CN105667747A - 一种高效螺旋桨 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效螺旋桨，包括桨毂及设置在桨毂上的3至5个桨叶，桨毂上设有桨毂帽，桨毂帽上设有可转动的鳍板，所述的鳍板上连接有转轴，鳍板通过转轴与设置在桨毂帽壳体内的鳍板偏转机构连接，桨毂帽的安装端设有固定板，固定板上设有限位槽，所述鳍板偏转机构包括偏转杆，偏转杆的一端通过传动机构与转轴连接，偏转杆另一端的惯性球可滑动地适配在限位槽内，偏转杆与桨毂帽壳体之间还设有复位弹簧。本发明有效地解决了现有技术的螺旋桨其桨毂帽毂涡流消除作用差，不能适应多种螺旋桨桨速的问题，本发明的结构在一定的螺旋桨桨速范围内均能有效降低毂涡流，提高螺旋桨的推进效率，具有很高的实用价值。

Description

一种高效螺旋桨

技术领域

本发明涉及船舶制造技术领域，尤其是涉及一种可以提高推进效率的高效螺旋桨。

背景技术

现有技术中船舶通常是由螺旋桨驱动的，依靠安装在船尾下部的螺旋桨旋转产生的推进力使船舶移动。但螺旋桨旋转时，在螺旋桨的桨毂的后面会产生强的毂涡流，使得毂后出现空化趋势，毂涡流会降低船舶螺旋桨的效率，并且引起螺旋桨处的振动和噪音。为了解决这一问题，提高螺旋桨的推进效率，有人采用对转桨来降低这种毂涡流，也有人在螺旋桨桨毂帽上增加鳍片来降低毂涡流，分散并减小集中在毂帽上的毂涡空化。公开日为2015年3月25日，公开号为CN104443333A的专利文件公开了一种舵球式对转螺旋桨，包括主螺旋桨、舵体、安装在舵体上的舵球以及安装在舵球上的辅螺旋桨；所述舵球为椭圆形回转体，安装在舵体的前方，正对主螺旋桨桨轴中心，舵球的直径为主螺旋桨桨毂小端面直径的0.8～1.5倍；所述辅螺旋桨位于舵球上，直径为主螺旋桨直径的0.2～0.5倍，由内置的小型集成电机驱动，与主螺旋桨旋向相反，其叶数与主螺旋桨相同或为主螺旋桨叶数±1。该结构节能效果显著，兼具舵球和对转桨的优点，可使船舶整体推进效率提高3％～8％。在船舶需要转向操控打舵时，辅螺旋桨产生的推力有利于船舶转向，可减小船舶回转半径，提高操纵性。但这种结构需要在舵内增加动力装置，不但成本高，而且舵的结构过于复杂。公开日为2014年6月11日，公开号为CN103857589A的专利文件公开了一种具有鳍的螺旋桨毂帽，包括位于船舶的螺旋桨毂帽的周边处的鳍，和形成在每个鳍的端部处的端板，从而降低毂涡空化和减少船舵的空蚀现象。此外，鳍可以带来除螺旋桨的推进之外的辅助的推进，从而进一步提高了推进效率。但该专利毂帽上的鳍板是固定在毂帽上的，这种固定形式的鳍板通常只在某一稳定转速下具有较好的毂涡流消除作用，当螺旋桨的转速发生较大变化时，这种固定结构鳍板的毂涡流消除作用会显著降低，从而不能最大限度地发挥其降低毂涡流的作用。

发明内容

本发明为解决现有技术的螺旋桨其桨毂帽毂涡流消除作用差，不能适应多种螺旋桨桨速的问题，而提供在一定的螺旋桨桨速范围内均能有效降低毂涡流的一种高效螺旋桨。

本发明为解决上述问题而采用的具体技术方案是，一种高效螺旋桨，包括桨毂及设置在桨毂上的3至5个桨叶，桨毂上设有桨毂帽，所述桨毂帽包括封闭结构的桨毂帽壳体及设置在所述壳体外周面上的鳍板，桨毂帽壳体的安装端直径与桨毂的直径相等，所述的鳍板上连接有转轴，鳍板通过转轴与设置在桨毂帽壳体内的鳍板偏转机构连接，桨毂帽的安装端设有固定板，固定板上设有限位槽，所述鳍板偏转机构包括偏转杆，偏转杆的一端通过传动机构与转轴连接，偏转杆的另一端设有一个惯性球，所述惯性球可滑动地适配在限位槽内，偏转杆与桨毂帽壳体之间还设有复位弹簧，螺旋桨转动时，惯性球在惯性力的作用下在限位槽内滑动，惯性球通过偏转杆、传动机构带动转轴转动，转轴转动带动鳍板偏转。

