CN1468185A - 用于喷射推进单元的轴向可调止推轴承 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于推进船只的喷射式推进单元(1)，所述喷射式推进单元(1)包括：至少一个带有泵壳(4)的叶轮泵(3)，在泵壳中，叶轮轴(22)或连接到所述叶轮轴(22)的轴颈(21)转动地轴颈支承在轴承内；以及，具有叶轮片(24)的叶轮(7)，叶轮(7)固定到所述叶轮轴(22)或轴承颈(21)上，以便跟随叶轮轴(22)的转动，叶轮片(24)设置在叶轮(7)上，且每个叶轮片(24)和泵壳(4)的内侧(15)之间具有游隙(25)。根据本发明，喷射式推进单元(1)还包括轴向可调节止推轴承(27)，其设置得和叶轮轴(22)协同工作，以调节游隙(25)。

Description

用于喷射推进单元的轴向可调止推轴承

技术领域

本发明涉及一种用于推进船只的喷射推进单元，其包括至少一个带有泵壳的叶轮泵，以及具有叶轮片的叶轮。在所述叶轮泵的泵壳内，叶轮轴或者与所述叶轮轴相连的轴颈能够可转动地轴颈支承在轴承中；所述叶轮固定到所述叶轮轴或轴颈，以便随叶轮轴的转动而转动，叶轮片设置在叶轮上，在每个叶轮片和泵壳的内侧存在游隙。

背景技术

上述类型的喷射推进单元，又可称为喷水或叶轮单元，目前已知的有许多不同的设计和尺寸大小，从小至约500KW到大至30000KW或更大。与传统的推进器相比，喷水单元在推进方法上有很大不同。与传统的推进器不同，如所称作的那样，其具有安装在船只外壳上的水泵或叶轮泵。叶轮泵包括安装在封闭的叶轮室中的叶轮，所述叶轮室同时也是海水流动管道的一部分。叶轮安装在驱动轴，即叶轮轴，的端部，叶轮轴是引擎轴或者间接连接到所述轴上。该叶轮的目的是对海水施压以产生有力的水喷射，喷射推进单元因此而得名。

水离开泵时产生的反作用力可用于推进船只。叶轮的转动方向永远不会改变，然而可使用“反转设备”来偏转喷水的方向，并因而偏转反作用力的方向，这也改变了船只的推进方向。相比传统的推进器，因为叶轮泵的功效在时速超过25节每小时的情况下高达90％以上，所以喷水推进器有很多优点。这导致在同样的推动力作用下船只速度会更快，或者在同样的速度和较小的推动力作用下可明显地降低耗油量。

然而，直至今天，在快而昂贵的货物空运的一方面和慢而便宜的货物集装箱运输的另一方面之间一直存在矛盾。所以，迫切需要建造用于在美国和欧洲之间高速运输的大型快速的海运船只，这种船装备有很大的喷水推进单元。估计这种船只的平均速度在海浪高达7.5米时可达35节每小时，目前货运时间估计可缩短1/3。为了实现上述船只，所需的喷水推进器至少要达50000KW，进水口直径可达3.25米，相比之下，传统喷水推进器的最大进水口直径仅2.0米。这样规划的船只具有等价于每秒钟500m3流量的单元。应该理解，为实现这样的能力和流量需要巨大的单元。

但是，为了实现优化的效率和提高燃料经济性，大型设备在喷水器的尺寸选择上要求较高的精确度。对推进单元的其它普通需求还有：例如，好的可操控性、及能够对应恶劣的工作条件，如外海。若干相关因素决定了该种船能否适应这些需求。

在正常操作期间，通过控制叶轮片和叶轮室之间的游隙，可使两者之间互相接触的风险大大降低，从而提高了叶轮的效率。所以，叶轮和叶轮室之间的游隙对推进力的输出是非常重要的，由于较大的游隙将降低叶轮泵的效率，因此有必要保持游隙尽量小。在本设计的叶轮泵中，叶轮片的直径约为4.5米并且叶轮片和叶轮室之间的游隙仅有4毫米。应该明白，如气温变动以及出现问题使得难以在不出现故障危险的条件下进一步减小所述游隙。由叶轮接触封闭外壳所造成的损害是很严重的问题。这种接触可能是由于气穴现象引起的振动和波动而造成的。由于这种原因，如果所述游隙被翻番，即从约为直径的0.1％增加到约为直径的0.2％，那么推进力输出将会降低1％，其涉及到不可忽略的成本增加。

