CN116495158B - 涵道式无轴喷水推进器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及喷水推进器技术领域，尤其涉及涵道式无轴喷水推进器，包括支架以及固定设置在支架上的进水涵道，进水涵道的端口固定连接有叶轮室，叶轮室的一端固定连接有喷口，叶轮室内设置有安装组件、叶轮组件以及推进组件，安装组件包括一对对称设置的支撑轮毂和环形结构的安装座，支撑轮毂与叶轮室内壁固定连接，两个支撑轮毂之间形成供叶轮组件旋转的环形滑道，安装座与叶轮室内壁固定连接且设置于两个支撑轮毂之间，推进组件安装于安装座内。本发明采用无轴设计，水流经过进水涵道时不会受到多余阻力影响，水流流入过程更为顺畅，有效降低了水流的流动损失，有效提高了推进器的推进功率输出效率。

Description

涵道式无轴喷水推进器

技术领域

本发明涉及喷水推进器技术领域，尤其涉及涵道式无轴喷水推进器。

背景技术

喷水推进器是一种新型的特种船艇推进装置，具有效率高、工作平稳以及附体阻力小等优点，在滑行艇、穿浪艇、水翼艇、气垫船等中高速船艇上得到广泛应用。喷水推进器工作时，进水流道造成的功率损失占总功率的7％-9％，船体形状对比喷水推进器的功率影响可达20％以上，该影响作用主要发生于进水流道的进口处。

如图1所示，现有的喷水推进器均属于有轴喷水推进器，由于传动轴的遮挡，导致水流会在轴线处产生绕流，影响周围流体的正常流动，增加了叶轮处流体的脉动，降低推进器效率，且容易产生振动，影响推进器的寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供涵道式无轴喷水推进器，旨在解决上述技术问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

涵道式无轴喷水推进器，包括支架以及固定设置在支架上的进水涵道，所述进水涵道的端口固定连接有叶轮室，所述叶轮室的一端固定连接有喷口，所述叶轮室内设置有安装组件、叶轮组件以及推进组件，所述安装组件包括一对对称设置的支撑轮毂和环形结构的安装座，所述支撑轮毂与叶轮室内壁固定连接，两个所述支撑轮毂之间形成供叶轮组件旋转的环形滑道，所述安装座与叶轮室内壁固定连接且设置于两个支撑轮毂之间，所述推进组件安装于安装座内。

所述叶轮组件包括叶轮圈，所述叶轮圈与叶轮室同轴设置，所述叶轮圈内壁上沿内圆周等间隔固定设置有若干推进叶轮，所述推进叶轮朝向叶轮圈的中心轴线延伸设置，所述叶轮圈适配滑动安装于环形滑道内。

所述推进组件包括叶轮转子以及定子绕组，所述叶轮转子包括轮缘，所述叶轮圈外圆周壁上均匀设置有若干限位块，所述轮缘内圆周壁上设置有与限位块一一对应的限位槽，所述轮缘通过限位块与限位槽的配合与叶轮圈卡接固定，所述轮缘的外圆周壁上等间隔设置有若干凹槽，所述凹槽内固定设置有永磁体，所述定子绕组包括定子线圈和环形铁芯，所述定子线圈固定设置在安装座内，所述环形铁芯固定设置在定子线圈内壁上且正对着永磁体，所述永磁体的外径小于环形铁芯的内径，所述定子绕组两端与叶轮转子之间设置有密封组件。

作为本发明进一步的方案：所述叶轮圈两端与环形滑道之间设置有密封轴承件。

作为本发明进一步的方案：所述叶轮室外壁设置有导线接口，所述定子绕组通过导线接口与外部电源实现电连接。

作为本发明进一步的方案：所述密封组件包括环形密封圈、锥面密封件以及球面密封件，所述锥面密封件固定设置在安装座内壁上，所述球面密封件固定设置在轮缘外壁上，所述锥面密封件与球面密封件相对设置，所述环形密封圈同时与锥面密封件以及球面密封件相抵接，所述定子线圈两端被一组对称设置的固定板夹持固定，所述固定板与环形密封圈之间设置有若干弹性柱。

