船舶急停装置和船底喷射推进装置的制作方法

专利名称：船舶急停装置和船底喷射推进装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种船舶急停装置和船底喷射推进装置，可用于中国专利号为85104618，5(发明专利证书第170号，1987年3月31日授权)的“吸入阻碍船舶前进的兴波阻力造成的波浪，用来推进船舶的装置”。
发明专利证书第170号的发明述及了一种用于吸收船行前方水流与波浪，通过纵贯船体内部的通道及水流加速装置向后方排出，以获得船舶推进力的装置。船舶在其航行过程中，需要采用严格措施保证其安全性，船舶速度愈高，这一点就显得更加重要。然而，目前的情况是，陆上交通工具如火车、汽车等均设有急停装置，而海上、空中的交通工具都没有急停装置，因此，一旦发生事故，就机毁人亡，造成很大损失。装载着大量物资和人员的船舶，对防止事故的措施也是消极的，只是在法律上对船的驾驶作了具体规定，即停止动力后靠惯性在海上滑行一段距离，待其速度降低后，使推进器反转而停船，目前仍不能使船舶迅速停止航行。所存在的另一个问题是，在辽阔的大海上，船舶的方向转换缺乏灵活性。
本发明的目的是提供一种能克服上述缺陷的船舶急停装置和船底喷射推进装置。
本发明提出的船舶急停装置是利用液压装置使两块挡板同时移动，将排出口覆盖，挡住流动的水，同时使船舶后退用喷管向反方向以最大功率进行喷射，使船舶实现急停。
本发明提出的喷射推进法，不同于以往那种船的舵，而是通过左右喷射力的变化来灵敏地改变船的方向，能将事故防患于未然。此外，内海上虽然没有波浪，然而外海通常是一年四季都有浪，波浪也作为一种不可抗拒的自然现象，目前正在研究各种对策，而本发明对这种波浪也是有效的。
同时，本发明对上述中国发明专利第170号所述装置作了改造，以防碍高速化的舵和螺旋桨推进器等加以改进，使其具有新颖性。
下面结合附图，通过实施例来进一步说明本发明。
附图简要说明如下

图1是设置了本发明装置的船舶的外形图;
图2是遇到暴风雨，一面吸入大浪顶部、一面前进的船舶的外形图;
图3是船舶的侧面图;
图4a是图3中A-A′线正视图，b是图3中B-B′线剖视图，c是图3中C-C′线后视图;
图5是船舶的纵剖面图;
图6是图5中D-D′仰视图，是船舶底平面图;
图7是泵房12-1纵剖面详图;
图8是图7中G-G′仰视图;
图9是图7中H-H′俯视图，(流水阻挡作用的说明图)a是封闭式挡板收放舱23的一部分，表示船舶前进中的状态;b是挡板移动后，排出口9的关闭状态;c是油管28开始供油的情况;
图10是图7中F-F′线剖面图;
图11是图5中E-E′线剖面图;
图12是图11中J-J′线侧视图;
图13是船首机械舱13的平面配置图;
图14是水泵的参考图a是平面图，b是图14a中K-K′线剖面图，c是图14a中L-L′线正视图;
图15是轴流泵图a是平面图，b是图15a中M-M线剖面图，c是图15a中N-N线正视图;
图16是排出管3下盖18的详图a是侧视图，b是剖视图，c是正视图。
附图中所用的代号说明如下。
1表示船首的各个吸口2表示未整形前端收缩管3表示空载时(L、V、L)的空气与波浪排出管4表示高速螺旋桨吸入增压水泵5表示中部轴流水泵6表示船尾轴流水泵7表示吸入管道8表示喷管出口9表示排出口10表示船舶后退用喷管11表示导流构件12表示封闭式泵房12-1船首泵房;12-2中部泵房;13-3船尾泵房13表示封闭式船首动力机构舱14表示船的集中驾驶舱15表示燃气轮机发电舱16表示汽轮机发电舱17表示分波板18表示空气与波浪排出管3的两个盖板19表示小型自动卷绕式绞车20表示水翼板21表示货舱、客舱、集装箱码放舱22表示船首喷管喷射用高速轴流水泵23表示封闭式挡板收放液压驱动舱24表示设在分水罩内的环簧安装轴25表示设在分水罩内的安装在水翼板20、收放舱23底面以及泵房12-2、12-3底面的固定轴26表示设在分水罩内的连接船腹与水翼板20的环簧轴27表示油管兼导管(关闭排出口用的)28表示油管(恢复挡板31、32位置用的)29表示带活塞的连杆(船首侧的)30表示带活塞的连杆(船尾侧的)31表示挡板(船首侧的)32表示挡板(船尾侧的)33表示直接传动的柴油机34表示液压用电动机