因为将所获得的游隙减小每毫米而得到的按百分比计算的增益，因此，尽量保持小的游隙是极为重要的。当然，与此同时，对叶轮和封闭外壳之间所允许的最大公差提出了很高的要求。并且，喷射推进单元越大，对不同部件之间公差的要求就越大。如果以百分比计算，叶轮的机械公差比钟表装置的公差要大。例如，直径达4500毫米的叶轮片以若干个0.1毫米的精度进行旋转磨削。例如，当速度为每小时40节时，这些小公差使轴向力向驱动力的转换优化，延长耐用性并产生最小的振动和声音水平。

然而，在某些状况下，例如外来物体流经水泵时，会产生波动和振动的风险，其造成叶轮片的轴向移动，这样使得叶轮片与叶轮室接触。在恶劣的天气条件下，例如在公海，将会加大这种损害的风险，会有巨大的加速度或者水泵抽吸空气的风险。再者，由于船壳本身的运动可使叶轮的位置发生改变。在大西洋中部的狂风中所导致的喷射推进单元的故障会很严重。

因此，在某些特定情况下，有必要接受由于稍微增加游隙而引起的一定程度的效率降低。因为叶轮室和叶轮片具有圆锥形接触面，所以如果叶轮轴向运动，就会改变游隙。所以，必要时，一个基本要求是：能够通过叶轮的轴向运动对叶轮和封闭外壳之间的游隙进行调整。

发明内容

本发明的目的是实现这样的用于推进船只的喷射推进单元，所述喷射推进单元可极大地降低甚至完全消除叶轮片接触叶轮室内壁的风险，并且以比过去更好的方式并还在比现有的传统船只的尺寸大得多的尺寸条件下发挥喷射推进单元的好的品质。作为该复杂问题的解决方法，建议可移动地布置所包括的止推轴承。通过使用某种类型的液压活塞配置，可适当地进行移动，所述配置还发挥一定的阻尼功能。

根据本发明的喷射推进单元的特性在于，喷射推进单元还包括轴向可调节的止推轴承，其设置为与叶轮轴协调工作以调整所述游隙。

根据根据本发明的喷射推进单元的其它方面：

-止推轴承包括围绕和封闭轴承盘或和叶轮轴协同工作的轴承壳，所述轴承壳设置为可借助调整装置轴向移动一充分的距离，以便叶轮片和泵壳的内侧之间的游隙保持在游隙所允许的最大和最小范围之内；

-导杆安装于与轴有特定距离处并与轴平行，所述杆延伸穿过轴承壳，并且轴承壳借助引导装置沿导杆轴向运动；

-止推轴承包括相对船壳固定的轴承壳，所述轴承壳包围和封闭轴承盘，所述轴承盘连接到叶轮轴上或与叶轮轴协同运动，所述轴承盘设置为可借助调整装置进行轴向调整一充分的距离，以便叶轮片和泵壳内侧之间的游隙保持在叶轮片游隙所允许的最大和最小范围之内；

-调整装置安装在轴承壳的内侧；

-调整装置包括至少一个液压或气压汽缸；

-或者，部分或全部调整装置为机械调整装置；

-轴承盘是叶轮轴、轴颈、或中间轴的径向突出部分，尤其适用于止推轴承并连接到叶轮轴上；

-轴承壳包括一个或若干个轴承支承；

-轴承支承包括轴承面，所述轴承面包括：例如，聚四氟乙烯成分、不同合成材料、白合金和/或钢铁等；

-调整装置由液压或气压汽缸制成，所述汽缸具有分别用于压缩空气和液压油的连接管，所述连接管穿过轴承壳的侧面；

-叶轮片的最大和最小允许游隙根据叶轮片位置的实际或期望的轴向和/或径向变化来决定。

本发明的优点

在正常工作期间，即，在远海，不明物体吸进水泵的风险很小，且在正常天气状况下，叶轮片和叶轮室之间的游隙设置成很适于推进船只的值。如果工作状况恶化，可临时增加游隙，从而极大地降低甚至完全消除不希望的磨损风险。

附图说明

参照附图，将更详细地说明本发明，其中：

图1是穿过根据本发明的用于船只推进的喷射推进单元的部件的纵剖视图，该喷射推进单元包括安装在叶轮室中的叶轮轴末端的叶轮；

图2是穿过根据第一实施例的止推轴承的部件的纵剖视图，该止推轴承设置在图1的叶轮轴上，并且通过止推轴承可实现叶轮相对于叶轮室的轴向运动；

图3是穿过根据本发明第二实施例的止推轴承的部件的纵剖视图。

具体实施方式

参照图1，图1简要示出了用于推进船只的喷射推进单元1的纵向部分。作为船只2的一体部分，喷射推进单元1包括带有泵壳4的叶轮泵3，所述叶轮泵3包括前部和后部，并安装在船只2的船壳的船尾部5内，并通常位于船壳2的横梁尾部6处或沿横梁尾部。而且，叶轮泵3包括叶轮7，其可转动地轴颈支承在轴毂壳8的中心上，并被固定安装在叶轮壳4中的叶轮室9内。

