CN113815833B - 低摩擦功耗轮缘驱动推进系统 - Google Patents

低摩擦功耗轮缘驱动推进系统 Download PDF

Info

Publication number
CN113815833B
CN113815833B CN202111102366.6A CN202111102366A CN113815833B CN 113815833 B CN113815833 B CN 113815833B CN 202111102366 A CN202111102366 A CN 202111102366A CN 113815833 B CN113815833 B CN 113815833B
Authority
CN
China
Prior art keywords
blade
hub
rotor
ring
permanent magnet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111102366.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113815833A (zh
Inventor
欧阳武
郑锐聪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suzhou Hanrui Ship Propulsion System Co ltd
Original Assignee
Suzhou Hanrui Ship Propulsion System Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suzhou Hanrui Ship Propulsion System Co ltd filed Critical Suzhou Hanrui Ship Propulsion System Co ltd
Priority to CN202111102366.6A priority Critical patent/CN113815833B/zh
Publication of CN113815833A publication Critical patent/CN113815833A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113815833B publication Critical patent/CN113815833B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H23/00—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements
    • B63H23/22—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with non-mechanical gearing
    • B63H23/24—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with non-mechanical gearing electric
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H1/00—Propulsive elements directly acting on water
    • B63H1/02—Propulsive elements directly acting on water of rotary type
    • B63H1/12—Propulsive elements directly acting on water of rotary type with rotation axis substantially in propulsive direction
    • B63H1/14—Propellers
    • B63H1/20—Hubs; Blade connections
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H1/00—Propulsive elements directly acting on water
    • B63H1/02—Propulsive elements directly acting on water of rotary type
    • B63H1/12—Propulsive elements directly acting on water of rotary type with rotation axis substantially in propulsive direction
    • B63H1/14—Propellers
    • B63H1/26—Blades
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00—Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/10—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Abstract

本发明公开了一种低摩擦功耗轮缘驱动推进系统，包括定子部分与转子部分，所述定子部分包括导管(1)、壳体(2)、定子绕组(3)、轮毂(4)及轮毂内永磁体(5)、定子连杆(6)；所述转子部分包括桨叶(9)、桨叶板(10)、桨叶外转子环(11)及桨叶外转子内永磁体(12)、桨叶内转子环(13)及桨叶内转子永磁体(14)；所述壳体内设有所述定子绕组，在所述桨叶外转子环(11)与轮毂(4)之间采用机械密封部件进行水密封，在所述壳体上开设进气孔(16)与排气孔(17)，通过导气管连接有风机，所述定子部分与转子部分之间的间隙处通入空气。本发明轴承部分采用磁悬浮技术，减小摩擦功耗的同时能起到减振的效果。