作为本发明进一步的方案：所述轮缘外圆周上固定设置有滑套，所述环形密封圈的内圈与滑套滑动配合，所述环形密封圈一端设置有斜面密封部，所述斜面密封部与锥面密封件之间形成锥面密封，所述斜面密封部与球面密封件之间形成球面密封。

作为本发明进一步的方案：所述叶轮室内壁的一端沿内圆周固定设置有若干导流叶片，所述导流叶片朝向叶轮室中心轴线的一端均连接设置在中空圆筒的外圆周上，所述中空圆筒与叶轮室同轴设置。

作为本发明进一步的方案：所述喷口为直径渐缩管结构，所述喷口通过定位螺栓与进水涵道连接固定，所述叶轮室上设置有螺栓孔，所述定位螺栓贯穿螺栓孔设置。

本发明的有益效果：

(1)本发明采用无轴设计，相较于传统的有轴喷水推进器，无轴设计可以大幅度减少机械传动中存在的摩擦、润滑和磨损等问题，从而节约能源，提高工作效率。其次，利用磁力耦合驱动，实现了传动过程的间接传递，解决了机械传动中存在的干扰和传动信号携带等问题，提高了传动可靠性和稳定性。由于进水涵道内不存在轴，水流经过进水涵道时不会受到多余阻力影响，水流流入过程更为顺畅，有效降低了水流的流动损失，有效提高了推进器的推进功率输出效率。

(2)本发明通过设置密封组件，在弹性柱的弹力挤压作用下，斜面密封部紧紧抵靠在锥面密封件与球面密封件之间，当轮缘高速旋转时，球面密封件在旋转过程中始终与斜面密封部相抵靠，从而使得叶轮转子在旋转过程中始终与定子绕组保持良好的密封性能，有效避免了水流渗入以影响正常的驱动推进。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是现有的有轴喷水推进器的结构示意图；

图2是本发明的整体结构示意图；

图3是本发明的内部结构示意图；

图4是本发明的结构爆炸示意图；

图5是本发明中叶轮组件与推进组件的结构示意图；

图6是本发明中叶轮室的结构示意图；

图7是本发明中叶轮室的内部结构示意图；

图8是图7中A处的放大示意图。

图中：1、支架；2、进水涵道；3、叶轮室；31、导线接口；32、导流叶片；33、中空圆筒；34、螺栓孔；4、喷口；41、定位螺栓；5、安装组件；51、支撑轮毂；511、环形滑道；512、密封轴承件；52、安装座；6、叶轮组件；61、叶轮圈；611、限位块；62、推进叶轮；7、推进组件；71、叶轮转子；711、轮缘；712、限位槽；713、永磁体；72、定子绕组；721、定子线圈；722、环形铁芯；8、密封组件；81、环形密封圈；811、斜面密封部；82、锥面密封件；83、球面密封件；84；固定板；85、弹性柱；86、滑套。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图2-图5所示，本发明为涵道式无轴喷水推进器，包括支架1以及固定设置在支架1上的进水涵道2，进水涵道2的端口固定连接有叶轮室3，叶轮室3的一端固定连接有喷口4，其特征在于，叶轮室3内设置有安装组件5、叶轮组件6以及推进组件7，安装组件5包括一对对称设置的支撑轮毂51和环形结构的安装座52，支撑轮毂51与叶轮室3内壁固定连接，两个支撑轮毂51之间形成供叶轮组件6旋转的环形滑道511，安装座52与叶轮室3内壁固定连接且设置于两个支撑轮毂51之间，推进组件7安装于安装座52内。

具体的，支撑轮毂51采用刚性金属结构，其为叶轮组件6提供支撑作用，其中环形滑道511可以让叶轮组件6在支撑轮毂51之间实现旋转；安装座52设置在支撑轮毂51之间，其作用在于方便推进组件7的安装与拆卸。

