CN109969367B - 纺锤轴旋涡叶片式船用矢量推进装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及船舶推进技术领域，提供一种纺锤轴旋涡叶片式船用矢量推进装置，该装置包括发动机、变速箱、船身，所述发动机、传动杆、进水部、排水部，所述传动杆包括传动杆壳体，所述进水部为一端封闭的中空壳体且周向设置进水格栅，所述传动杆壳体与所述进水部封闭的一端固定连接；所述排水部包括两端开口中空的排水部壳体、同轴线设置的纺锤轴和多个连续旋涡叶片，所述进水部壳体开口一端与排水部壳体固定连接，且内部空间连通；连续旋涡叶片固定螺旋式设置在所述纺锤轴周向；所述进水部内部设置旋转导叶，所述旋转导叶同轴安装在所述纺锤轴靠近所述进水部一端。不仅有效地减少行驶噪声，且提高了推动力，从而节省燃料。
Description
技术领域
本发明涉及船用推进技术领域，特别涉及一种纺锤轴旋涡叶片式船用矢量推进装置。
背景技术
船用推进系统(Marine Propulsion System)是将船发动机产生动力转变为船舶前进的推力，以克服船舶在水中航行的阻力。船用推进系统是整个船舶的核心部分，其不仅为船舶提供动力，而且关系到船舶的运行稳定性、安全性、节能、经济性等方面，其主要类型有喷水推进系统、螺旋桨式、电力推进器、侧向推进器，在船舶系统中具有广泛的应用。
船用矢量推进装置主要包括吸水机构、排水机构、螺旋桨叶片等部件，CN208715456U公开了一种船用矢量推进装置以及船舶，其结构包括相连接的吸水管和排水管，排水管的排水口高度低于吸水管的进水口高度，所述吸水管上设置有吸水机构，吸水机构用于将船舶前方的水吸入吸水管并从排水管排出，且水流从排水管排出时的流动方向为水平方向，进而减少兴波阻力。US 10215278B1公开了一种船用驱动器，包括内燃机、变速器、换挡杆、制动器、输出轴，输出轴通过齿轮组连接齿轮轴，使得输出轴的旋转导致齿轮轴的旋转，齿轮轴通过行星齿轮组连接到换挡杆，使得齿轮轴的旋转导致换挡杆旋转。
目前，配置传统的矢量推进器的高速船舶通常采用短行程叶片、推力小、噪声大，而船舶高速行驶过程中噪声很大一部分由于旋转弧形叶片与水体相互作用产生振动，且矢量推进器推动效率与旋转旋涡叶片形状有密切相关。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出纺锤轴旋涡叶片式船用矢量推进装置，该纺锤轴旋涡叶片式船用矢量推进装置可以使得水体在连续旋涡叶片之间流畅排出，减少排水过程中旋涡叶片之间的相互作用引起的振动，有效地减少行驶噪声，且提高了推动力，从而节省燃料。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：所述纺锤轴旋涡叶片式船用矢量推进装置包括发动机、变速箱、船身，所述发动机、所述变速箱与船身固定连接，所述纺锤轴旋涡叶片式船用矢量推进装置还包括传动杆、进水部、排水部，所述传动杆包括传动杆壳体，所述进水部为一端封闭的中空壳体且周向设置进水格栅，所述传动杆壳体与所述进水部封闭的一端固定连接；所述排水部包括两端开口中空的排水部壳体、同轴线设置的纺锤轴和多个连续旋涡叶片，所述进水部壳体开口一端与排水部壳体固定连接，且内部空间连通；连续旋涡叶片固定螺旋式设置在所述纺锤轴周向；所述进水部内部设置旋转导叶，所述旋转导叶同轴安装在所述纺锤轴靠近所述进水部一端。
