CN102700698A - 一种船舶推进器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种船舶推进器，包括推动机构及驱动机构。其特征在于，所述推动机构包括缸套、活塞、活塞连杆及限压气门自动开启装置，所述活塞套装在所述缸套中，所述活塞连杆的一端与所述活塞铰接连接，另一端连接所述驱动机构，所述活塞上设有气门杆孔及通气孔；所述限压气门自动开启装置包括气门、气门杆、弹簧及弹簧底板，所述气门呈圆盘形状，所述气门杆插装在所述气门杆孔中，所述气门杆的一端连接气门，另一端连接所述弹簧底板，所述弹簧设置在所述活塞和弹簧底板之间并套装在所述气门杆上。本发明的有益效果：一是结构简单，制造成本低、工作可靠；二是推进速度高、噪音低、节能环保；由于结构简单，也降低了能量和功率损耗。

Description

一种船舶推进器

技术领域

本发明涉及一种船舶动力装置，尤其涉及一种船舶推进器。

背景技术

船舶推进装置是船舶上提供推力的工具，其作用是将船舶动力装置提供的动力转换成主推力，推进船舶前行。船舶推进装置有多种形式，如燃气轮机推进，螺旋桨推进，电力推进，超导磁流体推进，喷水推进等。各种推进方式各有其优缺点。其中螺旋桨推进和喷水推进是最常见的推进方式，螺旋桨推进的缺陷一是结构复杂，机械传动环节多，不仅故障率高，而且降低了推动效率，二是螺旋桨装置运行过程中推力较分散，并且螺旋桨本身正面阻力较大，限制了船舶速度的提高；现有的喷水推进具有速度高，噪音低，环保节能减排等优势，其由水泵、吸水管道、喷水管道组成，利用水泵作动力，将水从船底孔吸入，经船底管子依靠船尾的高压水泵，喷出高压高速水流，并利用水流的反作用力来推进船舶运动。这种喷水推进方式尚存在的缺陷一是效率较低，二是结构工艺复杂，建造成本高，检修也较困难，高压水泵也容易损坏。另外，上述两种均为顺水推进，不利于产生较大的反作用力。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种结构简单不仅推动效率高，而且环保节能的船舶推进器。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种船舶推进器，包括推动机构及驱动机构，其特征在于，所述推动机构包括缸套、活塞、活塞连杆及限压气门自动开启装置，所述活塞套装在所述缸套中，所述活塞连杆的一端与所述活塞铰接连接，另一端连接所述驱动机构，所述活塞上设有气门杆孔及通气孔。

所述限压气门自动开启装置包括气门、气门杆、弹簧及弹簧底板，所述气门呈圆盘形状，所述气门杆插装在所述气门杆孔中，所述气门杆的一端连接所述气门，另一端连接所述弹簧底板，所述弹簧设置在所述活塞和弹簧底板之间并套装在所述气门杆上。

本发明的有益效果是：本发明采用缸套活塞推动机构，一是结构简单，制造成本低、工作可靠；二是相对现有技术的燃气轮机、螺旋桨等各种推动机构，其推进速度高、噪音低、环保节能。由于在活塞回退时先把水吸入缸套内，在活塞前行时，活塞运动方向相对于缸套内水的惯性方向是逆行的，是逆水推进，能对活塞产生撞击力，因此可以对船舶产生较大的反方向作用力；三是活塞推动相比螺旋桨推动，推力方向一致，不像螺旋桨那样推力方向较分散，也减少了许多不必要的能量和功率损耗，因此推进效率高。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述推动机构还包括压缩空气缓冲装置，所述压缩空气缓冲装置包括均布于所述缸套上的气体入口管、控制阀及空气压缩机，所述空气压缩机的出口连接所述气体入口管，所述控制阀设在所述气体入口管上，所述控制阀随所述活塞动作进行同步启闭。

所述气体入口管倾斜设置并斜向驱动机构端。

采用上述进一步方案的有益效果是，增加压缩空气缓冲装置可以在所述活塞回程过程中，补充压缩空气到缸套中，即在活塞和吸入水之间加入压缩空气，可以补充由于活塞快速运动产生的真空区域，减小活塞回程阻力，并使水和活塞得到分离，给活塞前行推进制造缓冲距离；气体入口管倾斜设置并斜向驱动机构端，目的是将流体直接喷向活塞顶部的缸套内，在达到补充缸套内真空空间的同时给活塞辅助动力。

