CN106184671A - 螺旋桨 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种螺旋桨(1)，具有：叶片(3)，这些叶片分别具有前侧(4)和后侧(5)；以及具有用于向叶片(3)的后侧输送液体、特别是水的装置(20)，根据本发明，该装置包括用于调节向叶片(3)的后侧(5)输送液体的调节机构。由此能够在气穴现象没有显著提高的情况下避免推进或驱动损失。

Description

螺旋桨

本申请是基于2013年7月25日所提交的申请号为201280006513.2、发明名称为“螺旋桨或推进器”的发明的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种螺旋桨；例如由RU 2094304C1中已知这种螺旋桨。

背景技术

在螺旋桨、特别是船用螺旋桨运行时(经常也称为“船用螺旋桨”)，从一定的转数开始可能就会在螺旋桨上产生气穴现象。在船用螺旋桨的情况下，在螺旋桨叶片的推进侧(或者说前侧)上形成很大的过压，与此同时在螺旋桨叶片的后侧上形成低压，低压在那里导致水的蒸发。

在超气蚀(superkavitierenden)的螺旋桨中，有目的性地利用气穴现象利用非常小的流阻引导物体穿过液体。为此，例如在US4 188 906A中所描述的那样，在较高的转数下，向叶片的后侧输送空气，以便让螺旋桨进入超气蚀状态。

然而，除此之外，气穴现象在大部分情况下被视为不希望发生的问题，因为其导致水中空心区域的形成和消释，并且因此导致压力波动，这能够造成叶片侵蚀的后果。此外，通过气穴现象产生声波信号，其在各种应用场合下形成干扰，并且可能形成运行局限。于是，在使用船只作为考察船时，声波信号会干扰水中的测量。此外，这些噪声还可能干扰海洋动物，由此例如可能局限游轮或渡轮的运动半径。在水下船只的情况下，声波信号可能导致水下船只的可侦测性提高。

类似的问题在推进器中也可能产生，该推进器将存在于运动的流体中的能量转化为机械能，并且由此驱动例如像发动机或泵那样的工作机器。

另一方面已经已知的是，通过有目的性地为螺旋桨叶片造型来减少气穴现象。然而，借此无法完全避免气穴现象。

由RU 2094304 C1中已知，叶片配置有通道，这些通道由叶片的前侧向后侧延伸，并且水能够穿过通道从叶片的前侧流向后侧。在这种水输送装置的帮助下，能够增加后侧上的压力，并且因此后侧上的低压正好不再达到对于形成气穴来说临界的水平。

发明内容

从这一点出发，本发明的目的是，这样改进螺旋桨，即，其在气穴现象没有显著提高的情况下还更好地适应运行的实践。

根据本发明，该目的的解决方案由此达成，即，用于输送液体的装置(20)包括通道(6)，通道在叶片(3)中向叶片的后侧延伸。

在此，本发明从以下认识出发，即，由于后侧上压力升高，一部分推动力丢失，由此特别是在转数低的情况下局限加速或驱动能力。但是，另一方面，在转数低的情况下，气穴现象也相对较小，并且为了避免气穴现象需要像在转数高时那么大的压力提升。

利用根据本发明提出的调节机构能够有目的性地影响后侧上的压力提升。在螺旋桨或推进器的转数较小的情况下，与在转数较大的情况下相比那么就能够有目的性地完全不会造成后侧上的压力提升，或者造成后侧上的压力提升较小。在螺旋桨或推进器的转数小、不形成气穴危险的情况下，由于压力提升较小，就能够基本上利用全部的推动力或驱动力。这正是在船只中很重要的，这些船只在那些在危险情况下必须能够尽快地离开其位置。相反，在相比较地转数较高同时气穴危险相应较大的情况下，通过输送相应更大量的液体到叶片的后侧实现更大的压力提升，并且因此可靠地避免气穴现象。

按照根据本发明的解决方案，用于输送液体的装置包括在叶片中向叶片后侧延伸的通道。由此能够向后侧特别简单地输送液体，使液体分布在后侧上。

在一种特别有利的设计方案中，通道分别从叶片的前侧向叶片的后侧延伸，并且每个通道作为调节机构包括至少部分地关闭通道的关闭件。利用这种关闭件就能够有目的性地在螺旋桨或推进器的转数小时关闭通道，并且在转数高时打开。

可替换地，通道中的多个也可以与共同的供给通道连接，并且该供给通道可以包括用于至少部分地关闭通道的关闭件作为调节机构。优选地，供给通道就布置在螺旋桨或推进器的轮毂中。于是其就例如能够与轮毂内的一个或多个开口连接，并且由此供给液体。

