CN109278967A - 开孔导流器以及基于开孔导流法的泵喷推进器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于开孔导流法的泵喷推进器，包括导流罩、开孔导流器以及螺旋桨，其中，导流罩罩于螺旋桨外侧，导流罩上位于螺旋桨叶尖正上方区域安装有所述开孔导流器，该开孔导流器呈圆环形结构且其内部设置有中空的环形腔室，开孔导流器的内环侧侧壁上开设有多个与其环形腔室连通的导流孔。本发明提出的基于开孔导流器法的泵喷推进器，降低了流场内叶梢涡的强度，进而减少了空化，并降低了空化噪声。

Description

开孔导流器以及基于开孔导流法的泵喷推进器
技术领域
本发明涉及船舶推进装置技术领域，尤其涉及一种开孔导流器以及基于开孔导流法的泵喷推进器。
背景技术
泵喷推进器是由环状导管、定子和转子构成的组合式推进装置，具有操纵性好、机动性高、抗空化能力强等优点，已在船舶上得到了应用。然而，随着对高速化、重载荷需求的日益增加，泵喷推进器发生空化已经变得不可避免。空化的发生不仅使泵喷推进器的推力减小、效率降低、导致螺旋桨表面产生空蚀破坏，降低螺旋桨的使用寿命，而且会加剧泵喷推进器的振动和噪声，严重影响船舶的声学性能。
由于螺旋桨和环形导管之间有叶顶间隙的存在，在叶片正背面压差的作用下，泵喷螺旋桨的叶顶区域极易产生叶梢涡，且螺旋桨梢涡引起的空化是泵喷推进器的主要空化形态，因此，控制泵喷螺旋桨梢涡对提高泵喷推进器声学性能具有非常重要的意义。传统减小叶片叶尖涡的方法如：减小叶尖间隙或者采用叶片与导流器一体化，在泵喷中均较难采纳，没有借鉴意义。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种开孔导流器以及基于开孔导流器法的泵喷推进器，旨在降低流场内叶梢涡的强度，进而减少空化，降低空化噪声。
为实现上述目的，本发明提供一种开孔导流器，开孔导流器呈圆环形结构且其内部设置有中空的环形腔室，开孔导流器的内环侧侧壁上开设有多个与其环形腔室连通的导流孔。
优选地，所述导流孔的孔径为5mm~7mm；多个所述导流孔在开孔导流器的圆周方向均匀分布。
优选地，所述开孔导流器采用多块分体式结构组合而成以便于安装。
本发明进一步提出一种基于开孔导流法的泵喷推进器，包括导流罩、开孔导流器以及螺旋桨，其中，
所述导流罩罩于螺旋桨外侧，导流罩上位于螺旋桨叶尖正上方区域安装有所述开孔导流器，该开孔导流器呈圆环形结构且其内部设置有中空的环形腔室，开孔导流器的内环侧侧壁上开设有多个与其环形腔室连通的导流孔。
优选地，所述导流罩的内侧壁上开设有环形的环形安装槽，开孔导流器完全容纳于环形安装槽中。
优选地，所述环形安装槽内设置有径向槽口以对开孔导流器进行周向固定，开孔导流器上设有与径向槽口适配的径向肋条，径向肋条与径向槽口配合将开孔导流器卡紧于导流罩的环形安装槽中。
优选地，所述径向槽口和径向肋条均设置有多个。
优选地，所述环形安装槽的顶面和底面上均设置有径向槽口。
优选地，所述导流孔的个数为螺旋桨桨叶数的整数倍。
优选地，所述环形安装槽的深度与开孔导流器的深度相等。
本发明提出的基于开孔导流法的泵喷推进器，将开孔导流器安装在泵喷螺旋桨盘面导管内侧，位于螺旋桨叶尖正上方，一方面通过引导混杂叶梢涡的叶尖流体进出开孔导流器内腔进行循环，充分利用开孔导流器上导流孔的形状对叶梢涡进行整流，另一方面循环整流后的流体流出并加入到涡心区域，降低涡心处的流速，削减梢涡的强度。两方面效果最终将大大降低流场内叶梢涡的强度，进而减少空化，降低空化噪声。
附图说明
图1为本发明基于开孔导流法的泵喷推进器的结构示意图；
图2为本发明基于开孔导流法的泵喷推进器的分解结构示意图；
