一种可提高船舶航行效能的子螺旋桨舵及其船舶的制作方法

本实用新型涉及船舶的动力性能及其操纵系统，特别涉及一种可提高船舶航行效能的子螺旋桨舵及其船舶。

背景技术：

由船舶主机(柴油机、蒸汽轮机、燃气轮机等)、传动系统(轴系、齿轮箱、联轴节、离合器等)和推进器(螺旋桨、全向推进器、侧向推进器等)组成的船舶动力系统，就像船舶的心脏，在为船舶提供动力的同时，还关乎船舶运行的稳定性、安全性和经济性等因素。因此，为了提高船舶航行的经济效益和能源利用率，进行船舶动力系统的优化，保证其输出功率和载重量的同时，提高效率降低能耗尤为重要。动力系统和舵系统是船舶航行中起决定性的两大密切关联的部件，而现有的舵系统中的舵叶大都是装在螺旋桨的后面，接受水流冲力，形成压力差进行转向，即使在直行不需要转向的情况下，因舵叶本身有受力面积，也会对船舶的行进造成阻力。

目前，有少量小型船舶应用正螺旋桨串联反螺旋桨推进，用反螺旋桨回收正螺旋桨的反作用力，为船舶增加推进力，但此方法中反螺旋桨回收反作用力不充分，也没有调整船舶航行转向的功能。还有一些改进的方案用可调距的螺旋桨提高舵效，其制作部件装置在桨毂内部，工艺复杂，影响桨叶受力强度，还无法回收利用尾流。

技术实现要素：

为此，需要提供一种可提高船舶航行效能的子螺旋桨舵，以解决传统船舶在行进过程中操控舵叶所产生的阻力和尾流能源没有得到充分利用造成浪费，从而提高船舶的航行效能。

另一方面，提供一种包含上述可提高船舶航行效能的子螺旋桨舵的船舶，以改善船舶的航行效能和提高舵的转向操控性能。

为实现上述目的，发明人提供了一种可提高船舶航行效能的子螺旋桨舵，包括：

舵轴，竖直设置于船尾并与船的龙骨延伸线相垂直；

v型支架，包括支点和2个端点；

回收滚筒，包括滚筒叶片和滚轴；

齿轮箱组件，包括第一齿轮箱和第二齿轮箱，所述第一齿轮箱包括伞型齿轮a、伞型齿轮b和第一传动轴，所述第二齿轮箱包括伞型齿轮a、伞型齿轮b和第二传动轴；

子螺旋桨，包括第一子螺旋桨和第二子螺旋桨；和

安全罩，其两端与第一齿轮箱和第二齿轮箱组合件扇形平面钢板的弧吻合联接；

其中，2个所述伞型齿轮a对称设置于滚轴两端，2个所述伞型齿轮b分别通过第一传动轴和第二传动轴的一端与伞型齿轮a啮合，所述第一传动轴和第二传动轴的另一端分别固定设置第一子螺旋桨和第二子螺旋桨，所述滚筒叶片固定设置于滚轴上。

进一步地，所述舵轴设置有轴承与水下密封轴承座和甲板轴承座与轴承适配稳固旋转。

舵轴的长度可根据船舶吃水和型号设置。

进一步地，所述舵轴上设有2个舵臂，所述舵臂用于连接船体上的液压臂。

船体上的液压臂与舵臂连接，当船舶需要转向时，一边液压臂伸长活动，另一边的液压臂缩短活动，从而舵臂往某一方向转动相应角度，驱动舵轴转动相应角度，驱使舵轴带动该子螺旋桨舵转动，扭矩发生变化，产生舵效转向，因此，若某些船舶上不用液压臂而是用气压臂或丝杆臂，该子螺旋桨舵也同样适用。

进一步地，所述舵轴上部还设置有手柄孔槽，用于插入手柄进行人工应急转向操作。

可以理解，由于该舵轴实际上承载着子螺旋桨舵上所有零部件的重量，因此，在需要对舵轴进行转动时，应用手柄插入该手柄孔槽，利用杠杆原理可以省力地实现螺旋桨舵自如地转动，从而实现船体行进方向的人工应急操纵。

进一步地，所述v型支架的数量为2-3个，并且包括水上和水下v型支架，所述支点固定设置于所述舵轴相应的位置上，其中，所述水下v型支架支点与舵轴靠近水下密封轴承座位置固定联接，两端点分别与第一齿轮箱和第二齿轮箱端头固定联接，与第一传动轴和第二传动轴形成平面节点，承载第一子螺旋桨和第二子螺旋桨的推动力。所述水上的v型支架支点与舵轴甲板轴承座上方位置固定联接，其端点分别与第一齿轮箱和第二齿轮箱体顶部固定联接，根据船尾的形状规格还可以通过曲杆分别与第一齿轮箱和第二齿轮箱箱体固定连接，还可以将两个v型支架的支点固定联接舵轴的水下适应部位，其方法在于便捷有效稳固子螺旋桨的运作。

v型支架的作用在于固定齿轮箱和回收滚筒，因此，其强度的大小最重要的是要满足对其所固定物和水流冲击力造成的合力，对于不同型号的船舶，因适用的滚筒叶片大小以及齿轮箱大小不同，v型支架的数量和强度可以相应地增减，连接方法可以在常规方法如激光焊接、电焊接中作相应选择。

