CN110254674A - 无共振磁悬浮静音潜艇推进器 - Google Patents

Abstract

本无共振磁悬浮静音潜艇推进器由磁悬浮电动机定子固定在主轴上面，把转子与弯管、尾椎做成组合体，通过电力驱动，在磁悬浮的状态下围着定子旋转，弯管内的水在离心力的作用下高速流动形成推力。

Description

无共振磁悬浮静音潜艇推进器

技术领域

本发明涉及一种由磁悬浮电动机定子，和转子、弯管、尾椎组成的的组合体，以及消音罩组成的潜艇推进器。

背景技术

目前现有技术中，有的潜艇推进器采用离心转轮旋转，给水施加离心力，再通过出水口喷出，为潜艇提供前进动力。离心转轮旋转时，叶轮边缘与水之间互相冲击，噪音大，还会产生空泡现象,不但会对叶轮产生气蚀，而且还会降低效率。而且叶轮上面的叶片由于尺寸相同，叶片共振频率相同，与水互相冲击，会形成共振噪音。总体来说现有的潜艇推进器噪音大，效率低，使用期限短。例如专利号申请号为:CN201721501263的一种离心泵推进系统，和专利号申请号为:CN201910298430的一种替代螺旋桨的自耦式船舶潜水泵喷推进装置。它们所采用的圆形离心叶轮，其叶片尺寸就是完全一样的。不但在旋转时，叶轮与水互相冲击，产生严重噪音，而且叶轮与水互相冲击还会产生噪音共振现象。叶轮高速转动还会使水产生空泡，空泡破裂产生噪音，还会降低潜艇推进器的推进效率。空泡也会对叶轮造成气蚀，使叶轮使用期限缩短。由于叶轮靠近轴心的位置直径小，叶轮之间间隙窄，离轴心远的地方直径大，叶轮之间间隙大，就造成了水的流速快慢变化，流速的变化也造成了水压的变化，形成了噪音。叶轮的轮轴旋转时的摩擦现象也会产生噪音和震动。推进器噪音大会增加我国潜航的潜艇被敌方探测到的概率，推进器效率低会造成潜艇航行里程缩短，叶轮被气蚀造成推进器使用期限缩短。

发明内容

本发明的目的是提供一种推进效率高，推进器高速旋转时不会与水互相冲击，也不会产生空泡和气蚀，工作噪音低，多管分流，水流之间不互相冲击和影响，不会产生共振噪音，推进器工作部分的水流速均匀，水压均衡，使用期限长，电磁波辐射少的潜艇推进器。解决背景技术中存在的上述问题。

本发明的技术方案是：本无共振磁悬浮静音潜艇推进器由磁悬浮电动机定子固定在主轴上面，把转子与弯管、尾椎做成组合体，通过电力驱动，在磁悬浮的状态下围着定子旋转，弯管内的水在离心力的作用下高速流动形成推力，以及最外面的消音罩组成。

带有进水口和出水口的弯管，进水管管口为弧形，出水口为斜断面。把弯管排列在与主轴为中心的径向圆周部分，弯管进水口部分指向轴心，并且与半径线有15-90之间的夹角。弯管的出水口部分与主轴轴线平行。多个弯管为一组，第二个弯管比第一个弯管在主轴轴向上位置落后，第三个弯管比第二个弯管在主轴轴向上位置落后，以此类推。但是弯管组的出水口部分是平齐的，这样就造成了弯管长度的不同，在水流通过弯管时，产生的噪音频率就会不同，由于频率不同，而互相干扰和抵消。多组弯管安装在主轴轴心径向的圆周位置，把多组弯管、尾椎与磁悬浮电动机转子制作成一个组合体。磁悬浮电动机的定子固定在主轴上面，定子线圈在通电状况下，产生旋转磁场和排斥力。组合体被定子的各个方向的排斥力，悬浮起来，并且高速旋转，旋转过程不与主轴接触，不会产生摩擦噪音。组合体高速旋转，其上面的弯管组形成了一个个的水道，在离心力的作用下，弯管内的水流会高速向出水口流动，形成推力。而进水口由于离心力，产生了负压力现象，水会被负压力通过进水口吸入弯管，并且会源源不断的从出水口喷出。进水口开口为弧形，与进水舱内内壁表面的弧线吻合，出水口的开口与尾椎的外表面吻合，都是圆滑面，没有任何凸起的部分。所以在组合体旋转时，不会与水产生任何互相冲击，也不会产生噪音。在组合体旋转时也不会产生空泡现象，和不会造成空泡破裂噪音，不会降低推进器效率。以及不会产生空泡造成气蚀，缩短推进器使用期限。

