CN104245501B - 可变螺距螺旋桨的驱动装置、螺距角控制方法以及包括该驱动装置的船舶 - Google Patents

Abstract

本实施例的可变螺距螺旋桨的驱动装置具备基于螺旋桨轴的旋转方向螺距角连续改变的桨叶和调节螺距的螺距调节装置，螺距调节装置包括：桨叶工作轴，其配置成能够在螺旋桨轴的内侧直线往复移动，以便能够推拉与桨叶的下端部连接的偏心突起；动力转换部，将螺旋桨轴的旋转运动转换为桨叶工作轴的直线往复运动。

Description

可变螺距螺旋桨的驱动装置、螺距角控制方法以及包括该驱 动装置的船舶

技术领域

本发明涉及桨叶的螺距与流入螺旋桨侧的流速相应地改变的可变螺距螺旋桨的驱动装置、螺距角控制方法以及包括该驱动装置的船舶。

背景技术

船舶的推进装置是为了航行而产生推进力的装置。考虑船舶的航行状态等，这种推进装置中有能够改变多个桨叶(blade)的螺距(pitch)的可变螺距螺旋桨(variablepitch propeller)。

但是，现有的可变螺距螺旋桨设置成大部分桨叶的全部螺距同时变为相同角度，因此难以实现推进效率最大化。

即，在流入位于船舶的船尾侧的可变螺距螺旋桨侧流速不均的情况下，可变螺距螺旋桨相同地适用以平均流速设定的螺距，因此与流入流速相比桨叶螺距大的区域因气穴现象成为船体振动和船舵磨损的主要原因。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本实施例提供能够与流入螺旋桨侧的流速变化相应地稳定改变桨叶的螺距的可变螺距螺旋桨的驱动装置、螺距角控制方法以及包括该驱动装置的船舶。

(二)技术方案

本发明一实施例的可变螺距螺旋桨的驱动装置，其具备基于螺旋桨轴的旋转方向螺距角连续改变的桨叶和调节所述螺距角的螺距调节装置，所述螺距调节装置包括：桨叶工作轴，其与连接于所述桨叶的下端部的偏心突起连接，配置成能够在所述螺旋桨轴的内侧直线往复移动，以便能够推拉所述偏心突起；动力转换部，将所述螺旋桨轴的旋转运动转换为所述桨叶工作轴的直线往复运动。

并且，所述动力转换部包括：导销，从所述桨叶工作轴延伸，通过形成于所述螺旋桨轴的外表面的导向槽突出；导环，包围所述螺旋桨轴的外侧周围，且内表面设置有所述导销滑动移动的螺距确定槽。

并且，所述导向槽可沿着所述螺旋桨轴的轴向切开形成。

并且，所述螺旋桨轴内可设置有导流板，为了所述桨叶工作轴的稳定移动，所述桨叶工作轴贯穿所述导流板而被能够滑动地支撑。

并且，所述导流板内侧可具备所述桨叶工作轴贯穿的贯穿孔，所述贯穿孔设置成锥形。

并且，所述导向槽可沿着所述螺旋桨轴的轴向延伸形成，所述导销与所述螺旋桨轴一同旋转的同时，沿着所述螺距确定槽滑动移动，在所述导向槽前后移动。

并且，所述螺距角可设置成与流入所述桨叶前方的流速相应地改变。

并且，其特征为，所述螺旋桨轴可贯穿船体的尾轴毂延伸设置，位于所述螺旋桨轴的最上端的所述桨叶的螺距角比位于所述螺旋桨轴的最下端的所述桨叶的螺距角相对小。

并且，所述桨叶的螺距角可设置成基于所述螺旋桨轴的旋转角从所述最上端越朝向所述最下端逐渐变大。

并且，所述桨叶可具备有多个，沿着与所述螺旋桨轴的端部结合的轮轴的周围隔开配置，所述桨叶工作轴具备有多个，以便分别与所述多个桨叶连接，并独立调节所述多个桨叶的螺距角，所述多个桨叶工作轴上分别设置沿着所述螺距确定槽移动的所述导销。

