CN107640306B - 船用推进装置、船及其行驶控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种船用的推进装置。螺旋桨具有桨轴、桨毂和桨叶；驱动装置驱动螺旋桨旋转；桨叶通过挥舞铰安装在桨毂上；挥舞角控制机构与桨叶活动连接，驱动桨叶绕挥舞铰的铰轴转动。桨叶至少部分浸入是水中。提高船用推进装置工作效率。

Description

船用推进装置、船及其行驶控制方法

技术领域

本发明涉及船舶领域，特别是涉及一种船用推进装置，具有该推进装置的船，以及该船的行驶控制方法。

背景技术

螺旋桨分为定距和变距两大类。适合低速的桨叶安装角难以适应高速，反之，适合高速的安装角难以适应低速。所以定距螺旋桨只能在选定的速度范围内效率较高。为了解决这一矛盾，出现了变距螺旋桨，即通过控制装置改变螺旋桨的桨距。变矩螺旋桨是靠改变螺旋桨每个桨叶的倾斜角来改变输出扭矩，也就是在转速不变的情况下可以改变螺旋桨推力。使用变矩螺旋桨，大大改善了船的适应性以使之具有较高的工作效率。

另一种提高船的高低速转换，螺旋桨的螺旋桨采用变换直径的螺旋桨，用于改变螺旋桨对水流的工作半径，提高动力响应速度。但现今一般采用滑动弹性结构改变桨叶直径，存在较大的复位误差和较大的传递力矩误差，螺旋桨的旋转平衡性差，削弱水流响应速度，降低船的机动性。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种工作效率高的船用的推进装置。

本发明的第二目的是提供一种工作效率高且节能的船。

本发明的第三目的提供一种船的工作效率高且节能的行驶控制方法。

为实现第一目的，本发明提供一种船用的推进装置。螺旋桨具有桨轴、桨毂和桨叶；桨叶通过挥舞铰安装在桨毂上；挥舞角控制机构与桨叶活动连接，驱动桨叶绕挥舞铰的铰轴转动。桨叶至少部分浸入是水中。

由以上方案可见，挥舞角控制机构能控制螺旋桨桨叶旋转时的挥舞角大小及方向，当需要获取较大加速度时可以通过挥舞角控制机构使桨叶摆动，有利于集中水流，加快水流速度，还可以额外获取水流反推力，大大提高水流的响应速度，从而提高滑失比，增强螺旋桨推力，提高工作效率。

进一步方案为，设置第一涵道筒和第二涵道筒，二者与螺旋桨的旋转轴线共轴线布置；第一涵道筒的直径大于第二涵道筒的直径；第一涵道筒位于所述第二涵道筒外侧。由此可见，第一涵道筒和第二涵道筒的设置有利于改善水流速度，提高水流的响应速度，使螺旋桨获得更强的动力，进一步地增强推力响应速度。

进一步方案为，沿水流方向，第一涵道筒的入口位于第二涵道筒的入口的上游；在挥舞角控制机构的第一工作位置时，桨叶外端靠近第一涵道筒的入口；在挥舞角控制机构的第二工作位置时，桨叶外端靠近第二涵道筒的入口。由此可见，有利于加强推进装置操作性能，提高推进装置的工作效率。

进一步方案为，第一涵道筒的入口处设置有喇叭状的唇口。有利于降低水流的阻力，有效地降低螺旋桨空泡的产生，进一步提高推进装置的工作效率。

进一步方案为，挥舞铰的外侧成型有安装筒，桨叶可倾转地安装在安装筒上；桨距角控制机构，其动力输出端与桨叶活动连接，驱动桨叶倾转；挥舞铰控制机构与安装筒铰接。由此可见，螺旋桨能控制桨叶的挥舞角和桨距角的大小，有利于进一步改善滑失比和提高船的可操作性，从而进一步提高推进装置的工作线率。

