CN207809744U - 舰船推进器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种舰船推进器，包括：内涵道；外涵道，套置在内涵道外，并与内涵道共轴线，该外涵道与内涵道间形成层间流道，且外涵道在尾端比内涵道长出给定长度；螺旋桨，设置在内涵道内。依据本实用新型的舰船推进器涵道相对较短，但效率相对较高。

Description

舰船推进器

技术领域

本实用新型涉及一种舰船推进器。

背景技术

舰船推进器是船舶推进器的一种，是用于推动舰船前进的机构，主要把例如轮机产生的旋转通过螺旋桨对水的推动，而使舰船基于反冲获得前进的动力。舰船推进器主要是螺旋桨式船用推进器，而螺旋桨式船用推进器主要有两种，一种是无涵道螺旋桨推进器，另一种是涵道式螺旋桨推进器，本实用新型所涉及的舰船推进器属于后者。

涵道式螺旋桨推进器简称涵道螺旋桨，是指被涵道包围的螺旋桨系统。相比于无涵道螺旋桨，涵道螺旋桨系统具有更高的效率，并且具有噪声小，安全性高的特点。

涵道螺旋桨的推力大小与通过浆盘的流体流量和涵道内外流速相关，由于涵道与螺旋桨之间相互干扰的复杂性，涵道螺旋桨的设计通常需要较多经验与较长时间，其任意的甚至是局部的稍许改动，都有可能对其效率产生比较大的影响。

中国专利文献CN107284652A公开了一种一体化涵道式螺旋桨，其具有一个涵道和安装在涵道内的螺旋桨，区别于已知的涵道式螺旋桨涵道固定的结构，该专利文献中涵道与螺旋桨的桨叶间固定连接，意图通过这种一体式结构降低冲击噪声，提高效率。然而，其通过一体式构造，所形成的结构的涵道比比较大，流体的加速时间比较短，并且较短的涵道对流体的导流作用有限。另外，一体式结构确实提供了涵道式螺旋桨整体的结构强度，但一同旋转的涵道不可避免的会增加额外的能耗，尤其是液体阻力比较大，效率会因此有所降低。

中国专利文献CN104773279A公开了一种曲线涵道船用螺旋桨，其涵道的进口端口径较大，出口端口径较小，涵道基于进出口端的口径匹配而构造为变径结构，涵道前缘能够产生较大阻力，使涵道前缘内的吸水区静压增大，同时，该螺旋桨也采用桨叶与涵道连接在一体的结构。相对而言，其等效的涵道比取决于出口端口径，从而其涵道比要小很多。其涵道母线结构相对复杂，对加工工艺要求较高。并且其采用单一的具有多个导程长度的螺旋桨，公知的，螺旋桨的效率与多个因素有关，其中两个因素是轴向诱导速度的损失和周向诱导速度的损失，多个导程长度的螺旋会显著的增加水流扭转，即产生较大的周向诱导速度损失，这就是为什么当前螺旋桨的桨叶通常采用多个，并且最多采用二分之一个导程长度的原因。并且由于螺旋桨的转速基本确定，其能够加速水流的最大速度是确定的，过长螺旋的增速效果有限。

中国专利文献CN104859820A则公开了一种两级涵道式船用螺旋桨，其也采用叶片与涵道固定在一起的结构，并且本质上相当于采用了两级加速结构，不同于中国专利文献CN104773279A，该专利文献采用了两套驱动装置，分别对两套螺旋桨进行加速，即前一级速度较低，后一级速度较高，实际上后一级是对已经产生一定速度的流体进行进一步的加速。如前所述，中国专利文献CN104773279A指出，前端静压区较大，有利于效率的提高，换言之，两级加速实际会损失后一级加速的效率，整体能耗偏大。并且整体的涵道长度偏大，对于后置螺旋桨的小船，会显著增加螺旋桨在船体上安装的困难度。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种涵道相对较短，但效率相对较高的舰船推进器。

