CN1736797A - 导管串列螺旋桨推进器 - Google Patents

Abstract

本发明属于螺旋桨推进器推进器装置技术领域，涉及到避免螺旋桨空泡、提高螺旋桨推进效率的方法。其特征是结合串列螺旋桨和导管特点，本发明为串列螺旋桨配有导管，并且在导管前后设整流叶栅。实验结果证明，当螺旋桨直径受到限制时，导管串列螺旋桨可以提高推进效率3～10％，甚至更高。本发明的效果和益处是有效避免螺旋桨空泡、提高螺旋桨推进效率。导管前后设整流叶栅还可以防止水面漂浮物对螺旋桨的损伤。可以将本发明用于船舶和海洋工程吊舱桨、Z形推进器、潜艇、水下机器人及其他水上交通运输工具推进器设计。

Description

导管串列螺旋桨推进器

技术领域

本发明属于螺旋桨推进器装置技术领域，涉及到避免螺旋桨空泡发生、提高螺旋桨推进效率的方法。

背景技术

螺旋桨推进器是水上运载工具广泛应用的推进器，目前，船舶、海洋工程结构物及其他水上交通运输工具用的螺旋桨推进器已有多种系列。但是，当螺旋桨直径受到限制时由于螺旋桨载荷过重(通常用功率系数Bp衡量)时，容易发生空泡。螺旋桨空泡往往会引起强烈的震动和噪声，导致螺旋桨叶产生空化剥蚀。螺旋桨直径受到限制时推进效率也很低。因此，研发一种能有效避免空泡发生、提高推进效率的螺旋桨将有较强的工程应用意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种能有效的避免发生空泡、并且具有更高推进效率的新型螺旋桨推进器装置。

螺旋桨推进器是水上运载工具常用的推进器，是将主机发出的能量转化成推动运载工具前进能量的装置。螺旋桨推进器已有多个系列获得广泛应用，比如日本的MAU系列、荷兰的B系列、No19A+Ka导管桨系列，中国交通部上海船舶运输科学研究所的串列桨系列等。螺旋桨设计的重要问题是如何进一步提高推进效率及避免发生空泡，尤其在高速船舶和水陆两栖车辆上应用的螺旋桨，其直径受到严重限制、负荷较重(即螺旋桨功率系数Bp较大)时更是如此。

本发明的技术方案是即针对现有螺旋桨推进器的不足，吸收导管和串列桨的特点，构成新型导管串列螺旋桨推进器装置。融合串列螺旋桨和导管的水动力优点，构成一个新的螺旋桨系列。

普通导管桨由一个流线型截面的导管和一个螺旋桨构成。导管有使流场均匀、提高推进效率的作用；串列螺旋桨是在同一根轴上安装的2个(或3个)螺旋桨。前后桨合理分配负荷，使前后桨的负荷降到普通单桨的1/2(或1/3)左右，可以有效地避免空泡发生；本发明的导管串列螺旋桨是在螺旋桨轴上安装有前桨与后桨，装配有导管，并在导管前后设置整流叶栅。导管和叶栅具有提高效率、保护螺旋桨的作用。

本发明包括两种形式：推进器基本结构和独立成组结构。

一.推进器基本结构形式

导管串列螺旋桨推进器基本结构形式主要应用于普通船舶，形式如附图1.在桨轴上安装2个桨，前后桨同向旋转。桨的外围设置导管，导管与船体相连。可以不设整流叶栅，也可以在导管上设叶栅，此时叶栅按照节能装置设计。

二.独立成组结构形式

应用在吊舱桨和舷外推进器设计时需要采用独立成组结构形式，形式如附图2.推进器主机(潜水电机或液压马达)驱动螺旋桨转动，由于潜水电机或液压马达轴承往往不能承受过大的轴向推力，螺旋桨产生的推力通过桨轴推力轴承、叶栅传递到导管。因此，独立成组结构形式的叶栅和导管设计不仅要符合流体动力原则(即提高效率)，而且必须满足强度和刚度要求。

本发明的效果和益处是，当螺旋桨直径受到限制时，导管串列螺旋桨比同直径、同盘面比的普通导管桨提高推进效率3～6％，比普通串列螺旋桨提高推进效率10％，螺旋桨直径受到限制越严重推进效率提高越明显。设计船舶和海洋工程吊舱桨、Z形推进器、潜艇、水下机器人及其他水上交通运输工具推进器时，均可以运用本发明。导管前后设整流叶栅不但进一步提高推进效率，而且可以防止水面漂浮物对螺旋桨的损伤。

