CN103600824B - 一种船舶推进器 - Google Patents

Abstract

一种船舶推进器，借助导流罩将蹼轮和喷管组合为一体，安装于船舶吃水线之下；包括短（或长）轴、套筒轴、导流罩、对分式轴承座、固定喷管、活动喷管、离合器、传动机构。其中，蹼轮上半侧加装导流罩，其外周均布条形孔，再加装喷管；当被拨动的流体经导流罩上的条形孔进入喷管并转向后，向船舶运动的反方向喷出，形成推力；于是，船舶前进的动力将来自蹼轮下半侧的直接划水和被蹼轮上半侧拨动的流体喷射。模型样机试验表明本发明的原理和结构是可行的。其有益效果在于：蹼轮的形状和结构简单，易于制作和维修，成本低廉；推力无波动、效率较高；对吃水深度要求宽松；易于实现倒车。

Description

一种船舶推进器

技术领域

一种船舶推进器，属于直接作用在水上和喷水反作用推进的技术领域。

背景技术

现有的船舶推进器有明轮、螺旋桨、直翼（平旋）、喷水、半转叶片和仿生推进器之分。

明轮推进器起源于早期以蒸汽为动力的船舶，是一种装于船舶两侧舷或艉部且仅下半侧入水的推进器；通常根据装在明轮上的蹼板是否转动而区分为定蹼明轮和动蹼明轮；其划水产生的反作用力推动船舶前进。某些水上娱乐工具，如水上自行车，也采用类似定蹼明轮这种简单、有效的推进方法。由于明轮船的明轮多装于舷侧且大半部分需露出水面，既增加了船舶的宽度和航行的阻力，又易与周围物体发生碰撞，存在安全隐患，故现今仅用于推力大、吃水浅、航速低且无大浪涌的内河船舶。这也促使人们研发了上述明轮推进器之外的各种“暗”式推进器。

螺旋桨推进器是现代船舶较多采用的一种推进器，具有较高的效率，但其桨叶的设计和制作难度均很大，成本较高；正常工况下，整个螺旋桨应充分浸入水中，以避免产生吸气和飞车现象。

喷水推进器由安装在壳体内的叶轮或水泵组成，它从外部吸入水并生成喷向船艉的高速射流以获得船舶前进的动力。其不足之处在于：进水管道损失船内有效容积；且为了提高喷水效率，所述的叶轮（包括水泵的叶轮）大多具有复杂的几何形状。

其它的推进器，如直翼、半转叶片和仿生推进器均包含一个或多个桨叶，且当安装浆叶的转盘绕轴线转动时，各桨叶又相对于自身纵向轴线摆动或半转动，进而生成船舶前行的推进力。其不足之处在于：桨叶的运动机构较复杂，生成的推进力脉动且不会很大。

时至今日，人们仍在探索其它简单、有效的推进器，如环形蹼带船舶推进器（中国专利申请号00108435.6）、划板式船舶推进器（中国专利申请号200520023702.8）等。

但文献检索表明：在明轮推进器向“暗”式推进器演进的过程中，人们似乎没再探究如何让结构简单的定蹼明轮全部浸入水中（即全浸）后也能产生推进效果；或许依旧遵循早期明轮船的设计思想，简单地认为：明轮转动时，对称蹼板的运动方向相反，全浸后两者划水产生的推力将相互抵消；故作为推进器的明轮只能半浸或少半浸。

发明内容

本发明的目的是提供一种船舶推进器，借助导流罩将蹼轮和喷管组合为一体，其中的蹼轮具有类似于定蹼明轮的简单结构，但整个推进器安装于船舶吃水线之下，即正常工况下全部浸入水中；其蹼轮上半侧周围加装导流罩，用以改变被划动流体的运动方向，从而不会在船舶航向上形成反向推力；与此同时，为了充分利用被蹼轮上半侧拨动起来的流体能量，再在导流罩外周加装喷管（包括固定喷管和活动喷管，下同）；当被拨动的流体经导流罩外周上均布的条形孔进入喷管并转向后，向船舶运动的反方向喷出，形成喷水推力；于是，船舶前进的动力既来自蹼轮下半侧的直接划水，也来自被蹼轮上半侧拨动的流体喷射。模型样机试验表明，本发明的原理和结构是可行的。其有益效果在于：蹼轮具有简单的形状和结构，易于制作和维修，成本低廉；不存在喷水推进器的进水管道，节约船内空间；推力无波动、效率较高；对吃水深度要求宽松（蹼轮可全浸或部分浸）；易于实现倒车（抬起活动喷管，蹼轮反转）。

