CN104773279B - 曲线涵道式船用螺旋桨 - Google Patents

Abstract

本发明是一种曲线涵道式船用螺旋桨，其涉及一种船用螺旋桨。曲线涵道式船用螺旋桨主要由联轴器部件、桨轴、曲线涵道、桨叶、尾锥组成，船轴带动曲线涵道式船用螺旋桨按照旋转方向旋转，推动船舶向前行驶。船舶向前行驶时，由于涵道前缘的截面直径远大于涵道喉部的截面直径，涵道前缘产生阻力，使涵道前缘内的吸水区的静压增大，从而推延螺旋桨的空泡极限，降低空化程度，从而降低噪音和振动，降低空蚀、提高螺旋桨的性能。曲线涵道式船用螺旋桨的桨叶叶梢与曲线涵道内表面连接在一起，确保曲线涵道式船用螺旋桨的结构强度和刚性大，适合采用以碳纤维加强型塑料为代表的复合材料。

Description

曲线涵道式船用螺旋桨

技术领域

本发明是一种曲线涵道式船用螺旋桨，其涉及一种船用螺旋桨，特别是涉及一种曲线涵道式船用螺旋桨。

背景技术

船用螺旋桨的种类繁多，常见的民用船舶螺旋桨主要有普通螺旋桨、涵道螺旋桨（也称导流管螺旋桨，简称导管螺旋桨）、可调螺距螺旋桨。

普通螺旋桨由桨叶和桨毂组成。螺旋桨与船轴联接部分称为桨毂，桨毂是一个截头的锥形体。为了减小螺旋桨水中阻力，在桨毂后端安装毂帽，毂帽与桨毂一起形成流线形。普通螺旋桨常为三叶或四叶，桨叶固定在桨毂上。由船尾后面向前看时所见到的螺旋桨桨叶的一面称为叶面，另一面称为叶背。桨叶与桨毂联接处称为叶根，桨叶的外端称为叶梢。螺旋桨正车旋转时桨叶边缘在前面者称为导边，另一边称为随边。

涵道螺旋桨是在普通螺旋桨外安装一个套筒。套筒可以是固定的，称为固定导管。套筒也可以是转动的，称为转动导管。一般情况下转动导管的涵道螺旋桨，其螺旋桨沿着水平的轴线旋转，转动导管则沿着垂直的轴线旋转。转动导管除了起导流作用外，还起着舵的作用。按照导管对流体速度的影响作用，导管又分为加速导管（也称渐缩导管）和减速导管（也称渐扩导管），加速导管内部的流道截面从前向后为渐缩的形状，减速导管内部的流道截面从前向后为渐扩的形状，两种类型导管内部流道截面最大直径与最小直径相差并不大。固定导管和转动导管均不随着螺旋桨一起旋转。导管内壁与叶梢的间距很小，容易发生杂物堵塞和导管内壁与叶梢扫膛事故。

可调螺距螺旋桨通过螺旋桨变距机构调整桨距或桨叶安装角。可调螺距螺旋桨结构复杂，可调螺距螺旋桨的叶根处厚度增大，使叶根处容易产生空蚀。

所有的船用螺旋桨都会在叶背的叶梢处产生汽泡，该过程称为空化，空化能产生噪音和振动，降低螺旋桨的性能。空化能造成螺旋桨材料损坏，称为空蚀，也称汽蚀或气蚀。

为了降低空化对军用船舶的危害，常采用大侧斜七叶螺旋桨、泵水推进螺旋桨、喷水推进器和复合材料螺旋桨。大侧斜七叶螺旋桨、泵水推进螺旋桨和喷水推进器的技术复杂、成本高，较难应用于民用船舶。复合材料螺旋桨正处于研发阶段，采用碳纤维加强型塑料的复合材料，复合材料的强度和刚性远低于铜、不锈钢的强度和刚性，普通螺旋桨结构受力不均匀，螺旋桨叶根处应力集中，若增加叶根处桨叶厚度，会使叶根处产生空化，复合材料螺旋桨的应用需要一种满足其应用条件的新的螺旋桨结构。

