CN111924080A

CN111924080A - 吊舱式电力喷射推进器

Info

Publication number: CN111924080A
Application number: CN202010846618.5A
Authority: CN
Inventors: 韩玉军
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-08-21
Filing date: 2020-08-21
Publication date: 2020-11-13

Abstract

本发明涉及船舶制造业领域，旨在用于吊舱式安装的水面或水下航行器。本发明使得生产一种具有吊舱式电力喷射推进器成为可能。本发明采用电机和喷射泵体装配为一体。而且，本发明充分利用喷射泵的前置与后置整流技术，在不借助辅助装置的情况下，实现前进和倒车功能。提高了推进器的效率，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：通过将驱动电机和喷射泵设计成可以组装成一体的喷射推进器动力组件，经翼形吊臂安装与船底。所提出的实现这一吊舱式喷射推进器包括：一个压缩腔；一个叶轮；一个整流体；一个驱动电机；一个叶轮轴及联轴器；一个锥形入流体。根据模型试验结果，所述吊舱式电力喷射推进器技术效果在推进效率特性方面增加25‑50%。

Description

吊舱式电力喷射推进器

技术领域

本发明涉及船舶制造业领域，旨在用于吊舱式安装喷射推进器的水面或水下航行器。

背景技术

现在，吊舱式推进器利用螺旋桨或导管螺旋桨技术，发展的新型船舶推进装置，主要用在为节省船舶舱室空间，提高船舶的操作性能，减小船舶噪声和振动领域。

吊舱式电力推进器由柴油发电机组发电，通过电缆接线间接驱动船体外部吊舱中电动机-螺旋桨装置，它突破了柴油机加开放式的传动轴系的推进器设计定式，把螺旋桨驱动电机置于一个能360°全回转的吊舱内悬挂在船底，集推进装置和操舵装置于一体，省去了通常所使用的推进器轴系和舵，从而极大地增加了船舶设计、建造和使用的灵活性，使电力推进的优越性得到了更充分的体现，是目前受到世界造船业广泛关注的新型推进装置。

吊舱推进器由推进装置和转向装置组成。推进装置包括吊舱壳体、螺旋桨、密封装置、接地装置、制动装置、轴承、螺旋桨轴、电机、污水系统等。转向装置包括转舵机构、滑环、气液旋转接头、空气冷却系统等组成。

喷射推进装置因其技术复杂且前沿，目前未见吊舱式应用出现。

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、噪音和振动更低的吊舱式电力喷射推进器。本发明可以将喷射推进器装置实现吊舱式应用，使现有吊舱式推进装置的推进效率提高36%以上，有效解决电力船艇续航问题，操控性问题和设计灵活性问题，同时，充分利用喷射推进器的低噪声低振动优势，为新型船舶提供性能更加卓越的推进装置。而且，其有效利用水动力特性，使结构简单便于制造。

实现的工程上的效果是：将叶轮流道、整流收缩腔和喷嘴进行了一体化设计，该设计更加优化了水动力特性，消除了液流在泵体内可能产生旋流和空泡的风险因子，进而使推进效率和可靠性获得显著提升。链接与泵体流道和驱动电机之间的锥形入流体，沿锥形入流体的圆周分布若干槽型进流孔，其横截面为等腰梯形结构，在降低进流噪音的同时，其两临近孔产生的扩张流相互作用，以消除入流气泡，进一步提升推进效率。而且，这一喷射推进技术在低速工况下即可获得40%以上的推力输出特性成为可能。

所提出的实现这一吊舱式电力喷射推进器包括：一个泵体压缩腔；一个叶轮；一个整流体；一个驱动电机；一个叶轮轴及联轴器；一个具有安装电机密封舱的锥形入流体；一个具有导热和防腐处理的电机密封舱；一个引流导流罩；以及一个横截面为翼型的吊臂。

该吊舱式电力喷射推进器的特征在于其拥有毂径比0.23-0.68之间、螺距与直径比0.38-1.76之间的叶轮，叶毂为锥体结构；泵体压缩腔的进流与出流比为1.13-1.68，其腔体内壁为平滑曲面；还拥有一个由5-13片拉长倒水滴形构成的整流体，其叶毂为圆锥体结构；拥有槽型入流孔的锥形入流体具有安装电机密封舱的功能。另外，该吊舱式电力喷射推进器的整体设计符合流体动力学的特性，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。吊舱式电力喷射推进器在设计航速50节条件下效率超过93%、无空化产生、噪音下降13-21分贝；采用轴流式泵、配合具有前置和后置设计的整流体，其输出的反向推力是正向推力的83%以上，进一步简化倒车辅助机构。满足高效、抗空化、结构紧凑、功率密度大、低噪音、低振动的性能要求，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，叶轮叶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压缩腔壁扩散喷出，提升水力效率，因此在8500转下无空泡产生。

在所述设计结构的一种特殊情况中，整流体叶毂截面外缘沿轴线是收缩型锥形曲线结构，通过朝喷嘴方向减少曲率形成锥形，以提高泵体流道的流速，消除涡流，提升水力效率。整流体叶毂圆周分布有5-13片拉长倒水滴形叶片，使旋转流整流成直线射流。

在所述设计结构的一种特殊情况中，泵体压缩腔由增压腔、整流腔和喷嘴构成，增压腔和喷嘴截面比为1.13-1.58。增压腔与喷嘴经整流腔平滑过渡。

在所述设计结构的一种特殊情况中，叶轮与整流体的装配间隙在0.5-5.3mm之间，以保证水力特性的优化。

在所述设计结构的一种特殊情况中，锥形入流体开有槽型入流口，入流口形成的入流面积大于泵体流道面积1.15以上，其槽壁横截面为梯形结构。该结构便于进水流形成扩张流，同时，两相邻槽口形成的扩张流相互作用消除进流旋流和气泡。

