CN115140282A - 抗空化推进器及推进系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种抗空化推进器及推进系统，上述的抗空化推进器包括：轮毂、动叶、导叶、导管及摆叶组件；动叶连接于轮毂；导管围设于动叶和轮毂，以构建形成容置空间，容置空间具有敞口；导叶连接于导管，且位于容置空间内；摆叶组件设于敞口处，以构建形成出水通道；摆叶组件、导管与导叶围合形成压力区；摆叶组件能够在折叠状态和展开状态之间切换，以改变出水通道的截面尺寸，使压力区的压力值改变。本发明的抗空化推进器相较于现有技术，在摆叶组件展开时，出水通道的截面尺寸减小，压力区的压力值增大，能够有效抑制空泡的产生，避免空化现象的产生，进而提高抗空化推进器的推进效率，提高了推进器可靠性和服役寿命。

Description

抗空化推进器及推进系统

技术领域

本发明涉及船舶推进技术领域，尤其涉及一种抗空化推进器及推进系统。

背景技术

船舶在行进过程中，利用推进器对船体施加推力，推进器一般为桨叶式，通过推进器内部的桨叶旋转获得反作用力，进而推动船舶航行，然而，推进器的叶片在水中高速运转过程中，叶背、叶稍等部分随着转速的增加压力会逐渐降低，当压力降到某一临界值(饱和蒸汽压)以下时，会诱发产生液体急速汽化、膨胀、溃灭等一系列相变过程，在桨叶的上述部位产生时生时灭的空泡，即为空化现象，空化现象会导致推进器桨叶剥蚀损伤，从而影响船舶推进器可靠性和服役寿命。

发明内容

本发明提供一种抗空化推进器及推进系统，用以解决现有技术中推进器在工作过程中容易出现空化现象，导致桨叶剥蚀损伤的问题。

第一方面，本发明提供一种抗空化推进器，包括：轮毂、动叶、导叶、导管及摆叶组件；

所述动叶连接于所述轮毂；所述导管围设于所述动叶和所述轮毂，以构建形成容置空间，所述容置空间具有敞口；所述导叶连接于所述导管，且位于所述容置空间内；

所述摆叶组件设于所述敞口处，以构建形成出水通道；所述摆叶组件、所述导管与所述导叶围合形成压力区；所述摆叶组件能够在折叠状态和展开状态之间切换，以改变所述出水通道的截面尺寸，使所述压力区的压力值改变。

根据本发明提供一种的抗空化推进器，所述摆叶组件为两个，两个所述摆叶组件均设于所述敞口处，且分别安装于所述导管的两端。

根据本发明提供的一种抗空化推进器，两个所述摆叶组件关于所述轮毂的轴线对称布设。

根据本发明提供的一种抗空化推进器，所述摆叶组件包括多个摆叶及连接轴；

所述连接轴连接于所述导管，所述连接轴的轴线与所述轮毂的轴线垂直设置，多个所述摆叶均可转动地连接于所述连接轴。

根据本发明提供的一种抗空化推进器，所述摆叶组件还包括驱动件，所述驱动件与所述摆叶连接；

在所述驱动件的作用下，多个所述摆叶能够在折叠状态和展开状态之间切换，所述出水通道的截面尺寸能够逐渐增大，以使所述压力区的压力值逐渐减小，或，所述出水通道的截面尺寸能够逐渐减小，以使所述压力区的压力值增大。

根据本发明提供的一种抗空化推进器，所述摆叶为扇形、三角形及梯形中的一种。

根据本发明提供的一种抗空化推进器，所述抗空化推进器还包括回流组件；

所述回流组件包括回流管，所述回流管设于所述导管和所述导叶，以构建形成回流通道，其中，所述回流管的进水口朝向船舶的行进方向设置，所述回流管的出水口朝向所述压力区设置。

根据本发明提供的一种抗空化推进器，所述回流组件还包括扩压管，所述扩压管设于所述导叶，且与所述回流管的出水口连通，所述扩压管的出水口朝向所述压力区设置。

根据本发明提供的一种抗空化推进器，所述回流组件为两个，两个所述回流组件关于所述轮毂的轴线对称布设。

第二方面，本发明提供一种推进系统，包括：控制器、传感器、汽蚀特性库及如上述任一项所述的抗空化推进器；

所述传感器用于检测所述抗空化推进器的运行数据；

所述控制器用于根据所述运行数据获得所述抗空化推进器的汽蚀强度，并将所述汽蚀强度与所述汽蚀特性库内的抗蚀阈值进行比较获得比较结果，根据所述比较结果控制所述抗空化推进器的动作；

