CN111232174A

CN111232174A - 舰艇发动机

Info

Publication number: CN111232174A
Application number: CN202010178219.6A
Authority: CN
Inventors: 童武鹏; 蔡敏英; 童贤达; 童钏
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-04-28
Filing date: 2020-03-14
Publication date: 2020-06-05
Also published as: CN110001902A; CN212354368U

Abstract

本发明提供一种舰艇发动机，包括：具有轴向贯穿腔室的外壳体和电机；外壳体包括：轴向由前至后依次设置的吸入导管、流体压缩段和动力喷射段；电机作为动力源，在流入段进行一级流体压缩，在经过流体压缩段的叶轮与电机配合工作进行二级大功率压缩，最终在动力喷射段先经过三级缩径压缩后在喷嘴位置前端释压，然后在通过喷射口喷出；进而本发明整个发动机为独立系统，能量传递损耗更小，舰船的机动性灵活性更强，这个机构使用寿命长的舰艇发动机。

Description

舰艇发动机

技术领域

本发明涉及船舶动力技术领域，具体而言，尤其涉及一种舰艇发动机。

背景技术

现在舰船所用的推进装置是将汽轮机产生的能量通过齿轮减速箱传递到主轴，由主轴带动螺旋浆旋转(如图1所示)，生成对舰船的推力，达到使舰船前进或后退的目的。螺旋浆的位置一般在舰船尾部的下方，其主要弱点如下：

1螺旋浆推进的效率低。能量损失太大；

2位置是在舰船做船体设计时就固定的，力的做用点不可调；

3机械传动损失部分能量；

4机械传动产生噪声较大；

5螺旋浆推进，对舰船形。成浅水效应；

6舰船的机动性能差；

7转速调节级差明显。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种舰艇发动机。

本发明采用的技术手段如下：

本发明为偶数个装配在对称设置在船舶位于水下区域侧翼；

一种舰艇发动机，包括：

具有轴向贯穿腔室的外壳体和电机；

外壳体包括：

轴向由前至后依次设置的吸入导管、流体压缩段和动力喷射段；

吸入导管内部设置有用于控制流体进入口开合的进口阀；

进口阀的流入端设置于稳流板；

流体压缩段与吸入导管出口之间通过锥状缩径段连接，锥状缩径段的直径最大开口处与吸入导管出口连通；

流体压缩段由流体流入端向流体输出端依次设置，叶轮和电机；

电机设置于流体压缩段腔室的轴向中心线上，叶轮装配于电机的轴的前端，电机与流体压缩段内壁之间设置有用于整理流体流动状态的固定导叶；

动力喷射段与流体压缩段的出口之间通过一段内部锥状股贯穿腔室逐渐缩小的锥状缩径段连接，此锥状缩径段连接的出口位置连接喷嘴；

接喷嘴包括：

动力喷射段的与内部锥状贯穿腔室为直径逐渐增加大的扩径段和内部腔室直径保持不变的喷嘴段；

喷嘴段内部设置有出口阀和用来调整流体喷射方向的转向板；

流体压缩段上设置有与内部腔室连通的射流泵接口，流体压缩段上还设置有检修窗。

进一步的，

位于叶轮前端还设置有前导叶；

前导叶包括：与吸入导管内壁固定装配的固定环，套置于固定环外缘且能够相对于固定环周向转动的动力环以及均分固定环孔径的若干个扇形叶片；

每一个扇形叶片通过一个径向设置于固定环的转轴转动装配于固定环内部，转轴伸出于固定环外缘部分通过连杆机构与动力环连接，即在动力环相对于固定环转动时连杆机构牵引转轴旋转，最终带动扇形叶片翻转，进而实现固定环孔的流量控制。

