吊舱式电力喷射推进器的制作方法

本发明涉及船舶制造业领域，旨在用于吊舱式安装喷射推进器的水面或水下航行器。

背景技术：

现在，吊舱式推进器利用螺旋桨或导管螺旋桨技术，发展的新型船舶推进装置，主要用在为节省船舶舱室空间，提高船舶的操作性能，减小船舶噪声和振动领域。

吊舱式电力推进器由柴油发电机组发电，通过电缆接线间接驱动船体外部吊舱中电动机-螺旋桨装置，它突破了柴油机加开放式的传动轴系的推进器设计定式，把螺旋桨驱动电机置于一个能360°全回转的吊舱内悬挂在船底，集推进装置和操舵装置于一体，省去了通常所使用的推进器轴系和舵，从而极大地增加了船舶设计、建造和使用的灵活性，使电力推进的优越性得到了更充分的体现，是目前受到世界造船业广泛关注的新型推进装置。

吊舱推进器由推进装置和转向装置组成。推进装置包括吊舱壳体、螺旋桨、密封装置、接地装置、制动装置、轴承、螺旋桨轴、电机、污水系统等。转向装置包括转舵机构、滑环、气液旋转接头、空气冷却系统等组成。

喷射推进装置因其技术复杂且前沿，目前未见吊舱式应用出现。

技术实现要素：

本发明的主要目的是生产一种高功效、节能、轻量化、噪音和振动更低的吊舱式电力喷射推进器。本发明可以将喷射推进器装置实现吊舱式应用，使现有吊舱式推进装置的推进效率提高36%以上，有效解决电力船艇续航问题，操控性问题和设计灵活性问题，同时，充分利用喷射推进器的低噪声低振动优势，为新型船舶提供性能更加卓越的推进装置。而且，其有效利用水动力特性，使结构简单便于制造。

实现的工程上的效果是：将叶轮流道、整流收缩腔和喷嘴进行了一体化设计，该设计更加优化了水动力特性，消除了液流在泵体内可能产生旋流和空泡的风险因子，进而使推进效率和可靠性获得显著提升。链接与泵体流道和驱动电机之间的锥形入流体，沿锥形入流体的圆周分布若干槽型进流孔，其横截面为等腰梯形结构，在降低进流噪音的同时，其两临近孔产生的扩张流相互作用，以消除入流气泡，进一步提升推进效率。而且，这一喷射推进技术在低速工况下即可获得40%以上的推力输出特性成为可能。

所提出的实现这一吊舱式电力喷射推进器包括：一个泵体压缩腔；一个叶轮；一个整流体；一个驱动电机；一个叶轮轴及联轴器；一个具有安装电机密封舱的锥形入流体；一个具有导热和防腐处理的电机密封舱；一个引流导流罩；以及一个横截面为翼型的吊臂。

该吊舱式电力喷射推进器的特征在于其拥有毂径比0.23-0.68之间、螺距与直径比0.38-1.76之间的叶轮，叶毂为锥体结构；泵体压缩腔的进流与出流比为1.13-1.68，其腔体内壁为平滑曲面；还拥有一个由5-13片拉长倒水滴形构成的整流体，其叶毂为圆锥体结构；拥有槽型入流孔的锥形入流体具有安装电机密封舱的功能。另外，该吊舱式电力喷射推进器的整体设计符合流体动力学的特性，同时流场结构得到优化，尺寸显著减小，从而有可能进一步提升航行器的推进效率。吊舱式电力喷射推进器在设计航速50节条件下效率超过93%、无空化产生、噪音下降13-21分贝；采用轴流式泵、配合具有前置和后置设计的整流体，其输出的反向推力是正向推力的83%以上，进一步简化倒车辅助机构。满足高效、抗空化、结构紧凑、功率密度大、低噪音、低振动的性能要求，进而可用于高航速高性能的船舶推进。

在所述设计结构的一种特殊情况中，叶轮叶毂截面外缘沿轴线是收缩型曲线结构。通过朝喷嘴方向增加曲率，以提高泵体流道的流速，进而基于柯恩达效应使高速水流向压缩腔壁扩散喷出，提升水力效率，因此在8500转下无空泡产生。

