鼓动喷水推进器的制造方法
【专利摘要】本实用新型的目的在于提供鼓动喷水推进器，包括喷水筒、往复式主轴、旋转轴、叶片，喷水筒包括直筒部分和喇叭筒部分，喇叭筒部分上开设进水孔，喇叭筒部分的大头端固定在船体的一端，喇叭筒部分的小头端与喇叭筒部分相连，往复式主轴端部与旋转轴中部相连，直筒部分内壁上设置两个滑槽，旋转轴的两端分别安装在两个滑槽里，所述的叶片包括第一叶片和第二叶片，第一叶片和第二叶片通过连接片连接在一起且第一叶片和第二叶片可相对于连接片旋转，连接片上设置两个联接环，连接片通过联接环套于旋转轴上。本实用新型在保证船舶航行性能的前提下，能避免船尾伴流的影响，推动水流沿轴向向后运动，避免横向流动从而减少能量损失，提高推进效率。
【专利说明】鼓动喷水推进器
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及的是一种船舶装置，具体地说是船舶推进器。
【背景技术】
[0002] 螺旋桨做旋转运动，在推动流体向后运动的同时使流体产生了旋转运动。推动流 体向后运动是螺旋桨产生推力所必须的，而尾流的旋转运动完全是一种能量浪费。尾流旋 转运动所消耗的能量通常能够达到主机功率的15%以上。此外，普通螺旋桨普遍存在转速 高噪声大，迎水面积大对船舶产生较大的阻力，工艺复杂加工制造难度大。近些年喷水推进 器取得了显著地发展，与常规螺旋桨相比，喷水推进器具有抗空泡性能优越，并且噪音小等 优点。但喷水推进器推进效率普遍偏低。
[0003] 国内外已有多个采用平板作为船舶推进器的专利，例如美国专利4, 102, 293以及 国内申请号为02133483. 8、201310106145· 1的专利，通过产生仿生的Weis-Fogh效应为船 舶提供向前的推力。通过该机理设计的推进器固然高效，但依然存在些许不足，首先由于 船体向前运动，在推进器张开时逆流前行时，产生较大的阻力，其次在'相扑与急张'的过程 中，易产生横向流，与螺旋桨旋转流相同，也是一种能量的损失。
[0004] 在现如今大力倡导节能减排的大的背景下，开发新型节能推进装置来避免产生不 必要的旋转流及横向流成为船舶节能的重要研究课题。
【发明内容】
[0005] 本实用新型的目的在于提供能避免船尾伴流影响的鼓动喷水推进器。
[0006] 本实用新型的目的是这样实现的：
[0007] 本实用新型鼓动喷水推进器，其特征是：包括喷水筒、往复式主轴、旋转轴、叶片， 喷水筒包括直筒部分和喇叭筒部分，喇叭筒部分上开设进水孔，喇叭筒部分的大头端固定 在船体的一端，喇叭筒部分的小头端与喇叭筒部分相连，往复式主轴端部与旋转轴中部相 连，直筒部分内壁上设置两个滑槽，旋转轴的两端分别安装在两个滑槽里，所述的叶片包括 第一叶片和第二叶片，第一叶片和第二叶片通过连接片连接在一起，连接片上设置两个联 接环，连接片通过联接环套于旋转轴上。
[0008] 本实用新型还可以包括：
[0009] 1、当第一叶片和第二叶片完全展开时，第一叶片和第二叶片与直筒部分内壁无缝 衔接，当第一叶片和第二叶片完全合拢时，第一叶片和第二叶片之间形成空腔。
[0010] 2、旋转轴上安装扭转弹簧，扭转弹簧两端分别与两个联接环固定连接。
[0011] 3、连接片上设置有卡槽，旋转轴中部设置平衡针。
[0012] 4、两个联接环根据连接片中心非对称布置，靠近连接片中心的联接环的宽度为远 离连接片中心的联接环的宽度2/3 - 3/4。
[0013] 本实用新型的优势在于：本实用新型在保证船舶航行性能的前提下，能避免船尾 伴流的影响，推动水流沿轴向向后运动，避免横向流动从而减少能量损失，提高推进效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0014] 图1是安装鼓动喷水推进器船舶的总体视图；
