CN116161207A - 一种船用推进器 - Google Patents

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刘亚洲
张宏飞
王晨
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Abstract

本发明公开了一种船用推进器，属于船用推进器技术领域，一种船用推进器包括升降装置、推进器、控制模块、导流环，通过在船舶的底部增加升降装置，同时将推送器与升降装置连接，控制模块控制着升降装置的作业，同时在升降装置的举升架上设置了监控器，作业时，监控时实时检测水下的作业环境，到检测到有礁石等物体时，监控器实时将信号传输至控制模块，控制模块控制升降装置的升降进而规避水下物体，同时将在导流环的端部设置了导流冠，且导流环和导流冠分别设计呈轴对称的旋转体，采用流线法的对定子叶片和定子叶身设计，控制导流环的轴向和抗空性能，进而改善推进器的噪音。

Description

一种船用推进器
技术领域
本发明涉及一种船用推进器，具体是一种船用推进器。
背景技术
船舶工业是为海洋开发、水上交通及国防建设提供技术装备的战略性产业，是军民结合的现代综合性产业，是先进装配制造业的重要部分，现代船舶对其推进性能和操纵性能的要求越来越高，特别是现代港口拖轮、海洋工程船舶、援潜救生母船等特种船舶对大推力、高操纵性能推进系统的要求更为迫切。
然而船舶在不用水上作用，用于水深不同，需要推进器也不同，同时在水下的工况是不同的，常会遇到礁石海草等，然后在船舶航速升高时，船舶的螺旋桨容易产生空话现象，产生明显的噪音，同时由于作业时推进器无法上下移动，当遇到礁石时无法第一时间规避，推进器的故障率较高。
发明内容
发明目的：一种船用推进器，以解决现有技术存在的上述问题。
技术方案：一种船用推进器，包括船舶，设置在所述船舶底部的用于带动推动器升降的升降装置，设置在所述升降装置上的用于带动船舶推进的推进器，设置在所述船舶上的与所述升降装置连接的并且用于控制升降装置的控制模块；
所述推进器包括设置在所述升降装置端部的导流环，设置在所述导流环上的旋转轴，设置在所述旋转轴一端的第一驱动系统，设置所述旋转轴另一端的第一螺旋桨，套接在所述旋转轴上的套筒，设置在所述套筒一端第二驱动系统，设置在所述套筒另一端的第二螺旋桨；
所述第一螺旋桨和第二螺旋桨直接设有预设的间距；
所述升降装置的起始状态水平状，当所述升降装置作业时，最大极限可以带动所述推进器下降的同时可在水下倾斜130°～135°。
在进一步实例中，所述导流环的端部连接有用于吸收多余噪音的导流冠；
所述第一螺旋桨和第二螺旋桨位于所述导流冠内部。
在进一步实例中，所述导流环设计呈对称旋转体；
所述导流环选用船用钢板焊接而成，内圈为不锈钢。
在进一步实例中，所述第一螺旋桨位于推进器的前置位置，第二螺旋桨位于第一螺旋桨的后方，所述第一螺旋桨为定子螺旋；
所述定子叶片和定子叶身；
所述导流环的设计与定子叶片和定子叶身适配；
所述导流环的拱度和厚度两个参数为自变量，截面上下表面坐标函数为：
Figure BDA0004182847930000021
式中：f为拱度，t为厚度；
hd＝D/2+δtip
式中：δtip定子叶片与所述导流环内壁间隙距离；
拱度修正为
Figure BDA0004182847930000022
t(i)＝yu(i)-yl(i)；
Figure BDA0004182847930000023
式中，n为截面弦向分段数；
fd＝fk*f
式中，fk为拱度修正倍数，fd为修正后的拱度。
在进一步实例中，所述定子叶片和定子叶身作业时扭曲小，采用流线型设计，所述定子叶片设计成圆弧状。
在进一步实例中，所述定子叶片设计根据如下几何设计参数；
Figure BDA0004182847930000024
Figure BDA0004182847930000025
Figure BDA0004182847930000026
式中：αs1为定子剖面的进流角，αs2为出流角，Ls为定子弦长，R为圆弧半径，βL7定子安装角，f为拱度分布，x为(-θ，θ)角度变化的自变量。