其中，所述运行数据包括：动叶参数、摆叶组件摆角及环境温度。

本发明提供的抗空化推进器，包括轮毂、动叶、导叶、导管和摆叶组件，其中，动叶设置在轮毂上，在动叶的作用下获得反作用力，推动船舶前行，在动叶的外围设置有导管，导叶连接于导管上，对水流进行导流，促使水流流向动叶，在与导叶相对的一侧，即导管形成的容置空间的敞口处设置有摆叶组件，摆叶组件、导管与导叶围合形成压力区，进一步，摆叶组件能够在折叠状态和展开状态之间切换，以改变出水通道的截面尺寸，使压力区的压力值改变，即，在摆叶组件展开时，出水通道的截面尺寸减小，压力区的压力值增大，此时，能够有效抑制空泡的产生，避免空化现象的产生，进而提高抗空化推进器的推进效率，提高了推进器可靠性和服役寿命。

进一步地，本发明提供的推进系统，由于具有如上所述的抗空化推进器，因此，同样具有如上所述的相同优势。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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是本发明实施例提供的抗空化推进器的结构示意图之一；

图2是本发明实施例提供的抗空化推进器的结构示意图之二；

图3是本发明实施例提供的回流通道的示意图；

图4是本发明实施例提供的推进系统的主视示意图；

图5是本发明实施例提供的推进系统的俯视示意图；

图6是本发明实施例提供的汽蚀特性库内汽蚀强度-转速特性曲线图；

附图标记：

1：抗空化推进器；11：轮毂；12：动叶；13：导叶；14：导管；15：摆叶组件；151：摆叶；152：连接轴；16：回流组件；161：回流管；162：扩压管；2控制器；3：汽蚀特性库；A：压力区。

具体实施方式

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”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中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。

本发明实施例提供了一种抗空化推进器1及推进系统，用以解决现有技术中推进器在工作过程中容易出现空化现象，导致桨叶剥蚀损伤的问题。

下面结合图1至图6描述本发明实施例的抗空化推进器1及推进系统。

第一方面，本发明实施例提供的抗空化推进器1，包括：轮毂11、动叶12、导叶13、导管14及摆叶组件15。

动叶12连接于轮毂11，导管14围设于动叶12和轮毂11，以构建形成容置空间，容置空间具有敞口；导叶13连接于导管14，且位于容置空间内。

摆叶组件15设于敞口处，以构建形成出水通道；摆叶组件15、导管14与导叶13围合形成压力区A；摆叶组件15能够在折叠状态和展开状态之间切换，以改变出水通道的截面尺寸，使压力区A的压力值改变。

具体地，如图1所示，抗空化推进器1由轮毂11、动叶12、导叶13、导管14和摆叶组件15组成，其中轮毂11的作用是为动叶12提供安装位置，且带动叶12转动，轮毂11转动的过程中，动叶12随之转动，以产生推力，即使推进器产生前进的动力。

如图1所示，轮毂11沿船舶行进的方向设置，动叶12围绕轮毂11的轴线设置在轮毂11上，动叶12的数量可以为1个，也可以为多个，为保障转动后对水流的作用力，为船舶提供足够的动力，动叶12的数量优选多个，且设置多个动叶12，即使其中一个动力损坏，也不会影响推进器的工作，依然能够提供动力，此处的多个是指两个及两个以上，具体数量不作限定，依据实际需要进行设置即可。

在动叶12的外围设置有导管14和导叶13，能够进一步对来水进行引导，其中，如图1所示，导管14围绕动叶12设置，即呈U形环绕轮毂11和动叶12设置，在其他实施例中，也可以将导管14设置为其他形状，例如V形、梯形等，能够围绕设置形成容置空间即可。

导叶13连接于导管14上，且位于轮毂11的前方，导叶13的数量可以为1个，即连接在导管14的上侧或下侧，也可以为2个，如图1所示，分别连接在导管14的上侧和下侧，还可以为其他数量，对其数量不做具体限定，设置在轮毂11的前方，能够对来水进行引导即可。

