CN112061360A - 一种舵桨推进系统及船舶 - Google Patents

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CN112061360A CN202010937034.9A CN202010937034A CN112061360A CN 112061360 A CN112061360 A CN 112061360A CN 202010937034 A CN202010937034 A CN 202010937034A CN 112061360 A CN112061360 A CN 112061360A
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舒永东
张道翔
林勇刚
常晓雷
张磊
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Abstract

本发明涉及船舶领域，公开一种舵桨推进系统及船舶。所述舵桨推进系统包括变速机构以及依次连接的驱动件、传动轴结构和桨叶，变速机构包括输入轴、输出轴、齿轮箱和离合器组，通过齿轮箱和离合器组的配合调节输出轴与输入轴的转速比；变速机构设置于驱动件与传动轴结构之间，输入轴与驱动件连接，输出轴与传动轴结构连接；或者，变速机构设置于传动轴结构与桨叶之间，输入轴与传动轴结构连接，输出轴与桨叶连接。所述船舶包括上述的舵桨推进系统。本发明实现桨叶的多种转速输出，在拖带和航行等多种工况下，均可以满足最大拖力和最大航速的要求，燃油消耗率和消耗量低，航行速度快，节约时间成本，方便故障排查和维护维修。

Description

一种舵桨推进系统及船舶
技术领域
本发明涉及船舶领域，尤其涉及一种舵桨推进系统及船舶。
背景技术
现在高技术船舶正向着大型化、高冰区、智能化、节能环保和多工况需求等方向发展。舵桨作为高技术船舶主推进和动态定位的关键核心设备，其性能直接影响到船舶的使用性、可靠性及经济性，也随着高技术船舶的发展向着大功率、高冰级、集成化、智能化、节能环保和适应多工况需求的方向发展。
目前，船舶大多采用单速比结构驱动定螺距舵桨，如果定螺距舵桨要适用高技术船舶多工况要求，那么推力和航速等技术参数都需达到最优，但定螺距舵桨的桨叶设计一般仅能满足最高航速或最大推力要求，不能兼顾。
发明内容
基于以上问题，本发明的目的在于提供一种舵桨推进系统及船舶，实现桨叶的多种转速输出，在拖带和航行等多种工况下，均可以满足最大拖力和最大航速的要求。
为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种舵桨推进系统，包括变速机构以及依次连接的驱动件、传动轴结构和桨叶，所述变速机构包括输入轴、输出轴、齿轮箱和离合器组，通过所述齿轮箱和所述离合器组的配合调节所述输出轴与所述输入轴的转速比；
所述变速机构设置于所述驱动件与所述传动轴结构之间，所述输入轴与所述驱动件连接，所述输出轴与所述传动轴结构连接；或者，所述变速机构设置于所述传动轴结构与所述桨叶之间，所述输入轴与所述传动轴结构连接，所述输出轴与所述桨叶连接。
作为本发明的舵桨推进系统的优选方案，所述齿轮箱包括第一齿轮、第二齿轮和第三齿轮，所述第一齿轮与所述输入轴连接，所述第一齿轮可选择地与所述第二齿轮或所述第三齿轮啮合。
作为本发明的舵桨推进系统的优选方案，所述离合器组包括第一离合器、第二离合器和第三离合器，所述第一离合器与所述第一齿轮同轴连接，所述第二离合器与所述第二齿轮同轴连接，所述第三离合器与所述第三齿轮同轴连接，所述输出轴与所述第一离合器可选择地连接，所述第二离合器和所述第三离合器分别通过所述第一离合器的外壳齿轮与所述输出轴可选择地连接。
