CN104787292B - 电动船舶对转桨推进装置整体和艉管结构 - Google Patents

Abstract

电动船舶对转桨推进装置整体和艉管结构分别有舱内和水下，艉管有环保润滑油水润滑电动机作为主机直接带动传动比为3∶1～40∶1的齿轮箱再与高效、节能的对转桨共同组合的可实现无碳零排放(或低碳排放)符合国家能源和环保政策的并适用各种类型与功率的世界最先进的船舶推进装置。由于电动机本身具有正、倒车及变频调速功能，故齿轮箱只有降速及动力分流两大功能，加上箱内零件全部对称布置，电动机将动力一直线经过齿轮箱传递到两对转桨。因此结构更简单、紧凑、运转平稳、噪声低，还具有自动调整适应和过载保护能力。采用最简单液压冷却方式确保齿轮箱及艉管安全可靠工作。本专利节能值可达15～20％，提高航速与推进效率10～12％，是现代船舶推进升级换代最环保最理想的方案。

Description

电动船舶对转桨推进装置整体和艉管结构

技术领域

本发明涉及机动船舶动力装置，是在申请发明专利“船舶对转桨推进装置”基础上以电动机(直流或交流)作为主机直接带动传动比3∶1～40∶1的齿轮箱再与高效、节能的对转桨共同组合的可实现无碳零排放(或减少碳排放)符合国家能源和环保政策的并适用各种类型与功率的世界最先进的船舶动力推进装置。

本发明的对转桨技术是结合中国船舶现状的创新和发展，它使用对转桨能回收一个螺旋桨损失的旋转能量，经过多年来在同一条船相同功率及工况条件下安装传统推进装置及对转桨推进装置，经过几条不同类型船舶的对比试验、实船航行，大量数据证明对转桨船具有著节能、提高推进效率和航速的优点。

本装置通过机舱内电动机(直流或交流)与高弹性联轴节相连再带动齿轮箱，由于电动机本身具有正、倒车及变频调速功能，故齿轮箱内省略了常规的正、倒车液压离合器，仅有降速及动力分流两大功能，甚至有些船舶电动机不需降速只经过动力分流机构直接与两对转桨匹配。加上箱内零件全部对称布置，电动机将动力一直线经过高弹性联轴节和齿轮箱传递到两对转桨，因此整个动力装置结构更简单、紧凑、运转平稳、噪声低，还具有自动调整适应和过载保护能力。

电动机的电源可以是船用发电机组或磁力发电，有些船也可以在铅酸电池基础上发展到磷酸铁锂电池、镍氢电池或其他电池、超级电容、太阳能、风能或其他可再生清洁能源，实现最优化用电模式。

关于电动机若选用交流电机大功率船舶则用发电机组供电，但环保与排放差于直流电机，若用直流电机则其控制器和调速器是关键。在选用电池作为电源时铅酸电池体积大，重量重，带来船舶稳性问题，旅客和电池设备比例失调，而且要求船上配备充电装置；如果用锂电池体积小，但成本高，价贵，选用低电压则电流大安全性差，选用高电压，电流小，但体积大，船上难以布置成本高，因此其安全性和各项指标和电机控制器的安全保障都是世界攻克的难题。

电动船舶对转桨推进装置整体结构一是安装在机仓内或安装在水中，当安装在水中时，一般适用较小功率，电动机和齿轮箱合并在一个箱内省略高弹性联轴节。在较大功率时，允许电动机，高弹性联轴节，齿轮箱分开安装省略艉管条件是良好密封。

当放在舱内安装时齿轮箱加装润滑油冷却系统，当安放在水中时省略润滑由冷却系统。艉管结构分为水润滑和油润滑。

本发明电动对转桨推进装置整体和艉管结构节能15-20％，提高航速和推进效率10-12％，是现代船舶推进升级换代最环保，节能的理想方案。

背景技术

传统推进装置是由机舱内的发动机连接具有正、倒车及变速功能的齿轮箱，通过中间轴、艉轴带动单螺旋桨，不具备节能效应，此外齿轮箱噪声、振动大、齿轮传递功率损失大、轴承负荷大、结构复杂、制造成本高，不具备自动适应能力等。