进一步地，所述安全罩为半圆柱状盖体，并罩设于所述回收滚筒上方，两端与第一齿轮箱和第二齿轮箱组合件扇形平面钢板的弧吻合联接，其作用在于，避免操作不慎发生各类事故，同时也具有稳固子螺旋桨运作的作用。

进一步地，所述第一子螺旋桨和第二子螺旋桨的叶片数量和大小完全一致，旋向相反，其安装于第一传动轴和第二传动轴的端部，左侧的右旋，右侧的左旋，形成合流，对船舶的行进方向产生较好的驱动力和转向力。

进一步地，所述第一齿轮箱和第二齿轮箱的两箱体相对一侧均为扇形平面钢板，相背一侧均为半橄榄球平滑弧面的异形箱体，其目的在于减少水流阻力。

该第一齿轮箱和第二齿轮箱箱体的作用在于为伞型齿轮及传动轴提供容纳空间，以及提供滚轴和各传动轴运作所需的轴承座，运用轴承使滚轴与第一传动轴和第二传动轴在相应的齿轮箱内稳固旋转。

进一步地，所述舵轴、v型支架、回收滚筒、曲杆和安全罩均为硬质钢材质，其目的在于增强该子螺旋桨舵运作过程中的稳定性和安全性。

发明人还提供了一种含有上述任一种子螺旋桨舵的船舶。

发明人提供的一种包含上述可提高船舶航行效能的子螺旋桨舵及其船舶与现有技术的区别是：上述技术方案采用回收滚筒、齿轮箱组件和子螺旋桨为主要部件通过v型支架联接在与龙骨延伸线相垂直的舵轴上，运用舵臂和轴承在船舶尾部合适的位置，通过尾流产生的冲击力给滚筒叶片施加驱动力，使滚筒叶片带动滚轴及齿轮箱组件中的齿轮转动，进而驱动子螺旋桨旋转，产生对船舶向前的驱动力和可调整的转向力，就是舵轴的角度调整能够对该子螺旋桨舵起到整体的转向作用，使应用该子螺旋桨舵的船舶航行更平稳、舵效更高，推进力更强，与现有改进的船舶动力系统相比，具有以下优点：

1、结构简单，便于生产制造；

2、回收船舶排出尾流的反作用力，转换成行进驱动力和转向力；

3、消除螺旋桨直冲舵叶的阻力；

4、减少船舶尾流的兴波阻力。

附图说明

图1为本实施例所述一种可提高船舶航行效能的子螺旋桨舵的俯视示意图；

图2为图1所述一种可提高船舶航行效能的子螺旋桨舵a-a’方向的示意图；

图3为本实施例所述将舵轴往b-b’方向旋转一定角度后可提高船舶航行效能的子螺旋桨舵的变化示意图；

图4为本实施例所述v型支架通过曲杆与齿轮箱固定连接的示意图；

图5为本实施例所述另一种适用大型船舶的v型支架通过曲杆与齿轮箱固定连接的示意图；

图6为本实施例所述另一种两个v型支架支点舵轴水下适用固定连接的示意图；

图7为本实施例所述另一种两个v型支架支点舵轴齿轮箱固定连接的示意图。

附图标记说明：

1、舵轴；

11、水下密封轴承座；

12、甲板轴承座；

13、手柄孔槽；

2、v型支架；

21、曲杆；

31、滚筒叶片；

32、滚轴；

41、伞型齿轮a；

42、伞型齿轮b；

43、第一传动轴；

44、第一子螺旋桨；

45、第二传动轴；

46、第二子螺旋桨；

47、异形箱体；

48、齿轮箱体组件扇形钢板；

49、侧面轴承座；

50、侧面轴承座底部；

5、安全罩；

6、舵臂。

具体实施方式

为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。

请参阅图1、图2，本实施例提供了一种可提高船舶航行效能的子螺旋桨舵，该子螺旋桨舵由舵轴、v型支架、回收滚筒、齿轮箱组件、子螺旋桨和安全罩组成，舵轴通过水下密封轴承座和甲板轴承座运用适配轴承在船体尾部与龙骨延伸线垂直的适应位置固定旋转，通过2个舵臂与液压臂连接操控转向。根据船形，舵轴下端可延伸到水下，上端可延伸到甲板上方。

请参阅图4、图5和图6，因船形设计的多样性与回收尾流的适配要求，v型支架的两端可用直或弯曲的联杆对接齿轮箱扇形钢板合适部位，两个v型支架的支点可固定联接舵轴的水下适用部位，效果相同。请参阅图7，将舵轴上的侧面轴承座49和侧面轴承座底部50依次固定在船尾钢板与龙骨延伸线垂直的合适位置，两个适配的v型支架2与舵轴1下端合适位置固定联接，两个v型支架2的两个端点分别与齿轮箱扇形钢板顶部和子螺旋桨侧的端头固定联接，将回收滚筒、齿轮箱组件、子螺旋桨和安全罩连接固定在船尾螺旋桨后方。第一子螺旋桨44和第二子螺旋桨46的推动力经v型支架2、舵轴下方侧面轴承座底部50形成船舶的推动力。

