基于纵倾优化节能技术的螺旋桨倾角及舵角自动调节机构

本发明涉及船舶，具体涉及一种基于纵倾优化节能技术的螺旋桨倾角及舵角自动调节机构。

背景技术：

1、随着能源与环境保护及智慧海洋开发的需要，船舶电力推进系统得到充分发展和广泛应用，同时电力推进系统对节能的要求更加严格。

2、纵倾优化是船舶节能的方法之一，船舶纵倾优化节能技术是指在不改变船舶吃水深度和航速的情况下，通过调节船舶纵倾角度使船舶航行阻力最小，并通过调整船舶阻力与所需功率的比例，达到控制燃油消耗、节能减排的目的。

3、对于小型船艇，航行纵倾角受航速、载荷分布和重心高度等因数影响，在航速增加时，船舶静浮力减少，动升力相应增加，航行纵倾角也不断加大,在越过其峰值后，如果速度继续增加，航行纵倾角会逐渐减小。小型船艇通过改变航速、载荷分布和重心高度调整航行纵倾角获得较小的湿表面积，以达到减少摩擦阻力和剩余阻力的目的。航行纵倾角是许多参数共同作用的结果，它的大小会大大地影响到船艇的性能。如果能控制游艇的航行纵倾角在3.5~4.0°之间，艇的阻力会大大降低。

4、不同种类的小型船艇（如排水艇与滑行艇），具有不同的最小阻力的航行纵倾角，且航速对小型船艇的航行纵倾角有影响。在采取合适的纵倾优化角度时，导管桨往往并不处于理想的直流工作状态，来流与导管桨形成不同角度的夹角，导管桨在典型的斜流工况下工作。斜流状态下导管桨进流非均匀明显增强，桨叶和导管的水动力载荷处于非平衡状态，导致导管桨轴向推力、侧向力、扭矩及效率等水动力性能指标与设计工况下存在显著差异，进而引起推进器水动力性能下降、空泡恶化等问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于纵倾优化节能技术的螺旋桨倾角及舵角自动调节机构，该机构可灵活调节螺旋桨倾角及舵角，有利于提高船舶推进效率，降低船舶能耗。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于纵倾优化节能技术的螺旋桨倾角及舵角自动调节机构，包括尾封板、十字轴支架、舵角调节液压缸轴、十字轴、舵角调节液压缸、动态倾角传感器、支撑臂、推进器和倾角调节液压缸；两个十字轴上下间隔设置，所述十字轴具有上下竖向轴和左右横向轴，且其后部还具有一竖向销轴，所述十字轴的上下竖向轴上装配上下对称的第一推力球轴承并分别与十字轴支架转动连接，所述十字轴支架后端固定在尾封板上，所述舵角调节液压缸横向设置，且其两端分别与十字轴的竖向销轴和舵角调节液压缸轴转动连接，所述舵角调节液压缸轴固定在尾封板上；所述支撑臂上端具有支撑臂轴，设于上侧的十字轴的左右横向轴分别通过一倾角调节液压缸与支撑臂上相应的支撑臂轴连接，所述支撑臂左右两侧分别连接有支撑臂连接架，设于下侧的十字轴的左右横向轴分别与支撑臂连接架转动连接；所述动态倾角传感器设置于支撑臂中，所述推进器固定连接于支撑臂下端。

3、进一步地，上下间隔设置的两个十字轴的上下竖向轴同轴设置，调整舵角时同步转动。

4、进一步地，还配设有十字轴支架轴瓦和液压缸轴瓦，所述十字轴支架轴瓦与十字轴支架配合形成耳环，以与十字轴的上下竖向轴转动，所述液压缸轴瓦与舵角调节液压缸或倾角调节液压缸的活塞杆端或缸体端配合形成耳环，以与十字轴的竖向销轴或舵角调节液压缸轴或十字轴的左右横向轴或支撑臂的支撑臂轴转动连接。