进一步方案为，桨距角控制机构，包括驱动舵机、推杆、推块和传动轴；舵机固定在推进装置的固定架上；推块通过轴承安装在推杆的靠近主桨毂的一端；推杆的远离主桨毂的另一端与固定在驱动舵机的机壳上的螺纹套筒螺纹连接，且与驱动舵机的输出轴能传递扭矩地滑动连接；推块设置有沿螺旋桨的旋转轴线的法面延伸的键槽，且键槽沿螺旋桨周向均匀分布，传动轴靠近推块的一侧设置有凸台，凸台能在键槽中滑动。由此可见，节约推进装置的外部结构空间，有利于增强螺旋桨的桨距控制机构的传动可靠性。

进一步方案为，挥舞角控制机构，包括推动部和支撑杆；支撑杆，一端与安装筒铰接，另一端与推动部铰接；推动部可旋转地安装在推杆上，且推动部在推杆的轴线方向上与推杆相对静止。由此可见，挥舞角控制机构与桨距控制机构可联动控制，简化并减小螺旋桨的结构，降低重量且减小水阻。

进一步方案为，挥舞角控制机构，包括推动舵机、推动部和支撑杆；推动部可滑动地安装在桨轴上，推动部在桨轴的周向上与桨轴相对静止；支撑杆的一端与安装筒铰接，支撑杆的另一端与推动部铰接；推动舵机固定在推进装置的固定架上，通过轴承推动推动部沿桨轴的轴线方向滑动。由此可见，挥舞铰控制机构与桨距控制机构独立控制，能根据实时的水流环境的需求调整桨叶的水流特性，即可提高推力响应速度，又可以使得桨叶运行在对应转速的桨距桨距角下保证较高的力效。

为实现第二目的，本发明提供一种船。船，包括机身和推进装置，推进装置通过固定架安装在船身上，推进装置为上述的任一推进装置。有利于通过合理改变挥舞角和桨距角的大小，提高螺旋桨的转速，同时提高螺旋桨的滑失比，从而增强推力，降低高转速下的空化现象，提高推进装置的工作效率，可迅速调整船速，提高船的机动性。

为实现第三目的，本发明提供一种船的具有可控的挥舞角的推进装置的船的行驶控制方法。加速行驶时，挥舞角控制机构控制桨叶从第一位置逐渐切换至第二位置。

由此可见，桨叶位于第一工作位置，船用螺旋经的直径相对较大，为船提供较大的输出扭力。加速时，挥舞角控制机构控制桨叶从第一位置逐渐切换至第二位置，桨叶后掠。有利于减小旋转直径，提高螺旋桨的转速，同时提高螺旋桨的滑失比，从而增强推力，降低高转速下的空化现象，提高推进装置的工作效率。

本发明提供的又一种船的行驶控制方法，船的推进装置同时具有挥舞角控制机构和桨距控制机构的推进装置。加速时，挥舞角控制机构控制桨叶从第一位置逐渐切换至第二位置，桨叶后掠，桨距角控制装置逐渐增加桨叶的桨距角。