一种舰船推进器，包括：

内涵道；

外涵道，套置在内涵道外，并与内涵道共轴线，该外涵道与内涵道间形成层间流道，且外涵道在尾端比内涵道长出给定长度；

螺旋桨，设置在内涵道内。

上述舰船推进器，可选地，内涵道和外涵道均为头端口径大于尾端口径的锥形涵道。

可选地，外涵道的锥度大于内涵道的锥度。

可选地，内涵道与外涵道的头端共面；

提供一前置连接在内涵道头端的前置筒，该前置筒为圆柱筒，该圆柱筒的内径与内涵道的头端口径相同；

前置筒与内涵道同轴线。

可选地，前置筒的长度为其内径的六分之一~五分之一。

可选地，所述给定长度为内涵道尾端口径的0.4~0.7倍。

可选地，外涵道尾端口径是内涵道尾端口径的0.75~0.92倍。

可选地，层间流道周向均置有肋板；

该肋板的向心端连接在内涵道的外表面，肋板的离心端连接在外涵道的内表面。

可选地，肋板为基于内涵道的径向面板；

肋板共有六个。

可选地，在外涵道的外表面周向均置有背鳍，背鳍构成外涵道的径向面板。

依据本实用新型的实施例，其具有内涵道和套在内涵道之外的外涵道，其中，螺旋桨安装在内涵道内，通过对流体向涵道尾端的推送产生舰船向前运动所需要的反冲力。螺旋桨在向后排液的过程中，会形成涡流，涡流中向后的分量属于有益分量，而涡流中的旋转分量则属于有害分量。不过研究发现，这两个分量都会基于文丘里效应对低压区产生吸射效果，两个涵道间的层间流道内的流体压力低于内涵道喷射出的流体压力，其中的有益分量会产生吸射效果，而其中的旋转分量也具有吸射效果，从而能够把流体的一部分旋转动能转换成层间流道内流体向后的动能，提高了舰船推进器的效率。另外，内外嵌套的涵道，不必通过多级或者多节螺旋实现效率的提高，整体的长度相对较短，并且涵道比虽然有所增大，但仍属于可被接受的范围。

附图说明

图1为本实用新型一实施例中舰船推进器的主剖结构示意图。

图2为相应于图1的俯视结构示意图。

图3为一种舰船推进器立体结构示意图。

图中：1.肋板，2.鳍板，3.外涵道，4.内涵道，5.前置筒，6.螺旋桨，7.层间流道。

具体实施方式

对于舰船推进器，其头尾与舰船的头尾相适应，即船头方向，也是舰船推进器的头侧，与头侧相对的一侧为后侧，或者尾侧，与舰船的船尾相适应。

一般而言，涵道的主轮廓为回转体，其具有确定的轴线，也是回转体的回转轴，基于回转轴，涵道具有确定的径向、轴向和周向，同时具有确定的离心和向心方向。

参见说明书附图1~3所示的一种舰船推进器，其具有两个涵道，即图中所示的内涵道4和外涵道3，两个涵道共轴线，装配时需要保证两者具有较高的同轴度。

一般而言，外涵道3可以直接安装在舰船船底，固定设置，内涵道4则可以通过在轴向延伸出外涵道3的部分安装在舰船船底，也可以通过径向的连接件连接在外涵道3上。

其中，内涵道4内用于设置螺旋桨6，螺旋桨6不必配置独立的安装支架，而是直接与螺旋桨轴连接，由动力设备的输出轴连接并支撑螺旋桨6，使螺旋桨6与内涵道保持给定的同轴度。

对于外涵道3，则与内涵道4共轴线，两者在装配条件下，外涵道3位于内涵道4外，螺旋桨6所产生对流体的推力，对外涵道3的直接影响较小。

相对而言，常规使用时，涵道的进口端是其头端，例如内涵道4，螺旋桨6正常工作时，水流从内涵道4的头端进入，从其尾端排出，内涵道4的头端为如图1所示的上端。

在以涵道轴线为法线的截平面上，外涵道3截平面内圆直径大于内涵道4截平面外圆直径，内涵道4与外涵道3之间确定出层间流道7，舰船在前行时，层间流道7也会有流体流过，由于流通在层间流道7不受螺旋桨6的直接加速，相比于内涵道4内的流体，其在层间流道7出口端的水头压力小于内涵道4出口端的水头压力，藉此会产生文丘里效应。

文丘里效应也称文氏效应，其发现者，是意大利物理学家文丘里（GiovanniBattista Venturi）发现，因此，以其名字进行命名。该效应表现在受限流动在通过缩小的过流断面时，流体出现流速增大的现象，其流速与过流断面成反比。而由伯努利定律可知，流速的增大伴随流体压力的降低，即常见的文丘里现象。通俗地讲，这种效应是指在高速流动的流体附近会产生低压，从而产生吸附作用。

相对于层间流道7排出的水流，内涵道4排出的水流属于高速流体，两者存在一定的流速差，内涵道4的出口端所形成的高速流体，对层间流道7能够产生吸引，从而产生对层间流道7内流体进一步加速的作用。并且这种加速不仅体现在内涵道4排出水流动量的轴向分量，也表现在其周向分量，内涵道4所排出液体产生的涡流中的旋转分量，也可以形成负压，产生对层间流道7内流体的吸引，从而能够把旋转分量的部分动量转换成流体的轴向分量，减少了有害分量，提高了有用分量，从而提高了舰船推进器的效率。

加以适配的配置还有，外涵道3在尾端比内涵道4长出给定长度L,该段主要是提供一个转换空间，在该处形成文丘里管。

基于前述的配置，可以减小周向诱导速度的损失，即可以减小水流扭转损失。

另外，受双层涵道的约束，空泡现象被进一步降低，可以进一步降低螺旋6的噪声。

参见说明书附图1和3，图中可见，内涵道4和外涵道3均为头端口径大于尾端口径的锥形涵道。基于此，可以参考中国专利文献CN104773279A，其所配置涵道的进口端口径较大，出口端口径较小，涵道基于进出口端的口径匹配而构造为变径结构，涵道前缘能够产生较大阻力，使涵道前缘内的吸水区静压增大，有利于提高效率。