本发明前申请的发明专利“船舶对转桨推进装置”对上述传统推进装置作了重大的创新；其对转齿轮箱直接取代传统齿轮箱达到大量节能……等众多创新特色，但它是用在发动机为

柴油机的船舶，其齿轮箱分为两腔，结构上不够紧凑，轴系承受推力和轴向固定上有待改进，在齿轮箱内零件连接上表达不够清楚，此外水润滑和油润滑艉管结构复杂，成本高应予创新改进。

本发明是在传统技术和07发明专利的历史背景下产生的，采用直流(或交流)电动机为主机的船舶对转桨推进装置整体和艉管结构。

发明内容

本发明与传统推进装置的最大区别是使用不增加任何额外功率消耗下同时具备降速和动力分流二大功能的齿轮箱，由直流(或交流)电动机经过高弹性联轴节带动齿轮箱再通过艉轴直接与对转桨相连。也可以由电动机不降速直接经过动力分流机构与两对转桨匹配。本发明的电动船舶对转桨推进装置整体和艉管结构比传统技术更简单、紧凑，它连接的对转桨具有自动调整适应和过载保护能力，在任何工况下都达到最佳节能值，而且倒车推力接近正车推力，航行特别安全，而且当一桨损坏时，另一桨能弥补其功率损失，故特别适用军用船舶。因齿轮箱零部件相对中心线均为对称布置故轴承负荷小，运转平稳，噪声低，其适应性，安全可靠性，实用性更强，可实现无碳零排放(或低碳排放)符合国家能源和环保政策。

本发明整体结构安装在机仓内时齿轮箱加装润滑油冷却系统包括油泵，(油泵与溢流伐可放在齿轮箱内，也可放在箱外，旁通伐与精滤器合并在一个精滤器内，如果油泵本身带调压伐则可省略溢流伐)，过滤器，旁通伐，溢流伐，冷却器，水泵等。由于冷却系统部分零部件可放在齿轮箱内，又省略油泵主动齿轮，故比传统技术和07专利结构简单且创新，节能值更高。

当整体结构安装在水中时，尤其较小功率时不仅省略润滑油冷却系统而且电机与齿轮箱合并一个箱内省略高弹性联轴节，其中段固定在船艉可以翻转，螺旋桨露出水面维修方便，上段操纵手柄实现360°全回转，结构特别紧凑是本发明最突出的创新结构。

此外本发明的齿轮箱和轴系结构为承受准力及轴向固定加装推力轴承，其作用一是减少齿轮箱的推力，二是维持轴向固定使运转安全可靠。外轴与艉管之间，内轴与外轴之间安放不同类型轴承大大降低成本而且运转寿命长，安全可靠也是一项创新。当然也可以在艉管和 外轴之间安放合金轴承，但成本大。

本发明的艉管结构

1.采用油润滑时，齿轮箱后面两输出轴外轴和内轴相反方向旋转，输出外轴与齿轮箱后面的外联轴法兰连接，外轴再与第一螺旋桨连接，输出内轴一端安装内联轴节，内联轴节两端分别安装一推力轴承外轴与艉管之间安装推力轴承，内轴另一端连接第二螺旋桨，外轴与艉管之间，内轴与外轴之间均安装同一类型或不同类型轴承，艉管两端与外轴连接处加装可靠密封装置。艉管两端通过哈夫与船体焊接或螺钉连接，可防止艉管焊接变形，艉管人字架和舵。

2.采用水润滑时，外轴内表面和艉管内表面安装水润滑特殊轴承，和使水润滑特殊轴承达到无限使用寿命的不锈钢特殊装置，而艉管一端用哈夫与船体或人字架焊接或螺钉连接，艉管两端的密封，前密封由水润滑艉轴密封装置内的特殊密封封水，而后密封由艉管后部的骨架油封封水，艉部人字架另一端装舵，而水润滑艉轴密封装置的润滑水由经过过滤的一定压力和排量的水泵供水，不污染江面，使生态环境得到最大保护。

