CN114313185A - 一种螺旋桨涡轮增压装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于船舶工程和流体力学技术领域，尤其涉及一种螺旋桨涡轮增压装置。包括船体，所述船体上安装有转向舵驱动杆，转向舵驱动杆下端固定安装有转向舵，船体还安装有支架和螺旋桨组件，支架上安装有整流罩组件，螺旋桨组件一侧位于整流罩组件内。进而通过螺旋桨叶片传动轴带动着螺旋桨叶片轮毂转动，进而通过螺旋桨叶片轮毂带动着螺旋桨叶片转动，通过螺旋桨叶片带动着水流流动，进而通过水流的反作用力进而推动着船体向前侧行进；通过涡轮区和涡轮叶片提取螺旋桨尾流中的切向和径向速度分量，并将此能量应用于提高螺旋桨进水压力；涡轮区可通过尾流区带动，主动为其提供动能，增加螺旋桨前端水压；通过转向舵可实现对船体的方向控制。

Description

一种螺旋桨涡轮增压装置

技术领域

本发明属于船舶工程和流体力学技术领域，尤其涉及一种螺旋桨涡轮增压装置。

背景技术

世界海洋工程与科技发展所呈现的海洋开发技术和设备不断进步，推动海洋资源全面开发利用，海洋能源开发利用已成为各海洋国家发展的重要支柱。

船舶是由许多部分构成的，按各部分的作用和用途，可综合归纳为船体、船舶动力装置、船舶电气等三大部分。船体是船舶的基本部分，可分为主体部分和上层建筑部分。主体部分一般指上甲板以下的部分，它是由船壳(船底及船侧)和上甲板围成的具有特定形状的空心体，是保证船舶具有所需浮力、航海性能和船体强度的关键部分。船体一般用于布置动力装置、装载货物、储存燃油和淡水，以及布置其他各种舱室。保障船体强度、提高船舶的抗沉性和布置各种舱室，通常设置若干强固的水密舱壁和内底，在主体内形成一定数量的水密舱，并根据需要加设中间甲板或平台，将主体水平分隔成若干层。上层建筑位于上甲板以上，由左、右侧壁，前、后端壁和各层甲板围成，其内部主要用于布置各种用途的舱室，如工作舱室、生活舱室、贮藏舱室、仪器设备舱室等。上层建筑的大小、层楼和型式因船舶用途和尺度而异。船舶动力装置包括：推进装置——主机经减速装置、传动轴系以驱动推进器(螺旋桨是主要的型式)；为推进装置的运行服务的辅助机械设备和系统，如燃油泵、滑油泵、冷却水水泵、加热器、过滤器、冷却器等；船舶电站，它为船舶的甲板机械、机舱内的辅助机械和船上照明等提供电力；其他辅助机械和设备，如锅炉、压气机、船舶各系统的泵、起重机械设备、维修机床等。通常把主机以外的机械统称为辅机。船舶电气包括船上的主辅机及其他一些用电气设备。船舶的其他装置和设备中，除推进装置外，还有锚设备与系泊设备；舵设备与操舵装置；救生设备；消防设备；船内外通信设备；照明设备；信号设备；导航设备；起货设备；通风、空调和冷藏设备；海水和生活用淡水系统；压载水系统；液体舱的测深系统和透气系统；舱底水疏干系统；船舶电气设备；其他特殊设备；

船舶作为海洋经济的主要交通工具，其最为常用的推进方式是采用螺旋桨推进器，利用叶片旋转运动方式，提供船舶前进的动力；

随着船舶向大型化、高速化发展，船舶对螺旋桨的动力要求也日益提高。螺旋桨系统可以为船舶提供强大的推力，但仍有很大一部分能量用于尾流的径向和切向扩散，使得螺旋桨的推进效率较低；上世纪50年代，Albertson提出了螺旋桨的轴向动量理论，将螺旋桨简化为理想圆盘，仅考虑轴向速度分量进行分析，圆盘提供的所有能量在理想流体中全部转换为动量变化，实际上船舶螺旋桨射流与轴向动量理论的推导中的大多数假设相矛盾。螺旋桨的推进效率根据螺旋桨型号的不同也存在差异，但推进效率均低于65％；