在本实用新型的实施例中，其采用双涵道结构，基于锥形结构的内涵道4可以产生较强的喷射速度，从而可以产生更强的吸射能力，基于文丘里效应进一步提高效率。

进一步地，外涵道3的锥度大于内涵道4的锥度，外涵道3与内涵道4之间的距离在涵道轴向，从头到尾的方向上逐渐变小，形成收口，可以进一步加强文丘里效应。

此外，如前所述，基于锥形的涵道结构，有利于提高涵道前缘内吸水区静压，不过在内涵道4的头端，如果内外涵道头端平齐，则由于内涵道4入口处吸力比较大，会影响流体进入到层间流道7，有鉴于此，在图1所示的结构中，内涵道4与外涵道3的头端共面。然后在内涵道4的前端设置一个前置筒5，可以减小对层间流道7的进流干扰。

进一步地，参见说明书附图1，图中可见，前置筒5为圆柱筒，该圆柱筒的内径与内涵道4的头端口径相同，两者直接端面连接，并且前置筒5与内涵道4同轴线。

前置筒5不宜过长也不宜过短，如果过长，会产生较大的边界摩擦，而产生较大的轴向诱导速度的损失。前置筒5也不宜过短，否则会导致内涵道4较强大的吸引而影响层间流道7水流的进入，有鉴于此，前置筒5的长度为其内径的六分之一~五分之一。

另外，基于大致相同的考量，关于前述的给定长度L，其不宜过大，只需要能够产生文丘里效应即可，即能够满足文丘里管的构造即可，过长显然也会增大轴向诱导速度的损失。同时考虑文丘里管的构造，所述给定长度L为内涵道4尾端口径D1的0.4~0.7倍。

此外，涡流的旋转可以基于边界摩擦被进一步消弱，以减轻涡流反冲所产生的船体倾斜，并且基于锥形结构，可以进一步加强边界摩擦，涡流所产生的反冲与涡流冲击到外涵道3壁面所产生的动量能够产生一定的抵消，从而减轻舰船的倾斜。因此，考虑该种因素，外涵道3尾端口径D2是内涵道尾端口径D1的0.75~0.92倍。

另外，在前述的说明中提及，内涵道4可以连接在外涵道3上，另外，对于周向诱导速度的损失，可以基于内外涵道的配置得到一定程度的抑制。在图1~3所示的结构中，层间流道7周向均置有肋板1，肋板对涡流能够产生抑制，并且基于如图1所示的锥形涵道结构，在水流从头到尾的通流中，肋板1以及内外涵道形成一个收口结构，不仅有利于抑制涡流的产生，而且吸射效应更明显。

因此，内涵道4喷射出的涡流对层间流道7的旋转引射作用可以被有效抑制。

相应地，所述肋板1的向心端连接在内涵道4的外表面，肋板1的离心端连接在外涵道3的内表面。

进一步地，肋板1为基于内涵道4的径向面板。

优选地，肋板1共有六个。

另外，如图1~3所示，在外涵道3的外表面周向均置有背鳍，如图1所示的鳍板2，背鳍构成外涵道3的径向面板。鳍板2主要对涵道外的水流进行整流，减小阻力。

Claims (10)

1.一种舰船推进器，其特征在于，包括：

内涵道；

外涵道，套置在内涵道外，并与内涵道共轴线，该外涵道与内涵道间形成层间流道，且外涵道在尾端比内涵道长出给定长度；

螺旋桨，设置在内涵道内。

2.根据权利要求1所述的舰船推进器，其特征在于，内涵道和外涵道均为头端口径大于尾端口径的锥形涵道。

3.根据权利要求2所述的舰船推进器，其特征在于，外涵道的锥度大于内涵道的锥度。

4.根据权利要求2或3所述的舰船推进器，其特征在于，内涵道与外涵道的头端共面；

提供一前置连接在内涵道头端的前置筒，该前置筒为圆柱筒，该圆柱筒的内径与内涵道的头端口径相同；

前置筒与内涵道同轴线。

5.根据权利要求4所述的舰船推进器，其特征在于，前置筒的长度为其内径的六分之一~五分之一。

6.根据权利要求1~3任一所述的舰船推进器，其特征在于，所述给定长度为内涵道尾端口径的0.4~0.7倍。

7.根据权利要求6所述的舰船推进器，其特征在于，外涵道尾端口径是内涵道尾端口径的0.75~0.92倍。

8.根据权利要求1~3任一所述的舰船推进器，其特征在于，层间流道周向均置有肋板；

该肋板的向心端连接在内涵道的外表面，肋板的离心端连接在外涵道的内表面。

9.根据权利要求8所述的舰船推进器，其特征在于，肋板为基于内涵道的径向面板；

肋板共有六个。

10.根据权利要求1~3任一所述的舰船推进器，其特征在于，在外涵道的外表面周向均置有背鳍，背鳍构成外涵道的径向面板。