海洋导管桨喷气推进系统的制作方法_2

文档序号:9582969阅读:来源:国知局
宽度引起气蚀。架210典型地是沿船壳18纵向向下倾斜到进口壳体104的后方布置的跨越平行杆。架210的杆在进入流方向具有流线型或水翼横截面,以便生成对水流的最小阻力。架210的杆之间的间隔优选地应该不超过扩散体翼片之间的间隔,以便进入叶轮202的最大物体可以穿过扩散体翼片。
[0031]进口系统100的导入板能够通过设计调节来适应船壳底部升高量变化,以便确保固体状态水以正确角度和流动比率平滑进入进口部110,来使到叶轮202的固体状态流输入速度最大化。通过保证叶轮202前方的压力增进不超过它的设计需求或不通过从进口部往下产生背压而在船壳下引起阻力,该部件还与进入压力释放旁通阀一起工作。该释放压力已经通过测试确定范围在3到6psi。
[0032]可变尺寸的进口部203能够设置不同尺寸,以便无论它的船壳形状、尺寸或底部升高量或速度允许推进系统10的安装适应任何类型的船舶,并将通过联轴器或螺栓组件的方式连接到上进口部205。入口部200安装在船壳的后部中,以便在规划船壳的情况下船舶的前进运动和随后提升出水面使进口部200定位略微在船壳的水平面之下。但是,为了在静止或低速时的正确操作,单元应该如此安装,以便叶轮202横截面面积的至少大约60%到80%被淹没。例如,进口部203通过凸缘以螺栓连接到船壳。
[0033]如果在壳体104内出现阻塞,设置臂孔管216来快速接入到通道212。管216定位在弯曲部120并包括圆柱壳体220,具有外法兰222和塞子224。塞子224设有附加到完全填充导管壳体220的法兰盖228的固体部226。部226设有平滑波形表面,其匹配在弯曲部120中当安装导管216时从上进口壳体104移走的表面部。当正确阻塞在位置时,导管216不产生流动中断。法兰222设有插入法兰222的螺栓孔中的直立的螺栓230,以便当安装时塞子226可以正确地对准。附接到盖228的手柄232提供附加的对准标记。传感器能够定位在法兰222和导管216之间,以便如果当原动机22运行时存在试图移走塞子224则触发发动机停止模式。
[0034]还能够将旁通阀组件(未示出)靠近图1和2所示的入口 203装配在壳体104中。如果船舶12的船壳和导引入口 106之间的水压超过大于3到6psi的处理能力,则过量水经过旁通阀组件(未示出)流出。过量水累积,通俗地公知为团化,是在海洋喷气推进单元中的普遍现象。当船经历猛烈操控和/或在恶劣大海状况期间出现在高船速处,过量团化在船12的船壳上引入阻力特征并影响单元10的推进效率。阀组件(未示出)用作抗团化设备来减轻压力。现在公知的是该压力不应该超过3到6psi。通过允许在叶轮202前方的过量压力累积围绕叶轮释放到排放热交换器207,进口压力释放旁通阀232能够与导流板一起工作。压力旁通阀压力释放阀(未示出)能够设置为如遇到大海状况或船的工作负载所需要的期望压力释放,以便改进单元性能。这由附接到壳体104侧部的压力传感器自动地控制,其传达在叶轮202之前的运行压力,所以阀能够通过可编程控制器(未示出)来调节。不具有压力释放能力能够导致在叶轮202之前和进口部下游压力增加的状况,造成在进口部入口处的阻力效应,并进一步影响主船的特征。从旁通阀(未示出)流出的流动将退入推进系统排放壳体207。
[0035]如图1和3所见,从线B-B到线C-C,示出了本发明的叶轮部200包括单级叶轮202。叶轮组件200包括由两个较小部组成的可移除壳体236,两个较小部是具有叶轮202和扩散体/管导片242的叶轮壳体251以及扩散体/管导片壳体240。叶轮壳体251是筒形的,在入口端口 344和排放端口 346具有大致一致的直径。扩散体壳体240是筒形的,具有从邻近叶轮部200的最大直径到邻近排放部400的最小直径向内渐缩的内表面。叶轮壳体240的会聚内表面具有优选地与叶轮部进口部横截面面积成比例的出口横截面面积,比率从大约0.5到0.75:1变化,调节来适应为叶片250和轮毂252的叶轮202内部工作部件的体积质量。优选比率是大约0.60到大约0.70:1,调节来适应为叶片和轮毂的叶轮内部工作部件的体积质量,并最优地大约0.64:1,以便扩散体/管导片壳体240的体积排量小于叶轮部200的体积排量。扩散体部的体积排量从大约75%到大约90%调节来适应为叶片和轮毂的叶轮内部工作部件的体积质量,优选地从大约80%到大约90%调节来适应为叶轮部体积排量的叶片和轮毂的叶轮内部工作部件的体积质量,并最优地大约85%调节来适应为叶片和轮毂的叶轮内部工作部件的体积质量。更进一步地,通过在叶轮壳体中的轴向叶轮/扩散体/管导片组合提供的环形流道具有平滑实质上连续的内外表面,用于防止湍急的边界涡流。叶轮部200的重要设计标准是,叶轮壳体251和扩散体壳体240的横截面面积应该在联结点处相同。