附图说明

下面结合附图详细描述本发明的实施例，以便更清楚地了解本发明的目的、特点和优点。

图1是传统座舱机推进装置示意图；

图2是07发明专利“船舶对转桨推进装置”示意图；

图3是本发明电动船舶对转桨推进装置整体和艉管结构一实施例的侧视结构示意图；

图4是本发明电动船舶对转桨推进装置整体和艉管结构齿轮箱1号方案侧视结构示意图；

图5是本发明电动船舶对转桨推进装置整体和艉管结构齿轮箱2号方案侧视结构示意图；

图6是本发明电动船舶对转桨推进装置整体和艉管结构齿轮箱3号方案侧视结构示意图；

图7是本发明电动船舶对转桨推进装置整体和艉管结构齿轮箱4号方案侧视结构示意图；

图8是本发明船艉系统油润滑侧视结构示意图；

图9是本发明船艉系统水润滑侧视结构示意图；

图10是图3所示结构另一俯视图

图11是本发明水润滑侧视结构整体结构形式；

图12是本发明电动船舶对转桨推进装置整体和艉管结构在水下分开安装侧视结构示意图；

图13是本发明电动船舶对转桨推进装置整体和艉管结构在水下合并安装整体结构形式示意图；

为了方便和清楚起见所有附图中相同符号表示相同的部件和结构。

参看图1：传统的座舱机推进装置包括：固定在机仓内的发动机9A，一端与发动机飞轮连接的变速齿轮箱8A，一端与变速齿轮箱出口法兰螺栓连接的中间传动轴5A(其中包括隔舱填料函7A和中间轴承6A)一与中间传动轴后端连接的艉轴管3A和艉轴4A，一安装在艉 轴4A伸出人字架2A外的螺旋桨1A。

参看图2：详见“船舶对转桨推进装置”(发明专利号：ZL200710047212.5)此处不作介绍。

参看图3：本发明“电动船舶对转桨推进装置整体和艉管结构”一实施例包括：固定在机仓内的直流(或交流)电动机11，一端与电动机输出轴相连的高弹性联轴节10，一端与高弹性联轴节10，一端与高弹性联轴节10相连的齿轮箱9，齿轮箱9内部的油泵从动齿轮29和油泵齿轮30，31粗过滤器34，推力轴承35(图示未画出)，齿轮箱外部冷却器28，溢流伐30A，精滤器32，旁通伐33，推力轴承36，水冷却系统37(包括水泵、水过滤器，水管等)。齿轮箱9两输出轴分别与外联轴法兰7和内联轴节8相连，外联轴法兰7与外轴相连，内联轴节8两端安装推力轴承36，后部再与后桨轴6相连，外轴5与末端安装第一螺旋桨1，后桨轴6末端安装第二螺旋桨2，两螺旋桨旋转方向相反。

参看图4，所述齿轮箱1号方案，速比3∶1-5∶1(包括1∶1和2∶1)一般对转桨为3叶和4叶组合适用于中小货船，客船，游艇，近海小型客货船，渔船，工程船。由下述方式组成：电动机11输出轴经过高弹性联轴节10通过轴12I与太阳轮13I相连，太阳轮13I又同时作为油泵主动齿轮带动油泵从动齿轮29I，油泵从动齿轮29I带动油泵齿轮30I和31I，齿轮箱9内的润滑油经过粗过滤器34I进入油泵进油口，油泵出油进入固定在齿轮箱9上端的冷却器28I，经过冷却器28I的润滑油进入精过滤器32I(当精过滤器32I阻塞时冷却油从旁通伐33I通过)再回到齿轮箱9内。当油压超过额定压力时润滑由溢流伐30IA回齿轮箱9。

与太阳轮13I啮合的行星轮14I和15I，安装在行星轴16I和17I的行星架18I，行星轴16I和17I另一端安装另一行星轮19I和20I，与另一行星轮19和20I啮合的另一太阳轮21I，在行星架18I两端安装推力轴承35I，与太阳轮21I螺接的输出外轴26I和与行星架18I固定的输出内轴27I。内联轴节8两端安装推力轴承36I。外轴与艉管之间安装推力轴承(图中未画出)