在进一步实例中，所述升降装置包括固定座，设置在所述固定座上的，设置在所述固定座上的回转支架，设置在所述回转支架上的举升架，连接在所述固定座上的第一铰链座，与所述铰链座转动配合的举升杠，设置在所述举升杠升降端的第二铰链座，设置在所述举升架上的第一支撑套和第二支撑套；
所述第二铰链座的底部固定安装在所述举升架上。
在进一步实例中，所述第一支撑套和第二支撑套结构相同；
所述第一支撑套包括固定部和夹持部；
所述夹持部设有橡胶垫；
夹持部的半径与导流环的半径适配。
在进一步实例中，所述导流冠螺接在所述导流环上，所述导流冠包括倾斜部，与所述倾斜部连接的圆弧部，与所述圆弧部连接的延长部。
在进一步实例中，所述导流环与夹持适配。
有益效果：本发明公开了一种船用推进器，通过在船舶的底部增加升降装置，同时将推送器与升降装置连接，控制模块控制着升降装置的作业，同时在升降装置的举升架上设置了监控器，作业时，监控时实时检测水下的作业环境，到检测到有礁石等物体时，监控器实时将信号传输至控制模块，控制模块控制升降装置的升降进而规避水下物体，同时将在导流环的端部设置了导流冠，且导流环和导流冠分别设计呈轴对称的旋转体，采用流线法的对定子叶片和定子叶身设计，控制导流环的轴向和抗空性能，进而改善推进器的噪音。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明升降装置的结构示意图。
图3为本发明举升架的结构示意图。
图4为本发明推进器的截面图。
图5为本发明定子叶片的原理图。
图6为本发明定子叶片的结构示意图。
图7为本发明升降装置的水平状态示意图。
图8为本发明升降装置下降状态示意图。
图9为本发明导流环的剖面示意图。
附图标记：1、升降装置；2、推进器；3、控制模块；4、导流环；5、旋转轴；6、第一驱动系统；7、第一螺旋桨；8、套筒；9、第二驱动系统；10、第二螺旋桨；11、导流冠；12、吸引层；13、定子叶片；14、定子叶身；15、固定座；16、回转支架；17、举升架；18、第一铰链座；19、举升杠；20、第二铰链座；21、第一支撑套；22、第二支撑套；23、固定部；24、夹持部；25、橡胶垫；26、倾斜部；27、圆弧部；28、延长部。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明实施例中可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明实施例中发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“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。
下面通过实施例，并结合附图对本方案做进一步具体说明。
如图1至图3所示，一种船用推进器由升降装置1、推前器2、控制模块3等部件组成其中升降装置1设置在船舶底部用于带着推进器2的升降，推进器2设置在升降装置1上，控制模块3设置在船舶上，同时控制模块3与升降装置1电连接，通过控制模块3控制着升降装置1的升降和倾斜角度，由于推进器2与升降装置1连接，进而控制着推进器2的在水下的升降和倾斜角度，同时为了全面监测水下环境，在升降装置1上设置了监控器，通过监控器实时监控水下环境，提高推进器2的自动化水平，且监控器与控制模块3连接。
作为一个优选案例，推进器2包括导流环4、旋转轴5、第一驱动系统6、第一螺旋桨7、第二驱动系统9、第二螺旋桨，导流环4与升降装置1连接，旋转轴5设置在导流环4的内部，第一驱动系统6设置在旋转轴5的一端，第一螺旋桨7设置在旋转轴5的另一端，套筒8套接在旋转轴5上，第二驱动系统9设置在套筒8上，并且位于套筒8的端部，第二螺旋桨10设置在套筒8的另一端，第一螺旋桨7和第二螺旋桨10直接设有预设的间距。通过第一螺旋桨7和第二螺旋桨10相对旋转，作业时第一螺旋桨7和第二螺旋桨10相差180度，采用对转时第一螺旋桨7和第二螺旋桨10形成相同强度的涡面，相位相反，涡流强度减弱，同时第一螺旋桨7和第二螺旋桨10对转转产生的偏力也相互取消，避免了安装纠偏，这个对推进器2干扰就减少了。
