CN103303451A - 一种液压驱动的全矢量喷水推进器喷口 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液压驱动的全矢量喷水推进器喷口，属于船舶工业技术领域。推进器喷口包括转动叶片组件、摆动叶片、密封底座、转动支撑套筒、压紧盖、液压马达和液压缸；外围设备为可控液压泵系统，包括液压泵，控制系统，液压阀和液压油路，可控液压泵系统根据工况为液压马达和液压缸分别提供所需动力；摆动叶片组件安装在转动叶片组件上，依靠液压缸驱动其进行摆动；转动支撑套筒与密封座和压紧盖配合可沿轴线旋转，转动叶片组件安装在其上，由液压马达组件驱动实现转动。本发明能根据需求对推进器流量进行全矢量调节，从而控制喷水推进器的推进力大小及方向。

Description

一种液压驱动的全矢量喷水推进器喷口

技术领域

发明涉及一种全矢量喷水推进器喷口，具体涉及一种液压驱动的全矢量喷水推进器喷口，属于船舶工业技术领域。

背景技术

控制喷水推进器推进力的方法有很多种，但目前比较成熟和应用较广泛的技术主要有两类，一类是采用改变喷水推进器输出功率的装置，另一类是调节喷水推进器喷出水流的装置。改变喷水推进输出功率的装置通常采用安装多级变速箱的方式，其结构复杂，需占用较大空间，一次性投入高，且后期使用和维护成本高，因此，该方法只能应用于大型设备（如船舶等）的初次设计、制造，无法对现有设备进行改装。

调节喷水推进器喷出水流的装置相对于改变喷水推进器输出功率的装置结构简单，成本低，可以对现有装备进行改装。但应用增加导流叶片的方法改变喷水推进器喷出水流的方向，只能将水流喷向固定的方向，因此，其只能将推进力改变为固定的方向且调节能力有限。由于调节喷水推进器喷出水流的装置结构相对简单，且安装和维护方便，因而得到了较多的关注。

目前喷水推进器喷口多采用固定的结构，无法调节喷口的大小。如果采用灵活可调的喷水推进器喷口，不但对原设备结构不会有较大影响，而且还会增加推进力的可控性，无疑会进一步提高调节喷水推进器喷出水流的装置的吸引力。但现有的调节喷水推进器喷出水流的装置存在下面4个明显的缺陷：（1）利用转向舵的调节方法能量和功率损耗大，不利于高速调节；（2）采用调向阀门的调节方法，将水流输入到不同方向的喷口，达到控制推进力方向的目的，因此，其只能提供少数几个固定方向的推进力；（3）采用导流叶片的方法改变喷水推进器喷出水流的方向，只能将水流喷向固定的方向，其调节能力有限；（4）目前调节喷水推进器喷出水流的装置无法根据设备运行状态，充分利用喷水推进器的功率，造成能量损失和动力不足。因此，为克服上述4个缺陷，增加推进力的可控性和喷水推进器功率利用效率，是提高调节喷水推进器喷出水流的装置性能的主要方向。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种液压驱动的全矢量喷水推进器喷口，能够利用喷水推进器喷口叶片旋转和摆动，调节喷水推进器喷口大小及喷水方向，从而控制喷水推进器推进力大小及方向。

液压驱动的全矢量喷水推进器喷口，包括转动叶片组件、摆动叶片、密封底座、转动支撑套筒、压紧盖、液压马达和液压缸；外围设备为可控液压泵系统，其包括液压泵，控制系统，液压阀和液压油路，可控液压泵系统中的控制系统根据工况控制液压泵分别为液压马达和液压缸分别提供所需动力；其中，转动叶片组件由传动套筒、传动齿圈和固定叶片组成；