专利号为CN202021125140.9大推力低噪声泵喷推进装置，包括外通道壳体以及位于所述外通道壳体内部的内通道壳体；在所述外通道壳体的入口端设置第一级泵喷推进器，所述外通道壳体的出口端设置用于控制水流方向及水流量的整流组件；所述内通道壳体内部设置第二级泵喷推进器，且所述内通道壳体内部形成有第一通道；所述外通道壳体与所述内通道壳体之间形成有第二通道，但是该技术方案中的螺旋桨只是依靠轴向速度来提供推进力，但切向和径向速度分量仍蕴含大量未被利用的能量；

专利号为CN202020509091.2一种船用螺旋桨，包括船舶螺旋桨、转动轴，所述转动轴的一端转动安装船艉管，所述转动轴与螺旋桨防缠绕部件，所述螺旋桨防缠绕部件左侧端设为固定套，所述固定套右端设有固定切割件，所述固定切割件表面设有固定座，所述固定座右侧位于所述固定切割件表面设有限位柱，所述固定座是通过螺栓活动连接有缠绕切割锥形杆，所述缠绕切割锥形杆两侧竖直均匀安装有防缠绕切割刀，但是该技术方案中的螺旋桨同样只是依靠轴向速度来提供推进力，但切向和径向速度分量仍蕴含大量未被利用的能量。

发明内容

本发明目的在于提供一种船用螺旋桨涡轮增速装置，以解决现有的螺旋桨只是依靠轴向速度来提供推进力，但切向和径向速度分量仍蕴含大量未被利用的能量的技术问题。

为实现上述目的，本发明的一种船用螺旋桨涡轮增速装置的具体技术方案如下：

一种船用螺旋桨涡轮增速装置，包括船体，所述船体上安装有转向舵驱动杆，转向舵驱动杆下端固定安装有转向舵，船体还安装有支架和螺旋桨组件，支架上安装有整流罩组件，螺旋桨组件一侧位于整流罩组件内。

进一步，所述整流罩组件包括整流罩，所述整流罩通过轴承安装在支架上，整流罩内设置有内置腔，螺旋桨组件一侧位于内置腔中，内置腔将整流罩分为尾流区和涡轮区两区域。

进一步，所述尾流区位于整流罩靠近转向舵的一侧，尾流区内周向均匀设置有多个整流叶片。

进一步，所述涡轮区在整流罩远离转向舵的一侧，涡轮区内周向均匀设置有多个涡轮叶片。

进一步，所述螺旋桨组件包括螺旋桨叶片、螺旋桨叶片轮毂和螺旋桨叶片传动轴，所述螺旋桨叶片轮毂周向均匀设置有多个螺旋桨叶片，所述螺旋桨叶片轮毂和螺旋桨叶片位于内置腔内，螺旋桨叶片轮毂固定连接在螺旋桨叶片传动轴上。

进一步，所述整流叶片和涡轮叶片旋向相反。

进一步，所述整流罩为中端内凹的筒装结构。

进一步，所述螺旋桨叶片轮毂为类锥形。

进一步，所述整流叶片和涡轮叶片数量和结构均相同。

本发明的优点在于：

本发明驱动螺旋桨叶片传动轴转动，进而通过螺旋桨叶片传动轴带动着螺旋桨叶片轮毂转动，进而通过螺旋桨叶片轮毂带动着螺旋桨叶片转动，进而通过螺旋桨叶片带动着水流流动，进而通过水流的反作用力进而推动着船体向前侧行进；通过涡轮区和涡轮叶片提取螺旋桨尾流中的切向和径向速度分量，并将此能量应用于提高螺旋桨进水压力；涡轮区可通过尾流区带动，也可以主动为其提供动能，增加螺旋桨前端水压；通过转向舵可以实现对船体的方向控制；转向舵驱动杆可以控制转向舵的转向；可以通过整流罩组件提取螺旋桨尾流中的切向和径向速度分量，并将此能量应用于提高螺旋桨进水压力，一方面可以提取螺旋桨尾流能量，提高能量利用率；另一方面，可以增加螺旋桨进水口压力，有效提高螺旋桨推力系数的同时，可以遏制螺旋桨空泡的产生。