叶轮壳4及其叶轮室9形成了可扩大的、圆锥形的和球形的管道部分10，并与海水流管11相连通，流管11从进水口倾斜向上曲线延伸(图中未示出)，所述进水口设置在船只的载重线以下，并优选在船只的底部，但不必在船的底部，流管进一步延伸至叶轮室9的进水口12，并接着来到船尾的横梁6处的出水口13。在叶轮泵3操作期间，产生高压喷射水S经由出口喷嘴17喷出。

轴毂壳8通过若干导轨14牢固地安装在泵壳4上，所述导轨14在泵壳4的内侧15和轴毂壳8的圆锥形外侧16之间延伸。所述圆锥16指向船尾，并与泵壳4的内侧15一起形成了出水口，即，叶轮室9的出口喷嘴17。

在圆锥型轴毂壳8的内部，有通过径向杆19被牢固固定在圆锥形轴毂壳8上的轴承支承18，所述轴承支承18设置用来承载轴承布置20，所述轴承布置20可包括滑动轴承或者滚动轴承，包括不同类型轴承的组合，例如，圆形、圆锥形、圆柱形的止推轴承以及径向轴承。轴毂壳8可填充如油之类的润滑剂，从而被密封并防止水渗入。

在所示出的实施例中，可将叶轮7通过轴颈21，优选在叶轮轴21的端部，安装在叶轮轴22上。另一种方案是，将叶轮7直接安装在叶轮轴22上。叶轮轴22经流管11的壁在所述弯曲处向里伸出并起进入叶轮室9内。叶轮轴22组成了船只驱动轴的外端或者间接连接到驱动轴。如上所描述，叶轮轴22或者轴颈21通过所述的轴承布置20可转动地轴颈支承在泵壳4的轴毂壳8中。

叶轮7包括圆锥形平截头体23，所述圆锥形平截头体23面对并安装在叶轮轴22或其轴颈21上，并使得圆锥部分23可跟随叶轮22的转动。因此，固定轴毂圆锥16和可转动设置在轴毂圆锥16上的叶轮圆锥7一起形成穹顶形球体，在穹顶形球体的周围，泵壳4的形状类似于球形叶轮室9的形状。若干叶轮片24设置在圆锥体23平截头体的外侧，以便产生指向尾部的喷射水S。相对叶轮锥体23，每个叶轮片24的位置和延伸，包括长度和角度，使得每个叶轮片24的外周和泵壳4的内壁之间的距离，下文称作叶轮片游隙25(或游隙25)，在正常情况下相对叶轮7的直径是很小的。例如，在正常操作期间，叶轮7的直径约为4.5米，游隙25约为流管11直径的0.1％。

在图1所示的叶轮泵3处，如图所示，叶轮7安装在叶轮轴22的轴颈21上，轴颈21通过轴承布置20轴颈支承在轴毂壳8上的轴承上。在优选实施例中，轴承布置20包括由一个或者若干个沿轴颈21和/或叶轮轴22安装的滑动轴承26。相应地，所包括的滑动轴承26包括连续的径向轴承。轴承布置20受到固定在轴毂圆锥体16内的所述径向杆19的支撑。

经叶轮7，指向船尾的喷射水S产生相反方向的反作用力F，所述反作用力F经轴颈21传递到叶轮轴22上。轴向作用力F必然传递到船2的壳体上，通过下面所描述的止推轴承27可实现上述功能。轴22的某些限定部分设计为能够承载来自叶轮7的巨大压力并借助若干止推轴承27可实现上述功能，所述止推轴承27与叶轮7本身有适当的距离。

因此，在正常操作期间，包括所有其它正常产生的轴向力量和/或运动的所有的叶轮轴22的轴向力作用在所述的止推轴承27上。在叶轮片24和泵壳4的内壁15之间的游隙25保持为常数，至少所有所发生的运动保持在游隙25的限制范围之内。但是，如上所述，游隙25可受到其它运动或外力的影响，在正常操作时这种影响不认为是正常存在的，例如由于船只2的壳体和叶轮轴22的变形、不利的航海条件、外物流经叶轮室9和/或由偏安装喷射推进单元1和推动引擎引起的位置径向改变而引起的波动和振动。所述的波动、移动和振动可导致叶轮片24的位置的轴向和/或径向改变，从而有使所述叶轮片24接触泵壳4内壁15的风险。

