CN114104235B - 一种应用于船舶的推进装置及船舶 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于船舶的推进装置及船舶，所述推进装置包括推进机构和驱动所述推进机构升降的升降机构；所述推进机构包括：横梁；推水传送带驱动结构，其安装在所述横梁上；推水传送带，其安装在所述推水传送带驱动结构上；推水部件，包括有多个，间隔设置在所述推水传送带上；推进机构滑动部件，其形成在所述横梁上；所述升降机构包括：升降机构滑动部件，其与所述推进机构滑动部件滑动安装；升降驱动结构，与所述横梁连接。在推进装置应用在船舶上并在水中航行时，推进装置能够自适应水面高度变化，避免推进装置被缠绕。

Description

一种应用于船舶的推进装置及船舶

技术领域

本发明属于船舶技术领域，具体地说，是涉及一种应用于船舶的推进装置及船舶。

背景技术

随着环境污染的加剧，城市内河流域及近岸海域的漂浮物垃圾不断增加，包括各种生活垃圾、水华植物（如浒苔、水葫芦等有害水草）等。营运船舶、漂浮物清理船舶等在水中航行时，极易被水华植物、渔网、缆绳等漂浮杂物缠绕而失去动力，影响其正常作业，甚至造成船舶主机及轴系损坏、电力模块过热爆燃等严重事故。

常规营运船舶多采用螺旋桨作为推进器，目前预防其被漂浮杂物缠绕的方法分为两类：一类是在螺旋桨前安装阻拦过滤机构，将水草等拦截在螺旋桨上游，使其无法靠近螺旋桨；另一类是加装切割破碎机构，即在螺旋桨前后安装不同形式和转速的刀片，或者直接将螺旋桨桨叶导边更改或加装锯齿形切割装置，从而将缠绕的水草等割断并随水流流向下游。第一类安装阻拦过滤机构的防缠绕方法将导致桨前迎流面逐渐累积大量缠绕物，故需不断进行人工清理以保证推进效率，对于水中存在少量缠绕物时效果尚可，但对于浒苔等大量聚集的漂浮物则无法航行作业。第二类采用桨前后或桨叶上安装切割破碎机构的方案，除了存在水下机构复杂、严重影响螺旋桨性能发挥等问题外，还由于螺旋桨于水中转速远低于空气中，水面以上装置切割能力有限，且额外增加旋转切割机构，将使装置整体功耗增加，某些旋转轴系缠绕的发生概率反而提高。

而对于近岸漂浮物清理船、游览船等浅水域作业船舶，大多采用明轮作为推进器，其通过抬升中心驱动轴、降低推水蹼板吃水来适应浅水航行，避免触底。但是，采用明轮推进，其转动的蹼板从入水到出水的过程中，有1/2的时间存在提水动作，该动作对其推力的产生无效，故推进效率极低，且明轮的板架结构运转中仍有大概率发生缠绕现象。

另一种方案则是出于提高推进效率目的变化明轮外形，其原理均是使蹼板推水时与水面尽量呈垂直状态，相应最接近水面的固定串列蹼板的驱动带需与水面呈平行状态，而驱动带其他部分则可根据需要呈水平、圆拱、多边形等任意形状，该改进方案主要目的在提高效率、降低能耗，因此其相对于明轮虽能够降低缠绕情况的发生，但对于清漂船等作业时载重变化导致的吃水改变，该方案仍存在较大的缠绕发生概率。而且，虽经改进，变形明轮的推进效率仍明显低于一般螺旋桨，故变形明轮在漂浮物清理船等类型船舶中并未被采用。