附图说明

图1为本发明一种船用螺旋桨涡轮增速装置的整体结构示意图；

图2为本发明一种船用螺旋桨涡轮增速装置的整流罩组件结构示意图一；

图3为本发明一种船用螺旋桨涡轮增速装置的整流罩组件结构示意图二；

图4为本发明一种船用螺旋桨涡轮增速装置的螺旋桨组件结构示意图；

图中标记说明：船体1；转向舵驱动杆2；转向舵3；整流罩组件4；整流罩4-1；轴承4-2；尾流区4-3；整流叶片4-3-1；涡轮区4-4；涡轮叶片4-4-1；内置腔4-5；螺旋桨组件5；螺旋桨叶片5-1；螺旋桨叶片轮毂5-2；螺旋桨叶片传动轴5-3；支架6。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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，本领域普通技术人员在没有做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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1

如图1所示，一种船用螺旋桨涡轮增速装置，包括船体1，所述船体1上安装有转向舵驱动杆2，转向舵驱动杆2下端固定安装有转向舵3，船体1还安装有支架6和螺旋桨组件5，支架6上安装有整流罩组件4，螺旋桨组件5一侧位于整流罩组件4内；通过转向舵3可以实现对船体1的方向控制；转向舵驱动杆2可以控制转向舵3的转向；可以通过整流罩组件4提取螺旋桨尾流中的切向和径向速度分量，并将此能量应用于提高螺旋桨进水压力，一方面可以提取螺旋桨尾流能量，提高能量利用率；另一方面，可以增加螺旋桨进水口压力，有效提高螺旋桨推力系数的同时，可以遏制螺旋桨空泡的产生。

实施例2

如图2所示，所述整流罩组件4包括整流罩4-1，所述整流罩4-1通过轴承4-2安装在支架6上，整流罩4-1内设置有内置腔4-5，螺旋桨组件5一侧位于内置腔4-5中，内置腔4-5将整流罩4-1分为尾流区4-3和涡轮区4-4两区域；所述整流罩4-1为中端内凹的筒装结构；

所述尾流区4-3位于整流罩4-1靠近转向舵3的一侧，尾流区4-3内周向均匀设置有多个整流叶片4-3-1；

所述涡轮区4-4在整流罩4-1远离转向舵3的一侧，涡轮区4-4内周向均匀设置有多个涡轮叶片4-4-1；所述整流叶片4-3-1和涡轮叶片4-4-1旋向相反；所述整流叶片4-3-1和涡轮叶片4-4-1数量和结构均相同，通过涡轮区4-4和涡轮叶片4-4-1提取螺旋桨尾流中的切向和径向速度分量，并将此能量应用于提高螺旋桨进水压力；涡轮区4-4可通过尾流区4-3带动，也可以主动为其提供动能，增加螺旋桨前端水压。

实施例3

如图3和图4所示，所述螺旋桨组件5包括螺旋桨叶片5-1、螺旋桨叶片轮毂5-2和螺旋桨叶片传动轴5-3，所述螺旋桨叶片轮毂5-2周向均匀设置有多个螺旋桨叶片5-1，所述螺旋桨叶片轮毂5-2和螺旋桨叶片5-1位于内置腔4-5内，螺旋桨叶片轮毂5-2固定连接在螺旋桨叶片传动轴5-3上；所述螺旋桨叶片轮毂5-2为类锥形；使用时，驱动螺旋桨叶片传动轴5-3转动，进而通过螺旋桨叶片传动轴5-3带动着螺旋桨叶片轮毂5-2转动，进而通过螺旋桨叶片轮毂5-2带动着螺旋桨叶片5-1转动，进而通过螺旋桨叶片5-1带动着水流流动，进而通过水流的反作用力进而推动着船体1向前侧行进。