图3为本发明基于开孔导流法的泵喷推进器中单个导流孔中流体的工作流程图（图中空心箭头代表叶尖流体方向，实心箭头表示扇叶运动方向）。
图中，1-导流罩，2-开孔导流器，21-导流孔，3-螺旋桨，31-螺旋桨的扇叶1，32-螺旋桨的扇叶2，4-叶梢涡涡心，5-新生叶梢涡。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明提出一种开孔导流器。
参照图1至图3，本优选实施例中，一种基于开孔导流法的泵喷推进器，包括导流罩1、开孔导流器2以及螺旋桨3，其中，
导流罩1罩于螺旋桨3外侧，导流罩1上位于螺旋桨3叶尖正上方区域安装有开孔导流器2，该开孔导流器2呈圆环形结构且其内部设置有中空的环形腔室，开孔导流器2的内环侧侧壁上开设有多个与其环形腔室连通的导流孔21。
开孔导流器2内设环状的腔体，用以引导进入腔体的涡流结构，使涡流结构在腔体内沿周向传播。
本实施例采用以下方案安装开孔导流器2：导流罩1的内侧壁上开设有环形的环形安装槽，开孔导流器2完全容纳于环形安装槽中，采用这种结构安装具有安装方便以及成本节约的优点。
优选导流孔21的轴线与开孔导流器2的轴线垂直设置。
进一步地，环形安装槽内设置有径向槽口以对开孔导流器2进行周向固定，开孔导流器2上设有与径向槽口适配的径向肋条，径向肋条与径向槽口配合将开孔导流器2卡紧于导流罩1的环形安装槽中。通过径向肋条与径向槽口配合，从而使开孔导流器2与导流罩1紧密配合而不易发生松动。
进一步地，环形安装槽的顶面和底面上均设置有径向槽口，以进一步提高开孔导流器2与导流罩1的连接紧密性。另外，径向槽口和径向肋条均设置有多个，图中以开孔导流器2的两侧均设置有4个径向肋条为例具体说明。
优选导流孔21的孔径为5mm~7mm。导流孔21的个数为螺旋桨3桨叶数的整数倍。多个导流孔21在开孔导流器2的圆周方向均匀分布。开孔导流器2采用多块分体式结构组合而成以便于安装。环形安装槽的深度与开孔导流器2的深度相等。
本实施例中，导流罩1上环形安装槽的深度为6mm，高度为10mm，径向槽口的槽深2mm，长6mm。开孔导流器2的厚度为1mm，深度为6mm，高度为10mm。开孔导流器2为了便于安装，加工时可以拆成三块或四块。开孔导流器2的上、下平面有四个均布的径向肋条，径向肋条高2mm，长6mm。开孔导流器2安装后保证开孔的平面和导流罩1的内平面平滑过渡，从而减少对内部流场的影响。开孔导流器2上的导流孔21位于其中心位置。开孔导流器2上的开孔数目为21个（螺旋桨3桨叶数的倍数，其中本例为七叶桨）。导流孔21的孔径为6mm。
当泵喷螺旋桨3开始运行时，开孔导流器2上单个导流孔21上气流的流动过程为：1. 桨叶的叶尖经过导流孔21正下方时，流体向导流器腔体流入，且此时流量达到最大值，部分叶梢泄露涡通过导流孔21也进入了导流器腔体；2. 叶尖离开导流孔21正下后，流入导流器腔体的流量逐渐减小；3. 叶尖继续远离导流孔21，流体开始反向流动，向螺旋桨3区域流动，但此时流量较小；4. 桨叶通道中梢涡涡心区域运动到导流孔21的正下方，流入螺旋桨3区域的流量达到最大值，且流出的流体加入到涡流中，增加了涡流区域质量，降低了涡心的流速；5. 梢涡涡心区域离导流孔21的正下方后，流入螺旋桨3区域的流量逐渐减小；6.梢涡涡心区域继续远离导流孔21，流体开始反向流动，向导流器腔体流动，但此时流量较小。直到下一个桨叶叶尖经过导流孔21正下方时，再次进入到循环的第一步上来，叶尖流体继续循环流动。