另外，从上述各类推进装置在船舶上的安装与维护角度来看，螺旋桨为保证推进效率，要求安装水深越深越好，至少应全部没入水中，由此需在水下部分船体开孔穿过螺旋桨驱动轴并需满足水密要求；若作业中一旦出现缠绕或机械故障，或通过专门的船坞或吊车将船体抬升脱离水面进行检修，或进行水下作业；而若驱动电机故障，则需进入船舱、或拆除小型船舶机舱上结构进行检修，施工作业流程十分复杂、效率低下。而对于明轮及变形明轮，中心驱动轴高于水面安装虽避免了水下穿透的水密问题，但考虑蹼板的推进效率，驱动轴仍无法远离水面，故仍存在飞溅防水问题，尤其转轴位置更低的变形明轮；此外驱动轴在船体水上舷侧开孔穿过仍对船体强度有不利影响，且作业中的维护检修难度与上述螺旋桨相当，尤其变形明轮更是需在船体开两个以上的轴系穿孔。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种应用于船舶的推进装置，通过设置升降机构，在推进装置应用在船舶上并在水中航行时，推进装置能够自适应水面高度变化，避免推进装置被缠绕。

为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：

一种应用于船舶的推进装置，包括推进机构和驱动所述推进机构升降的升降机构；

所述推进机构包括：

横梁；

推水传送带驱动结构，其安装在所述横梁上；

推水传送带，其安装在所述推水传送带驱动结构上；

推水部件，包括有多个，间隔设置在所述推水传送带上；

推进机构滑动部件，其形成在所述横梁上；

所述升降机构包括：

升降机构滑动部件，其与所述推进机构滑动部件滑动安装；

升降驱动结构，与所述横梁连接；

所述升降驱动结构带动所述横梁升降时，所述推进机构滑动部件相对于所述升降机构滑动部件上下滑动，使得所述推进机构相对于所述升降机构滑动部件上下滑动实现升降。

在其中一个优选实施例中，所述升降驱动结构包括：

浮力部件，其与所述横梁连接，并位于所述横梁的下方。

在其中一个优选实施例中，所述升降驱动机构包括：

水位检测部件，用于检测船舶航行时的水位信息并输出；

升降动力部件，用于根据所述水位检测部件输出的所述水位信息提供升降动力；

升降杆，其一端与所述升降动力部件连接，另一端与所述横梁连接。

在其中一个优选实施例中，所述推水传送带驱动结构包括：

推水动力部件，用于提供推水所需动力；

主动轮，其与所述推水动力部件连接；

第一从动轮，安装在所述横梁上；

中间传送带，安装在所述主动轮和所述第一从动轮上；

第二从动轮，安装在所述横梁上，与所述第一从动轮同步转动；

第三从动轮，安装在所述横梁上；

所述推水传送带安装在所述第二从动轮和所述第三从动轮上。

在其中一个优选实施例中，所述推水传送带驱动结构还包括：

第一轴承，安装在所述横梁上；

第一中心轴，安装在所述第一轴承上；

所述第一从动轮和所述第二从动轮分别与所述第一中心轴固定；

第二轴承，安装在所述横梁上；

第二中心轴，安装在所述第二轴承上；

所述第三从动轮与所述第二中心轴固定。

在其中一个优选实施例中，所述推进机构还包括：

转轴，包括有多个，间隔安装在所述推水传送带上，每个所述推水部件通过一个所述转轴安装在所述推水传送带上；

转动控制结构，用于控制所述推水部件绕所述转轴转动，使得所述推水部件呈现入水时为推水状态、出水时为向所述推水传送带方向翻折的折叠状态。

在其中一个优选实施例中，所述转动控制结构包括：

弹性件，包括有多个，每个所述弹性件靠近一个所述推水部件；

垫块，包括有多个，每个所述垫块位于一个所述弹性件及该弹性件所对应的一个所述推水部件之间，并分别与一个所述弹性件及该弹性件所对应的一个所述推水部件连接。

在其中一个优选实施例中，所述推水部件脚蹼形柔性推水板。

本发明还提供一种船舶，包括甲板，所述船舶还包括有上述的推进装置，所述推进装置中的升降机构安装在所述甲板上，所述推进装置中的推进机构位于所述船舶的船体侧面。

在其中一个优选实施例中，在所述推进机构中的推水传送带驱动机构包括：