优选地，所述连续旋涡叶片数量为大于3的正整数，在所述纺锤轴周向等距设置，所述连续旋涡叶片螺旋式设置在所述纺锤轴的螺旋线沿所述纺锤轴轴线x方向，间距变化满足：1n:2n:6n，其中n为初始设置间距。
优选地，所述连续旋涡叶片与所述纺锤轴能够通过3D打印方式一体成型。
优选地，所述进水部壳体内壁中部形成能够固定安装轴承的凸缘结构。
优选地，所述纺锤轴通过轴承安装至所述进水部壳体的凸缘结构上。
优选地，所述传动杆还包括传动轴、第一锥齿轮、第二锥齿轮，所述第一锥齿轮与靠近所述进水部一端的所述传动轴过盈配合连接，所述第二锥齿轮与靠近所述进水部一端的所述纺锤轴过盈配合连接，所述第一锥齿轮与所述第二锥齿轮啮合。
优选地，所述纺锤轴旋涡叶片式船用矢量推进装置还包括垂直舵、水平舵、尾部矢量管，所述垂直舵、水平舵固定设置在排水部壳体外壁，所述尾部矢量管转动设置在远离所述进水部的所述排水部的开口处。
优选地，所述旋转导叶能够自由转动地同轴安装在所述纺锤轴上。
优选地，所述纺锤轴靠近所述进水部的一端为光轴，所述纺锤轴自安装有所述连续旋涡叶片开始至结束段为纺锤状。
相对于现有技术，本发明的纺锤轴旋涡叶片式船用矢量推进装置设置了传动杆、进水部、排水部，将进水部设置为一端封闭的中空壳体且周向布置进水格栅，并在排水部内部同轴线设置纺锤轴和多个连续旋涡叶片，连续旋涡叶片固定螺旋式设置在纺锤轴周向，在进水部内部纺锤轴同轴设置旋转导叶，连续旋涡叶片在纺锤轴周向等距设置，且其螺旋线沿纺锤轴轴线x方向间距逐渐增大，从而实现水体在连续旋涡叶片之间流畅度，减少排水过程中旋涡叶片之间的相互作用引起的振动，进而减小噪声。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
在附图中：
图1为本发明的纺锤轴旋涡叶片式船用矢量推进装置示意图；
图2为图1中的纺锤轴旋涡叶片部件剖视图；
图3为图1中的纺锤轴整体示意图。
附图标记说明：
1变速箱 2发动机
3船身 4传动杆
5进水部 6排水部
7垂直舵 8水平舵
41传动杆壳体 42传动轴
43第一锥齿轮 44第二锥齿轮
51旋转导叶 52进水格栅
61排水部壳体 62纺锤轴
63连续涡叶 9尾部矢量管
10轴承
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指参考附图所示的上、下、左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。
为了解决背景技术部分所指出的旋转弧形叶片与水体相互作用产生振动，且矢量推进器推动效率不高、噪声大、推力不足等问题，如图1-图3所示，提供一种纺锤轴旋涡叶片式船用矢量推进装置，该所述纺锤轴旋涡叶片式船用矢量推进装置包括发动机2、变速箱1、船身3，所述发动机2、所述变速箱1与船身3固定连接，所述纺锤轴旋涡叶片式船用矢量推进装置还包括传动杆4、进水部5、排水部6，所述传动杆4包括传动杆壳体41，所述进水部5为一端封闭的中空壳体且周向设置进水格栅52，所述传动杆壳体41与所述进水部5封闭的一端固定连接；所述排水部6包括两端开口中空的排水部壳体61、同轴线设置的纺锤轴62和多个连续旋涡叶片63，所述进水部5壳体开口一端与排水部壳体61固定连接，且内部空间连通；连续旋涡叶片63固定螺旋式设置在所述纺锤轴62周向；所述进水部5内部设置旋转导叶51，所述旋转导叶51同轴安装在所述纺锤轴62靠近所述进水部5一端。
为了所述进水格栅52的水流仅进入至安装有所述旋转导叶51的所述进水部(5)内，而不进入锥齿轮啮合密封空间，在本发明更为优选的情况下，所述进水格栅52设置在所述进水部(5)轴向远离封闭一端的2/3至3/4位置。