与上一方法相比，还能通过桨距角控制装置根据船速调整桨距角的大小，有利于进一步改善滑失比和提高船的可操作性，从而提高推进装置的工作效率。

附图说明

图1 是船用推进装置第一实施例的示意图；

图2是图1的未显示涵道的局部剖视图；

图3是图2的局部放大图；

图4是船用推进装置第一实施例的未显示上桨毂的俯视图；

图5是船用推进装置第一实施例的内传动轴的立体图；

图6是船用推进装置第一实施例的外传动轴的立体图；

图7是船用推进装置第一实施例的推块的立体图；

图8是船用推进装置第二实施例与驱动装置配合的局部剖视图；

图9是船用推进装置第三实施例与驱动装置配合的结构示意图；

图10是船实施例的示意图；

图11是柳叶型桨的示意图；

图12是关刀桨的示意图；

图13是扇形桨的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例并对照附图对本发明进行说明。

船用推进装置第一实施例

如图1所示，船用推进装置100包括螺旋桨101、第一涵道筒102和第二涵道筒103。第一涵道筒102和第二涵道筒103，二者与螺旋桨101的旋转轴线共轴线布置，且二者设置在螺旋桨101的去流方向01。第一涵道筒102的直径大于第二涵道筒103的直径。第一涵道筒102位于第二涵道筒103的外侧。第一涵道筒102的入口处设置有喇叭状的唇口1021。当舞角控制机构的第一工作位置104，驱动螺旋桨101的桨叶位于第一工作位置104，螺旋桨101的桨叶靠近第一涵道筒102的入口；当舞角控制机构的第二工作位置，驱动螺旋桨101的桨叶位于第二工作位置105，螺旋桨101的桨叶靠近第二涵道筒103的入口。

如图2所示，船用推进装置200包括螺旋桨21和驱动装置22。螺旋桨21具有上桨毂211、下桨毂212、桨轴213和桨叶214。驱动装置包含驱动电机221、锥形齿轮组222。驱动电机221通过锥形齿轮组222带动螺旋桨21转动。显然驱动电机221不限于通过锥形齿轮组222带动螺旋桨21转动，驱动电机221还可以与桨轴213进行集成，直接驱动桨轴213而实现螺旋桨21的直驱。

综合图3至图7分析，传动轴20包括外传动轴216、虎克铰217和内传动轴218。桨叶214夹装在外传动轴216的远离桨毂的一端，外传动轴216通过轴承可旋转地安装在安装筒215上。内传动轴218的旋转轴线沿螺旋桨21的周向均布，内传动轴218的旋转轴线与螺旋桨21的旋转轴线大致垂直。内传动轴218通过轴承可旋转地安装在上桨毂211和下桨毂212之间。内传动轴218与外传动轴216通过虎克铰217连接。其中，虎克铰217的一端成型于内传动轴218上，其另一端通过外花键2184与设置在外传动轴216上的内花键2161配合传动扭矩。同时，安装筒215与下桨毂212铰接，形成挥舞铰219，其铰轴沿桨叶214端部的旋转轨迹的切向方向布置。显然，花键配合不是必须的，虎克铰217的外端与外传动轴216可以通过焊接、过盈配合等方式固定连接，或将虎克铰217的外端成型在外传动轴216上。花键配合可以消除虎克铰217与外传动轴216安装误差和制造误差，增加传动的可靠性。

桨距角控制机构包括驱动舵机231、推杆233、推块234，和传动轴20。驱动舵机231固定在船用螺旋桨200的固定架（未示出）上。推块234通过轴承安装在推杆233的靠近下桨毂212的一端。推杆233的远离下桨毂212的另一端与固定在驱动舵机231的机壳上的螺纹套筒232螺纹连接，且与驱动舵机231的输出轴能传递扭矩地滑动连接。推块234设置有键槽2341。键槽2341沿螺旋桨21的旋转轴线的法面延伸，且键槽2341沿螺旋桨21周向均匀分布。内传动轴218靠近推块234的一侧设置有凸台2181，凸台2181能在键槽2341中滑动。当驱动舵机231驱动推杆233旋转时，推杆233受螺纹套筒232作用沿桨轴213轴向移动，推杆233带动滑块234向去流方向02移动；滑块234向去流方向02移动，通过键槽2341与凸台2181配合滑动，带动内传动轴218转动；内传动轴218通过虎克铰217向外传动轴215传递扭矩，外传动轴215带动桨叶214倾转，实现螺旋桨21的桨叶214桨距角的增大。内传动轴218和向外传动轴215之间不限于使用虎克铰217传递扭矩，还可以通过其他万向节或软轴经行扭矩传递。