由于这个原因，如图2所示，或者根据本发明的第一设计将所有的止推轴承27设置为轴向可活动的，或者如图3所示，根据本发明的第二个设计将一定部分的止推轴承27设置为轴向可活动的，使活动的距离足以使风险可以忽略甚至完全消除。

止推轴承27包括固定的轴承壳28，其包围和密封轴承盘29，所述轴承盘29最好为叶轮轴22、轴颈21、中间轴30的径向突出的环形部分，其尤其适用于止推轴承27。轴承壳28具有设置在头部和尾部的第一和第二径向侧面31、32，并且每个侧面31、32上安装有一个或多个轴承支承33、34。换一种方案，所述轴承支承33、34设置在环形轴承盘29的一个或者两个侧面35、36上。

再者，轴承壳28包括两个密封的凸缘37、38，其设置在轴承壳28的每一侧并轴颈支承在轴21、22、30上的轴承内，所述轴延伸穿过轴承壳28并借助一个分离的轴承布置39在驱动期间转动，所述轴承布置相应地包括一个或若干个径向轴承。轴承支承33、34包括轴承表面40，所述轴承表面40由聚四氟乙烯节、不同的复合材料、白合金和/或钢铁等组成。

在第一实施例(图2)中，整个止推轴承27被设置为可通过若干个引导件41沿若干个导杆42进行径向运动，所述引导件41设置在轴承壳28上。导杆42设置在与轴21，22，30有特定的距离处并与轴21，22，30平行，所述轴21、22、30穿过轴承壳28并以适当的方式连接到船2的壳体上。

在轴承壳28的前部有若干个固定在船壳2上的调节装置43，以便实现轴21、22、30以及叶轮片24向船尾轴向运动，从而使游隙25足够大，使所不希望的波动、移动和振动所造成的叶轮片24的轴向和/或径向位置改变，以及由此造成的与泵壳4的内壁15接触的风险减少到可以忽略甚至完全消除。

优选的是，每个调节装置43包括至少一个液压或气压汽缸44，但部分或所有调节装置43也可以是机械调节装置，所述机械调节装置包括一个或若干个电动机(未示出)。

与第一实施例不同的是，第二实施例(图3)中的轴承壳28以适当的方式固定在船壳2上(未示出)。这里，调节装置43安装在轴承壳28的内部，更确切的说，所述调节装置43安装在设置在轴承壳28径向侧面32的前部的内侧和轴承盘29之间。图3所示的实施例中，调节装置43是液压或气压汽缸44，所述汽缸44具有分别用于通过所述侧面32的压缩空气和液压油的连接管45。但是，所示的一个、若干个或者全部的调节装置43也可以由上面提到的机械调节装置所替代。或者，轴承盘29，轴21、22、30，叶轮7，叶轮片24的移动以及由此所实现的游隙25的改变，都与前面提到的第一实施例是一样的。

可以理解，当游隙25再次是所希望的时，汽缸44中减小的压力将会导致压迫轴21、22、30的来自叶轮泵3的作用力，并由此使止推轴承27中的轴承盘29向前移动。然而，当使用机械调节装置43时，所发生的变化和游隙25的增加类似，但在相反的方向。可以理解，当用于实现上述运动的叶轮驱动器不工作的情况下，也可将辅助的调节装置43安装在轴承壳28尾部，和前面所描述的调节装置43类似，但在相反的方向上。

功能描述

根据本发明，用于喷射推进单元1的轴向可调节或可移动止推轴承27的功能和用途如下：

在正常工作情况下，游隙25的设定适于正常操作的条件下，止推轴承27可对叶轮7施加作用力。考虑到波动、振动、移动或条件的存在或预期存在，或者探测到类似的运动，由于游隙25太小而增加损害的风险时，可自动或人工启动调节装置43。调节装置43移动包括轴承盘29在内的整个轴承壳28或只移动轴承盘29，从而使轴21、22、30向船尾移动，由于叶轮室9的形状似球形且船尾渐宽，接着会增加位于叶轮片24和泵壳4内侧15之间的游隙25。