[0015] 图2是图1船尾局部放大图；
[0016] 图3是本实用新型结构示意图；
[0017] 图4是鼓动喷水推进器半切视图；
[0018] 图5是鼓动推进器俯视图；
[0019] 图6是鼓动推进器半视图；
[0020] 图7是鼓动推进器刚性连接机构；
[0021] 图8a是鼓动推进器两叶片示意图a，图8b是鼓动推进器两叶片示意图b ;
[0022] 图9是旋转轴外壳；
[0023] 图10是鼓动推进器张开示意图；
[0024] 图11是主轴向后运动速度变化趋势；
[0025] 图12是推进器最大张开状态示意图；
[0026] 图13是鼓动推进器闭合示意图。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合附图举例对本实用新型做更详细地描述：
[0028] 结合图1?13,对鼓动推进器加装喷水筒，纵向旋转轴固定在往复式主轴上，两端 与喷水筒滑槽衔接，鼓动推进器沿喷水筒滑槽前后运动，水流经喷水筒前端进水孔进入喷 水筒，通过水流和鼓动推进器的相对运动，两个鼓动叶片在水流作用下绕旋转轴旋转，从而 周期性张开和闭合。当主轴向前运动，鼓动叶片逆流运动，叶片在流体作用下闭合，类似船 用舵；当主轴向后运动，叶片在流体作用下张开，推动水流向后运动，从而提供向前的推力。
[0029] 本实用新型船用鼓动喷水推进器。由往复式主轴、纵向旋转轴、一对鼓动叶片及喷 水筒组成。纵向旋转轴由外壳和内轴组成，在往复式主轴的带动下沿喷水筒滑槽往复运动， 水流经进水孔流入喷水筒，两个鼓动叶片与内轴链接，在水流作用下绕旋转轴转动。当主轴 向后运动且叶片完全张开时推动水流向后运动从而产生向前的推力。
[0030] 在船后加装喷水筒，筒前端开有进水孔，水流经该孔流入。喷水筒的存在可避免外 部流场对推进器性能的影响。
[0031] 通过水流和推进器的相对运动,两个鼓动叶片在水流作用下绕旋转轴旋转，从而 周期性张开和闭合。
[0032] 相对传统的螺旋桨推进器而言，该新型推进器不产生尾旋流，能量损失少，效率 高，噪声及空泡性能优良。
[0033] 水流经推进器前端的进水孔进入喷水管道，通过水流和鼓动推进器的相对运动， 两个鼓动叶片在水流作用下绕旋转轴旋转，从而周期性张开和闭合。当主轴向前运动，鼓动 叶片逆流运动，叶片在流体作用下闭合，类似船用舵；当主轴向后运动，叶片在流体作用下 张开，推动水流向后运动，从而提供向前的推力。相对传统的螺旋桨推进器而言，该新型推 进器不产生尾旋流，能量损失少，效率高。在现如今节能减排的大背景下，该推进器具有很 好的实际应用前景。
[0034] 图1给出了鼓动喷水推进器在船尾布置图。图2对图1船尾进行了局部放大，从 图中可以看出推进器外壳与船尾进行无缝衔接，就整体而言具有良好的流场适配性能。
[0035] 图3给出了鼓动喷水推进器的整体结构示意图，喷水筒5作为推进器外壳可对内 部来流起到整流作用，使内部来流变得更为均匀。水流经进水孔2进入水筒。叶片3绕旋 转轴4做旋转运动，在往复式主轴1作用下做前后往复运动。
[0036] 为了对推进器内部有个清晰的认识，保留喷水筒的一半，如图4所示。滑槽6在喷 水筒上。喷水筒与船体为一整体，鼓动推进器沿滑槽前后运动。推进器向后运动，当叶片完 全展开时，叶片圆盘实现与圆筒横剖面无缝衔接，从而最大限度地推动水流向后运动。
[0037] 图5给出了鼓动推进器俯视图，旋转轴内轴8外部为旋转轴外壳7,叶片3合拢时 内部出现空腔9,鼓动推进器向后运动时，在空腔9水流的作用下叶片3张开。
[0038] 图6为鼓动推进器半视图，为了对旋转轴内部有一个直观的了解，保留一半旋转 轴外壳和一片叶片。扭转弹簧10两端分别与两个鼓动叶片的联接环固定连接，给两叶片有 相互合拢的趋势，确保主轴向前运动时两叶片能够完全合拢，从而减小相应的流体阻力。平 衡针11用于确保两叶片在合拢时能够处于船中处。