为了所述传动杆4与所述进水部5壳体连接稳固性，在本发明更为优选的情况下，所述传动杆壳体41与所述进水部5封闭的一端采用焊接，为了适应不同航速的船舶，更为优选的情况下，当该推进器应用于快艇时，所述传动杆4轴线与所述进水部5轴线垂直设置，当该推进器应用于游艇时，所述传动杆4与所述进水部5同轴线设置。
为了所述进水部5壳体开口一端与所述排水部壳体61更为稳固连接与密封性，在本发明更为优选的情况下，所述进水部5壳体与所述排水部壳体61采用焊接或防水螺纹连接或一体成型。
为了减少排水过程中旋转弧形叶片之间水流不规律流动，在本发明更为优选的情况下，所述连续旋涡叶片63数量为大于3的正整数，为了连续旋涡叶片63周向间距不能过小，进一步更为优选情况下，所述连续旋涡叶片63为5或7或9；在所述纺锤轴62周向等距设置，进一步更为优选情况下，所述连续旋涡叶片63周向距离应大于10mm；所述连续旋涡叶片63螺旋式设置在所述纺锤轴62的螺旋线沿所述纺锤轴62轴线x方向，间距变化满足：1n:2n:6n，其中n为初始设置间距，由于所述纺锤轴62的螺旋线尾部越趋近于直线，更为优选的进一步更为优选情况下，每一片所述连续旋涡叶片63为连续光滑曲面，初始设置间距n应在8mm～20mm之间。
为了连续旋涡叶片63与所述纺锤轴62连接可靠性与制造经济性，在本发明更为优选的情况下，所述连续旋涡叶片63与所述纺锤轴62能够通过3D打印方式一体成型。为了减少连续旋涡叶片63叶面长时间在水中的空泡、应力腐蚀程度，进一步优选情况下，所述连续旋涡叶片63采用铜合金材质，例如，有锰青铜或锰铝青铜或镍铝青铜。
为了更好地支撑所述纺锤轴和密封锥齿轮啮合部件，在本发明更为优选的情况下，所述进水部5壳体内壁中部形成能够固定安装轴承的凸缘结构
为了更好地支撑所述纺锤轴和密封锥齿轮啮合部件，在本发明更为优选的情况下，所述纺锤轴62通过轴承10安装至所述进水部5壳体的凸缘结构上，为了提升轴承运行耐磨性、可靠性与减少振动，更为优选的情况下，轴承10采用耐磨铸铁或铜基或铝基合金的滑动轴承。
为了更平稳地动力传递和空间扭矩传递，在本发明更为优选的情况下，所述传动杆4还包括传动轴42、第一锥齿轮43、第二锥齿轮44，所述第一锥齿轮43与靠近所述进水部5一端的所述传动轴42过盈配合连接，所述第二锥齿轮44与靠近所述进水部5一端的所述纺锤轴62过盈配合连接，所述第一锥齿轮43与所述第二锥齿轮44啮合。
为了可以调整推进方向和平衡性，所述纺锤轴旋涡叶片式船用矢量推进装置还包括垂直舵7、水平舵8、尾部矢量管9，所述垂直舵7、水平舵8固定设置在排水部壳体61外壁，所述尾部矢量管9转动设置在远离所述进水部5的所述排水部6的开口处，为了更好地操控整个推进器，水平舵8至少为2个，设置在所述排水部壳体61水平两翼，所述垂直舵7至少为1个，设置在所述排水部壳体61水平平面的垂直面上，所述尾部矢量管9可转动并调整喷水方向，为了更好地自动调整矢量推进器前进方向，更为优选地情况下，所述尾部矢量管9内置旋转电机，旋转电机与船舶控制单元电连接，所述尾部矢量管9转动的角度由船舶控制模块自动控制。
为了所述进水格栅进入的水流形成更好的涡流，所述旋转导叶51能够自由转动地同轴安装在所述纺锤轴62上，其间隙配合在所述纺锤轴62的光轴段。
