CN203638071U - 一种新型高效低噪声低振动泵喷水推进器 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种新型高效低噪声低振动泵喷水推进器，转子部件由两级叶轮对转，首级叶轮具有大侧斜、前向纵斜、大轮缘弦长以及低叶栅稠密度等特点，因此吸入性能及受力性能好且做功能力强，另外在空化工况下工作时空化表现为超空化形式，空化不会对材料造成空化破坏，且空化噪声被限制在两级叶轮和壳体之间。次级叶轮为高效轴流式叶轮。两叶轮等速对转，两个叶轮所形成的旋涡方向相反、大小相同，相互抵消了由单个叶轮所产生的旋涡引起的不稳定和振动，因此该泵喷水推进器的振动小、稳定性好。本实用新型具有高效、低噪声、低振动以及稳定性好等优势，可作为高速客轮、表面效应船等高性能船舶的推进装置。

Description

一种新型高效低噪声低振动泵喷水推进器
技术领域
    本实用新型属于一种船用泵喷水推进装置，具体涉及轴向旋涡稳定性、空化及传递效率和水力效率的提高技术。
背景技术
轴流式泵喷水推进器是现代船舶一种较具潜力的推进形式。由于其推力特性基本不受船舶航速的影响，且主要转动部件都包含在管道中，安全性好，在现代高性能船舶中开始得到越来越广泛的应用。
轴流式泵喷水推进器所采用的轴流式叶轮只在比转速n s=(435~655)范围内才具有较高的效率，在该范围之外，效率很低。而泵喷水推进器的运行参数是根据船舶特性来确定的，必然会与轴流泵的高效运行比转速范围有差距。因此如果采用高效率比转速范围内的叶轮则需要采用相应的措施补足这一差异。同时轴流式叶轮的流道叶栅属于大稠密度叶栅，由于流量大，叶轮在工作中极易发生空化即空泡或空穴，空泡或空穴会在叶轮叶片流道中破裂或者溃灭，除了会对叶轮叶片造成破坏之外，空化噪声还会沿着管道以液载噪声的形式经过喷嘴向外传播。此外，单个轴流式叶轮运转时，必然会形成与叶轮转向相同的旋涡带，旋涡带的能量很大，其对推进系统形成周期性的振荡力，严重影响推进系统的稳定性以及船舶乘员的舒适性。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种新型高效低噪声低振动泵喷水推进器，以具有高效、低噪声、低振动的性能,适合船用。
为了解决以上技术问题，本实用新型根据轴流式叶轮的特点，将轴流式泵喷水推进器所要求的能量进行分配，第二级叶轮设计比转速n s在435~655的高效范围内，然后其余能量由第一级叶轮承担，同时两级叶轮的推力应用推力轴承传递到空心轴系上，采用的技术方案如下：
一种新型高效低噪声低振动泵喷水推进器，包括进水管道(1)、一级叶轮(2)、二级叶轮(3)、内设导叶的喷嘴(5)；静止部件的主体由进水管道(1)、壳体(4)和喷嘴(5)固定连接后构成；转子组件通过滚动轴承B(10)和滑动轴承A(13)与静止部件相配合；其特征在于：所述转子组件含有内实心轴(12)和外空心轴(11)；
所述一级叶轮(2)与外空心轴(11)螺纹连接组成空心轴系，空心轴系由滚动轴承B(10)和滑动轴承A(13)支撑，经键B(8)连接的皮带轮(9)传递动力，从动力端看一级叶轮(2)为顺时针方向旋转；
所述二级叶轮(3)安装在轮毂(18)上，通过轮毂(18)和键C(16)与实心轴(12)组成实心轴系；实心轴系由滚动轴承A(7)和滚动轴承C(17)支撑，经键A(1)和联轴器传递动力，从动力端看二级叶轮(3)为逆时针方向旋转；在一级叶轮(2)轮毂内部位置将一副滑动轴承B(14)安装在实心轴(12)和空心轴(11)之间以保持实心轴和空心轴之间的同心度；在轴向，实心轴系通过推力轴承(15)与空心轴系相配合。
所述一级叶轮(2)轮缘处弦长大于0，从而具有大侧斜特性以及前向纵斜特性。
所述二级叶轮(3)比转速n s在435~655之间。
所述一级叶轮(2)的轮缘处叶栅稠密度在0.3~0.5之间。
所述二级叶轮(3)所受的推力经过推力轴承(15)的传递直接作用在一级叶轮(2)所在的空心轴系上。
