CN111186546B - 一种一体式喷水推进系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一体式喷水推进系统，包括进水系统、控制系统和排水系统，所述进水系统包括吸水口、吸水涡轮、潜水电机、增压桨和主体涵道，所述吸水口设于主体涵道前端，所述吸水涡轮设于主体涵道前端的吸水口内，所述增压桨设于主体涵道内，所述潜水电机为双输出潜水马达，潜水电机通过支架安装在吸水口和主体涵道前端之间，潜水电机的两端输出分别与吸水涡轮和增压桨相连；所述排水系统包括尾喷水口和设于尾喷水口内的导流环，所述尾喷水口固定在主体涵道的尾部。所述控制系统包括设于腔体内的低速电机、齿轮组、控制器和蓄电池。本发明通过上述结构消除射流向四周扩散的现象，充分利用喷出射流，实现更加节能、环保、高效的推进。

Description

一种一体式喷水推进系统

技术领域

本发明涉及船用设备领域，涉及一种推进器，具体涉及一种一体式喷水推进系统。

背景技术

推进器是船舶上产生动能的装置。螺旋桨推进器是最常见的一种推进器，螺旋桨安装在船艇尾部水线以下的推进轴上，由主机带动推进轴一起转动，将水从桨叶的吸入面吸入，从排出面排出，利用水的反作用力推动船艇前进。传统螺旋桨因需要机械性能优异的主轴，对主轴制作工艺要求极高，机械主轴传动效率较低，且会使用大量油性润滑剂，会造成严重的环境污染问题。

近年来新兴一种喷水推进器。喷水推进器是推进机构的喷射部分浸在水中，利用喷射水流产生的反作用力驱动船舶前进的一种推进器。由水泵、管道、吸口和喷口等组成，因其吃水浅、复杂水域通过性能较好、传动机构简单、附件阻力小等优点被广泛应用于滑行艇、穿浪艇、水翼艇、气垫船等中、高速船舶中。但传统的喷水推进系统仍存在机械传动机构复杂、传动效率低、体积庞大、航速较低时效率较低、缺乏操作灵敏的方向系统等缺点。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对上述现有喷水推进系统机械传动机构复杂、体积庞大、航速较低时效率较低、缺乏操作灵敏的方向系统等缺点，设计了一款新型的喷水推进系统。本装置采用潜水电机替代传统的传动轴，简化机械结构，使得装置效率较传统喷水推进系统有所提高；同时装置的尾喷水口内导流环的特殊设计，能够使本装置在低速时的推进效率明显优于传统装置；另外本装置采用进排水一体化设计，装置整体置于船体以外，其在转弯和倒车时具有优异的性能。

另外，本发明的能源供给采用电能，避免了传统柴油主机的排放污染，并方便了风能发电、太阳能发电等清洁源技术在本装置中的应用；简化的动力传递装置避免了过多油性润滑剂的使用，从而有效防止对于水域的污染，使得该装置更为环保、绿色。

本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：

一种一体式喷水推进系统，包括进水系统和排水系统，其特征在于：所述进水系统包括吸水口、吸水涡轮、潜水电机、增压桨和主体涵道，所述吸水口设于主体涵道前端，所述吸水涡轮设于主体涵道前端的吸水口内，所述增压桨设于主体涵道内，所述潜水电机为双输出潜水马达，潜水电机通过支架安装在吸水口和主体涵道前端之间，潜水电机的两端输出分别与吸水涡轮和增压桨相连；所述排水系统包括尾喷水口和设于尾喷水口内的导流环，所述尾喷水口固定在主体涵道的尾部。

作为改进，所述吸水口前端设有防止异物进入主体涵道的栅栏，所述栅栏前端设有用于切断水草的刃口。

作为改进，所述主体涵道内截面为流线过渡，主体涵道内截面从前至后分为三段，依次为入口段、中间段和尾段，所述入口段截面流线型增大，中间段截面最大，尾段截面流线缩小，其中入口段最小截面与吸水口内截面相同，尾段最小截面小于入口段最小截面。