如图5和图7所示，叶轮组件6包括叶轮圈61，叶轮圈61与叶轮室3同轴设置，叶轮圈61内壁上沿内圆周等间隔固定设置有若干推进叶轮62，推进叶轮62朝向叶轮圈61的中心轴线延伸设置，叶轮圈61适配滑动安装于环形滑道511内。

如图5所示，推进组件7包括叶轮转子71以及定子绕组72，叶轮转子71包括轮缘711，叶轮圈61外圆周壁上均匀设置有若干限位块611，轮缘711内圆周壁上设置有与限位块611一一对应的限位槽712，轮缘711通过限位块611与限位槽712的配合与叶轮圈61卡接固定，轮缘711的外圆周壁上等间隔设置有若干凹槽，凹槽内固定设置有永磁体713，定子绕组72包括定子线圈721和环形铁芯722，定子线圈721固定设置在安装座52内，环形铁芯722固定设置在定子线圈721内壁上且正对着永磁体713，永磁体713的外径小于环形铁芯722的内径，定子绕组72两端与叶轮转子71之间设置有密封组件8。

具体的，通过设置叶轮组件6、叶轮转子71以及定子绕组72，在实际使用时，定子线圈721通电，电流经定子线圈721传导至环形铁芯722，由于环形铁芯722围绕轮缘711设置，环形铁芯722生成的磁场配合永磁体713使得轮缘711进行转动，从而带动推进叶轮62实现高速旋转，相较于传统的有轴喷水推进器，无轴设计可以大幅度减少机械传动中存在的摩擦、润滑和磨损等问题，从而节约能源，提高工作效率。其次，利用磁力耦合驱动，实现了传动过程的间接传递，解决了机械传动中存在的干扰和传动信号携带等问题，提高了传动可靠性和稳定性。在推进叶轮62旋转过程中，水流从进水口吸入，经过进水涵道2后最终由喷口4喷出，以产生推力实现动力输出，在此过程中，当进水涵道2内有轴时(如图1所示)，水流从进水涵道2经过时，由于轴的影响，导致水流会在轴线处产生绕流，影响周围流体的正常流动，而当进水涵道2不存在轴时，水流经过进水涵道2时不会受到多余阻力影响，水流流入过程更为顺畅，有效降低了水流的流动损失，有效提高了推进器的推进功率输出效率。

其中，通过设置密封组件8，使得叶轮转子71在旋转过程中始终与定子绕组72保持良好的密封性能，从而能够避免推进器在水下工作时，水流渗入推进组件7中影响正常驱动推进。

如图8所示，叶轮圈61两端与环形滑道511之间设置有密封轴承件512。

具体的，通过设置密封轴承件512，一方面能够使得叶轮圈61能够在环形滑道511内顺畅地实现高速旋转过程，另一方面提高了支撑轮毂51之间内部腔室的密封性能，能有效避免水流渗入。

如图6所示，叶轮室3外壁设置有导线接口31，定子绕组72通过导线接口31与外部电源实现电连接。

具体的，通过导线接口31能够使得定子绕组72与外部电源进行电连接，从而实现电驱动，实际应用时，导线接口31与定子绕组72之间的导线连接处均采用密封处理。

如图8所示，密封组件8包括环形密封圈81、锥面密封件82以及球面密封件83，锥面密封件82固定设置在安装座52内壁上，球面密封件83固定设置在轮缘711外壁上，锥面密封件82与球面密封件83相对设置，环形密封圈81同时与锥面密封件82以及球面密封件83相抵接，定子线圈721两端被一组对称设置的固定板84夹持固定，固定板84与环形密封圈81之间设置有若干弹性柱85。

如图8所示，轮缘711外圆周上固定设置有滑套86，环形密封圈81的内圈与滑套86滑动配合，环形密封圈81一端设置有斜面密封部811，斜面密封部811与锥面密封件82之间形成锥面密封，斜面密封部811与球面密封件83之间形成球面密封。

