CN107472490A - 一种带整流罩的多级叶片推进装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种带整流罩的多级叶片推进装置，包括轮毂、一级叶片、整流罩及二级叶片，其中所述整流罩为圆环形结构；所述轮毂中间设有楔形键槽，一级叶片的根部沿轮毂的周向固定于轮毂上，所述整流罩的内表面与一级叶片叶梢末端固连，所述二级叶片的根部沿整流罩的周向均匀固定于整流罩的外表面。本发明与传统的螺旋桨推进装置相比，其具有空化临界转速高、推进性能高、噪声低等优点。
Description
技术领域
本发明属于船舶推进技术领域，具体涉及一种带整流罩的多级叶片推进装置，它主要适用于为船舶提供推力。
背景技术
推进装置在水中工作时，若转速升高到一定的程度，叶片某处的压力降至临界值以下时，导致爆发式的汽化，水汽通过界面进入汽核并使之膨胀，形成气泡，从而发生空化现象。空化现象发生后，推进装置噪声显著升高，推进效率严重损失，甚至会影响船舶的安全性和稳定性。
采用传统的螺旋桨作为推进装置，存在两个问题：一是，推进效率较低，螺旋桨依靠桨叶的高速旋转对水产生作用力，推动航行体运动，但螺旋桨产生的推力全部来自于其轴向作用力，其径向作用力(离心力)将大量流体沿桨叶叶梢甩出，却几乎不产生推力作用，径向力做了大量无用功；二是，高转速下螺旋桨会出现空化现象，极大地影响船舶的隐蔽性。
螺旋桨水下工作时是否发生空化现象，可由以下公式判断。其中Vl为叶梢线速度，Vk为空化极限速度，p0为螺旋桨水下工作压力，pv为饱和蒸汽压力，为流体介质密度，ξmax为最大减压系数。若Vl超过Vk，则必然发生空泡现象。
为了提高螺旋桨空化性能，可以从两方面入手：一是，减小叶梢线速度Vl，使其小于Vk；二是，通过降低ξmax提高极限速度Vk。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种带整流罩的多级叶片推进装置，其结构简单、易于实现、可靠性高、环境适应性强，并且对现有的安装和使用方式不做任何改变，本发明与传统形式的螺旋桨推进相比，其既提高了推进效率，也改善了空化性能。
本发明提供技术方案为：
一种带整流罩的多级叶片推进装置，包括轮毂、一级叶片、整流罩及二级叶片，其中所述整流罩为圆环形结构；
所述轮毂中间设有楔形键槽，一级叶片的根部沿轮毂的周向固定于轮毂上，所述整流罩的内表面与一级叶片叶梢末端固连，所述二级叶片的根部沿整流罩的周向固定于整流罩的外表面。
本发明所述轮毂带有楔形键槽，方便与旋转轴连接，一级叶片生根于轮毂，旋转轴带动轮毂转动时，整个推进装置处于工作状态。根据推进装置大小和使用环境，轮毂可采用钢制或塑料等材质。
本发明一级叶片生根于轮毂，叶梢处与圆环形整流罩连接。推进装置工作时，叶片的最大速度一般出现的叶梢。由于整流罩的影响，一级叶片直径缩短，同样的旋转速度下，叶梢处的速度大幅减小，推进装置一级叶片的空化临界转速可以得到显著提升。
本发明整流罩为圆环形，固定于一级叶片叶梢，并与二级叶片叶根相连接。推进装置工作时，整流罩随叶片旋转，沿一级叶片叶梢切向甩出的流体，由于受到整流罩的作用而得到抑制，改为垂直于叶片旋转面向外喷出，从而有效地提高了推进装置的运转效率。此外，由于整流罩的存在，叶片刚度得到显著加强，一级叶片和二级叶片的承受能力显著增大，便于制造直径更大的推进装置。
本发明二级叶片与整流罩外表面连接。二级叶片空化性能的提高主要从降低最大减压系数ξmax入手。根据螺旋桨设计原理，增加螺旋桨的盘面比、采用弓形切面或压力分布较均匀的切面形式、减小叶根附近切面的螺距等措施均可降低ξmax。一级叶片和二级叶片的叶片数目可变化，二者叶数也可不一致。