挥舞角控制机构包括推动部241和支撑杆242。支撑杆242的一端与安装筒215铰接，另一端与推动部241铰接。推动部241通过轴承可旋转地安装在推杆233上，且推动部241在推杆233的轴线方向上与推杆233相对静止。当推杆233沿去流方向02移动时，带动推动部241沿去流方向02移动，同时牵引支撑杆242通过安装筒215带动桨叶214绕挥舞角219的铰轴向去流方向02摆动，使桨叶214在第一工作位置摆动到第二工作位置，实现控制螺旋桨21的挥舞角的目的。

船用推进装置第二实施例

本实施例与第一实施例基本相同，其区别在于挥舞角控制机构。

如图8所示，船用推进装置300的挥舞角控制机构包括支撑杆301、推动部302、轴承303和推动舵机304。轴承303的外圈固定有套筒3031，轴承303的内圈固定在推动部302上。推动部302可滑动地安装在桨轴306外侧上，推动部302在桨轴306的周向上与桨轴306相对静止。支撑杆301的一端与安装筒305铰接，支撑杆301的另一端与推动部302铰接。推动舵机304固定在船用推进装置300的固定架（未示出）上，推动舵机304的输出轴与套筒3031连接。推动舵机304通过轴承303驱动推动部302滑动；推动部302通过支撑杆301带动安装筒的摆动，从而驱使安装在安装筒上的桨叶308摆动，实现挥舞角大小的独立控制。

船用推进装置第三实施例

本实施例与第一实施例基本相同，其区别在于桨距控制机构和挥舞角控制机构。

如图9所示，挥舞铰401的外侧固定在桨叶402的桨根上，其内侧成型有套筒403。套筒403可旋转地安装在桨毂304上。桨距角控制机构包括变距舵机405和驱动杆406。驱动杆406的一端与变距舵机405输出轴连接，另一端与套筒403铰接，变距舵机405通过驱动杆406控制套筒绕其轴线转动。套筒403上设置有沿其轴线方向滑动的滑块407，滑块407在套筒403的周向上与套筒403相对静止。

挥舞角控制机构包括推动舵机408、推动部4091、轴承4092、支撑杆410、轴承420和推臂411。轴承4092的外圈固定有套筒4093, 轴承4092的内圈固定在推动部4091上；轴承420的外圈固定有套筒421，轴承420的内圈固定在滑块407上。推动部4091可滑动地安装在桨轴412上，推动部4091在桨轴412的周向上与桨轴412相对静止。支撑杆410的一端与推动部4091铰接，支撑杆410的另一端与轴套421铰接。推臂411的外端与桨叶402铰接，推臂411的内端与滑块407铰接。推动舵机408固定在船用推进装置400的固定架（未示出）上，通过轴承推动推动部4091沿桨轴412的轴线方向滑动。推动部4091带动支撑杆410推动滑块407滑动；滑块407通过推臂411带动桨叶402绕挥舞铰401的铰轴摆动，实现改变挥舞较大小的目的。

船实施例

如图10所示，船500其包括船用推进装置501和船身502，船用推进装置501通过固定架505安装在船身502内的流道506内的后端。有利于通过合理改变挥舞角和桨距角的大小，提高螺旋桨的转速，同时提高螺旋桨的滑失比，从而增强推力，降低高转速下的空化现象，提高推进装置的工作效率，可迅速调整船速，提高船的机动性。显然，推进装置501不限于安装在船身502内的流道506内，还可以安装在船体外。

本发明的船用推进装置不限于1个，还可以是两个以上或三个以上。船用推进装置的主要推力能有效用于调整船身行驶姿态，使船可迅速调整船速，提高船的机动性，降低能耗。

船的行驶控制方法实施例

一种船的控制方法，船用推进装置114具有挥舞角控制机构的推进装置, 其船100加速行驶时，挥舞角控制机构控制桨叶从第一位置逐渐切换至第二位置，桨叶后掠，参见图1。

