用于船舶的推进器和将桨毂帽安装至桨毂的方法与流程

本发明涉及一种用于船舶的新型推进器和一种将桨毂帽安装至桨毂的方法。更具体地说，本发明涉及用于与固定螺距推进器和可控螺距推进器二者相关地使用的桨毂帽。

背景技术：

船舶的推进单元通常包括桨毂和布置于桨毂的推进器叶片。桨毂包括驱动装置，该驱动装置例如可以是驱动轴、锥齿轮、传动装置或电动或液压驱动装置。推进器可以是所谓的固定螺距推进器(fpp)或可控螺距推进器(cpp)。前者具有紧固到环形桨毂体上的叶片，后者具有布置到用于控制叶片螺距的装置的叶片，控制装置位于推进单元的桨毂内。

用于控制推进器叶片螺距的装置包括布置在桨毂中的实际机械转动装置和用于致动机械转动装置的装置。机械转动装置包括用于每个推进器叶片的曲柄环。

基本上有两种类型的致动装置，即机械致动装置和液压致动装置。机械致动装置包括沿驱动轴中的中心孔从驱动装置延伸到桨毂内部的杆。对于液压致动装置，桨毂内的可移动构件被布置成在液压缸中作为活塞工作。

就推进器来说，问题在于推进器叶片的根部布置的相对大的直径。大直径桨毂导致推进器桨毂形成流体动力学上低效对象，因为离开推进器叶片的液流必须填充桨毂下游的开放空腔。换句话说，终止于具有与桨毂直径相对应的直径的基本径向表面的桨毂在桨毂的下游产生了减压区域，在实践中，这种减压区域意味着产生了与推进器的推力相反指向的力，即，减小了推进器的净推力。当水填充开放空腔时，产生所谓的桨毂涡流。当涡流开始形成空泡时，即在涡流中形成气泡时，桨毂涡流以其更强烈的形式可见。桨毂涡流的实际问题是它显著地减小了推进器的可用推力。自然地，由于可控螺距推进器的较大的桨毂直径，在可控螺距推进器中可以更大规模地看到该问题。

已经尝试通过将桨毂帽布置到桨毂的下游端并且将翅片布置在桨毂帽上来解决与桨毂涡流相关的问题，桨毂帽和翅片两者都与推进器一起旋转。通过这种布置，推进器的推力已经增加了或者燃料消耗减少了平均2％到3％。桨毂帽可以是桨毂的圆柱形延伸部，但通常它是会聚延伸部。会聚可以是圆锥形的或曲线形的。

当推进器是固定螺距型或者有时甚至是可控螺距型时，桨毂帽可以容易地从桨毂帽的内部紧固到桨毂的端，如在共同未决定的专利申请pct/ep2016/058311中所讨论的。但是，当推进器是具有液压致动装置的可控螺距推进器时，可以看到另外的问题，在这种可控螺距推进器中，它们的液压缸布置在推进器桨毂的后端处，即布置在与桨毂的驱动端或前端相反的一端处，并且作为桨毂的一体部分或作为附接到桨毂的后端的单独部件。由于叶片根部处的桨毂半径明显大于液压缸的外半径，因此桨毂帽优选地布置成借助于或多或少的流线型表面覆盖径向差，该流线型表面从桨毂的最大直径向后会聚。然而，由于将桨毂帽置于紧密靠近液压缸的外表面或端在流体动力学上是有效的，因此没有用于从内部紧固桨毂帽的空间，但是必须从桨毂帽的外部布置紧固。在具有机械致动装置的可控螺距推进器中也可以看到相同的问题。换句话说，桨毂体在桨毂体的后端处具有直径小于桨毂体其余部分的直径的轴向延伸部，该轴向延伸部填充桨毂帽的内部。

根据示例性的现有技术结构(例如参见图1)，桨毂帽由在桨毂帽的外表面上设置有翅片的会聚部分形成。桨毂帽的会聚部分在面向桨毂后端的会聚部分的端处具有向内延伸的凸缘，该凸缘设置有用于将桨毂帽紧固到桨毂的螺栓或螺钉的孔。因此，容易从桨毂帽的内部执行桨毂帽的紧固。然而，当桨毂帽的内部或多或少地填充有桨毂体的轴向延伸部时，就不可能从内部紧固桨毂帽。

