專利名稱：水上運(yùn)輸工具的雙螺旋槳式推進(jìn)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶有船舶主機(jī)和由船舶主機(jī)驅(qū)動(dòng)的雙螺旋槳的噴水推進(jìn)器。
在這樣的設(shè)計(jì)中公開了這種推進(jìn)器，即原有的船舶主機(jī)且尤其是狄塞爾電機(jī)安裝在船體中，作為船舶主機(jī)其它部分的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)位于船體下的貢都爾形(Gondel，威尼斯游船)機(jī)殼中，與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相連的軸從對置端伸出，軸外端分別與一個(gè)螺旋槳抗轉(zhuǎn)動(dòng)連接。這樣的解決方案在DE4430738中描述了，其中的主要特征是裝在兩個(gè)螺旋槳之間的導(dǎo)流裝置，此導(dǎo)流裝置在水離開行駛方向上靠前的螺旋槳后消除了水中渦旋，從而水以較高能量但又象前螺旋槳那樣無渦旋地流入在行駛方向上靠后的螺旋槳。在這樣的設(shè)計(jì)方案中公開了這種推進(jìn)器，即整個(gè)推進(jìn)器位于上述貢都爾形機(jī)殼中。在這個(gè)解決方案中，一臺用于在貢都爾形機(jī)殼兩端的螺旋槳的電機(jī)作為船舶主機(jī)，一臺安裝在船體內(nèi)的發(fā)電機(jī)給上述電機(jī)供電。這樣的解決方案在EP0 590 867 Al中公開了。
在按照先述設(shè)計(jì)方案的推進(jìn)器中，一根軸位于船體內(nèi)主機(jī)和貢都爾形機(jī)殼內(nèi)傳動(dòng)裝置之間。在按照次述設(shè)計(jì)的推進(jìn)器中，位于船體內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)和貢都爾形機(jī)殼內(nèi)電機(jī)之間的電線被套管包住。如果套管在上端可繞其縱軸轉(zhuǎn)動(dòng)地配屬于船體且在其下端抗轉(zhuǎn)動(dòng)地支承貢都爾形機(jī)殼，則可為其配備一臺伺服馬達(dá)，這臺伺服馬達(dá)能夠迫使套管與貢都爾形機(jī)殼以及所述螺旋槳一起繞套管縱軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而后螺旋槳的出流方向在靜水之前都一直在變化且存在舵式雙螺旋槳裝置。另外，在先述實(shí)施例中，套管被設(shè)計(jì)成是導(dǎo)流裝置的一部分。
根據(jù)這些和其它的、沒有帶來其它觀點(diǎn)的現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的任務(wù)是使具有雙螺旋槳的船舶推進(jìn)器得到最佳化，從而獲得了按照當(dāng)今知識水平被認(rèn)為是最佳的效率，與現(xiàn)有技術(shù)中的建造成本和加工技術(shù)成本相比，本發(fā)明船舶推進(jìn)器的建造成本和加工技術(shù)成本沒有增加多少。
根據(jù)本發(fā)明的上述任務(wù)的解決方案在于組合各適當(dāng)選出的個(gè)別解決方案，以便不僅綜合各優(yōu)點(diǎn)，而且將各優(yōu)點(diǎn)擴(kuò)展成一個(gè)整體最佳的總構(gòu)思。
因此，本發(fā)明的船舶推進(jìn)器是一臺噴水推進(jìn)器，它具有兩個(gè)裝在端部上的且從船體外的貢都爾形機(jī)殼中引出的螺旋槳和一個(gè)裝在貢都爾形機(jī)殼中的驅(qū)動(dòng)裝置，從船體中通過一個(gè)套管給所述驅(qū)動(dòng)裝置供能，所述套管的一端設(shè)在船體上而其另一端設(shè)在貢都爾形機(jī)殼上，其中套管是一個(gè)導(dǎo)流裝置的一部分，通過此導(dǎo)流裝置使在安裝于一個(gè)軸端和貢都爾形機(jī)殼端上的螺旋槳處、以加強(qiáng)流動(dòng)能量的方式離開在水上運(yùn)輸工具行駛方向上靠前的螺旋槳的水流無渦流，以便將離開前螺旋槳的水流高能但少渦旋地引向在水上運(yùn)輸工具行駛方向上靠后的螺旋槳，因此這兩個(gè)螺旋槳被貢都爾形機(jī)殼中的驅(qū)動(dòng)裝置同轉(zhuǎn)向地驅(qū)動(dòng)并在水流橫截面區(qū)域內(nèi)基本上相同地設(shè)計(jì)這兩個(gè)螺旋槳。
在其它設(shè)計(jì)方案中，這兩個(gè)螺旋槳基本上具有相同的直徑，其中在水上運(yùn)輸工具行駛方向上靠前的螺旋槳在整個(gè)直徑范圍內(nèi)具有相同的葉片形狀，而在水上運(yùn)輸工具行駛方向上靠后的螺旋槳在整個(gè)直徑范圍內(nèi)具有相同的葉片形狀，由在離開前螺旋槳時(shí)的水流收縮確定的直徑具有兩種不同葉片形狀，在水上運(yùn)輸工具行駛方向上靠前的螺旋槳和在水上運(yùn)輸工具行駛方向上靠后的螺旋槳在徑向位于由水流收縮確定的直徑范圍外的環(huán)形區(qū)域內(nèi)具有相同的葉片形狀。
本發(fā)明的這些和其它特征從以后對本發(fā)明許多實(shí)施例的描述、附圖所示的本發(fā)明實(shí)施例以及從權(quán)利要求書中得到。
在附圖中

