CN205469735U - 一种操纵性能优良的船舶直翼推进器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种操纵性能优良的船舶直翼推进器，包括电气控制系统、液压系统、机械系统；电气控制系统包括控制站(1)和中央控制系统(2)，控制站(1)和中央控制系统(2)之间通过CAN总线通讯；液压系统包括电磁阀(3)、伺服油缸(4)、动力油箱(9)、阀组(11)和泵组(13)；机械系统包括直翼推进器本体(5)、联轴器(6)和主机(7)；主机(7)通过联轴器(6)与直翼推进器本体(5)连接。本实用新型的船舶直翼推进器操纵性能优良、响应速度快、抗风浪能力强、安全可靠。

Description

一种操纵性能优良的船舶直翼推进器

技术领域

本实用新型涉及船舶传动技术领域，尤其涉及一种操纵性能优良的船舶直翼推进器。

背景技术

现有的普遍使用的船舶推进器是普通的螺旋桨，包括中间轴、联轴节、艉轴、艉管、螺旋桨等，虽然其结构简单、成本低，但零件多、安装不方便、占用空间大，最重要的是其操纵性能不足、灵活性差，严重制约了其在海洋工程装备及动力定位系统等高操纵性要求的场合上的应用，严重制约了我国海洋资源的开发和海洋经济的持续发展。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中的螺旋桨推进器操纵性能不足，提供一种操纵性能优良、响应速度快、抗风浪能力强、安全可靠的船舶推进器。采用本实用新型的技术方案，使得船舶结构简单、仓容更大、操纵灵活、定位精准、节能环保。

本实用新型是一种高度集成的推进器，兼具主推进器和舵的功能，内部集成了减速箱、离合器、液压系统等部件，船舶在装备本实用新型推进器后不再需要配备减速齿轮箱、轴系、螺旋桨、舵系系统、侧向推进器等设备，优化了船体结构、增大了船体空间。本实用新型操纵性能优良、响应速度快、抗风浪能力强、燃油经济性好，可在360°范围内快速改变推力的大小和方向，推力的大小和方向无极可调，且调节速度快，从正向最大螺距到反向最大螺距仅需时间5秒钟(目前可调螺距螺旋桨所需时间45秒钟、全回转舵桨所需时间30秒钟)，能够快速适应风、浪、流的变化。本实用新型具备多处冗余设计，为船舶行驶及DP定位提供安全可靠的保障。

为达到上述目的，本实用新型提供的技术方案为：

本实用新型的操纵性能优良的船舶直翼推进器包括电气控制系统、液压系统、机械系统；所述的电气控制系统包括控制站和中央控制系统，控制站和中央控制系统之间通过CAN总线通讯；所述的液压系统包括电磁阀、伺服油缸、动力油箱、阀组和泵组；所述的机械系统包括直翼推进器本体、联轴器和主机；中央控制系统连接液压系统中的电磁阀，电磁阀控制泵组，泵组依次连接动力油箱和阀组，阀组同时连接两个垂直布置的伺服油缸，伺服油缸连接直翼推进器本体；主机通过联轴器与直翼推进器本体连接。

所述的CAN总线传递4～20mA的闭环反馈信号；所述的主机为柴油机、电动机或液压马达。

所述的船舶直翼推进器设有冗余设计；电气控系统有两套控制单元，其一为高压控制单元，其一为低压控制单元，互相备用；泵组相互独立两套，一备一用，且每套泵组都对应两套电磁阀；所述的船舶直翼推进器设有机械应急装置，当所有电气控系统和液压系统均出现故障而无法工作时，可以通过人工机械的方法对推进器进行应急控制。

所述的直翼推进器本体包括输入轴、锥齿轮、调距机构、桨叶组件、控制轴、上箱体、下箱体、驱动管；其中锥齿轮位于上箱体内，输入轴一端与锥齿轮啮合，另一端与联轴器连接；调距机构位于下箱体内，桨叶组件设置在下箱体上；驱动管连接锥齿轮和下箱体；控制轴从驱动管内部穿过，两端连接伺服油缸的活塞杆和调距机构；调距机构控制桨叶组件摆动的螺距角。