另一种实施例方案

因此，本发明决不局限于具体公开的实施例，根据上述的内容，其它结构也在本发明概念中。

例如，可以理解，作为传统的均质钢轴的备选方案，叶轮轴22可以完全或部分地包括合成材料，例如玻璃纤维、碳纤维、塑料等。而且，可以理解，当认为合适时，喷射推进单元1的其他部件可由合成或轻质材料制成，例如碳纤维等。轴承表面和受到侵蚀的表面可适当设置有防护涂布层，例如，聚亚安酯。自然，也有可能是上述材料或其它材料的结合，这里不再描述其类似的特性。

再者，可以理解，当使用用于运动的某种类型的汽缸布置时，本设计可获得一定的阻尼功能。上述包括轴承20、39的轴承可用水或油进行润滑。

最后，可以理解，喷射推进单元1所包括元件的数量、尺寸、材料和形状及细节可根据船只和其它主要需求和条件来确定。这也适用于安装在研究中的船只内的喷射推进单元1的数量。

Claims (12)

1.一种用于推进船只的喷射推进单元(1)，包括：至少一个带有泵壳(4)的叶轮泵(3)，在泵壳内，叶轮轴(22)或与所述叶轮轴(22)相连的轴颈(21)转动地轴颈支承在轴承内；以及具有叶轮片(24)的叶轮(7)，所述叶轮(7)固定在所述叶轮轴(22)或轴颈(21)上，以便跟随叶轮轴(22)的转动，叶轮片(24)设置在叶轮(7)处，且每个叶轮片(24)和泵壳(4)的内壁(15)之间具有游隙(25)，其特征在于，该喷射推进单元(1)还包括轴向可调节止推轴承(27)，所述止推轴承(27)设置得与叶轮轴(22)协同工作，用于调节所述游隙(25)。

2.根据权利要求1所述的喷射推进单元，其特征在于，所述止推轴承(27)包括包围和封闭轴承盘(29)的轴承壳(28)，所述轴承盘(29)与叶轮轴(22)相连并协同工作，所述轴承壳(28)设置得可借助调节装置(43)轴向移动一充分距离，以便使叶轮片(24)和泵壳(4)的内壁(15)之间的游隙(25)保持在叶轮片游隙(25)所允许的最大、最小限制范围之内。

3.根据权利要求2所述的喷射推进单元，其特征在于，导杆(42)设置在与叶轮轴(21，22，30)有一定的距离处并与叶轮轴(21，22，30)平行，所述叶轮轴(21、22、30)穿过轴承壳(28)，并且轴承壳(28)可借助引导件(41)沿导杆(42)做轴向运动。

4.根据权利要求1所述的喷射推进单元，其特征在于，止推轴承(27)包括相对船的壳体(2)固定并包围和封闭轴承盘(29)的轴承壳(28)，所述轴承盘(29)与叶轮轴(22)相连或者与其协同工作，所述轴承盘(29)设置得可借助调节装置(43)轴向调整一充分距离，以便使叶轮片(24)和泵壳(4)的内壁(15)之间的游隙(25)保持在叶轮片游隙(25)所允许的最大和最小限制范围之内。

5.根据权利要求4所述的喷射推进单元，其特征在于，调节装置(43)安装在轴承壳(28)的内侧。

6.根据权利要求2至5中的任何一项所述的喷射推进单元，其特征在于，调节装置(43)包括至少一个液压或气压气缸(44)。

7.根据权利要求6所述的喷射推进单元，其特征在于，部分或全部调节装置(43)可用机械调节装置(43)替代制成。

8.根据权利要求2至7中的任何一项所述的喷射推进单元，其特征在于，轴承盘(29)是叶轮轴(22)、轴颈(21)或中间轴(30)的径向突出部分，其尤其适用于止推轴承(27)并连接至叶轮轴(22)。

9.根据权利要求2至8中的任何一项所述的喷射推进装置，其特征在于，轴承壳(28)包括一个或若干个轴承支承(33、34)。

10.根据权利要求9所述的喷射推进装置，其特征在于，轴承支承(33、34)包括轴承表面(40)，所述轴承表面(40)由，例如聚四氟乙烯节、不同的合成材料、白合金和/或钢铁等制成。

11.根据权利要求5所述的喷射推进装置，其特征在于，调节装置(43)是液压或气压气缸(44)，所述气缸(44)具有通过轴承壳(28)的侧面(31，32)中的一个的、分别用于压缩空气和液压油的连接管(45)。

12.根据权利要求2至11中的任何一项所述的喷射推进装置，其特征在于，根据叶轮片(24)实际或预期的轴向和/或径向位置改变决定所允许的叶轮片游隙(25)的最大和最小范围。

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