发明内容

本发明的目的是克服传统民用船舶螺旋桨易于产生空化、受力不均匀、工作效率低、不适合采用复合材料的缺陷，提供一种适用于小型民用船舶的需求，不易于产生空化、受力均匀、工作效率高、适合采用复合材料的曲线涵道式船用螺旋桨。本发明的实施方案如下：

本发明总的特征是曲线涵道式船用螺旋桨包括联轴器部件、桨轴、曲线涵道、桨叶、尾锥，桨轴、尾锥依次连接在一起，一个或者两个桨叶固定在桨轴上，曲线涵道罩在桨叶外侧，曲线涵道内表面与桨叶的叶梢连接在一起。联轴器部件把曲线涵道式船用螺旋桨与船轴连接在一起。

曲线涵道呈喇叭形，曲线涵道从前向后分别是涵道前缘、涵道喉部、涵道后缘，涵道前缘的截面直径最大，涵道喉部的截面直径最小，涵道后缘的截面直径略大于涵道喉部的截面直径，从涵道前缘、涵道喉部至涵道后缘的曲线涵道内表面截面轨迹呈圆滑的曲线，该曲线的涵道前缘至涵道喉部的曲率最大，使曲线涵道内表面截面轨迹由涵道前缘的最大截面直径骤降至涵道喉部的最小截面直径。

桨轴呈圆柱形，桨轴后端与尾锥连接在一起，桨轴前端有外花键，外花键朝向尾锥的一侧有环形的定位凹槽，桨轴中间靠近尾锥的外表面有一个或者两个桨叶，桨叶呈螺旋面，桨叶的螺距是定螺距或者变螺距，变螺距桨叶从前向后螺距逐渐减小。桨叶的叶梢轴向轮廓呈喇叭形，桨叶的叶梢与曲线涵道内表面连接在一起。桨叶的导边是凹形曲线导边或者直线导边或者凸形曲线导边，桨叶的随边是凹形曲线随边或者直线随边。

桨轴、曲线涵道、桨叶、尾锥的材料是铜或者不锈钢，或者是以碳纤维加强型塑料为代表的复合材料。曲线涵道式船用螺旋桨的桨叶数是一叶或者两叶。曲线涵道式船用螺旋桨的桨叶的螺旋面大于一圈。曲线涵道式船用螺旋桨桨叶的轴向长度小于或等于曲线涵道的轴向长度。

联轴器部件包括一个联轴器套筒、两个半片联接环、两个船轴端半片联接环、若干个螺栓。联轴器套筒呈圆筒形，联轴器套筒内表面中间有内花键，联轴器套筒两个端面有若干个内螺纹孔。半片联接环呈半圆环形，半片联接环中间有半圆环形的定位凸台，半片联接环外缘有若干个凹坑，每一个凹坑中有一个螺栓孔。船轴端半片联接环与半片联接环结构相同，船轴端半片联接环呈半圆环形，船轴端半片联接环中间有半圆环形的定位凸台，船轴端半片联接环外缘有若干个凹坑，每一个凹坑中有一个螺栓孔。船轴与曲线涵道式船用螺旋桨联接的一端有船轴外花键，船轴外花键朝向船体的一侧有环形的船轴定位凹槽。

联轴器部件装配时，把桨轴的外花键插入联轴器套筒的内花键中，把两个半片联接环安装在联轴器套筒的一端，使两个半片联接环的定位凸台卡在桨轴的定位凹槽中，使螺栓穿过凹坑的螺栓孔，安装在联轴器套筒一端的内螺纹孔中，把曲线涵道式船用螺旋桨固定在联轴器部件上。把船轴1的船轴外花键插入联轴器套筒的内花键中，把两个船轴端半片联接环安装在联轴器套筒的另一端，使两个船轴端半片联接环的定位凸台卡在船轴的船轴定位凹槽中，使螺栓穿过凹坑的螺栓孔，安装在联轴器套筒另一端的内螺纹孔中，把船轴固定在联轴器部件上。