具体的，升降装置1包括固定座15、回转支架16、举升架17、第一铰链座18、举升杠19、第二铰链座20、第一支撑套21、第二支撑套22、固定部23、夹持部24、橡胶垫25；固定座15设置在船舶的底部预设的位置，回转支架16与固定座15连接，举升架与回转支架16连接，第一铰链座18与固定座15连接，举升杠19与第一铰链座18连接，第二铰链座20与举升杠19的升降端连接，第二铰链座20固定在举升架17上，第一支撑套21和第二支撑套22设置分别设置在举升架17上，且第一支撑套21和第二支撑套22结构相同，固定部23与举升架17连接，夹持部24用于固定推进器2，同时为了紧固密封和缓冲，在夹持部24的内部设置了橡胶垫25。同时夹持部24的半径与导流环4的半径适配，作业时通过举升杠19的伸缩带动着推进器2的在水下深浅程度，且升降装置1的起始状态水平状，当所述升降装置1作业时，最大极限可以带动所述推进器2下降的同时可在水下倾斜130°至135°，起始状态举升架17的水平面和固定座15的水平面相互平行，举升杠19的中心轴线与举升架17的水平面设有30°至45°的角度，作业时通过控制模块3控制着举升杠19的伸缩，固定座15为固定端，第一铰链座18与举升杠19的一端转动配合连接，举升架17与回转支架16转动配合，进而当举升杠19的伸缩臂伸长时，进而带动着举升架17围绕着回转支架16的旋转部旋转，举升杠19围绕着第一铰链座18的旋转部旋转，进而举升架17和举升杠19同步旋转向下下降，当上升时，原理相同，即带着推进器2同时上升与下降。
具体的为了更合理安装推进器2，作业时让推进器2与举升架17同步运动，同时在一个工作面上，举升架17设计成矩形，包括旋转部和安装部，旋转部可以位于回转支架16旋转，安装部用于安装推进器2，安装部为中空状，第一支撑套21和第二支撑套设置在安装部。
为了减少在推进器2作业时的噪音同时也为了提高推进器2的轴向受力和抗空性能，导流冠11螺接在所述导流环4上，导流冠11包括倾斜部26，与所述倾斜部26连接的圆弧部27，与所述圆弧部27连接的延长部28，导流环与夹持部24适配；所述导流环4的端部连接有用于吸收多余噪音的导流冠11；所述第一螺旋桨7和第二螺旋桨10位于所述导流冠11内部，所述第一螺旋桨7位于推进器2的前置位置，第二螺旋桨10位于第一螺旋桨7的后方，所述第一螺旋桨7为定子螺旋；所述定子叶片13和定子叶身14。
具体的，所述导流环4设计呈对称旋转体；所述导流环4选用船用钢板(B级钢板)焊接而成，内圈为不锈钢，导流环4的内部设置吸引层12，进一步减少了第一螺旋桨7和第二螺旋桨10作业时的噪音。
具体的，导流环4的截面设计设计多个几个参数，剖面角度和船舶后伴流场密切相关，选择较大剖角时可以抑制船舶阻力增加，而选择选小的剖角可以增加导管推力，设计时权衡进行考虑所述导流环4的设计与定子叶片13和定子叶身14适配；
所述导流环4的拱度和厚度两个参数为自变量，截面上下表面坐标函数为：
Figure BDA0004182847930000061
式中：f为拱度，t为厚度；
hd＝D/2+δtip
式中：δtip定子叶片与所述导流环内壁间隙距离(m)可取0.01D；
通常更直观的给定截面上下表面到弦线的距离yu和yl参数表，但是通过拱度修正，因此需要变换拱度、厚度和剖角参变量的等式；
Figure BDA0004182847930000062
t(i)＝yu(i)-yl(i)；
Figure BDA0004182847930000063
式中，n为截面弦向分段数；
fd＝fk*f
式中，fk为拱度修正倍数，fd为修正后的拱度，βd为剖面角度。
具体的，以NACA系列减速型导管为原型，根据已知坐标计算拱度分布，
具体的，定子叶片和定子叶身作业时扭曲小，采用流线型设计，所述定子叶片设计成圆弧状。
具体的，所述定子叶片设计根据如下几何设计参数；
Figure BDA0004182847930000071
Figure BDA0004182847930000072
Figure BDA0004182847930000073
式中：αs1为定子剖面的进流角，αs2为出流角，Ls为定子弦长，R为圆弧半径，βL7定子安装角，f为拱度分布，x为(-θ，θ)角度变化的自变量，在确定推进器定子叶片设计时，进流角αs1定义为进口位置处的轴向速度和圆周速度的夹角，出流角αs2定义同进流角，由于前置定子出流提供小尺寸均匀预旋，故可参考经验，将出流角取为90。考虑叶片实体条件，可将安装角增大4°-7°，以应对流体运动惯性影响，在确定进、出流角大小的前提下可以通过：
