CN111232175A

CN111232175A - 电动集成喷水推进器

Info

Publication number: CN111232175A
Application number: CN202010214090.XA
Authority: CN
Inventors: 韩玉军
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-03-24
Filing date: 2020-03-24
Publication date: 2020-06-05

Abstract

本发明涉及船舶制造业领域，旨在用于高速滑行船、排水型船、游艇、摩托艇和水下航行器。本发明使得生产一种具有电机和叶轮集成为一体的喷水推进器成为可能。而且，本发明充分提高了推进器的效率，消除了轴功率损耗，较少的结构部件使制造更加便利。可以实现的工程上的效果是：通过将驱动电机和叶轮设计成可以组装成一体的喷水推进器动力组件，消除传动轴系，以及采用水润滑轴承和电机防腐技术。所提出的实现这一电动集成式喷水推进器包括：一个叶轮导流管；一个叶轮；一个具有整流叶片的喷嘴；一个驱动电机；一个安装在叶轮导管上的电机支撑架；一个进水整流罩。根据模型试验结果，所述集成式喷水推进器技术效果在推进效率特性方面增加25‑50%。

Description

电动集成喷水推进器

技术领域

本发明涉及船舶制造业领域，旨在用于高速滑行船、排水型船、游艇、摩托艇和水下航行器。

背景技术

现在，利用喷射原理的喷水推进器被广泛使用，主要用在摩托艇、快艇、登陆艇、巡逻艇、鱼雷、潜航器和潜艇上。为了产生强有力的喷射流，这些系统采用了液压发生装置混流泵，例如具有轴和叶轮的轴流泵。为了操纵船只，喷水推进器还配有转向和倒车装置，通常，转向和倒车装置包括一个喷嘴和一个倒车专用导流板。

一种公知的美国专利No.5871381的喷水推进器具有一个特殊的定子（矫流装置），用于矫直叶轮产生的涡流。这个装置的一端通过轴安装叶轮，而另一端有一个漏斗形喷嘴。定子的圆锥形本体带有大量的整流叶片。

通常，喷水推进器通过布置于舱内的原动机、齿轮箱和轴，驱动叶轮旋转产生喷射流，利用喷射流的反作用力获得航行器推进力。

发明内容

本发明的主要目的是生产一种高功效、节能、轻量化的喷水推进器。本发明可以将喷水推进器的效率提高到93%以上，有效解决电动船艇续航问题和环保问题，而且，其有效利用流体动力结构简单便于制造。

实现的工程上的效果是：将叶轮直接安装在外转子电机上，消除输出轴，以达到消除轴功率损耗，同时电机全寝于水中解决了电机散热问题。而且，这一推进器结构紧凑体积小重量轻，最大限度的节省了舱内空间和不必要的功率损耗。

所提出的实现这一电动集成式喷水推进器包括：一个具有安装叶轮组件的泵体流道，一个叶轮，一个具有防腐处理的电机，一个带有整流叶片的定子喷嘴，一个具有安装电机的固定支撑架，以及一个进流导流罩。

该电动集成式喷水推进器的特征在于其拥有毂径比0.36-0.73之间、螺距与直径比0.53-2.87之间的叶轮，叶轮桨毂内可嵌入电机，电机安装于固定支撑架上，其安装于泵体流道上，使电机与喷水推进器集成为一体。此电机全寝，有效解决了电机过热导致的磁衰，进而降低功率输出。另外，电机嵌入叶轮桨毂内取消了输出轴，使轴功率损耗降为零，同时流场结构得到优化，尺寸显著减小，从而有可能进一步提升航行器的推进效率。电动集成式喷水推进器在设计航速50节条件下效率超过93%、无空化产生、噪音下降8-15分贝、采用轴流形的混流式泵、功率密度大于1800kW/M2。满足高效、抗空化、结构紧凑、功率密度大、低噪音的性能要求，进而可用于高航速高性能的船舶推进。

在所述设计结构的一种特殊情况中，叶轮桨毂截面外缘沿轴线是收缩型曲线结构。通过朝喷嘴方向增加曲率，以提高泵体流道的流速，进而基于柯恩达效应使高速水流向定子腔壁扩散喷出，提升水力效率，因此在13850转下无空泡产生。

在所述设计结构的一种特殊情况中，叶轮桨毂截面外缘沿轴线是直线结构。该结构便于电机嵌入，同时，大幅降低制造难度，从而使制造成本更加低廉。

在所述设计结构的一种特殊情况中，电机采用防腐蚀处理，以及水润滑轴承。该结构可以实现电机全裸全浸泡于水中，同时解决电机散热问题。该结构使得船只对环境更加适合。

在所述设计结构的一种特殊情况中，即当安装电机的固定支撑架具有4-13个横截面为水滴形脚腿，该脚腿的纵截面为直线型或曲线型。其力学特征也符合流体力学要求，其特征是实现电机与叶轮集成安装在泵体流道内，其流体力学特有助于提高泵体进水效率。