船轴带动曲线涵道式船用螺旋桨按照旋转方向旋转，桨叶和曲线涵道跟随着船轴一起旋转，桨叶推动涵道喉部内腔的压水区的水向后流动，由桨叶和曲线涵道内表面形成的流道内腔截面逐渐缩小，使压水区的水压增大和水流速度增大，水流由涵道后缘内腔的排水区向后高速流动，推动船舶向前行驶。船舶向前行驶时，由于涵道前缘的截面直径远大于涵道喉部的截面直径，涵道前缘产生阻力，使涵道前缘内腔的吸水区水的静压增大，从而推延螺旋桨的空泡极限，降低空化程度。凹形曲线导边和凸形曲线导边也可以推延螺旋桨的空泡极限，进一步降低噪音、振动和空蚀。当曲线涵道式船用螺旋桨的直径较小时，可以采用直线导边。

曲线涵道式船用螺旋桨的桨叶叶梢与曲线涵道内表面连接在一起，确保曲线涵道式船用螺旋桨的结构强度和刚性大，适合采用以碳纤维加强型塑料为代表的复合材料。桨叶的螺距是定螺距时，有利于塑料复合材料的曲线涵道式船用螺旋桨的模具型芯从截面直径最小的涵道喉部处向涵道前缘和涵道后缘两个方向，以螺旋方式退出模具型腔，简化塑料复合材料的曲线涵道式船用螺旋桨的加工工艺。

曲线涵道式船用螺旋桨的材料是铜或者不锈钢时，为了方便曲线涵道式船用螺旋桨的表面精加工，曲线涵道式船用螺旋桨的曲线涵道独自铸造后再做表面精加工。桨轴、桨叶、尾锥组成一个部件，铸造后再做表面精加工。最后把桨轴、桨叶、尾锥组成的部件焊接在曲线涵道内表面。

曲线涵道式船用螺旋桨采用一个桨叶时，吸水区的水流扰动最小，更有利于降低空化程度。

曲线涵道式船用螺旋桨采取上述结构和相关技术措施，降低螺旋桨前面吸水区的水流速度，增加水流的静压力，能有效的抑制空化。减少桨叶厚度的同时，增加桨叶宽度，能确保螺旋桨叶根处和叶梢处材料的强度和刚性符合设计要求。增大桨叶过流面积、延长桨叶作用在水流上的时间、减小水流急剧加速或降压，能有效的提高螺旋桨工作效率。曲线涵道式船用螺旋结构不仅能适合铜、不锈钢材料，还适合碳纤维加强型塑料的复合材料，曲线涵道式船用螺旋桨结构能满足渔船、快艇等小型民用船舶的需求。

附图说明

说明书附图是曲线涵道式船用螺旋桨的结构图和示意图。其中图1是曲线涵道式船用螺旋桨轴测图，由涵道后缘向涵道前缘观看。图2是曲线涵道式船用螺旋桨轴测图，由涵道前缘向涵道后缘观看，隐藏联轴器部件和船轴。图3是曲线涵道式船用螺旋桨轴测剖视图，凹形曲线导边、凹形曲线随边。图4是曲线涵道式船用螺旋桨轴测图，凹形曲线导边、凹形曲线随边，隐藏曲线涵道、联轴器部件和船轴。图5是曲线涵道轴测图。图6是曲线涵道式船用螺旋桨的水流路径示意图，隐藏联轴器部件和船轴。图7是曲线涵道式船用螺旋桨轴测图，直线导边、直线随边，隐藏曲线涵道、联轴器部件和船轴。图8是曲线涵道式船用螺旋桨轴测图，凸形曲线导边、凹形曲线随边，隐藏曲线涵道、联轴器部件和船轴。图9是两个定螺距桨叶的曲线涵道式船用螺旋桨轴测图，隐藏曲线涵道、联轴器部件和船轴。图10是两个变螺距桨叶的曲线涵道式船用螺旋桨轴测图，隐藏曲线涵道、联轴器部件和船轴。图11是联轴器部件轴测剖视图。图12是半片联接环或船轴端半片联接环轴测图。图13是联轴器套筒轴测剖视图。图14是船轴端部轴测图。