推水动力部件，用于提供推水所需动力；

主动轮，其与所述推水动力部件连接；

第一从动轮，安装在所述横梁上；

中间传送带，安装在所述主动轮和所述第一从动轮上；

第二从动轮，安装在所述横梁上，与所述第一从动轮同步转动；

第三从动轮，安装在所述横梁上；

所述推水传送带安装在所述第二从动轮和所述第三从动轮上时，所述推水动力部件采用下述过程进行选型：

计算大地坐标系下船舶在不同航速V₀时的船舶航行阻力R，建立R-V₀曲线；

计算在不同航速V₀下所述推进机构推动船舶前进的有效功率P0：P0=RV₀；

计算所述推进机构中的推水部件相对水的线速度为V₁时的总推力T，建立T- V₁曲线；

计算所述推水传送带与所述推水部件在大地坐标系下的线速度V₂：V₂=V₀+ V₁；

确定所述第二从动轮的转速m1、扭矩M1及功率P1：m1= V₂/πD1，M1=TD1/2，P1= P0/k1；D1为所述第二从动轮的直径，k1为推进系数，为已知值；

确定所述推水动力部件输出的转速m2、扭矩M2及功率P2：m2=m1D2/D3；M2=k2M1D3/D2；P2=k3P1；D2为所述第一从动轮的直径，D3为所述主动轮的直径；k2为安全系数，为已知值；k3为冗余系数，为已知值；

根据转速m2、扭矩M2及功率P2，对所述推水动力部件进行选型。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：

本发明提供的应用于船舶的推进装置，通过设置推进机构和升降机构，升降机构驱动推进机构整体可上下升降，在推进装置应用在船舶上并在水中航行时，通过设计升降机构的动作与水面高度适配，使得推进机构能够根据水面高度变化进行升降，避免推进机构中推水部件等易缠绕部件没入水中过深，降低水中漂浮物缠绕推进机构的问题的发生；通过设置推进机构整体在升降机构驱动下升降，仅需将升降机构固定在船舶的甲板上即可实现推进装置在船舶的安装，推进机构整体模块化设计，无需穿透船体安装，既能实现推进机构整体拆装、水中即时检修、更换，简化实际应用中的维护难度，提高作业效率，也避免了船体开孔施工与水密防护问题，进一步方便了推进装置的安装、检修及维护。

结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1 是本发明应用于船舶的推进装置一个实施例的立体结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是图1的侧视图；

图4是图1中部分结构在一种状态下的结构示意图；

图5是图1中部分结构在另一种状态下的结构示意图；

图6是图1中另一部分结构的局部放大图；

图7是本发明的船舶第一个实施例的结构示意图；

图8是本发明的船舶第二个实施例的结构示意图；

图9是本发明的船舶第三个实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、 “内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；“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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时，应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

图1至图6示出了本发明应用于船舶的推进装置的一个实施例，其中，图1是该实施例的立体结构示意图，图2和图3分别为该实施例的俯视图和侧视图，图4和图5为图1中部分结构在两种不同状态下的结构示意图，而图6是图1中另一部分结构的局部放大图。

参见图1至图3所示，该实施例的推进装置包括有推进机构和升降机构两部分结构，其中，推进机构为实现对船舶推进功能的结构部分，升降机构为驱动推动机构随水面高度进行升降的结构部分，同时，升降机构还作为推进装置的安装机构，实现推进装置与船舶的安装。

