專(zhuān)利名稱(chēng)：水斗式船舶推進(jìn)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種船舶推進(jìn)器，其特征在于導(dǎo)管與轉(zhuǎn)輪切向(或斜向)連接，水流經(jīng)過(guò)導(dǎo)管整形導(dǎo)流后，切向(或斜向)沖入水斗，水斗作功后為船舶提供有效推力(拉力)。
背景技術(shù)：
船舶推進(jìn)器主要分為明輪、螺旋槳、噴水推進(jìn)器三大類(lèi)。明輪，是最早應(yīng)用于輪船的推進(jìn)裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，曾被大量使用，但因其無(wú)水流導(dǎo)向裝置和出口能量回收裝置，導(dǎo)致明輪擊水消耗能量大，而效率低下，同時(shí)明輪還因其轉(zhuǎn)速低，機(jī)構(gòu)笨重，占用空間大，所以明輪已為螺旋槳所取代。螺旋槳，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、使用方便，中低航速和中低轉(zhuǎn)速時(shí)效率高，成為應(yīng)用最廣的船舶推進(jìn)器，但是螺旋槳不僅存在偏離設(shè)計(jì)工況時(shí)效率低下的缺點(diǎn)，還存在高航速、高轉(zhuǎn)速時(shí)抗空泡性差，容易出現(xiàn)空泡現(xiàn)象導(dǎo)致效率下降且嚴(yán)重破壞螺旋槳和船體結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，所以在高速船舶、淺水船舶和低噪聲環(huán)境等特定領(lǐng)域，螺 旋槳正被其它性能更為優(yōu)秀的推進(jìn)器所取代。噴水推進(jìn)器(包括水力錐形推進(jìn)器)，是一種應(yīng)用較早的船舶推進(jìn)器，它是利用推進(jìn)泵噴出水流的反作用力推動(dòng)船舶前進(jìn)，現(xiàn)代噴水推進(jìn)器具有抗空泡性強(qiáng)、附體阻力小、操縱性好、運(yùn)行噪聲低、變工況范圍廣、吃水淺的優(yōu)點(diǎn)，但是因其效率低下、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)較高，主要應(yīng)用于高速船舶和淺水船舶。目前，隨著高性能船舶的大量應(yīng)用，船舶推進(jìn)器仍需進(jìn)一步改進(jìn)以適應(yīng)不斷變化的工作環(huán)境。螺旋槳的主要改進(jìn)方向是使用可調(diào)距大傾斜多葉螺旋槳，以提高其抗空泡性和效率，并降低工作噪聲，不過(guò)由于螺旋槳經(jīng)過(guò)200年來(lái)的演進(jìn)，其性能已經(jīng)接近極限，改進(jìn)余地已經(jīng)很小。噴水推進(jìn)器首先是應(yīng)用高效率的單級(jí)軸流式水泵，其次是進(jìn)一步優(yōu)化進(jìn)水口設(shè)計(jì)，其效率已有較明顯提高，例如根據(jù)噴水推進(jìn)器衍生出的水力錐形推進(jìn)器也取得較高的效率，水力錐形推進(jìn)器就是通過(guò)翼輪直接作用于水，無(wú)需噴管，從而取得較高效率。盡管如此，噴水推進(jìn)器仍然存在效率低下、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)較高的缺點(diǎn)。所以，為進(jìn)一步提高船舶推進(jìn)器的效率和適應(yīng)多種的工作環(huán)境，我們需要設(shè)計(jì)出新型船舶推進(jìn)器。

發(fā)明內(nèi)容
水力機(jī)械大都可逆運(yùn)行，所以我們?cè)诮梃b沖擊式水輪機(jī)的工作原理和設(shè)計(jì)方法后，為突破氣蝕條件限制并進(jìn)一步提高船舶推進(jìn)器的效率，設(shè)計(jì)出不受氣蝕限制的水斗式船舶推進(jìn)器。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是導(dǎo)管與轉(zhuǎn)輪切向(或斜向)連接，水流經(jīng)過(guò)導(dǎo)管整形導(dǎo)流后，通過(guò)分水刃切向(或斜向)沖入水斗進(jìn)水邊，水斗沖擊水流后(這個(gè)過(guò)程是水流沖擊過(guò)程)，水流在經(jīng)過(guò)軸向流動(dòng)后，再由水斗出水邊射出(這個(gè)過(guò)程是水流反沖過(guò)程)，進(jìn)而提供推力。