进一步的，

前导叶上配置用于切割大型固相物的切割器。

进一步的，

扩径段的直径最大值小于装配在动力喷射段出口端的锥状缩径段的直径最大值。

进一步的，

进口阀采用蝶形阀。

进一步的，

电机通过变频器控制输出转速。

采用上述技术方案的本发明，流体进入到吸入导管通过稳流板进行稳流，吸入导管出口位置的锥状缩径段对流体进行第一级压缩，然后通过前导叶更好的控制流体流动状态(同时切割器工作将进入导叶的大型固相物在流体的动力作用下，被切割成能通过叶轮及后面导叶的小形固体物)，然后经过电机和叶轮的作用下进行第二级大功率压缩(电机要在1000kw以上)，经过大功率压缩的流体通过流体压缩段出口的第二段锥状缩径段进行再一次的压缩，然后在经过扩径段进行一定程度的释压，最终经由喷嘴段喷射出，为船舶提供动力。

舰艇发动机的开发研制，对现在的舰艇是一个技术革命，它全部淘汰现有的主轴传动螺旋桨式结构。因为舰艇发动机同它相比较有很大的先进性。

1、系统效率将有大幅度提高。

2、舰艇发动机采用了电机同叶轮直接连接的结构，省去了机械传动带来的能量损失。

3、由于叶轮是安装在流道内，减小了叶轮露在外面时的切向力产生的能量消耗；

4、在发动机的后部设有喷嘴结构，将对通过叶轮获得能量的流体进行能量回收，这将大幅度提高发动机的效率。

5、发动机设计的叶轮是在均匀流场中工作，在高速时有更好的抗空泡性能，能更明显的提升发动机的效率。

6、结构简单，维护方便

发动机采用的直连传动，零部件大减少，容易受到外力损坏的零件很少，使用中的维护保养也就很方便。

7、振动和噪声小

发动机传动简单，可以省去机械传动产生的噪声，同时，产生的振动也会减小。叶轮安装在抗空泡性能很高的流场中，降低了叶轮工作时产生的噪声。

8、安装位置灵活合理，能量损失更少

发动机设计为独立结构，只是用电缆和控制线路同舰体内连接，其安装位置可以根据舰艇满载时的重心位置来确定；尽量使发动机生成的推力同舰的重心在同一水平面，这会使发动机所做有用功最大化。

9、操作更方便，速度更快，灵活性机动性更强

发动机为独立结构，可以在同舰体安装两个或是多个发动个体，操作可以象开车一样简单，同样功率消耗情况下，舰艇可以获得更大的速度；多个发动机同时合作改变航向更快；大大增加舰艇的机动性能。

10、更适应浅水工作

发动机内的流体不会受到舰体底部液体流场的影响，减小了浅水效应。更适应浅水工作环境。

11、安全性能更强

发动机的叶轮和能量传动都在管道内部，很难受到外部破坏，所以整个发动机系统安全性更强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术示意图。

图2为本发明的整体结构示意图。

图3为本发明的核心部分结构示意图。

图4为本发明的前导叶闭合状态结构原理示意图。

图5为本发明的前导叶完全打开状态结构原理示意图。

图6为本发明的前导叶单独叶片装配结构原理示意图。

图7为为装配2组本发明的舰艇发动机时结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

本发明为偶数个装配在对称设置在船舶位于水下区域侧翼(如图7所示)；

其中，舰艇发动机也可以是每相邻两组机组位于舰艇的前后设置。

如图2和图3所示，本发明提供了一种舰艇发动机，包括：

具有轴向贯穿腔室的外壳体和电机；

所述外壳体包括：

轴向由前至后依次设置的吸入导管A、流体压缩段B和动力喷射段C；

所述吸入导管A前端设置有用于控制流体进入口开合的进口阀30(可以不装配)，进口阀30后方为直径逐渐缩小的锥状吸入段2，位于锥状吸入段2前端设置有吸入滤网1(选择装配)；