圖1示出了本發(fā)明噴水推進(jìn)器的第一實(shí)施例，它分別具有一個(gè)位于益于流動(dòng)的貢都爾形水下機(jī)殼的兩端上的螺旋槳，所述機(jī)殼借助機(jī)殼軸或支腳安裝在船下的船底側(cè)上且其中裝有一臺在其軸或端部上分別裝有一個(gè)螺旋槳的電機(jī)；圖2示出了在與圖1相比其它適當(dāng)設(shè)計(jì)方案中的第二實(shí)施例；
圖3示出了第三實(shí)施例，其中在水下船殼中裝有一個(gè)轉(zhuǎn)角傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)能量通過一個(gè)安裝在套管或機(jī)殼軸內(nèi)的軸桿從弦內(nèi)船舶主機(jī)傳給所述錐齒輪傳動(dòng)裝置，所述船舶主機(jī)未示出但它可以是普通的內(nèi)燃機(jī)、電機(jī)等；圖4-圖6以三個(gè)變型示出了與上述相同的另一個(gè)實(shí)施例，它具有安裝在水下機(jī)殼內(nèi)的電機(jī)，發(fā)電機(jī)在舷內(nèi)通過電纜能給該電機(jī)供電，所述電纜穿過機(jī)殼軸；圖7示出了雙螺旋槳結(jié)構(gòu)，它尤其適用且它是雙螺旋槳式布局，這就象它尤其是本發(fā)明主題且可以用在所有上述實(shí)施例中那樣。
根據(jù)圖1來描述實(shí)施例推進(jìn)器主要是由在一個(gè)位于船體外且尤其是位于船體下的機(jī)殼內(nèi)的電機(jī)1∵和兩個(gè)螺旋槳3∵、4∵構(gòu)成的，其中電機(jī)1∵驅(qū)動(dòng)這兩個(gè)螺旋槳。這兩個(gè)螺旋槳在結(jié)構(gòu)上原則上是不同的，雖然它們可能具有直徑相同的槳尖圓弧以及相似的槳葉幾何形狀。所述螺旋槳具有相同的轉(zhuǎn)向和相同的轉(zhuǎn)速并且例如根據(jù)箭頭A∵所示的那樣在同一方向上迎流。
電機(jī)1∵防水地安裝在水下機(jī)殼2∵中。從動(dòng)軸7∵從機(jī)殼兩側(cè)伸出并在電機(jī)側(cè)面由機(jī)殼2∵的兩個(gè)軸承8∵、9∵之一可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承在機(jī)殼中。在兩個(gè)軸承8∵,9∵的側(cè)面，在所述軸7∵和與被設(shè)計(jì)成迷宮式密封部分的端面有關(guān)的端側(cè)機(jī)殼壁2a∵、2b∵之間的密封件10∵、11∵用于密封。在機(jī)殼2∵外面，軸端部12∵、13∵通過法蘭與軸7∵相連，其中每個(gè)軸端部分別抗轉(zhuǎn)動(dòng)地支承著兩個(gè)螺旋槳3∵、4∵中的一個(gè)。套筒帽14∵、15∵在端側(cè)上與機(jī)殼2∵相連，其中使在前螺旋槳3∵區(qū)域內(nèi)的頭部14∵、在機(jī)殼形狀內(nèi)的中部以及在后螺旋槳4∵區(qū)域內(nèi)的尾部15∵具有益于流動(dòng)的連續(xù)外輪廓。轉(zhuǎn)向機(jī)殼2∵的套筒帽14∵、15∵的端壁14a∵、15a∵是迷宮式密封16∵、17∵的第二部分，其第一部分是上述端面2a∵、2b∵。機(jī)殼2∵通過這樣的空心支腳18∵保持在船體上，即支腳外輪廓是螺旋槳3∵、4∵間的導(dǎo)流裝置19∵的一部分，所述導(dǎo)流裝置具有配屬于機(jī)殼2∵的其它葉片，其中用20∵示出了在直徑上與支腳18∵對置的葉片。導(dǎo)流裝置19∵的葉片都繞軸7∵的縱軸均勻分布地固定配屬于機(jī)殼2∵。
螺旋槳3∵、4∵都是如此設(shè)計(jì)的，即第二螺旋槳4∵的初始工作級約等于第一螺旋槳3∵的最終工作級，與導(dǎo)流裝置19∵有關(guān)地且如同第二螺旋槳4∵的輸入扭矩那樣適當(dāng)?shù)赜绊懙谝宦菪龢?∵的輸出扭矩，從而在任何情況下都只出現(xiàn)液體從第一螺旋槳傳向第二螺旋槳時(shí)的較少能量損失。
向電機(jī)供電是通過導(dǎo)線21∵實(shí)現(xiàn)的，導(dǎo)線在支腳18∵和機(jī)殼2∵中被引向電機(jī)。因此，支腳18∵和機(jī)殼2∵的內(nèi)腔是連通的。
為了不僅能夠用推進(jìn)器在船舶縱向(驅(qū)動(dòng)軸縱軸)上產(chǎn)生推力，而且可以用其控制船舶，整個(gè)推進(jìn)器可以通過相對船舶的適當(dāng)布局和適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械以本身公知的方式繞垂直縱軸22∵在兩個(gè)螺旋槳間的中點(diǎn)擺動(dòng)且或許可能全方位轉(zhuǎn)動(dòng)，其中軸22∵垂直于軸縱軸線23∵的旋轉(zhuǎn)軸線。
根據(jù)圖2來描述實(shí)施例推進(jìn)器主要是由在一個(gè)位于船體外的且尤其是位于船體下方的機(jī)殼2¨內(nèi)的電機(jī)1¨和兩個(gè)螺旋槳3¨、 4¨構(gòu)成的，其中電機(jī)1¨驅(qū)動(dòng)這兩個(gè)螺旋槳。這兩個(gè)螺旋槳在結(jié)構(gòu)上原則上是不同的，雖然它們可能具有直徑相同的槳尖圓以及相似的槳葉幾何形狀。它們具有相同的轉(zhuǎn)向和相同的轉(zhuǎn)速并且例如根據(jù)箭頭A¨所示的那樣在同一方向上迎流。