因此，本发明的目的是设计一种新颖的桨毂帽，该桨毂帽具有简单的结构，从而导致制造成本较低。

本发明的另一个目的是设计一种新颖的桨毂帽，该桨毂帽具有轻的结构并且容易安装。

本发明的另一个目的是设计一种新颖的桨毂帽，该桨毂帽可从桨毂帽的外部紧固在桨毂的后端处。

本发明的再一个目的是提供一种使现有推进器设置有现代桨毂帽的可能性。

技术实现要素：

本发明的目的中的至少一个目的基本上通过用于船舶的推进器来满足，该推进器包括桨毂，该桨毂具有桨毂体、推进器叶片和附接到桨毂体的后端的桨毂帽，该桨毂帽具有设置有翅片的外表面，其中所述桨毂帽通过与所述桨毂体同轴的单独圆形连接环紧固到所述桨毂体。

本发明的目的中的至少一个目的基本上通过一种将桨毂帽安装在推进器的桨毂的后端上的方法来满足，该推进器包括桨毂，该桨毂具有桨毂体、推进器叶片和桨毂帽，该桨毂帽具有设置有翅片的外表面和具有内直径的内表面，该方法包括以下步骤

a)制造外直径等于所述桨毂帽的所述内直径的圆形连接环；

b)给所述桨毂帽设置径向通孔；

c)给所述连接环设置径向延伸的盲孔；

d)给所述连接环设置轴向通孔；

e)设置与所述桨毂体有关的螺纹孔；

f)通过螺纹连接在所述螺纹孔中的螺栓将所述连接环紧固到所述桨毂体的所述后端；

g)将所述桨毂帽安装在所述连接环上；以及

h)将销钉挤压到所述孔中，以将所述桨毂帽紧固在所述圆形连接环上。

本发明的其它特性化特征可在所附权利要求中看到。

本发明带来了以下优点，其中

·简单且因此便宜的结构；

·轻质结构，从而安装更容易；以及

·由于容易的单独安装步骤而容易安装。

附图说明

下面将参照所附的示例性示意图描述本发明，其中：

图1示出了现有技术的船舶的推进单元的桨毂的轴向剖面图；

图2a示出了根据本发明的第一优选实施方式的船舶推进器的桨毂的轴向剖面图；

图2b示出了图2a的桨毂的局部放大图；以及

图3a示出了根据本发明的第二优选实施方式的船舶推进器的桨毂的轴向剖面图；以及

图3b示出了图3a的桨毂的局部放大图。

具体实施方式

图1示出了现有技术的船舶的可控螺距推进器的桨毂10的轴向剖面图。在以下描述中，使用了限定“后”和“前”，使得“后”指的是面向或指向船舶的后端或船尾的元件或元件的一部分，而“前”指的是面向或指向船舶的前端或船首的元件或元件的一部分。桨毂10包括桨毂体12、位于桨毂体12的后端处的后端盖14、位于桨毂体12的前端处的前端盖16、缸轭18、曲柄环20、推进器叶片22和桨毂帽24。位于桨毂体12的前端处的前端盖16具有用于接收延伸到缸轭18中的中心圆柱形开口26的驱动轴的开口。该驱动轴(未示出)设置有凸缘，该凸缘螺栓连接到位于桨毂体12的前端处的螺纹孔28以使桨毂体12旋转。该驱动轴设置有紧固到缸轭18中的开口30的装置，以轴向移动缸轭18。当缸轭18轴向移动时，该缸轭18与曲柄环20配合以控制推进器叶片22的螺距。后端盖14借助于螺栓32紧固到桨毂体12的后端。

现有技术桨毂10的桨毂帽24在桨毂帽24的前轴向端和后轴向端之间由会聚部分34形成，翅片36紧固到会聚部分34的外表面。桨毂帽24的会聚部分34在会聚部分34的前端处设置有凸缘38，该凸缘38沿着桨毂的后端盖14径向地向内延伸，并借助于螺栓或螺钉40紧固在后端盖14上。

由于桨毂帽的内部在桨毂帽的后端处是敞开的，因此容易将桨毂帽紧固到桨毂体的后端。然而，如之前所讨论的，当桨毂帽的内部填充有例如用于控制推进器的螺距的液压装置之类的桨毂部件时，没有从桨毂帽的内部到桨毂帽和桨毂体或桨毂的后端盖之间的界面的通路，由此必须通过一些其它方式从桨毂帽的外部执行桨毂帽的紧固。因此，为了将桨毂帽紧固到桨毂体的后端或桨毂的后端盖，提出了以下两个实施方式。

