CN105346696B - 集成式对转桨推进器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种集成式对转桨推进器，主要包括导管、螺旋桨、永磁同步电机及推力轴承。其中一对对转式的螺旋桨分别与电机外转子集成安装，并由置于密封腔内的永磁同步电机电枢励磁直接驱动，其产生的推力通过水润滑推力轴承传递。电机的电枢通过中间连接件安装定位，在外面套不锈钢保护套后安装于密封腔之内。整个密封腔内部充有压力补偿液，与导线一起通过穿孔经由支架内部伸出到导管外侧的连接件。本发明结构简单集成度高，易于安装和维护，可以实现水下或者水面推进系统的高效率和低噪声，配合外部压力补偿器使用可作为推力源在全海深的范围工作。

Description

集成式对转桨推进器
技术领域
本发明涉及水下推进装置，涉及一种集成式对转桨推进器，尤其涉及一种集成了电机转子在对转式的导管螺旋桨桨毂的推进器，适用于水下航行器或者用于动力定位的电力推进装置。
背景技术
推力系统是广泛用于水面或者水下航行器的动力装置，主要用来推动航行器航行，或提供可控的力和力矩使设备调整处于期望的位置和姿态。
目前作为水下航行器使用的推力系统，通常由单个电机通过轴系连接螺旋桨旋转配合导管组合使用，然而这种方式由于一些滚动推力轴承和齿轮的使用造成整体噪声过高，并且通常需要额外的轴系密封或者磁耦合联轴器与螺旋桨相连，整体结构复杂。此外在一些对能耗有较高要求的场合，单个螺旋桨由于直径的限制往往效率较低。对转螺旋桨由一对相反方向旋转的螺旋桨组成，由于可以从尾流中回收一部分旋转动能，从而使总体的效率较高。
201410332628.1公开的“对转式槽道推进器”采用两台电机带动齿轮箱驱动一对对转螺旋桨，相对普通的单桨推进器而言可以提高效率。不过该装置轴系零件较多，结构较为复杂，且由于齿轮箱的存在运行时会产生较大的噪声，影响水听设备的工作。
201410637179.1公开的“具有旋转集装式机械密封的全海深无刷直流电动推进器”由一个直流无刷电动机直接连接桨叶驱动其旋转，其通过轴系复杂的机械密封和压力补偿实现全海深作业，由于使用电机直接驱动，可以减少大部分噪声。但是作为单桨使用效率仍然偏低。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术不足，提供一种集成式对转桨推进器，该推进器结构简单、集成化程度高，易于安装和维护，并且能够提高系柱推力和推进效率。
本发明的技术方案如下：
集成式对转桨推进器包括导管、支架、对转螺旋桨、中间连接轴及推力轴承，中间连接轴由法兰盘及同轴固定于法兰盘两侧的两根长轴组成，对转螺旋桨包括正转螺旋桨和反转螺旋桨，分别同轴线套置于两根长轴上，每个螺旋桨的桨毂内均从外向内同轴地置有轭铁、稀土永磁体、密封套和励磁绕组，每个螺旋桨与中间连接轴法兰盘的接触面均设置一个推力轴承，每个螺旋桨的另一端设置一个法兰连接环，螺旋桨与法兰连接环之间同样设置一个推力轴承，法兰连接环端部连接有端盖，密封套两端分别与法兰连接环及中间连接轴的法兰盘固定，与端盖之间形成密封腔，每个法兰连接环均通过周向布置的若干支架与导管固定，励磁绕组的导线通过其中一个中空的支架引出至导管外的液电接头。
上述技术方案中，所述的正转螺旋桨和反转螺旋桨的桨叶端部与导管内壁的间隙在螺旋桨直径的0.5％-2％。
所述的推力轴承为环状，截面呈Z型或T型。可以采用聚四氟乙烯、赛龙塑料或者铜合金制成。
所述的密封套与法兰连接环连接处固定有挡环，用于将密封套与法兰连接环压紧。
每个螺旋桨包括桨叶和桨毂，桨毂中集成安装了永磁同步电机外转子(螺旋桨桨毂内侧有凹槽，凹槽中外侧安装硅钢叠片，内侧安装稀土永磁体，通过耐腐蚀密封胶真空密封)，由封装在密封腔内的励磁绕组驱动螺旋桨旋转，从而改变流体动量而获得推力。桨毂两端面与推力轴承配合获得径向和轴向的支撑，所产生的推力通过推力轴承和中间连接轴传递。励磁绕组线圈的导线经由法兰连接环上的穿孔导出中空支架直至导管外侧。整个密封腔内部没有运动机构，保证了内部电气部分的可靠性。
所述中间连接轴的两端设有台阶和螺纹，轴中点到台阶面的长度以桨毂、推力轴承和法兰连接环的轴向长度设定，使桨毂安装后实现与推力轴承间隙配合。中间连接轴中间的法兰盘两侧设有台阶面，与推力轴承非推力面配合。
所述法兰连接环中的法兰盘设两个孔，一个中心孔与中间连接轴配合通过螺母实现固定，另一个作为导线穿过用。并且环上开设周向孔与支架连接，其中一个通孔与一中空支架相连实现密封腔内部的电气和压力补偿液于外界的连通。
所述导管由圆柱形的中间段和外扩流线型的两端组成，周向开有通孔配合支架定位安装。但不限于此形式，也可以为完全的圆柱形，或者加速形导管剖面或减速形导管剖面。
本发明的有益效果在于：
本发明采用对转螺旋桨产生推力，相比单螺旋桨导管推进器可以产生更大的推力并实现更高的效率。本发明省去了传统一些轴向连接部件和减速器，使整体集成度大大提高，便于安装和维护，并减少了部分轴系传动的噪声。本发明运动部件在外侧，转矩通过电磁力传递，所有电气部件密封在一个充油压力补偿油的密封腔内，可靠性高。
附图说明
图1是集成式对转桨推进器的内部剖面示意图(采样前的关闭状态)；
图2是集成式对转桨推进器的整体示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施实例。
如图1、图2所示，本实施例包括：铝合金导管2、铝合金支架4、对转螺旋桨5、推力轴承6、密封腔1、液电接头12、永磁同步电机的内定子励磁电枢13、电机的外转子包括稀土永磁体16和轭铁15。
所述对转螺旋桨5由不锈钢制成，包含两个正反旋转的三叶螺旋桨14和三叶螺旋桨18，每个螺旋桨的桨毂3内部安装了电机外转子包含轭铁15和稀土永磁体16，并通过耐腐蚀密封胶真空密封。桨毂两端与推力轴承6的阶梯面配合形成径向和轴向支撑。
所述密封腔1由铝合金端盖9、铝合金法兰连接环7、不锈钢密封套11、丁晴密封圈8、铝合金挡环10和不锈钢中间连接轴17组成，中间连接轴的长度在螺纹紧固后恰好使螺旋桨5和推力轴承6的推力面间隙配合。轴端与法兰连接环7的中心孔配合后通过螺纹紧固。整个密封腔充满压力补偿油，配合外部压力补偿器通过液电接头12和中空支架4实现油液补偿。
所述电机励磁电枢13通过过盈配合固定在中间连接轴上，其硅钢叠片的外直径恰好与密封套11形成过盈配合。励磁导线通过设在法兰连接环上的一个偏心孔穿入支架中孔引至导管2外的液电接头12。
所述推力轴承为聚四氟乙烯塑料，通过阶梯端面与法兰连接环7和中间连接轴17实现定位固定。
本发明的工作原理是：通过永磁同步电机控制器给励磁导线施加励磁电压，在电枢13与外转子上的永磁体16之间形成驱动电磁转矩，调节螺旋桨旋转。螺旋桨形成的推力通过推力轴承6经由法兰连接环7和中间连接轴17传递到支架4上。密封腔1内部充有压力补偿液配合外置的压力补偿器实现全海深的工作能力。
相比现有技术，本发明实施后的有益效果如下：相比单螺旋桨导管推进器可以产生更大的推力并实现更高的效率。省去了传统一些轴向连接部件和减速器，使整体集成度大大提高，便于安装和维护，并减少了部分轴系传动的噪声。螺旋桨的转矩通过电磁力传递，所有电气部件密封在一个充油压力补偿油的密封腔内，可靠性高。