Description

低摩擦功耗轮缘驱动推进系统
技术领域
本发明属于船舶推进器领域，特别涉及一种能够提高推进器效率的低摩擦功耗轮缘驱动推进系统。
背景技术
近年来，随着世界各国之间贸易的加强，海上货运量增加，船舶数量、吨位也随之提升，但随着船舶大型化的发展，传统船舶推进系统已经无法更好地满足工作要求。在传统推进系统中，主机、推进轴系、螺旋桨等是不可或缺的装置，而随着主机单机功率的增大，其体积也随之增大，推进轴系长度更是增至几十米甚至百米，部分船舱被占用，导致空间利用率低下.同时，由于推进轴系长度的增加，结构日趋复杂，在能量传递过程中损耗增大，传递效率降低，增加了船舶的设计难度和建造成本，这些缺陷导致人们逐渐将目光转向更加先进的无轴推进系统。
目前无轴轮缘驱动推进器为单转子，分为无毂和有毂两种形式。传统的无轴轮缘推进器在定转子之间仍有水的摩擦功耗，另外转子环与轮毂之间接触面大，摩擦力大也增大了功耗。
发明内容
本发明为了弥补传统轮缘推进器定子和转子之间摩擦功耗大的不足，提出一种低摩擦功耗轮缘驱动推进系统，能够有效的避免水与转子接触产生的较大摩擦功耗，提高推进器的推进效率，永磁体之间产生磁力，起到减振降噪的作用。
本发明提供的一种低摩擦功耗轮缘驱动推进系统，包括定子部分与转子部分，所述定子部分包括导管、壳体、定子绕组、轮毂及轮毂内永磁体、定子连杆；所述转子部分包括桨叶、桨叶板、桨叶外转子环及桨叶外转子内永磁体、桨叶内转子环及桨叶内转子永磁体；所述壳体内设有所述定子绕组，在所述桨叶外转子环与轮毂之间采用机械密封部件进行水密封，在所述壳体上开设进气孔与排气孔，所述进气孔与排气孔通过导气管连接有风机，所述定子部分与转子部分之间的间隙处通入空气。
进一步，轴承部分的轮毂下半部分设置永磁体，与桨叶内转子环的永磁体形成径向方向的磁斥力；在桨叶内转子环与轮毂相邻的轴向面设置产生磁斥力的轮毂内永磁体，用以承受转子所受的轴向推力。
进一步，轮毂上产生径向磁斥力的永磁体嵌在下半部分，产生轴向磁斥力的轮毂内永磁体嵌在与桨叶内转子环相对的轮毂面上，所述桨叶内转子环分别在轴向、径向上嵌入桨叶内转子永磁体。
进一步，机械密封部件由机械密封静环与机械密封动环组成，所述机械密封静环材料选用石墨；所述机械密封动环材料选择铸铁，具有螺旋槽结构。
进一步，所述轮毂内侧两端设置有多个石墨环，避免轴向推力过大使所述桨叶内转子永磁体和轮毂内永磁体直接接触。
进一步，桨叶的叶根处与桨叶板连接，叶梢处连接所述桨叶内转子环，在所述桨叶外转子环内靠近壳体端嵌入所述桨叶外转子内永磁体。
进一步，在壳体与轮毂两侧，分别通过2-3根定子连杆进行连接。
本发明提出向定子部分与转子部分之间的间隙处通入空气，减小摩擦功耗，提高推进器效率，通过永磁体产生的磁力起到支撑作用，也有效减小摩擦功耗，提高推进系统运行效率，磁悬浮产生的磁力能够起到支撑的作用。
本发明与现有技术相比具有以下主要的优点：
1、减小摩擦功耗，提高推进器效率，所述定子部分与转子部分之间的间隙处通入高压空气，再通过机械密封对水进行密封，避免水与转子之间过多接触产生更大摩擦功耗，提高推进器效率。
2、具有良好的起动与变转速性能
螺旋桨轮毂采用径向和轴向的磁斥力磁悬浮支撑，在推进器启动和变转速时，磁力为转子提供支撑，避免产生过大摩擦。具体的，电机启动带动桨叶及转子旋转，轴承受轴向力和径向力，均通过永磁体产生的磁力平衡，所述的轴承部分轮毂下半部分设置永磁体，与桨叶内转子环的永磁体形成径向方向的磁斥力，在内转子环与轮毂相邻的轴向面设置产生磁斥力的磁体环，用以承受转子所受的轴向推力，减少接触面摩擦力，大大提高了起动与变转速性能。
为避免轴向磁力过大，将定转子吸的过紧，在轮毂处安设有石墨环隔离出缝隙，同时电机旋转过程中，不断向定转子间隙处通入高压气体，配合螺旋槽机械密封，避免水进入定转子间隙，进而减小摩擦功耗。
附图说明
图1是本发明的推进系统结构示意图。
图2是本发明的推进系统的轴承部分示意图。
图3是本发明的推进系统的机械密封示意图。
图4是本发明的推进系统的机械密封动环表面结构示意图。
图中：1导管；2壳体；3定子绕组；4轮毂；5轮毂内永磁体；6定子连杆；7机械密封静环；8石墨环；9桨叶；10桨叶板；11桨叶外转子环；12桨叶外转子内永磁体；13桨叶内转子环；14桨叶内转子永磁体；15机械密封动环；16进气孔；17排气孔；18风机；19产生径向磁斥力的永磁体。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明，但不限定本发明。
如图1-3所示，本发明提供的一种低摩擦功耗轮缘驱动推进系统，包括定子部分与转子部分，所述定子部分包括导管1、壳体2、定子绕组3、轮毂4及轮毂内永磁体5、定子连杆6；所述转子部分包括桨叶9、桨叶板10、桨叶外转子环11及桨叶外转子内永磁体12、桨叶内转子环13及桨叶内转子永磁体14；所述壳体内设有所述定子绕组，定子部分的线缆经过壳体和导管后连接到船体的供电系统中。在所述桨叶外转子环11与轮毂4之间采用机械密封部件进行水密封，在所述壳体上开设进气孔16与排气孔17，所述进气孔16与排气孔17通过导气管连接有风机18，所述定子部分与转子部分之间的间隙处通入高压空气，图1中箭头是气体流动方向，从而防止水与转子接触产生摩擦功耗，从而提高推进器效率。
轴承部分的轮毂4下半部分设置永磁体，与桨叶内转子环13的永磁体形成径向方向的磁斥力；在桨叶内转子环13与轮毂4相邻的轴向面设置产生磁斥力的轮毂内永磁体5，用以承受转子所受的轴向推力。
进一步，轮毂4上产生径向磁斥力的永磁体19嵌在下半部分，产生轴向磁斥力的轮毂内永磁体5嵌在与桨叶内转子环13相对的轮毂面上，所述桨叶内转子环13分别在轴向、径向上嵌入桨叶内转子永磁体14。这样采用磁悬浮支撑，在推进器启动和变转速时，磁力为转子提供支撑，避免产生过大摩擦。
如图3-4所示，机械密封部件由机械密封静环7与机械密封动环15组成，所述机械密封静环7材料选用石墨；所述机械密封动环15材料选择合金钢或铸铁，机械密封动环15上开设螺旋槽结构。机械密封动环15随桨叶外转子环11一起旋转时，在螺旋槽流体动压效应作用下，机械密封动环15与机械密封静环7之间形成水膜，该水膜将机械密封动环15与机械密封静环7分离，并且防止推进器外面的水进入密封中。
所述轮毂内侧两端设置有多个石墨环8，避免轴向推力过大使所述桨叶内转子永磁体和轮毂内永磁体直接接触。
桨叶9的叶根处与桨叶板10连接，叶梢处连接所述桨叶内转子环13，在所述桨叶外转子环11内靠近壳体端嵌入所述桨叶外转子内永磁体12。在壳体与轮毂两侧，分别通过2-3根定子连杆6进行连接。
本发明提供的低摩擦功耗轮缘驱动推进系统，其工作过程如下：电机启动带动桨叶及转子旋转，轴承受轴向力和径向力，均通过永磁体产生的磁力平衡，为避免轴向磁力过大，将定转子吸的过紧，在轮毂4处安设有石墨环8，电机旋转过程中，不断向定转子间隙处通入高压气体，配合螺旋槽机械密封，避免水进入定转子间隙，进而减小摩擦功耗，提高推进器效率。
通过与现有的轮缘驱动推进系统试验比较，本发明的推进系统所述定子部分与转子部分之间的间隙处通入高压空气，并采用磁悬浮支撑，定子部分与转子部分之间的摩擦阻力减小13％，振动噪声减少5％。