工作原理：驱动螺旋桨叶片传动轴5-3转动，进而通过螺旋桨叶片传动轴5-3带动着螺旋桨叶片轮毂5-2转动，进而通过螺旋桨叶片轮毂5-2带动着螺旋桨叶片5-1转动，进而通过螺旋桨叶片5-1带动着水流流动，进而通过水流的反作用力进而推动着船体1向前侧行进；通过涡轮区4-4和涡轮叶片4-4-1提取螺旋桨尾流中的切向和径向速度分量，并将此能量应用于提高螺旋桨进水压力；涡轮区4-4可通过尾流区4-3带动，也可以主动为其提供动能，增加螺旋桨前端水压；通过转向舵3可以实现对船体1的方向控制；转向舵驱动杆2可以控制转向舵3的转向；可以通过整流罩组件4提取螺旋桨尾流中的切向和径向速度分量，并将此能量应用于提高螺旋桨进水压力，一方面可以提取螺旋桨尾流能量，提高能量利用率；另一方面，可以增加螺旋桨进水口压力，有效提高螺旋桨推力系数的同时，可以遏制螺旋桨空泡的产生。

可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种船用螺旋桨涡轮增速装置，包括船体(1)，其特征在于：所述船体(1)上安装有转向舵驱动杆(2)，转向舵驱动杆(2)下端固定安装有转向舵(3)，船体(1)还安装有支架(6)和螺旋桨组件(5)，支架(6)上安装有整流罩组件(4)，螺旋桨组件(5)一侧位于整流罩组件(4)内。

2.根据权利要求1所述一种船用螺旋桨涡轮增速装置，其特征在于，所述整流罩组件(4)包括整流罩(4-1)，所述整流罩(4-1)通过轴承(4-2)安装在支架(6)上，整流罩(4-1)内设置有内置腔(4-5)，螺旋桨组件(5)一侧位于内置腔(4-5)中，内置腔(4-5)将整流罩(4-1)分为尾流区(4-3)和涡轮区(4-4)两区域。

3.根据权利要求2所述一种船用螺旋桨涡轮增速装置，其特征在于，所述尾流区(4-3)位于整流罩(4-1)靠近转向舵(3)的一侧，尾流区(4-3)内周向均匀设置有多个整流叶片(4-3-1)。

4.根据权利要求2所述一种船用螺旋桨涡轮增速装置，其特征在于，所述涡轮区(4-4)位于整流罩(4-1)远离转向舵(3)的一侧，涡轮区(4-4)内周向均匀设置有多个涡轮叶片(4-4-1)。

5.根据权利要求4所述一种船用螺旋桨涡轮增速装置，其特征在于，所述螺旋桨组件(5)包括螺旋桨叶片(5-1)、螺旋桨叶片轮毂(5-2)和螺旋桨叶片传动轴(5-3)，所述螺旋桨叶片轮毂(5-2)周向均匀设置有多个螺旋桨叶片(5-1)，所述螺旋桨叶片轮毂(5-2)和螺旋桨叶片(5-1)位于内置腔(4-5)内，螺旋桨叶片轮毂(5-2)固定连接在螺旋桨叶片传动轴(5-3)上。

6.根据权利要求5所述一种船用螺旋桨涡轮增速装置，其特征在于，所述整流叶片(4-3-1)和涡轮叶片(4-4-1)旋向相反。

7.根据权利要求4所述一种船用螺旋桨涡轮增速装置，其特征在于，所述整流罩(4-1)为中端内凹的筒装结构。

8.根据权利要求5所述一种船用螺旋桨涡轮增速装置，其特征在于，所述螺旋桨叶片轮毂(5-2)为类锥形。

9.根据权利要求6所述一种船用螺旋桨涡轮增速装置，其特征在于，所述整流叶片(4-3-1)和涡轮叶片(4-4-1)数量和结构均相同。

10.根据权利要求5所述一种船用螺旋桨涡轮增速装置，其特征在于，所述螺旋桨叶片(5-1)设置有四个。

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