作为本发明的舵桨推进系统的优选方案，还包括传动机构，所述桨叶的转动轴线与所述传动轴结构的轴线平行间隔设置，所述传动机构设置于所述传动轴结构与所述桨叶之间，用于将所述传动轴结构的动力传递至所述桨叶；或者，所述桨叶的转动轴线与所述输出轴的轴线平行间隔设置，所述传动机构设置于所述输出轴与所述桨叶之间，用于将所述输出轴的动力传递至所述桨叶。
作为本发明的舵桨推进系统的优选方案，所述传动机构包括第一锥齿轮、第二锥齿轮、连接轴、第三锥齿轮和第四锥齿轮，所述第一锥齿轮与所述传动轴结构或所述输出轴连接，所述第一锥齿轮和所述第二锥齿轮啮合，所述第二锥齿轮通过所述连接轴与所述第三锥齿轮连接，所述第三锥齿轮与所述第四锥齿轮啮合，所述第四锥齿轮与所述桨叶连接。
作为本发明的舵桨推进系统的优选方案，所述驱动件通过高弹性联轴器与所述输入轴或所述传动轴结构连接。
作为本发明的舵桨推进系统的优选方案，所述传动轴结构包括长轴组件，所述长轴组件通过万向联轴器与所述变速机构连接。
作为本发明的舵桨推进系统的优选方案，所述传动轴结构包括长轴组件和短轴组件，所述短轴组件通过万向联轴器与所述长轴组件连接，所述短轴组件设置于所述长轴组件与所述驱动件之间。
作为本发明的舵桨推进系统的优选方案，所述驱动件包括柴油发动机或混合动力发动机。
一种船舶，包括上述的舵桨推进系统。
本发明的有益效果为：
本发明提供的舵桨推进系统及船舶，当变速机构设置于驱动件与传动轴结构之间时，输入轴与驱动件连接，输出轴与传动轴结构连接，驱动件(例如柴油发动机)的驱动力经由变速机构、传动轴结构传递至桨叶，通过齿轮箱和离合器组的配合调节变速机构的输出轴与输入轴的转速比，实现桨叶的多种转速输出；当变速机构设置于传动轴结构与桨叶之间时，输入轴与传动轴结构连接，输出轴与桨叶连接，驱动件(例如柴油发动机)的驱动力经由传动轴结构、变速机构传递至桨叶，通过齿轮箱和离合器组的配合调节变速机构的输出轴与输入轴的转速比，实现桨叶的多种转速输出。本发明提供的舵桨推进系统及船舶，在拖带和航行等多种工况，均可以使船舶满足最大拖力和最大航速等多项要求，可更好地适应多工况要求，使得船舶在不同工况下达到最快航速或最大推力，燃油消耗率和消耗量低，航行速度快，节约时间成本，变速机构和桨叶分开布置，方便故障排查和维护维修。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
图1是本发明具体实施方式提供的舵桨推进系统(变速机构前置)的结构示意图；
图2是本发明具体实施方式提供的舵桨推进系统(变速机构后置)的结构示意图；
图3是本发明具体实施方式提供的舵桨推进系统中变速机构的结构示意图；
图4是本发明具体实施方式提供的舵桨推进系统中桨叶和传动机构的结构示意图。
图中：
1-变速机构；2-驱动件；3-传动轴结构；4-桨叶；5-传动机构；6-高弹性联轴器；7-万向联轴器；
11-输入轴；12-输出轴；13-齿轮箱；14-离合器组；
131-第一齿轮；132-第二齿轮；133-第三齿轮；
141-第一离合器；142-第二离合器；143-第三离合器；
31-长轴组件；32-短轴组件；
41-桨轴；
51-第一锥齿轮；52-第二锥齿轮；53-连接轴；54-第三锥齿轮；55-第四锥齿轮。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，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。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为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，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1-图4所示，本实施例提供一种舵桨推进系统，该舵桨推进系统包括变速机构1以及依次连接的驱动件2、传动轴结构3和桨叶4，变速机构1包括输入轴11、输出轴12、齿轮箱13和离合器组14，通过齿轮箱13和离合器组14的配合调节输出轴12与输入轴11的转速比。变速机构1设置于驱动件2与传动轴结构3之间(如图1所示)，输入轴11与驱动件2连接，输出轴12与传动轴结构3连接。或者，变速机构1设置于传动轴结构3与桨叶4之间(如图2所示)，输入轴11与传动轴结构3连接，输出轴12与桨叶4连接。