作为改进，所述尾喷水口的有效流通截面积小于吸水口的有效横截面积，尾喷水口的有效流通截面积与吸水口有效横截面积的差值根据喷水推进系统的最高速度来设定。

作为改进，所述导流环由多个同心圆环和将多个同心圆环相连的十字筋组成。

作为改进，所述一体式喷水推进系统还包括固定支座和安装在固定支座内的控制系统，所述固定支座用于安装整个一体式喷水推进系统，所述固定支座内设有腔体，所述主体涵道顶部中间设有竖直方向的主轴，所述主轴通过轴承安装在固定支座底部，所述主轴顶部深入到固定支座的腔体内；所述控制系统包括设于腔体内的低速电机、齿轮组、控制器和蓄电池，所述低速电机固定在固定支座的腔体内壁，所述低速电机的输出轴通过齿轮组与主体涵道顶部的主轴啮合相连，通过低速电机驱动，使得主体涵道相对于固定支座绕主轴的轴线转动，从而调整排水系统的喷水方向，所述控制器用于控制低速电机启停，所述蓄电池用于给低速电机供电。

作为改进，所述主体涵道顶部的主轴的轴线与主体涵道内的轴线在同一个平面内垂直相交。

作为改进，所述固定支座包括一体化制作的底板和侧板，固定支座顶部设有可拆卸的顶部盖板，所述顶部盖板和固定支座之间设有用于防水的密封垫圈。

作为改进，所述增压桨为形状随着主体涵道内截面变化而变化的双桨叶螺旋结构。

作为改进，所述吸水口、主体涵道和尾喷水口之间均通过法兰和螺栓相连。

本发明的有益效果在于：

1）本发明在装喷水口内设计具有特殊结构的导流环，高速时使得尾喷水口的有效横截面积变小，能够增大装置内部水流的压强，使喷出的水流具有更大的速度；低速时用以引导喷出射流，消除射流向四周扩散的现象，充分利用喷出射流产生推力，实现更加节能、环保、高效的推进。

2）本发明前置了吸水涡轮，大幅增加了进水量，从而增加了推进效率。

3）本发明的吸水涡轮位于装置内部且吸水涡轮前吸水口的栅栏设计，降低了涡轮因卷入异物而停止工作的风险，另外，所设计的栅栏，可以防止较大的异物进入涵道，从而起到保护装置的作用。

4）本发明利用控制器，接受外部数据的输入，经处理后转为控制推进器的朝向，使方向控制更加方便、精确。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明一体式喷水推进系统的结构示意图；

图2是本发明一体式喷水推进系统的局部剖视图；

图3是图1后侧示意图；

图4是本发明一体式喷水推进系统的控制系统结构示意图；

图5是本发明新型的喷水推进系统的控制逻辑图。

图中：1-进水系统，101-主体涵道，102-吸水口，103-栅栏，104-吸水涡轮，105-潜水电机，106-增压桨，107-支架，108-固定螺栓，109-固定螺栓，2-排水系统，21-尾喷水口，22-导流环，221-同心圆环，222-十字筋，3-控制系统，301-主轴，302-低速电机，303-齿轮组，304-控制器，305-蓄电池，306-轴承，4-固定支座，41-底板，42-侧板，43-顶部盖板，44-螺钉。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1至图5所示，为本发明所设计的一种一体式喷水推进系统，包括进水系统1、排水系统2、固定支座4和控制系统3。

进水系统1包括吸水口102、主体涵道101、栅栏103、吸水涡轮104、潜水电机105、支架107和增压桨106，所述吸水口102安装在主体涵道101前端，所述栅栏103、吸水涡轮104、潜水电机105和增压桨106从前至后依次安装于吸水口102和主体涵道101的内部，所述支架107安装于吸水口102和主体涵道101之间，三者使用固定螺栓108固定，潜水电机105固定在支架107上。吸水口102内部的前半部分设计有栅栏103，用于对吸水涡轮104、增压桨106以及装置内部其他部分保护，所述增压桨106设于主体涵道101内，所述潜水电机105为双输出潜水马达，潜水电机105通过支架107安装在吸水口102和主体涵道101前端之间，潜水电机105的两端输出分别与吸水涡轮104和增压桨106相连，通过潜水电机105驱动吸水涡轮104和增压桨106同步转动。