具体的，通过设置环形密封圈81、锥面密封件82以及球面密封件83，在安装使用时，先将定子绕组72固定设置在安装座52内，再在定子绕组72的两端装配连接固定板84，并利用弹性柱85安装环形密封圈81，此时环形密封圈81的斜面密封部811只有上半斜面与安装座52上的锥面密封件82相抵靠，还未完全形成密封，接着在安装座52两端装配连接支撑轮毂51，然后利用限位块611与限位槽712的配合将轮缘711与叶轮圈61卡接固定，以形成整体实现同步旋转，再将叶轮圈61及轮缘711整体安装在两个支撑轮毂51之间形成的环形滑道511内，此时环形铁芯722正对着外圈的永磁体713，同时两端的球面密封件83也与锥面密封件82相对，此时斜面密封部811的上斜面与锥面密封件82之间形成锥面密封，斜面密封部811与球面密封件83之间形成球面密封，在弹性柱85的弹力挤压作用下，斜面密封部811紧紧抵靠在锥面密封件82与球面密封件83之间，当轮缘711高速旋转时，环形密封圈81的内圈在不断旋转的滑套86内滑动，同时球面密封件83在旋转过程中始终与斜面密封部811相抵靠，从而使得叶轮转子71在旋转过程中始终与定子绕组72保持良好的密封性能，有效避免了水流渗入以影响正常的驱动推进。

如图6所示，叶轮室3内壁的一端沿内圆周固定设置有若干导流叶片32，导流叶片32朝向叶轮室3中心轴线的一端均连接设置在中空圆筒33的外圆周上，中空圆筒33与叶轮室3同轴设置。

通过设置导流叶片32和中空圆筒33，导流叶片32导向水流沿垂直于的喷口4截面方向喷出，中空圆筒33能够有效增加整体结构刚度，降低了结构振动。

如图4所示，喷口4为直径渐缩管结构，喷口4通过定位螺栓41与进水涵道2连接固定，叶轮室3上设置有螺栓孔34，定位螺栓41贯穿螺栓孔34设置。

具体的，喷口4采用直径渐缩管结构，其作用是在于将水流的压能转换为动能，以提高水流的喷射速度，来获得更大的推进动力，

本发明的工作原理：在安装使用时，先将定子绕组72固定设置在安装座52内，再在定子绕组72的两端装配连接固定板84，并利用弹性柱85安装环形密封圈81，此时环形密封圈81的斜面密封部811只有上半斜面与安装座52上的锥面密封件82相抵靠，还未完全形成密封，接着在安装座52两端装配连接支撑轮毂51，然后利用限位块611与限位槽712的配合将轮缘711与叶轮圈61卡接固定，以形成整体实现同步旋转，再将叶轮圈61及轮缘711整体安装在两个支撑轮毂51之间形成的环形滑道511内，此时环形铁芯722正对着外圈的永磁体713，同时两端的球面密封件83也与锥面密封件82相对，此时斜面密封部811的上斜面与锥面密封件82之间形成锥面密封，斜面密封部811与球面密封件83之间形成球面密封，在弹性柱85的弹力挤压作用下，斜面密封部811紧紧抵靠在锥面密封件82与球面密封件83之间，当轮缘711高速旋转时，环形密封圈81的内圈在不断旋转的滑套86内滑动，同时球面密封件83在旋转过程中始终与斜面密封部811相抵靠。定子线圈721通过导线接口31通电，电流经定子线圈721传导至环形铁芯722，由于环形铁芯722围绕轮缘711设置，环形铁芯722生成的磁场配合永磁体713使得轮缘711进行转动，从而带动推进叶轮62实现高速旋转，由于进水涵道2内不存在轴，水流经过进水涵道2时不会受到多余阻力影响，水流流入过程更为顺畅，有效降低了水流的流动损失，有效提高了推进器的推进功率输出效率。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (5)