为了方便对水流进行引导，导叶13的形状可以为如图1所示的梯形形状，也可以为三角形或其他楔形形状，采取上宽下窄的结构，能够对来水进行很好的引导，促进水流流向动叶12，增强动叶12附近的水压，在动叶12转动时，产生更为强大的反推力。

摆叶组件15设置在U性导管14的端部，即出水口处，形成出水通道，导叶13、导管14和摆叶151组成构建形成压力区A，其中，摆叶组件15具有两种状态，即如图1所示的展开状态和如图2所示的折叠状态，摆叶组件15在两种状态之间切换时，出水通道的横截面积随之改变，对应的压力区A的压力值也将随之改变。

如图1所示，在摆叶组件15呈完全展开状态时，对应的出水通道的横截面积最小，出水口最小，此时压力区A的压力值最大，在压力值较大的情况下，不容易出现空泡现象，也就不容易对动叶12造成汽蚀，影响其性能。

在压力区A的汽蚀强度较小时，对应的，如图2所示，可以将摆叶组件15进行折叠，使其处于折叠状态，出水通道的横截面积随之增大，即出水口增大，对应的压力区A的压力值随之减小。

本发明实施例提供的抗空化推进器1，包括轮毂11、动叶12、导叶13、导管14和摆叶组件15，其中，动叶12设置在轮毂11上，在动叶12的作用下获得反作用力，推动船舶前行，在动叶12的外围设置有导管14，导叶13连接于导管14上，对水流进行导流，促使水流流向动叶12，在与导叶13相对的一侧，即导管14形成的容置空间的敞口处设置有摆叶组件15，摆叶组件15、导管14与导叶13围合形成压力区A，进一步，摆叶组件15能够在折叠状态和展开状态之间切换，以改变出水通道的截面尺寸，使压力区A的压力值改变，即，在摆叶组件15展开时，出水通道的截面尺寸减小，压力区A的压力值增大，此时，能够有效抑制空泡的产生，避免空化现象的产生，进而提高抗空化推进器1的推进效率，提高了推进器可靠性和服役寿命。

在可选的实施例中，摆叶组件15为两个，两个摆叶组件15均设于敞口处，且分别安装于导管14的两端。

具体地，摆叶组件15的可以数量可以为1个，也可以为2个，能够在折叠和展开状态下改变出水通道的横截面积即可，为了使其横截面积改变得更为明显，对应的压力区A的压力值改变得更有显著，如图1所示，摆叶组件15的数量优选为2个，两个摆叶组件15分别安装在导管14的末端处。

在可选的实施例中，两个摆叶组件15关于轮毂11的轴线对称布设。

具体地，为了保障推进的平衡性，两个摆叶组件15关于轮毂11的轴线对称设置在导管14的两端，能够保障出水通道的轴线与轮毂11的轴线一致，从而保障其反推力处于同一轴线位置，为船舶提供最大化的动力。

在可选的实施例中，摆叶组件15包括多个摆叶151及连接轴152。

连接轴152连接于导管14，连接轴152的轴线与轮毂11的轴线垂直设置，多个摆叶151均可转动地连接于连接轴152。

具体地，如图1所示，摆叶组件15由摆叶151和连接轴152组成，其中，连接轴152安装在导管14的端部，连接轴152的轴线与轮毂11的轴线垂直。

摆叶151的数量为多个，多个摆叶151可转动的连接在连接轴152上，可形成套叠的扇形形状，在一些实施例中，多个摆叶151可以如图1所示，端部连接在连接轴152上，也可以中心或者其他部位连接在连接轴152上，上述不同的设置方式均可落入本发明的保护范围中，在本发明实施例中，优选多个摆叶151的端部连接在连接轴152上，即多个摆叶151能够围绕其端部与连接轴152的连接点进行旋转，以实现折叠和展开。

在可选的实施例中，摆叶组件15还包括驱动件，驱动件与摆叶151连接。

在驱动件的作用下，多个摆叶151能够在折叠状态和展开状态之间切换，出水通道的截面尺寸能够逐渐增大，以使压力区A的压力值逐渐减小，或，出水通道的截面尺寸能够逐渐增大，以使压力区A的压力值逐渐减小。