電機(jī)1¨防水地安裝在水下機(jī)殼2¨中。從動(dòng)軸7¨從所述機(jī)殼兩側(cè)伸出并在電機(jī)側(cè)面由機(jī)殼2¨的兩個(gè)軸承8¨、9¨之一可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承在機(jī)殼中。在驅(qū)動(dòng)軸7¨和與被設(shè)計(jì)成迷宮式密封部分的端面有關(guān)的端側(cè)機(jī)殼壁2a¨、2b¨之間的密封件10¨、11¨用于密封。在機(jī)殼2¨外，軸端部12¨、13¨通過法蘭連接在從動(dòng)軸7¨上，其中每一個(gè)軸端部分別抗轉(zhuǎn)動(dòng)地支承其中一個(gè)螺旋槳3¨、4¨。套筒帽14¨、15¨在端側(cè)上與機(jī)殼2¨相連，其中使在前螺旋槳3¨區(qū)域內(nèi)的頭部14¨、在機(jī)殼形狀內(nèi)的中部以及在后螺旋槳4¨區(qū)域內(nèi)的尾部15¨具有益于流動(dòng)的連續(xù)外形。轉(zhuǎn)向機(jī)殼2¨的套筒帽14¨、15¨的端壁14a¨、15a¨是迷宮式密封16¨、17¨的第二部分，迷宮式密封的第一部分是上述端面2a¨、2b¨。機(jī)殼2¨通過這樣的空心支腳18¨保持在船體上，即所述支腳的外輪廓是螺旋槳3¨、4¨間的導(dǎo)流裝置的一部分，所述導(dǎo)流裝置具有配屬于機(jī)殼2¨的其它葉片，其中用20¨表示出了在直徑上與支腳18¨對置的葉片。導(dǎo)流裝置19¨的葉片都繞驅(qū)動(dòng)軸7¨的縱軸線均勻分布地固定配屬于機(jī)殼2¨。
螺旋槳3¨、4¨都是如此設(shè)計(jì)的，即第二螺旋槳4¨的初始工作級約等于第一螺旋槳3¨的最終工作級，與導(dǎo)流裝置19¨有關(guān)地且如同第二螺旋槳4¨的輸入扭矩那樣適當(dāng)?shù)赜绊懙谝宦菪龢?¨的輸出扭矩，從而在任何情況下都只出現(xiàn)液體從第一螺旋槳傳向第二螺旋槳時(shí)的較少的能量損失。
向電機(jī)供電是通過導(dǎo)線21¨實(shí)現(xiàn)的，所述導(dǎo)線在支腳18¨和機(jī)殼2¨中被引向電機(jī)。因此，支腳18¨和機(jī)殼2¨的內(nèi)腔是連通的。
為了不僅能夠用推進(jìn)器在船舶縱向(驅(qū)動(dòng)軸縱軸)上產(chǎn)生推力，而且可以用其控制船舶，整個(gè)推進(jìn)器可以通過相對船舶的適當(dāng)布局和適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械以本身公知的方式繞垂直縱軸22¨在兩個(gè)螺旋槳間的中點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)且或許可能全方位轉(zhuǎn)動(dòng)，其中軸22¨垂直于軸縱軸線23¨的旋轉(zhuǎn)軸線。
電機(jī)1¨被設(shè)計(jì)成永磁同步電機(jī)并因此而是一個(gè)具有很高功率密度的電機(jī)。利用這樣的電機(jī)技術(shù)就可以使兩個(gè)螺旋槳之間的機(jī)殼2¨具有非常高的流體力學(xué)效率。
利用這種技術(shù)還可以將支腳18¨做成一根軸，這種軸也具有最佳的流體力學(xué)效率。
在機(jī)殼2¨附近的軸18¨的下區(qū)域是如此設(shè)計(jì)的，即它與在直徑上對置的第二導(dǎo)流翼20¨一起構(gòu)成了導(dǎo)流翼對并由此形成了導(dǎo)流裝置，從而可以最佳地將水引向在迎流方向A¨上的第二螺旋槳4¨。導(dǎo)流翼的末端位于這兩個(gè)螺旋槳3¨、4¨的同直徑的槳尖圓5¨上。
通過具有高功率密度的永久同步電機(jī)在小直徑的情況下與最佳導(dǎo)流裝置(導(dǎo)流翼對或?qū)Я餮b置20¨)以及兩個(gè)螺旋槳3¨、4¨的組合而獲得了這樣一種推進(jìn)器，它的特點(diǎn)是不僅在電力方面而且在液力方面都大大提高了效率。
將電機(jī)1¨設(shè)計(jì)成永久同步電機(jī)，這與已知的其它電機(jī)相比可以縮小機(jī)殼2¨直徑達(dá)20％。優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的，即只應(yīng)有較小的質(zhì)量、流動(dòng)條件有利或流動(dòng)阻力較小。
另一個(gè)本發(fā)明的設(shè)計(jì)方案涉及永久電機(jī)的轉(zhuǎn)子支承結(jié)構(gòu)，它也包括螺旋槳軸的支承。為了從螺旋槳中減小或消除移位、變形以及動(dòng)態(tài)負(fù)載，轉(zhuǎn)子連接即驅(qū)動(dòng)軸7¨與螺旋槳軸12¨、13¨的連接是通過膜式聯(lián)軸器23¨，24¨實(shí)現(xiàn)的。因此，可以在定子和轉(zhuǎn)子之間獲得最小氣隙，這意味著又明顯提高了工作效率。
根據(jù)圖3來描述實(shí)施例圖3示出了一個(gè)被設(shè)計(jì)成舵式雙螺旋槳的且具有一個(gè)裝在船體內(nèi)的帶垂直驅(qū)動(dòng)軸1·和船體外驅(qū)動(dòng)螺旋槳的船舶推進(jìn)器。