具体的，推进机构包括有横梁8、推水传送带驱动结构、推水传送带7、推水部件4及推进机构滑动部件9，下面对推进机构的各部分进行详细的描述如下：

如图1所示，横梁8作为推进机构的支撑结构，为长条板状结构，具有足够的支撑强度。

推水传送带驱动结构作为整个推进机构的动力部分，安装在横梁8上。具体的，推水传送带驱动结构包括推水动力部件15、主动轮1、第一从动轮16、中间传送带14、第二从动轮2及第三从动轮3。其中，推水动力部件15用于提供推水所需动力，在该实施例中具体为驱动电机及减速器构成的结构。在其他一些实施例中，驱动电机也可替换为燃油发动机。推水动力部件15安装到横梁8上，具体的，通过支架20安装在横梁8上，使得推水动力部件15整体位于横梁8上方，高度较高。而且，支架20也位于横梁8的后侧面，且位于两个滑块之间。主动轮1与推水动力部件15连接。第一从动轮16、第二从动轮2及第三从动轮3均安装在横梁8上，且是位于横梁8的前侧面上。具体的，第一从动轮16和第二从动轮2同步转动，具有相同的转动角速度，两者分别与第一中心轴19固定，第一中心轴19再通过第一轴承12固定在横梁8上。第三从动轮3固定在第二中心轴21上，第二中心轴21又通过第二轴承13固定在横梁8上。而且，第一中心轴19和第二中心轴21位于横梁8的相同高度上，并分别位于横梁左右两端部处。中间传送带14安装在主动轮1与第一从动轮16上，主动轮1通过中间输送带14将相同线速度传递至第一从动轮16，同步传递至第二从动轮2。推水传送带7安装在第二从动轮2和第三从动轮3上，第二从动轮2带动推水传送带7运动，两者具有相同的线速度。

采用上述结构的推水传送带驱动结构，推水动力部件15输出的动力经由主动轮1至第一从动轮16，再传至第二从动轮2及第三从动轮3，构成二级传动形式。其中，推水动力部件15及主动轮1作为一级传动，可远离水面上置，如位于船舶甲板之上，避免了船体开孔施工作业及其水密防护问题，也避免推水动力部件15距离水面太近所导致的方式密封及杂物缠绕等问题的发生；而且，推水动力部件15及主动轮1上置，也大大降低了船舶作业中电气设备飞溅入水短路的问题的发生，对部件防水性能要求低，可选用普通动力部件即可，能够大幅降低推进装置成本。另外，推水动力部件15、主动轮1及各从动轮集成安装于横梁8上，然后再安装到船舶上，可以形成水面以上动力模块结构，便于实现动力模块整体拆装、水中即时检修、更换，从而简化了实际应用中的维护难度、提高作业效率。

推水部件4包括有多个，间隔设置在推水传送带7上。具体的，推水部件4为脚蹼形柔性推水板，等距离间隔设置在推水传送带7上，形成串列式蹼板结构，不仅具有较高的推进效率，降低缠绕现象发生，且与刚性推水板相比，脚蹼形柔性推水板可允许水流平缓经过，尤其降低推水板入水、出水时的水流冲击，从而在不影响推力前提下避免推水板的结构损坏，提高使用可靠性和使用寿命。

参见图1、图2、图3以及图4和图5所示，在该实施例中，推进机构还包括有转轴17和转动控制结构，推水部件4通过转轴17安装在推水传送带7上，并通过转动控制结构的控制，推水部件4能够绕转轴17转动，呈现出两种状态，分别为：入水时推水部件4所处的推水状态和出水时推水部件4向推水传送带7方向翻折的折叠状态。

具体来说，转轴17的数量和转动控制结构的数量与推水部件4的数量相同，也即，每个推水部件4通过一个转轴17及一个转动控制结构安装在推水传送带7上。具体的，推水部件4的根部通过转轴17安装在推水传送带7上，在推水部件4根部的一侧面上连接有垫块11和弹性件18，垫块11位于推水部件4和弹性件18之间。而且，垫块11及弹性件18应安装在推水部件4首先入水的面的背面侧。也即，在图1所示的结构中，第二从动轮2、第三从动轮3及推水传送带7为逆时针旋转，各推水部件4以逆时针方向依次入水，对于图1中位于横梁8下方传推水传输带7上已经入水的推水部件4而言，入水时其右侧面为首先入水面，而垫块11及弹性件18位于推水部件4的左侧面，也即后入水面。