密封底座和压紧盖在在喷水推进器出口平面上沿出口的径向方向呈内外固定，转动支撑套筒安装在密封底座和压紧盖之间，其前端的内外圆面分别使用轴承与压紧盖和密封底座相应部分配合实现支撑，使转动支撑套筒沿其轴线转动，其前端的内外圆面与压紧盖和密封底座接触配合的部位安装动密封圈，动密封圈防止外部杂物影响轴承转动；传动套筒一端的端面为方形连接面，方形连接面上固定连接两片固定叶片，两片固定叶片同时垂直于方形连接面且彼此互相平行；为保证固定叶片与传动套筒之间的连接强度，固定叶片与传动套筒可采用整体加工的形式；传动套筒的另一端套装在转动支撑套筒的外圆上并与之固定；传动套筒的外圆上固定有传动齿圈，传动齿圈由通过液压马达驱动的主动齿圈驱动，两片摆动叶片通过转轴与两片固定叶片的内表面活动连接，摆动叶片和固定叶片合围形成喷水推进器出口的扩张口；液压缸的固定端连接在转动叶片组件的固定叶片上，伸缩端连接在摆动叶片上，通过控制液压缸的伸缩长度控制摆动叶片的张合角度。

工作方式：液压马达和液压缸分别为转动叶片组件和摆动叶片提供驱动力。液压马达将液压能转换为驱动转动叶片组件转动的机械能，通过传动轴和传动齿轮驱动转动叶片组件上传动齿圈旋转，从而带动转动叶片组件旋转；由于转动叶片组件的传动套筒固定在转动支撑套筒上，转动支撑套筒随转动叶片组件共同绕轴线旋转。

在启动和低速行驶阶段：控制系统控制液压缸推动摆动叶片合拢收缩喷口，可以产生较大推进力，提高加速性能；在高速行驶阶段：控制系统控制液压缸拉动摆动叶片扩张喷口，减少内部能量消耗，将发动机输出功率全部用于产生推进力，从而提高最高行驶速度。此外，控制系统通过控制液压马达驱动转动叶片组件转动的角度来控制喷水方向，为设备提供额外的转向动力，从而减小设备的转弯半径。

有益效果：

（1）本发明采用液压方式驱动叶片进行摆动和转动调节，其复合调节模式能够实现喷口的全矢量调节，喷水推进器喷出水流的方向和大小能够灵活控制，进而实现喷水推进力的方向和大小的控制，提高了喷水推进器的操纵性和机动性；

（2）本发明在对转动叶片组件和摆动叶片组件进行调节时采用液压方式驱动，结构紧凑并且功率损耗小，可以利用设备原有的液压系统，便于安装在设备喷水口处；

（3）本发明在密封底座、压紧盖和转动支撑套筒之间采用轴承支撑和径向动密封，装置的整体稳定性和强度能够满足大功率条件下推进器进行调节时的使用需求；

（4）本发明整体结构简单，制造和安装成本低，可以适应水下和水面不同工况，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明转动叶片组件的结构示意图

图3为本发明的主视图。

图4为喷口摆动叶片收缩状态图。

图5为喷口摆动叶片扩张状态图。

图6为喷口摆动叶片偏向状态图。

图7为喷口偏转状态图。

其中，1—密封底座；2—转动支撑套筒；3—压紧盖；4—转动叶片组件；5—摆动叶片；6—液压缸；7—液压马达；8-传动套筒；9-传动齿圈；10-固定叶片。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

如附图1和3所示，本发明提供了一种液压驱动的全矢量喷水推进器喷口，包括转动叶片组件4、摆动叶片5、密封底座1、转动支撑套筒2、压紧盖3、液压马达7和液压缸6；外围设备为可控液压泵系统，其包括液压泵，控制系统，液压阀和液压油路，可控液压泵系统中的控制系统根据工况控制液压泵分别为液压马达7和液压缸6分别提供所需动力；如附图2所示，转动叶片组件4由传动套筒8、传动齿圈9和固定叶片10组成；密封底座1和压紧盖3为阶梯形套筒，其截面分别为L型和Z字型，转动支撑套筒2的端面上沿其轴向加工有沉孔，转动支撑套筒2前端的外圆上具有一个径向的凸缘；