所述进口阀30的流入端设置于稳流板；

所述流体压缩段B与吸入导管A出口之间通过锥状吸入段2连接；

流体压缩段B由流体流入端向流体输出端依次设置，叶轮6和电机；

如图3所示，所述电机设置于流体压缩段B腔室的轴向中心线上，叶轮6装配于电机的轴7的前端，电机50与流体压缩段B内壁之间设置有用于整理流体流动状态的固定导叶18；

电机50包括：

变频电机定子11、变频电机转子12和与变频电机转子12固定装配的轴7；

其中，轴7前端同步转动装配叶轮6，叶轮6轴向通过装设锁紧螺母5与轴7轴向紧固，位于锁紧螺母5轴向前端通过紧固螺栓3轴向装配锥状的前封头盖4，前封头盖4与叶轮6壳体部分实现密封；

轴7前端位于叶轮6轴向后方紧邻于叶轮6位置设置有轴套8，套置于轴套8上的密封段，密封段通过套置在轴套8上的密封壳，以及设置在密封壳内部与轴套8接合位置的双端面机械密封9实现内部密封，且位于密封壳内部设置有用于存储密封液体的密封液贮存腔10，密封液贮存腔10与双端面机械密封9与轴套8接合连接；

轴7的后端端部轴承通过锁紧螺母Ⅰ14轴向紧固装配，又通过轴承压盖13实现端部密封；位于轴承压盖13外部额外罩置有直径逐渐变小的锥状的后封头15；

所述动力喷射段C与流体压缩段B的出口之间通过一段内部锥状股贯穿腔室逐渐缩小的锥状缩径段(压缩段16)连接，此锥状缩径段连接的出口位置连接喷嘴(动力喷射段C的扩散段17)；

如图2所示，所述接喷嘴包括：

动力喷射段C的与内部锥状贯穿腔室为直径逐渐增加大的扩径段a(同为扩散段17)和内部腔室直径保持不变的喷嘴段b(可以如图3所示不设置)；

所述喷嘴段b内部设置有出口阀和用来调整流体喷射方向的转向板40，转向板40通常采用通过电机驱动，即通过转轴装配在喷嘴段b射流出口位置转动改变射流流向的转向板40，电机驱动其转动；

所述流体压缩段B上设置有与内部腔室连通的射流泵接口111，流体压缩段B上还设置有检修窗112。

进一步的，如图4、图5和图6所示，

位于叶轮6前端还设置有前导叶20(选择装配)；

所述前导叶20包括：与吸入导管A内壁固定装配的固定环21，套置于固定环21外缘且能够相对于固定环21周向转动的动力环22以及均分固定环21孔径的若干个扇形叶片23；

每一个扇形叶片23通过一个径向设置于固定环21的转轴24转动装配于固定环21内部，转轴24伸出于固定环21外缘部分通过连杆机构25与动力环22连接，即在动力环22相对于固定环21转动时连杆机构25牵引转轴24旋转，最终带动扇形叶片23翻转，进而实现固定环21孔的流量控制。

其中，动力环22通常用伸缩缸驱动(图4和图5所示)，或者通过齿轮配合驱动；

进一步的，

所述前导叶上或者前端配置用于切割大型固相物的切割器，径向设置的前端带有切削刃的板或者细丝。

进一步的，

所述扩径段a的直径最大值小于装配在动力喷射段C出口端的锥状缩径段的直径最大值。

进一步的，

所述进口阀2采用蝶形阀。

进一步的，

所述电机通过变频器控制输出转速。

采用上述技术方案的本发明，流体进入到吸入导管A通过稳流板进行稳流，吸入导管出口位置的锥状缩径段对流体进行第一级压缩，然后通过前导叶更好的控制流体流动状态(同时切割器工作将进入导叶的大型固相物在流体的动力作用下，被切割成能通过叶轮及后面导叶的小形固体物)，然后经过电机和叶轮的作用下进行第二级大功率压缩(电机要在1000kw以上)，经过大功率压缩的流体通过流体压缩段B出口的第二段锥状缩径段进行再一次的压缩，然后在经过扩径段a进行一定程度的释压，最终经由喷嘴段喷射出，为船舶提供动力。

其中，进口阀采用蝶形阀，工作时全开，同时起来稳定流体流动状态的作用。提高叶轮的工作效率。在设备需要检修维护时，关闭前后阀门(进口阀以及出口阀)，然后将射流泵与射流泵接口10连接抽尽发动机中的流体，便于工作人员从检修窗进入，进行现场检修维护；