5、进一步地，包括两个横向设置的舵角调节液压缸和两个纵向设置的倾角调节液压缸，舵角调节液压缸两端与液压缸轴瓦组成的耳环将舵角调节液压缸轴与十字轴的竖向销轴相连，并驱动竖向销轴绕十字轴的上下竖向轴转动，使得两个倾角调整液压缸、支撑臂推进器同步转动，进而实现舵角调整；在舵角调整的同时可进行倾角调整，倾角调节液压缸两端与液压缸轴瓦组成的耳环将十字轴与支撑臂轴相连，并驱动支撑臂绕十字轴的左右横向轴转动，使得推进器与支撑臂同步转动，进而实现倾角调整。

6、进一步地，所述十字轴的左右横向轴外端分别具有螺纹部分，所述支撑臂的支撑臂轴外端也具有螺纹部分，与螺纹部分配合的螺母锁紧于左右横向轴或支撑臂轴上。

7、进一步地，包括四个第一推力球轴承，所述四个第一推力球轴承设置于两个十字轴的上下竖向轴与十字轴支架之间。

8、进一步地，包括十二个第二推力球轴承，所述十二个第二推力球轴承设置于倾角调节液压缸与十字轴的左右横向轴或支撑臂的支撑臂轴之间、十字轴的左右横向轴与支撑臂连接架之间、螺母与倾角调节液压缸之间、螺母与支撑臂连接架之间，以减小该些部件相对转动时的阻力并承受压力。

9、进一步地，所述推进器为吊舱式推进器。

10、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明解决了现有船舶纵倾优化节能技术中存在螺旋桨（导管螺旋桨）往往并不处于理想的直流工作状态而引起的推进器水动力性能下降、空泡恶化等问题，实现了螺旋桨倾角及舵角的灵活调节，使得螺旋桨可以处于理想的直线工况，螺旋桨的水动力载荷处于平衡状态，水动力性能指标与设计工况更加吻合，有利于提高船舶推进效率，降低船舶能耗，同时减少空泡现象的出现，提高螺旋桨叶使用寿命。

技术特征：

1.一种基于纵倾优化节能技术的螺旋桨倾角及舵角自动调节机构，其特征在于，包括尾封板（1）、十字轴支架（2）、舵角调节液压缸轴（4）、十字轴（5）、舵角调节液压缸（6）、动态倾角传感器（11）、支撑臂（12）、推进器（13）和倾角调节液压缸（14）；两个十字轴（5）上下间隔设置，所述十字轴（5）具有上下竖向轴和左右横向轴，且其后部还具有一竖向销轴（52），所述十字轴（5）的上下竖向轴上装配上下对称的第一推力球轴承（8）并分别与十字轴支架（2）转动连接，所述十字轴支架（2）后端固定在尾封板（1）上，所述舵角调节液压缸（6）横向设置，且其两端分别与十字轴（5）的竖向销轴（52）和舵角调节液压缸轴（4）转动连接，所述舵角调节液压缸轴（4）固定在尾封板（1）上；所述支撑臂（12）上端具有支撑臂轴（121），设于上侧的十字轴（5）的左右横向轴分别通过一倾角调节液压缸（14）与支撑臂（12）上相应的支撑臂轴（121）连接，所述支撑臂（12）左右两侧分别连接有支撑臂连接架（122），设于下侧的十字轴（5）的左右横向轴分别与支撑臂连接架（122）转动连接；所述动态倾角传感器（11）设置于支撑臂（12）中，所述推进器（13）固定连接于支撑臂（12）下端。