进一步，所述缸套的前端还设有缸套锥筒，所述缸套锥筒的大直径端与所述缸套固定连接。

采用上述进一步方案的有益效果是，采用缸套锥筒，能使缸套产生更大的压力，进而产生更强的推力。

进一步，所述驱动机构包括固定支点、杠杆及动力端，所述固定支点支撑在所述杠杆上，所述杠杆的一端与所述活塞连杆铰接连接，另一端与所述动力端铰接连接。

进一步，所述动力端是曲柄连杆结构，所述曲柄连杆与所述杠杆铰接连接。

进一步，所述动力端包括驱动杆及发动机曲轴，所述驱动杆的一端与所述杠杆铰接连接，另一端通过轴瓦与所述发动机曲轴活动连接，所述驱动杆上设有滑套。

进一步，所述动力端还可以包括驱动杆及发动机曲轴，所述曲轴上设有轴瓦，所述驱动杆的一端与所述杠杆铰接连接，另一端与所述轴瓦铰接连接。

采用上述进一步方案的有益效果是，采用上述机械推进方式，结构简单可靠。另外采用曲柄连杆结构还可以实现活塞快速推进，慢速返回的快进慢退功能。这样避免了在活塞回程时对船舶产生较大反向阻力，更有利于船舶前进。

进一步，所述动力端包括驱动杆、液压缸、液压泵及液压控制系统，所述液压缸的活塞杆与所述驱动杆铰接连接，所述液压泵与所述液压缸连接。

采用上述进一步方案的有益效果是，采用液压推进，可以通过液压控制系统方便的实现活塞快进慢退功能，以避免在活塞回程时对船舶产生较大反向力。

进一步，所述活塞上设有导向环和密封环，所述气门上安装有密封板。

采用上述进一步方案的有益效果是，实现活塞充分密封才能保证缸套内产生较大压力。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为图1的A-A剖面图；

图3为活塞到上止点时位置示意图；

图4为活塞到下止点时位置示意图；

图5为本发明的压缩空气缓冲装置工作状态图；

图6为本发明的驱动机构采用曲柄连杆的结构示意图；

图7为本发明的驱动机构采用发动机曲轴的结构示意图；

图8为本发明的驱动机构采用液压推动的结构示意图；

图9为本发明压缩空气控制阀启闭与活塞同步动作机构示意图。

在图1到图9中，1、缸套锥筒；2、缸套；3、气门；4、活塞；5、气门杆；6、弹簧；7、弹簧底板；8、活塞连杆；9、固定板；10、密封板；11、通气孔；12、气体入口管；13、控制阀；14、空气压缩机；15、驱动机构；16、固定支点；17、杠杆；18、发动机曲轴；19、曲柄连杆；21、流体环套；22、气门杆孔；23、驱动杆；24、控制阀连杆；25、液压缸；26、曲柄轮。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1到图9所示，一种船舶推进器，包括推动机构及驱动机构，其特征在于，所述推动机构包括缸套2、活塞4、活塞连杆8及限压气门自动开启装置，所述活塞4套装在所述缸套2中，所述活塞连杆8的一端与所述活塞4铰接连接，另一端连接所述驱动机构，所述活塞4上设有气门杆孔22及通气孔11。所述气门杆孔22中还设有滑套。

所述限压气门自动开启装置包括气门3、气门杆5、弹簧6及弹簧底板7，所述气门3呈圆盘形状，所述气门杆5插装在所述气门杆孔22中，所述气门杆5的一端连接所述气门3，另一端连接所述弹簧底板7，所述弹簧6设置在所述活塞4和弹簧底板7之间并套装在所述气门杆5上。

所述推动机构还包括压缩空气缓冲装置，所述压缩空气缓冲装置包括均布于所述缸套2上的气体入口管12、控制阀13及空气压缩机14，所述空气压缩机14的出口连接所述气体入口管12，所述控制阀13设在所述气体入口管12上，所述控制阀13随所述活塞4动作进行同步启闭。具体实施时，在所述缸套2上可以设置多个气体入口管12，控制阀13也可以只控制总气路。如图9所示是一种压缩空气控制阀13启闭与活塞4同步动作机构示意图，在驱动活塞的曲柄连杆结构上设置与该曲柄转轴同轴的另一个曲柄轮26，该曲柄轮26连接控制阀连杆24，所述控制阀连杆24连接所述控制阀13的阀杆，当活塞4运动时，控制阀连杆24同时动作，调整该曲柄轮26与驱动活塞的曲柄之间的起始角度，就可以确定控制阀13启闭动作时所述活塞4所在的位置，调整连杆的长短则可以调整控制阀13启闭的开度。