附图说明

附图1是导管串列螺旋桨推进器基本结构示意图。

图中：4前桨；6后桨；10尾密封罩；20螺旋桨轴；23导管。

附图2是导管串列螺旋桨推进器独立成组结构示意图。

图中：1驱动马达；2连接法兰；3前整流叶栅；4前桨；5法兰螺栓；6后桨；7后整流叶栅；8后叶栅毂；9尾密封罩螺栓；10尾密封罩；11调整垫；12开口销；13六角开槽螺母；14向心推力轴承；15机械密封组件；16间隙调整垫；17压紧罗帽；18法兰螺栓；19螺旋桨平键；20螺旋桨轴；21马达轴平键；22前叶栅毂；23导管；24O形圈。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图，详细叙述本发明的具体实施步骤。第一部分：推进器设计

螺旋桨设计思路是统筹兼顾、保证重点、逐步逼近。本推进器参数确定需要考虑车/船的用途、线型和布置、航速、操纵、主机功率P和转速N。综合考虑以上要求的基础上确定推进器的数目、螺旋桨叶型和叶数Z、螺旋桨直径D、螺旋桨转速n等主要参数，具体方法与普通螺旋桨设计方法相同。

本推进器几何参数及推进特性计算步骤如下。

1.按照下列公式计算螺旋桨最小展开盘面比： ${\left(\frac{A_e}{A_0}\right)}_0=\frac{P_D}{0.7{\mathrm{ND}}^3}$

其中，N—螺旋桨转速，(rpm)；P_D—螺旋桨收到功率，(马力)；D—螺旋桨直径，(m).

2.计算功率系数 $\mathrm{Bp}=\frac{{{\mathrm{NP}}_D}^{0.5}}{{V_A}^{2.5}}$ 和直径系数 $\mathrm{\δ}=\frac{\mathrm{ND}}{V_A}$

其中，V_A—进速，(kt)；余同上。

选用图谱时盘面比应略大于前述盘面比的—半。即， $\frac{A_e}{A_0}\≥\frac{1}{2}{\left(\frac{A_e}{A_0}\right)}_0$

得到  螺距比(P/D)₀和敞水效率(η₀)₀

3.导管串列螺旋桨推进器的螺距比P/D和敞水效率η₀为

P/D₂＝(1.00541+0.09306J-0.47916J²+0.408035J³)(P/D)₀  (后桨)

P/D₁＝P/D₂-(0.1～0.2)                                (前桨)

η₀＝(1.04572-0.04203J-0.1490J²+0.31665J³)(η₀)₀

其中，J—螺旋桨的进速系数 $J=\frac{{60V}_A}{\mathrm{ND}}.$

4.串列螺旋桨的桨距比和叶错角应该由试验确定。

5.导管参数确定

导管长径比^l/_D＝0.6～0.7

导管与桨梢间隙可以取为5～10mm.

导管剖面型值请参照荷兰船模试验水池提供的19A系列或其它系列设计导管。(盛振邦等编著“中国船用螺旋桨系列试验图谱集”，中国造船编辑部，1983或王国强等“简易导管螺旋桨”，中国造船，1978，总第63期)。

6.设计前后整流叶栅。合理的叶片攻角将产生预旋流，可以进一步提高推进效率。对于独立成组结构，叶栅同时起到支撑马达和导管的作用，需要进行强度和刚度校核。

其余相关设计计算问题于普通螺旋桨相同。

第二部分：推进器装拆程序

推进器的拆卸及装配由钳工或有经验的人员操作。以下列出推进器拆卸步骤，装配步骤自后向前操作即可。

1.断开电机电源(主机为电机)或关闭液压马达油路阀门，脱开液压马达管接头(主机为液压马达1)，脱开主机；

2.脱开推进器连接法兰上的8个M12螺钉5，取下推进器；

3.脱开液压马达方法兰上的4个螺栓，取下液压马达1。扭下连接法兰上的埋头螺钉和导管下部的螺栓18，将前后导管分开；

4.刮去尾密封罩4个螺钉9窝内的填料，用内六角板手卸下螺钉9并取下尾密封罩10。露出桨轴尾端；

5.卸下桨轴尾端的开口销12，扭下螺帽13；

6.用紫铜板做垫，敲击桨轴21尾端，使桨轴从轴承14中退出；

7.桨轴21从尾端开始可以依次卸下机械密封动环15、压紧螺帽17、防松垫、后桨6、前桨4；

8.后叶栅毂内可以取出机械密封静环，再推出轴承外环。至此，分解完毕。

Claims (1)

1.一种导管串列螺旋桨推进器，其特征是在螺旋桨轴(20)上安装有前桨(4)、后桨(6)，装配有导管(23)，并在导管(23)前设置前整流叶栅(3)和在导管(23)后设置后整流叶栅(7)。

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