；第一螺旋轴45可旋转地设置在下箱体20内，其轴线与中间传动轴19垂直且一端伸出下箱体20外。第一高速螺旋桨21安装在第一螺旋桨轴45的伸出端上，而一大螺旋伞齿轮44安装在第一螺旋轴45位于下箱体20的一端上，第二螺旋桨轴42可旋转地设置在下箱体20内，其轴线与第一螺旋桨轴45重合且一端伸出下箱体20外，另有一大螺旋伞齿轮41安装在第二螺旋桨轴42位于下箱体20的一端上，而第二高速螺旋桨22安装在第二螺旋桨轴42的伸出端上，两大螺旋伞齿轮41和44分别与安装在中间传动轴19下端的小螺旋伞齿轮40啮合。

在下箱体20的前方安装了流线型壳体43，壳体43内有第二螺旋桨轴42的轴承外壳51和固定轴52。

桨舵回转体18回转部分的第二传动链包括：固定在上箱体下部壳体10圆形板底座上的减速器4，伺服电机5，编码器6三台机组组成；减速器4的输出轴分别安装三个小圆柱齿轮37共同与安装在圆形板底座下方的大圆柱齿轮38啮合。固定在大圆柱齿轮38下部的且上部为圆锥形下部在固定套筒47和中间传动轴19之间的旋转套筒48；旋转套筒48其下端穿过固定套筒47和固定套筒压盖50与下箱体20中段的机翼型壳体39相连。

参看图2、5所述360°全回转(双机)同步运行电子操纵驱动机构17包括与三台编码器6和节能变频电机7连接的驱动器24，PLC25，主充放电箱26，PLC25通过单电缆27通驾驶室触摸仪表视屏17及双机双桨操纵器32，或单机32I，触摸仪表视屏17安装有控制左右油泵节能变频电机29，360°操舵方向盘30，360°方位指示器31和主机油门电子控制28，离合器电子控制33和其他仪表。主充放电箱26除连接驱动器24和PLC25外再接船用照明、航行信号、无线电话、应急发电机、混合动力电池组，因图中未画出在此不作详述。

本发明船、艇倒车通过旋转操纵驱动机构17中的360°操舵方向盘30使360°方位指示器31从0°转到180°即桨舵回转体18的回转部分转动180°，对转桨21、22转到中间传动轴19轴线的前方开动顺车即使船、艇倒车行驶，在15～20秒内完成倒车符合船检规范，操纵简便，倒车比传统快1.6～1.8倍，航行更安全。

Claims (3)

1.一种360°全回转舷内外(双机)对转桨推进装置，包括船艉部的桨舵回转体，驱动桨舵回转体中的中间传动轴的第一传动链，驱动桨舵回转体回转部分的第二传动链，360°全回转(双机)同步运行电子操纵驱动机构及与原动机连接的高弹性联轴器；

(1)、参考高速螺旋桨相关图谱并经理论计算设计的高速对转桨其节能值、航速和推进效率提高10％左右，适用航速15～20节以上高速船、艇，公务艇、军用舰艇；

(2)、船艉部的双机，每台由三台带编码器的伺服电机连减速机分别带动三个小圆柱齿轮再共同带动一大圆柱齿轮，通过与大圆柱齿轮连接的上部为圆锥形旋转体，下部穿过固定套筒与下箱体连接的旋转套筒实现360°全回转；

(3)、上箱体内一对螺旋伞齿轮的啮合与脱开采用液压离合器，电磁离合器，其控制阀可用液压控制阀，电液电磁换向阀，电子换档控制阀；但该控制阀省去倒车阀芯及相应通道，专门设计新型号；由两台节能变频电机组成油泵机组供油；

(4)、由外加散热片由上、下壳体组成的哈夫式方形箱体作上箱体，并以圆形板底座作支架上部，连接下部圆锥形支架与圆锥形船体壳架固定；

(5)、专门改进设计了平滑、边缘整齐、清楚、美观、优质轻质材料、光洁度高的流线型下箱体及中段机翼型结构，密封件耐蚀、耐磨、寿命长；

(6)、360°全回转(双机)同步运行电子操纵驱动机构包括与节能变频电机及伺服电机编码器连接的驱动器、PLC、主充放电箱，PLC通过单电缆通驾驶室触摸仪表视屏和双机双桨操纵器，除控制油泵变频电机和电子控制柴油机油门、离合器外，还通过360°操舵方向盘，360°方位指示器达到双机360°同步电子全程操控。

2.如权利1所述360°全回转舷内外(双机)对转桨推进装置第一传动链由上箱体内固定在转轴上的小锥螺旋伞齿轮与固定在中间传动轴上端的大锥螺旋伞齿轮啮合；下箱体内第一与第二螺旋桨轴；两分别安装在第一和第二螺旋桨轴位于下箱体内两端的大螺旋伞齿轮以及一固定在中间传动轴下端的分别与两大螺旋伞齿轮啮合的小螺旋伞齿轮。

3.如权利1或2所述360°全回转舷内外(双机)对转桨推进装置其特征在于上箱体内设计的离合器在结构、材质、可靠性、应急措施、总体设计、重量、外形尺寸的重大改进。

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