[0039] 图7为推进器刚性连接件，其中往复式主轴1、旋转轴内轴8及平衡针11可采用一 体化生产，保证结构的稳固性，旋转轴外壳通过焊接的方式与往复式主轴1和旋转轴内轴8 上下端刚性连接。
[0040] 图8单独给出了鼓动推进器的两个叶片，叶片卡槽13用来控制鼓动叶片最大张开 角，与主轴1弧线吻合。两个鼓动叶片3均与两个宽度不同的联接环12相连，偏内的圆环 宽度取偏外圆环宽度的2/3-3/4。由于连接轴较细，偏内的连接轴较短可保证转轴的强度。
[0041] 图9为鼓动推进器旋转轴外壳，旋转轴外壳缺口 14与叶片和联接环的连接件宽度 相同，但略小于联接环宽度以实现密封防止进水。
[0042] 该新型推进器主要依靠鼓动推进器与水流的相互运动在水流的作用下实现鼓动 叶片的张开与闭合。认为船航行于静水中，则推进器来流速度V0大小近似与船速Vp相等且 方向相反。当往复式主轴向后运动时，在叶腔中水流力F作用下，鼓动叶片张开，如图10所 示。为了使叶片实现软张开，主轴向后运动的速度VZ由零逐渐加速最终达到4倍船速Vp， 并产生最大推力Ft，一直运动到最大冲程，推进器最大张开状态示意图速度变化趋势如图 11所示，图12给出了推进器最大张开状态。在主轴加速过程中，鼓动叶片逐渐张开至最大 张开状态。
[0043] 当推进器向前运动时，转轴以1倍船速向前运动，在水流作用力F作用下鼓动叶片 逐渐合实，如图13所示。合实后的鼓动叶片呈水翼状，流体阻力较小，可有效减小阻力。
【权利要求】
1. 鼓动喷水推进器，其特征是：包括喷水筒、往复式主轴、旋转轴、叶片，喷水筒包括直 筒部分和喇叭筒部分，喇叭筒部分上开设进水孔，喇叭筒部分的大头端固定在船体的一端， 喇叭筒部分的小头端与喇叭筒部分相连，往复式主轴端部与旋转轴中部相连，直筒部分内 壁上设置两个滑槽，旋转轴的两端分别安装在两个滑槽里，所述的叶片包括第一叶片和第 二叶片，第一叶片和第二叶片通过连接片连接在一起，连接片上设置两个联接环，连接片通 过联接环套于旋转轴上。
2. 根据权利要求1所述的鼓动喷水推进器，其特征是：当第一叶片和第二叶片完全展 开时，第一叶片和第二叶片与直筒部分内壁无缝衔接，当第一叶片和第二叶片完全合拢时， 第一叶片和第二叶片之间形成空腔。
3. 根据权利要求1或2所述的鼓动喷水推进器，其特征是：旋转轴上安装扭转弹簧，扭 转弹簧两端分别与两个联接环固定连接。
4. 根据权利要求1或2所述的鼓动喷水推进器，其特征是:连接片上设置有卡槽，旋转 轴中部设置平衡针。
5. 根据权利要求3所述的鼓动喷水推进器，其特征是：连接片上设置有卡槽，旋转轴中 部设置平衡针。
6. 根据权利要求1或2所述的鼓动喷水推进器，其特征是：两个联接环根据连接片中 心非对称布置，靠近连接片中心的联接环的宽度为远离连接片中心的联接环的宽度2/3- 3/4。
7. 根据权利要求3所述的鼓动喷水推进器，其特征是：两个联接环根据连接片中心非 对称布置，靠近连接片中心的联接环的宽度为远离连接片中心的联接环的宽度2/3 - 3/4。
8. 根据权利要求4所述的鼓动喷水推进器，其特征是：两个联接环根据连接片中心非 对称布置，靠近连接片中心的联接环的宽度为远离连接片中心的联接环的宽度2/3 - 3/4。
9. 根据权利要求5所述的鼓动喷水推进器，其特征是：两个联接环根据连接片中心非 对称布置，靠近连接片中心的联接环的宽度为远离连接片中心的联接环的宽度2/3 - 3/4。
【文档编号】B63H11/06GK203889038SQ201420282495
【公开日】2014年10月22日 申请日期:2014年5月29日 优先权日:2014年5月29日
【发明者】胡安康, 侯立勋, 王超 申请人:哈尔滨工程大学