由于水有粘附力，组合体旋转时，外面会有一些旋转的水流。所以在组合体外面安装了消音罩，消音罩利用支架固定在潜艇尾部并不旋转。消音罩和组合体之间有离心水道，组合体外表面产生的旋转水流在离心力的作用下，沿着离心水道向后喷出，增加了推进器推力，回收了为了抵消水与组合体外表面之间的粘附力所消耗的能量，加大了动能的利用率，增加了推进器的效率。消音罩安装在推进器的最外层，为消音材料制作，内部的定子、组合体、弯管、离心水道的噪音，在消音罩的作用下，噪音将进一步减小。消音罩也会屏蔽一部分推进器旋转时产生的电磁波。

附图说明

图1是弯管的结构图。

图2是弯管与主轴轴心的相互位置图。

图3是弯管组与主轴轴心的相互位置图。

图4是弯管组各个弯管的相互位置图。

图5是多个弯管组围主轴轴心环绕一周的前视图。

图6是所有弯管组环绕一周布局状态的透视图。

图7是弯管进水口与进水舱内壁的相互位置图。

图8是潜艇推进器的侧向剖视图。

图9是潜艇推进器的剖切位置图。

图10是图9的A-A剖面图。

图11是图9的B-B剖面图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1、描述的是弯管的结构。弯管24有进水口13，管口为弧形。和出水口14，管口为斜断面。以及弧形弯道19。整个弯管24各个部分横断面直径相同，水在弯管24里面流动时，水流速均匀，水压恒定。

图2、描述的是弯管与主轴轴心的相互位置。弯管24的进水口13部分指向主轴1的轴心，进水口13的管口为弧形，与进水舱内壁23的弧线吻合。使弯管24在围主轴旋转时，进水口13管口不会与水互相冲击。并且进水口13部分的管道与轴心的径向半径线有夹角22，角度在15度-75度之间。在弯管沿轴心旋转时，弯管24进水口13部分的管子，里面的水在旋转的作用下形成离心力。夹角22的可以使进入进水口13的水除了获得离心力以外，还会获得一个向外的推力，使水流速度加快。

图3、描述的是弯管组与主轴轴心的相互位置。多个弯管24组成一个弯管组，并且进水口13都指向轴心。

图4、描述的是弯管组各个弯管的相互位置。多个弯管24组成一个弯管组，第二个弯管24比第一个弯管24在主轴轴向上位置落后，第三个弯管24比第二个弯管24在主轴轴向上位置落后，以此类推。各个进水口13的位置也是依次落后。但是所有弯管24的出水口14是平齐的。由于圆周周长外大内小，在圆周线上排满弯管24的情况下，进水口13的直径不变的情况下，圆周内圆是放不下所有弯管24的。所以把弯管24轴向上依次错开，就避免了进水口13互相拥挤。弯管24每个部分直径相同，保证了水流在弯管24的里面，流速均匀，水压恒定。还有就是弯管24的轴向位置依次落后一些，但是出水口14平齐的，这就造成了每个弯管24总长度的不同。弯管24长度不同，所以弯管24的共振频率也不同。当水流在离心力作用下，从每根弯管24的进水口13进入，经过弧形弯道19后，通过出水口14流出。由于每根弯管24共振频率不同，不会产生共振现象。所以弯管24产生的水流噪音由于频率不同会互相抵消，降低了噪音。这种弯管组和普通离心叶轮有着本质的不同，水被离心叶轮甩出以后，再汇集在一起，通过排水管喷出提供推力，水流汇集在一起时会产生互相冲击、空泡和噪音。本方案的每个弯管24都是一个单独的水道，而且水从进水口13进入，到出水口14喷出，期间不需要任何混合和汇集，所以水流之间没有任何互相冲击，也不会因为水流互相冲击，产生噪音。

图5、图6描述的是多个弯管组围主轴轴心环绕一周的状态。

图7描述的是弯管进水口与进水舱内壁的相互位置。把进水舱12的进水舱内壁23展开，进行平铺。进水口13的管口与进水舱内壁23完全吻合，与水的接触面平滑。保证在高速旋转时，进水口13的管口与水不会互相冲击，减小噪音和空泡的产生。也避免了空泡噪音和气蚀的产生。每个进水口13的管口之间都有一段距离，防止管口距离近，水流流过管口时产生吹笛子的效果，进而产生哨音。

图8描述的是潜艇推进器的侧向剖视图。

图9描述的是潜艇推进器的剖切位置图。其中有两个刨切位置，分别是A-A剖切位置，和B-B剖切位置。两个剖切，可以充分展示进水舱12位置各部分之间的关系，以及磁悬浮电动机驱动位置各部分之间的关系。