请参阅图1、图2、图4、图5、图6和图7，该回收滚筒包括8个滚筒叶片和滚轴，8个滚筒叶片间隔均匀地固定在滚轴上，滚轴的两个端部各设置有一个伞型齿轮a，滚轴中心线与舵轴底面同高，通过两齿轮箱轴承座运用轴承灵活转动，端头两伞型齿轮a分别带动两传动轴端头的2个伞型齿轮b传动两子螺旋桨运转，其中第一子螺旋桨右旋，第二子螺旋桨左旋。

当回收滚筒下方的叶片接收水流的冲击，将螺旋桨后方的反作用力转换成机械能，经滚轴及两对伞型齿轮传动两子螺旋桨转动，形成向前的推动力。当船舶需要转向时，液压臂施压舵臂，转动整个子螺旋桨舵，改变了子螺旋桨推动力的方向，进而改变扭矩，形成船舶转向，提供方向的操纵。

请参阅图1、图2、图4、图5、图6和图7，第一齿轮箱体和第二齿轮箱体的扇形钢板48的作用有，在两扇形钢板园心位置设置密封轴承座，为滚轴两端的轴承提供支撑和运转，在扇形钢板的箱内侧壁设置前轴承座和子螺旋桨端的密封轴承座，为第一、第二传动轴轴承提供支撑和运转，分别为滚轴两端头的伞型齿轮a和两传动轴端头伞型齿轮b齿合，在扇形钢板装有伞型齿轮及传动轴的外侧设置半橄榄球状的盖体，其作用在于为伞型齿轮及传动轴的安全运作提供容纳空间，还有设置半橄榄球状的异形盖体是减少行进过程中的水流阻力。

进一步地，两扇形钢板的弧与安全盖的两端吻合相接，为回收滚筒形成一个自如运转的安全空间。随着船尾排出的水流冲击滚轴下方的叶片，带动滚轴转动，形成一个圆柱状回收滚筒，滚筒叶片转动对滚轴产生驱动力使滚轴沿滚筒叶片转动的同向旋转。回收滚筒、第一齿轮箱、第二齿轮箱和安全罩以上述设置方式连接在一起，由2至3个v型支架将它们牢固地固定在舵轴上，在不同的具体实施方式中，v型支架的受力强度由回收滚筒、安全罩、第一齿轮箱和第二齿轮箱的重量决定，其中v型支架的支点与舵轴固定连接，2个端点分别与扇形钢板合适的弧位通过焊接或铆接方式固定连接。

由此可见，第一齿轮箱和第二齿轮箱的箱体与安全罩之间这样的构造实际上共同构成了该子螺旋桨舵相当于“舵板”，当舵轴上的手柄孔槽插入手柄，对手柄施力进行转向操作时，请参见图3，随着舵轴右转一定的舵角，回收滚筒、第一齿轮箱、第二齿轮箱和安全罩形成的“舵板”也随之整体向船舶行进方向的左侧摆动，待方向调整到需要的角度时，该子螺旋桨舵继续将尾流回收利用转化为船舶推进的驱动力和转向力。

可以理解，由于该子螺旋桨舵为船舶的配件，应能够满足长期在水体环境工作的需要，且其必须能够承载水力冲击，因此，应具备较强的防腐蚀性能和一定的抗冲击强度，舵轴、v型支架、回收滚筒、曲杆和安全罩在材质上优选硬质钢。

一种包含该可提高船舶航行效能的子螺旋桨舵的船舶，可以是任一规格型号，子螺旋桨舵可依据适用的船舶生产成适配的型号，在船舶底部钢板相交的地方预设孔洞或加设卡箍、环箍或套箍机构，以便将舵轴上的密封轴承座与船体通过螺纹紧固或铆钉紧固。

该子螺旋桨舵的有益效果为，结构简单，制造工艺简便，适用船舶型号广泛，舵效高。

应用该子螺旋桨舵的船舶产生的有益效果为，在船舶的运行过程中，能够高效消纳船尾的螺旋桨排出的涡流能量，当停车状态时，子螺旋桨舵与船体的惯性一同向前滑行，回收叶与水流形成相对的流速，子螺旋桨舵同样运作，具有调整船体方向的作用；当船舶倒车状态时，水流方向相反，回收滚筒反转带动子螺旋桨反转，形成滚轴、伞型齿轮组、传动轴和子螺旋桨反转，同样有较好的转向功能，现有的螺旋桨推进、喷水推进及各种类型大小船舶(特型工作船除外)都适用该子螺旋桨舵。

需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本实用新型的专利保护范围。因此，基于本实用新型的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本实用新型专利的保护范围之内。