排水系统2整体安装于主体涵道101的尾部，所述排水系统2包括尾喷水口21和设于尾喷水口21内的导流环22，所述尾喷水口21固定在主体涵道101的尾部，尾喷水口21和主体涵道101用固定螺栓109固定。尾喷水口21的内腔与主体涵道101的内腔连通。尾喷水口21的内部设计有导流环22，用于减小尾喷水口21过流面积，增大喷水速度。

所述固定支座4用于安装整个一体式喷水推进系统，所述固定支座4内设有腔体，所述主体涵道101顶部中间设有竖直方向的主轴301，所述主轴301通过轴承306安装在固定支座4底部，所述主轴301顶部深入到固定支座4的腔体内。

控制系统3整体安装于固定支座4上，控制系统3包括安装于固定支座4内部空间的密封箱体和安装于所述密封箱体内的蓄电池305和控制器304、以及固定在固定支座4内部空间的低速电机302、齿轮组303。所述齿轮组303由相互啮合相连的大齿轮和小齿轮组成，所述齿轮组303的大齿轮与主体涵道101的主轴301同轴固定，所述齿轮组303中小齿轮与低速电机302的输出轴同轴固定相连；所述控制器304通过控制低速电机302输出轴的角位移，带动方向齿轮组303转动，进而控制主体涵道101绕着主轴301转动从而调整排水系统2的喷水方向。这种转向机构具有结构简单，操作方便，转向灵活的优点。控制器304接受外部数据的输入，经处理后转为控制推进器的朝向，使方向控制更加方便、精确，所述控制器304用于控制低速电机302启停，所述蓄电池305用于给低速电机302供电。

作为一种优选的实施例，所述栅栏103前端设有用于切断水草的刃口，即刀刃，由于刀刃的存在，可以使得较小的水草在吸入时被切割成更小的水草，降低装置被水草缠绕而堵塞的概率。另外，所设计的栅栏103可以防止较大的异物进入涵道，从而起到保护装置的作用。

作为一种优选的实施例，所述主体涵道101内截面为流线过渡，主体涵道101内截面从前至后分为三段，依次为入口段、中间段和尾段，所述入口段截面流线型增大，中间段截面最大，尾段截面流线缩小，其中入口段最小截面与吸水口102内截面相同，尾段最小截面小于入口段最小截面，主体涵道101尾部部收束筒颈，从而加速水流。所述尾喷水口21的有效流通截面积小于吸水口102的有效横截面积，尾喷水口21有效横截面积与吸水口102有效横截面积的差值根据喷水推进系统的最高速度来设定。

作为一种优选的实施例，控制器304还与潜水电机105连接，通过控制器304控制潜水电机105的转速。

作为一种优选的实施例，所述导流环22由多个同心圆环221和将多个同心圆环221相连的十字筋222组成。喷出口呈环形，流环设计于尾喷水口21内部，使得尾喷水口21的有效横截面积变小，能够增大装置内部水流的压强，使喷出的水流具有更大的速度；在速度较低时用以引导喷出射流，消除射流向四周扩散的现象。

所述主体涵道101与所述固定支座4用一密封轴承306连接，一方面可以保证尾喷水口21的方向可以得以调整，另一方面可以防止水流进入所述固定支座4内部空间，以保护安装在所述固定支座4内部空间内的装置。

所述顶部盖板43用螺钉44固定在所述固定支座4上，保护安装在所述固定支座4内部空间内的装置不受外部机械作用破坏，同时接触面垫有密封垫圈，有防水的作用。

作为一种优选的实施例，所述固定支座4包括一体化制作的底板41和侧板42，固定支座4顶部设有可拆卸的顶部盖板43，所述顶部盖板43和固定支座4之间设有用于防水的密封垫圈。