另外，实现所述控制阀13随所述活塞4动作进行同步启闭还有其它方式，如采用电控方式，即利用位置传感器或角度编码器确定活塞4的运动位置，把活塞4位置信号输入电控装置并通过设置控制参数，输出控制信号来进行控制阀13的启闭控制，这时的控制阀13可以是电磁阀来控制气路阀，这样相比机械连杆控制方式会更精准。例如在靠近驱动机构端的活塞连杆8上设置两个感应体分别对应于控制阀的要求启闭位置，在感应体上方设置接近开关传感器即可得到与活塞4同步的位置信号。

所述气体入口管12倾斜设置并斜向驱动机构端。具体实施可在所述缸套2上对称设置多个流体入口，将多个流体入口通过流体环套21连通，再与所述气体入口管12连接。

所述缸套2的前端还设有缸套锥筒1，所述缸套锥筒1的大直径端与所述缸套2固定连接。

所述驱动机构15包括固定支点16、杠杆17及动力端，所述固定支点16支撑在所述杠杆17上，所述杠杆17的一端与所述活塞连杆8铰接连接，另一端与所述动力端铰接连接。

所述动力端是曲柄连杆结构，所述曲柄连杆19与所述杠杆17铰接连接。

所述动力端还可以包括驱动杆23及发动机曲轴18，所述驱动杆23的一端与所述杠杆17铰接连接，另一端通过轴瓦与所述发动机曲轴18活动连接，所述驱动杆23上设有滑套。

所述动力端还可以包括驱动杆23及发动机曲轴18，所述曲轴上设有轴瓦，所述驱动杆23的一端与所述杠杆17铰接连接，另一端与所述轴瓦铰接连接。

所述动力端还可以采用液压驱动机构，其包括驱动杆23、液压缸25液压泵及液压控制系统，所述液压缸25的活塞杆与所述驱动杆23铰接连接，所述液压泵与所述液压缸连接。

所述活塞4上设有导向环和密封环，所述气门3上安装有密封板10。

本发明工作原理如下：

本发明固定安装在所述船舶的尾部，将缸套2通过固定板9安装在船舶的尾板上，固定板9的外部为水域，固定板9的内部为船舱，缸套2的喷水端设在固定板9外，并与水域连通，喷水端即指缸套锥筒1端，缸套2的另一端位于船舶内部并与大气相通。当活塞4在驱动机构推动下向船舶后方移动即活塞前行时，缸套2中的水被快速压缩并喷出缸套2外，使船舶获得向前的反作用力，从而使船舶前行，当活塞4运动到上止点后活塞开始返回；当活塞4向船舶头部移动即活塞后行时，也可以把活塞后行过程叫活塞回程，将海水吸入缸套2中，以备进入下一个压缩推进状态，当活塞4运动到下止点时开始前行，进入下一个压缩推进过程。上止点的位置一般距离缸套锥筒1的大直径端应该留有一定的距离。

由于活塞4快速后行运动时会在缸套2中产生抽真空作用，这样一方面会使活塞4回程阻力太大，另一方面吸水太急也会对船舶产生向后的反作用力。为了减小活塞4后移的阻力和避免产生真空，而设置了缓冲功能。第一个措施是采用限压气门自动开启装置：即当活塞4从上止点进入回程时，当活塞4快速后行运动产生的抽力大于限压气门自动开启装置上弹簧力时，气门3与活塞4开始分离，打开活塞4上的通气孔11，气流从缸套2的尾部通过通气孔11补进到缸套2中，同时弹簧6被逐步压缩，这样就减小了缸套2回程阻力。第二种措施是：加入压缩空气缓冲装置，当活塞4后行到气门3刚通过所述气体入口管12的位置，气体入口管12上的控制阀13被打开，适时补入压缩空气，在气门3与水之间形成一个缓冲空间，使活塞4和水得到了很好的分离，以进一步缓解活塞回程阻力，随着活塞4的后移和进入缸套2内水的流速减慢，使水和气门3之间形成了一段距离即缓冲距离，当活塞4前行时，正因为有了这段缓冲距离，所以加大了活塞4和水的相互撞击力度，在反推作用下，迫使船舶快速前进。缓冲距离可以通过调节压缩空气补入流量大小来取得最佳的缓冲效果，如果补入过多，会影响活塞4前行时压缩效果；补充量过小，则不利于使活塞和水得到很好的分离。当活塞4到下止点时，控制阀13关闭。控制阀13是受曲柄连杆装置同步控制的，目的在于使控制阀13启闭时间与活塞4的回退到相应位置的时间同步。