所述的输入轴和锥齿轮是格里森或克林根贝尔格齿型螺旋伞齿轮，两者轴交角为90°。

所述的桨叶组件沿下箱体底部呈圆周分布。

所述的船舶直翼推进器还包括反馈装置；所述的反馈装置位于伺服油缸上，反馈装置将伺服油缸活塞杆的伸缩位移量转换成电讯号，反馈给中央控制系统。

所述的船舶直翼推进器还包括润滑系统；所述的润滑系统包括润滑油箱、溢流管、滑油泵轴和滑油泵；滑油泵轴一端连接滑油泵，另一端与锥齿轮啮合，滑油泵通过控制轴的中心孔连接下箱体，滑油泵还连接分油器，一路喷射到推进器齿轮箱内各个轴承和齿轮部位，另一路进入润滑油箱，润滑油箱上端连接溢流管，溢流管另一端进入推进器齿轮箱内部。

所述的桨叶组件是分体式设计，包括桨叶、叶根轴和骨架油封；桨叶和叶根轴通过螺栓连接，叶根轴与下箱体连接，叶根轴根部设置两道骨架油封。

所述的桨叶为直翼形。

本实用新型的操纵性能优良的船舶直翼推进器的工作原理如下：

本实用新型是一种操纵性能优良的船舶直翼推进器，包括电气控制系统、液压系统、机械系统。主机(柴油机、电动机或液压马达)通过联轴器与直翼推进器相连接(内置减速装置、离合器等)，启动并驱动其旋转，直翼形状的桨叶随下箱体一起旋转，桨叶随下箱体沿垂直轴方向旋转的同时，单独每片桨叶围绕其自身的轴进行往复式摆动，这种往复式的摆动是通过一套调距机构来实现的，其摆动产生的推力在箱体上实现叠加，形成任意方向上的合力，进而推动船舶动作，且主机无需停机或反转，船舶即可完成前进、后退、横向移动、原地不动、原地回转等高操纵要求的动作。

来自控制站的信号通过CAN总线与其他部分通讯，通过电控系统、液压系统对推进器内部两只油缸进行精确控制。操作者发出4～20mA控制信号(即船舶前进、后退、停止、转弯等要求)输入到中央控制系统，中央控制系统根据新的信号，对液压系统的比例阀或电磁阀执行动作，让来自液压泵组的压力油，通过过滤器、阀组输入到两只垂直布置的伺服油缸(一只X方向，控制船舶前进、后退或原地不动，另一只Y方向，控制船舶转舵)，对伺服油缸的活塞杆执行伸和缩动作，活塞杆的伸缩拉/推动推进器中心垂直控制轴的摆动，控制轴上、中、下三个部位均设置关节轴承，控制轴在杠杆的原理下驱动调距机构，调距机构调整桨叶摆动的螺距角，从而使桨叶产生不同方向和大小的反作用力。伺服油缸活塞杆的伸缩位移量由反馈装置转换成4～20mA电讯号(反馈信号)，反馈给中央控制系统，中央控制系统把接收到的新信号和反馈信号反复进行对比(螺距和转速)，并对伺服油缸执行动作，直到两者信号一致，此时通过液压系统上的液控单向阀将伺服油缸活塞杆位置锁住，让桨叶螺距保持在某个状态即稳距。

本实用新型顶部集成有液压油箱，润滑方式为强制润滑，整个装置内部充满循环润滑油，动力油箱和润滑油箱相互隔开，互相独立，避免互相污染。开机后机带循环油泵随即工作，并快速从齿轮箱内部抽油到循环润滑油箱中，滑油油箱内液面不断上升，齿轮箱内液面不断下降，直到下降到滑动轴承和锥齿轮以下某个部位，防止正常工作时齿轮和轴承搅油发热，同时润滑油通过分油器一路喷射到各润滑点，一路进入到润滑油箱中，当润滑油箱中液面超过溢流管顶端时，润滑油从溢流管进入齿轮箱内部，如此循环。停机后循环油泵也随即停止工作，润滑油从润滑油箱底部小孔随重力进入齿轮箱内部，润滑油箱液面下降，齿轮箱内部液面上升，大齿轮完全浸没在油液中，防止齿轮锈蚀、冷凝等。

本实用新型具有多处冗余设计：电控系统两套控制单元，其一为高压控制单元，其一为低压控制单元，互相备用；液压泵组相互独立两套，一备一用，当其中一组有故障时，立即自动切换到另一组，且每套泵组内两套阀(正常工作时用比例阀，一只电磁阀作为备用控制)；本实用新型设有机械应急装置，当所有电控系统和液压系统均出现故障而无法工作时，可以通过人工机械的方法对推进器进行应急控制。多重冗余设计，保障船舶安全。