通过采用转轴17、垫块11及弹性件18的结构，当推水部件4位于水下的部分推水时，垫块11及弹性件18位于推水部件4迎流面的背面，在水流的作用下，弹性件18被压缩，产生回弹力；此时，推水部件4所受水流的推力矩与弹性件18的回复力矩相平衡，推水部件4无法绕转轴17旋转，只能以推水状态运动，呈现出图4所示的推水状态。当推水部件4出水时，由于水的密度远大于空气的密度，推水部件4所受的推力矩瞬间消失，弹性件18的回复力矩将使得推水部件4绕转轴17向推水传送带7折叠，呈现图5所示的折叠状态，从而使附着在推水部件4上的水流、缠绕水草等迅速滑落，从而避免推水部件4提水、溅水现象发生，提高了推进效率；同时，又避免了缠绕物被推水部件4连同带起的问题。由于设置有垫块11，能够提升足够的支撑力，其强度较高，因此，除非达到极限强度破坏，推水部件4均能适应各种运行工况，产生所需推力。另外，推水部件4出水后折叠的方式，可大大减少推进装置对水上空间的占用，方便其他设备布设，并避免不必要的安全隐患。在其他一些实施例中，还可以采用电磁铁结构代替弹性件18，以实现对推水部件4的状态的智能控制。当然，在另外一些实施例中，若无需推水部件4转动，则直接将推水部件4连通垫块11一起固定在推水传送带7上即可。

推进机构滑动部件9作为滑动连接件，用于与升降机构进行滑动安装，推进机构借助于推进机构滑动部件9实现上下滑动升降。推进机构滑动部件9安装在横梁8的后侧面上，具体的，在推进装置安装到船舶上时，推进机构滑动部件9位于横梁8靠近船体的后侧面上，其位于横梁8与船体之间，便于与升降结构滑动安装。在该实施例中，推进机构滑动部件9为两个滑块，分散安装在横梁8的后侧面靠近两端的位置处，以增加滑动稳固性。

对于升降机构，包括有升降驱动结构及升降机构滑动部件6。在该实施例中，与推进机构滑动部件9为滑块的结构相适配的，升降机构滑动部件6为滑轨，滑块与滑轨装配后，滑块可沿滑轨上下自由滑动。在推进装置安装与船舶时，升降机构滑动部件6将固定安装在船舶的甲板上，可以通过支撑架安装在甲板上，方便水上安装维护。

在该实施例中，升降驱动结构包括有两套，两套结构可以单独使用或者配合使用，实现对推进机构的升降驱动。

具体而言，一套升降驱动结构为浮力部件10，如图1和图3所示，浮力部件10位于横梁8的下方，并与横梁8连接，其左右长度与横梁8基本相同。浮力部件10采用密度小于水的轻质浮力材料制成，如泡沫板、雪弗板等。利用设置在横梁8下方的浮力部件10构成的升降驱动结构，通过浮力部件10产生的浮力平衡推进装置整体重力，使得推进装置能够保持某一恒定吃水而不会使推进机构没水过深而发生缠绕。而且，在推进装置装配到船舶上时，浮力部件10位于推水部件4与船体之间，能够在极端情况下保护船体不受推水部件4的刮擦冲击破坏。对于浮力部件10，其左右两端优选为顶角小于30°的类等腰三角形截面形状，顶角处为弧面，如图6示出的浮力部件10右端横截面局部放大图所示意，夹角α应小于30°，以兼顾获得浮力部件10随船舶前进时的最佳浮力可靠性能与最小流体阻力。而且，类等腰三角形截面可使浮力部件10两面受流体力相等，避免不对称形状所导致的两面水压力差而对浮力部件10强度造成的不利影响。为满足推进装置保持某一恒定吃水的功能要求，根据推进装置的重量、推水部件4的体积等确定浮力部件10平行于水面的横截面积。具体的，采用下述方法确定浮力部件10平行于水面的横截面积S：