本发明螺旋桨桨毂帽的鳍板上设有转轴，而转轴连接偏转机构，当螺旋桨的转速不同时，偏转机构可以提供不同的偏转角，从而使鳍板的螺旋角可以根据螺旋桨的转速自动加以调整，从而解决了现有技术的桨毂帽上固定鳍板不能根据螺旋桨的转速调整偏转角度，从而影响不同桨速下毂涡流消除效果的问题，提高螺旋桨的推进效率。另一方面，鳍板也具有类似螺旋桨的推进作用，因此可以进一步增加螺旋桨的推进效率。

作为优选，螺旋桨转动时鳍板的最大回转直径是桨叶最大回转直径的15%至30%。

作为优选，传动机构为齿轮传动机构，偏转杆与转轴的连接端设有主动齿轮，主动齿轮的轮轴设置在桨毂帽壳体上，转轴上设有与主动齿轮啮合的从动齿轮，偏转杆通过主动齿轮、从动齿轮与转轴连接。由于鳍板的转轴一般设置在鳍板靠近固定板的一端，而当螺旋桨具有较高的转速时，为了更好地消除毂涡流，鳍板需要有更大的螺旋角，因此采用齿轮传动机构两个啮合齿轮反向转动的传动原理，可以实现偏转杆与鳍板之间的偏转方向转换，在螺旋桨转速增加时，达到鳍板螺旋角增大的目的。另一方面，采用齿轮传动机构还可以通过齿轮的传动比调节偏转杆的偏转角与鳍板偏转角之间的关系，以实现最好的毂涡流消除效果。

作为优选，主动齿轮为扇形齿轮，扇形齿轮的一侧设有与轮轴垂直的横轴，偏转杆铰接在横轴上。偏转杆与主动齿轮通过横轴铰接，可以容许偏转杆在桨毂帽径向上出现位移，即惯性球的限位槽形状有更多的选择余地，这样可以根据不同的螺旋桨工况在固定板上设计不同的惯性球限位槽，从而使得鳍板螺旋角与螺旋桨转速之间具有不同的对应关系，以实现最好的毂涡流消除效果。

作为优选，限位槽为直槽，限位槽的中心线和限位槽两端与固定板转动中心之间的连线构成直角三角形或钝角三角形。直角三角形形式的限位槽其偏转杆仅在与转轴垂直的平面内转动，结构相对简单；而钝角三角形形式的限位槽其偏转杆旋转面与转轴倾斜，由于惯性球的起点更靠近桨毂的转动中心且限位槽接近于径向设置，与前述限位槽相比，螺旋桨的转速变化引起的鳍板螺旋角的变化量相对较小，更适用于桨速变化较大的工况下使用。

作为优选，鳍板的数量与螺旋桨的桨叶数量相同，鳍板靠近螺旋桨的一端位于相邻两个螺旋桨桨叶基部的中间位置。

作为优选，鳍板的最大宽度是桨毂帽壳体最大直径的20%至30%，鳍板的最大长度是桨毂帽轴向长度的60%至80%，鳍板外沿设有横截面为圆形的边条，边条的直径是鳍板厚度的2至4倍。边条的设置可以使鳍板前后两面之间的压力差增加，有利于提高推进效率，这里鳍板的最大宽度是指单个鳍板高出桨毂帽壳体径向部分的最大值，桨毂帽的轴向长度是指桨毂帽在轴向上的最大长度。

作为优选，固定板上设有桨毂帽安装孔，桨毂帽与桨毂之间设有密封垫、桨毂帽壳体与转轴之间设有密封圈。密封结构用于防止桨毂帽内进水，从而影响惯性球的滑动。

作为优选，桨毂帽的顶端中央设有一根有连接杆，连接杆的末端设有导流球，导流球的直径是桨毂帽壳体最大直径的30%至45%，连接杆的长度是导流球直径的0.6至1.0倍。在桨毂帽的后部增加导流球，可以减小桨毂帽后部的低压区，从而降低毂涡流，减少推进能量损失。

作为优选，桨毂帽的顶端设有与鳍板数量相同的连接片，所述的连接片倾斜设置，连接片的倾斜方向与鳍板的倾斜方向一致，连接片的末端均与同一导流球连接，导流球的直径是桨毂帽壳体最大直径的30%至45%，连接片的轴向长度是导流球直径的0.8至1.2倍。与前述方案相比，本方案采用类似小尺寸鳍板的连接片来固定导流球，这里的连接片具有类似鳍板的作用，可以达到比前述方案更好的效果。