作为一种优选的实施例，所述增压桨106为形状随着主体涵道101内截面变化而变化的双桨叶螺旋结构。

本发明一体式喷水推进系统的工作原理如下：

S1、潜水电机105带动吸水涡轮104，形成负压，使水由吸水口102进入进主体涵道101。

S2、增压桨106在主体涵道101内进一步使水流增压。

S3、控制器304通过控制潜水电机105与增压桨106的转速用以控制进水速度与主体涵道101内增压，并通过控制低速电机302的转动方向和主轴301角位移用以控制主体涵道101的中心轴线方向，从而控制尾喷水口21的朝向，进而控制喷出射流的速度和方向。

S4、进入尾喷水口21的水流，由于导流环22的存在使有效横截面积减小，进一步增大了流速。

S4、加速后的水流在高速时会从尾喷口喷出，产生推力，且根据现有分喷水推进结构，此时动力较为强劲；而在低速时，水流由于康达效应会经导流环22的引导，沿着导流环22流动，从尾喷水口21射流，产生推力。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (10)

1.一种一体式喷水推进系统，包括进水系统和排水系统，其特征在于：所述进水系统包括吸水口、吸水涡轮、潜水电机、增压桨和主体涵道，所述吸水口设于主体涵道前端，所述吸水涡轮设于主体涵道前端的吸水口内，所述增压桨设于主体涵道内，所述潜水电机为双输出潜水马达，潜水电机通过支架安装在吸水口和主体涵道前端之间，潜水电机的两端输出分别与吸水涡轮和增压桨相连；所述排水系统包括尾喷水口和设于尾喷水口内的导流环，所述尾喷水口固定在主体涵道的尾部。

2.如权利要求1所述的一体式喷水推进系统，其特征在于：所述吸水口前端设有防止异物进入主体涵道的栅栏，所述栅栏前端设有用于切断水草的刃口。

3.如权利要求2所述的一体式喷水推进系统，其特征在于：所述主体涵道内截面为流线过渡，主体涵道内截面从前至后分为三段，依次为入口段、中间段和尾段，所述入口段截面流线型增大，中间段截面最大，尾段截面流线缩小，其中入口段最小截面与吸水口内截面相同，尾段最小截面小于入口段最小截面。

4.如权利要求3所述的一体式喷水推进系统，其特征在于：所述尾喷水口的有效流通截面积小于吸水口的有效横截面积，尾喷水口的有效流通截面积与吸水口有效横截面积的差值根据喷水推进系统的最高速度来设定。

5.如权利要求3所述的一体式喷水推进系统，其特征在于：所述导流环由多个同心圆环和将多个同心圆环相连的十字筋组成。

6.如权利要求1-5任意一项所述的一体式喷水推进系统，其特征在于：所述一体式喷水推进系统还包括固定支座和安装在固定支座内的控制系统，所述固定支座用于安装整个一体式喷水推进系统，所述固定支座内设有腔体，所述主体涵道顶部中间设有竖直方向的主轴，所述主轴通过轴承安装在固定支座底部，所述主轴顶部深入到固定支座的腔体内；所述控制系统包括设于腔体内的低速电机、齿轮组、控制器和蓄电池，所述低速电机固定在固定支座的腔体内壁，所述低速电机的输出轴通过齿轮组与主体涵道顶部的主轴啮合相连，通过低速电机驱动，使得主体涵道相对于固定支座绕主轴的轴线转动，从而调整排水系统的喷水方向，所述控制器用于控制低速电机启停，所述蓄电池用于给低速电机供电。

7.如权利要求6所述的一体式喷水推进系统，其特征在于：所述主体涵道顶部的主轴的轴线与主体涵道内的轴线在同一个平面内垂直相交。

8.如权利要求6所述的一体式喷水推进系统，其特征在于：所述固定支座包括一体化制作的底板和侧板，固定支座顶部设有可拆卸的顶部盖板，所述顶部盖板和固定支座之间设有用于防水的密封垫圈。

9.如权利要求6所述的一体式喷水推进系统，其特征在于：所述增压桨为形状随着主体涵道内截面变化而变化的双桨叶螺旋结构。

10.如权利要求6所述的一体式喷水推进系统，其特征在于：所述吸水口、主体涵道和尾喷水口之间均通过法兰和螺栓相连。

Images