CN110525625A - 智能化推进、定位和减摇的船舶动力系统及其操纵方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种智能化推进、定位和减摇的船舶动力系统及其操纵方法，主机驱动旋转箱体绕垂直方向中心轴旋转，围绕中心轴周向均匀设置至少两根浆叶，浆叶根部刚性连接有浆叶轴，浆叶轴与旋转箱体转动连接；所述浆叶轴中心线与旋转箱体中心轴平行；所述旋转箱体内设有与浆叶数量相等的伺服缸，伺服缸一端与固定于旋转箱体中心的支座铰接，另一端通过连杆连接至浆叶轴，可驱使浆叶绕浆叶轴中心线转动。本发明实现了推力大小和方向无级可调，且调节速度快，抗冲击性能好，运行平稳且易于安装维护。

Description

智能化推进、定位和减摇的船舶动力系统及其操纵方法

技术领域

本发明涉及一种智能化推进、定位和减摇的船舶动力系统及其操纵方法， 属于船舶动力设备领域。

背景技术

目前船舶大多采用螺旋桨-舵系统作为推进装置，设备布置松散，占用空间 大，船舶操控精度差，水动力效率低。配置螺旋桨-舵系统的船舶还需另外配置 减摇装置，才能实现船舶减摇，这些很原始的产品存在效率极低，并且体积庞 大、重量很大等缺点。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的以上缺点，提高船舶操控精度，实现 推力大小和方向无级可调和减摇功能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种智能化推进、定位和减摇的船舶动力系统，其特征在于：主机驱动旋 转箱体绕中心轴旋转，所述旋转箱体围绕中心轴周向均匀设置至少两根浆叶， 浆叶根部刚性连接有浆叶轴，浆叶轴与旋转箱体转动连接；所述浆叶轴中心线 与旋转箱体的中心轴平行；所述旋转箱体内设有与浆叶数量相等的伺服缸，伺 服缸一端与固定于旋转箱体中心的支座铰接，另一端通过连杆连接至浆叶轴， 能够驱使浆叶绕浆叶轴中心线转动。

所述主机输出轴通过联轴器与小锥齿轮连接，小锥齿轮与大锥齿轮啮合， 大锥齿轮与旋转箱体刚性连接，实现主机驱动旋转箱体转动。

所述旋转箱体内设有集成控制阀组，所述集成控制阀组通过管路与伺服缸 连接。

液压动力单元通过管路与液压旋转接头连接，液压旋转接头再通过管路与 集成控制阀组连接，提供液压动力。

所述旋转箱体安装在推进器基座上，旋转箱体相对于推进器底座绕所述中 心轴转动。

所述伺服缸安装有行程传感器，所述浆叶安装有角度传感器。

所述推进器基座安装有加速度传感器。

一种智能化推进、定位和减摇的船舶动力系统操纵方法，称通过浆叶质心 并且垂直于浆叶内侧叶面的直线为质心垂线，其特征在于：所有桨叶的质心垂 线交汇于一汇聚点，并通过控制所述汇聚点与旋转箱体的水平中心线与垂向中 心线的距离，来调整所述船舶动力系统所产生的推力的大小与方向。

所述的智能化推进、定位和减摇的船舶动力系统操纵方法，其中：

若所述汇聚点落在水平中心线的正方向上，则产生正车推力；

若所述汇聚点落在水平中心线的负方向上，则产生倒车推力；

若所述汇聚点落在垂向中心线的正方向上，则产生左向推力；

若所述汇聚点落在垂向中心线的负方向上，则产生右向推力。

与现有技术相比较，本发明具有的有益效果是：

1.实现了推力大小和方向无级可调，且调节速度快；

2.集成了推进、定位和减摇功能，操作方便简单；

3.系统抗冲击性能强、运行平稳且振动小、噪声低，水动力效率更高；

4.重量轻且占用空间小，便于安装、维护和保养。

附图说明

图1是本发明提供的船舶动力系统结构组成示意图；

图2是本发明提供的船舶动力系统安装布置示意图；

图3是本发明提供的船舶动力系统零推力状态示意图；

图4是本发明提供的船舶动力系统正车最大推力状态示意图；

图5是本发明提供的船舶动力系统倒车最大推力状态示意图；

图6是本发明提供的船舶动力系统左推进最大推力状态示意图；

图7是本发明提供的船舶动力系统右推进最大推力状态示意图；

图8是本发明提供的船舶动力系统减摇功能示意图。

附图标记说明：1-主机；2-联轴器；3-小锥齿轮；4-旋转接头固定杆；5-旋 转接头固定支架；6-液压旋转接头；7-大锥齿轮；8-推进器基座；9-液压动力单 元；10-船体基座；11-连杆；12-浆叶；13-集成控制阀组；14-伺服缸；15-旋转 箱体；16-浆叶轴。

具体实施方式

以下将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实 施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人 员应该理解，这些附图未必是按真实比例绘制的。