在所述设计结构的一种特殊情况中，即当固定支撑架的前端具有一个锥形整流罩时，预矫正流进流道的水流，使水动力损失减少，而水动力损失会降低推进器效率。由于预矫正了水流，可以得到后一个特征，因此该特征有助于提高推进器效率。

附图说明

用3张图来解释本发明的实质。图1表示电动集成喷水推进器侧面剖视图；图2所示为固定支撑架横截面剖视图；图3所示为固定支撑架纵截面剖视图。

具体实施方式

图1、图2和图3所示的电动集成喷水推进器包括：一个定子喷嘴（1），其内壁具有由多曲线组成的曲面，以及由单曲线组成的外壁曲面，内腔具有整流叶片（7）和锥形叶毂（8）；一个泵体流道（2）；一个电机（5），安装在固定支撑架（4）上；一个液压发生装置，其设计为一个配有桨毂（11）的叶轮（6），并且安装在具有轴承（12）的电机（5）的外缘上；一个锥形整流罩（3），安装在固定支撑架前端，起到矫正进水流向的作用。

固定支撑架（4）具有4-13个水滴形结构的腿脚，其横截面如图（4a）和纵截面如图（4b），其中横截面为水滴形，纵截面为曲线或直线型。水滴形外形有助于改善水动力效率，进而提高推进效率。

电动集成式喷水推进器适用于全向航行。电动集成式喷水推进器的运行如下：流道内的水经过电机（5）驱动的叶轮（6），形成加压旋转流，该水流到达定子喷嘴（1），经定子喷嘴（1）内的整流叶片（7）整流后，进而在锥形叶毂（8）和曲面收缩流道（13）的作用下，以柱状射流的形式从喷口（9）高速射出。形成的反作用力推动航行器前进。

根据模型试验的结果，所述电动集成式喷水推进器的技术成果在消除传动装置的功率损耗到达95%以上，使推进效率提升至93%以上。同时，电机和叶轮的集成方式，使电机获得新的散热方式，无磁衰导致的功率下降发生。另外，该装置的集成设计，使舱内占用空间下降了88%，更加便于航行器适用。所述推进器的集成设计，更加简单，易于制造，同时，制造成本将下降30%左右。

工业实用性

如上所指出的那样，本发明旨在用于水面、水下航行器应用，针对范围较宽的多种绿色能源船艇和潜航器类型，主要是摩托艇、快艇、登陆艇、巡逻艇、排水型船、滑行船、鱼雷、潜航器和潜艇。

Claims

1.电动集成喷水推进器包括一个定子喷嘴，其内壁具有由多曲线组成的曲面，以及由单曲线组成的外壁曲面，内腔具有整流叶片和锥形叶毂；一个泵体流道；一个电机，安装在固定支撑架上，固定支撑架具有4-13个水滴形结构的腿脚，其横截面为水滴形，纵截面为曲线或直线型，该固定支撑架安装于泵体流道上；一个液压发生装置，其设计为一个配有桨毂的叶轮，叶轮的毂径比0.36-0.73之间、螺距与直径比0.53-2.87之间，并且安装在具有轴承的电机外缘上，使电机嵌入叶轮桨毂内；一个锥形整流罩，安装在固定支撑架前端，起到矫正进水流向的作用。

2.如权利要求1所述的电动集成喷水推进器，其特征在于：叶轮的毂径比0.36-0.73之间、螺距与直径比0.53-2.87之间，叶轮桨毂具有嵌入电机的容腔，通过将电机嵌入叶轮桨毂与固定支撑架和泵体流道集成为一体。

3.如权利要求1所述的电动集成喷水推进器，其特征在于：其定子喷嘴内壁具有由多曲线组成的曲面，以及由单曲线组成的外壁曲面。

4.如权利要求1到3任一所述的电动集成喷水推进器，其特征在于：定子喷嘴腔内具有整流叶片和锥形叶毂。

5.如权利要求1和2任一所述的电动集成喷水推进器，其特征在于：固定支撑架具有4-13个水滴形结构的腿脚，其横截面为水滴形，纵截面为曲线或直线型。

6.如权利要求1、2和5任一所述的电动集成喷水推进器，其特征在于：固定支撑架的前端装有锥形整流罩。

7.如权利要求1和2任一所述的电动集成喷水推进器，其特征在于：电机两端设计为水润滑止推轴承。

8.如权利要求1、2和7任一所述的电动集成喷水推进器，其特征在于：电机两端的水润滑止推轴承通过泵体流道内的水来润滑。