（1）测量整个推进装置的重量G，单个推水部件4的体积Vi，以及保持推水部件4稳定吃水时浮力部件10的没水深度h；

（2）计算推进装置的浮力要求，保持推进装置温度吃水所需浮力F=G-5Vi；

（3）基于水的密度及重力加速度，计算横截面积S为：S=1.02×10^-4F/h。

另一套升降驱动结构包括水位检测部件（图中未示出）、升降动力部件（图中未示出）及升降杆5，升降杆5一端与升降动力部件连接，另一端与横梁8连接。其中，水位检测部件（如水位传感器）用来检测船舶航行时的水位信息并输出，升降动力部件根据水位检测部件输出的水位信息提供升降动力，并通过升降杆5带动推进机构沿升降机构滑动部件6上下滑动，实现推进机构的升降。具体的，水位检测部件监测实时水位，控制器升降动力部件中的控制器根据水位信息和要求的吃水水位确定出推进机构升降幅度，发出相应的控制指令控制升降杆5的升降幅度，从而实现整个推进机构的高度随实时水位而变化。推进机构升降幅度将根据升降杆5的伸出长度决定。升降动力部件可为控制器及电动机，相应的，升降杆5为电推杆；若横梁等重量较大，可以将电动机更换为液压泵，相应的升降杆5为液压杆。通过该套升降驱动结构，可以实现推进机构高度的智能、远程控制，尤其适用于无人清漂船等船舶适应不同水深、漂浮物浓度等环境下的作业。

在有些情况下，浮力部件10可以单独使用，而不使用升降杆5所构成的升降驱动结构，以降低推进装置的能耗，增加船舶作业时间。当然，也可以两套升降驱动结构同时使用。

该实施例的船舶用推进装置，通过设置推进机构和升降机构，升降机构驱动推进机构整体可上下升降，在推进装置应用在船舶上并在水中航行时，通过设计升降机构的动作与水面高度适配，使得推进机构能够根据水面高度变化进行升降，避免推进机构中推水部件等易缠绕部件没入水中过深，降低水中漂浮物缠绕推进机构的问题的发生；通过设置推进机构整体在升降机构驱动下升降，仅需将升降机构固定在船舶的甲板上即可实现推进装置在船舶的安装，推进机构整体模块化设计，无需穿透船体安装，既能实现推进机构整体拆装、水中即时检修、更换，简化实际应用中的维护难度，提高作业效率，也避免了船体开孔施工与水密防护问题，进一步方便了推进装置的安装、检修及维护。

上述结构的推进装置应用于船舶时，推进装置中的升降机构安装在船舶的甲板上，其推进机构位于船舶的船体侧面。

图7示出了本发明的船舶第一个实施例的结构示意图。具体来说，是安装有推进装置的船舶的一个实施例的结构示意图。

在该实施例中，推进装置A11和推进装置A12分别安装于单体清漂船B1两侧。通过在船体两侧分别安装一个推进装置，可显著降低船舶的回转半径，甚至允许船体原地旋转。D1为清漂船B1作业时水面的相对位置，其与船体的相交线为船体的水线。C1为推进装置的推水动力部件，安装于船舶水线以上。利用推进装置中的升降驱动结构，可实现水线在两推进装置的推水部件的下边缘至上边缘间的变化，从而达到防缠绕、高效推进清漂船B1的目的。

图8示出了本发明的船舶第二个实施例的结构示意图。具体来说，是安装有推进装置的船舶的一个实施例的结构示意图。

如图8所示，在该实施例中，推进装置A21和推进装置A22分别对称安装于双体船B2的内侧。双体船B2的两个船体可由甲板上的结构进行连接固定。通过在双体船B2的内侧安装推进装置，可以保持船舶整体外形的美观度。

图9示出了本发明的船舶第三个实施例的结构示意图。具体来说，是安装有推进装置的船舶的一个实施例的结构示意图。

如图9所示，在该实施例中，推进装置A31和推进装置A32分别对称安装于双体船B3的外侧。双体船B3的两个船体可由甲板上的结构进行连接固定。通过在双体船B3的外侧安装推进装置，可增大回转力矩，提高船舶操纵性。

对于图1实施例中的推进装置，其推水动力部件作为实现推进功能的核心动力部件，其选型尤为重要，是实现推进装置在船舶中实际应用的关键技术支撑。本发明还提供一种推进装置在船舶中应用时如何选型的方法。