由于是常見的方式而在圖3中未示出地，由電機(jī)和傳動(dòng)裝置構(gòu)成的推進(jìn)器作用在垂直的船舶驅(qū)動(dòng)軸1·的上端，從而使驅(qū)動(dòng)軸1·在繞其縱軸2·的轉(zhuǎn)動(dòng)中具有可變轉(zhuǎn)速。錐齒輪傳動(dòng)裝置3·、4·的輸入錐齒輪抗轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)在驅(qū)動(dòng)軸1·下端，它與錐齒輪傳動(dòng)裝置3·、4·的輸出錐齒輪4·有效連接。輸出錐齒輪4·抗轉(zhuǎn)動(dòng)地支承一個(gè)雙向延伸的水平輸出軸5·。在所述輸出軸的自由端上分別抗轉(zhuǎn)動(dòng)地裝有一個(gè)螺旋槳6·、7·。螺旋槳在結(jié)構(gòu)上原則上是不同的，盡管可能有具有相同直徑和相似槳葉幾何形狀的槳尖圓14·。它們通過相對輸出軸5·的一體布局而具有相同的轉(zhuǎn)向和相同的轉(zhuǎn)速并且例如如箭頭A·所示的那樣在相同方向上迎流。
錐齒輪傳動(dòng)裝置3·、4·被一個(gè)機(jī)殼9·包住，在此機(jī)殼中借助軸承10·,11·可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承著輸出軸5·。機(jī)殼9·被一個(gè)同心套著垂直驅(qū)動(dòng)軸1·的且為了實(shí)現(xiàn)舵功能而可繞其縱軸擺動(dòng)的套管9a·支承著。
推進(jìn)器的水下部分可以安裝在噴管12·內(nèi)。
前螺旋槳6·在其出流中產(chǎn)生了殘流或回渦流，它表示損失的能量。同樣轉(zhuǎn)動(dòng)的后接螺旋槳7·承受前螺旋槳出流的沖擊。在兩個(gè)螺旋槳6·、7·之間沒有導(dǎo)流裝置的情況下，上述不利的出流導(dǎo)致了加強(qiáng)的空泡現(xiàn)象并導(dǎo)致了能量損失的增大。
為了抑制能量損失，在這兩個(gè)螺旋槳6·、7·之間設(shè)有一個(gè)導(dǎo)流裝置8·，利用所述導(dǎo)流裝置調(diào)節(jié)前螺旋槳6·的回渦流方向。在這種情況下，重新獲得了損失的能量，這是因?yàn)橛蓪?dǎo)流裝置繞流產(chǎn)生了推進(jìn)力。另外，產(chǎn)生了后接螺旋槳7·的前渦流，這樣它可以轉(zhuǎn)化較高的能量差?？紤]這樣的準(zhǔn)則，即第二螺旋槳7·最好具有一種與第一螺旋槳6·不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。
根據(jù)圖3，導(dǎo)流裝置8·是由兩個(gè)導(dǎo)流葉片8a·、8b·構(gòu)成的，其中一個(gè)導(dǎo)流葉片8a·是通過環(huán)繞垂直驅(qū)動(dòng)軸1·的套管9a·構(gòu)成的。第二導(dǎo)流葉片8b·位于環(huán)繞水平輸出軸5·的機(jī)殼9·的底側(cè)9b·上，即與第一導(dǎo)流葉片錯(cuò)開180°。這兩個(gè)導(dǎo)流葉片6·、7·與整個(gè)外殼9·、9a·一起構(gòu)成了一個(gè)構(gòu)件。
根據(jù)圖4～圖6來描述實(shí)施例推進(jìn)器主要是由在一個(gè)位于船體外且尤其是位于船體下方的機(jī)殼2內(nèi)的電機(jī)1和兩個(gè)螺旋槳4構(gòu)成的，其中電機(jī)1驅(qū)動(dòng)螺旋槳。這兩個(gè)螺旋槳原則上在結(jié)構(gòu)上是不同的，雖然它們可能具有直徑相同的槳尖圓5以及相似的槳葉幾何形狀。它們具有相同的轉(zhuǎn)向和相同的轉(zhuǎn)速并且例如根據(jù)箭頭A所示的那樣在同一方向上迎流。
電機(jī)1防水地安裝在水下機(jī)殼2中。驅(qū)動(dòng)軸7從所述機(jī)殼兩側(cè)伸出并在電機(jī)側(cè)面由機(jī)殼2兩個(gè)軸承8、9之一可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承在機(jī)殼中。在驅(qū)動(dòng)軸7與頂側(cè)機(jī)殼壁2a、2b之間的且與被設(shè)計(jì)成迷宮式密封部分的端面有關(guān)的密封件10、11用于密封。在機(jī)殼2外，軸端部12、13通過法蘭連接在軸7上，其中每一個(gè)軸端部分別抗轉(zhuǎn)動(dòng)地支承其中一個(gè)螺旋槳3、4。套筒帽14、15在端側(cè)上與機(jī)殼2相連，其中使在前螺旋槳3區(qū)域內(nèi)的頭部14、在機(jī)殼形狀內(nèi)的中部以及在后螺旋槳4區(qū)域內(nèi)的尾部15具有利于流動(dòng)的連續(xù)外形。轉(zhuǎn)向機(jī)殼2的套筒帽14、15的端壁14a、15a是迷宮式密封16、17的第二部分，其第一部分是上述的端面2a、2b。機(jī)殼2通過這樣的中空支腳18保持在船體上，即所述支腳的外輪廓是螺旋槳3、4間的導(dǎo)流裝置19的一部分，所述導(dǎo)流裝置具有配屬于機(jī)殼2的其它葉片，其中用20表示出了在直徑上與支腳18對置的葉片。導(dǎo)流裝置19的葉片都繞驅(qū)動(dòng)軸7的縱軸均勻分布地固定配備給機(jī)殼2。
螺旋槳3、4都是如此設(shè)計(jì)的，即第二螺旋槳4的初始工作級約等于第一螺旋槳3的最終工作級，與導(dǎo)流裝置19有關(guān)地且如同第二螺旋槳4的輸入渦流那樣適當(dāng)?shù)赜绊懙谝宦菪龢?的輸出渦流，從而在任何情況下都只出現(xiàn)液體從第一螺旋槳向第二螺旋槳傳遞時(shí)的較少能量損失。
向電機(jī)供電是通過導(dǎo)線21實(shí)現(xiàn)的，所述導(dǎo)線在支腳18和機(jī)殼2中被引向電機(jī)，因此，支腳18和機(jī)殼2的內(nèi)腔是連通的。