请参阅图1，本发明提供了一种智能化推进、定位和减摇的船舶动力系统， 主机1的输出轴通过联轴器2与小锥齿轮3同轴连接，带动小锥齿轮3转动， 小锥齿轮3与大锥齿轮7啮合，大锥齿轮7与旋转箱体15刚性连接，由此主机 1将动力传递至旋转箱体15，使旋转箱体15绕垂直方向中心轴旋转。

在本实例中，围绕在旋转箱体中心轴周向均匀设置了5根浆叶12，浆叶12 根部刚性连接有浆叶轴16，浆叶轴16通过轴承安装在旋转箱体15的安装孔内， 浆叶轴16中心线与旋转箱体15中心轴平行。

请参阅图3，所述旋转箱体15中心位置安装有正五边形支座，支座每条边 上都设有铰接点，伺服缸14一端在铰接点与支座铰接，另一端的活塞杆与连杆 11固定连接，连杆11再与浆叶轴16的安装点固定连接。浆叶轴16上的安装点 偏离浆叶轴中心线位置，由此可实现伺服缸14的活塞杆直线运动转化为浆叶12 绕浆叶轴中心线的转动。

所述旋转箱体15内的支座上还安装有集成控制阀组13，集成控制阀组13 的出油口通过管路连接到伺服缸14的进油口，集成控制阀组13的进油口通过 管路与液压旋转接头6相连接。液压旋转接头6分为旋转部和固定部两部分， 旋转部通过旋转接头固定杆4与旋转箱体15固定连接，而固定部通过旋转接头 固定架5与推进器基座8固定连接，固定部与旋转部之间采用动密封形式进行 密封，保证了旋转部随旋转箱体15转动过程中，液压油正常输送不泄露。推进 器基座8外还设有液压动力单元9，通过管路与液压旋转接头6的固定部连通， 为系统提供动力油源。

所述旋转箱体15与推进器基座8之间为转动连接，推进器基座8通过螺栓 固定到船体基座10上，推进器基8座固定不动，旋转箱体15绕中心轴旋转运 动。

请参阅图3至图7，本发明提供了一种智能化推进、定位和减摇的船舶动力 系统的操纵方法，为了表述方便，称通过浆叶质心并且垂直于浆叶内侧叶面的 直线为质心垂线。

本发明将所有桨叶12的质心垂线交汇于一汇聚点，并通过控制所述汇聚点 与旋转箱体15的水平中心线与垂向中心线的距离，来调整所述船舶动力系统所 产生的推力的大小与方向；例如：若所述汇聚点落在水平中心线的正方向上， 则产生正车推力(如图4所示)，若所述汇聚点落在水平中心线的负方向上， 则产生倒车推力(如图5所示)；若所述汇聚点落在垂向中心线的正方向上， 则产生左向推力(如图6所示)；所述汇聚点落在垂向中心线负方向上，则产 生右向推力(如图7所示)。

请参阅图2，在本实例中，两套船舶动力系统安装在船舶的艉部两侧或者艏 部两侧，浆叶12从船舶底部伸出浸没在水中。

请参阅图3，图中5个浆叶12的角度为初始安装角度，即浆叶水平截面中 心线与公转圆周切线方向平行，在此状态下，浆叶12随旋转箱体15绕中心轴 公转不产生任何方向的推力。

浆叶12公转过程中，其角度处于不断变化的状态，将此过程连续起来看， 即为浆叶12随旋转箱体15绕中心轴公转的同时，浆叶自身绕浆叶轴中心线往 复摆动。浆叶12上安装有角度传感器，实时向控制系统反馈浆叶12在公转中 所处位置，同时伺服缸14安装有行程传感器，以反馈各浆叶12的角度。控制 系统接收到反馈信号后，与计算值进行比对分析并发出指令信号至集成控制阀 组13，集成控制阀组13再控制伺服缸14推动连杆11修正浆叶12角度。每个 浆叶12都由单独的伺服缸14进行控制，控制精度和可靠性都可得到保证，且 易于保养维护。

在本实例中，船舶动力系统实现了推力方向和大小的无级调节，在图6所 示的状态中，各浆叶12的角度之间遵循一定的数学关系，浆叶12在公转过程 中始终保持各浆叶12角度之间的数学关系不变，可使得各浆叶以相同的速率摆 动，保证推力方向恒定。当改变这种角度关系时，推力方向也随之发生改变。

各浆叶12角度之间的关系为：通过浆叶受力点垂直于浆叶水平截面中心线 的垂线汇聚于一点，该点落在水平中心线正方向上，产生正车推力；该点落在 水平中心线负方向上，产生倒车推力；该点落在垂向中心线正方向上，产生左 推力；该点落在垂向中心线负方向上，产生右推力。以控制系统计算各浆叶角 度并控制此“假想控制点”位置即可实现推力方向无级可调。