本发明的有益效果是，它有效地解决了现有技术的螺旋桨其桨毂帽毂涡流消除作用差，不能适应多种螺旋桨桨速的问题，本发明的结构在一定的螺旋桨桨速范围内均能有效降低毂涡流，提高螺旋桨的推进效率，具有很高的实用价值。

附图说明

图1是本发明高效螺旋桨的一种结构示意图；

图2是图1的一种俯视图；

图3是本发明桨毂帽的一种局部结构剖视图；

图4是本发明桨毂帽的一种局部结构示意图；

图5是本发明桨毂帽的一种局部结构剖视图；

图6是本发明桨毂帽的一种局部结构剖视图；

图7是本发明桨毂帽的另一种结构示意图；

图8是本发明桨毂帽的另一种结构示意图；

图9是本发明鳍板的一种横截面结构示意图。

图中：1.桨毂帽壳体，2.鳍板，3.转轴，4.固定板，5.限位槽，6.偏转杆，7.惯性球，8.复位弹簧，9.主动齿轮，10.轮轴，11.从动齿轮，12.横轴，13.边条，14.桨毂帽安装孔，15.密封垫，16.密封圈，17.连接杆，18.导流球，19.连接片，20.桨叶，21.桨毂。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明的技术方案作进一步详细的说明。

实施例1

在如图1图2所示的实施例1中，一种高效螺旋桨，包括桨毂21及设置在桨毂上的5个桨叶20，桨毂上设有桨毂帽，所述桨毂帽包括封闭结构的桨毂帽壳体1及设置在所述壳体外周面上的鳍板2，鳍板的数量与螺旋桨的桨叶数量相同，鳍板靠近螺旋桨的一端位于相邻两个螺旋桨桨叶基部的中间位置，鳍板的最大宽度是桨毂帽壳体最大直径的20%，鳍板的最大长度是桨毂帽轴向长度的75%，螺旋桨转动时鳍板的最大回转直径是桨叶最大回转直径的20%；所述的鳍板上连接有转轴3（见图3），鳍板通过转轴与设置在桨毂帽壳体内的鳍板偏转机构连接，桨毂帽的安装端设有固定板4，固定板内侧设有限位槽5，限位槽为直槽，限位槽的中心线和限位槽两端与固定板转动中心之间的连线构成直角三角形（见图5）。固定板上还设有桨毂帽安装孔14，桨毂帽与桨毂之间设有密封垫15、桨毂帽壳体与转轴之间设有密封圈16。所述鳍板偏转机构包括偏转杆6，偏转杆的一端通过传动机构与转轴连接，偏转杆的另一端设有一个惯性球7，所述惯性球可滑动地适配在限位槽内，偏转杆与桨毂帽壳体之间还设有复位弹簧8，螺旋桨转动时，惯性球在惯性力的作用下在限位槽内滑动，惯性球通过偏转杆、传动机构带动转轴转动，转轴转动带动鳍板偏转。传动机构为齿轮传动机构，偏转杆与转轴的连接端设有主动齿轮9，主动齿轮为扇形齿轮（见图4），扇形齿轮的一侧设有与轮轴垂直的横轴12，偏转杆铰接在横轴上，主动齿轮的轮轴10设置在桨毂帽壳体上，转轴上设有与主动齿轮啮合的从动齿轮11，偏转杆通过主动齿轮、从动齿轮与转轴连接。

实施例2

在如图6所示的实施例2中，限位槽为直槽，限位槽的中心线和限位槽两端与固定板转动中心之间的连线构成钝角三角形；鳍板的外沿设有横截面为圆形的边条13（见图9），边条的直径是鳍板厚度的2.4倍，其余和实施例1相同。

实施例3

在如图7所示的实施例3中，桨毂帽的顶端中央设有一根有连接杆17，连接杆的末端设有导流球18，导流球的直径是桨毂帽壳体最大直径的35%，连接杆的长度是导流球直径的0.7倍，其余和实施例1或实施例2相同。

实施例4

在如图8所示的实施例4中，桨毂帽的顶端设有与鳍板数量相同的连接片19，所述的连接片倾斜设置，连接片的倾斜方向与鳍板的倾斜方向一致，连接片的末端均与同一导流球连接，导流球的直径是桨毂帽壳体最大直径的35%，连接片的轴向长度是导流球直径的1倍，其余和实施例1或实施例2相同。