并且，所述螺距确定槽可具有沿着所述导环的周向凹陷形成的闭环形状，相对于所述螺旋桨轴的径向以一定角度倾斜配置。

并且，所述螺距确定槽可具备：第一位置，所述桨叶位于所述螺旋桨轴的最上侧时，定义所述桨叶的第一螺距角；第二位置，所述桨叶位于螺旋桨轴的最下侧时，定义所述桨叶的第二螺距角，其中，所述第一螺距角形成最小螺距角，第二螺距角形成最大螺距角。

并且，所述桨叶工作轴可包括与所述偏心突起连接的第一部分和被所述导流板支撑的第二部分，所述第一部分和所述第二部分通过旋转接头相连。

本发明实施例的可变螺距螺旋桨的螺距角控制方法，用于控制与螺旋桨连结来产生推进力的可变螺距螺旋桨的螺距角，其特征为，判断流入桨叶侧的流体的流入流速，确定最小流入流速处的所述桨叶的第一螺距角和最大流入流速处的所述桨叶的第二螺距角，所述桨叶的螺距角控制成沿着所述螺旋桨轴的旋转方向在所述第一螺距角与所述第二螺距角之间逐渐变大或变小。

(三)有益效果

本实施例的可变螺距螺旋桨的驱动装置，桨叶的螺距与流入可变螺距螺旋桨侧的流速相应地改变，因此推进效率得到提高。

并且，本实施例的可变螺距螺旋桨的螺距改变的情况下能够稳定地进行控制。

附图说明

图1是表示设置本发明实施例的可变螺距螺旋桨的船体后尾的示意图。

图2示出结合有本发明实施例的螺距调节装置的可变螺距螺旋桨。

图3是本发明实施例的螺距调节装置的分解立体图。

图4示出结合有本发明实施例的螺距调节装置的螺旋浆轴内部。

图5示出基于本发明实施例的可变螺距螺旋桨的流入流速的桨叶的螺距角。

图6是本发明实施例的桨叶位于最上端时的作动状态图。

图7是本发明实施例的桨叶位于最下端时的作动状态图。

图8是表示本发明另一实施例的可变螺距螺旋桨的驱动装置的分解立体图。

图9是本发明另一实施例的可变螺距螺旋桨的作动状态图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的优选实施例进行详细说明。首先，本发明申请人申请了韩国专利申请号第10-2010-0088719号的发明，其关于考虑流入螺旋桨侧的流速，调节螺旋桨的螺距的可变螺距螺旋桨。关于该发明，本说明书中包括上述申请文件中公开的内容。

参照图1，本实施例的船舶的推进装置包括如下可变螺距螺旋桨30：其设置于贯穿船体10的尾轴毂11(stern boss)的中空的螺旋桨轴20的末端部分，改变桨叶31的螺距来产生推进力。

这种可变螺距螺旋桨30具备螺距调节装置40，其在螺旋桨轴20旋转时，与旋转角度相应地连续改变桨叶31的螺距角。

螺距调节装置40设置成可独立调节在可变螺距螺旋桨30的轮轴32外表面能够以轴为中心旋转地结合的多个桨叶31的螺距角。

多个桨叶31分别具备在轮轴32的外表面能够旋转地结合的盘形状的旋转盘33，旋转盘33的下侧具备从旋转轴33的中心偏向配置的偏心突起35。

旋转盘33维持水密状态且能够在周方上旋转地设置于轮轴32上，偏心突起35被螺距调节装置40推或拉，由此使旋转盘33旋转。

图2示出结合有本实施例的螺距调节装置的状态，图3是本实施例的螺距调节装置的分解立体图，图4示出结合有本实施例的螺距调节装置的螺旋桨轴内部。

参照图1至图4，螺距调节装置40包括：桨叶工作轴50，其配置于螺旋桨轴20的内部，设置成能够沿着螺旋桨轴20的轴向直线往复移动；动力转换部60，将螺旋桨轴20的旋转运动转换为桨叶工作轴50的直线往复运动。