為了不僅能夠用推進(jìn)器在船舶縱向(驅(qū)動(dòng)軸縱軸)上產(chǎn)生推力，而且可以用其控制船舶，整個(gè)推進(jìn)器可以通過相對船舶的適當(dāng)布局和適當(dāng)?shù)臄[動(dòng)機(jī)械以本身公知的方式繞垂直縱軸線22在兩個(gè)螺旋槳間的中點(diǎn)擺動(dòng)且或許可以全方位轉(zhuǎn)動(dòng)，其中軸線22垂直于驅(qū)動(dòng)軸縱軸線23的旋轉(zhuǎn)軸線。
以下參見圖2、3地描述特別合適的本發(fā)明推進(jìn)器的設(shè)計(jì)。在這里，電機(jī)1是一個(gè)具有永磁轉(zhuǎn)子25和定子片組26的永勵(lì)磁型同步電機(jī)。這樣的電機(jī)本身是公知的，這就是為什么不必具體詳細(xì)描述被設(shè)計(jì)成永勵(lì)磁型同步電機(jī)的電機(jī)得到緣故。
在安裝于水下船外殼24下的貢都爾形機(jī)殼2中采用這樣的電機(jī)來驅(qū)動(dòng)兩個(gè)相同轉(zhuǎn)動(dòng)的且在那個(gè)方向A上推進(jìn)的螺旋槳尤其是在機(jī)器的電功率方面具有不同的專用優(yōu)點(diǎn)，它可以省去迫冷裝置。另外，可以實(shí)現(xiàn)較小的結(jié)構(gòu)體積，這又使獲得水下機(jī)殼的阻力最佳化形狀成為可能且尤其是可以使獲得其最小直徑的機(jī)殼成為可能。
這樣的永勵(lì)磁型同步電機(jī)1在其它設(shè)計(jì)方案中如此安裝在貢都爾形機(jī)殼2中，即連續(xù)的螺旋槳軸12、13和轉(zhuǎn)子25具有一個(gè)帶有兩軸承8、9的公用支承結(jié)構(gòu)。具體地說，這種結(jié)構(gòu)是如此實(shí)現(xiàn)的，即永久轉(zhuǎn)子25放置在一個(gè)被其同心環(huán)繞的支承管27上，所述支承管在其兩端附近分別通過兩個(gè)環(huán)形膜式聯(lián)軸器28、29中的一個(gè)抗轉(zhuǎn)動(dòng)地設(shè)在螺旋槳軸12、13上，其中膜式聯(lián)軸器28或29以及所述軸承8或9彼此靠近地位于兩個(gè)軸端上。由于螺旋槳軸以及電機(jī)管具有一個(gè)公用支承結(jié)構(gòu)，所以實(shí)現(xiàn)了構(gòu)件數(shù)量減少和驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可靠性的提高。通過采用密封地位于各向心軸承上的各膜式聯(lián)軸器而實(shí)現(xiàn)了很精確地且盡可能與螺旋槳軸彎曲無關(guān)地將轉(zhuǎn)子定心于定子中。這隨之帶來了與機(jī)器中的轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)條件有關(guān)的顯著優(yōu)點(diǎn)(例如使振動(dòng)激勵(lì)最小)。
同樣地，由于將電機(jī)設(shè)計(jì)成永勵(lì)磁型同步電機(jī)1(圖2、3)，所以水下機(jī)殼軸18(參見圖1，其被標(biāo)為支腳)可以以特別符合目的的方式被組裝入驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中。這樣的機(jī)殼軸被制成很細(xì)的形狀，因此明顯降低了裝置的流動(dòng)阻力。細(xì)長的水下機(jī)殼軸18具有這樣的橫截面，即與一個(gè)分別錯(cuò)置90°的導(dǎo)流翼對(未示出)和錯(cuò)置180°的對置舵板20有關(guān)地實(shí)現(xiàn)了前螺旋槳3的螺旋槳出流的附加順流，這意味著效率提高，而它應(yīng)當(dāng)帶來具有基本相同結(jié)構(gòu)且轉(zhuǎn)動(dòng)基本相同(轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向)的螺旋槳的基于推進(jìn)器的計(jì)劃。
一個(gè)用于制動(dòng)螺旋槳軸12、13的停船制動(dòng)器(其部件是螺旋槳軸的組件)安裝在水下貢都爾形機(jī)殼2中并用33表示。
根據(jù)圖2、3的結(jié)構(gòu)最終表明明顯簡化了水下安裝事務(wù)。
在浮動(dòng)船舶中可拆裝的舵式螺旋槳是由不同舵式螺旋槳生產(chǎn)廠商提供的。另外，相應(yīng)的安裝成本還是很高的。本發(fā)明尤其是在如圖2、3所示的實(shí)施例中可以使在水下機(jī)殼軸-支承錐體分開位置上極其簡化地進(jìn)行水下拆裝成為可能。水下機(jī)殼軸在圖3中用標(biāo)記18表示，其上端位于船外殼平面24內(nèi)且于支承錐體30相連。在上端處，支承錐體支承在船舶龍骨的一個(gè)控制軸承31中。控制軸承31具有一個(gè)帶內(nèi)齒環(huán)31b的內(nèi)圈31a，軸承內(nèi)圈31a固定地設(shè)在軸承錐體30的外周上。外圈31c通過滾動(dòng)體與內(nèi)圈一起工作，它被固定地組裝入船舶龍骨中。一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置(未示出)的小齒輪(未示出)與控制軸承內(nèi)圈的內(nèi)齒環(huán)嚙合，從而整個(gè)推進(jìn)器可以繞縱軸22轉(zhuǎn)動(dòng)360°以便操縱船舶。