以图1实施例中的推进装置结构为例，其推水动力部件可通过下述过程进行选型：

（1）计算大地坐标系下船舶在不同航速V₀时的船舶航行阻力R，建立R-V₀曲线。

具体的，可以根据不同航行场景、采用不同方法建立R-V₀曲线。

a.对于静水、人工湖等风浪较小的作业环境，可根据船体与水接触的湿表面积采用相当平板理论经验公式快速计算得到R-V₀曲线。

b.对于内河流域、湖泊、近岸海域等风浪条件温和的作业环境，可建立裸船体数值模型，采用势流理论计算得到R-V₀曲线。

c.对于复杂海况作业环境，可建立实际船体、计算域的三维模型，然后采用计算流体动力学（CFD）软件进行计算，获得R-V₀曲线。

更具体的获得R-V₀曲线的方法，可参考现有技术，在此不作详细阐述。

（2）计算在不同航速V₀下推进机构推动船舶前进的有效功率P0：P0=RV₀。

（3）计算推进机构中的推水部件相对水的线速度为V₁时的总推力T，建立T- V₁曲线。其中，总推力是指同一时刻处于水中的所有推水部件的推力之和；而且，由于该总推力为周期性脉动，因此，该总推力为所有推水部件推力之和的时均值。

由于串列推水部件间流场互相干扰，且有自由液面影响，故需采用考虑流体粘性的CFD软件的两相流模型进行同一时刻处于水中的所有推水部件的总推力的计算。

（4）计算推水传送带与推水部件在大地坐标系下的线速度V₂：V₂=V₀+ V₁。

具体的，根据船舶实际航速需要，在R-V₀曲线中取某一航速V₀所对应的阻力R。由于船舶匀速航行时R=T，用R=T对T- V₁曲线进行插值，获得推水部件相对于水的线速度V₁。则可以得到使船达到某一航速V₀前进时，需使推水传送带与推水部件在大地坐标系下达到的线速度V₂=V₀+ V₁。

（5）确定第二从动轮的转速m1、扭矩M1及功率P1：m1= V₂/πD1，M1=TD1/2，P1= P0/k1。其中，D1为第二从动轮的直径，为已知值；k1为推进系数，为已知值，例如，在0.4-0.6之间取值。

（6）确定推水动力部件输出的转速m2、扭矩M2及功率P2：m2=m1D2/D3；M2=k2M1D3/D2；P2=k3P1。其中，D2为第一从动轮的直径，D3为主动轮的直径，均为已知值；k2为安全系数，为已知值，根据推水部件重量、推水传送带重量及其他流体作用力等，结合理论及经验确定，例如，在1.2-1.5之间取值；k3为冗余系数，为已知值，根据机械传动损耗，结合理论及经验确定，例如，在1.02-1.05之间取值。

（7）根据转速m2、扭矩M2及功率P2，对推水动力部件进行选型。

采用上述方法，能够实现推进装置合理、科学的选型，实现最佳能效，提高应用推进装置的船舶的有效作业时间与可靠性。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种应用于船舶的推进装置，其特征在于，所述推进装置包括推进机构和驱动所述推进机构升降的升降机构；