图1至图8展示的是一个定螺距桨叶的曲线涵道式船用螺旋桨的结构图和示意图。

图中标注有船轴1、联轴器部件2、吸水区3、旋转方向4、桨轴5、曲线涵道6、压水区7、桨叶8、尾锥9、排水区10、外花键11、定位凹槽12、叶背13、凹形曲线导边14、叶面15、凹形曲线随边16、涵道前缘17、涵道喉部18、涵道后缘19、水流方向20、直线导边21、直线随边22、凸形曲线导边23、半片联接环24、定位凸台25、联轴器套筒26、内花键27、螺栓28、凹坑29、内螺纹孔30、船轴端半片联接环31、船轴定位凹槽32、船轴外花键33。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步叙述。

参照图1、图2和图3，曲线涵道式船用螺旋桨包括联轴器部件2、桨轴5、曲线涵道6、桨叶8、尾锥9，桨轴5、尾锥9依次连接在一起，一个或者两个桨叶8固定在桨轴5上，曲线涵道6罩在桨叶8外侧，曲线涵道6内表面与桨叶8的叶梢连接在一起。联轴器部件2把曲线涵道式船用螺旋桨与船轴1连接在一起。

参照图5，曲线涵道6呈喇叭形，曲线涵道6从前向后分别是涵道前缘17、涵道喉部18、涵道后缘19，涵道前缘17的截面直径最大，涵道喉部18的截面直径最小，涵道后缘19的截面直径略大于涵道喉部18的截面直径，从涵道前缘17、涵道喉部18至涵道后缘19的曲线涵道6内表面截面轨迹呈圆滑的曲线，该曲线的涵道前缘17至涵道喉部18的曲率最大，使曲线涵道6内表面截面轨迹由涵道前缘17的最大截面直径骤降至涵道喉部18的最小截面直径。

参照图4、图7和图8，桨轴5呈圆柱形，桨轴5后端与尾锥9连接在一起，桨轴5前端有外花键11，外花键11朝向尾锥9的一侧有环形的定位凹槽12，桨轴5中间靠近尾锥9的外表面有一个或者两个桨叶8，桨叶8呈螺旋面，桨叶8的螺距是定螺距或者变螺距，变螺距桨叶8从前向后螺距逐渐减小。桨叶8的叶梢轴向轮廓呈喇叭形，桨叶8的叶梢与曲线涵道6内表面连接在一起。桨叶8的导边是凹形曲线导边14或者直线导边21或者凸形曲线导边23，桨叶8的随边是凹形曲线随边16或者直线随边22。

桨轴5、曲线涵道6、桨叶8、尾锥9的材料是铜或者不锈钢，或者是以碳纤维加强型塑料为代表的复合材料。曲线涵道式船用螺旋桨的桨叶8数是一叶或者两叶。曲线涵道式船用螺旋桨的桨叶8的螺旋面大于一圈。曲线涵道式船用螺旋桨桨叶8的轴向长度小于或等于曲线涵道6的轴向长度。

参照图11、图12、图13和图14，联轴器部件2包括一个联轴器套筒26、两个半片联接环24、两个船轴端半片联接环31、若干个螺栓28。联轴器套筒26呈圆筒形，联轴器套筒26内表面中间有内花键27，联轴器套筒26两个端面有若干个内螺纹孔30。半片联接环24呈半圆环形，半片联接环24中间有半圆环形的定位凸台25，半片联接环24外缘有若干个凹坑29，每一个凹坑29中有一个螺栓孔。船轴端半片联接环31与半片联接环24结构相同，船轴端半片联接环31呈半圆环形，船轴端半片联接环31中间有半圆环形的定位凸台25，船轴端半片联接环31外缘有若干个凹坑29，每一个凹坑29中有一个螺栓孔。船轴1与曲线涵道式船用螺旋桨联接的一端有船轴外花键33，船轴外花键33朝向船体的一侧有环形的船轴定位凹槽32。