采用本实用新型提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下有益效果：

(1)本实用新型是一种高度集成的推进器系统，自带减速、离合、承受推力等功能，采用本实用新型的船舶，不需要再配置减速箱、轴系、螺旋桨、舵系、侧向推进器等，优化了船体结构，船艉线型更加流畅，减少了设备种类，提高了仓容，节约了初期投资成本，安装维护成本低，燃油经济性好，全寿命周期低成本。

(2)本实用新型是一种操纵性能优良的推进器系统，能够实现对船舶的精准控制，特别适合动力定位系统(DP)和高操纵要求的船舶，能够满足在特殊水域、恶劣海况、狭小港口、复杂航道的船舶行驶要求。

(3)本实用新型是一种安全可靠的推进器系统，坚固和特殊的结构，使其抗冲击性能好，桨叶为锻造不锈钢材料，耐腐蚀、强度高，且桨叶与叶根轴为分体式设计，桨叶或者叶根骨架油封损坏，可以在水下快速更换，无需进坞。低工作转速，同功率下承受的扭矩远大于全回转舵桨，结构更加坚固且抗冲击性能好。多处冗余设计，保障船舶行驶安全。

(4)本实用新型是一种舒适型推进器系统，工作转速低，只有全回转舵桨的1/3～1/5，因此振动噪声低。具有减摇性能，直翼推进器推力的大小和方向可以无极、快速调节，这种极为快速的推力的产生和变化与船舶横摇运动可完美匹配，通过调节推力的大小和方向来产生和船舶横摇反向的力矩，从而减小船舶横摇运动。直翼推进器为主动式减摇，无论船只停止不动或是航行过程中都可减摇，而且在船舶动力定位时也可减摇，而且减摇效果好于减摇鳍和减摇水舱常规减摇装置。

附图说明

图1为本实用新型的船舶直翼推进器总布置示意图；

图2为本实用新型的船舶直翼推进器剖面结构示意图；

图3为本实用新型的船舶直翼推进器桨叶剖面结构示意图。

示意图中的标号说明：

1、控制站；2、中央控制系统；3、电磁阀；4、伺服油缸；5、推进器本体；6、联轴器；7、主机；8、驱动管；9、动力油箱；10、润滑油箱；11、阀组；12、溢流管；13、泵组；14、输入轴；15、锥齿轮；16、调距机构；17、桨叶组件；18、控制轴；19、滑油泵轴；20、滑油泵；21、反馈装置；22、桨叶；23、叶根轴；24、骨架油封；25、上箱体；26、下箱体。

具体实施方式

附图非限制性地公开了本实用新型的具体结构，为进一步了解本实用新型的内容，结合附图和实施例对本实用新型作详细描述。

实施例1

结合图1、图2、图3，对本实用新型的船舶直翼推进器进行详细说明：

本实用新型的船舶直翼推进器包括电气控制系统、液压系统、机械系统；电气控制系统包括控制站1和中央控制系统2，控制站1和中央控制系统2之间通过CAN总线通讯；液压系统包括电磁阀3、伺服油缸4、动力油箱9、阀组11和泵组13；机械系统包括直翼推进器本体5、联轴器6和主机7；中央控制系统2连接液压系统中的电磁阀3，电磁阀3控制泵组13，泵组13依次连接动力油箱9和阀组11，阀组11同时连接两个垂直布置的伺服油缸4，伺服油缸4连接直翼推进器本体5；主机7通过联轴器6与直翼推进器本体5连接。

CAN总线传递4～20mA的闭环反馈信号；主机7为柴油机、电动机或液压马达。

本实用新型的船舶直翼推进器设有冗余设计；电气控系统有两套控制单元，其一为高压控制单元，其一为低压控制单元，互相备用；泵组13相互独立两套，一备一用，且每套泵组13都对应两套电磁阀3；所述的船舶直翼推进器设有机械应急装置，当所有电气控系统和液压系统均出现故障而无法工作时，可以通过人工机械的方法对推进器进行应急控制。