桨叶工作轴50的一侧末端部分与偏心突起35连接，另一侧末端部分可在固定于螺旋桨轴20内部的导流板70能够滑动地支撑。

导流板70上形成有桨叶工作轴50贯穿的贯穿孔71，导流板70的外围支撑于螺旋桨轴20的内周面，与螺旋桨轴20一体旋转。

在桨叶工作轴50滑动移动的情况下，贯穿孔71可设置成直径逐渐变大的形状(锥形)，以便能够在螺旋桨轴20的径向保持一定游隙。这是为了在桨叶工作轴50沿轴向直线往复移动时吸收螺旋桨轴20的径向位置变化。

动力转换部60用于将螺旋桨轴20的旋转运动转换为桨叶工作轴50的直线运动，其包括：导销62，从桨叶工作轴50一侧向径向外侧延伸形成；导环61，设置有引导导销62的滑动移动的螺距确定槽63。

导销62通过从螺旋桨轴20的外表面沿轴向切开的导向槽64向螺旋桨轴20的外侧突出，可配置成与螺距确定槽63接触。

导环61可设置成包围导销62突出的螺旋桨轴20的外侧周围，可以以固定的状态设置于船体10的尾轴毂11侧。

导环61以中空管形状设置，螺距确定槽63具有沿着导环63的内周面凹陷的环状的闭环形状。

螺距确定槽63可配置成相对于与螺旋桨轴20的轴向x正交的yz平面具有一轴或两轴倾斜角。即，螺距确定槽63可形成为相对于yz平面倾斜一定角度的椭圆形状的闭环，或者螺旋形槽的闭环。

这种螺距确定槽63确定桨叶工作轴50沿轴向x往复移动的距离，根据桨叶工作轴50移动的过程中推拉与桨叶工作轴50连接的偏心突起35来控制桨叶31的螺距角。

另一方面，流入本实施例的设置于船舶后尾的可变螺距螺旋桨30侧的流体的流入流速受船体结构的影响，流入流速显示在可变螺距螺旋桨30的下半部比上半部侧相对快。

即，如图5所示，流体的流入流速在螺旋桨轴20的最上端21最慢，在最下端22最快。

以此为准，分为流入流速沿着螺旋桨轴20的旋转方向逐渐变快的部分23和逐渐变慢的部分24。

参照图4和图5，考虑这样的流体的流入流速分布，螺距确定槽63具备第一位置63a，桨叶31位于螺旋桨轴20的最上侧时，定义第一螺距角；第二位置63b，位于螺旋桨轴20的最下侧22时，定义第二螺距角，形成为，在流入流速沿着螺旋桨轴20的旋转方向逐渐变快的部分23，即随着从第一位置63a朝向第二位置63b，使桨叶工作轴50向桨叶31的螺距角逐渐变大的方向移动；在流入流速逐渐变慢的部分24，即随着从第二位置63b朝向第一位置63a，使桨叶工作轴50向桨叶31的螺距角逐渐变小的方向移动。

以下，对本发明实施例的可变螺距螺旋桨的工作进行说明。图6是本实施例的桨叶位于最上端时的作动状态图，图7是本实施例的桨叶位于最下端时的作动状态图。

首先，若螺旋桨轴20旋转，则通过导向槽64向外部突出的导销62沿着形成于固定在尾轴毂11侧的导环61内周面的螺距确定槽63滑动移动，同时使桨叶工作轴50在轴向x前后移动，桨叶工作轴50通过推或拉与桨叶31的下端部连接的偏心突起35来改变桨叶31的螺距角。