整個(gè)作功過(guò)程因?yàn)橐肓怂鲗?dǎo)向裝置(導(dǎo)管)，水斗出口有動(dòng)能回收裝置(雙曲面出水邊)，水流的撞擊損失小，動(dòng)能能夠得到充分利用，所以整機(jī)效率較高。水斗式船舶推進(jìn)器較之明輪推進(jìn)器配置有水流導(dǎo)向裝置——導(dǎo)管，能量回收裝置一水斗，從而確保水流能夠在符合流體流動(dòng)特點(diǎn)的前提下，可同時(shí)獲取水流的沖擊能量和反沖能量。水斗式船舶推進(jìn)器較之螺旋槳推進(jìn)器是工作在水面以上(即使是壓氣運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)輪也只是部分浸沒(méi)于水面以下)，整個(gè)作功過(guò)程是在接近大氣壓環(huán)境下進(jìn)行。所以水斗式船舶推進(jìn)器具有以下優(yōu)點(diǎn)一是水斗不存在空化和空蝕，不受氣蝕條件限制，主機(jī)不易過(guò)載，適合高速船舶，特別是高速艦艇；二是工作范圍內(nèi)效率變化比較平緩，效率受負(fù)荷變化的影響較小，特別是在低負(fù)荷和滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)其效率比螺旋槳和噴水推進(jìn)器要高，節(jié)約能源；三是過(guò)流量小、可工作在水面以上，主機(jī)和推進(jìn)器易于布置，推進(jìn)器的密封簡(jiǎn)單且抗腐蝕性能好，利于維護(hù)保養(yǎng)；四是適合淺水航行，具有良好的環(huán)保效果 ’五是低航速時(shí)推力大，操縱性和定位性能好，適合用于拖船、挖泥船、掃雷艇等類(lèi)型艦船。


下面，結(jié)合附圖I、附圖2、附圖3、附圖4、附圖5和實(shí)例I、實(shí)例2、實(shí)例3、實(shí)例4，進(jìn)一步說(shuō)明水斗式船舶推進(jìn)器的結(jié)構(gòu)和原理。
附圖I是水斗式船舶推進(jìn)器的結(jié)構(gòu)和原理圖；附圖2是轉(zhuǎn)輪斗葉及水力作功示意圖；附圖3斜擊式水斗式船舶推進(jìn)器示意圖；附圖4多轉(zhuǎn)輪水斗式船舶推進(jìn)器示意圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)例I :
如附圖I、附圖2所示，實(shí)例I由轉(zhuǎn)輪I、導(dǎo)管2、機(jī)殼3等三大部分組成，導(dǎo)管2與轉(zhuǎn)輪I切向連接，轉(zhuǎn)輪I由輪輻4及由若干呈雙碗狀的水斗5組成。根據(jù)需要還可裝置有輔助水泵6、倒車(chē)噴管7、壓縮空氣管8。兩水斗間的工作面的結(jié)合處稱(chēng)為水斗的進(jìn)水邊9。承受繞流射流作用的凹面稱(chēng)為水斗的工作面10。水斗工作面與側(cè)面間的端面稱(chēng)為水斗的出水邊11。轉(zhuǎn)輪I、導(dǎo)管2、機(jī)殼3均連接在船體13。工作過(guò)程當(dāng)船舶的主機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)輪I旋轉(zhuǎn)，從導(dǎo)管2引出的水流沿轉(zhuǎn)輪I的切線(xiàn)方向沖向水斗5，當(dāng)水流接觸水斗5后即按斗葉形狀流過(guò)斗葉工作面10，并迫使水流的相對(duì)速度和相對(duì)方向發(fā)生改變，從而產(chǎn)生作用在水斗5上的力，形成對(duì)船舶的驅(qū)動(dòng)力矩，從而推動(dòng)船舶前進(jìn)。通過(guò)改變轉(zhuǎn)輪I的轉(zhuǎn)速，或移動(dòng)導(dǎo)管中的噴針12來(lái)調(diào)節(jié)水流流量，可控制推進(jìn)器的推力和船舶速度。
輔助水泵6的作用是1、當(dāng)船舶啟動(dòng)時(shí)，為轉(zhuǎn)輪提供啟動(dòng)水流，船舶正常航行時(shí)，水流如能通過(guò)沖壓作用進(jìn)入導(dǎo)管2，此時(shí)輔助水泵15可以選擇關(guān)閉；2、當(dāng)船舶需要倒車(chē)或剎車(chē)時(shí)，為倒車(chē)噴管13提供水流。倒車(chē)噴管7的作用是當(dāng)船舶需倒車(chē)或剎車(chē)時(shí)，由輔助水泵15供給水流反向噴入水斗5，從而提供倒車(chē)或剎車(chē)動(dòng)力。壓縮空氣管8的作用是轉(zhuǎn)換水斗推進(jìn)器工作方式，使其工作于壓氣運(yùn)行方式當(dāng)船舶處于特殊工作環(huán)境下，推進(jìn)器可能大部分(或全部)浸沒(méi)入水線(xiàn)以下時(shí)，因此有必要通過(guò)壓氣管提供一定量的壓縮空氣，從而迫使機(jī)殼內(nèi)水線(xiàn)下移到水斗以下，保證轉(zhuǎn)輪正常運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而提高推進(jìn)器的效率和適應(yīng)不同的工作環(huán)境。