2.根据权利要求1所述的基于纵倾优化节能技术的螺旋桨倾角及舵角自动调节机构，其特征在于，上下间隔设置的两个十字轴（5）的上下竖向轴同轴设置，调整舵角时同步转动。

3.根据权利要求1所述的基于纵倾优化节能技术的螺旋桨倾角及舵角自动调节机构，其特征在于，还配设有十字轴支架轴瓦（3）和液压缸轴瓦（7），所述十字轴支架轴瓦（3）与十字轴支架（2）配合形成耳环，以与十字轴（5）的上下竖向轴转动，所述液压缸轴瓦（7）与舵角调节液压缸（6）或倾角调节液压缸（14）的活塞杆端或缸体端配合形成耳环，以与十字轴（5）的竖向销轴（52）或舵角调节液压缸轴（4）或十字轴（5）的左右横向轴或支撑臂（12）的支撑臂轴（121）转动连接。

4.根据权利要求3所述的基于纵倾优化节能技术的螺旋桨倾角及舵角自动调节机构，其特征在于，包括两个横向设置的舵角调节液压缸（6）和两个纵向设置的倾角调节液压缸（14），舵角调节液压缸（6）两端与液压缸轴瓦（7）组成的耳环将舵角调节液压缸轴（4）与十字轴（5）的竖向销轴（52）相连，并驱动竖向销轴（52）绕十字轴（5）的上下竖向轴转动，使得两个倾角调整液压缸（6）、支撑臂（12）、推进器（13）同步转动，进而实现舵角调整；在舵角调整的同时可进行倾角调整，倾角调节液压缸（14）两端与液压缸轴瓦（7）组成的耳环将十字轴（5）与支撑臂轴（121）相连，并驱动支撑臂（12）绕十字轴（5）的左右横向轴转动，使得推进器（13）与支撑臂（12）同步转动，进而实现倾角调整。

5.根据权利要求1所述的基于纵倾优化节能技术的螺旋桨倾角及舵角自动调节机构，其特征在于，所述十字轴（5）的左右横向轴外端分别具有螺纹部分，所述支撑臂（12）的支撑臂轴（121）外端也具有螺纹部分，与螺纹部分配合的螺母锁紧于左右横向轴或支撑臂轴（121）上。

6.根据权利要求1所述的基于纵倾优化节能技术的螺旋桨倾角及舵角自动调节机构，其特征在于，包括四个第一推力球轴承（8），所述四个第一推力球轴承（8）设置于两个十字轴（5）的上下竖向轴与十字轴支架（2）之间。

7.根据权利要求5所述的基于纵倾优化节能技术的螺旋桨倾角及舵角自动调节机构，其特征在于，包括十二个第二推力球轴承（9），所述十二个第二推力球轴承（9）设置于倾角调节液压缸（14）与十字轴（5）的左右横向轴或支撑臂（12）的支撑臂轴（121）之间、十字轴（5）的左右横向轴与支撑臂连接架（122）之间、螺母与倾角调节液压缸（14）之间、螺母与支撑臂连接架（122）之间，以减小该些部件相对转动时的阻力并承受压力。

8.根据权利要求1所述的基于纵倾优化节能技术的螺旋桨倾角及舵角自动调节机构，其特征在于，所述推进器（13）为吊舱式推进器。

技术总结
本发明涉及一种基于纵倾优化节能技术的螺旋桨倾角及舵角自动调节机构，包括尾封板、十字轴支架、舵角调节液压缸轴、十字轴、动态倾角传感器、支撑臂、推进器和液压缸；两个十字轴上下间隔设置，十字轴具有上下竖向轴、左右横向轴和竖向销轴，上下竖向轴分别与十字轴支架转动连接，舵角调节液压缸两端分别与竖向销轴和液压缸轴转动连接，十字轴支架、液压缸轴固定在尾封板上；支撑臂上端具有支撑臂轴，设于上侧的十字轴的左右横向轴通过倾角调节液压缸与支撑臂轴连接，支撑臂左右两侧连接有支撑臂连接架，设于下侧的十字轴的左右横向轴与支撑臂连接架转动连接。该机构可灵活调节螺旋桨倾角及舵角，有利于提高船舶推进效率，降低船舶能耗。

技术研发人员：杨荣峰,杨先意,陈垚,廖卫强,俞万能
受保护的技术使用者：集美大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/5