如图6所示，导销62位于螺距确定槽63的第一位置63a的情况下，桨叶31位于螺旋桨轴20的最上端21，位于最上端21的桨叶31具有最小的螺距角。之后，若螺旋桨轴20旋转，则导销62沿着螺距确定槽63移动，同时使桨叶工作轴50逐渐后退，桨叶工作轴50随着连续拉动偏心突起35，沿着螺旋桨轴20的旋转方向逐渐增加桨叶31的螺距角。

并且，如图7所示，若导销62位于螺距确定槽63的第二位置63b，则位于螺旋桨轴20的最下端63b的桨叶31具有最大螺距角，若继续旋转螺旋桨轴20，则桨叶31的螺距角逐渐变小，回到图6的状态。

即，桨叶31的螺距角以螺旋桨轴20的一个旋转周期相同的周期，与基于螺旋桨轴20的旋转角度而流入桨叶31侧的流体的流速相应地连续增加或减少。

通过这种结构，通过液压连续改变桨叶的螺距角的情况下，流体力和桨叶的转矩相互作用而出现的桨叶的推力()和阻力不是恒定(steady)，因此由于桨叶的螺距角不能控制为恒定，有可能继续不规则晃动，但本实施例中，通过机构的结构能够连续改变桨叶的螺距角，因此能够稳定地改变与螺旋桨轴的旋转角对应的桨叶的螺距角。并且，由于不需要用于改变桨叶的螺距角而另设的用于液压控制的系统，因此螺旋桨毂内部及轴系统结构简化的同时减轻重量。

并且，与流入螺旋桨侧的流速相应地调节最佳桨叶螺距角，由此螺旋桨的推进效率得到提高。

以下，对本发明另一实施例的可变螺距螺旋桨的驱动装置进行说明。以下，对具有同一功能的结构要件添加同一附图标记，省略详细说明。

图8是表示本发明另一实施例的可变螺距螺旋桨的驱动装置的分解立体图，图9是图8的作动状态图。

图8所示的可变螺距螺旋桨的驱动装置只是在与桨叶31的偏心突起35连接的桨叶工作轴80的结构上有所不同，与上述的可变螺距螺旋桨的驱动装置具有相同构成要件。

桨叶工作轴80具备：第一部分81，与偏心突起35连接，以便推拉偏心突起35，并形成有导销62；第二部分82，插入导流板70的贯穿孔73，且被能够滑动地支撑，其中，第一部分81和第二部分82可通过旋转接头90能够相互旋转地结合。

旋转接头90执行桨叶工作轴80沿轴向x直线往复移动的情况下，吸收与轴向x垂直的径向y的位置变化的功能。另一方面，本实施例的旋转接头90形成为具有通过铰链销91相互结合的结构，但只限于该实施例，只要是能够吸收基于桨叶31的螺距变化的径向y的位置变化的旋转结构(球型等)，可适用任意形状。

另一方面，贯穿孔73的直径维持恒定，以便引导稳定的直线移动，来代替第二部分82插入并滑动移动的贯穿孔73呈锥形。

通过这种结构，桨叶工作轴80沿轴向x直线往复移动的情况下，如图9所示，桨叶工作轴80的第二部分82以插入贯穿孔73的状态进行稳定的直线移动，桨叶工作轴80的第一部分81沿轴向x移动的同时通过旋转接头90旋转，并且确保基于桨叶31的螺距变化的桨叶工作轴80的径向y的位置变化自由度。

以上，图示说明特定的实施例。但并不限于上述实施例，本发明所属技术领域的技术人员在不脱离权利要求书所记载的发明技术思想的主旨的范围内，可进行多种变更。

Claims (14)