开孔导流器2上每一个导流孔21均实现上述循环，只是导流孔21的位置不同，相位不同（需要根据具体结构及运行参数进行计算设计）。最终，桨叶在运行过程中，流体不断流入、流出开孔导流器2各个导流孔21，结合开孔导流器2上的导流孔21对梢涡实现了有效地整流，同时开孔导流器2腔体内流出的流体加入到涡心区域，降低涡心处的流速，最终大大削减了梢涡的强度。
开孔导流器2上每一个导流孔21均实现上述循环，只是导流孔21的位置不同，相位不同（需要根据具体结构及运行参数进行计算设计）。最终，桨叶在运行过程中，流体不断流入、流出开孔导流器2各个导流孔21，结合开孔导流器2上的导流孔21对梢涡实现了有效地整流，同时开孔导流器2腔体内流出的流体加入到涡心区域，降低涡心处的流速，最终大大削减了梢涡的强度。
本发明提出的基于开孔导流法的泵喷推进器，将开孔导流器2安装在泵喷螺旋桨3盘面导管内侧，位于螺旋桨3叶尖正上方，一方面通过引导混杂叶梢涡的叶尖流体进出开孔导流器2内腔进行循环，充分利用开孔导流器2上导流孔21的形状对叶梢涡进行整流，另一方面循环整流后的流体流出并加入到涡心区域，降低涡心处的流速，削减梢涡的强度。两方面的效果最终将大大降低流场内叶梢涡的强度，进而减少空化，降低空化噪声。
本发明进一步提出一种开孔导流器。
参照图1和图2，本优选实施例中，一种开孔导流器呈圆环形结构且其内部设置有中空的环形腔室，开孔导流器的内环侧侧壁上开设有多个与其环形腔室连通的导流孔21。开孔导流器可用于风机或泵喷推进器，本发明对此不作限定。在用于风机时，将风机的外罩进行相应调整即可。开孔导流器的上下面可根据安装位置相应设置限位机构，如设置径向肋条。
具体地，导流孔21的孔径为5mm~7mm；多个导流孔21在开孔导流器的圆周方向均匀分布。导流孔21的轴线与开孔导流器的轴线垂直设置。
另外，开孔导流器采用多块分体式结构组合而成以便于安装。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种开孔导流器，其特征在于，开孔导流器呈圆环形结构且其内部设置有中空的环形腔室，开孔导流器的内环侧侧壁上开设有多个与其环形腔室连通的导流孔。
2.如权利要求1所述的开孔导流器，其特征在于，所述导流孔的孔径为5mm~7mm；多个所述导流孔在开孔导流器的圆周方向均匀分布。
3.如权利要求1或2所述的开孔导流器，其特征在于，所述开孔导流器采用多块分体式结构组合而成以便于安装。
4.一种基于开孔导流法的泵喷推进器，其特征在于，包括导流罩、开孔导流器以及螺旋桨，其中，
所述导流罩罩于螺旋桨外侧，导流罩上位于螺旋桨叶尖正上方区域安装有所述开孔导流器，该开孔导流器呈圆环形结构且其内部设置有中空的环形腔室，开孔导流器的内环侧侧壁上开设有多个与其环形腔室连通的导流孔。
5.如权利要求4所述的基于开孔导流法的泵喷推进器，其特征在于，所述导流罩的内侧壁上开设有环形的环形安装槽，开孔导流器完全容纳于环形安装槽中。
6.如权利要求5所述的基于开孔导流法的泵喷推进器，其特征在于，所述环形安装槽内设置有径向槽口以对开孔导流器进行周向固定，开孔导流器上设有与径向槽口适配的径向肋条，径向肋条与径向槽口配合将开孔导流器卡紧于导流罩的环形安装槽中。
7.如权利要求6所述的基于开孔导流法的泵喷推进器，其特征在于，所述径向槽口和径向肋条均设置有多个。
8.如权利要求6所述的基于开孔导流法的泵喷推进器，其特征在于，所述环形安装槽的顶面和底面上均设置有径向槽口。
9.如权利要求4所述的基于开孔导流法的泵喷推进器，其特征在于，所述导流孔的个数为螺旋桨桨叶数的整数倍。
10.如权利要求4至9中任意一项所述的基于开孔导流法的泵喷推进器，其特征在于，所述环形安装槽的深度与开孔导流器的深度相等。
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