参照图3、图11、图12、图13和图14，联轴器部件2装配时，把桨轴5的外花键11插入联轴器套筒26的内花键27中，把两个半片联接环24安装在联轴器套筒26的一端，使两个半片联接环24的定位凸台25卡在桨轴5的定位凹槽12中，使螺栓28穿过凹坑29的螺栓孔，安装在联轴器套筒26一端的内螺纹孔30中，把曲线涵道式船用螺旋桨固定在联轴器部件2上。把船轴1的船轴外花键33插入联轴器套筒26的内花键27中，把两个船轴端半片联接环31安装在联轴器套筒26的另一端，使两个船轴端半片联接环31的定位凸台25卡在船轴1的船轴定位凹槽32中，使螺栓28穿过凹坑29的螺栓孔，安装在联轴器套筒26另一端的内螺纹孔30中，把船轴1固定在联轴器部件2上。

参照图3和图6，船轴1带动曲线涵道式船用螺旋桨按照旋转方向4旋转，桨叶8和曲线涵道6跟随着船轴1一起旋转，桨叶8推动涵道喉部18内腔的压水区7的水向后流动，由桨叶8和曲线涵道6内表面形成的流道内腔截面逐渐缩小，使压水区7的水压增大和水流速度增大，水流由涵道后缘19内腔的排水区10向后高速流动，推动船舶向前行驶。船舶向前行驶时，由于涵道前缘17的截面直径远大于涵道喉部18的截面直径，涵道前缘17产生阻力，使涵道前缘17内腔的吸水区3水的静压增大，从而推延螺旋桨的空泡极限，降低空化程度。凹形曲线导边14和凸形曲线导边23也可以推延螺旋桨的空泡极限，进一步降低噪音、振动和空蚀。当曲线涵道式船用螺旋桨的直径较小时，可以采用直线导边21。

曲线涵道式船用螺旋桨的桨叶8叶梢与曲线涵道6内表面连接在一起，确保曲线涵道式船用螺旋桨的结构强度和刚性大，适合采用以碳纤维加强型塑料为代表的复合材料。桨叶8的螺距是定螺距时，有利于塑料复合材料的曲线涵道式船用螺旋桨的模具型芯从截面直径最小的涵道喉部18处向涵道前缘17和涵道后缘19两个方向，以螺旋方式退出模具型腔，简化塑料复合材料的曲线涵道式船用螺旋桨的加工工艺。

曲线涵道式船用螺旋桨的材料是铜或者不锈钢时，为了方便曲线涵道式船用螺旋桨的表面精加工，曲线涵道式船用螺旋桨的曲线涵道6独自铸造后再做表面精加工。桨轴5、桨叶8、尾锥9组成一个部件，铸造后再做表面精加工。最后把桨轴5、桨叶8、尾锥9组成的部件焊接在曲线涵道6内表面。

曲线涵道式船用螺旋桨采用一个桨叶8时，吸水区3的水流扰动最小，更有利于降低空化程度。

曲线涵道式船用螺旋桨采取上述结构和相关技术措施，降低螺旋桨前面吸水区3的水流速度，增加水流的静压力，能有效的抑制空化。减少桨叶8厚度的同时，增加桨叶8宽度，能确保螺旋桨叶根处和叶梢处材料的强度和刚性符合设计要求。增大桨叶8过流面积、延长桨叶8作用在水流上的时间、减小水流急剧加速或降压，能有效的提高螺旋桨工作效率。曲线涵道式船用螺旋结构不仅能适合铜、不锈钢材料，还适合塑料材料，曲线涵道式船用螺旋桨结构能满足渔船、快艇等小型民用船舶的需求。

Claims (2)

1.一种曲线涵道式船用螺旋桨，其特征在于曲线涵道式船用螺旋桨包括联轴器部件(2)、桨轴(5)、曲线涵道(6)、桨叶(8)、尾锥(9)，桨轴(5)、尾锥(9)依次连接在一起，一个或者两个桨叶(8)固定在桨轴(5)上，曲线涵道(6)罩在桨叶(8)外侧，曲线涵道(6)内表面与桨叶(8)的叶梢连接在一起；联轴器部件(2)把曲线涵道式船用螺旋桨与船轴(1)连接在一起；