1.一种可变螺距螺旋桨的驱动装置，其具备基于螺旋桨轴的旋转方向螺距角连续改变的桨叶和调节所述螺距角的螺距调节装置，其特征在于，

所述螺距调节装置包括：桨叶工作轴，其与连接于所述桨叶下端部的偏心突起连接，配置成能够在所述螺旋桨轴的内侧直线往复移动，以便能够推拉所述偏心突起；

动力转换部，将所述螺旋桨轴的旋转运动转换为所述桨叶工作轴的直线往复运动，

所述螺旋桨轴内设置有导流板，为了所述桨叶工作轴的稳定移动，所述桨叶工作轴贯穿所述导流板而被能够滑动地支撑。

2.根据权利要求1所述的可变螺距螺旋桨的驱动装置，其特征在于，所述动力转换部包括：

导销，从所述桨叶工作轴延伸，通过形成于所述螺旋桨轴的外表面的导向槽突出，

导环，包围所述螺旋桨轴的外侧周围，且内表面设置有所述导销滑动移动的螺距确定槽。

3.根据权利要求2所述的可变螺距螺旋桨的驱动装置，其特征在于，所述导向槽沿着所述螺旋桨轴的轴向切开形成。

4.根据权利要求1所述的可变螺距螺旋桨的驱动装置，其特征在于，所述导流板内侧具备所述桨叶工作轴贯穿的贯穿孔，所述贯穿孔设置成锥形。

5.根据权利要求2所述的可变螺距螺旋桨的驱动装置，其特征在于，所述导向槽沿着所述螺旋桨轴的轴向延伸形成，

所述导销与所述螺旋桨轴一同旋转的同时，沿着所述螺距确定槽滑动移动，在所述导向槽前后移动。

6.根据权利要求1所述的可变螺距螺旋桨的驱动装置，其特征在于，所述螺距角设置成与流入所述桨叶前方的流速相应地改变。

7.根据权利要求6所述的可变螺距螺旋桨的驱动装置，其特征在于，所述螺旋桨轴贯穿船体的尾轴毂延伸设置，

位于所述螺旋桨轴的最上端的所述桨叶的螺距角比位于所述螺旋桨轴的最下端的所述桨叶的螺距角相对小。

8.根据权利要求7所述的可变螺距螺旋桨的驱动装置，其特征在于，所述桨叶的螺距角设置成基于所述螺旋桨轴的旋转角从所述最上端朝向所述最下端逐渐变大。

9.根据权利要求2所述的可变螺距螺旋桨的驱动装置，其特征在于，所述桨叶具备有多个，沿着与所述螺旋桨轴的端部结合的轮轴的周围隔开配置，所述桨叶工作轴具备有多个，以便分别与所述多个桨叶连接，独立调节所述多个桨叶的螺距角，所述多个桨叶工作轴上分别设置沿着所述螺距确定槽移动的所述导销。

10.根据权利要求2所述的可变螺距螺旋桨的驱动装置，其特征在于，所述螺距确定槽具有沿着所述导环的周向凹陷形成的闭环形状，相对于所述螺旋桨轴的径向以一定角度倾斜配置。

11.根据权利要求10所述的可变螺距螺旋桨的驱动装置，其特征在于，所述螺距确定槽具备：

第一位置，所述桨叶位于所述螺旋桨轴的最上侧时，定义所述桨叶的第一螺距角；

第二位置，所述桨叶位于所述螺旋桨轴的最下侧时，定义所述桨叶的第二螺距角，

其中，所述第一螺距角形成最小螺距角，第二螺距角形成最大螺距角。

12.根据权利要求1所述的可变螺距螺旋桨的驱动装置，其特征在于，所述桨叶工作轴包括与所述偏心突起连接的第一部分和被所述导流板支撑的第二部分，

所述第一部分和所述第二部分通过旋转接头相连。

13.一种具备权利要求1至3或者权利要求4至10中任一项所述的可变螺距螺旋桨的驱动装置的船舶。

14.一种可变螺距螺旋桨的螺距角控制方法，用于控制根据权利要求1所述的可变螺距螺旋桨的驱动装置，其特征在于，

判断流入桨叶侧的流体的流入流速，确定最小流入流速处的所述桨叶的第一螺距角和最大流入流速处的所述桨叶的第二螺距角，

所述桨叶的螺距角控制成沿着所述螺旋桨轴的旋转方向所述第一螺距角与所述第二螺距角之间逐渐变大或变小。