当各浆叶12之间的角度关系不变，而只改变角度自身数值时，可改变推力 大小。

以上述方式即实现了推力方向和大小的无级调节，图4是本实例的极限状 态之一，图5、图6和图7分别示意了本实例运行过程中的倒车最大推力状态、 左推进最大推力状态和右推进最大推力状态，其运行原理和过程与图4所示的 正车最大推力状态相似，在此不再赘述，不同点只在于各浆叶12之间的角度关 系不同。控制系统将各极限状态的位置和角度的匹配参数计算后，预设为各状 态功能模块，操作人员只需选择各不同的状态选项，即可实现其功能。

在本实例中，船舶动力系统除提供推进功能外，还可提供定位和减摇功能， 由于本系统以液压控制浆叶12角度，实现了推力方向和大小的无级可调，如海 面突发风浪或急流，而船体又需进行定位作业时，本系统也可快速调节推力大 小及方向以进行抵御，从而实现定位功能。

请参阅图8，优选的，在推进器基座上安装有加速度传感器，可感知船体横 摇的方向和角度，并反馈给控制系统，控制系统再发出指令控制浆叶12角度变 化，产生抵制横摇的稳定力矩，以此实现减摇的功能。由于本系统为主动式减 摇，无论船舶停止、航行或定位状态下都可进行减摇，特别是在船舶航行的状 态下，优先保证船舶的航行动力，利用额外的有效功率进行减摇，即实现全航 速减摇。

本发明的优点是：

1.以液压控制浆叶角度，使推力方向和大小无级可调，可在极短的时间内 改变舵向，从全速正车切换到全速倒车仅需约3秒时间，且使船舶可进行原地 360°全回转；

2.集成了推进、定位和减摇功能，并预设为功能模块，操作方便简单；

3.每个浆叶由单独的伺服缸控制，使得控制精度高，可靠性强，易于维护 保养；

4.浆叶以不锈合金钢材料锻造而成，耐腐蚀且强度高，结构更加坚固抗冲 击性号，尤其在低工作转速下，可承受更大扭矩；

5.浆叶在垂直弦长上压力分布均匀，即使部分浆叶露出水面也可提供推力， 维持船舶的正常作业，且随浆叶露出水面面积的增加，推力下降平缓。

以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人 员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、 变化或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种智能化推进、定位和减摇的船舶动力系统，其特征在于：主机驱动旋转箱体绕中心轴旋转，所述旋转箱体围绕中心轴周向均匀设置至少两根浆叶，浆叶根部刚性连接有浆叶轴，浆叶轴与旋转箱体转动连接；所述浆叶轴中心线与旋转箱体的中心轴平行；所述旋转箱体内设有与浆叶数量相等的伺服缸，伺服缸一端与固定于旋转箱体中心的支座铰接，另一端通过连杆连接至浆叶轴，能够驱使浆叶绕浆叶轴中心线转动。

2.根据权利要求1所述的智能化推进、定位和减摇的船舶动力系统，其特征在于：所述主机输出轴通过联轴器与小锥齿轮连接，小锥齿轮与大锥齿轮啮合，大锥齿轮与旋转箱体刚性连接，实现主机驱动旋转箱体转动。

3.根据权利要求1所述的智能化推进、定位和减摇的船舶动力系统，其特征在于：所述旋转箱体内设有集成控制阀组，所述集成控制阀组通过管路与伺服缸连接。

4.根据权利要求3所述的智能化推进、定位和减摇的船舶动力系统，其特征在于：液压动力单元通过管路与液压旋转接头连接，液压旋转接头再通过管路与集成控制阀组连接，提供液压动力。

5.根据权利要求1所述的智能化推进、定位和减摇的船舶动力系统，其特征在于：所述旋转箱体安装在推进器基座上，旋转箱体相对于推进器底座绕所述中心轴转动。

6.根据权利要求1所述的智能化推进、定位和减摇的船舶动力系统，其特征在于：所述伺服缸安装有行程传感器，所述浆叶安装有角度传感器。

7.根据权利要求5所述的智能化推进、定位和减摇的船舶动力系统，其特征在于：所述推进器基座安装有加速度传感器。

8.一种智能化推进、定位和减摇的船舶动力系统操纵方法，采用了如权利要求1-7中任一项所述的智能化推进、定位和减摇的船舶动力系统，称通过浆叶质心并且垂直于浆叶内侧叶面的直线为质心垂线，其特征在于：所有桨叶的质心垂线交汇于一汇聚点，并通过控制所述汇聚点与旋转箱体的水平中心线与垂向中心线的距离，来调整所述船舶动力系统所产生的推力的大小与方向。

9.根据权利要求8所述的智能化推进、定位和减摇的船舶动力系统操纵方法，其特征在于：

若所述汇聚点落在水平中心线的正方向上，则产生正车推力；

若所述汇聚点落在水平中心线的负方向上，则产生倒车推力；

若所述汇聚点落在垂向中心线的正方向上，则产生左向推力；

若所述汇聚点落在垂向中心线的负方向上，则产生右向推力。