关闭件例如能够以活门或顶盖的方式布置在叶片或轮毂的外表面上。但是也能够以滑块或阀的形式类似于隔板地(Schott)布置在叶片或轮毂的内部或者说集成到其中。

根据一种有利的设计方案，涉及一种可运动的关闭件，也就是说，该关闭件能够从第一位置移动到第二位置，其中，关闭件相比第一位置在第二位置上时更少地关闭或者完全不关闭通道。

因此优选地，关闭件能运动地这样安装在叶片中，即，在叶片运行地旋转时，通过作用在关闭件上的离心力和/或作用在关闭件上的惯性力实现关闭件从第一位置到第二位置的运动。于是为了关闭件的运动不需要外部的能量。在此，基本的考虑在于，气穴危险正好在转数较高时最大，其中离心力或者说惯性力也最大。因此，这些力能够有目的性地用于打开关闭件，并且因此打开通道。于是这是一种“被动的”系统，也就是说，为了关闭件运动到第二位置不需要附加的外部能量。

这对于螺旋桨或者推进器的两个旋转方向而言在构造上能够简单地由此实现，即，将关闭件相对于叶片的运行的旋转轴线在径向朝外的方向上能运动地安装在叶片中。于是只能使用离心力让关闭件运动到第二位置。

如果关闭件与弹簧元件连接，该弹簧元件在关闭件从第一位置运动到第二位置时向关闭件在第一位置的方向上施加力，只要作用于关闭件的离心力和/或惯性力由于转数下降而比作用于关闭件的弹簧力更小，就能够自动地引导关闭件回到第一位置。因此，关闭件返回到第一位置的运动也纯粹是被动的，也就是说不需要附加的外部能量。

可替换地，为了关闭件从第一位置运动到第二位置，可以存在调节驱动件。调节驱动件例如可以是电动的或者液动的调节驱动件。

由此能够个别地并且不依赖于螺旋桨或推进器的转数地设置通道的敞开程度。

根据另一种可替换的设计方案，通道中的多个与共同的供给通道连接，并且该供给通道又与作为调节机构的、用于液体的输送泵连接。

作为优点，这种用于输送液体的装置包括至少一个用于测定螺旋桨或推进器的气穴噪声的传感器。借助这种传感器，只有当噪声超过预定的界限值时，才能激活向叶片后侧的液体输送。此外，总是这样设置向叶片后侧的水输送，即，叶片上形成的低压正好不再达到对于气穴形成来说临界的水平。由此能够为了避免气穴现象利用仍然可供使用的最大推动力或驱动力。该至少一个传感器例如能够布置在螺旋桨或推进器轮毂上。

附图说明

以下根据实施例在附图中更详尽地阐述本发明。附图示出：

图1是由现有技术中已知的螺旋桨的俯视图，

图2是沿着线II穿过图1的螺旋桨的叶片的截面图，

图3是由具有关闭的通道的根据本发明的螺旋桨的推进器叶片的局部图，

图4是具有敞开的通道的图3的局部图，

图5是根据本发明的螺旋桨或推进器，

图6是根据本发明的螺旋桨或推进器的叶片，具有用于关闭通道的调节驱动件，

图7是根据本发明的螺旋桨或推进器，具有通过轮毂中的开口供给的供给通道，

图8是根据本发明的螺旋桨或推进器，具有与输送泵连接的供给通道。

具体实施方式

图1示出由现有技术中已知的螺旋桨1的俯视图，其包括螺旋桨轮毂2和多个固定其上的螺旋桨叶片3。螺旋桨叶片3仅简化示出，并且在实践中具有明显更复杂的形状。螺旋桨1和固定其上的叶片3在螺旋桨1运行时围绕着旋转轴线9旋转。

螺旋桨1例如用于推进船只，于是经常也称为“船用螺旋桨”。

正如也在图2中所示的沿着线II-II穿过螺旋桨叶片3的截面图中所示的那样，每个螺旋桨叶片3都具有前侧4，有时候也称为“推进侧”，和后侧5，有时候也称为“吸力侧”或者“低压侧”。螺旋桨1具有用于以多个从前侧4向后侧5延伸的通道6的形式将水输送到后侧5的装置20，这些通道平行于旋转轴线9横向穿过每个叶片3延伸。在螺旋桨1运行时，水能够通过这些通道6从前侧4流向后侧5，由此提高叶片后侧上的压力(或者说低压减少)，并且因此能够阻止后侧5上的气穴现象。