为了更好地将所述旋转导叶51套设在所述纺锤轴62光轴段，所述纺锤轴62靠近所述进水部5的一端为光轴，为了减少所述排水部6水流在水平方向阻力，所述纺锤轴62自安装有所述连续旋涡叶片63开始至结束段为纺锤状。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，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 (7)
1.一种纺锤轴旋涡叶片式船用矢量推进装置，所述纺锤轴旋涡叶片式船用矢量推进装置包括发动机（2）、变速箱（1）、船身（3），所述发动机（2）、所述变速箱（1）与船身（3）固定连接，其特征在于，所述纺锤轴旋涡叶片式船用矢量推进装置还包括传动杆（4）、进水部（5）、排水部（6），所述传动杆（4）包括传动杆壳体（41），所述进水部（5）为一端封闭的中空壳体且周向设置进水格栅（52），所述传动杆壳体（41）与所述进水部（5）封闭的一端固定连接；所述排水部（6）包括两端开口中空的排水部壳体（61）、同轴线设置的纺锤轴（62）和多个连续旋涡叶片（63），所述进水部（5）壳体开口一端与排水部壳体（61）固定连接，且内部空间连通；连续旋涡叶片（63）固定螺旋式设置在所述纺锤轴（62）周向；所述进水部（5）内部设置旋转导叶（51），所述旋转导叶（51）同轴安装在所述纺锤轴（62）靠近所述进水部（5）一端，所述连续旋涡叶片（63）为5或7或9；在所述纺锤轴（62）周向等距设置，进一步的，所述连续旋涡叶片（63）周向距离应大于10mm；所述连续旋涡叶片（63）螺旋式设置在所述纺锤轴（62）的螺旋线沿所述纺锤轴（62）轴线x方向，间距变化满足：1n : 2n : 6n，其中n为初始设置间距，由于所述纺锤轴（62）的螺旋线尾部越趋近于直线，每一片所述连续旋涡叶片（63）为连续光滑曲面，初始设置间距n应在8mm~20mm之间；所述旋转导叶（51）能够自由转动地同轴安装在所述纺锤轴（62）上，其间隙配合在所述纺锤轴（62）的光轴段。
2.根据权利要求1所述的纺锤轴旋涡叶片式船用矢量推进装置，其特征在于，所述连续旋涡叶片（63）与所述纺锤轴（62）能够通过3D打印方式一体成型。
3.根据权利要求1所述的纺锤轴旋涡叶片式船用矢量推进装置，其特征在于，所述进水部（5）壳体内壁中部形成能够固定安装轴承的凸缘结构。
4.根据权利要求3所述的纺锤轴旋涡叶片式船用矢量推进装置，其特征在于，所述纺锤轴（62）通过轴承（10）安装至所述进水部（5）壳体的凸缘结构上。
5.根据权利要求1所述的纺锤轴旋涡叶片式船用矢量推进装置，其特征在于，所述传动杆（4）还包括传动轴（42）、第一锥齿轮（43）、第二锥齿轮（44），所述第一锥齿轮（43）与靠近所述进水部（5）一端的所述传动轴（42）过盈配合连接，所述第二锥齿轮（44）与靠近所述进水部（5）一端的所述纺锤轴（62）过盈配合连接，所述第一锥齿轮（43）与所述第二锥齿轮（44）啮合。
6.根据权利要求1所述的纺锤轴旋涡叶片式船用矢量推进装置，其特征在于，所述纺锤轴旋涡叶片式船用矢量推进装置还包括垂直舵（7）、水平舵（8）、尾部矢量管（9），所述垂直舵（7）、水平舵（8）固定设置在排水部壳体（61）外壁，所述尾部矢量管（9）转动设置在远离所述进水部（5）的所述排水部（6）的开口处。
7.根据权利要求1所述的纺锤轴旋涡叶片式船用矢量推进装置，其特征在于，所述纺锤轴（62）靠近所述进水部（5）的一端为光轴，所述纺锤轴（62）自安装有所述连续旋涡叶片（63）开始至结束段为纺锤状。
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