在所述设计结构的一种特殊情况中，电机密封舱采用耐压密封和导热防腐蚀处理，以及水润滑轴承。该结构可以解决轴承润滑和油污泄露问题，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，即当安装电机密封舱的锥形入流体，在电机密封舱安装后需在外部结合面形成平滑的引流曲面。其水力特征符合流体力学要求，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，即当电机密封舱的前端具有一个锥形引流罩时，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表示吊舱式电力喷射推进器侧面剖视图；图2所示为锥形入流体横截面剖视图；图3所示为吊臂固定支撑架横截面剖视图。

具体实施方式

图1、图2和图3所示的吊舱式电力喷射推进器包括：一个泵体压缩腔（1），其内壁具有由多曲线组成的曲面，内腔具有整流体（3）和锥形叶毂（2）；一个液压发生装置，其设计为一个配有锥形叶毂（4）的叶轮（5），并且安装在轴（7）上，通过联轴器（8）与电机轴（9）链接；一个电机（13）；一个电机密封舱（12），其出轴端具有密封件（11）和水润滑轴承（10），其整体安装在锥形入流体（6）上；一个锥形引流罩（14），安装在电机密封舱尾端，起到预矫正进水流向的作用；一个吊臂（15），通过螺栓（16），安装在电机密封舱（12）和锥形入流体（6）上，法兰盘如图3（15a）安装与船底。

锥形入流体（6）具有一组槽型入流口（6a），其槽壁横截面如图2（6b）为梯形结构。该结构便于进水流形成扩张流，同时，两相邻槽口形成的扩张流相互作用消除进流旋流和气泡，有助于改善水动力效率，进而提高推进效率。

吊舱式电力喷射推进器适用于全向航行。吊舱式电力喷射推进器的运行如下：流道内的水经过电机（13）驱动的叶轮（5），在泵体压缩腔（h）段内形成加压旋转流，该水流到达压缩腔（h1）内的整流体（3），经整流体（3）上的整流叶片整流后，进而在锥形叶毂（2）和泵体压缩腔（h1）的作用下，以柱状射流的形式从喷口（d）沿方向（A）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，所述吊舱式电力喷射推进器技术效果在推进效率特性方面增加25-50%。同时，导热电机密封舱配合水润滑轴承，使电机的热特性在100小时的测试时间内连续运行温度不大于47度，有效杜绝电机过热导致磁衰发生，进而使功率下降。在一个测试周期内，叶轮转速从0上升到350转，推力曲线陡直上升，当转速达到6700转，推力曲线变得平滑上升，当转速达到8300转，推力曲线出现平滑下降趋势。所述吊舱式电力喷射推进器的集成设计，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、水下航行器新型推进技术领域，针对范围较宽的多种绿色能源船艇和潜航器类型，主要是科考船、公务艇、快艇、登陆艇、巡逻艇、海洋平台、潜航器和潜艇。

Claims

1.吊舱式电力喷射推进器包括：一个泵体压缩腔（1），其内壁具有由多曲线组成的曲面，内腔具有整流体（3）和锥形叶毂（2）；一个液压发生装置，其设计为一个配有锥形叶毂（4）的叶轮（5），并且安装在轴（7）上，通过联轴器（8）与电机轴（9）链接；一个电机（13）；一个电机密封舱（12），其出轴端具有密封件（11）和水润滑止推轴承（10），其整体安装在锥形入流体（6）上；一个锥形引流罩（14），安装在电机密封舱（12）尾端，起到预矫正进水流向的作用；一个吊臂（15），通过螺栓（16），安装在电机密封舱（12）和锥形入流体（6）上，法兰盘如图3（15a）安装与船底。

2.如权利要求1所述的吊舱式电力喷射推进器，其特征在于：拥有毂径比0.23-0.68之间、螺距与直径比0.38-1.76之间的叶轮（5），叶毂（4）为锥形结构。

3.如权利要求1所述的吊舱式电力喷射推进器，其特征在于：泵体压缩腔（1）的进流（D）与出流（d）比为1.13-1.68，其腔体内壁为平滑曲面。

4.如权利要求1所述的吊舱式电力喷射推进器，其特征在于：拥有一个由5-13片拉长倒水滴形构成的整流体（3），其叶毂（2）为圆锥体结构，叶片高度（h1）与叶毂高度（H1）的比为0.46-0.78之间。

5.如权利要求1所述的吊舱式电力喷射推进器，其特征在于：拥有锥形入流体（6），其上分布一组槽型入流孔（6a），槽壁横截面（6b）为梯形结构，锥形入流体具有安装电机密封舱的功能。

6.如权利要求1所述的吊舱式电力喷射推进器，其特征在于：电机密封舱（12）的前端安装有水润滑止推轴承（10），舱内装有密封件（11）。

7.如权利要求1所述的吊舱式电力喷射推进器，其特征在于：电机密封舱（12）的尾端装有锥形引流罩（14）。

8.如权利要求1、3、5、6和7任一所述的吊舱式电力喷射推进器，其特征在于：吊臂（15），其横截面（15b）为翼型结构。

9.如权利要求1到8任一所述的吊舱式电力喷射推进器，其特征在于：吊臂（15），通过螺栓（16），安装在电机密封舱（12）和锥形入流体（6）上，法兰盘如图3（15a）安装与船底。

10.如权利要求1和6任一所述的吊舱式电力喷射推进器，其特征在于：水润滑止推轴承通过泵体流道内的水来润滑。