图8描述的是潜艇推进器的侧向剖视图。图10描述的是图9的A-A剖面图。图11描述的是图9的B-B剖面图。结合这3张图进行一下详细说明。主轴1固定在潜艇20的尾部，磁悬浮电动机的定子2、定子3、定子4固定在主轴1上面。磁悬浮电动机转子、弯管24、和尾椎11安装在一起，成为组合体8。磁悬浮电动机转子、弯管24做成一个整体，而尾椎11做成一个分体，是为了潜艇推进器方便制造、安装拆卸和维修。组合体8可以在主轴1上面旋转。组合体8中间有一个圆柱形空腔，里面有定子2、定子3、定子4。组合体8上面有轴孔9和轴孔10。里面的定子2，在通电工作状态下，不但可以为组合体8提供旋转磁场，而且还可以为组合体8提供径向的排斥力，使组合体8在旋转的同时完全悬浮状态，不与轴孔9和轴孔10接触，旋转过程，没有摩擦现象，也不会产生噪音。定子3、定子4在通电工作状态下，不但也可以为组合体8提供旋转磁场，而且还可以为组合体8提供轴向的排斥力，使组合体8在旋转的同时完全悬浮状态，不轴向移动，不与轴定子3、定子4接触，旋转过程，没有摩擦现象，也不会产生噪音。轴挡5和轴挡6安装在主轴1上面，防止组合体8在非工作和非悬浮状态下轴向移动。水过滤材料7安装在轴孔9前面，可以在潜艇20下潜时，使进入圆柱形空腔的海水过滤掉杂质和海洋生物，进入的海水不但可以起到磁悬浮电动机的冷却作用，而且使磁悬浮电动机的内外水压相同，防止在潜艇20进入深水时，内外水压差距加大，组合体8被水压压坏。组合体8外面是消音罩18，消音罩18利用支架21固定在潜艇20的尾部。由于水有粘附力，组合体8旋转时，外面会有一些旋转的水流。所以在组合体外面安装了消音罩18，消音罩18利用支架固定在潜艇20尾部并不旋转。消音罩18和组合体8之间有离心水道16，组合体8外表面产生的旋转水流在离心力的作用下，沿着离心水道16向后流动，从水道口17喷出，增加了推进器推力，回收了为了抵消水与组合体外表面之间的粘附力所消耗的能量，加大了动能的利用率，增加了推进器的效率。消音罩18处在推进器的外层，是消音材料制造的，内部的定子2、定子3、定子4、组合体8、离心水道16的噪音，在消音罩18的作用下，噪音将进一步减小。消音罩18也会屏蔽一部分推进器旋转时产生的一部分电磁波。推进器旋转时，组合体8在定子2、定子3、定子4的旋转磁场推动下，产生旋转力矩和悬浮力，使主轴1与组合体8不互相接触，没有摩擦阻力和摩擦噪音。弯管24同时高速高速旋转，里面的水产生离心力，从出水口14高速喷出，产生推力。并且在弯管24的进水口13产生负压力，进水舱12的水被负压力吸入弯管24，不断循环。弯管24的进水口13的管口为弧形，与进水舱12的进水舱内壁23充分吻合，出水口14的管口为斜断面，与尾椎11的外表面充分吻合。组合体8与水接触的地方没有突出物，都是圆形光滑表面，与水没有任何互相冲击的现象，不会形成噪音和空泡现象。每个弯管24都是单独的水流通道，水从进水口13进入，从出水口14喷出，期间的水都是在各自的弯管里面，流速均匀，水压恒定的情况下进行的。流动过程没有任何水流互相冲击的现象。所以也不会产生任何噪音和空泡。

Claims (5)

1.一种由磁悬浮电动机定子，和转子、弯管、尾椎组成的的组合体，以及消音罩组成的潜艇推进器，其特征在于：弯管24有进水口13，管口为弧形，和出水口14，管口为斜断面，多个弯管24组成一个弯管组，并且进水口13都指向轴心，进水口13部分的管道与轴心的径向半径线有夹角22，角度在15度-75度之间，多个弯管24组成一个弯管组，第二个弯管24比第一个弯管24在主轴轴向上位置落后，第三个弯管24比第二个弯管24在主轴轴向上位置落后，以此类推，各个进水口13的位置也是依次落后，但是所有弯管24的出水口14是平齐的，这就造成了每个弯管24总长度的不同,多个弯管组围主轴轴心环绕一周。

2.根据权利要求1所述的潜艇推进器，其特征在于：弯管24的进水口13的管口为弧形，与进水舱12的进水舱内壁23充分吻合，出水口14的管口为斜断面，与尾椎11的外表面充分吻合，组合体8与水接触的地方没有突出物，都是圆形光滑表面。

3.根据权利要求1所述的潜艇推进器，其特征在于：主轴1固定在潜艇20的尾部，磁悬浮电动机的定子2、定子3、定子4固定在主轴1上面，组合体8可以在主轴1上面旋转，组合体8中间有一个圆柱形空腔，里面有定子2、定子3、定子4，组合体8上面有轴孔9和轴孔10。

4.根据权利要求1所述的潜艇推进器，其特征在于：组合体外面安装了消音罩18，消音罩18利用支架固定在潜艇20尾部并不旋转，消音罩18和组合体8之间有离心水道16。

5.根据权利要求1所述的潜艇推进器，其特征在于：磁悬浮电动机转子、弯管24、和尾椎11安装在一起，成为组合体8。