参看图5，所述齿轮箱2号方案，速比5∶1-8∶1，与之配合的对转桨为3叶和4叶组合，适合于中小型客货船，游艇，工程船，摩托艇，缉私船等。由下述方式组成：电动机II输出轴经过高弹性联轴节10通过轴12II与太阳轮13II相连，太阳轮前端安装在轴12II上的油泵主动齿轮12II°，与油泵主动齿轮12II°啮合的油泵从动齿轮29II，油泵从动齿轮29II带动油泵齿轮30II和31II，齿轮箱内润滑油经过粗过滤器34II进入油泵进油口，油泵出油进入固定在齿轮箱9上端的冷却器28II，经过冷却器28II的润滑油进入精过滤器321I(当精过滤器32II阻塞时冷却油从旁通伐33II通过)再回到齿轮箱9内。当油压超过额定压力时润滑油由溢流伐30IIA回齿轮箱9。与太阳轮13II啮合的的行星轮14II和15II，安装在行星轴16II和17II的行星架18II，与行星轮14II和15II啮合的内齿圈21II，在内齿圈21II两端安装推力轴承35II，行星架18II与输出外轴26II固连，内齿圈21II与输出内轴27II固连，内联轴节8的两端安装推力轴承36II。外轴与艉管之间安装推力轴承(图中未画出)

参看图6，所述齿轮箱3号方案，速比8∶1～15∶1，与之配合的对转桨为4叶和5叶组合或3叶与4叶组合，选用于中大型客货船，核潜艇等。由下述方式组成，电动机11输出轴 经高弹性联轴节10通过轴12III与太阳轮13III相连，太阳轮13III又同时作为油泵主动齿轮带动油泵从动齿轮29III，油泵从动齿轮29III带动油泵齿轮30III和31III，齿轮箱9内的润滑油经过粗过滤器34III进入油泵进油口，油泵出油进入固定在齿轮箱9上端的冷却器28III，经过冷却器28III的润滑油进入精过滤器32III(当精过滤器32III阻塞时冷却油从旁通伐33III通过)再回到齿轮箱9内。油泵压力超过额定压力时润滑油由溢流伐30IIIA回齿轮箱。

行星轮14III和15III与太阳轮13III啮合，两行星轮14III和15III的轴上安装行星架16III，内齿圈17III和行星轮14III和15III啮合，同时作为前腔输出轴17III。

在行星架两端安装推力轴承35III。外轴与艉管之间安装推力轴承(图中未画出)其后腔与图4后腔相同。

参看图7，所述齿轮箱4号方案，速比15∶1-40∶1与之配合的对转桨可采用4叶与5叶组合或3叶与4叶组合，适用于高速客轮，游船，赛艇，鱼雷快艇，炮艇，导弹快艇，大型客货轮，巡洋舰，核潜艇，航空母舰等。这里3叶与4叶组合的对转桨适合于中小型船，4叶与5叶组合适合于大型船，由下述方式组成：1、前腔：与图6前腔相同；2、后腔：与图5后腔相同。

参看图8，所述齿轮箱9两输出轴，后面组成的油润滑艉轴系统由下述方式组成：齿轮箱9后面的两输出轴26、27是相反方向旋转，输出外轴5与外联轴法兰7相连，一安装在外轴5另一端的第一螺旋桨1，输出内轴27一端安装内联轴节8，内联轴节两端安装推力轴承36，一安装在内联轴节8后端的后桨轴6，一安装在后桨轴6另一端的第二螺旋桨2。两螺旋桨在同一轴线且旋转方向相反。外轴5外表面和内轴6的外表面安装轴承39，39I和40、40I，轴承40和40I固定在艉管4内，艉管4外有密封装置38和38I，艉管4的前端用哈夫与船体固定，其后端与人字架3通过哈夫焊接，艉部人字架3另一端装舵41。艉部润滑油用环保润滑油，经0.2MPa液压试验不准漏油。

参看图9，所述齿轮箱9两输出轴，后面组成的水润滑艉轴系统由下述方式组成：外轴5内表面和艉管39_水和39_水I的内表面安装水润滑特殊轴承38_水和38_水I，而艉管39_水焊接在船体上，艉管39_水I焊在人字架3上，两艉管39_水和39_水I之间通过艉轴管4用螺钉连接。艉管39_水和39_水I的前后密封座40_水和40_水I，艉部人字架3另一端装舵41，艉管39_水外安装水润滑密封装置42，其中包括密封件，由经过滤器的有一定压力和流量的水泵(图中未画出)等以及水润滑特殊轴承38_水和38_水I达到无限使用寿命的不锈钢特殊装置43。