密封底座1和压紧盖3在喷水推进器出口平面上沿出口的径向方向呈内外固定，转动支撑套筒2安装在密封底座1和压紧盖3之间，其前端的径向凸缘与压紧盖3后半部分结构形成的环形空腔内安装轴承，前端的沉孔与密封底座1的内圆面形成的环形空腔内也安装轴承，使转动支撑套筒沿其轴线转动，其前端的内外圆面与压紧盖3和密封底座1接触配合的部位安装动密封圈，动密封圈防止外部杂物影响轴承转动；传动套筒8一端的端面为方形连接面，方形连接面上固定连接两片固定叶片10，两片固定叶片10同时垂直于方形连接面且彼此互相平行；为保证固定叶片与传动套筒8之间的连接强度，固定叶片10与传动套筒8采用整体加工的形式；传动套筒8的另一端套装在转动支撑套筒2的外圆上并与之固定；传动套筒的外圆上固定有传动齿圈9，传动齿圈9由通过液压马达7驱动的主动齿圈驱动，两片摆动叶片5通过转轴与两片固定叶片10的内表面活动连接，摆动叶片5和固定叶片10合围形成喷水推进器出口的扩张口；液压缸6的固定端连接在转动叶片组件的固定叶片10上，伸缩端连接在摆动叶片5上，通过控制液压缸6的伸缩长度控制摆动叶片5的张合角度。

工作方式：工作时，可控液压泵系统中的控制系统根据工况控制液压泵分别为液压马达7和液压缸6分别提供所需动力；液压马达7和液压缸6再分别为转动叶片组件4和摆动叶片5提供驱动力。液压马达7将液压能转换为驱动转动叶片组件转动的机械能，通过传动轴和传动齿轮驱动转动叶片组件4上的传动齿圈9旋转，从而带动转动叶片组件4整体旋转；由于转动叶片组件4的传动套筒8通过销轴固定在转动支撑套筒2上，转动支撑套筒2随转动叶片组件4共同绕轴线旋转。

如附图4所示，在启动和低速行驶阶段：控制系统控制液压缸6推动摆动叶片5合拢收缩喷口，可以产生较大推进力，提高加速性能；如附图5所示，在高速行驶阶段：控制系统控制液压缸6拉动摆动叶片5扩张喷口，减少内部能量消耗，将发动机输出功率全部用于产生推进力，从而提高最高行驶速度。此外，如附图6和7所示，控制系统通过控制液压马达7驱动转动叶片组件4转动的角度来控制喷水方向，为设备提供额外的转向动力，从而减小设备的转弯半径。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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 (4)

1.一种液压驱动的全矢量喷水推进器喷口，其特征在于，包括：转动叶片组件、摆动叶片、密封底座、转动支撑套筒、压紧盖、液压马达和液压缸；外围设备为可控液压泵系统，其包括液压泵，控制系统，液压阀和液压油路，可控液压泵系统中的控制系统根据工况控制液压泵分别为液压马达和液压缸分别提供所需动力；其中，转动叶片组件由传动套筒、传动齿圈和固定叶片组成；密封底座和压紧盖在在喷水推进器出口平面上沿出口的径向方向呈内外固定，转动支撑套筒安装在密封底座和压紧盖之间，其前端的内外圆面分别使用轴承与压紧盖和密封底座相应部分配合实现支撑，使转动支撑套筒沿其轴线转动，传动套筒一端的端面为方形连接面，方形连接面上固定连接两片固定叶片，两片固定叶片同时垂直于方形连接面且彼此互相平行；传动套筒的另一端套装在转动支撑套筒的外圆上并与之固定；传动套筒的外圆上固定有传动齿圈，传动齿圈由通过液压马达驱动的主动齿圈驱动，两片摆动叶片通过转轴与两片固定叶片的内表面活动连接，摆动叶片和固定叶片合围形成喷水推进器出口的扩张口；液压缸的固定端连接在转动叶片组件的固定叶片上，伸缩端连接在摆动叶片上，通过控制液压缸的伸缩长度控制摆动叶片的张合角度。

2.如权利要求1所述的液压驱动的全矢量喷水推进器喷口，其特征在于，所述转动支撑套筒前端与压紧盖和密封底座接触配合的部位安装动密封圈。

3.如权利要求1所述的液压驱动的全矢量喷水推进器喷口，其特征在于，所述固定叶片与传动套筒采用整体加工的形式。

4.如权利要求1所述的液压驱动的全矢量喷水推进器喷口，其特征在于，所述密封底座和压紧盖为阶梯形套筒，其截面分别为L型和Z字型，转动支撑套筒的的端面上沿其轴向加工有沉孔，转动支撑套筒前端的外圆上具有一个径向的凸缘；转动支撑套筒安装在密封底座和压紧盖之间，其前端的径向凸缘与压紧盖后半部分结构形成的环形空腔内安装轴承，前端的沉孔与密封底座的内圆面形成的环形空腔内也安装轴承。

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