法蘭連接32象征著機(jī)殼軸18與軸承錐體30間的可拆卸的連接。
所有實(shí)施例都是權(quán)利要求1技術(shù)特征的組合，它涉及用于水上運(yùn)輸工具的且尤其是船舶的噴水推進(jìn)器，它具有一臺船舶主機(jī)和兩個(gè)由其驅(qū)動(dòng)的螺旋槳，所述螺旋槳安裝在船體外的威尼斯游船式(Gondel)流線型水下機(jī)殼的兩端上且它受到驅(qū)動(dòng)裝置的驅(qū)動(dòng)，所述驅(qū)動(dòng)裝置位于水下機(jī)殼中且作用于公用驅(qū)動(dòng)軸的兩個(gè)螺旋槳上，其中第一螺旋槳明顯提高了流動(dòng)介質(zhì)的流動(dòng)能量，在清除了位于導(dǎo)流裝置中的不可避免的回渦流后，第一螺旋漿將具有高能值的流動(dòng)介質(zhì)供給第二螺旋槳，第二螺旋槳在葉片組方面與第一螺旋槳是不同的，從而最佳地提高了在第一螺旋槳中的較低流動(dòng)能量，而在第二螺旋槳中，較高的流動(dòng)能量得到再次提高。在一個(gè)特殊的且以下根據(jù)圖2描述的實(shí)施例中，第二螺旋槳具有一個(gè)中心部和周邊部，中心部按照上述方式與第一螺旋槳是不同的，所述周邊部與第一螺旋槳相同并以與第一螺旋槳相同的方式迎流。
根據(jù)圖7來描述實(shí)施例在迎流方向A上靠前的螺旋槳3具有一個(gè)對于流動(dòng)介質(zhì)能量增大來說最佳的葉片組。在迎流方向A上靠后的螺旋槳4在周邊區(qū)域內(nèi)具有一個(gè)就此而言相同的葉片組。周邊區(qū)域環(huán)繞一個(gè)中心區(qū)，葉片組在所述中心區(qū)內(nèi)偏離了前螺旋槳的葉片組，如同以上多次提到的那樣，即它再次從此能級起增大了已在第一螺旋槳中提高的能量，隨后，離開第一螺旋槳3的流動(dòng)介質(zhì)在導(dǎo)流裝置19中被順流并補(bǔ)償了由渦流造成的能量損失。中心區(qū)域和周邊區(qū)域是通過收縮面100即環(huán)繞流動(dòng)液體的外表面分開的，隨后，流動(dòng)液體離開第一螺旋槳3并轉(zhuǎn)入一個(gè)其明顯小于迎流橫截面的橫截面。結(jié)果，第二螺旋槳在周邊區(qū)域內(nèi)與第一螺旋槳迎接由箭頭A表示的流動(dòng)介質(zhì)一樣地迎接流動(dòng)介質(zhì)B的流入。
權(quán)利要求
1．一種水上運(yùn)輸工具的噴水推進(jìn)器，它具有兩同軸安裝的且位于一個(gè)呈貢都爾形益于流動(dòng)地設(shè)計(jì)的水上運(yùn)輸工具船體下的水下機(jī)殼(2)中的螺旋槳(3,4)，所述螺旋槳具有一個(gè)安裝在水下機(jī)殼內(nèi)的螺旋槳(3,4)驅(qū)動(dòng)裝置，從水上運(yùn)輸工具的船體內(nèi)通過一個(gè)機(jī)殼軸(18)給所述驅(qū)動(dòng)裝置提供動(dòng)能，其一端配屬于水上運(yùn)輸工具船體(24)而其另一端配屬于水下機(jī)殼(2)，其特征在于，水下機(jī)殼(2)是一個(gè)導(dǎo)流裝置(20)的一部分，通過所述導(dǎo)流裝置將能量增大地離開在水上運(yùn)輸工具行駛方向上靠前的螺旋槳(3)的水流以降低的能量損耗和最佳的無旋流性供給在水上運(yùn)輸工具行駛方向上靠后的且在水下機(jī)殼另一端上的螺旋槳(4)，其中這兩個(gè)螺旋槳(3,4)是由在水下機(jī)殼中的驅(qū)動(dòng)裝置同轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)的并且在各水流橫截面區(qū)域內(nèi)設(shè)計(jì)這兩個(gè)螺旋槳，從而在這兩個(gè)螺旋槳的入口處的不同流動(dòng)能量得到最佳利用。
2．如權(quán)利要求1所述的噴水推進(jìn)器，其特征在于，在根據(jù)在這兩個(gè)螺旋槳(3,4)入口區(qū)內(nèi)的不同入流能量而不同地設(shè)定這兩個(gè)螺旋槳的葉片組的情況下，在水上運(yùn)輸工具行駛方向上靠后的螺旋槳具有一個(gè)比在水上運(yùn)輸工具行駛方向上靠前的螺旋槳(3)小水流收縮尺寸的小橫截面區(qū)。
3．如權(quán)利要求2所述的噴水推進(jìn)器，其特征在于，根據(jù)水流收縮而較小的在水上運(yùn)輸工具行駛方向上靠后的螺旋槳(4)的橫截面區(qū)是所述螺旋槳的總橫截面區(qū)，即這兩個(gè)螺旋槳(3,4)具有不同的直徑。
4．如權(quán)利要求2所述的噴水推進(jìn)器，其特征在于，這兩個(gè)螺旋槳(3,4)具有大致相同的直徑，其中在水上工具行駛方向上靠后的螺旋槳(4)在中心區(qū)域內(nèi)具有一個(gè)與在邊緣區(qū)內(nèi)的不同的葉片組，其中在水上運(yùn)輸工具行駛方向上靠前的螺旋槳(3)的橫截面中心區(qū)具有收縮離開的水流，后螺旋槳(4)在此區(qū)域內(nèi)象前螺旋槳(3)那樣具有一個(gè)與入流能量最佳匹配的葉片組，從而這兩個(gè)螺旋槳的葉片組就此而論有所不同，最終徑向跟在中心區(qū)后面的第二螺旋槳(4)的邊緣區(qū)象第一螺旋槳那樣自由迎流且其葉片組與第一螺旋槳(3)的葉片組相同。
5．如分別回引權(quán)利要求1和2的權(quán)利要求3或4所述的噴水推進(jìn)器，其特征在于，在水上運(yùn)輸工具行駛方向上靠后的螺旋槳(4)葉片組的葉片斜度在對應(yīng)于水流收縮的區(qū)域內(nèi)是在水上運(yùn)輸工具行駛方向上靠前的螺旋槳(3)葉片組的葉片斜度的1.04～1.52倍。