本发明螺旋桨桨毂帽的鳍板上设有转轴，而转轴连接偏转机构，当螺旋桨的转速不同时，偏转机构可以提供不同的偏转角，从而使鳍板的螺旋角可以根据螺旋桨的转速自动加以调整，从而解决了现有技术的螺旋桨其桨毂帽上的固定鳍板不能根据螺旋桨的转速调整偏转角度，从而影响不同螺旋桨桨速下毂涡流消除效果的问题，提高螺旋桨的推进效率。另一方面，鳍板也具有类似螺旋桨的推进作用，导流球可以减小桨毂帽后部的低压区，从而进一步降低毂涡流，减少推进能量损失，因此可以有效增加螺旋桨的推进效率。

除上述实施例外，在本发明的权利要求书及说明书所公开的范围内，本发明的技术特征或技术数据可以进行重新选择及组合，从而构成新的实施方式，这些本发明没有详细描述的实施方式是本领域技术人员无需创造性劳动就可以轻易实现的，因此这些未详细描述的实施方式也应视为本发明的具体实施例而在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高效螺旋桨，包括桨毂及设置在桨毂上的3至5个桨叶，桨毂上设有桨毂帽，其特征是，所述桨毂帽包括封闭结构的桨毂帽壳体（1）及设置在所述壳体外周面上的鳍板（2），桨毂帽壳体的安装端直径与桨毂的直径相等，所述的鳍板上连接有转轴（3），鳍板通过转轴与设置在桨毂帽壳体内的鳍板偏转机构连接，桨毂帽的安装端设有固定板（4），固定板上设有限位槽（5），所述鳍板偏转机构包括偏转杆（6），偏转杆的一端通过传动机构与转轴连接，偏转杆的另一端设有一个惯性球（7），所述惯性球可滑动地适配在限位槽内，偏转杆与桨毂帽壳体之间还设有复位弹簧（8），螺旋桨转动时，惯性球在惯性力的作用下在限位槽内滑动，惯性球通过偏转杆、传动机构带动转轴转动，转轴转动带动鳍板偏转。

2.根据权利要求1所述的高效螺旋桨，其特征是，螺旋桨转动时鳍板的最大回转直径是桨叶最大回转直径的15%至30%。

3.根据权利要求1所述的高效螺旋桨，其特征是，所述的传动机构为齿轮传动机构，偏转杆与转轴的连接端设有主动齿轮（9），主动齿轮的轮轴（10）设置在桨毂帽壳体上，转轴上设有与主动齿轮啮合的从动齿轮（11），偏转杆通过主动齿轮、从动齿轮与转轴连接。

4.根据权利要求3所述的高效螺旋桨，其特征是，所述主动齿轮为扇形齿轮，扇形齿轮的一侧设有与轮轴垂直的横轴（12），偏转杆铰接在横轴上。

5.根据权利要求1所述的高效螺旋桨，其特征是，所述限位槽为直槽，限位槽的中心线和限位槽两端与固定板转动中心之间的连线构成直角三角形或钝角三角形。

6.根据权利要求1所述的高效螺旋桨，其特征是，所述鳍板的数量与螺旋桨的桨叶数量相同，鳍板靠近螺旋桨的一端位于相邻两个桨叶基部的中间位置。

7.根据权利要求1所述的高效螺旋桨，其特征是，所述鳍板的最大宽度是桨毂帽壳体最大直径的20%至30%，鳍板的最大长度是桨毂帽轴向长度的60%至80%，鳍板外沿设有横截面为圆形的边条（13），边条的直径是鳍板厚度的2至4倍。

8.根据权利要求1所述的高效螺旋桨，其特征是，固定板上设有桨毂帽安装孔（14），桨毂帽与桨毂之间设有密封垫（15）、桨毂帽壳体与转轴之间设有密封圈（16）。

9.根据权利要求1-8任一项所述的高效螺旋桨，其特征是，桨毂帽的顶端中央设有一根有连接杆（17），连接杆的末端设有导流球（18），导流球的直径是桨毂帽壳体最大直径的30%至45%，连接杆的长度是导流球直径的0.6至1.0倍。

10.根据权利要求1-8任一项所述的高效螺旋桨，其特征是，桨毂帽的顶端设有与鳍板数量相同的连接片（19），所述的连接片倾斜设置，连接片的倾斜方向与鳍板的倾斜方向一致，连接片的末端均与同一导流球连接，导流球的直径是桨毂帽壳体最大直径的30%至45%，连接片的轴向长度是导流球直径的0.8至1.2倍。