有益效果
第一，与传统螺旋桨相比，本发明推进装置水下工作时，由于整流罩的存在：一级叶片直径减小，叶梢线速度Vl将会明显下降，叶片不发生空化的条件Vl≤Vk得到满足，有效避免了一级叶片出现空化现象；二级叶片充分借鉴传统螺旋桨提高空化性能的设计经验，通过增加螺旋桨盘面比、采用弓形切面或压力分布较均匀的切面形式、减小叶根附近切面螺旋桨等措施降低最大减压系数ξmax，提高了空化极限速度Vk，也可有效延迟空泡的发生。此外，整流罩可提高推进装置的推进效率，提升叶片刚度。
第二，本发明为船舶专用型推进装置，其结构简单、易于实现、可靠性高、环境适应性强，并且对现有的安装、拆卸和使用方式不做任何改变，可直接替换现有的螺旋桨等推进装置。
第三，与传统的螺旋桨推进装置相比，其具有空化临界转速高、推进性能高、噪声低等优点。
附图说明
图1为本发明带整流罩的多级叶片推进装置的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步详细的说明，具体实施方式如下：
本发明正是基于降低ξmax提高极限速度Vk的设计思想，对现有螺旋桨形式进行了改变，提出了一种带整流罩的多级叶片推进装置，在保证螺旋桨低噪声特性的设计前提下，提高了推进装置的推进效率和空化性能。
本发明一种带整流罩的多级叶片推进装置，如图1所示，包括：轮毂1、一级叶片2、整流罩3及二级叶片4。
轮毂1设有楔形键槽，安装于旋转轴上。一级叶片2的根部沿轮毂1的周向固定于轮毂1上，二者之间一般采取模具铸造，保证一体成型。整流罩3将叶片分为两级，其内表面与一级叶片2的叶梢焊接，外表面与二级叶片3的根部焊接。推进装置工作时，轮毂1、一级叶片2、整流罩3、二级叶片4共同旋转。整流罩3不仅减小了一级叶片2直径，降低了一级叶片2叶梢线速度，提高了一级叶片2空化临界转速；同时，整流罩3抑制了沿一级叶片2叶梢的流体甩出量，提高了推进装置的推进效率。此外，整流罩3可以看作二级叶片4的轮毂，二级叶片4生根于整流罩3。整流罩3长度可根据一级叶片2和二级叶片4的形状具体调节确定。二级叶片4的叶形设计宜采取大盘面比、弓形切面、小螺距等方式，尽可能降低最大减压系数ξmax，提高空化极限速度Vk。
本发明的具体组装步骤如下：
a)将轮毂1与一级叶片2铸造成型；
b)在一级叶片2叶梢末端焊接整流罩3内表面；
c)将二级叶片4焊接在整流罩3外表面；
d)将整个推进装置通过轮毂1上的键槽固定于旋转轴上。
本发明通过一整流罩将叶片分为两级，不仅提高了推进装置的推进效率，而且降低了一级叶片叶梢线速度，提高了二级叶片空化极限速度，从而延缓了推进装置空化的发生。它具有结构简单、安装方便、造价低廉等特点，并且不改变现有螺旋桨的安装和使用方式，可有效改善推进装置的空化性能。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种带整流罩的多级叶片推进装置，其特征在于，包括轮毂(1)、一级叶片(2)、整流罩(3)及二级叶片(4)，其中所述整流罩(3)为圆环形结构；
所述轮毂(1)中间设有楔形键槽，一级叶片(2)的根部沿轮毂(1)的周向固定于轮毂(1)上，所述整流罩(3)的内表面与一级叶片(2)叶梢末端固连，所述二级叶片(4)的根部沿整流罩(3)的周向均匀固定于整流罩(3)的外表面。
2.如权利要求1所述带整流罩的多级叶片推进装置，其特征在于，所述轮毂(1)采用钢制或塑料材质。
3.如权利要求1所述带整流罩的多级叶片推进装置，其特征在于，所述二级叶片(4)采用大盘面比、弓形切面、小螺距的叶形。
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