6．如權(quán)利要求4所述的噴水推進(jìn)器，其特征在于，這兩個(gè)螺旋槳(3,4)的葉片組在水上運(yùn)輸工具行駛方向上靠前的螺旋槳(3)的整個(gè)橫截面區(qū)內(nèi)且在水上運(yùn)輸工具行駛方向上靠后的螺旋槳(4)的環(huán)行外側(cè)區(qū)內(nèi)允許+/-5％的發(fā)散。
7．如權(quán)利要求5所述的噴水推進(jìn)器，其特征在于，這兩個(gè)螺旋槳(3,4)的不同葉片組除了是通過葉片的不同斜度獲得的外，也是通過不同的葉片隆起獲得的，其中在權(quán)利要求5中所述的不同葉片斜度的范圍為0.9～1.6。
8．如權(quán)利要求7所述的噴水推進(jìn)器，其特征在于，這兩個(gè)螺旋槳(3,4)的不同葉片組不是通過不同的葉片斜度而是通過適當(dāng)不同的葉片隆起獲得的。
9．如權(quán)利要求1-8之一所述的噴水推進(jìn)器，其特征在于，導(dǎo)流裝置圍繞水下機(jī)殼(2)的一部分。
10．如權(quán)利要求9所述的噴水推進(jìn)器，其特征在于，導(dǎo)流裝置圍繞水下機(jī)殼(2)的一部分且如此設(shè)計(jì)機(jī)殼軸(18)，即它可以使圍繞水下機(jī)殼(2)部分的導(dǎo)流裝置的作用不受影響。
11．如權(quán)利要求1、9或10所述的噴水推進(jìn)器，其特征在于，導(dǎo)流裝置主要是由導(dǎo)流葉片(20)構(gòu)成的。
12．如權(quán)利要求11所述的噴水推進(jìn)器，其特征在于，導(dǎo)流葉片(20)具有0.0～0.2的隆起長度比和-7°～+7°的調(diào)節(jié)角。
13．如權(quán)利要求11或12所述的噴水推進(jìn)器，其特征在于，導(dǎo)流裝置具有兩個(gè)繞螺旋槳(3,4)的公用轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)對稱地布置的導(dǎo)流葉片。
14．如權(quán)利要求1-12之一所述的噴水推進(jìn)器，其特征在于，在水下機(jī)殼(2)中的驅(qū)動(dòng)裝置是一個(gè)具有兩個(gè)用于在水下機(jī)殼端上的兩個(gè)螺旋槳(3,4)的驅(qū)動(dòng)軸部和一臺在水上運(yùn)輸工具船體內(nèi)的電機(jī)的且優(yōu)選是一臺內(nèi)燃機(jī)或一臺液壓馬達(dá)的、且借助一根插入機(jī)殼軸的連接軸的機(jī)械傳力裝置(2’)的驅(qū)動(dòng)裝置(4’,5’)。
15．如權(quán)利要求1-13之一所述的噴水推進(jìn)器，其特征在于，水下機(jī)殼(2)中的驅(qū)動(dòng)裝置是一臺具有用于在水下機(jī)殼端上的兩個(gè)螺旋槳(3,4)的驅(qū)動(dòng)軸的兩個(gè)軸部(13,14)的電機(jī)，一臺在水上運(yùn)輸工具船體內(nèi)的發(fā)電機(jī)的供電是通過穿過機(jī)殼軸(18)的導(dǎo)線實(shí)現(xiàn)的。
16．如權(quán)利要求1-13之一所述的噴水推進(jìn)器，其特征在于，水下機(jī)殼(2)內(nèi)的驅(qū)動(dòng)裝置是一臺具有兩個(gè)用于兩個(gè)在水下機(jī)殼端上的螺旋槳(3,4)的驅(qū)動(dòng)軸部的液壓馬達(dá)，一臺在水上運(yùn)輸工具船體內(nèi)的提高液態(tài)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)工作介質(zhì)能量的裝置的供能是通過穿過機(jī)殼軸的管形傳導(dǎo)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。
17．如權(quán)利要求15所述的噴水推進(jìn)器，其特征在于，馬達(dá)(1)的散熱是通過水下機(jī)殼(2)壁實(shí)現(xiàn)的，馬達(dá)(1)的發(fā)熱部與所述壁導(dǎo)熱相連。
18．如權(quán)利要求1-16之一所述的噴水推進(jìn)器，其特征在于，通過葉片組噴管包住在水上運(yùn)輸工具行駛方向靠前的螺旋槳(3)，所述葉片組噴管橫截面從入口起向螺旋槳平面縮小。
19．如權(quán)利要求1-16之一所述的噴水推進(jìn)器，其特征在于，各螺旋槳(3,4)被一個(gè)延緩噴管包住，所述延緩噴管的橫截面從各噴嘴入口起向第一螺旋槳的螺旋槳面擴(kuò)大。
20．如權(quán)利要求1-19之一所述的噴水推進(jìn)器，其特征在于，設(shè)有垂直機(jī)殼軸(18)與水上運(yùn)輸工具船體的接頭，從而它可以和水下機(jī)殼一起在其下端繞其縱軸轉(zhuǎn)動(dòng)。
21．如權(quán)利要求20所述的噴水推進(jìn)器，其特征在于，機(jī)殼軸(18)可以借助一臺伺服馬達(dá)繞其縱軸作360°的轉(zhuǎn)動(dòng)。
22．如權(quán)利要求15所述的噴水推進(jìn)器，其特征在于，各螺旋槳(3,4)在軸(7)或各分軸(12,17)上的固定分別被一個(gè)套筒(14,15)封閉，水下機(jī)殼(2)和套筒(14,15)的外輪廓形成了益流的流動(dòng)剖面，其套筒(14)證明了在此區(qū)域內(nèi)的螺旋槳(3)是在迎流方向(A)上的前螺旋槳，而流動(dòng)尾部(15)證明了在此區(qū)域內(nèi)的螺旋槳(4)是在迎流方向上的后螺旋槳。
