本实用新型属于船舶推进技术领域,具体涉及一种带整流罩的多级叶片推进装置,它主要适用于为船舶提供推力。
背景技术:
推进装置在水中工作时,若转速升高到一定的程度,叶片某处的压力降至临界值以下时,导致爆发式的汽化,水汽通过界面进入汽核并使之膨胀,形成气泡,从而发生空化现象。空化现象发生后,推进装置噪声显著升高,推进效率严重损失,甚至会影响船舶的安全性和稳定性。
采用传统的螺旋桨作为推进装置,存在两个问题:一是,推进效率较低,螺旋桨依靠桨叶的高速旋转对水产生作用力,推动航行体运动,但螺旋桨产生的推力全部来自于其轴向作用力,其径向作用力(离心力)将大量流体沿桨叶叶梢甩出,却几乎不产生推力作用,径向力做了大量无用功;二是,高转速下螺旋桨会出现空化现象,极大地影响船舶的隐蔽性。
螺旋桨水下工作时是否发生空化现象,可由以下公式判断。其中Vl为叶梢线速度,Vk为空化极限速度,p0为螺旋桨水下工作压力,pv为饱和蒸汽压力,ρ为流体介质密度,ξmax为最大减压系数。若Vl超过Vk,则必然发生空泡现象。
为了提高螺旋桨空化性能,可以从两方面入手:一是,减小叶梢线速度Vl,使其小于Vk;二是,通过降低ξmax提高极限速度Vk。
技术实现要素:
有鉴于此,本实用新型的目的在于提供一种带整流罩的多级叶片推进装置,其结构简单、易于实现、可靠性高、环境适应性强,并且对现有的安装和使用方式不做任何改变,本实用新型与传统形式的螺旋桨推进相比,其既提高了推进效率,也改善了空化性能。
本实用新型提供技术方案为:
一种带整流罩的多级叶片推进装置,包括轮毂、一级叶片、整流罩及二级叶片,其中所述整流罩为圆环形结构;
所述轮毂中间设有楔形键槽,一级叶片的根部沿轮毂的周向固定于轮毂上,所述整流罩的内表面与一级叶片叶梢末端固连,所述二级叶片的根部沿整流罩的周向均匀固定于整流罩的外表面。
本实用新型所述轮毂带有楔形键槽,方便与旋转轴连接,一级叶片生根于轮毂,旋转轴带动轮毂转动时,整个推进装置处于工作状态。根据推进装置大小和使用环境,轮毂可采用钢制或塑料等材质。
本实用新型一级叶片生根于轮毂,叶梢处与圆环形整流罩连接。推进装置工作时,叶片的最大速度一般出现的叶梢。由于整流罩的影响,一级叶片直径缩短,同样的旋转速度下,叶梢处的速度大幅减小,推进装置一级叶片的空化临界转速可以得到显著提升。
本实用新型整流罩为圆环形,固定于一级叶片叶梢,并与二级叶片叶根相连接。推进装置工作时,整流罩随叶片旋转,沿一级叶片叶梢切向甩出的流体,由于受到整流罩的作用而得到抑制,改为垂直于叶片旋转面向外喷出,从而有效地提高了推进装置的运转效率。此外,由于整流罩的存在,叶片刚度得到显著加强,一级叶片和二级叶片的承受能力显著增大,便于制造直径更大的推进装置。
本实用新型二级叶片与整流罩外表面连接。二级叶片空化性能的提高主要从降低最大减压系数ξmax入手。根据螺旋桨设计原理,增加螺旋桨的盘面比、采用弓形切面或压力分布较均匀的切面形式、减小叶根附近切面的螺距等措施均可降低ξmax。一级叶片和二级叶片的叶片数目可变化,二者叶数也可不一致。
有益效果
第一,与传统螺旋桨相比,本实用新型推进装置水下工作时,由于整流罩的存在:一级叶片直径减小,叶梢线速度Vl将会明显下降,叶片不发生空化的条件Vl≤Vk得到满足,有效避免了一级叶片出现空化现象;二级叶片充分借鉴传统螺旋桨提高空化性能的设计经验,通过增加螺旋桨盘面比、采用弓形切面或压力分布较均匀的切面形式、减小叶根附近切面螺旋桨等措施降低最大减压系数ξmax,提高了空化极限速度Vk,也可有效延迟空泡的发生。此外,整流罩可提高推进装置的推进效率,提升叶片刚度。
第二,本实用新型为船舶专用型推进装置,其结构简单、易于实现、可靠性高、环境适应性强,并且对现有的安装、拆卸和使用方式不做任何改变,可直接替换现有的螺旋桨等推进装置。
第三,与传统的螺旋桨推进装置相比,其具有空化临界转速高、推进性能高、噪声低等优点。
附图说明
图1为本实用新型带整流罩的多级叶片推进装置的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实例对本实用新型作进一步详细的说明,具体实施方式如下:
本实用新型正是基于降低ξmax提高极限速度Vk的设计思想,对现有螺旋桨形式进行了改变,提出了一种带整流罩的多级叶片推进装置,在保证螺旋桨低噪声特性的设计前提下,提高了推进装置的推进效率和空化性能。
本实用新型一种带整流罩的多级叶片推进装置,如图1所示,包括:轮毂1、一级叶片2、整流罩3及二级叶片4。
轮毂1设有楔形键槽,安装于旋转轴上。一级叶片2的根部沿轮毂1的周向固定于轮毂1上,二者之间一般采取模具铸造,保证一体成型。整流罩3将叶片分为两级,其内表面与一级叶片2的叶梢焊接,外表面与二级叶片3的根部焊接。推进装置工作时,轮毂1、一级叶片2、整流罩3、二级叶片4共同旋转。整流罩3不仅减小了一级叶片2直径,降低了一级叶片2叶梢线速度,提高了一级叶片2空化临界转速;同时,整流罩3抑制了沿一级叶片2叶梢的流体甩出量,提高了推进装置的推进效率。此外,整流罩3可以看作二级叶片4的轮毂,二级叶片4生根于整流罩3。整流罩3长度可根据一级叶片2和二级叶片4的形状具体调节确定。二级叶片4的叶形设计宜采取大盘面比、弓形切面、小螺距等方式,尽可能降低最大减压系数ξmax,提高空化极限速度Vk。
本实用新型的具体组装步骤如下:
a)将轮毂1与一级叶片2铸造成型;
b)在一级叶片2叶梢末端焊接整流罩3内表面;
c)将二级叶片4焊接在整流罩3外表面;
d)将整个推进装置通过轮毂1上的键槽固定于旋转轴上。
本实用新型通过一整流罩将叶片分为两级,不仅提高了推进装置的推进效率,而且降低了一级叶片叶梢线速度,提高了二级叶片空化极限速度,从而延缓了推进装置空化的发生。它具有结构简单、安装方便、造价低廉等特点,并且不改变现有螺旋桨的安装和使用方式,可有效改善推进装置的空化性能。
综上所述,以上仅为本实用新型的较佳实施例而已,并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。