35表示液压油油箱36表示液压泵37表示压力调节阀38表示流量调节阀39表示方向控制阀40表示居住舱41表示燃料箱舱42表示排出口9的防浸水材料43表示电动机43-1设在中部泵房12-2和船尾泵房12-3的供船舶前进用的43-2设在中部泵房12-2和船尾泵房12-3的供船舶后退用的对本发明装置的主要构成部分的结构和功能结合附图所示实施例说明如下。
船首吸口1(参见图1)加大船身宽度，使各吸口之间相隔适当的间隔。为了减少船身宽度/船身长度的值，防止摩擦阻力过大的缺点，设置若干个吸口，使未整形前端收缩管2的形状平滑，而且在各收缩管之间形成的空隙，可以作为设置液压装置的位置。另外增多吸口数量可以使动力分散，并采用重量轻的小型高速内燃机，而不需要减速装置，将推力分散在每一排上，以便提高效率。
未整形前端收缩管2(参见图7)使吸口1的上端在船舶满载时(H、W、L)经常浸没于水面下，即使是在船舶空载及轻载(L、W、L)状态下也使其大部分没于水面下。由吸入管将由此收缩管引起的水的阻力吸入，其目的在于消除这种阻力。当船速增大时进水量也增大，用吸入管7将水吸上来，将其大部分作为多余水，从排出口9迅速排到船外。其相当于已授板的№.85104618.5号专利。
空气及波浪排出管3(参见图7)船在满载时，吸口1经常没在水中，但在空载以及轻载状态下航行时，吸口1上方形成一个与空气接触的部分，而没有排放空气的地方，构成降低速度的一个原因，因此，开动两边的自动卷绕式绞车19，将排出管3的盖板18打开。而在满载高速航行时，必须将盖板18关闭。在航行过程中使排出管的盖板18可以自由地开关，但停泊在码头上装货过程中，在达到满载之前，要慎重地旋转排出管3进口和出口的盖板18。盖板18周围即使有轻度的漏水也没有什么关系，在船开始航行之后，借助于水压能够制止漏水。
高速螺旋浆吸入增压水泵4，(参见图14)此水泵具有下列特征当求水泵的比转速NS时，在式
N表示水泵的转速(r.p.m)H表示水泵的总扬程Q表示水泵的排量(m3/min)当H＝负值时，Q取决于吸入管7的直径，N＝水泵的转速＝柴油机的转速，没有必要为扬水而调节转速，因此，也可以与高速旋转的柴油机本身直接连接，也不需要导向叶片。
将吸入管7的前端，设在未整形前端收缩管2的开始收敛的位置，用来吸收因收敛而引起的进水阻力，并将多余的水立即从排出口9排出来。在第170号发明专利中提出的方案是采用高速大型柴油机，但本发明改进为增加吸口1的数量(其唯一的原因是设置超大型柴油机有困难)，因而分散设置重量轻的小型柴油机，并可以利用大批量生产的现成柴油机产品(参见图10、13)。各吸入管7的吸水动力，来自封闭式泵房12-1楼上的机械舱13内并排设置的柴油机33，并利用水粘性大的特点，使其无需减速地高速旋转，其动力通过纵轴作用在各泵共用轴上，此外还可在各泵之间同时设置柴油机(参见图10)。
这些动力装置相当于以往船舶上采用的一台内燃机转动一根曲轴的那种装置，虽然每台泵上设置一台一般市售的小型发动机，但其动力却集中成整体作用于水泵4的共用轴上。借助于螺旋浆的旋转而获得能量的加压水，流经吸入管7的水泵之后，转弯45°，且将由于管道收敛而损失的能量，由大马力的小型轴流泵22再一次进行增压，然后从喷口8以喷嘴喷射的方式，形成一股水平水柱向船体外部的水中喷出。喷射出来的水，与泵房12-1的船尾侧产生的涡阻流发生冲击，同时还与船底外的水在圆锥形面上接触而产生摩擦阻力，这些阻力的反冲力就产生推力(参见图5、6)。
海洋中有鱼类等生物，还有浮游污物等异物，为了保护水泵泵轮，在吸入管7的前端设置防污物装置。