1.涵道式无轴喷水推进器，包括支架（1）以及固定设置在支架（1）上的进水涵道（2），所述进水涵道（2）的端口固定连接有叶轮室（3），所述叶轮室（3）的一端固定连接有喷口（4），其特征在于，所述叶轮室（3）内设置有安装组件（5）、叶轮组件（6）以及推进组件（7），所述安装组件（5）包括一对对称设置的支撑轮毂（51）和环形结构的安装座（52），所述支撑轮毂（51）与叶轮室（3）内壁固定连接，两个所述支撑轮毂（51）之间形成供叶轮组件（6）旋转的环形滑道（511），所述安装座（52）与叶轮室（3）内壁固定连接且设置于两个支撑轮毂（51）之间，所述推进组件（7）安装于安装座（52）内；

所述叶轮组件（6）包括叶轮圈（61），所述叶轮圈（61）与叶轮室（3）同轴设置，所述叶轮圈（61）内壁上沿内圆周等间隔固定设置有若干推进叶轮（62），所述推进叶轮（62）朝向叶轮圈（61）的中心轴线延伸设置，所述叶轮圈（61）适配滑动安装于环形滑道（511）内；

所述推进组件（7）包括叶轮转子（71）以及定子绕组（72），所述叶轮转子（71）包括轮缘（711），所述叶轮圈（61）外圆周壁上均匀设置有若干限位块（611），所述轮缘（711）内圆周壁上设置有与限位块（611）一一对应的限位槽（712），所述轮缘（711）通过限位块（611）与限位槽（712）的配合与叶轮圈（61）卡接固定，所述轮缘（711）的外圆周壁上等间隔设置有若干凹槽，所述凹槽内固定设置有永磁体（713），所述定子绕组（72）包括定子线圈（721）和环形铁芯（722），所述定子线圈（721）固定设置在安装座（52）内，所述环形铁芯（722）固定设置在定子线圈（721）内壁上且正对着永磁体（713），所述永磁体（713）的外径小于环形铁芯（722）的内径，所述定子绕组（72）两端与叶轮转子（71）之间设置有密封组件（8）；

所述密封组件（8）包括环形密封圈（81）、锥面密封件（82）以及球面密封件（83），所述锥面密封件（82）固定设置在安装座（52）内壁上，所述球面密封件（83）固定设置在轮缘（711）外壁上，所述锥面密封件（82）与球面密封件（83）相对设置，所述环形密封圈（81）同时与锥面密封件（82）以及球面密封件（83）相抵接，所述定子线圈（721）两端被一组对称设置的固定板（84）夹持固定，所述固定板（84）与环形密封圈（81）之间设置有若干弹性柱（85）；

所述轮缘（711）外圆周上固定设置有滑套（86），所述环形密封圈（81）的内圈与滑套（86）滑动配合，所述环形密封圈（81）一端设置有斜面密封部（811），所述斜面密封部（811）与锥面密封件（82）之间形成锥面密封，所述斜面密封部（811）与球面密封件（83）之间形成球面密封。

2.根据权利要求1所述的涵道式无轴喷水推进器，其特征在于，所述叶轮圈（61）两端与环形滑道（511）之间设置有密封轴承件（512）。

3.根据权利要求1所述的涵道式无轴喷水推进器，其特征在于，所述叶轮室（3）外壁设置有导线接口（31），所述定子绕组（72）通过导线接口（31）与外部电源实现电连接。

4.根据权利要求1所述的涵道式无轴喷水推进器，其特征在于，所述叶轮室（3）内壁的一端沿内圆周固定设置有若干导流叶片（32），所述导流叶片（32）朝向叶轮室（3）中心轴线的一端均连接设置在中空圆筒（33）的外圆周上，所述中空圆筒（33）与叶轮室（3）同轴设置。

5.根据权利要求1所述的涵道式无轴喷水推进器，其特征在于，所述喷口（4）为直径渐缩管结构，所述喷口（4）通过定位螺栓（41）与进水涵道（2）连接固定，所述叶轮室（3）上设置有螺栓孔（34），所述定位螺栓（41）贯穿螺栓孔（34）设置。