CN116729607A - 一种桨舵一体的吊舱对转轮缘推进器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种桨舵一体的吊舱对转轮缘推进器，包括：通过连接杆连接桨舵和对转轮缘推进器，形成桨舵一体的吊舱对转轮缘推进器，本发明将桨舵与对转轮缘推进器进行一体化设计，通过焊接将对转轮缘推进器与桨舵连接，可以使对转轮缘推进器拥有更好的回转半径，获得更好地回转性能，保留了对转轮缘推进器的优点，较单桨推进器拥有更高的推力与更好的操纵性能，吊舱船舵可以通过操纵杆或自动控制系统来控制船舶的航向和方向，灵活应对各种航行情况和环境变化。通过微调来实现对船舶航向和方向的精确控制，能够确保船舶在海上行驶的安全和准确性。达到增强回转性能，优化尾流，提高推进效率的目的。

Description

一种桨舵一体的吊舱对转轮缘推进器

技术领域

本发明涉及船舶推进技术领域，具体而言，尤其涉及一种桨舵一体的吊舱对转轮缘推进器。

背景技术

关于对转轮缘推进器的实验研究和工程应用，已经做了大量的调查。早期的研究大多集中在优化对转轮缘机对转螺旋桨水动力性能。2004年，美国的Schilling Robitics公司开发了输入电压600V、功率7.5kW、输出转速1000r/min、额定推力200N的5叶无轴轮缘推进器，其功率相对较小。挪威Brunvoll公司研制的100kW大型4叶无轴轮缘推进器，该无轴轮缘推进器通过电机永磁体的旋转带动螺旋桨运转。

2006年，荷兰的Vander Velden Marine System公司研制出了7叶无轮毂驱动推进器，并形成螺旋桨直径从0.45～1.05m，输出功率从30～295kW的系列化产品。武汉理工大学的严新平和欧阳武等人在2015年率先提出了一种对转无轴轮缘推进器的理论模型。对转无轴轮缘推进器在结构形式、控制方法和水动力性能等方面均不同于传统推进器，影响对转无轴轮缘推进器性能的因素很多，如桨叶和导管的水动力性能、电机性能、对转无轴轮缘推进器与船体的耦合等，而推进器的水动力性能会直接影响到对转无轴轮缘推进器的推进效率；严欣平等人针对210kW对转无轴轮缘推进器，分析其叶数，桨距及转速等宏观参数对对转无轴轮缘推进器的影响规律，得出桨叶数的增大会改善其振动性能，减小轮缘长度可使效率增加，且适度减小平行中体尺寸也可使效率提升。

发明内容

根据上述提出的技术问题，提供一种桨舵一体的吊舱对转轮缘推进器。本发明通过使桨舵与对转轮缘推进器一体化，达到增强回转性能，优化尾流，提高推进效率的目的。

本发明采用的技术手段如下：

一种桨舵一体的吊舱对转轮缘推进器，包括：连接杆、桨舵以及对转轮缘推进器，其中：

通过连接杆连接桨舵和对转轮缘推进器，形成桨舵一体的吊舱对转轮缘推进器。

进一步地，所述对转轮缘推进器包括导管、前定子、前转子、前桨叶、后定子、后转子、后桨叶；其中：

前定子、后定子、前转子和后转子位于导管内部，前定子和后定子分别设置在前转子和后转子的内侧，前转子和后转子分别与前桨叶和后桨叶连接。

进一步地，所述导管的动力通过前定子和后定子传递到前转子和后转子上，使泵喷推进器产生向前的推力。

进一步地，所述桨舵设置在所述导管的外侧，通过连接杆进行焊接连接，保证结构的一体性。

进一步地，所述前转子和后转子的直径为D，D＝0.304m。

进一步地，所述前桨叶设置有5个叶片，所述后桨叶设置有4个叶片，所述前桨叶和后桨叶之间设置有间距，间距为0.125m。

进一步地，所述前定子和前转子之间设置有轴承，所述后定子和后转子之间设置有轴承。

进一步地，所述桨舵采用流线型舵，舵高为0.76m。

进一步地，所述连接杆为高0.04m的圆柱体，桨舵通过连接杆采用焊接形式连接。

进一步地，所述前定子和后定子的内部采用环形永磁电机驱动，前桨叶和后桨叶通过磁极永磁铁提供不同方向的转速。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明将桨舵与对转轮缘推进器进行一体化设计，通过焊接将对转轮缘推进器与桨舵连接，可以使对转轮缘推进器拥有更好的回转半径，获得更好地回转性能，保留了对转轮缘推进器的优点，较单桨推进器拥有更高的推力与更好的操纵性能，吊舱船舵可以通过操纵杆或自动控制系统来控制船舶的航向和方向，灵活应对各种航行情况和环境变化。通过微调来实现对船舶航向和方向的精确控制，能够确保船舶在海上行驶的安全和准确性。