中部水泵5和船尾泵6(参见图5)此水泵由燃气轮机发电舱15和汽轮机发电舱16发出的电力来驱动。它们分别设置在封闭式泵房12-2、12-3内。水通过轴流泵(参见图15)加压后喷射出去。水与各泵房的船尾侧产生的涡阻流发生冲击，同时还与船底外的水在圆锥形面上接触而产生摩擦阻力，这些阻力的反冲力产生推力。这就相当于将以往船舶安装在船体外部的螺旋桨推进器分散，将各螺旋桨叶片设在管道内部。
船舶后退用喷管10(参见图6、11)。这种船舶在靠岸和急停船等情况下需要具有后退的能力。设在中部泵房12-2以及船尾泵房12-3的左右两端的水泵4，样式如图14所示。动力由电动机43-2提供，使水产生反喷射。
导流件11(参见图4-6)由于从喷口8喷出的具有剩余压力的水，直接冲击到封闭式泵房12-2、12-3的船首侧壁板时，船舶前进中水的阻力较大，因此将壁板做成前端为锥状的空心突出体，消除兴波阻力，将压力水加以导流和汇集，并使水流入吸入管7的吸口。
封闭式泵房12-1、12-2、12-3由于在船舶内部设置管道将水引入，所以绝对不允许漏水。因此要使舱房具有对水的完全的密封性，而不影响船舶本身。在舱房内设置吸入增压水泵4、5、6，吸入管7，喷管8，电动机43诸设备。船身长的船舶，还在中部增设中部泵房。这是由于船身越长，摩擦阻力越大、从而降低推进力的缘故。
封闭式船首动力机械舱13相当于以往船舶的轮机舱，在此舱里，将液压装置和动力设备设置在各泵的正上方，如图13所示。
集中驾驶舱14装备着控制用计算机、各种传感器以及高技术产品，通过远距离操纵将各种功能集中于该舱内，保证船舶可靠安全驾驶。
燃气轮机发电舱15与汽轮机发电舱16两舱房构成一个整体，采用新式的压力锅炉循环方式。15内设有空气压缩机、热交换器、燃气轮机、发电机，利用连通管路与楼下设备之间进行相互传递。16内设有锅炉(位于中部)、给水加热器、给水泵、凝汽器、汽轮机和发电机。
这种循环方式是，将蒸汽系统成套设备中的锅炉与燃气轮机中的燃烧室共用，把从空气压缩机出来的高压空气输送到锅炉内，使其加压燃烧，利用燃烧室的废气来驱动燃气轮机。
从这两个发电舱发出的电功率可以满足船舶内所需的全部电力。
分波板17(参见图4-a)大浪超过船首部分时，将波浪向驾驶室14两侧劈开，使视野不受影响，以便保证驾驶工作。
空气及波浪排出管3的进出口盖板18(参见图7)为了维持船舶的高速航行，此盖板可以根据吃水深浅相应地进行开关。此盖板设在进口和出口，共有两个，靠一台小型自动卷绕式绞车19操纵其开关。现将管3出口盖板18的工作情况说明如下。如图16所示，位置(1)为靠一台绞车19的钢索把出口盖板18关闭的状态;放松钢索，靠盖板的自重打开盖板至(2)的位置;通过排放空气与水使盖板达到(3)的位置;高速航行时，盖板受船底外部流水的压力而达到(4)的位置;当拉动绞车19钢索时，盖板18又关闭起来。
水翼板20(参见图4、5、6、7)由于此船的重量集中在各泵房的位置，因此，在12-1、12-2、12-3的下方靠船首一侧，用环簧安装轴24与固定轴25，将水翼板安装在挡板收放舱23以及泵房12-2、12-3下面和船腹上部。
在喷射流推力的综合效应的作用下，使船的速度增大时，水翼20上产生阻力，环簧24缩短，当缩到最短状态时，水翼板向上转动约5°，使船舶上升，减少船身的浸水面积。这种使船浮升是安装水翼板的一个目的;另一个目的是，使重量大的船首经常保持朝上的姿势，在任何情况下，都要避免船首朝水中钻的危险;也就是说，这是为了同时获得高速度和船体稳定性。另外，水翼板环绕船腹设置的目的也是，为了靠环簧26的伸缩来缓和横波的冲击，且使受横波的作用而倾斜的船得以恢复原位。
船首部产生喷射流的高速轴流水泵22，(参见图14)此水泵可采用通用的大容量、低扬程水泵。此外，在中部水泵5、船尾水泵6上，亦可设置，并以电动机43-1作为其动力。
封闭式挡板收放液压驱动舱23设在泵房12-1的下面，除了排出口9的部分以外，对水保持完全的密封性，挡板31、32收放于其中，并保证挡板的移动，将排出口9的周围绕上防浸水的材料，即使在挡板31、32移动时也不发生浸水。将此舱设计成一个独立的舱室，万一发生浸水，也不致影响泵房12-1和船体。
油管兼导管(关闭排出口用)27和油管(恢复挡板31、32位置用)28(参见图7、8、9)未整形前端收缩管2沿横向排列着，随着管道缩小而形成空隙，使上述两组管子从船首侧与船尾侧通过，管中的液压油靠动力机械舱13的液压泵36加压，并流入挡板收放舱23，驱动挡板31、32移动。
带活塞的连杆(船首侧)29和带活塞的连杆(船尾侧)30(参见图9)设在导管(其直径与引入收放舱23内的油管27的直径相同)内、一端安装在活塞上而另一端安装在挡板31、32上的两组连杆29、30，被传递到各个油管的液体压力推动，使挡板31、32移动，将水流挡住之后，油管28内的油压升高，使挡板恢复到原来位置(参见图9a)。
挡板(船首侧)31和挡板(船尾侧)32，(参见图9)此挡板采用重量轻的铝合金板或表面上施以防锈涂层的铁板，是一张平面呈凹凸状、长度大致等于船身宽度的整体板材。排出口9的位置离开船首吸口1越远，收缩管2的形状变得越好，阻力也减少(参见图7)，因此，挡板31的移动距离比挡板32的移动距离长。所以31与32合拢的位置经常位于排出口9的船尾侧。
排出口9的防浸水材料42，参见图8。在挡板收放舱23的空间内、排出口9的周围，嵌有防浸水材料42。如图所示，用该材料分别将挡板31、32的边缘部分夹住，在夹持状态下，即使靠液压移动挡板31、32，水也不会浸入舱内。这种材料的材质和工艺如下将富有弹性的聚氨酯等石化制品或橡胶制海棉等材料，用碳纤维或玻璃纤维将其加压密封包覆起来，然后与挡板31、32接触的部分施以合成树脂系覆层，它的作用恰似人的嘴唇闭上一样能防水的浸入。
现将这种船舶的推进过程说明如下所有的推进机械都经常浸没在水面之下，呈现被水充满的状态。各台水泵一齐开动，给水泵中的水施加压力，各吸入管7中开始吸入新水，并将压力水从各个喷口8一齐喷出，船靠水平水柱圆锥形面上形成的喷射的反冲力开始推进，船在初始运动时，因与水之间的摩擦阻力大，所以以低速航行;随着船的前进，水从吸口1流入前端收缩管2，除了被吸入管7吸去的部分以外，剩余的水立即阶段排出口9排出，在变为中等速度的过程中，摩擦阻力变小。
此时，一个重要的事项是，即使船速增大，流入吸口1的水的流量也增大，由位差水头产生能量略微增大，但是这种能量变为水流，从排出口9排出。靠水泵功率获得能量的水，从喷管出口8喷出船外，与各个泵房12-1、12-2、12-3船尾侧发生的涡阻流相冲击，同时还在圆锥形面上与船外的水接触而引起摩擦阻力，这些阻力的反冲力产生推力，将船舶推进。其与转动螺旋浆推进器，将水向后方推的以往船只相同。水在微小力的作用下也容易出现流动变形，因而在船舶后方留有航迹，一段时间内不会消失。喷射出来的水不会立即消失，其能量也在水中残留和浮游一段时间。本发明利用这一特性，将推进力分散到面积很大的船底，利用重量轻的小型高速柴油机而无需减速，向后喷出的压力水与向前进的船舶的泵房12-212-3之间，船速越高两者相遇的时间越短，于是产生缩合效应，吸入管7中吸入残余能量较大的水后，进一步使速度增大。因此，如果是船身长度大的船舶，就须要在其中部位置增设两个以上的泵房。
关于船舶急停的情况进一步说明如下。
在驾驶舱14中，当按压紧急用按钮时(参见图13)，各个泵4、5、6停止运动，电动机43-2与液压用电动机34开始工作。液压泵36工作后泵送液压油箱35中的油。先用压力调节阀37调节油压，再用流量调节阀调节流量，然后将液压油的压力分别传递到船首侧和船尾侧。由于船首侧的挡板31的移动距离长，所以通过方向控制阀39将液压油的压力较早地较强地传递给油管27;船尾侧的情况是，用流量调节阀38对流量再一次进行调节，使其流量适合挡板32移动距离短的需要，再通过方向控制阀39将液压油的压力传递到油管27。此液压传递到挡板收放舱23的导管27内，并推压活塞，此力作用于连杆29、30上，安装在连杆上的挡板31、32便产生移动。然而，以上只是说明工作程序，高压油并非逐渐传递压力的，实际上，由于不带能量的液压油经常充满着油泵和油管，根据帕斯卡原理，由液压泵34施加的液压油压力，立即作用于活塞29、30上，在按压按钮后挡板31、32便立即开始移动，并好象从两边夹水流似地合拢，将排出口9关闭(参见图9-b)，与此同时，电动机43-2发出最大功率，从后退用喷管10以最大能力喷水，使船接近于停船状态。然后，电动机34自动地停机，液压泵36也停止工作。于是，在未整形前端收缩管2以及吸口1附近，水流发生反向流动，靠其阻力与反喷射使船只立即完全停船(类似陆上交通工具在路面上靠摩擦阻力停车的过程)。
在船舶的前边，此时产生纵水柱性缓冲波，船舶乘此波而升起，所以尽管没有以全速突然撞到岸边峭壁上那样的冲击，但仍须要有象高速交通工具那样的船内保护措施。
如果确认船舶停止前进，并防范事故于未然之后，再次开动电动机34和液压泵36，船首侧的方向控制阀39使双路关闭(任何管路都不通)的液压限制阀工作，液压只传递给船尾侧的油管27，在挡板31、32保持合拢状态下向船首侧稍微移动，如图9-c所示状态(指能够向两边的油管供油的状态)，两边的方向控制阀39转换到油管28侧，液压传递到油管28，并作用于活塞29、30上，将挡板31、32推回原位(参见图9-a)，电动机34自动地停机，液压泵36也停止工作。
如上所述，这种船只设有遭遇危险时用的急停船设备，可以保证高速、稳定的连续航行，即便在长期航海中，发电机可能发生故障，但是多台柴油机不可能同时都发生故障，并可在只靠柴油机航行(以往船只的功能)的过程中，修复电气系统的故障。
要进行灵活的转向时，将泵房12-2、12-3中设置的泵5、6按左右分为2组每组各3台(参见图6、11)，使一个组的泵同时加强或减弱工作负荷就可以转向，尤其是在需要急转弯时，可以使两组泵中的一组完全停机，而另一组则满负荷运转，这样便可避免大部分撞船事故的发生。
利用本发明提出的船舶急停船装置和船底喷射推进装置，可以获得下列诸效果。
(1)目前，船只还不能实现急停船，但利用本装置后，船舶也可以象陆上交通工具一样实现急停船。同时，还能灵活地转向，故无须停船而通过转向就能回避大部分事故的发生。
(2)船速高时，可以吸入大量的保有残余能量的水，因而能够产生综合效应，实现高速航行。此外，去掉了阻碍高速航行的舵和螺旋浆，水平的水柱圆锥形面上与外部的水接触而获得反冲力。
(3)海洋的波浪本身是不利于船舶航行的，而本发明却十分有效地利用波浪，对船舶的航行起了好的作用。即，将船舶前边的波浪的顶部吸入或穿过，这样，与现用船舶相比，船头向上浮动小，因而不会钻入波谷，此外，由于是船身宽度大的船，所以受横波的影响较小。总之，与现有船舶比较，前后俯仰和横向摇摆都小，所以乘坐舒适性良好。
(4)柴油机的振动和噪声也小于现有船只，曲轴无旋转振动，因此乘坐舒适性良好。
(5)一般，高速船或巨型船以高速通过时，产生较大的航行波，这给其它小船带来麻烦，采用本装置的船舶通过时，不会影响其它船只。
权利要求
1.一种使船舶急停的装置，其特征在于，利用液压装置使两块挡板31、32同时移动，将排出口9覆盖起来，以便挡住流动的水，同时使船舶后退用喷管10向反方向以最大功率进行喷射，使船舶实现急停。
2.一种利用水的残余能量的船舶推进装置及其船体形状一度喷出的压力水，趁还有残余能量的期间，由船身中部再将其吸入后进行喷射，并将此过程在船尾再重复一次，在喷射水形成的圆锥形面与船底外部的水之间的接触面上，由摩擦阻力和诱生流涡阻所引起的反冲力就是船舶的推力。
全文摘要
本发明涉及船舶急停装置和船底喷射推进装置；可用于中国专利号为85104618.5的“吸入阻碍船舶前进的兴波阻力造成的波浪，用来推进船舶的装置”。船舶急停装置是，当航行中船舶需要急停时，把从吸口向排出口流动中的水流在排出口处挡住，同时逆向喷水，使船舶急停。船舶推进装置是，为利用水中残留能量，而把水再次吸入并喷射，在宽阔船底方向形成分散的推进力，来提高船速。
文档编号B63H25/44GK1060442SQ9010829
公开日1992年4月22日 申请日期1990年10月10日 优先权日1990年10月10日
发明者丰岛兼人 申请人:丰岛兼人