该不锈钢特殊装置43的结构介于两内外轴之间和外轴与艉管之间，它要确保润滑水顺利通过，既不能锈蚀，又能阻止水中杂物进入，并要求内外两轴相反方向正常旋转，承受相对速度为单轴两倍的转速，并确保其水润滑特殊轴承不产生单边磨损，达到无限使用寿命。

参看图10，本发明所述电动船舶对转桨推进装置整体和艉管结构由电动机11经高弹性联轴节10、齿轮箱9(包括冷却系统)、外联轴法兰7、内联轴节8、后桨轴6，外轴5、第一螺旋桨1、第二螺旋桨2均在船体中心线上。在船艉部船体中心线两侧可分别安装一台所述电动船舶对转桨推进装置整体和艉管结构。

参看图11，本发明所述电动船舶对转桨推进装置整体和艉管结构水润滑艉轴系统(适用游艇)由下述方式组成：外轴5内表面和艉管4的内表面安装水润滑特殊轴承38_水和使水润滑特殊轴承达到无限使用寿命的不锈钢特殊装置43，而艉管4一端用螺钉固定在船体上，另一端通过哈夫焊在人字架3上，艉管4两端的密封，前密封由水润滑艉轴密封装置42内的特殊密封封水，润滑水由舱内的水泵(有一定压力和流量)供水(图中未画出)，而后密封由艉管4后部的骨架油封封水，艉部人字架3另一端装舵41。

参看图12，本发明所述电动船舶对转桨推进装置整体和艉管结构安放在水下分开安装方案由下述方式组成，电动机11是防水电机，通过高弹性联轴节10和全密封齿轮箱9与外轴5和后桨轴6相连，外轴5和前螺旋桨1相连，后桨轴6和后螺旋桨2相连，船体艉部直接装舵41。

参看图13，本发明所述电动船舶对转桨推进装置整体和艉部结构安放在水下合并安装方案由下述方式组成：安装在水下箱体左侧的电动机11和右侧的齿轮箱9在同一箱内，齿轮箱9两输出轴外轴5和后桨轴6，外轴5与第一螺旋桨1相连，后桨轴6与第二螺旋桨2相连，电动机11下部有舵41，下部的接线通过管44与电机控制器箱46相连，管44中段安装固定在船艉部的支架45上，支架45可以使下箱体和对转桨翻出水面便于维修，控制器箱46内安装能使下箱体和对转桨360°全回转的回转装置。

Claims (4)

1.一种电动船舶对转桨推进装置整体和艉管结构，包括固定在机舱艉部出口处的齿轮箱，以及与齿轮箱两输出轴末端经艉轴系统分别安装的两相反方向旋转螺旋桨，即对转桨；电动船舶对转桨推进装置整机和艉管结构，其特征在于，所述齿轮箱按传动比不同分成四个方案实施，分别说明如下：

①所述齿轮箱1号方案，其特征在于安装在高弹性联轴节出轴另一端的太阳轮，与太阳轮啮合的两行星轮，一安装在行星轮轴上的行星架和行星轴另一端的另两个行星轮，一与另两个行星轮啮合的另一太阳轮以及与另一太阳轮螺接的输出外轴，与行星架固连的输出内轴，在行星架和内联轴节两端安装推力轴承；

一安装在高弹性联轴节出轴端与一加长前太阳轮啮合的油泵被动齿轮，一与油泵被动齿轮连接的齿轮油泵，一安装在齿轮箱端盖内侧上的粗过滤器，润滑油由齿轮箱进入粗过滤器再进入油泵吸口，经油泵输送至冷却器，一路分支经溢流伐回齿轮箱，经冷却后的润滑油到精滤器或旁通阀回齿轮箱；

②所述齿轮箱2号方案，其特征在于一安装在高弹性联轴节出轴另一端的太阳轮，与太阳轮啮合的两行星轮，安装在两行星轮轴上的行星架，一与两行星轮啮合的内齿圈，与行星架固连的输出外轴，与内齿圈固连的输出内轴，在内齿圈和内联轴节两端安装推力轴承；