本实用新型的工作过程如下：水流由进水管道被吸入，首先经过一级叶轮，经过一级叶轮后水流能量增加，低能量流体所形成的空化空泡或者空穴会在第一级叶轮之后和第二级叶轮之前溃灭，因此空化过程不会对过流部件造成空化破坏，空化噪声被限制在两级叶轮和壳体之间，同时一级叶轮获得推力。能量略有增加的水流随后进入第二级叶轮，被叶轮加压后经导叶整流并由喷嘴喷出，第二级叶轮获得推力。两个叶轮上的推力组合在一起形成本实用新型的总推力。
本实用新型具有有益效果:本实用新型为了保持实心轴和空心轴之间的同心度，增加一副滑动轴承(14)。由于两个叶轮转向相反、转速相同，因此所形成的轴向旋涡相互抵消，从而降低了推进器以及相应船体的振动。
一级叶轮(2)使本实用新型的泵喷水推进器具有优良的空化性能，其叶片具有大侧斜特性，空化性能好，有效延缓了空化初生，吸入比转速可以达到3000及以上；一级叶轮(2)的叶栅稠密度轮缘处小于0.5，使得形成的空泡的溃灭发生在一级叶轮下游和二级叶轮上游之间的空间内，因此不会对叶轮本身造成破坏，同时，由于声波的折射作用，空泡破裂和空穴溃灭所形成的噪声被限制在两级叶轮和壳体之间，只有不超过5%的声波能量沿射流向外辐射，所以其噪声小。一级叶轮具有前向纵斜特性，使叶轮叶片工作面不受流体离心力的作用，因此叶轮叶片根部所受力矩减小，而叶轮叶片背面所受的流体离心力力矩与工作流体力即推力所形成的力矩正好相反，也具有减小叶轮叶片根部所受力矩的作用，因此前向纵斜的叶轮叶片具有好的受力特性。
本实用新型的二级叶轮起到增压，承担主要的做功功能，比转速在n s在435~655范围内，使其具有较高的效率，正交化后的效率在85%以上；而在比转速n s=(435~655)范围之外的能量需求由一级叶轮承担，本实用新型的能量分级承担的设计方式可以使总体推进效率尽可能高。
将轴流式泵喷水推进器所要求的能量进行分配，第二级叶轮设计比转速在n s=(435~655)的高效范围内，然后其余能量由第一级叶轮承担，同时两级叶轮的推力应用推力轴承传递到空心轴系上，所以水力效率和能量机械传递效率都较高；两级叶轮对转，这样就使二者所产生的轴向旋涡方向相反、大小相同，从而相互抵消，因此降低了推进系统以及船舶的周期性振荡；首级叶轮采用大侧斜、前向纵斜、轮缘处叶栅稠密度在0.3~0.5之间，既是低稠密度叶栅，又能具有较好的做功能力，所以空化(吸入)性能好，受力特性好，同时还不会引起物理空化破坏，空化引起的噪声也因为噪声折射原理而远远低于普通的单级叶轮泵喷水推进器。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是本实用新型的转子组件的结构示意图；
图3是本实用新型的一级叶轮平面视图，箭头方向为叶轮转向。
图中：1 进水管道，2 一级叶轮，3 二级叶轮，4 壳体，5 喷嘴，6 键A，7 滚动轴承A，8 键B，9 皮带轮，10 滚动轴承B，11 空心轴，12 实心轴，13 滑动轴承A，14 滑动轴承B，15 推力轴承，16 键C，17 滚动轴承C，18 轮毂。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的技术方案作进一步详细说明。
如图1所示，水流由进水管道1被吸入，经一级叶轮2和二级叶轮3两级增能加压后通过喷嘴5喷出从而产生推进推力。
如图2所示为该泵喷水推进器的核心部件转子组件，该组件含有内外两根轴：实心轴12和空心轴11。一级叶轮2与空心轴11螺纹连接组成空心轴系，空心轴系由滚动轴承B10和滑动轴承A13支撑，经键B8连接的皮带轮9传递动力，从动力端看一级叶轮2为顺时针方向旋转；二级叶轮3安装在轮毂18上，通过轮毂18和键C16与实心轴12组成实心轴系，实心轴系由滚动轴承A7和滚动轴承C17支撑，经键A6和联轴器传递动力，从动力端看二级叶轮3为逆时针方向旋转。
一级叶轮2的平面图如图3所示。
利用本实用新型装置，根据某船舶推进的具体需求，计算得到的模型泵喷水推进器的流量为0.35m3/s，扬程16m，转速为1450r/min。以如下方式分配两级叶轮的扬程：第一级叶轮扬程为2.5m，叶轮轮缘处叶栅稠密度为0.49，第二级叶轮扬程为13.5m。因此第二级叶轮比转速为n s=445，处于高效设计所要求的比转速范围内。根据经验统计数据及数值计算，设计得到的泵喷水推进器效率提高了2个百分点，纵摇的振荡幅度降低了80%，而空化状态下的噪声即含原动机在内的推进系统噪声由85dB下降到80dB以下。