直翼推进器本体5包括输入轴14、锥齿轮15、调距机构16、桨叶组件17、控制轴18、上箱体25、下箱体26、驱动管8；其中锥齿轮15位于上箱体25内，输入轴14一端与锥齿轮15啮合，另一端与联轴器6连接；调距机构16位于下箱体26内，桨叶组件17设置在下箱体26上；驱动管8连接锥齿轮15和下箱体26；控制轴18从驱动管8内部穿过，两端连接伺服油缸4的活塞杆和调距机构16；调距机构16控制桨叶组件17摆动的螺距角。

输入轴14和锥齿轮15是格里森或克林根贝尔格齿型螺旋伞齿轮，两者轴交角为90°。

桨叶组件17沿下箱体26底部呈圆周分布。

本实用新型的船舶直翼推进器还包括反馈装置21；所述的反馈装置21位于伺服油缸4上，反馈装置21将伺服油缸活塞杆的伸缩位移量转换成电讯号，反馈给中央控制系统2。

本实用新型的船舶直翼推进器还包括润滑系统；所述的润滑系统包括润滑油箱10、溢流管12、滑油泵轴19和滑油泵20；滑油泵轴19一端连接滑油泵20，另一端与锥齿轮15啮合，滑油泵20通过控制轴18的中心孔连接下箱体26，滑油泵20还连接分油器，一路喷射到推进器齿轮箱内各个轴承和齿轮部位，另一路进入润滑油箱10，润滑油箱10上端连接溢流管12，溢流管12另一端进入推进器齿轮箱内部。

桨叶组件17是分体式设计，包括桨叶22、叶根轴23和骨架油封24；桨叶22和叶根轴23通过螺栓连接，叶根轴23与下箱体26连接，叶根轴23根部设置两道骨架油封24。所述的桨叶22为直翼形。

本实用新型的操纵性能优良的船舶直翼推进器的工作原理和使用方法如下：

本实施例的一种操纵性能优良的船舶直翼推进器，包括控制站1、中央控制系统2、推进器本体5、联轴器6，其中控制站1和中央控制系统2之间通过CAN总线通讯，传递4～20mA信号，为闭环反馈信号；中央控制系统2发出控制信号给液压系统中的电磁阀3、电磁阀3动作，高压油经泵组13从动力油箱9中抽取，经过阀组11，到达两只垂直布置的伺服油缸4，伺服油缸4中活塞杆在高压油作用下由活塞带动伸缩，活塞杆推拉与之相连的控制轴18，控制轴18在杠杆的原理下驱动调距机构16，调距机构16调整桨叶组件17摆动的螺距角，此螺距角与反馈装置21反馈的信号有一定的比例关系，控制推进器的螺距，进而操纵船舶。

主机7通过联轴器6与输入轴14连接，驱动其同向旋转并传递扭矩，输入轴14是一只螺旋伞齿轮(格里森或克林根贝尔格齿型)与锥齿轮15(也是螺旋伞齿轮，格里森或克林根贝尔格齿型)啮合，两者轴交角为90°，锥齿轮15与驱动管8连接，驱动管8与下箱体26连接，从而驱动下箱体26的旋转，下箱体26带动沿下箱体底部圆周分布的桨叶组件17旋转，桨叶组件17旋转过程中划水产生反作用力，此反作用力通过桨叶组件17、下箱体26、驱动管8传递给上箱体25，上箱体25通过螺栓与船体钢性连接，从而将力传递给船体，使船舶具有前进、后退或转舵的动力。

桨叶组件17是分体式设计，包括桨叶22、叶根轴23，两者通过螺栓连接，叶根轴23根部设置两道骨架油封24，上面一道防油，下面一道防水和泥沙；如果桨叶22或骨架油封24有损坏，可以在水下拆除连接螺栓进行更换，船舶无需进坞。

本实用新型在正常工作时的润滑是机带泵强制润滑，滑油泵轴19与锥齿轮15啮合，当主机7启动后，滑油泵轴19即刻旋转驱动滑油泵20工作，并通过控制轴18的中心孔从下箱体26中抽冷油，润滑油经过滑油泵20泵压后，经分油器，一路喷射到推进器齿轮箱内各个轴承和齿轮部位进行润滑冷却，另一路进入润滑油箱10，当润滑油箱10内液面高度超过溢流管12顶部时，多余的润滑油经溢流管12进入齿轮箱内部直至下箱体26，如此循环。