在所述设计结构的一种特殊情况中，整流体叶毂截面外缘沿轴线是收缩型锥形曲线结构，通过朝喷嘴方向减少曲率形成锥形，以提高泵体流道的流速，消除涡流，提升水力效率。整流体叶毂圆周分布有5-13片拉长倒水滴形叶片，使旋转流整流成直线射流。

在所述设计结构的一种特殊情况中，泵体压缩腔由增压腔、整流腔和喷嘴构成，增压腔和喷嘴截面比为1.13-1.58。增压腔与喷嘴经整流腔平滑过渡。

在所述设计结构的一种特殊情况中，叶轮与整流体的装配间隙在0.5-5.3mm之间，以保证水力特性的优化。

在所述设计结构的一种特殊情况中，锥形入流体开有槽型入流口，入流口形成的入流面积大于泵体流道面积1.15以上，其槽壁横截面为梯形结构。该结构便于进水流形成扩张流，同时，两相邻槽口形成的扩张流相互作用消除进流旋流和气泡。

在所述设计结构的一种特殊情况中，电机密封舱采用耐压密封和导热防腐蚀处理，以及水润滑轴承。该结构可以解决轴承润滑和油污泄露问题，同时解决电机散热问题。该结构使得船只对环境更加适合。

在所述设计结构的一种特殊情况中，即当安装电机密封舱的锥形入流体，在电机密封舱安装后需在外部结合面形成平滑的引流曲面。其水力特征符合流体力学要求，有助于提高泵体进水效率。

在所述设计结构的一种特殊情况中，即当电机密封舱的前端具有一个锥形引流罩时，预矫正流进流道的水流，使水动力损失减少，而水动力损失会降低推进器效率。由于预矫正了水流，可以得到后一个特征，因此该特征有助于提高推进器效率。

附图说明

用3张图来解释本发明的实质。图1表示吊舱式电力喷射推进器侧面剖视图；图2所示为锥形入流体横截面剖视图；图3所示为吊臂固定支撑架横截面剖视图。

具体实施方式

图1、图2和图3所示的吊舱式电力喷射推进器包括：一个泵体压缩腔（1），其内壁具有由多曲线组成的曲面，内腔具有整流体（3）和锥形叶毂（2）；一个液压发生装置，其设计为一个配有锥形叶毂（4）的叶轮（5），并且安装在轴（7）上，通过联轴器（8）与电机轴（9）链接；一个电机（13）；一个电机密封舱（12），其出轴端具有密封件（11）和水润滑轴承（10），其整体安装在锥形入流体（6）上；一个锥形引流罩（14），安装在电机密封舱尾端，起到预矫正进水流向的作用；一个吊臂（15），通过螺栓（16），安装在电机密封舱（12）和锥形入流体（6）上，法兰盘如图3（15a）安装与船底。

锥形入流体（6）具有一组槽型入流口（6a），其槽壁横截面如图2（6b）为梯形结构。该结构便于进水流形成扩张流，同时，两相邻槽口形成的扩张流相互作用消除进流旋流和气泡，有助于改善水动力效率，进而提高推进效率。

吊舱式电力喷射推进器适用于全向航行。吊舱式电力喷射推进器的运行如下：流道内的水经过电机（13）驱动的叶轮（5），在泵体压缩腔（h）段内形成加压旋转流，该水流到达压缩腔（h1）内的整流体（3），经整流体（3）上的整流叶片整流后，进而在锥形叶毂（2）和泵体压缩腔（h1）的作用下，以柱状射流的形式从喷口（d）沿方向（a）高速射出。形成的反作用力推动航行器前进。

根据模型试验的结果，所述吊舱式电力喷射推进器技术效果在推进效率特性方面增加25-50%。同时，导热电机密封舱配合水润滑轴承，使电机的热特性在100小时的测试时间内连续运行温度不大于47度，有效杜绝电机过热导致磁衰发生，进而使功率下降。在一个测试周期内，叶轮转速从0上升到350转，推力曲线陡直上升，当转速达到6700转，推力曲线变得平滑上升，当转速达到8300转，推力曲线出现平滑下降趋势。所述吊舱式电力喷射推进器的集成设计，更加简单，易于制造，同时，制造成本将下降30%左右。

工业实用性

如上所指出的那样，本发明旨在用于水面、水下航行器新型推进技术领域，针对范围较宽的多种绿色能源船艇和潜航器类型，主要是科考船、公务艇、快艇、登陆艇、巡逻艇、海洋平台、潜航器和潜艇。