优选的，船用推进装置还具有桨距角控制机构，能通过桨距角控制装置根据船速调整桨距角的大小。

本发明的桨距角控制机构不限于内变距机构形式，参见图3，即驱动舵机通过置于桨轴213内的推杆233控制桨距角；还可以是外变距机构形式，即驱动舵机通过位于桨轴213外侧的斜盘和连杆（未示出）控制桨距角。

本发明的船用推进装置的桨叶不限于本发明所展示的桨叶，还可以是如图11所示的柳叶型桨，如图12所示的关刀桨，如图13的扇形桨等；船用推进装置的桨叶数量不限于3片，还可以是2片以上或4片以上或5片以上等。

以上是结合具体的实施例对本发明所作的详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (9)

1.船用的推进装置，包括

螺旋桨，具有桨轴、桨毂和桨叶；

其特征在于：

所述桨叶通过挥舞铰安装在所述桨毂上；

挥舞角控制机构，与所述桨叶活动连接，驱动所述桨叶绕所述挥舞铰的铰轴转动；

所述桨叶至少部分浸入水中；

第一涵道筒和第二涵道筒，二者与所述螺旋桨的旋转轴线共轴线布置；

所述第一涵道筒的直径大于所述第二涵道筒的直径；

所述第一涵道筒位于所述第二涵道筒外侧。

2.根据权利要求1所述推进装置，其特征在于：

沿水流方向，所述第一涵道筒的入口位于所述第二涵道筒的入口的上游；

在所述挥舞角控制机构的第一工作位置，所述桨叶外端靠近所述第一涵道筒的入口；

在所述挥舞角控制机构的第二工作位置，所述桨叶外端靠近所述第二涵道筒的入口。

3.根据权利要求2所述推进装置，其特征在于：

所述第一涵道筒的入口处设置有喇叭状的唇口。

4.根据权利要求2所述推进装置，其特征在于：

所述挥舞铰的外侧成型有安装筒，所述桨叶可倾转地安装在所述安装筒上；

桨距角控制机构，其动力输出端与所述桨叶活动连接，驱动所述桨叶倾转；

所述挥舞角控制机构与所述安装筒铰接。

5.根据权利要求4所述推进装置，其特征在于：

所述桨距角控制机构，包括驱动舵机、推杆、推块和传动轴；

所述驱动舵机固定在所述推进装置的固定架上；

所述推块通过轴承安装在所述推杆的靠近所述桨毂的一端；

所述推杆的远离所述桨毂的另一端与固定在所述驱动舵机的机壳上的螺纹套筒螺纹连接，且与所述驱动舵机的输出轴能传递扭矩地滑动连接；

所述推块设置有沿所述螺旋桨的旋转轴线的法面延伸的键槽，且所述键槽沿所述螺旋桨周向均匀分布，所述传动轴靠近所述推块的一侧设置有凸台，所述凸台能在所述键槽中滑动。

6.根据权利要求5所述推进装置，其特征在于：

所述挥舞角控制机构，包括推动部和支撑杆；

所述支撑杆，一端与所述安装筒铰接，另一端与所述推动部铰接；

所述推动部可旋转地安装在所述推杆上，且所述推动部在所述推杆的轴线方向上与所述推杆相对静止。

7.船，包括船身和推进装置，所述推进装置通过固定架安装在所述船身上，其特征在于：

所述推进装置为权利要求2至6中任一所述推进装置。

8.一种船的行驶控制方法，所述船为权利要求7所述的船，其特征在于：

加速行驶时，所述挥舞角控制机构控制所述桨叶从所述第一工作位置逐渐切换至所述第二工作位置。

9.一种船的行驶控制方法，所述船的推进装置为权利要求4至6任一所述的推进装置,其特征在于：

加速行驶时，所述挥舞角控制机构控制所述桨叶从所述第一工作位置逐渐切换至所述第二工作位置，所述桨距角控制机构逐渐增加所述桨叶的桨距角。

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