根據(jù)水斗5與輪輻4的連接形式，可采取整鑄結(jié)構(gòu)、鑄焊結(jié)構(gòu)和機(jī)械組合結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)輪材料可根據(jù)不同的工作環(huán)境使用塑膠、球墨鑄鐵、碳素鑄鋼、錳青銅、低合金鑄鋼或不銹鋼等類(lèi)型材料。實(shí)例I主要應(yīng)用于高速船舶和淺水船舶。實(shí)例2:如附圖3所示，實(shí)例3的主要特征是導(dǎo)管I與勺狀水斗2斜向連接，當(dāng)船舶的主機(jī)驅(qū)動(dòng)勺狀水斗2旋轉(zhuǎn)，從導(dǎo)管I引出的水流沿傾斜方向沖向勺狀水斗2，當(dāng)水流接觸勺狀水斗2后即按斗葉形狀流過(guò)斗葉工作面，并迫使水流的相對(duì)速度和相對(duì)方向發(fā)生改變，從而產(chǎn)生作用在水斗2上的力，形成對(duì)船舶的驅(qū)動(dòng)力矩，從而推動(dòng)船舶前進(jìn)。導(dǎo)管I內(nèi)有噴針3用來(lái)調(diào)節(jié)流量。實(shí)例2過(guò)流量較大，在相同轉(zhuǎn)速下，推力較大，主要應(yīng)用于中高速船舶。 實(shí)例3 如附圖4所示，實(shí)例3的主要特征是采用多轉(zhuǎn)輪推進(jìn)方式。在船體4上裝置主機(jī)1，主機(jī)I與轉(zhuǎn)輪2、轉(zhuǎn)輪3相連接，當(dāng)主機(jī)I驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)輪2和轉(zhuǎn)輪3旋轉(zhuǎn)，船舶就可以獲得比單一轉(zhuǎn)輪大一倍的推力。實(shí)例3可以匹配大功率主機(jī)，推力較大，主要應(yīng)用于大噸位船舶。
權(quán)利要求
1.一種船舶推進(jìn)器，由轉(zhuǎn)輪I、導(dǎo)管2、機(jī)殼3等三大部分組成，其特征在于導(dǎo)管2與轉(zhuǎn)輪I切向連接，水流經(jīng)過(guò)導(dǎo)管整形導(dǎo)流后，切向沖入水斗，水斗作功后為船舶提供有效推力。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的船舶推進(jìn)器，其特征在于機(jī)殼3上裝置有輔助水泵6、倒車(chē)噴管7、壓縮空氣管8 ;
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的船舶推進(jìn)器，其特征在于轉(zhuǎn)輪I多個(gè)轉(zhuǎn)輪并聯(lián)；
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的船舶推進(jìn)器，其特征在于導(dǎo)管與轉(zhuǎn)輪可以斜向連接，水流斜向沖擊轉(zhuǎn)輪的勺狀水斗。
全文摘要
水斗式船舶推進(jìn)器由轉(zhuǎn)輪1、導(dǎo)管2、機(jī)殼3等三大部分組成，導(dǎo)管2與轉(zhuǎn)輪1切向(或斜向)連接，轉(zhuǎn)輪1由輪輻4及由若干呈雙碗狀(或勺狀)的水斗5組成。其特征在于導(dǎo)管與轉(zhuǎn)輪切向(或斜向)連接，水流經(jīng)過(guò)導(dǎo)管整形導(dǎo)流后，切向(或斜向)沖入水斗，水斗作功后為船舶提供有效推力(拉力)。具有以下優(yōu)點(diǎn)一是不受氣蝕條件限制，適合高速船舶；二是工作范圍內(nèi)效率受負(fù)荷變化的影響較小，節(jié)約能源；三是可工作在水面以上，主機(jī)和推進(jìn)器易于布置，適合淺水航行，具有良好的環(huán)保效果。
文檔編號(hào)B63H1/04GK102745319SQ20121022842
公開(kāi)日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月22日
發(fā)明者賈鳳斌 申請(qǐng)人:賈鳳斌