Claims (6)

1. 一种集成式对转桨推进器，其特征在于，包括导管（2）、支架（4）、对转螺旋桨（5）、中间连接轴（17）及推力轴承（6），中间连接轴（17）由法兰盘及同轴固定于法兰盘两侧的两根长轴组成，对转螺旋桨（5）包括正转螺旋桨（14）和反转螺旋桨（18），分别同轴线套置于两根长轴上，每个螺旋桨的桨毂内均从外向内同轴地置有轭铁（15）、稀土永磁体（16）、密封套（11）和励磁绕组（13），每个螺旋桨与中间连接轴（17）法兰盘的接触面均设置一个推力轴承（6），每个螺旋桨的另一端设置一个法兰连接环（7），螺旋桨与法兰连接环之间同样设置一个推力轴承（6），法兰连接环（7）端部连接有端盖（9），密封套（11）两端分别与法兰连接环（7）及中间连接轴（17）的法兰盘固定，与端盖（9）之间形成密封腔（1），每个法兰连接环（7）均通过周向布置的若干支架（4）与导管（2）固定，励磁绕组的导线通过其中一个中空的支架（4）引出至导管（2）外的液电接头（12）。
2. 根据权利要求1所述的集成式对转桨推进器，其特征在于，所述的正转螺旋桨（14）和反转螺旋桨（18）的桨叶端部与导管内壁的间隙在螺旋桨直径的0.5%-2%。
3. 根据权利要求1所述的集成式对转桨推进器，其特征在于，所述的推力轴承（6）为环状，截面呈Z型或T型。
4. 根据权利要求1所述的集成式对转桨推进器，其特征在于，所述的推力轴承（6）采用聚四氟乙烯、赛龙塑料或者铜合金制成。
5. 根据权利要求1所述的集成式对转桨推进器，其特征在于，所述的密封套与法兰连接环连接处固定有O型密封圈（8）和挡环（10），挡环（10）用于将密封套与法兰连接环压紧。
6. 根据权利要求1所述的集成式对转桨推进器，其特征在于，所述的导管（2）中间段为圆柱形，两端向外扩。
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