在图3至5中所示的根据本发明的螺旋桨1的实施例中，在叶片3中，这些通道6能够通过关闭件7关闭。由此关闭件用作调节机构，用于调节向叶片后侧的水的输送。在图3中，为此示出了来自根据本发明的螺旋桨的螺旋桨叶片3的局部图，其具有由关闭件7关闭的通道6。关闭件7以隔板的形式构造而成，其布置在叶片3中，并且集成到其中。关闭件7能够从图3所示的第一位置11(其中，其完全关闭通道6)，运动到图4中所示的第二位置12上(其中，通道6未关闭)。关闭件7为此借助引导件8能运动地安装在叶片3中。在此这样安装，即，由于叶片3运行时围绕旋转轴线9旋转(见图1和图5)通过作用在关闭件7上的离心力和/或作用在关闭件上的惯性力实现关闭件7从第一位置11到第二位置12的运动。

在转数低并且因此离心力和/或惯性力小的情况下，关闭件7保留在图3所示的第一位置11上，并且关闭通道6，而其在转数越来越高并且因此离心力和/或惯性力越来越大的情况下运动到图4中所示的在通道6以外的第二位置12上，在该第二位置中通道6未关闭。

因为在转数低时通道6关闭，所以对于这个转数范围来说，可以使用全部的推进力或驱动力。这对于气穴现象来说也可以毫无危险，因为在这个范围内也不存在大的气穴危险。因此，能够在低转数的范围内在没有气穴危险的情况下避免推进力或驱动力损耗，在这个范围内，这些损耗能够特别明显地注意到，并且例如损耗船只的加速能力。反过来，在高转数时(这时的气穴危险最大)通道6打开，由此能够在这里在对推进力或驱动力仅仅有较小的限制的情况下避免气穴现象。

为了将关闭件7在低转数时保持在第一位置11上，或者说为了在转数下降时引导关闭件7从第二位置12返回到第一位置11上，关闭件7与弹簧元件10连接。该弹簧元件10在从第一位置11运动到第二位置12时和在第二位置12上时对关闭件7在第一位置11的方向上施加力。在此这样设计弹簧元件10，即，只有从开始存在较高的气穴风险的转数开始，关闭件7才能运动，也就是说，只有从这个时间点开始，作用在关闭件7上的弹簧力才小于作用在关闭件7上的离心力和/或惯性力。

为了利用离心力和/或惯性力使关闭件7运动，关闭件7(如图5中所示地)在相对于螺旋桨1或叶片3的旋转轴线9径向地直至切线地朝外的(也就是说在离开旋转轴线9的)的方向上可运动地通过引导件8安装在叶片3中。这个范围在图5中用夹角α标出。

然而，如果要能够在具有不同旋转方向的螺旋桨1中使用该螺旋桨叶片3，优选地放弃使用惯性力，并且单独通过离心力使关闭件7运动。关闭件7就相对于螺旋桨1或叶片3的旋转轴线9仅仅在径向朝外的方向上可运动地通过引导件8安装在叶片3中。

正如图6中所示的那样，作为通过离心力和/或惯性力的代替，关闭件7也能够通过调节驱动件21由第一位置11运动到第二位置12上。调节驱动件21例如可以是电动的或者液动的调节驱动件。在图6所示的实施例中，关闭件7以可运动的挡板22的形式构成，其具有和通道6的直径一样的开口23。于是，挡板22又与调节驱动件21连接。利用调节驱动件21能够单独地并且不依赖于螺旋桨1或推进器的转数地设置通道6的敞开程度。用于调节驱动件21的电能例如可以感应地传输到轮毂2或叶片3中。

在图7中所示的实施例中，用于将水输送到叶片3后侧的装置20具有朝叶片后侧5延伸的通道6，其与共同的供给通道24连接，该供给通道布置在螺旋桨1或推进器的轮毂2中，并且能够通过轮毂2中的开口25供给水，水在运行时环流过螺旋桨1或驱动件。在供给通道24中，作为输送水的调节机构布置有关闭件26，用于至少部分地关闭通道24。关闭件26例如以阀的形式构成，其能够通过电调节驱动件27操纵。用于调节驱动件的电能例如能够感应地传输到轮毂2中。

在图8中所示的实施例中，供给通道24与输送泵28连接，该输送泵作为调节机构用于调节向叶片3后侧5的水的输送。用于输送水的装置20此外还包括用于测定螺旋桨1上的气穴噪声的传感器29、用于驱动输送泵28的驱动装置30和与传感器29和驱动装置30连接的控制和/或调节装置31，用于控制和/或调节向叶片3后侧的水的输送。借助传感器29能够有目的性地只有当噪声超过预定的极限值时，才激活向叶片3后侧的水的输送。此外还能够通过控制和/或调节装置31这样设置水输送，即，叶片3上形成的低压正好不再达到对于气穴形成来说临界的水平。由此能够利用为了避免气穴现象仍然供使用的最大推动力和驱动力。传感器29例如可以布置在螺旋桨或推进器轮毂2上。输送泵28、驱动装置30和控制和/或调节装置31可以布置在轮毂2和例如在船体内的与轮毂2连接的轴32之外。输送泵28能够通过对于专业技术人员来说常见的流体的连接件与供给通道24连接。