前导叶是为了更好的控制流体流动状态，提高叶轮的工作稳定性。同时对导叶片进行特殊处理，让进入导叶的大型固相物在流体的动力作用下，被切割成能通过叶轮及后面导叶的小形固体物；

叶轮为发动机的能量转换就是靠它实现，需要采用流体力学及空气动力学的设计制作的流体叶轮；

电机的整体为密封结构，尤其是转动轴部分需要特殊设计密封部件(转动密封结构)。

导叶将叶轮流出流体进行流动状态整理，使喷嘴能尽可能地回收流体的能量，提高发动机的效率。

出口阀的设置是为了保证发动需要即刻维修使用的，可以使发动机内不存在液体，便于工作；转向板是为加速整个舰艇改变航向而设计的；同时，也是保证舰艇在另一侧发动机出现问题时，舰艇仍然能保持正常航行。

电机通过变频器控制，变频器可以直接让电机输出转速很低；省掉了机械减速传动装置，提高了动力装置的使用可靠性及使用寿命。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种舰艇发动机，其特征在于，包括：

具有轴向贯穿腔室的外壳体和电机；

所述外壳体包括：

轴向由前至后依次设置的吸入导管(A)、流体压缩段(B)和动力喷射段(C)；

所述吸入导管(A)内部设置有用于控制流体进入口开合的进口阀；

所述进口阀的流入端设置于稳流板；

所述流体压缩段(B)与吸入导管(A)出口之间通过锥状缩径段连接，锥状缩径段的直径最大开口处与吸入导管(A)出口连通；

流体压缩段(B)由流体流入端向流体输出端依次设置，叶轮(6)和电机；

所述电机设置于流体压缩段(B)腔室的轴向中心线上，叶轮(6)装配于电机的轴(7)的前端，电机(50)与流体压缩段(B)内壁之间设置有用于整理流体流动状态的固定导叶(18)；

所述动力喷射段(C)与流体压缩段(B)的出口之间通过一段内部锥状股贯穿腔室逐渐缩小的锥状缩径段连接，此锥状缩径段连接的出口位置连接喷嘴；

所述接喷嘴包括：

动力喷射段(C)的与内部锥状贯穿腔室为直径逐渐增加大的扩径段(a)和内部腔室直径保持不变的喷嘴段(b)；

所述喷嘴段(b)内部设置有出口阀和用来调整流体喷射方向的转向板；

所述流体压缩段(B)上设置有与内部腔室连通的射流泵接口(111)，流体压缩段(B)上还设置有检修窗(112)。

2.根据权利要求1所述的一种舰艇发动机，其特征在于，

位于叶轮(6)前端还设置有前导叶(20)；

所述前导叶(20)包括：与吸入导管(A)内壁固定装配的固定环(21)，套置于固定环(21)外缘且能够相对于固定环(21)周向转动的动力环(22)以及均分固定环(21)孔径的若干个扇形叶片(23)；

每一个扇形叶片(23)通过一个径向设置于固定环(21)的转轴(24)转动装配于固定环(21)内部，转轴(24)伸出于固定环(21)外缘部分通过连杆机构(25)与动力环(22)连接，即在动力环(22)相对于固定环(21)转动时连杆机构(25)牵引转轴(24)旋转，最终带动扇形叶片(23)翻转，进而实现固定环(21)孔的流量控制。

3.根据权利要求1所述的一种舰艇发动机，其特征在于，

所述前导叶上配置用于切割大型固相物的切割器。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的一种舰艇发动机，其特征在于，

所述扩径段(a)的直径最大值小于装配在动力喷射段(C)出口端的锥状缩径段的直径最大值。

5.根据权利要求1至3任意一项所述的一种舰艇发动机，其特征在于，

所述进口阀(2)采用蝶形阀。

6.根据权利要求5所述的一种舰艇发动机，其特征在于，

所述电机通过变频器控制输出转速。