图2示意性地示出了根据本发明的第一优选实施方式的桨毂的轴向剖面图。桨毂40包括桨毂体42，该桨毂体42例如紧固到布置在驱动轴46的一端处的凸缘44。桨毂具有多个推进器叶片48，这些推进器叶片48优选通过螺栓经由其叶片脚部50将每个叶片48附接至其自身的可旋转曲柄环52而被可旋转地布置。叶片脚部50和/或曲柄环52已经相对于桨毂体42密封，使得用于润滑桨毂内部即机械螺距控制装置的润滑油在操作时不会泄漏到桨毂周围的水中。

桨毂40的内部设置有液压装置，如已经结合图1提到的，该液压装置用于控制螺距或用于改变推进器的叶片角度，即，改变船首位置和船尾位置之间的叶片角度位置。在与驱动轴46相反的一端处，桨毂40设置有轴向延伸部，即后端盖54，该后端盖54经由后端盖54的径向地延伸的凸缘56紧固到桨毂体42的后端。后端盖54的内部设置有活塞58，该活塞58将后端盖54的圆柱形内部容积分成两个腔室，即，船尾油腔室60和船首油腔室62。活塞58紧固到缸轭64的一端，从而使得移动活塞58将使曲柄环52转动，它们就此而改变推进器叶片48的螺距。图2a还示出了具有翅片68的桨毂帽66，桨毂帽66通过紧固装置70紧固到桨毂体42。

图2b以放大比例示出了图2a的细节a，即紧固装置70。为了将桨毂帽66紧固到桨毂体42，使用了将后端盖54紧固到桨毂体42的螺栓76。紧固装置70由圆形连接环72形成，该圆形连接环72借助于螺柱74同轴地附接到桨毂体42，该螺柱74被拧到螺栓76的头部中的轴向螺纹盲孔78。圆形连接环72的外直径与桨毂帽66的内直径相等，并且圆形连接环具有适合于圆形连接环的功能(即用于将桨毂帽支撑在桨毂体的后端上)的径向宽度和轴向厚度。代替无头螺柱，也可以使用普通螺栓，像例如具有六角形头部的螺栓。在螺栓76的头部被布置在后端盖54的后端表面下方的情况下，使用间隔环80将连接环72的位置升高到仅支撑双头螺栓74和间隔环80。连接环72借助于锁定环82和拧在螺柱74上的螺母84被压靠在间隔环80和螺栓76的头部上。连接环72具有径向孔86，该径向孔86优选地但不是必须地为盲孔，该径向孔86从连接环72的外圆周向连接环72的内圆周延伸。桨毂帽66设置有通孔88，该通孔88被布置成使得这些通孔的轴线与连接环72中的孔86的轴线重合。换句话说，孔86和88的轴线距桨毂体42的后端表面的距离相同，并且孔86和88在桨毂帽66和连接环72的圆周中的数量和位置相同。桨毂帽66借助于挤压在孔88和86中的销钉90而附接到连接环72。桨毂帽66中的孔88设置有用于螺纹塞94的螺纹部分92，该螺纹塞94螺纹连接在孔88的螺纹部分92中。需要塞94来防止在推进器运行时由于作用在销钉上的离心力而使销钉离开孔。

当准备将桨毂帽66安装到桨毂体42的后端上时，螺栓76的一部分或全部设置有螺纹盲孔78用于紧固螺栓74，该螺栓74优选地但不是必须地为螺柱。连接环72具有与桨毂帽66的内直径对应的外直径和延伸以覆盖螺栓76的径向尺寸，连接环72设置有轴向孔96，这些该轴向孔96具有与螺栓76中的盲孔78相同的尺寸(在相同圆周上具有相同间距的相同数量的孔)。连接环72还设置有径向孔86，优选但不是必须地，该径向孔86与桨毂帽66的径向孔88处于相同的钻孔阶段。

图3a示意性地示出了根据本发明的第二优选实施方式的桨毂40’和桨毂帽42’。这里，关于本发明，该桨毂的基本结构与图2a和图2b中讨论的第一实施方式中的完全相同。实际上，本发明的唯一区别可以在桨毂体42’中看到，因为该实施方式的桨毂体不具有作为单独的后端盖的轴向延伸部，而是这样，即桨毂容纳液压缸的部分是桨毂体42’的一体部分。无论如何，桨毂帽66’通过紧固装置70’紧固到桨毂体的后端，该紧固装置70’在图3b中以放大比例图示的细节b中示出。

当准备将桨毂帽66’安装在图3a的桨毂体42’的后端上时，将连接环72’制造成使得连接环72’的外直径对应于桨毂帽66’的内直径，并且使连接环72’在径向方向和轴向方向上都具有足够的厚度。此后，连接环72’设置有所需数量的轴向通孔96’，这些通孔96’优选但不是必须地以相等的间隔布置，例如在距连接环的轴线的相同半径上将20个孔布置成彼此相隔18度。接下来，间隔环72’在间隔环72的外圆周中设置有径向盲孔84’。同样，孔86’在间隔环72’中优选但不是必须地成相等的间隔。接下来，使连接环72’与桨毂体42’连通，以用作钻孔模板。连接环72’设置有至少三个特定的对准工具，用于使环72’相对于桨毂体42’对中，并且在桨毂体42’中钻出轴向盲孔78’，由此确保连接环72’中的孔96’和桨毂体中的孔78’彼此匹配。最后使桨毂体42’中的盲孔78’形成螺纹。

为了开始安装桨毂帽66’，将连接环72’借助于螺栓74紧固到桨毂体42’(如果期望的话，与锁定环一起紧固至桨毂体42’)。接下来，将桨毂帽66’(该桨毂帽设置有可与连接环72’中的径向盲孔86’同时地钻设的径向通孔88’)定位在连接环72’上并且将销钉90挤压在孔88’和86’中。此后，用螺纹塞94’将桨毂帽66’中的设置有螺纹部分92’的孔88’关闭，并且优选地用o形环相对于后桨毂帽66’密封。一方面，需要塞94’来防止任何水进入这些孔中而对孔和/或孔中的销钉造成腐蚀，另一方面，需要塞94’来防止在推进器运行时由于作用在销钉上的离心力而使销钉离开孔。

将桨毂帽安装到桨毂体的后端，使其背对着桨毂体的相反端即桨毂体的后端根本不关闭，但是桨毂帽具有敞开内部的截头会聚壳体的大体形状。然而，桨毂帽的内部对其大部分来说都借助于轴向延伸部(即，桨毂体的后端盖或桨毂体本身)关闭。根据第一选择，桨毂帽的轴向长度小于轴向延伸部的轴向长度。换句话说，桨毂帽仅部分地覆盖轴向延伸部，由此桨毂帽在桨毂帽的后端处留出了位于桨毂帽自身与轴向延伸部之间的间隙，该间隙优选地但不是必须地约为10mm至30mm，优选地为近似20mm。设置这种间隙的主要原因在于，至少轴向延伸部(也可能还有桨毂帽)是通过铸造制成的，由此表面质量不允许任何更紧密的间隙。此外，这种间隙被认为是适当的，以确保自由水循环，即，有效地冲洗桨毂帽的内部。

根据第二选择，桨毂帽延伸到轴向延伸部的整个轴向长度，由此在轴向延伸部和桨毂帽之间留有与上述类似的间隙。根据第三选择，桨毂帽比轴向延伸部更远离桨毂延伸。在这种情况下，在桨毂帽的内表面和轴向延伸部的最外边缘之间同样留有类似的间隙。

关于各种可选结构，应当理解，用于将图2a和图2b的连接环72紧固到桨毂体42的后端即紧固到紧固螺栓76的螺柱可以用普通六角头螺栓来代替，由此优选使用一个或多个单独的引导销以便于将连接环安装在桨毂体的后端上。当然，这些引导销也可以与螺柱的使用一同使用。还应当理解，销钉90和90’优选地设置有中心螺纹盲孔或一些其它适当的装置，以便于在将桨毂帽从桨毂移除时拆卸销钉。还有另一种替代方案是使用螺栓代替销钉和塞，以便抵靠连接环拧紧桨毂帽。在这种情况下，优选在连接环中使用螺纹。根据本发明的另一个实施方式，可以用包括用于紧固螺栓的至少两个孔的环形扇区部来代替连接环，或者可以用单独的连接构件来代替连接环，一个连接构件用于一个紧固螺栓。然而，考虑到将连接环、扇区部或单独的连接构件或者实际上其外圆周表面定位成与桨毂体同轴，使用完整的整体环是最优选的选择，因为完整的整体环容易定位。

尽管在此通过实施例结合目前被认为是最优选的实施方式描述了本发明，但是应当理解，本发明不限于所公开的实施方式，而是旨在覆盖本发明的特征的各种组合或修改以及包括在如所附权利要求所限定的本发明的范围内的若干其它应用。当这种组合在技术上可行时，与上述任何实施方式相关地提及的细节可以与另一个实施方式相关地使用。