当变速机构1设置于驱动件2与传动轴结构3之间时，输入轴11与驱动件2连接，输出轴12与传动轴结构3连接，驱动件2(例如柴油发动机)的驱动力经由变速机构1、传动轴结构3传递至桨叶4，通过齿轮箱13和离合器组14的配合调节变速机构1的输出轴12与输入轴11的转速比，实现桨叶4的多种转速输出。
当变速机构1设置于传动轴结构3与桨叶4之间时，输入轴11与传动轴结构3连接，输出轴12与桨叶4连接，驱动件2(例如柴油发动机)的驱动力经由传动轴结构3、变速机构1传递至桨叶4，通过齿轮箱13和离合器组14的配合调节变速机构1的输出轴12与输入轴11的转速比，实现桨叶4的多种转速输出。
本实施例提供的舵桨推进系统及船舶，在拖带和航行等多种工况，均可以使船舶满足最大拖力和最大航速等多项要求，可更好地适应多工况要求，使得船舶在不同工况下达到最快航速或最大推力，燃油消耗率和消耗量低，航行速度快，节约时间成本，变速机构1和桨叶4分开布置，方便故障排查和维护维修。
可选地，如图3所示，齿轮箱13包括第一齿轮131、第二齿轮132和第三齿轮133，第一齿轮131与输入轴11连接，第一齿轮131可选择地与第二齿轮132或第三齿轮133啮合。在本实施例中，第二齿轮132与第一齿轮131的传动比低于第三齿轮133与第一齿轮131的传动比。当需要齿轮箱13输出常规转速时，可以直接由第一齿轮131输出常规转速；当需要齿轮箱13输出高转速时，可以通过第一齿轮131和第二齿轮132的啮合，由第二齿轮132输出高转速；当需要齿轮箱13输出低转速时，可以通过第一齿轮131和第三齿轮133的啮合，由第三齿轮133输出低转速。
可选地，如图3所示，离合器组14包括第一离合器141、第二离合器142和第三离合器143，第一离合器141与第一齿轮131同轴连接，第二离合器142与第二齿轮132同轴连接，第三离合器143与第三齿轮133同轴连接，输出轴12与第一离合器141可选择地连接，第二离合器142和第三离合器143分别通过第一离合器141的外壳齿轮与输出轴12可选择地连接。以图2中变速机构1后置为例，当需要离合器组14输出常规转速时，第一离合器141合排，第二离合器142和第三离合器143不合排，动力传递依次为输入联轴器、输入轴11、第一离合器141、输出轴12，最终传递至桨叶4；当需要离合器组14输出高转速时，第二离合器142合排，第一离合器141和第三离合器143不合排，动力传递依次为输入联轴器、输入轴11、第一齿轮131、第二齿轮132、第二离合器142、第一离合器141的外壳齿轮、输出轴12，最终传递至桨叶4；当需要离合器组14输出低转速时，第三离合器143合排，第一离合器141和第二离合器142不合排，动力传递依次为输入联轴器、输入轴11、第一齿轮131、第三齿轮133、第三离合器143、第一离合器141的外壳齿轮、输出轴12，最终传递至桨叶4。
为适应船舶内的安装空间，可选地，该舵桨推进系统还包括传动机构5，桨叶4的转动轴线与传动轴结构3的轴线平行间隔设置，传动机构5设置于传动轴结构3与桨叶4之间，用于将传动轴结构3的动力传递至桨叶4；或者，桨叶4的转动轴线与输出轴12的轴线平行间隔设置，传动机构5设置于输出轴12与桨叶4之间，用于将输出轴12的动力传递至桨叶4。当变速机构1设置于驱动件2与传动轴结构3之间时，桨叶4的转动轴线与传动轴结构3的轴线平行间隔设置，传动机构5设置于传动轴结构3与桨叶4之间，传动轴结构3的动力通过传动轴结构3传递至桨叶4。当变速机构1设置于传动轴结构3与桨叶4之间时，桨叶4的转动轴线与输出轴12的轴线平行间隔设置，传动机构5设置于输出轴12与桨叶4之间，输出轴12的动力通过传动轴结构3传递至桨叶4。