具体地，摆叶151的展开和折叠可以依靠驱动件进行实现，该驱动件可以为电机。在驱动件的作用下，摆叶151能够实现类扇式的折叠和展开，如图1所示为展开状态，出水通道的截面尺寸能够逐渐减小，以使压力区A的压力值增大；如图2所示为折叠状态，出水通道的截面尺寸能够逐渐增大，以使压力区A的压力值逐渐减小。通过上述方式，能够根据需要适应性改变压力区A的压力。

在可选的实施例中，摆叶151为扇形、三角形及梯形中的一种。

具体地，为了实现出水通道的横截面积的改变，如图1所示，摆叶组件15设置为扇形结构，为构建形成这一扇形结构，摆叶151的形状可以为扇形，也可以为三角形，还可以为梯形或者其他上宽下窄的渐缩形状。

在可选的实施例中，抗空化推进器1还包括回流组件16。

回流组件16包括回流管161，回流管161设于导管14和导叶13，以构建形成回流通道，其中，回流管161的进水口朝向船舶的行进方向设置，回流管161的出水口朝向压力区A设置。

具体地，如图1所示，为了进一步增大压力区A的引流增压作用，本发明实施例中的还设有回流管161，回流管161可以单独穿设于导管14和导叶13单独的管道，也可以为导管14和导叶13的内部贯穿的容纳腔体，上述两种方式均可适用，能够形成回流通道即可。

回流管161具有进水口和出水口，其中，进水口设在动叶12下游导管14的内壁出，且朝向船舶的行进方向；出水口设置在导叶13靠近动叶12的侧壁面上，出水口朝向压力区A，随着动叶12的旋转导致其下游的压力升高，通过回流，将水向来流方向引流，溅射于压力区A内，以对压力区A进行增压，抑制空泡现象的出现。

在可选的实施例中，回流组件16还包括扩压管162，扩压管162设于导叶13，且与回流管161的出水口连通，扩压管162的出水口朝向压力区A设置。

具体地，为了进一步增大回流增压的效果，如图3所示，在回流管161的出水口端还设置有扩压管162，扩压管162为扩口形状，在一个示例中，扩压管162与回流管161的出水口的连接口直径较小，随其延伸方向口径逐渐增大，且口径朝向压力区A设置，通过旋流引射以进一步对压力区A进行增压。

在可选的实施例中，回流组件16为两个，两个回流组件16关于轮毂11的轴线对称布设。

具体地，处于推进器平衡性和进一步提升回流增压效果，如图1所示，回流组件16可以设置为两个，两个回流组件16对称布置在导管14上。

第二方面，本发明实施例还提供一种推进系统，包括：控制器2、传感器、汽蚀特性库3及如第一方面任一项的抗空化推进器1。

传感器用于检测抗空化推进器1的运行数据。

控制器2用于根据运行数据获得抗空化推进器1的汽蚀强度，并将汽蚀强度与汽蚀特性库3内的抗蚀阈值进行比较获得比较结果，根据比较结果控制抗空化推进器1的动作。

其中，运行数据包括：动叶参数、摆叶组件摆角及环境温度。

具体地，推进系统由控制器2、传感器、汽蚀特性库3和抗空化推进器1组成，如图4和图5所示，控制器2和汽蚀特性库3可以设置在船舶的内部，抗空化推进器1设置在船舶的尾端。控制器2可根据传感器的状态监测参数反馈调节摆叶组件15中的摆叶151的摆角以及动叶12的转速，满足一定转速条件下推进器低于抗蚀阈值的安全可靠运行需求。

汽蚀特性库3包含一系列的转速-汽蚀强度测试数据，测试数据通过对抗空化推进器1进行空化试验获得，其具体形成过程为：在一定的水温条件下，固定摆叶组件15的摆角，通过调整推进器的动叶12转速测试其汽蚀强度变化，从而获得一条转速-汽蚀强度曲线；进一步，改变摆叶组件15的摆角，重复上述试验，得到一定的水温，不同摆叶151摆角条件下的曲线簇；最后，改变水温，重复上述试验，如图6所示，最终得到转速-汽蚀强度特性数据曲线，将其封装在磁盘或硬盘中形成汽蚀特性库3。