一安装在高弹性联轴节出轴另一端的太阳轮前面的油泵主动齿轮，一与油泵主动齿轮啮合的油泵被动齿轮，一与油泵被动齿轮连接的油泵，一安装在齿轮箱端盖内侧的粗过滤器，润滑油由齿轮箱进入粗过滤器再进入油泵吸口，经油泵输送至冷却器一路分支经溢流伐回齿轮箱，经冷却后的润滑油到精滤器旁通阀回齿轮箱；

③所述齿轮箱3号方案，其特征在于一安装在高弹性联轴节出轴另一端的太阳轮，一分别与太阳轮啮合的两行星轮，一安装在两行星轮轴上的行星架，一分别与两行星轮啮合的内齿圈，内齿圈作前腔输出轴，其后腔与1号方案相同，在行星架和内联轴节两端安装推力轴承；

一安装在高弹性联轴节出轴端与加长前太阳轮啮合的油泵被动齿轮，一与油泵被动齿轮连接的齿轮油泵，一安装在齿轮箱端盖内侧上的粗过滤器，润滑油由齿轮箱进入粗过滤器再入油泵吸口，经油泵输送至冷却器一路分支经溢流伐回齿轮箱，经冷却后的润滑油到精滤器旁通阀回齿轮箱；

④所述齿轮箱4号方案其特征在于前腔与3号方案前腔相同，后腔与2号方案相同；

⑤电动机的电源采用船用发电机组或磁力发电，有些船在铅酸电池基础上发展到磷酸铁锂电池，镍氢电池或其他电池、超级电容、太阳能、风能或其他可再生清洁能源，实现最优化用电模式；

对大功率船舶用交流电机作主动力用发电机组供电，用直流电机则用控制器和调速器，交流电机用变频器，根据不同船舶要求并以安全可靠为前提选用铅酸电池，锂电池或其他电池，选用合适电压，电流，在齿轮箱上设置转速，温度，油压传感器；

⑥电动船舶对转桨推进装置整体和艉管结构，安装在机仓内包括电动机，高弹性联轴节，齿轮箱，艉管和两对转桨，安装在水中，当大功率时上述结构省略艉管，良好密封，当小功率时电动机与齿轮箱合并在一个箱内，省略高弹性联轴节，箱体下安放小舵箱体后面装第一第 二螺旋桨，中段可安装在艉部固定，并且可翻转将对转桨露出水面便于检修；电线电缆通过管子到上部控制箱，有手柄操作实现360°全回转。

2.如权利要求1所述电动船舶对转桨推进装置整体和艉管结构，其特征在于齿轮箱四个方案实施的两输出轴后面的艉轴系统，其特征在于一安装在输出外轴上的外联轴法兰，一与外联轴法兰连接的外轴：

一安装在输出内轴一端的内联轴节，两端加推力轴承，一安装在内联轴节另一端内孔的后桨轴，一安装在外轴另一端的第一螺旋桨，一安装在后桨轴另一端的第二螺旋桨，两螺旋桨在同一轴线且旋转方向相反，第一螺旋桨与第二螺旋桨是3叶和4叶或4叶和5叶配合或者更多。

3.如权利要求1所述电动船舶对转桨推进装置整体和艉管结构，其特征在于齿轮箱四个方案实施的两输出轴后面的艉轴系统分为环保油润滑与水润滑两种；

①当艉管采用环保润滑油时，外轴和艉管之间，内轴与外轴之间采用相同或不同类型的轴承，艉管外加骨架油封密封装置，艉管前端用哈夫固定在船体上，艉管后端用哈夫与人字架相连固定在船体上；

②当艉管采用水润滑时外轴内表面和艉管内表面安装特殊轴承和水润滑特殊轴承达到无限使用寿命的不锈钢特殊装置，艉管前端安装水润滑艉轴密封装置和水泵供水系统，艉管前端焊在船体上，后端焊在人字架上。

4.如权利要求1所述电动船舶对转桨推进装置整体和艉管结构，其特征在于船艉部船体中心线两侧分别安装一台所述电动船舶对转桨推进装置整体和艉管结构。