可选地，如图4所示，传动机构5包括第一锥齿轮51、第二锥齿轮52、连接轴53、第三锥齿轮54和第四锥齿轮55，第一锥齿轮51与传动轴结构3或输出轴12连接，第一锥齿轮51和第二锥齿轮52啮合，第二锥齿轮52通过连接轴53与第三锥齿轮54连接，第三锥齿轮54与第四锥齿轮55啮合，第四锥齿轮55与桨叶4连接。传动轴结构3或输出轴12的动力依次经由第一锥齿轮51、第二锥齿轮52、连接轴53、第三锥齿轮54和第四锥齿轮55传递至桨叶4。
为方便将第四锥齿轮55的输出转速传递至桨叶4，可选地，桨叶4连接有桨轴41，桨轴41与第四锥齿轮55连接。具体地，桨轴41与第四锥齿轮55通过键块连接传递动力。
可选地，驱动件2通过高弹性联轴器6与输入轴11或传动轴结构3连接。高弹性联轴器6含有预压橡胶的弹性化合物，可提供额外强度，延长使用寿命。高弹性联轴器6可容纳多种类型偏差。高弹性联轴器6的轮毂材质为高强度铝合金，既轻巧又防腐蚀。其中橡胶成分主要用于减震，使动力传输流畅、安静，从而保护驱动力以及驱动机器。
可选地，传动轴结构3包括长轴组件31，长轴组件31通过万向联轴器7与变速机构1连接。万向联轴器7利用其机构的特点，使两轴不在同一轴线，存在轴线夹角的情况下能实现所联接的两轴连续回转，并可靠地传递转矩和运动。万向联轴器7最大的特点是：其结构有较大的角向补偿能力，结构紧凑，传动效率高。不同结构型式万向联轴器7两轴线夹角不相同，一般在3°-15°之间。
为适应船舶内的安装空间，可选地，传动轴结构3包括长轴组件31和短轴组件32，短轴组件32通过万向联轴器7与长轴组件31连接，短轴组件32设置于长轴组件31与驱动件2之间。
为满足船舶的大扭矩需求，可选地，驱动件2包括柴油发动机或混合动力发动机。柴油发动机是燃烧柴油来获取能量释放的发动机。柴油发动机的优点是扭矩大、经济性能好。柴油发动机的工作过程与汽油发动机有许多相同的地方，每个工作循环也经历进气、压缩、做功、排气四个冲程。但由于柴油机用的燃料是柴油，它的粘度比汽油大，不容易蒸发，而其自燃温度却比汽油低，因此，可燃混合气的形成及点火方式都与汽油机不同。不同之处主要有，柴油发动机的气缸中的混合气是压燃的，而非点燃的。柴油发动机工作时，进入气缸的是空气，气缸中的空气压缩到终点的时候，温度可以达到500-700℃，压力可以达到40—50个大气压。活塞接近上止点时，供油系统的喷油嘴以极高的压力在极短的时间内向气缸燃烧室喷射燃油，柴油形成细微的油粒，与高压高温的空气混合，可燃混合气自行燃烧，猛烈膨胀产生爆发力，推动活塞下行做功，此时温度可达1900-2000℃，压力可达60-100个大气压，产生的扭矩很大，所以柴油发动机广泛的应用于大型柴油设备上。
在本实施例中，柴油发动机与桨叶4相同纵剖面输入输出布置，结构紧凑，节约船舱内部空间。齿轮箱13采用下进上出的布置形式，万向联轴器7的工作角度小，轴系使用寿命高。离合器组14内部的液压离合器，通过电液控制实现柔性合排和滑差传动。此液压离合器具有应急操作结构，在任何失电和失压的情况下，可进行应急合排操作。变速机构1前置，即当变速机构1设置于驱动件2与传动轴结构3之间时，万向联轴器7的工作角度小，传动轴结构3的使用寿命高，更有利于满足船舶的稳态和浮态要求。