23．如權(quán)利要求15和/或22所述的噴水推進(jìn)器，其特征在于，電機(jī)(1)是永勵(lì)磁型同步電機(jī)。
24．如權(quán)利要求23所述的噴水推進(jìn)器，其特征在于，電機(jī)(1)的轉(zhuǎn)子(25)同心地位于定子(26)內(nèi)。
25．如權(quán)利要求24所述的噴水推進(jìn)器，其特征在于，轉(zhuǎn)子(25)通過膜式聯(lián)軸器(28,29)與同心穿過轉(zhuǎn)子的且在固定螺旋槳(3,4)的兩端穿出轉(zhuǎn)子(25)的螺旋槳軸(7或12,13)抗轉(zhuǎn)動(dòng)地相連。
26．如權(quán)利要求25所述的噴水推進(jìn)器，其特征在于，在轉(zhuǎn)子(25)外，緊靠著各膜式聯(lián)軸器(28,29)地設(shè)有一個(gè)軸承(8,9)，由轉(zhuǎn)子(25)和螺旋槳軸(12,13)構(gòu)成的組件通過所述軸承支承在水上運(yùn)輸工具推進(jìn)器的水下機(jī)殼(2)中。
27．如權(quán)利要求22-28之一所述的噴水推進(jìn)器，其特征在于，轉(zhuǎn)子(25)通過一個(gè)轉(zhuǎn)子支承管(27)與螺旋槳軸(12,13)相連。
28．如權(quán)利要求22-28之一所述的噴水推進(jìn)器，其特征在于，水下機(jī)殼(2)可以利用一個(gè)支承錐體(30)繞一個(gè)垂直伸向螺旋槳軸(12,13)的且分?jǐn)嗦菪龢S縱軸(23)的轉(zhuǎn)軸(22)連續(xù)360°轉(zhuǎn)動(dòng)到機(jī)殼軸(18)上方。
29．如權(quán)利要求29所述的噴水推進(jìn)器，其特征在于，機(jī)殼軸(18)和支承錐體(18)在船外殼(24)平面內(nèi)可松開地相連(靠法蘭連接)。
30．如權(quán)利要求29或30所述的噴水推進(jìn)器，其特征在于，小橫截面轉(zhuǎn)向機(jī)殼軸(18)，支承錐體在較大的上橫截面區(qū)內(nèi)可繞分?jǐn)嗦菪龢S(12,13)縱軸的垂直軸(22)轉(zhuǎn)動(dòng)地支承在水上運(yùn)輸工具中(軸承31)。
31．如權(quán)利要求22-31之一所述的噴水推進(jìn)器，其特征在于，機(jī)殼軸(18)被設(shè)計(jì)成在兩個(gè)螺旋槳(3,4)之間的導(dǎo)流裝置的許多相同的導(dǎo)流葉片(18,20)中的一個(gè)，所述導(dǎo)流葉片等間隔地分布在機(jī)殼(2)外周上。
32．如權(quán)利要求1-16之一所述的噴水推進(jìn)器，其特征在于，通過一個(gè)延緩噴管包住在水上運(yùn)輸工具行駛方向上靠前的螺旋槳(3)，所述噴管的橫截面從入口起向螺旋槳平面擴(kuò)大。
33．如權(quán)利要求1-16之一所述的噴水推進(jìn)器，其特征在于，各螺旋槳被一個(gè)葉片組噴管包住，所述噴管的橫截面從入口起向螺旋槳平面縮小或者各螺旋槳被一個(gè)延緩噴管包住，所述噴管的橫截面從入口起向螺旋槳平面擴(kuò)大。
34．如權(quán)利要求1-16之一所述的噴水推進(jìn)器，其特征在于，這兩個(gè)螺旋槳被一個(gè)公用噴管包住，這個(gè)噴管是葉片組噴管，因而它的橫截面從噴管入口起向第一螺旋槳的螺旋槳平面縮小，或者這個(gè)噴管是延緩噴管，因此它的橫截面從噴管入口起向第一螺旋槳的螺旋槳平面擴(kuò)大。
全文摘要
一種水上運(yùn)輸工具的噴水推進(jìn)器,它具有兩同軸安裝的且位于一個(gè)呈貢都爾形益于流動(dòng)地設(shè)計(jì)的水上運(yùn)輸工具船體下的水下機(jī)殼(2)中的螺旋槳(3,4),所述螺旋槳具有一個(gè)安裝在水下機(jī)殼內(nèi)的螺旋槳(3,4)驅(qū)動(dòng)裝置,從水上運(yùn)輸工具的船體內(nèi)通過一個(gè)機(jī)殼軸(18)給所述驅(qū)動(dòng)裝置提供動(dòng)能,其一端配屬于水上運(yùn)輸工具船體(24)而其另一端配屬于水下機(jī)殼(2),其特征在于,水下機(jī)殼(2)是一個(gè)導(dǎo)流裝置(20)的一部分,通過所述導(dǎo)流裝置將能量增大地離開在水上運(yùn)輸工具行駛方向上靠前的螺旋槳(3)的水流以降低的能量損耗和最佳的無旋流性供給在水上運(yùn)輸工具行駛方向上靠后的且在水下機(jī)殼另一端上的螺旋槳(4),其中這兩個(gè)螺旋槳(3,4)是由在水下機(jī)殼中的驅(qū)動(dòng)裝置同轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)的并且在各水流橫截面區(qū)域內(nèi)設(shè)計(jì)這兩個(gè)螺旋槳,從而在這兩個(gè)螺旋槳的入口處的不同流動(dòng)能量得到最佳利用。
文檔編號B63H5/125GK1236347SQ97199553
公開日1999年11月24日 申請日期1997年11月7日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月7日
發(fā)明者賴因霍爾德·羅伊特, 斯特凡·考爾 申請人:約瑟夫·比克有限公司施奧泰爾船廠