如果以曲柄连杆驱动为例，曲柄每旋转一周即360度，也就是活塞来回一趟，按曲柄运转角度计算，则当活塞4后行到离下止点30～50度时，此时活塞4上的气门3一般已通过所述气体入口管12的位置，可以将控制阀13打开补充压缩空气。

所述动力端可以有多种实现方式：当采用曲柄连杆驱动时，曲柄连杆结构由发动机带动，并通过曲柄连杆19带动杆杠17运动，杠杆17在此可起到放大行程的作用；当采用发动机曲轴18推动时，驱动杆23受发动机曲轴18驱动，进而带动杠杆17运动，杠杆17拉动活塞4往复运动，也还可以采用偏心凸轮机构，直接推动活塞杆往复运动；通过调节起始点位置，上述驱动方式都可以采用活塞快进慢退的运动模式。

另外，动力端采用液压推进时，可以通过液压控制系统方便的实现活塞快进慢退功能，以避免在活塞回程时对船舶产生较大反向力。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种船舶推进器，包括推动机构及驱动机构，其特征在于，所述推动机构包括缸套（2）、活塞（4）、活塞连杆（8）及限压气门自动开启装置，所述活塞（4）套装在所述缸套（2）中，所述活塞连杆（8）的一端与所述活塞（4）铰接连接，另一端连接所述驱动机构，所述活塞（4）上设有气门杆孔（22）及通气孔（11）；

所述限压气门自动开启装置包括气门（3）、气门杆（5）、弹簧（6）及弹簧底板（7），所述气门（3）呈圆盘形状，所述气门杆（5）插装在所述气门杆孔（22）中，所述气门杆（5）的一端连接所述气门（3），另一端连接所述弹簧底板（7），所述弹簧（6）设置在所述活塞（4）和弹簧底板（7）之间并套装在所述气门杆（5）上。

2.根据权利要求1所述的船舶推进器，其特征在于，所述推动机构还包括压缩空气缓冲装置，所述压缩空气缓冲装置包括均布于所述缸套（2）上的气体入口管（12）、控制阀（13）及空气压缩机（14），所述空气压缩机（14）的出口连接所述气体入口管（12），所述控制阀（13）设在所述气体入口管（12）上，所述控制阀（13）随所述活塞（4）动作进行同步启闭。

3.根据权利要求2所述的船舶推进器，其特征在于，所述气体入口管（12）倾斜设置并斜向驱动机构端。

4.根据权利要求1至3任一项所述的船舶推进器，其特征在于，所述缸套（2）的前端还设有缸套锥筒（1），所述缸套锥筒（1）的大直径端与所述缸套（2）固定连接。

5.根据权利要求4所述的船舶推进器，其特征在于，所述驱动机构（15）包括固定支点（16）、杠杆（17）及动力端，所述固定支点（16）支撑在所述杠杆（17）上，所述杠杆（17）的一端与所述活塞连杆（8）铰接连接，另一端与所述动力端铰接连接。

6.根据权利要求5所述的船舶推进器，其特征在于，所述动力端是曲柄连杆结构，所述曲柄连杆（19）与所述杠杆（17）铰接连接。

7.根据权利要求5所述的船舶推进器，其特征在于，所述动力端包括驱动杆（23）及发动机曲轴（18），所述曲轴上设有轴瓦，所述驱动杆（23）的一端与所述杠杆（17）铰接连接，另一端与所述轴瓦铰接连接。

8.根据权利要求5所述的船舶推进器，其特征在于，所述动力端包括驱动杆（23）、液压缸（25）、液压泵及液压控制系统，所述液压缸（25）的活塞杆与所述驱动杆（23）铰接连接，所述液压泵与所述液压缸连接。

9.根据权利要求5所述的船舶推进器，其特征在于，所述活塞（4）上设有导向环和密封环，所述气门（3）上安装有密封板（10）。

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