[0036]具体关于叶轮部200的各个部件,叶轮组件202具有独特设计,其具有对于轮毂部252和叶轮叶片250在前经历的许多测试和修订。如果损坏,可互换叶片组件叶轮能够容易地取代叶轮202上的各个叶轮叶片250,或者针对不同应用改变叶轮202的间距。叶轮202的必要方面是,叶轮叶片250沿可拆的轮毂部252的向外渐缩凸形面来固定,而不是沿如在现有技术叶轮设计中典型的平直部来固定。
[0037]组装的叶轮轮毂252优选地具有向外渐缩的凸形表面和环形内部,更优选地当在轴向横截面观察时轮毂252具有包括凹形部分和凸形部分的外部表面和环形内部。组装后的轮毂252具有带窄直径前端、增大的可变直径中部和大直径尾端的外部表面。轴204的远端延伸穿过沿轮毂252长度的同心轴向钻孔266。前端具有抵接在轴204上的肩264的环形端面,以便为流体流动呈现平滑的连续表面。组装后的轮毂252的环形壁实质上是恒定厚度,除了从钻孔266向外延伸的环形远端,提供可接合表面叶片部挡板并用于锁紧护套。
[0038]叶轮202具有沿轮毂252的波形表面附接的叶片250,以倾斜设计来使叶片对经过流体的暴露最大化并减小由叶轮202施加的径向加速度分量。叶片250具有凸形外半径272、凹形内半径274、短尾端边缘、长前端边缘、具有中点的宽表面侧、和厚度。
[0039]如从相对于在前端边缘和尾端边缘处正切于组装的轮毂252的外部表面的线垂直确定的,叶轮叶片250的倾斜界定为沿叶片250长度的平均倾斜或扭曲度。当沿内径274或外径272观察时,或当沿前端或尾端叶片边缘向下观察时,前端或尾端边缘的平均倾斜角度都优选地范围从偏离垂直大约20-40度,更优选地偏离垂直大约30度,如叶片250所需的一个边缘倾斜与另一个相反,以便遵循轮毂252表面轮廓。前端边缘弯曲进叶轮202的前进方向。可理解的是,前端边缘对应于具有窄直径的轮毂252的前端,并且尾端边缘对应于轮毂252的尾端,并且叶片250的中间部径向宽度是轮毂252的中间部部分的半径的函数,以便叶轮直径实质上恒定。叶片250的总长度等于组装的轮毂252加上角向分量。
[0040]代替如在先界定的实质上均匀,在径向方向叶片250的厚度284因为改进的设计在设计上是低轮廓叶形的。前端边缘具有实质上均匀的渐缩,在距每个边缘大致等距的中点具有最大厚度。前端边缘进入角需要在关于叶轮202的旋转速度的13和15度之间。
[0041]图7显示沿组装的轮毂252延伸的五个叶片的典型扇形。叶片的数量、叶轮直径和倾斜度可以关于由原动机22供应的动力和附近船的所需设计考虑来优化。
[0042]通过横截面通过调节叶轮壳体251的形状和叶轮轮毂252的尺寸,叶轮壳体251的内部流动特征能够适应叶轮叶片250和轮毂252体积排量。这将允许流动从进口部203经过叶轮202到扩散体/管导片242的过渡无限制,并保持到转向喷嘴400的正确流动体积速度。不这样做会生成经过该系统的流动特征的变化,造成在叶轮叶片的前端边缘的气蚀或引起到扩散体/管导片和进入转向喷嘴组件400的流动的压力变化,这能够引起湍急的流动或流动阻塞并导致减少效率的背压,并最终造成液压制动效应。
[0043]通过增加连续平行部到组件叶轮轮毂252的端和到代表叶片250的离开间距的继续的叶片宽度,在加速流动上的叶轮叶片250的间距效应能够由叶片宽度延伸超过所需间距长度来提高。叶轮叶片250的设计间距能够为所需流出速度效率和从驱动叶轮202的动力源可得的动力的组合解释。该动力源能够为各种类型的驱动,是电气的、汽油的、柴油的、气体的或替换燃料的驱动。增加叶片宽度的效应能够与可互换的扩散体叶片部件一起工作,以便提高叶轮叶片250的背面的旋转离开流动速度转换为经过扩散体242到转向喷嘴组件400的线性、层状类型流动的效率。类似于通过调节直径到间距比率匹配传统桨到船的需求的能力,增加叶片宽度的延伸的调节提供抵抗驱动提高叶轮输出的性能和效率的能力。通过横截面通过调节叶轮壳体直径或调节流量中叶轮轮毂排量,叶轮壳体251的内部流动特征能够适应叶轮叶片250和增
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