曲线涵道(6)呈喇叭形，曲线涵道(6)从前向后分别是涵道前缘(17)、涵道喉部(18)、涵道后缘(19)，涵道前缘(17)的截面直径最大，涵道喉部(18)的截面直径最小，涵道后缘(19)的截面直径略大于涵道喉部(18)的截面直径，从涵道前缘(17)、涵道喉部(18)至涵道后缘(19)的曲线涵道(6)内表面截面轨迹呈圆滑的曲线，该曲线的涵道前缘(17)至涵道喉部(18)的曲率最大，使曲线涵道(6)内表面截面轨迹由涵道前缘(17)的最大截面直径骤降至涵道喉部(18)的最小截面直径；

桨轴(5)呈圆柱形，桨轴(5)后端与尾锥(9)连接在一起，桨轴(5)前端有外花键(11)，外花键(11)朝向尾锥(9)的一侧有环形的定位凹槽(12)，桨轴(5)中间靠近尾锥(9)的外表面有一个或者两个桨叶(8)，桨叶(8)呈螺旋面，桨叶(8)的螺距是定螺距或者变螺距，变螺距桨叶(8)从前向后螺距逐渐减小；桨叶(8)的叶梢轴向轮廓呈喇叭形，桨叶(8)的叶梢与曲线涵道(6)内表面连接在一起；桨叶(8)的导边是凹形曲线导边(14)或者直线导边(21)或者凸形曲线导边(23)，桨叶(8)的随边是凹形曲线随边(16)或者直线随边(22)；

桨轴(5)、曲线涵道(6)、桨叶(8)、尾锥(9)的材料是铜或者不锈钢，或者是复合材料；曲线涵道式船用螺旋桨的桨叶(8)数是一叶或者两叶；曲线涵道式船用螺旋桨的桨叶(8)的螺旋面大于一圈；曲线涵道式船用螺旋桨桨叶(8)的轴向长度小于或等于曲线涵道(6)的轴向长度。

2.根据权利要求1所述的曲线涵道式船用螺旋桨，其特征在于联轴器部件(2)包括一个联轴器套筒(26)、两个半片联接环(24)、两个船轴端半片联接环(31)、若干个螺栓(28)；联轴器套筒(26)呈圆筒形，联轴器套筒(26)内表面中间有内花键(27)，联轴器套筒(26)两个端面有若干个内螺纹孔(30)；半片联接环(24)呈半圆环形，半片联接环(24)中间有半圆环形的定位凸台(25)，半片联接环(24)外缘有若干个凹坑(29)，每一个凹坑(29)中有一个螺栓孔；船轴端半片联接环(31)与半片联接环(24)结构相同，船轴端半片联接环(31)呈半圆环形，船轴端半片联接环(31)中间有半圆环形的定位凸台(25)，船轴端半片联接环(31)外缘有若干个凹坑(29)，每一个凹坑(29)中有一个螺栓孔；船轴(1)与曲线涵道式船用螺旋桨联接的一端有船轴外花键(33)，船轴外花键(33)朝向船体的一侧有环形的船轴定位凹槽(32)；

联轴器部件(2)装配时，把桨轴(5)的外花键(11)插入联轴器套筒(26)的内花键(27)中，把两个半片联接环(24)安装在联轴器套筒(26)的一端，使两个半片联接环(24)的定位凸台(25)卡在桨轴(5)的定位凹槽(12)中，使螺栓(28)穿过凹坑(29)的螺栓孔，安装在联轴器套筒(26)一端的内螺纹孔(30)中，把曲线涵道式船用螺旋桨固定在联轴器部件(2)上；把船轴(1)的船轴外花键(33)插入联轴器套筒(26)的内花键(27)中，把两个船轴端半片联接环(31)安装在联轴器套筒(26)的另一端，使两个船轴端半片联接环(31)的定位凸台(25)卡在船轴(1)的船轴定位凹槽(32)中，使螺栓(28)穿过凹坑(29)的螺栓孔，安装在联轴器套筒(26)另一端的内螺纹孔(30)中，把船轴(1)固定在联轴器部件(2)上。