2、本发明提供的桨舵一体的吊舱对转轮缘推进器，由于无轴的构造，推进器为环形永磁电机优化设计，占用船舱空间少，轮缘推进器可以通过不同的安装方式来适应不同的船体设计，能够实现更加灵活的船体设计和更好的流线型。

3、本发明提供的桨舵一体的吊舱对转轮缘推进器，由于轮缘推进器的旋转速度较低，噪音低、有较小的振动和冲击，轮缘推进器的推力产生方式与螺旋桨推进器不同，能够减少船体的振动和冲击，提高航行的舒适性和稳定性，更适用于需要在敏感环境下工作的船舶。

4、本发明提供的桨舵一体的吊舱对转轮缘推进器，对转轮缘推进器的推力产生方式可以减少能量损失和阻力，提高船舶的推进效率和节能效果。此外，轮缘推进器的推进效率不会受到船舱布置等因素的影响，相对于普通推进器更具有优势。轮缘推进器的结构相对简单，维护和保养相对容易。此外，轮缘推进器的维护和保养成本也较低，可以降低船舶的运营成本。

基于上述理由本发明可在船舶推进等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例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做以简单地介绍，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明桨舵一体的吊舱对转轮缘推进器结构正视图。

图2为本发明桨舵一体的吊舱对转轮缘推进器结构俯视图。

图3为本发明桨舵一体的吊舱对转轮缘推进器结构侧视图。

图4为本发明对转轮缘推进器结构正视图。

图5为本发明对转轮缘推进器结构俯视图。

图6为本发明对转轮缘推进器结构侧视图。

图7为本发明桨舵一体的吊舱对转轮缘推进器内部结构示意图。

图8为本发明带舵对转轮缘推进器与普通轮缘推进器推力系数对比图。

图9为本发明带舵对转轮缘推进器与普通轮缘推进器转矩系数对比图。

图10为本发明带舵对转轮缘推进器与普通轮缘推进器效率对比图。

图11为本发明带舵对转轮缘推进器与普通轮缘推进器回转性能对比图。

图中：1、导管；2、前定子；3、前转子；4、前桨叶；5、后定子；6、后转子；7、后桨叶；8、连接杆；9、桨舵。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是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，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1-3所示，本发明提供了一种桨舵一体的吊舱对转轮缘推进器，包括：连接杆8、桨舵9以及对转轮缘推进器，其中：

通过连接杆8连接桨舵9和对转轮缘推进器，形成桨舵一体的吊舱对转轮缘推进器。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，如图4-6所示，所述对转轮缘推进器包括导管1、前定子2、前转子3、前桨叶4、后定子5)后转子6、后桨叶7；其中：

前定子2、后定子5、前转子3和后转子6位于导管1内部，前定子2和后定子5分别设置在前转子3和后转子6的内侧，前转子3和后转子6分别与前桨叶4和后桨叶7连接。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述导管1的动力通过前定子2和后定子5传递到前转子3和后转子6上，使泵喷推进器产生向前的推力。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述桨舵9设置在所述导管1的外侧，通过连接杆8进行焊接连接，保证结构的一体性。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述前转子3和后转子6的直径为D，D＝0.304m。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述前桨叶4设置有5个叶片，所述后桨叶7设置有4个叶片，所述前桨叶4和后桨叶7之间设置有间距，间距为0.125m。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述前定子2和前转子3之间设置有轴承，所述后定子5和后转子6之间设置有轴承。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述桨舵9采用流线型舵，舵高为0.76m。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述连接杆8为高0.04m的圆柱体，桨舵9通过连接杆8采用焊接形式连接。