Claims (5)

1.一种低摩擦功耗轮缘驱动推进系统，其特征在于，包括定子部分与转子部分，所述定子部分包括导管（1）、壳体（2）、定子绕组（3）、轮毂（4）及轮毂内永磁体（5）、定子连杆（6）；所述转子部分包括桨叶（9）、桨叶板（10）、桨叶外转子环（11）及桨叶外转子内永磁体（12）、桨叶内转子环（13）及桨叶内转子永磁体（14）；所述壳体内设有所述定子绕组，在所述桨叶外转子环（11）与轮毂（4）之间采用机械密封部件进行水密封，在所述壳体上开设进气孔（16）与排气孔（17），所述进气孔（16）与排气孔（17）通过导气管连接有风机，所述定子部分与转子部分之间的间隙处通入空气；
所述轮毂（4）下半部分设置永磁体，与桨叶内转子环（13）的永磁体形成径向方向的磁斥力；在桨叶内转子环（13）与轮毂（4）相邻的轴向面设置产生磁斥力的轮毂内永磁体（5），用以承受转子所受的轴向推力。
2.根据权利要求1所述的低摩擦功耗轮缘驱动推进系统，其特征在于轮毂（4）上产生径向磁斥力的永磁体（19）嵌在下半部分，产生轴向磁斥力的轮毂内永磁体（5）嵌在与桨叶内转子环（13）相对的轮毂面上，所述桨叶内转子环（13）分别在轴向、径向上嵌入桨叶内转子永磁体（14）。
3.根据权利要求1所述的一种低摩擦功耗轮缘驱动推进系统，其特征在于机械密封部件由机械密封静环（7）与机械密封动环（15）组成，所述机械密封静环（7）材料选用石墨；所述机械密封动环（15）材料选择铸铁，具有螺旋槽结构。
4.根据权利要求1或2所述的一种低摩擦功耗轮缘驱动推进系统，其特征在于在所述轮毂（4）内侧两端设置有多个石墨环（8），避免轴向推力过大使所述桨叶内转子永磁体（14）和轮毂内永磁体（5）直接接触。
5.根据权利要求1所述的一种低摩擦功耗轮缘驱动推进系统，其特征在于桨叶（9）的叶根处与桨叶板（10）连接，叶梢处连接所述桨叶内转子环（13），在所述桨叶外转子环（11）内靠近壳体端嵌入所述桨叶外转子内永磁体（12）。
CN202111102366.6A 2021-09-19 2021-09-19 低摩擦功耗轮缘驱动推进系统 Active CN113815833B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111102366.6A CN113815833B (zh) 2021-09-19 2021-09-19 低摩擦功耗轮缘驱动推进系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111102366.6A CN113815833B (zh) 2021-09-19 2021-09-19 低摩擦功耗轮缘驱动推进系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113815833A CN113815833A (zh) 2021-12-21
CN113815833B true CN113815833B (zh) 2023-01-17