Claims (5)

1. 一种新型高效低噪声低振动泵喷水推进器，包括进水管道(1)、一级叶轮(2)、二级叶轮(3)、内设导叶的喷嘴(5)；静止部件的主体由进水管道(1)、壳体(4)和喷嘴(5)固定连接后构成；转子组件通过滚动轴承B(10)和滑动轴承A(13)与静止部件相配合；其特征在于：所述转子组件含有内实心轴(12)和外空心轴(11)；
所述一级叶轮(2)与外空心轴(11)螺纹连接组成空心轴系，空心轴系由滚动轴承B(10)和滑动轴承A(13)支撑，经键B(8)连接的皮带轮(9)传递动力，从动力端看一级叶轮(2)为顺时针方向旋转；
所述二级叶轮(3)安装在轮毂(18)上，通过轮毂(18)和键C(16)与实心轴(12)组成实心轴系；实心轴系由滚动轴承A(7)和滚动轴承C(17)支撑，经键A(1)和联轴器传递动力，从动力端看二级叶轮(3)为逆时针方向旋转；在一级叶轮(2)轮毂内部位置将一副滑动轴承B(14)安装在实心轴(12)和空心轴(11)之间以保持实心轴和空心轴之间的同心度；在轴向，实心轴系通过推力轴承(15)与空心轴系相配合。
2.如权利要求1所述的一种具有高效低噪声低振动特性的新型泵喷水推进器，其特征在于：所述一级叶轮(2)轮缘处弦长大于0，具有大侧斜特性以及前向纵斜特性。
3.如权利要求1所述的一种具有高效低噪声低振动特性的新型泵喷水推进器，其特征在于：所述二级叶轮(3)比转速n s在435~655之间。
4.如权利要求1所述的一种具有高效低噪声低振动特性的新型泵喷水推进器，其特征在于：所述一级叶轮(2)的轮缘处叶栅稠密度在0.3~0.5之间。
5.如权利要求1所述的一种具有高效低噪声低振动特性的新型泵喷水推进器，其特征在于：二级叶轮(3)所受的推力经过推力轴承(15)的传递直接作用在一级叶轮(2)所在的空心轴系上。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN106956762A (zh) * 2017-04-25 2017-07-18 中国海洋大学 一种混合液压推进装置
CN108146595A (zh) * 2018-01-02 2018-06-12 北京章鱼智控科技有限公司 一种喷水推进装置

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