一种船舶推进器包括蹼轮、短轴、导流罩、对分式轴承座、固定喷管、活动喷管和传动机构。一个具有平直叶片的蹼轮借助轮毂与短轴键连接；导流罩由两块相互平行的半圆侧板和包绕其外周的一片半圆弧板组成；两个对分式轴承座分别固装在半圆侧板上且以半圆侧板圆心连线为轴线；蹼轮借助短轴和对分式轴承座在导流罩内自由转动；始端封闭且向另一端渐扩、横断面为矩形的固定喷管包绕在半圆弧板的外周，与作为其延伸部分、具有矩形断面且弯转90°（即两端管口平面正交）的活动喷管铰链连接，借助该铰链活动喷管可以相对固定喷管转动；导流罩的半圆弧板上沿母线方向加工有均布的条形孔，以便导流罩内被蹼轮拨动的流体进入固定喷管内；活动喷管则用以引导固定喷管内的流体在活动喷管出口处逆船舶航向喷射，推动船舶前行。船舶到车时，蹼轮反转，活动喷管绕铰链转动至不阻挡水流的位置。活动喷管绕铰链的转动可借助液压作动筒实现。传动机构用于传递船舶动力机组的转动，与短轴的一端相连。短轴穿过船壳的部分，如同普通螺旋桨轴一样，需加装水密封。

实际应用时，将本发明单独或成对地安装于船舶的中底部或艉部。单独安装时，短轴沿船舶横向处于水平状态，活动喷管在下侧并可绕铰链旋转135°或以上，蹼轮的横向对称平面与船舶纵向对称平面重合；成对安装时，两根短轴均处于铅垂状态，且对称于船舶的纵向对称平面，活动喷管均在外侧并可绕铰链旋转135°或以上。无论采用何种安装方式，活动喷管与固定喷管合拢后，活动喷管的出口平面法线与船舶纵向轴线平行；而蹼轮的划水推力与活动喷管出口的喷水推力的合力作用线位于船舶纵向对称平面内。

十分明显，所述的一种船舶推进器产生的推力与叶片面积和蹼轮转速有关，但受蹼轮结构和强度的限制，其生成的推力可能不足；为此可将所述的结构串联，但需将短轴加长为长轴，且增加套筒轴、离合器；换言之，根据蹼轮的个数，一种船舶推进器可有单蹼轮或多蹼轮之分。以有三个蹼轮的一种船舶推进器为例，它包括蹼轮、长轴、套筒轴、导流罩、对分式轴承座、固定喷管、活动喷管、离合器和传动机构；其中，长轴是一根阶梯轴，一个蹼轮的轮毂与长轴中部的最大直径段键连接，且与一套装有对分式轴承座的导流罩、固定喷管和活动喷管构成第一总成。另一个蹼轮的轮毂与一根套筒轴键连接，且与另一套装有对分式轴承座的导流罩、固定喷管和活动喷管构成第二总成；所述的一根套筒轴从所述长轴的一端滑动地插装在长轴上，于是，第二总成与第一总成毗邻。同样的，第三个蹼轮的轮毂与另一根套筒轴键连接，且与第三套装有对分式轴承座的导流罩、固定喷管和活动喷管构成第三总成；所述的另一根套筒轴从所述长轴的另一端滑动地插装在长轴上，于是，第三总成也与第一总成毗邻。各总成中的导流罩、对分式轴承座、固定喷管和活动喷管的结构和连接方式与具有一个蹼轮的一种船舶推进器的相同。离合器采用电磁或液压式的，两个离合器分别从所述长轴两端装入，且两个离合器的摩擦片分别与所述的两根套筒轴的外端滑键连接，而两个离合器的定盘分别与长轴固连；传动机构与长轴的一端固连。于是，当两个离合器同时切合时，三个蹼轮一齐转动；而当两个离合器同时切开时，仅中间的一个蹼轮转动；当然，也可以切合一个离合器，此时，有两个蹼轮转动。

实际应用时，具有多个蹼轮的一种船舶推进器也单独或成对地安装于船舶的中底部或艉部；单独安装时，长轴沿船舶横向处于水平状态，所有活动喷管均在下侧并可绕铰链旋转135o或以上，蹼轮的横向对称平面与船舶纵向对称平面重合；成对安装时，两根长轴均处于铅垂状态，且对称于船舶的纵向对称平面，所有活动喷管均在外侧并可绕铰链旋转135°或以上。无论采用何种安装方式，活动喷管与固定喷管合拢后，活动喷管的出口平面法线与船舶纵向轴线平行；而蹼轮的划水推力与活动喷管出口的喷水推力的合力作用线位于船舶纵向对称平面内。

需要说明的是：在一种船舶推进器中加装固定喷管和活动喷管是为了充分利用蹼轮划水的能量。事实上，只有导流罩而无喷管的蹼轮推进器（只有划水功能而无喷水功能）对于推进船舶来说也是有效的——船舶倒车可以在抬起活动喷管（避免阻挡水流）的情况下进行就表明了这一点。

附图说明

图1具有一个蹼轮的一种船舶推进器的纵向结构示意图

图2具有三个蹼轮的一种船舶推进器的纵向结构示意图

图3一种船舶推进器的横向结构示意图

图4在船舶中底部单独安装一种船舶推进器的示意图

图5在船艉成对安装一种船舶推进器的示意图

具体实施方式

下面给出本发明的优选实施方式，并结合附图加以说明。

如图1、3所示，一种船舶推进器包括蹼轮1、短轴2、对分式轴承座3、导流罩4、固定喷管5、活动喷管6和传动机构9。一个具有平直叶片的蹼轮1借助轮毂与短轴2键连接；导流罩4由两块相互平行的半圆侧板和包绕外周的一片半圆弧板组成；两个对分式轴承座3分别固装在半圆侧板上且以半圆侧板圆心连线为轴线；蹼轮1借助短轴2和对分式轴承座3在导流罩4内自由转动；始端封闭且向另一端渐扩、横断面为矩形的固定喷管5包绕在半圆弧板的外周，与作为其延伸部分、具有矩形断面且弯转90°（即两端管口平面正交）的活动喷管6铰链连接；导流罩4的半圆弧板上沿母线方向加工有均布的条形孔，以便导流罩4内被蹼轮1拨动的流体进入固定喷管5内。活动喷管6用以引导固定喷管5内的流体在活动喷管6出口处逆船舶航向喷射，推动船舶前行。船舶到车时，蹼轮1反转，活动喷管6绕铰链转动至不阻挡水流的位置。活动喷管6绕铰链的转动可借助液压作动筒实现。传动机构9用于传递船舶动力机组的转动，与短轴2的一端固连。如同普通螺旋桨轴一样，短轴2穿过船壳的部分，需加装水密封。

实际应用时，这种一种船舶推进器单独或成对地安装于船舶的中底部或艉部；单独安装时，如图4所示，短轴2沿船舶横向处于水平状态，活动喷管6在下侧并可绕铰链旋转135°或以上，蹼轮1的横向对称平面与船舶纵向对称平面重合；成对安装时，如图5所示，两根短轴2均处于铅垂状态，且对称于船舶的纵向对称平面，两个活动喷管6均在外侧并可绕铰链旋转135°或以上；无论采用何种安装方式，活动喷管6与固定喷管5合拢后，活动喷管6的出口平面法线与船舶纵向轴线平行；而蹼轮1的划水推力与活动喷管6出口的喷水推力的合力作用线位于船舶纵向对称平面内。

如图2所示（并参见图3），具有三个蹼轮的一种船舶推进器包括蹼轮1、长轴2′、对分式轴承座3、导流罩4、固定喷管5、活动喷管6、套筒轴7、离合器8和传动机构9。其中，长轴2′是一根阶梯轴，一个蹼轮1的轮毂与长轴2′中部的最大直径段键连接，且与一套装有对分式轴承座3的导流罩4、固定喷管5和活动喷管6构成第一总成；另一个蹼轮1的轮毂与一根套筒轴7键连接，且与另一套装有对分式轴承座3的导流罩4、固定喷管5和活动喷管6构成第二总成；所述的一根套筒轴7从所述长轴2′的一端滑动地插装在长轴2′上，于是，第二总成与第一总成毗邻；同样的，第三个蹼轮1的轮毂与另一根套筒轴7键连接，且与第三套装有对分式轴承座3的导流罩4、固定喷管5和活动喷管6构成第三总成；所述的另一根套筒轴7从所述长轴2′的另一端滑动地插装在长轴2′上，使得第三总成也与第一总成毗邻。三套所述总成中的对分式轴承座3、导流罩4、固定喷管5和活动喷管6的结构和连接方式与具有一个蹼轮的一种船舶推进器的相同。离合器8采用电磁或液压式的。两个离合器8分别从所述长轴2′的两端分别装入，且两个离合器8的摩擦片分别与所述的两根套筒轴7的外端滑键连接，而两个离合器8的定盘分别与长轴2′固连。传动机构9与长轴2′的一端固连。于是，当两个离合器8同时切合时，三个蹼轮1同时转动；而当两个离合器8同时切开时，仅中间一个蹼轮1转动；当然，也可以切合一个离合器8，此时，两个蹼轮1转动。

实际应用时，这种一种船舶推进器单独或成对地安装于船舶的中底部或艉部；单独安装时，参见图4，长轴2′沿船舶横向处于水平状态，所有活动喷管6均在下侧并可绕铰链旋转135o或以上，蹼轮1的横向对称平面与船舶纵向对称平面重合；成对安装时，参见图5（用具有三个蹼轮的一种船舶推进器代替图中的具有一个蹼轮的一种船舶推进器），两根长轴2′处于铅垂状态，且对称于船舶的纵向对称平面，所有活动喷管6均在外侧并可绕铰链旋转135°或以上；无论采用何种安装方式，活动喷管6与固定喷管5合拢后，活动喷管6的出口平面法线与船舶纵向轴线平行；而蹼轮1的划水推力与活动喷管6出口的喷水推力的合力作用线位于船舶纵向对称平面内。

使用本发明的有益效果在于：蹼轮具有简单的形状和结构，易于制作和维修，成本低廉；不存在喷水推进器的进水管道，节约船内空间；推力无波动、效率较高；对吃水深度要求宽松（蹼轮可全浸或部分浸）；易于实现倒车（抬起活动喷管，蹼轮反转）。

Claims (2)

1.一种船舶推进器，其特征在于：它由包括有蹼轮(1)、导流罩(4)、固定喷管(5)、活动喷管(6)的单个总成构成；其中，一个具有平直叶片的蹼轮(1)借助轮毂与短轴(2)键连接；导流罩(4)由两块相互平行的半圆侧板和包绕两块相互平行的半圆侧板外周的一片半圆弧板组成，半圆弧板上沿母线方向加工有均布的条形孔；两个对分式轴承座(3)分别固装在半圆侧板上且以半圆侧板圆心连线为轴线；蹼轮(1)借助短轴(2)和对分式轴承座(3)在导流罩(4)内自由转动；始端封闭且向另一端渐扩、横断面为矩形的固定喷管(5)包绕在半圆弧板的外周，与作为其延伸部分、横断面也为矩形且弯转90°的活动喷管(6)铰链连接；传动机构(9)与短轴(2)的一端固连。

2.一种船舶推进器，其特征在于：它由3个权利要求1所述的单个总成串联而成，且因此将短轴(2)加长为长轴(2′)；具体包括：蹼轮(1)、长轴(2′)、对分式轴承座(3)、导流罩(4)、固定喷管(5)、活动喷管(6)、套筒轴(7)、离合器(8)和传动机构(9)；其中，长轴(2′)是一根阶梯轴，一个具有平直叶片的蹼轮(1)借助轮毂与长轴(2′)中部的最大直径段键连接；一个导流罩(4)由两块相互平行的半圆侧板和包绕两块相互平行的半圆侧板外周的一片半圆弧板组成，半圆弧板上沿母线方向加工有均布的条形孔；两个对分式轴承座(3)分别固装在半圆侧板上且以半圆侧板圆心连线为轴线；蹼轮(1)借助所述的长轴(2′)和对分式轴承座(3)在导流罩(4)内自由转动；一个始端封闭且向另一端渐扩、横断面为矩形的固定喷管(5)包绕在半圆弧板的外周，与一个作为其延伸部分、横断面也为矩形且弯转90°的活动喷管(6)铰链连接；上述蹼轮(1)、对分式轴承座(3)、导流罩(4)、固定喷管(5)和活动喷管(6)构成第一总成；另一个蹼轮(1)的轮毂与一根套筒轴(7)键连接，且与另一套装有对分式轴承座(3)的导流罩(4)、固定喷管(5)和活动喷管(6)构成第二总成；所述的一根套筒轴(7)从所述的长轴(2′)的一端滑动地插装在长轴(2′)上，第二总成与第一总成毗邻；第三个蹼轮(1)的轮毂与另一根套筒轴(7)键连接，且与第三套装有对分式轴承座(3)的导流罩(4)、固定喷管(5)和活动喷管(6)构成第三总成；所述的另一根套筒轴(7)从所述的长轴(2′)的另一端滑动地插装在长轴(2′)上，第三总成也与第一总成毗邻；所述的第二总成和第三总成中的蹼轮(1)、对分式轴承座(3)、导流罩(4)、固定喷管(5)和活动喷管(6)与第一总成中的同名称组件具有相同的结构和连接方式；离合器(8)采用电磁或液压式的，两个离合器(8)分别从所述的长轴(2′)两端装入，且两个离合器(8)的摩擦片分别与所述的两根套筒轴(7)的外端滑键连接，而两个离合器(8)的定盘分别与长轴(2′)固连；传动机构(9)与长轴(2′)的一端固连。