Family

ID=78922690

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111102366.6A Active CN113815833B (zh) 2021-09-19 2021-09-19 低摩擦功耗轮缘驱动推进系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113815833B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114313189B (zh) * 2022-01-04 2024-03-01 武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶重工集团公司第七一二研究所） 一种密封轮缘推进器
CN114313184A (zh) * 2022-01-05 2022-04-12 武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶重工集团公司第七一二研究所） 一种轮缘推进装置
CN114476006A (zh) * 2022-01-25 2022-05-13 武汉船用电力推进装置研究所（中国船舶重工集团公司第七一二研究所） 一种轮缘推进器结构
CN114524074A (zh) * 2022-02-15 2022-05-24 武汉理工大学 磁悬浮永磁电机轮缘驱动推进器

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NO322433B1 (no) * 2006-01-18 2006-10-02 Brunvoll As Tapsreduksjon for anordning til bruk som skipspropell eller generator
JP5100370B2 (ja) * 2007-12-28 2012-12-19 川崎重工業株式会社 推力発生装置
US20110127774A1 (en) * 2008-05-13 2011-06-02 Hydroring Capital B.V. Energy converter for flowing fluids and gases
CN102632982A (zh) * 2012-04-28 2012-08-15 中国船舶重工集团公司第七○二研究所 无轴驱动式集成电机推进器
CN105270594A (zh) * 2014-06-15 2016-01-27 鲍小福 一种永磁电机推进技术

Also Published As

Publication number Publication date
CN113815833A (zh) 2021-12-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113815833B (zh) 低摩擦功耗轮缘驱动推进系统
CN105109650A (zh) 对转无轴轮缘驱动推进器
CN108730349B (zh) 一种用于深海有毂轮缘推进器的集成式油润滑轴承
CN212172503U (zh) 一种水润滑轴承支撑的周向多电机驱动的环形电力推进器
JP2014231353A (ja) 推進ユニット
CN212172505U (zh) 一种气体减阻支撑的对转式电力推进器
CN114056529B (zh) 一种具有假轴结构的轮缘驱动推进器
CN113815832B (zh) 轮缘驱动的半浸式推进器
CN102223007A (zh) 高速永磁电动机/发电机
CN111439362A (zh) 一种磁液复合悬浮轴承支撑的环形电力推进器
CN112503022A (zh) 一种闭式叶轮及压气机
CN1109817C (zh) 设备、尤其是电力设备、尤其是用于液流和气流的换能器
CN104061112A (zh) 轮缘发电喷水推进器
JP2003214309A (ja) 発電機一体形水車及び電動機一体形ポンプ
CN213574637U (zh) 一种永磁电机驱动的轴流水泵
CN110697011A (zh) 机-桨-身融合式集成推进装置
CN111641308A (zh) 一种轴向磁通电机驱动的环形电力推进器
CN111439363A (zh) 一种磁液复合悬浮轴承支撑的对转桨式电力推进器
CN214837186U (zh) 一种高速喷水推进泵及动力冲浪板
CN115370595A (zh) 双侧自吸冷却双叶轮气浮高速直驱离心鼓风机及工作方法
CN212709918U (zh) 一种轴系支撑的周向多电机驱动的环形电力推进器
CN211791059U (zh) 一种电动增压器电机的冷却结构
CN113187735A (zh) 一种高速喷水推进泵及动力冲浪板
CN209838711U (zh) 微小体积流量超临界工质半开式离心压缩装置
CN112761973A (zh) 一种超高速永磁电机驱动的氮气压缩机结构

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant