海洋导管桨喷气推进系统的制作方法
【专利说明】海洋导管桨喷气推进系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]该申请要求2013年3月15日提交的题目为“海洋导管桨喷气推进系统”的美国临时专利申请号61/799，274的优先权，在此通过引用包括。
技术领域
[0003]本公开涉及海洋导管桨喷气推进装置的例示实施例，更具体地涉及用于海洋导管桨喷气推进单元的叶轮组件和管道设计的例示实施例。
【背景技术】
[0004]用于海洋船舶的喷气推进设备的使用是众所周知的技术。喷气推进比简单桨具有许多优点，尤其就浅水而言，虽然喷气推进能量消耗比传统的桨系统效率低得多，可是操控性好。但是，因为与海洋喷气推进关联的某些普遍问题，用于海洋船舶的喷气推进不被广泛接受。例如，因为在宽范围的速度、水深、大海状况、在喷气推进单元入口处过分水获取等上的不确定性能，海洋喷气推进提出明显设计问题，过分水获取可能造成团化。
[0005]气蚀是另一个普遍问题。气蚀表明在叶轮上不均匀压力负载(净正吸入压头)。气蚀能够通过以下来产生:流体的过量径向加速、流体柱的过分打漩和湍流、以及造成与叶轮动作产生的真空关联的流体吞吐量的无意局部汽化的压力变化。
[0006]因此，期望设计一种用于海洋船舶的喷气推进单元，其中甚至在高输出时每个特征也一起协同地工作来提供恒定的水柱，并且其中水吞吐量既不湍急也不打漩，以便消除气蚀和压力变化效应。更进一步地，该单元应该具有最大灵活性来应对船舶的全部速度范围和它的原动机单元上的改变负载，而不产生上述团化和气蚀效应。
【发明内容】
[0007]—种用于船舶的喷气推进单元，包括:扩散体/管导片；转向控制喷嘴组件；和半径。半径在扩散体/管导片和转向控制喷嘴组件之间的过渡点引入，以便扩散体/管导片能够控制离开推进单元的水流的形状，并能够控制由宽范围船舶速度、操控策略和大海状况代表的大压力差上的对应加速度。
【附图说明】
[0008]与附图和权利要求书一起，参照以下详细说明，本公开的在前和其它目的将显而易见，其中贯穿全文相同标号表示相同部件，并且其中:
[0009]图1是根据本公开的一个例示实施例的海洋导管桨喷气推进装置的示意图；
[0010]图2是根据图1的一个例示实施例的海洋导管桨喷气推进装置的拆分图；
[0011]图3是根据图1的一个例示实施例的海洋导管桨喷气推进装置的拆分图；
[0012]图4是根据图1的一个例示实施例的海洋导管桨喷气推进装置的拆分图；
[0013]图5是根据图1的一个例示实施例的海洋导管桨喷气推进装置的叶轮和扩散体的示意图；
[0014]图6是根据本公开的一个例示实施例的海洋导管桨喷气推进装置的叶轮轮毂和扩散体轮毂的示意图；
[0015]图7是根据本公开的一个例示实施例的海洋导管桨喷气推进装置的叶轮的各种视图；
[0016]图8是根据本公开的一个例示实施例的海洋导管桨喷气推进装置的扩散体/管导片的各种视图；
[0017]图9是根据本公开的一个例示实施例的海洋导管桨喷气推进装置的示意图；以及
[0018]图10是根据本公开的一个例示实施例的海洋导管桨喷气推进装置的调整件的各种视图。
[0019]贯穿附图，相同的标号和字符用来代表所示实施例的相同特征、元件、部件或部分，除非另外陈述。此外，当现在将参照附图详细说明本公开时，它将与示出实施例相联地完成。期望的是，不脱离本公开的实质范围和精神，能够做出对所说明实施例的变化和修订。
【具体实施方式】
[0020]现在将参照【附图说明】本公开的方法和系统的例示实施例。美国专利申请号5，123，867和6，027, 383也说明了传统的喷气推进单元，二者通过引用并入。
[0021]本公开提供了一种实质上提高推进效率的推进系统。效率能够通过以下获得:(1)按照如经过喷嘴的流体流动所展示的将经过的水质量基于体积会聚，以及(2)在流动体积中容积地适应系统的内部工作部件的质量，从而提高壳体给到流动的会聚特性。在使用中，轴向横截面流动面积实质上并规则地从入口减少到出口，不抵抗代表对流动限制或阻挡的内部工作部件的质量。此外，在本公开中容积喷嘴设计的使用减少了湍流，并更有效地提高了水流的固体塞流或固体状态特征。
[0022]图1示出了具有经包装的排气壳体1的海洋导管桨喷气推进装置100的线图。发动机排气的热能够加热扩散体和转向喷嘴组件的壳体，这又最多通过加热流动控制壳体的内壁改进黏滞系数。这能够传递热到水，减少壳体材料表面的阻力系数并增加流动粘性。排气围绕喷嘴射流离开的好处是，它提供了离开柱的排放气阱，减少了柱冲击固体水的阻力损失，并改进了柱中势能到动能或推力的反应效应。
[0023]参照图1和4，推进系统10功能类似于轴向流动、正压头栗或涡轮栗，其具有在线A-A到B-B之间延伸的进口部100、在线B-B到C-C之间延伸的叶轮部200以及在线C-C到E-E之间的排放部400。由大气压力导入入口通道102的水柱经过排放部400供能并加速来为船舶12提供推力。
[0024]船舶12具有安装在后部14中的导管桨喷气推进系统10，以便推进系统10的进口部100利用适配板16并入到底部船壳18，推进系统10的由横梁20支撑的排放部400替换普通桨延伸出船舶12的后方。推进系统10图解地显示在两个它的推力位置:F-前进推进位置和R-倒退推进位置。原动机22直接附接到叶轮轴24，并且转向连杆26附接到推进单元10的转向模块28。
[0025]无论船舶12是否在水中，可互换的推力轴承组件30还用于通过断接位于驱动轴端的驱动联轴器并移走紧固螺栓来在适当位置更换推力轴承，这然后允许轴推力轴承组件30的互换。设计推力轴承组件30自上油来确保轴承和密封一直润滑。
[0026]如图2和3所示，进口部100更具体地在壳体104中界定进口通道102，其在形成在一端船壳底部表面的进口开口 106和另一端到叶轮部200的叶轮进口部203之间连通。初始矩形或椭圆形的通道110按照控制流动会聚到叶轮202的面和增强流动特性的方式过渡为圆形形状。如图2所示，通道110可以包括两个竖直壁112、在弯曲部120处会聚到圆柱腔118上的长倾斜壁114和短倾斜壁116。遵循弯曲部120，通道122是圆柱形的。通道122的会聚壁在交叉处恰当地平滑和倒圆，以便于无湍流地流动。弯曲部120的角度，依据特定设计要求，典型地，但不限于从大约30度改变到大约45度，并且也能够调节来适应叶轮进口部203的内部工作部件的体积质量。
[0027]如图2所示，在保持雷诺数(Re)在2300和4000之间，但典型地接近2300的同时，叶轮进口部203可以包括轴204、导引翼片206和定向翼片208。进口部203的横截面面积优选地与到叶轮202的入口 102处的横截面面积成比例，比率在大约1.5到大约2.5:1变化，也可以因此通过增加外部尺寸调节到包括容积插入在驱动轴204、矫直翼片206和定向或预打漩翼片208的质量流中。
[0028]通过横截面地调节从进口入口到叶轮面的进口过渡的形状来确保经过进口部203到叶轮202的会聚流动不被阻挡，上下进口部110、203的内部流动特征能够适应进口架210、轴204、导引翼片206和定向或抗预打漩翼片208。不这样做会产生流动限制，其能够在到叶轮202的流动中引起压力变化(在图4中更详细地显示)，其能够引起流动中的充气、压力变化和气蚀。
[0029]在叶轮202前方沿入口壳体104的进口壁坐落的是最小长度等于叶轮叶片宽度的20 %的直管部211，其调节来在它的参数内适应内部工作部件的体积质量，其中引起利用一个或多个矫直翼片208的流动来以固体状态流动到叶轮202的面。其它定向翼片206沿入口壳体104的侧表面径向地间隔，以便等体积的水可以经过矫直翼片208导向到叶轮202的外周。翼片208为了优化流动效率使在叶轮202上的径向负载最小化，所以流体以固体状态呈现到叶轮202的面。翼片208还用来抑制在到叶轮202的入口水柱中的任何初步预旋转或湍流。重要的是，进口部203的内部流动特征通过对从进口部203到叶轮面的进口部过渡的形状的横截面调节，来适应矫直和定向翼片206、208的容积侵入，以便确保经过进口部到叶轮202的流动是容积无阻碍或限制的。不这样做会产生流动限制，其能够在到叶轮202的流动中引起压力变化，其能够在流动中引起压力变化和充气、以及气蚀。
[0030]在通道102内，进口架210邻近船壳开口布置。该架210的质量将在进口通道102中容积地移位，以致不出现对进入流的限制。如果不这样做，流动将遭受在架210的进口侧上的低压下降，其造成湍急流动或压力减少的充气液体出现到叶轮202的面。这将从叶轮的面沿它的叶片