Claims (17)

1.一种螺旋桨(1)，具有：叶片(3)，所述叶片分别具有前侧(4)和后侧(5)；以及具有用于向所述叶片(3)的所述后侧输送液体的装置(20)，其中，用于输送所述液体的所述装置(20)包括至少一个调节机构，用于调节向所述叶片(3)的所述后侧(5)的所述液体的输送，其特征在于，用于输送所述液体的所述装置(20)包括第一通道(6)，所述第一通道在所述叶片(3)内朝所述叶片的所述后侧(5)延伸。

2.根据权利要求1所述的螺旋桨(1)，其特征在于，所述液体是水。

3.根据权利要求1或2所述的螺旋桨(1)，其特征在于，所述第一通道(6)分别从所述叶片(3)的所述前侧(4)向所述叶片(3)的所述后侧(5)延伸，并且每个所述第一通道(6)包括用于至少部分地关闭所述第一通道(6)的作为所述调节机构的关闭件(7)。

4.根据权利要求1或2所述的螺旋桨(1)，其特征在于，所述第一通道(6)中的多个与共同的第二通道(24)连接，并且所述第二通道(24)包括用于至少部分地关闭所述第一通道(6)的作为所述调节机构的关闭件(7)。

5.根据权利要求1或2所述的螺旋桨(1)，其特征在于，所述第二通道(24)布置在所述螺旋桨(1)的轮毂(2)中。

6.根据权利要求4所述的螺旋桨(1)，其特征在于，所述第二通道(24)布置在所述螺旋桨(1)的轮毂(2)中。

7.根据权利要求6所述的螺旋桨(1)，其特征在于，所述关闭件(7)能够从第一位置(11)运动到第二位置(12)，其中，所述关闭件(7)相比所述第一位置在所述第二位置中(12)时更少地关闭或者根本不关闭所述第一通道(6)。

8.根据权利要求7所述的螺旋桨(1)，其特征在于，所述关闭件(7)能运动地这样安装在所述叶片(3)中，即，在所述叶片围绕旋转轴线(9)运行地旋转时，通过作用在所述关闭件(7)上的离心力和/或作用在所述关闭件(7)上的惯性力实现所述关闭件(7)从所述第一位置(11)到所述第二位置(12)的运动。

9.根据权利要求8所述的螺旋桨(1)，其特征在于，所述关闭件相对于所述叶片(3)的运行的所述旋转轴线(9)在径向朝外的方向上能运动地安装在所述叶片(3)中。

10.根据权利要求8所述的螺旋桨(1)，其特征在于，所述关闭件(7)与弹簧元件(10)连接，所述弹簧元件在所述关闭件(7)从所述第一位置(11)运动到所述第二位置(12)时向所述关闭件(7)在所述第一位置(11)的方向上施加力。

11.根据权利要求9所述的螺旋桨(1)，其特征在于，所述关闭件(7)与弹簧元件(10)连接，所述弹簧元件在所述关闭件(7)从所述第一位置(11)运动到所述第二位置(12)时向所述关闭件(7)在所述第一位置(11)的方向上施加力。

12.根据权利要求7所述的螺旋桨(1)，其特征在于，设有用于使所述关闭件(7)从所述第一位置(11)运动到所述第二位置(12)的调节驱动件(21)。

13.根据权利要求1或2所述的螺旋桨(1)，其特征在于，所述第一通道(6)中的多个与共同的所述第二通道(24)连接，并且所述第二通道(24)与作为另一个调节机构的、用于所述液体的输送泵(28)连接。

14.根据权利要求1或2所述的螺旋桨(1)，其特征在于，用于输送液体的所述装置(20)包括至少一个用于测定所述螺旋桨(1)的气穴噪声的传感器(29)。

15.根据权利要求11所述的螺旋桨(1)，其特征在于，用于输送液体的所述装置(20)包括至少一个用于测定所述螺旋桨(1)的气穴噪声的传感器(29)。

16.根据权利要求12所述的螺旋桨(1)，其特征在于，用于输送液体的所述装置(20)包括至少一个用于测定所述螺旋桨(1)的气穴噪声的传感器(29)。

17.根据权利要求13所述的螺旋桨(1)，其特征在于，用于输送液体的所述装置(20)包括至少一个用于测定所述螺旋桨(1)的气穴噪声的传感器(29)。