推进系统运行过程中，通过调整摆叶151的摆叶组件15的展开角度和/或动叶12转速，降低推进器汽蚀强度至抗蚀阈值以下。

具体而言，传感器能够监测动叶12转速、环境温度和摆叶151的摆角参数，控制器2获得采集数据，并将数据进行处理，处理后，输送至汽蚀特性库3，通过数据检索得到当前状态下的汽蚀强度，对比该汽蚀强度与预设的抗蚀阈值，如果前者小于后者，则只需保持当前状态即可；

否则，进一步判断是够摆叶151摆角是否达到最大值Θ，如已达到，则降低动叶12转速，修正状态进行反馈分析；如未达到，则增大摆叶151摆角，修正状态进行反馈分析，重复上述过程至满足汽蚀强度小于抗蚀阈值条件，从而通过调整摆叶组件15的展开幅度调整压力区A的压力值，对应调整当前状态下的汽蚀强度，保证推进系统对船舶的顺利推进。

由于推进系统包括上述实施例所示的抗空化推进器1，该抗空化推进器1的具体结构参照上述实施例，由于该推进系统采用了上述实施例的技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的，本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种抗空化推进器，其特征在于，包括：轮毂、动叶、导叶、导管及摆叶组件；

所述动叶连接于所述轮毂；所述导管围设于所述动叶和所述轮毂，以构建形成容置空间，所述容置空间具有敞口；所述导叶连接于所述导管，且位于所述容置空间内；

所述摆叶组件设于所述敞口处，以构建形成出水通道；所述摆叶组件、所述导管与所述导叶围合形成压力区；所述摆叶组件能够在折叠状态和展开状态之间切换，以改变所述出水通道的截面尺寸，使所述压力区的压力值改变。

2.根据权利要求1所述的抗空化推进器，其特征在于，所述摆叶组件为两个，两个所述摆叶组件均设于所述敞口处，且分别安装于所述导管的两端。

3.根据权利要求2所述的抗空化推进器，其特征在于，两个所述摆叶组件关于所述轮毂的轴线对称布设。

4.根据权利要求1至3任一项所述的抗空化推进器，其特征在于，所述摆叶组件包括多个摆叶及连接轴；

所述连接轴连接于所述导管，所述连接轴的轴线与所述轮毂的轴线垂直设置，多个所述摆叶均可转动地连接于所述连接轴。

5.根据权利要求4所述的抗空化推进器，其特征在于，所述摆叶组件还包括驱动件，所述驱动件与所述摆叶连接；

在所述驱动件的作用下，多个所述摆叶能够在折叠状态和展开状态之间切换，所述出水通道的截面尺寸能够逐渐增大，以使所述压力区的压力值逐渐减小，或，所述出水通道的截面尺寸能够逐渐减小，以使所述压力区的压力值增大。

6.根据权利要求4所述的抗空化推进器，其特征在于，所述摆叶为扇形、三角形及梯形中的一种。

7.根据权利要求1所述的抗空化推进器，其特征在于，所述抗空化推进器还包括回流组件；

所述回流组件包括回流管，所述回流管设于所述导管和所述导叶，以构建形成回流通道，其中，所述回流管的进水口朝向船舶的行进方向设置，所述回流管的出水口朝向所述压力区设置。

8.根据权利要求7所述的抗空化推进器，其特征在于，所述回流组件还包括扩压管，所述扩压管设于所述导叶，且与所述回流管的出水口连通，所述扩压管的出水口朝向所述压力区设置。

9.根据权利要求7所述的抗空化推进器，其特征在于，所述回流组件为两个，两个所述回流组件关于所述轮毂的轴线对称布设。

10.一种推进系统，其特征在于，包括：控制器、传感器、汽蚀特性库及如权利要求1至9任一项所述的抗空化推进器；

所述传感器用于检测所述抗空化推进器的运行数据；

所述控制器用于根据所述运行数据获得所述抗空化推进器的汽蚀强度，并将所述汽蚀强度与所述汽蚀特性库内的抗蚀阈值进行比较获得比较结果，根据所述比较结果控制所述抗空化推进器的动作；

其中，所述运行数据包括：动叶参数、摆叶组件摆角及环境温度。

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