本实用新型在主机7停机后，滑油泵20也随即停止工作，润滑油从润滑油箱10底部的小孔随重力进入齿轮箱内部，最终油液浸没输入轴14齿轮顶端。

以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种操纵性能优良的船舶直翼推进器，包括电气控制系统、液压系统、机械系统；所述的电气控制系统包括控制站(1)和中央控制系统(2)，控制站(1)和中央控制系统(2)之间通过CAN总线通讯，其特征在于：所述的液压系统包括电磁阀(3)、伺服油缸(4)、动力油箱(9)、阀组(11)和泵组(13)；所述的机械系统包括直翼推进器本体(5)、联轴器(6)和主机(7)；中央控制系统(2)连接液压系统中的电磁阀(3)，电磁阀(3)控制泵组(13)，泵组(13)依次连接动力油箱(9)和阀组(11)，阀组(11)同时连接两个垂直布置的伺服油缸(4)，伺服油缸(4)连接直翼推进器本体(5)；主机(7)通过联轴器(6)与直翼推进器本体(5)连接。

2.如权利要求1所述的操纵性能优良的船舶直翼推进器，其特征在于：所述的CAN总线传递4～20mA的闭环反馈信号；所述的主机(7)为柴油机、电动机或液压马达。

3.如权利要求1所述的操纵性能优良的船舶直翼推进器，其特征在于：所述的船舶直翼推进器设有冗余设计；电气控系统有两套控制单元，其一为高压控制单元，其一为低压控制单元，互相备用；泵组(13)相互独立两套，一备一用，且每套泵组(13)都对应两套电磁阀(3)；所述的船舶直翼推进器设有机械应急装置，当所有电气控系统和液压系统均出现故障而无法工作时，可以通过人工机械的方法对推进器进行应急控制。

4.如权利要求1所述的操纵性能优良的船舶直翼推进器，其特征在于：所述的直翼推进器本体(5)包括输入轴(14)、锥齿轮(15)、调距机构(16)、桨叶组件(17)、控制轴(18)、上箱体(25)、下箱体(26)、驱动管(8)；其中锥齿轮(15)位于上箱体(25)内，输入轴(14)一端与锥齿轮(15)啮合，另一端与联轴器(6)连接；调距机构(16)位于下箱体(26)内，桨叶组件(17)设置在下箱体(26)上；驱动管(8)连接锥齿轮(15)和下箱体(26)；控制轴(18)从驱动管(8)内部穿过，两端连接伺服油缸(4)的活塞杆和调距机构(16)；调距机构(16)控制桨叶组件(17)摆动的螺距角。

5.如权利要求4所述的操纵性能优良的船舶直翼推进器，其特征在于：所述的输入轴(14)和锥齿轮(15)是格里森或克林根贝尔格齿型螺旋伞齿轮，两者轴交角为90°。

6.如权利要求4所述的操纵性能优良的船舶直翼推进器，其特征在于：所述的桨叶组件(17)沿下箱体(26)底部呈圆周分布。

7.如权利要求4所述的操纵性能优良的船舶直翼推进器，其特征在于：所述的船舶直翼推进器还包括反馈装置(21)；所述的反馈装置(21)位于伺服油缸(4)上，反馈装置(21)将伺服油缸活塞杆的伸缩位移量转换成电讯号，反馈给中央控制系统(2)。

8.如权利要求4所述的操纵性能优良的船舶直翼推进器，其特征在于：所述的船舶直翼推进器还包括润滑系统；所述的润滑系统包括润滑油箱(10)、溢流管(12)、滑油泵轴(19)和滑油泵(20)；滑油泵轴(19)一端连接滑油泵(20)，另一端与锥齿轮(15)啮合，滑油泵(20)通过控制轴(18)的中心孔连接下箱体(26)，滑油泵(20)还连接分油器，一路喷射到推进器齿轮箱内各个轴承和齿轮部位，另一路进入润滑油箱(10)，润滑油箱(10)上端连接溢流管(12)，溢流管(12)另一端进入推进器齿轮箱内部。

9.如权利要求4所述的操纵性能优良的船舶直翼推进器，其特征在于：所述的桨叶组件(17)是分体式设计，包括桨叶(22)、叶根轴(23)和骨架油封(24)；桨叶(22)和叶根轴(23)通过螺栓连接，叶根轴(23)与下箱体(26)连接，叶根轴(23)根部设置两道骨架油封(24)。

10.如权利要求9所述的操纵性能优良的船舶直翼推进器，其特征在于：所述的桨叶(22)为直翼形。