一种上装式全回转喷水推进器水动力结构的制作方法

1.本发明涉及一种上装式全回转喷水推进器水动力结构，属于船舶推进领域。


背景技术：

2.全回转喷水推进器在浅吃水船舶推进或者海洋平台动力定位方面具有广泛的应用。1989年，schottel公司发明了全回转喷水推进器(公开号:de3735699a1)，1997年德国约瑟夫
·
比克有限公司施奥泰尔船厂在此基础上做了一些改进并提交了发明专利(专利号cn1157600a)，近年来，以schottel公司为代表的全回转推进器供应商主要采用此种设计(如图1所示)，该设计的推进器沿竖直方向吸水经过叶轮做功后，离开叶轮到达无叶片式环形的扩压器b，扩压器b将水流相对于抽吸方向回转160
°
～200
°
后导入压力腔c，并最终通过与水平方向成一定夹角喷管d离开压力腔c(图中箭头方向为水流流动方向)，产生反向推力；转舵机构驱动扩压器b和压力腔c旋转，实现全回转操舵功能。
3.此种全回转喷水推进器由于作为推进器一部分结构的压力腔c的外径太大，推进器基本全部采用下装式设计(图中a为下装式推进器安装法兰)，该设计的一大弊端就是推进器维修必须船舶上排才能完成，而船舶上排尤其是大型船舶上排周期和费用非常高，这就限制了全回转喷水推进器的推广。如果必须采用上装式安装，上装式推进器安装法兰外径势必比压力腔c外径更大，导致重量增加非常显著，这对船舶轻量化非常不利。
4.其次，此种推进器设计水流从叶轮出来进入扩压器b后仍然具有相当的圆周方向速度，进过扩压器b和压力腔c后，水流沿径向离开压力腔c，流动过程中大股水流拐弯90
°
甚至更小角度，这就造成了额外的局部损失，导致推进效率大大降低。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是：如何减小全回转推进器安装尺寸，使得推进器能够上装式安装，降低了维修和安装费用，并提高推进效率。
6.为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种上装式全回转喷水推进器水动力结构，其特征在于，包括钟形进口流道，钟形进口流道包括钟形外壳，钟形外壳上下两端贯穿，钟形外壳下端的外壁周边与船体固定连接，钟形进口流道内中心设有空心环，空心环外壁与钟形外壳内壁之间通过多个导流筋板连接，钟形外壳内壁和空心环外壁之间的端口位置设有格栅；钟形进口流道上端的内壁与带导流锥泵壳周边连接，带导流锥泵壳上端连接上装式推进器转舵机构，带导流锥泵壳内设有轴流叶轮，带导流锥泵壳下端连接导叶体喷口，带导流锥泵壳的下端和导叶体喷口均设于空心环内。
7.优选地，所述的带导流锥泵壳包括导流锥，导流锥周边下表面与泵壳内壁之间通过多个导流片连接，泵壳内部设有轴流叶轮；导流锥周边的下表面呈流线型，与钟形外壳内表面光顺过渡。
8.优选地，所述的导流锥上端面与上装式推进器转舵机构零件螺栓连接，导流锥的内部空心部分穿推进器主轴，导流锥中心的下端面与推进器轴密封安装座法兰连接。
9.优选地，所述的泵壳外缘设有加强筋，加强筋下端与泵壳下法兰相接，泵壳下法兰下端连接导叶体喷口；泵壳内壁与空心环光顺过渡。
10.优选地，所述的导流片沿导流锥周边下表面的周向呈辐射状均匀分布。
11.优选地，所述的导叶体喷口包括导叶体上法兰，导叶体上法兰连接带导流锥泵壳，导叶体上法兰的中间连接导叶体毂，导叶体上法兰的周边连接有导叶体外壳，导叶体毂与导叶体外壳之间通过多个导叶片连接，导叶体外壳上连接有喷口。
12.优选地，所述的导叶片为翼型结构；导叶体毂外壁成流线型，与导叶体外壳内壁构成过流通道。
13.优选地，所述的轴流叶轮包括轮毂和多个均布在轮毂外侧的轴流叶片，轮毂内腔容纳轴密封，轮毂与推进器主轴连接。
14.优选地，所述的钟形外壳内表面成流线型，底部线型与船体光顺过渡；空心环外壁与钟形外壳内壁构成光顺流道；导流筋板沿钟形外壳的内壁周向呈辐射状均匀分布。
15.优选地，所述的钟形进口流道、带导流锥泵壳和导叶体喷口构成光顺流道。
16.本发明通过将全回转喷水推进器中心进水调整为周边进水，钟形进口流道成为船体一部分，相较于常规全回转喷水推进器，大大减小了全回转喷水推进器下部径向的安装尺寸，使得推进器能够由下装式调整为上装式安装，设备维修在船舱内就可完成，无需船舶上排，节省了大量的时间，大大降低了维修和安装费用；随之，推进器重量大大减轻，推进器安装法兰可靠性大大提高；同时改变进水方向优化了喷水推进器流态，由于周边进水，推进器中心有空间布置导叶片，回收了叶轮出口周向旋转动能，提到了推进效率，具有更广泛的适用性。解决了现有技术全回转喷水推进器下装式安装设计维修需船舶上排，维修周期长、维修成本高以及叶轮出流损失大、水力效率低的缺点。
17.与现有技术相比，本发明具有的积极效果如下：
18.(1)本发明将水流进流方向由中心竖直进水修改为周向进水，钟形进口流道成为船体一部分，喷水推进器下部径向尺寸大为减小，喷水推进器由下装式可以调整为上装式，设备维修在船舱内就可完成，无需船舶上排，节省了大量的时间和经济成本。
19.(2)本发明钟形进口流道焊接在船体上，推进器重量大大减轻(约25～30％)，推进器安装法兰的强度和刚度大大提高，随之设计可靠性大大提高。
20.(3)本发明钟形进口流道的空心环内部为空腔，可以减小船舶排水量，减小船舶阻力。
21.(4)现有技术压力腔外壳为圆形结构，扩压器流出的水流在喷管排出前，流态非常紊乱，造成大量的局部损失，本发明采用的设计，整个由钟形进口流道、带导流锥泵壳和导叶体喷口构成光顺流道，水流损失大大减小，推进效率大为提升。
22.(5)本发明采用的导叶片可以回收轴流叶轮出口周向旋转动能，提高了推进效率。
23.(6)本发明采用的带导流锥泵壳上端容纳润滑油，下部分为过流通道，与现有技术相比，润滑油散热效果更好，设备使用可靠性更高。
附图说明
24.图1为现有的下装式全回转推进器示意图；
25.图2为本发明中的上装式全回转喷水推进器水动力结构在上装式全回转喷水推进
器上的结构示意图；
26.图3为本发明中的钟形进口流道的示意图；
27.图4为本发明中的带导流锥泵壳的示意图；
28.图5为本发明中的轴流叶轮的示意图；
29.图6本发明中的导叶体喷口的示意图。
具体实施方式
30.为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
31.如图2所示，上装式全回转喷水推进器包括本发明的上装式全回转喷水推进器水动力结构以及其他驱动机构等，其他包含驱动机构等设计与现有设计无异(或者改为无本质差异)，本说明书不作专门介绍。
32.本发明提供了一种上装式全回转喷水推进器水动力结构，如图2-图6所示，其包括一个钟形进口流道1、一个带导流锥泵壳2、一个轴流叶轮3和一个导叶体喷口。
33.如图3所示，钟形进口流道1由一个钟形外壳5、若干块导流筋板6、一个空心环7和若干格栅8构成，钟形外壳5上下两端贯穿，钟形外壳5作为船体22的一部分与船体22焊接，钟形外壳5内表面成流线型，底部线型与船体22光顺过渡，以保证进口流道损失最小，若干块导流筋板6沿钟形外壳5的内壁周向呈辐射状均匀分布，导流筋板6一端连接钟形外壳5内壁，另一端连接内圈的空心环7外壁，保证水流平稳流动，减小损失，空心环7外壁与钟形外壳5内壁构成光顺流道，空心环7的内圈与外圈构成封闭空心腔体，利用空心腔体的浮力，减小船体排水量，格栅8安装在钟形外壳5内壁和空心环7外壁之间的端口位置，起到防止垃圾进入推进器的作用，根据推进器规格的大小，格栅8可以为单个也可以为多个，格栅8可以焊接也可以通过螺栓联接在钟形外壳5和空心环7上。
34.由于钟形进口流道1焊接在船体22上，推进器安装尺寸大大减小，重量减轻，上装式推进器转舵机构的上装式推进器安装法兰21的可靠性得到提高；而且水流进口布置在钟形进口流道1的周向，进流面积大，进流速度低，格栅8损失小，并且异物吸入推进器的概率大为降低。
35.如图4所示，带导流锥泵壳2由一个导流锥9、若干导流片10、一个泵壳11、若干加强筋12和一个下法兰13构成，导流锥9周边的下表面呈流线型，与钟形外壳5内表面光顺过渡，导流锥9上表面与上装式推进器转舵机构零件螺栓连接，导流锥9的内部空心部分穿推进器主轴，导流锥9中心的下端面与推进器轴密封安装座法兰连接，若干导流片10沿导流锥9周边下表面的周向呈辐射状均匀分布，导流片10一端连接导流锥9，另一端连接泵壳11内壁，保证水流平稳流动，减小损失。泵壳11内部提供轴流叶轮3的过流通道，加强筋12布置在泵壳11外缘，加强筋12下端与泵壳下法兰13相接，泵壳下法兰13上设计有螺栓孔，用于悬挂下方的导叶体喷口4。泵壳11内壁与空心环7光顺过渡。泵壳11上端向外呈圆弧翻边。
36.由于导流锥9上端容纳润滑油，下部分为过流通道内高速水流，与现有技术相比，润滑油散热效果更好，设备使用可靠性更高。
37.如图5所示，轴流叶轮3由一个轮毂14和若干轴流叶片15构成，轮毂14内腔容纳轴密封，轮毂14与推进器主轴通过胀紧套或者锥配胀紧连接，通过主轴驱动轴流叶轮3转动，轴流叶片15与轮毂14为一体，是推进器能量转化的核心部件，数量为3片以上。
38.如图6所示，导叶体喷口4的截面为y型结构，导叶体喷口4由一个导叶体上法兰16、一个导叶体毂17、若干导叶片18、一个导叶体外壳19和一个喷口20构成。导叶体上法兰16上布置有螺栓孔，导叶体喷口4通过这些螺栓孔悬挂在带导流锥泵壳2上(导叶体上法兰16与泵壳下法兰13通过螺栓连接)，导叶片18两端分别连接导叶体毂17和导叶体外壳19，导叶片18设计成翼型结构，以保证具有优良的水动力性能，导叶片18数量为5片以上，导叶体毂17外壁成流线型，与导叶体外壳19内壁构成过流通道，减小水力损失，喷口20与导叶体外壳19可以为一体也可以法兰连接，水流通过喷口20高速喷出推进器，获得所需推力。
39.导叶片18起到整流作用，消除轴流叶轮3出流周向速度分量，回收动能，提高推进效率。
40.钟形进口流道1、带导流锥泵壳2和导叶体喷口4构成光顺流道，水流损失大大减小，推进效率大为提升。
41.导叶体喷口4与带导流锥泵壳2一起与受到操舵机构驱动，可以绕轴线360
°
旋转，实现全回转操舵。
42.本发明的工作过程如下(如图2所示，图中箭头方向为水流方向)：
43.水流经过钟形进口流道1和导流锥9进入轴流叶轮3，经进轴流叶轮3做功后，从导叶体喷口4高速喷出，推进器受到高速喷出水流的反作用力，推动船舶前进；另一方面导叶体喷口4与带导流锥泵壳2一起与受到操舵机构驱动，可以绕轴线360
°
旋转，达到全回转操舵目的。

技术特征：
1.一种上装式全回转喷水推进器水动力结构，其特征在于，包括钟形进口流道(1)，钟形进口流道(1)包括钟形外壳(5)，钟形外壳(5)上下两端贯穿，钟形外壳(5)下端的外壁周边与船体(22)固定连接，钟形进口流道(1)内中心设有空心环(7)，空心环(7)外壁与钟形外壳(5)内壁之间通过多个导流筋板(6)连接，钟形外壳(5)内壁和空心环(7)外壁之间的端口位置设有格栅(8)；钟形进口流道(1)上端的内壁与带导流锥泵壳(2)周边连接，带导流锥泵壳(2)上端连接上装式推进器转舵机构，带导流锥泵壳(2)内设有轴流叶轮(3)，带导流锥泵壳(2)下端连接导叶体喷口(4)，带导流锥泵壳(2)的下端和导叶体喷口(4)均设于空心环(7)内。2.如权利要求1所述的一种上装式全回转喷水推进器水动力结构，其特征在于，所述的带导流锥泵壳(2)包括导流锥(9)，导流锥(9)周边下表面与泵壳(11)内壁之间通过多个导流片(10)连接，泵壳(11)内部设有轴流叶轮(3)；导流锥(9)周边的下表面呈流线型，与钟形外壳(5)内表面光顺过渡。3.如权利要求2所述的一种上装式全回转喷水推进器水动力结构，其特征在于，所述的导流锥(9)上端面与上装式推进器转舵机构零件螺栓连接，导流锥(9)的内部空心部分穿推进器主轴，导流锥(9)中心的下端面与推进器轴密封安装座法兰连接。4.如权利要求2所述的一种上装式全回转喷水推进器水动力结构，其特征在于，所述的泵壳(11)外缘设有加强筋(12)，加强筋(12)下端与泵壳下法兰(13)相接，泵壳下法兰(13)下端连接导叶体喷口(4)；泵壳(11)内壁与空心环(7)光顺过渡。5.如权利要求2所述的一种上装式全回转喷水推进器水动力结构，其特征在于，所述的导流片(10)沿导流锥(9)周边下表面的周向呈辐射状均匀分布。6.如权利要求1所述的一种上装式全回转喷水推进器水动力结构，其特征在于，所述的导叶体喷口(4)包括导叶体上法兰(16)，导叶体上法兰(16)连接带导流锥泵壳(2)，导叶体上法兰(16)的中间连接导叶体毂(17)，导叶体上法兰(16)的周边连接有导叶体外壳(19)，导叶体毂(17)与导叶体外壳(19)之间通过多个导叶片(18)连接，导叶体外壳(19)上连接有喷口(20)。7.如权利要求6所述的一种上装式全回转喷水推进器水动力结构，其特征在于，所述的导叶片(18)为翼型结构；导叶体毂(17)外壁成流线型，与导叶体外壳(19)内壁构成过流通道。8.如权利要求1所述的一种上装式全回转喷水推进器水动力结构，其特征在于，所述的轴流叶轮(3)包括轮毂(14)和多个均布在轮毂(14)外侧的轴流叶片(15)，轮毂(14)内腔容纳轴密封，轮毂(14)与推进器主轴连接。9.如权利要求1所述的一种上装式全回转喷水推进器水动力结构，其特征在于，所述的钟形外壳(5)内表面成流线型，底部线型与船体(22)光顺过渡；空心环(7)外壁与钟形外壳(5)内壁构成光顺流道；导流筋板(6)沿钟形外壳(5)的内壁周向呈辐射状均匀分布。10.如权利要求1所述的一种上装式全回转喷水推进器水动力结构，其特征在于，所述的钟形进口流道(1)、带导流锥泵壳(2)和导叶体喷口(4)构成光顺流道。

技术总结
本发明公开了一种上装式全回转喷水推进器水动力结构，包括钟形进口流道，钟形进口流道包括钟形外壳，钟形外壳上下两端贯穿，钟形外壳下端的外壁周边与船体固定连接，钟形进口流道内中心设有空心环，空心环外壁与钟形外壳内壁之间通过多个导流筋板连接，钟形外壳内壁和空心环外壁之间的端口位置设有格栅；钟形进口流道上端的内壁与带导流锥泵壳周边连接，带导流锥泵壳内设有轴流叶轮，带导流锥泵壳下端连接导叶体喷口。本发明通过将全回转喷水推进器中心进水调整为周边进水，减小了全回转喷水推进器下部径向的安装尺寸，使得推进器能够由下装式调整为上装式安装，设备维修在船舱内就可完成，无需船舶上排，节省了大量的时间，降低维修和安装费用。维修和安装费用。维修和安装费用。


技术研发人员：李贵斌
受保护的技术使用者：中国船舶集团有限公司第七
技术研发日：2022.11.28
技术公布日：2023/4/17