本实施例还提供一种船舶，包括上述的舵桨推进系统，在拖带和航行等多种工况，均可以使船舶满足最大拖力和最大航速等多项要求，可更好地适应多工况要求，使得船舶在不同工况下达到最快航速或最大推力，燃油消耗率和消耗量低，航行速度快，节约时间成本，变速机构1和桨叶4分开布置，方便故障排查和维护维修。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种舵桨推进系统，其特征在于，包括变速机构(1)以及依次连接的驱动件(2)、传动轴结构(3)和桨叶(4)，所述变速机构(1)包括输入轴(11)、输出轴(12)、齿轮箱(13)和离合器组(14)，通过所述齿轮箱(13)和所述离合器组(14)的配合调节所述输出轴(12)与所述输入轴(11)的转速比；
所述变速机构(1)设置于所述驱动件(2)与所述传动轴结构(3)之间，所述输入轴(11)与所述驱动件(2)连接，所述输出轴(12)与所述传动轴结构(3)连接；或者，所述变速机构(1)设置于所述传动轴结构(3)与所述桨叶(4)之间，所述输入轴(11)与所述传动轴结构(3)连接，所述输出轴(12)与所述桨叶(4)连接。
2.根据权利要求1所述的舵桨推进系统，其特征在于，所述齿轮箱(13)包括第一齿轮(131)、第二齿轮(132)和第三齿轮(133)，所述第一齿轮(131)与所述输入轴(11)连接，所述第一齿轮(131)可选择地与所述第二齿轮(132)或所述第三齿轮(133)啮合。
3.根据权利要求2所述的舵桨推进系统，其特征在于，所述离合器组(14)包括第一离合器(141)、第二离合器(142)和第三离合器(143)，所述第一离合器(141)与所述第一齿轮(131)同轴连接，所述第二离合器(142)与所述第二齿轮(132)同轴连接，所述第三离合器(143)与所述第三齿轮(133)同轴连接，所述输出轴(12)与所述第一离合器(141)可选择地连接，所述第二离合器(142)和所述第三离合器(143)分别通过所述第一离合器(141)的外壳齿轮与所述输出轴(12)可选择地连接。
4.根据权利要求1所述的舵桨推进系统，其特征在于，还包括传动机构(5)，所述桨叶(4)的转动轴线与所述传动轴结构(3)的轴线平行间隔设置，所述传动机构(5)设置于所述传动轴结构(3)与所述桨叶(4)之间，用于将所述传动轴结构(3)的动力传递至所述桨叶(4)；或者，所述桨叶(4)的转动轴线与所述输出轴(12)的轴线平行间隔设置，所述传动机构(5)设置于所述输出轴(12)与所述桨叶(4)之间，用于将所述输出轴(12)的动力传递至所述桨叶(4)。
5.根据权利要求4所述的舵桨推进系统，其特征在于，所述传动机构(5)包括第一锥齿轮(51)、第二锥齿轮(52)、连接轴(53)、第三锥齿轮(54)和第四锥齿轮(55)，所述第一锥齿轮(51)与所述传动轴结构(3)或所述输出轴(12)连接，所述第一锥齿轮(51)和所述第二锥齿轮(52)啮合，所述第二锥齿轮(52)通过所述连接轴(53)与所述第三锥齿轮(54)连接，所述第三锥齿轮(54)与所述第四锥齿轮(55)啮合，所述第四锥齿轮(55)与所述桨叶(4)连接。
6.根据权利要求1所述的舵桨推进系统，其特征在于，所述驱动件(2)通过高弹性联轴器(6)与所述输入轴(11)或所述传动轴结构(3)连接。
7.根据权利要求1所述的舵桨推进系统，其特征在于，所述传动轴结构(3)包括长轴组件(31)，所述长轴组件(31)通过万向联轴器(7)与所述变速机构(1)连接。
8.根据权利要求1所述的舵桨推进系统，其特征在于，所述传动轴结构(3)包括长轴组件(31)和短轴组件(32)，所述短轴组件(32)通过万向联轴器(7)与所述长轴组件(31)连接，所述短轴组件(32)设置于所述长轴组件(31)与所述驱动件(2)之间。
9.根据权利要求1所述的舵桨推进系统，其特征在于，所述驱动件(2)包括柴油发动机或混合动力发动机。
10.一种船舶，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的舵桨推进系统。
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