所述推进机构包括：

横梁；

推水传送带驱动结构，其安装在所述横梁上；

推水传送带，其安装在所述推水传送带驱动结构上；

推水部件，包括有多个，间隔设置在所述推水传送带上；

推进机构滑动部件，其形成在所述横梁上；

所述升降机构包括：

升降机构滑动部件，其与所述推进机构滑动部件滑动安装；

升降驱动结构，与所述横梁连接；

所述升降驱动结构带动所述横梁升降时，所述推进机构滑动部件相对于所述升降机构滑动部件上下滑动，使得所述推进机构相对于所述升降机构滑动部件上下滑动实现升降；

所述升降驱动结构包括：

浮力部件，其与所述横梁连接，并位于所述横梁的下方；

根据所述推进装置的重量、单个所述推水部件的体积、所述推水部件稳定吃水时所述浮力部件的没水深度、水的密度及重力加速度确定所述浮力部件平行于水面的横截面积。

2.根据权利要求1所述的应用于船舶的推进装置，其特征在于，所述升降驱动结构包括：

水位检测部件，用于检测船舶航行时的水位信息并输出；

升降动力部件，用于根据所述水位检测部件输出的所述水位信息提供升降动力；

升降杆，其一端与所述升降动力部件连接，另一端与所述横梁连接。

3.根据权利要求1或2所述的应用于船舶的推进装置，其特征在于，所述推水传送带驱动结构包括：

推水动力部件，用于提供推水所需动力；

主动轮，其与所述推水动力部件连接；

第一从动轮，安装在所述横梁上；

中间传送带，安装在所述主动轮和所述第一从动轮上；

第二从动轮，安装在所述横梁上，与所述第一从动轮同步转动；

第三从动轮，安装在所述横梁上；

所述推水传送带安装在所述第二从动轮和所述第三从动轮上。

4.根据权利要求3所述的应用于船舶的推进装置，其特征在于，所述推水传送带驱动结构还包括：

第一轴承，安装在所述横梁上；

第一中心轴，安装在所述第一轴承上；

所述第一从动轮和所述第二从动轮分别与所述第一中心轴固定；

第二轴承，安装在所述横梁上；

第二中心轴，安装在所述第二轴承上；

所述第三从动轮与所述第二中心轴固定。

5.根据权利要求1或2所述的应用于船舶的推进装置，其特征在于，所述推进机构还包括：

转轴，包括有多个，间隔安装在所述推水传送带上，每个所述推水部件通过一个所述转轴安装在所述推水传送带上；

转动控制结构，用于控制所述推水部件绕所述转轴转动，使得所述推水部件呈现入水时为推水状态、出水时为向所述推水传送带方向翻折的折叠状态。

6.根据权利要求5所述的应用于船舶的推进装置，其特征在于，所述转动控制结构包括：

弹性件，包括有多个，每个所述弹性件靠近一个所述推水部件；

垫块，包括有多个，每个所述垫块位于一个所述弹性件及该弹性件所对应的一个所述推水部件之间，并分别与一个所述弹性件及该弹性件所对应的一个所述推水部件连接。

7.根据权利要求1所述的应用于船舶的推进装置，其特征在于，所述推水部件脚蹼形柔性推水板。

8.一种船舶，包括甲板，其特征在于，所述船舶还包括有上述权利要求1至7中任一项所述的推进装置，所述推进装置中的升降机构安装在所述甲板上，所述推进装置中的推进机构位于所述船舶的船体侧面。

9.根据权利要求8所述的船舶，其特征在于，在所述推进机构中的推水传送带驱动机构包括：

推水动力部件，用于提供推水所需动力；

主动轮，其与所述推水动力部件连接；

第一从动轮，安装在所述横梁上；

中间传送带，安装在所述主动轮和所述第一从动轮上；

第二从动轮，安装在所述横梁上，与所述第一从动轮同步转动；

第三从动轮，安装在所述横梁上；

所述推水传送带安装在所述第二从动轮和所述第三从动轮上时，所述推水动力部件采用下述过程进行选型：

计算大地坐标系下船舶在不同航速V₀时的船舶航行阻力R，建立R-V₀曲线；

计算在不同航速V₀下所述推进机构推动船舶前进的有效功率P0：P0=RV₀；

计算所述推进机构中的推水部件相对水的线速度为V₁时的总推力T，建立T- V₁曲线；

计算所述推水传送带与所述推水部件在大地坐标系下的线速度V₂：V₂=V₀+ V₁；

确定所述第二从动轮的转速m1、扭矩M1及功率P1：m1= V₂/πD1，M1=TD1/2，P1= P0/k1；D1为所述第二从动轮的直径，k1为推进系数，为已知值；

确定所述推水动力部件输出的转速m2、扭矩M2及功率P2：m2=m1D2/D3；M2=k2M1D3/D2；P2=k3P1；D2为所述第一从动轮的直径，D3为所述主动轮的直径；k2为安全系数，为已知值；k3为冗余系数，为已知值；

根据转速m2、扭矩M2及功率P2，对所述推水动力部件进行选型。

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