具体实施时，作为本发明优选的实施方式，所述前定子2和后定子5的内部采用环形永磁电机驱动，前桨叶4和后桨叶7通过磁极永磁铁提供不同方向的转速。

综上所述，本发明提供的桨舵一体的吊舱对转轮缘推进器，采用无轴轮缘推进器，并采用了不同于电力推进器的结构设计，将电机和螺旋桨合为一体，这种结构紧凑的集成方案大幅度地减少了推进器系统所占用的船舱空间，有利于推进效率及舒适性的提高，同时也有利于减少推进系统的振动和噪声，增强船体的隐蔽性。同事，采用对转螺旋桨的设计，在结构紧凑的同时，优化尾流，依靠其较大的桨叶面积，减小空泡的产生，减小前桨尾流的损失并通过后桨将前桨未利用的涡动能转化为推力，使推力系数较普通轮缘推进器提高约50％，在进速超过0.9的适当情况下，螺旋桨效率提高5％以上，且回转半径较普通轮缘推进器降低，回转所用时间减小一半以上，推进器的操控性与安全性大大增强。

如图8-11所示，相较于一般轮缘推进器，舵桨一体化的结构可以达到提高回转性能的效果，同时保留了轮缘推进器占用船舱空间少、噪音低、振动小等优点。并且该设计采用对转无轴轮缘推进器，使结构更紧凑，集成度高，可模块化生产。由于是对转无轴轮缘，盘面比大于单个轮缘，使得对转无轴轮缘推进器推进性能更优。无轴的结构也有利于减小梢涡空化的产生。同时后桨能够回收前桨尾流能量并转化为推力，从而减小前桨尾流的损失，因此对转无轴轮缘推进器的推力增大，效率提高。相较于一般轮缘推进器，舵结构的增加可以通过操纵杆或自动控制系统来控制船舶的航向和方向，灵活应对各种航行情况和环境变化。通过微调来实现对船舶航向和方向的精确控制，能够确保船舶在海上行驶的安全性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。

Claims (10)

1.一种桨舵一体的吊舱对转轮缘推进器，其特征在于，包括：连接杆(8)、桨舵(9)以及对转轮缘推进器，其中：

通过连接杆(8)连接桨舵(9)和对转轮缘推进器，形成桨舵一体的吊舱对转轮缘推进器。

2.根据权利要求1所述的桨舵一体的吊舱对转轮缘推进器，其特征在于，所述对转轮缘推进器包括导管(1)、前定子(2)、前转子(3)、前桨叶(4)、后定子(5)、后转子(6)、后桨叶(7)；其中：

前定子(2)、后定子(5)、前转子(3)和后转子(6)位于导管(1)内部，前定子(2)和后定子(5)分别设置在前转子(3)和后转子(6)的内侧，前转子(3)和后转子(6)分别与前桨叶(4)和后桨叶(7)连接。

3.根据权利要求2所述的桨舵一体的吊舱对转轮缘推进器，其特征在于，所述导管(1)的动力通过前定子(2)和后定子(5)传递到前转子(3)和后转子(6)上，使泵喷推进器产生向前的推力。

4.根据权利要求1所述的桨舵一体的吊舱对转轮缘推进器，其特征在于，所述桨舵(9)设置在所述导管(1)的外侧，通过连接杆(8)进行焊接连接，保证结构的一体性。

5.根据权利要求2所述的桨舵一体的吊舱对转轮缘推进器，其特征在于，所述前转子(3)和后转子(6)的直径为D，D＝0.304m。

6.根据权利要求2所述的桨舵一体的吊舱对转轮缘推进器，其特征在于，所述前桨叶(4)设置有5个叶片，所述后桨叶(7)设置有4个叶片，所述前桨叶(4)和后桨叶(7)之间设置有间距，间距为0.125m。

7.根据权利要求2所述的桨舵一体的吊舱对转轮缘推进器，其特征在于，所述前定子(2)和前转子(3)之间设置有轴承，所述后定子(5)和后转子(6)之间设置有轴承。

8.根据权利要求1所述的桨舵一体的吊舱对转轮缘推进器，其特征在于，所述桨舵(9)采用流线型舵，舵高为0.76m。

9.根据权利要求1所述的桨舵一体的吊舱对转轮缘推进器，其特征在于，所述连接杆(8)为高0.04m的圆柱体，桨舵(9)通过连接杆(8)采用焊接形式连接。

10.根据权利要求1所述的桨舵一体的吊舱对转轮缘推进器，其特征在于，所述前定子(2)和后定子(5)的内部采用环形永磁电机驱动，前桨叶(4)和后桨叶(7)通过磁极永磁铁提供不同方向的转速。