Figure BDA0004182847930000074
Figure BDA0004182847930000075
Figure BDA0004182847930000076
计算出定子叶片的f为拱度分布，结合NACA系列螺旋桨的参数完成定子叶片的剖面设计。
具体的，第二螺旋桨10是推进器2的做功部件，采用升力法进行对第二螺旋桨10的设计，同时为了推进器2工作环境严峻，涡气流复杂。涡轮叶片带冠，是为了减少叶尖处的漏气损失，在第一螺旋桨7的叶片上设置了叶冠，改善梢涡流场，同时由于叶冠部位较薄，因此转子叶冠采用整体结构形式，采用铸造成型。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种船用推进器，包括船舶，其特征在于；设置在所述船舶底部的用于带动推动器升降的升降装置，设置在所述升降装置上的用于带动船舶推进的推进器，设置在所述船舶上的与所述升降装置连接的并且用于控制升降装置的控制模块；
所述推进器包括设置在所述升降装置端部的导流环，设置在所述导流环上的旋转轴，设置在所述旋转轴一端的第一驱动系统，设置所述旋转轴另一端的第一螺旋桨，套接在所述旋转轴上的套筒，设置在所述套筒一端第二驱动系统，设置在所述套筒另一端的第二螺旋桨；
所述第一螺旋桨和第二螺旋桨直接设有预设的间距；
所述升降装置的起始状态水平状，当所述升降装置作业时，最大极限可以带动所述推进器下降的同时可在水下倾斜130°～135°。
2.根据权利要求1所述的一种船用推进器，其特征在于：所述导流环的端部连接有用于吸收多余噪音的导流冠；
所述第一螺旋桨和第二螺旋桨位于所述导流冠内部。
3.根据权利要求1所述的一种船用推进器，其特征在于：所述导流环设计呈对称旋转体；
所述导流环选用船用钢板焊接而成，内圈为不锈钢。
4.根据权利要求3所述的一种船用推进器，其特征在于：所述第一螺旋桨位于推进器的前置位置，第二螺旋桨位于第一螺旋桨的后方，所述第一螺旋桨为定子螺旋；
所述定子叶片和定子叶身；
所述导流环的设计与定子叶片和定子叶身适配；
所述导流环的拱度和厚度两个参数为自变量，截面上下表面坐标函数为：
Figure FDA0004182847920000011
式中：f为拱度，t为厚度；
hd＝D/2+δtip
式中：δtip定子叶片与所述导流环内壁间隙距离；
拱度修正为
Figure FDA0004182847920000012
t(i)＝yu(i)-yl(i)；
Figure FDA0004182847920000021
式中，n为截面弦向分段数；
fd＝fk*f
式中，fk为拱度修正倍数，fd为修正后的拱度。
5.根据权利要求4所述的一种船用推进器，其特征在于：所述定子叶片和定子叶身作业时扭曲小，采用流线型设计，所述定子叶片设计成圆弧状。
6.根据权利要求5所述的一种船用推进器，其特征在于；所述定子叶片设计根据如下几何设计参数；
Figure FDA0004182847920000022
Figure FDA0004182847920000023
Figure FDA0004182847920000024
式中：αs1为定子剖面的进流角，αs2为出流角，Ls为定子弦长，R为圆弧半径，βL7定子安装角，f为拱度分布，x为(-θ，θ)角度变化的自变量。
7.根据权利要求1所述的一种船用推进器，其特征在于；所述升降装置包括固定座，设置在所述固定座上的，设置在所述固定座上的回转支架，设置在所述回转支架上的举升架，连接在所述固定座上的第一铰链座，与所述铰链座转动配合的举升杠，设置在所述举升杠升降端的第二铰链座，设置在所述举升架上的第一支撑套和第二支撑套；
所述第二铰链座的底部固定安装在所述举升架上。
8.根据权利要求7所述的一种船用推进器，其特征在于；所述第一支撑套和第二支撑套结构相同；
所述第一支撑套包括固定部和夹持部；
所述夹持部设有橡胶垫；
夹持部的半径与导流环的半径适配。
9.根据权利要求2所述的一种船用推进器，其特征在于；所述导流冠螺接在所述导流环上，所述导流冠包括倾斜部，与所述倾斜部连接的圆弧部，与所述圆弧部连接的延长部。
10.根据权利要求1所述的一种船用推进器，其特征在于：所述导流环与夹持适配。
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