CN101909985A - 用于鳍板推进的密封 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于船舶(1)的推进***，***包括设置在船舶的船身中的摆动或横向移动密封部件(5)。密封部件(5)可能连接到摆动动力源上，并且可能连接到推进装置(4)上。密封部件(5)可滑动地连接到船身(2)上，允许密封部件在多个方向上行进。密封部件(5)覆盖在船身中的开口(3)，并且在船身中的开口在任何时间将位于由摆动密封部件(5)覆盖的区域内。提供用来密封在船身中的开口的周缘的密封装置(10)。

Description

用于鳍板推进的密封

技术领域

本发明涉及一种用于海运船舶的推进***，其中，采用的推进装置包括拍动、横向移动或摆动的翼片或鳍板。

根据一个方面，本发明涉及一种船舶，该船舶包括具有开口的船身，推进***至少部分地穿过该开口延伸。推进***包括至少一个横向移动或摆动密封部件，该密封部件设置在船舶的船身中。

密封部件具有面对船舶内部的一个部分、和背对船舶内部的另一个部分。

推进装置从摆动或横向移动密封部件、从背对船舶的所述内部的部分延伸。

支架允许摆动或横向移动密封部件在船身内或船身外运动。

密封部件由固定装置可滑动地连接到船身上，允许该部件在两个或更多个方向上行进。

必须理解，船的船身容纳摆动或横向移动***，该摆动或横向移动***包括全部必要的技术措施。

已经认识到的是，与现有的船舶相比，通过鳍的摆动，鱼和海洋哺乳动物以更高的推进效率在水中移动和转向。

至今还没有在船舶中实施对于鳍推进的技术等效方式。

本发明是基于在船下方的一个或几个鳍板的一种周期性平移运动和可能的一种周期性转动运动的组合而实现有效和可操作的拍动推进的重要实用元件。

或者通过鳍的转动，或者如关于海洋哺乳动物和金枪鱼类的鱼的情形那样，通过尾鳍的至少一种周期性平动和一种周期性转动的组合，可模拟和产生鱼尾的摆动运动。

当今，几乎每种水上运输工具，无论其大小、运行速度及用途如何，都由一个或多个转动推进元件推进。

例如螺旋桨、喷嘴(jet)、导管推进器(ducted propeller)或喷射推进器(pump jet)的推进元件围绕它们自己的轴线转动。对于较大的船舶，螺旋桨以约50-500rpm的速度转动。

螺旋桨为它们的具体用途而被精心地设计。

对于设计者而言，一个重要目标是限制船舶整体燃料消耗。这通过对例如船身形式、推进装置及推进元件等几个参数的精心设计而实现。

当今大多数有效螺旋桨的效率很少超过80％。事实上，30-70％的效率一般都被接受，这导致供能设备不必要地大并且导致燃料消耗的增加。

因此，考虑到以上提到的不便，充分可操作的、改进的、技术要求低、但效率高的水中推进***的有用性是显然的。

背景技术

借助于摆动或横向移动鳍板的推进拥有吸引人的特征，如比转动螺旋桨高的效率和固有转向性，它消除了对于分设的方向舵的需要、以及该分设的方向舵所带有的相关的成本和相关的可靠性问题；另外，它腾出了船身内的体积，以用于增加货物容纳量。通过较低冲击损失、较低流体动力摩擦损失、较低的生成阻力损失及在船身本身上的较低阻力而实现较高效率，并且使得原动机的燃料消耗较低、安装功率较低，或对于相同的安装推进功率和燃料消耗而言，能够实现更高的运行速度。

对于摆动或横向移动鳍板的重要挑战包括：要避免大的机械摩擦损失，并且要提供可与转动螺旋桨比较的可靠性和安全性。

在1995年3月28日出版的美国专利No 5,401,196(TRIANTAFYLLOU等)公开了一种采用拍动翼片的推进***。该专利-它讲授了一种利用至少一个翼片的***，公开了一种推进***，其中，翼片在与船舶航行方向呈横向的方向上摆动，并且绕竖直轴线转动地摆动。优选地，根据该美国专利，推进***由多个翼片构成，这些翼片异相地摆动，导致在与航行方向呈横向的方向上推进元件的推力不显著。

在该美国专利中所公开的推进***的机械实施例的主要特征将在下面解释。

图4A、4B、5A、5B及5C示出用于按照该美国专利的翼片推进***的实施例。推进***由两个翼片(10)构成，每个翼片经轴(34)、通过在船身(30)的后部段中的缝隙(36)连接到工作台(40)上。缝隙(36)的范围，如可在图4A中看到的那样和例如由箭头(38)示出的那样，大于用于翼片的总计最大起伏幅度。如在图4B中可以看得最清楚的那样，每个工作台(40)具有两个或更多个轮子或滚轮(42)，这些轮子或滚轮(42)安装到前部下侧上并且安装到后部下侧上，在该前部下侧和后部下侧中，轮子或滚轮在安装到船身(32)上的对应轨道(44)中行驶。因而，工作台(40)和连结到其上的翼片(10)沿一条轴线(38)在两个方向上都自由地运动，并且在任何其它方向上被固定而免于运动。因此，根据该美国专利的机构通过在船身(32)中设置的多个缝隙(36)而工作，每个缝隙与船舶向前航行方向呈横向，并且缝隙(36)的延伸度超过翼片的横向运动。各鳍板也在动力下绕轴线转动，这些轴线被设置为使得转动显著地影响翼片与船的运动方向所成的角度。

至今看到的该专利在船舶的推进中的实际应用是有限的。

在2005年4月12日出版的美国专利No 6,877,692 B2(Liu)公开了一种用于潜水艇的推进***。该专利讲授了基于翼片部件的“thuni-form”运动的推进。翼片部件安装到船身上以进行彼此相向和远离的往复摆动运动，由于在各翼片部件之间水的压缩而产生向前运动。该专利没有讲授用于水面船舶的鳍板推进的应用。

在2000年2月8日出版的US 6,022,249 A(Ketterman)讲授了一种水运设备，该水运设备包括船身，该船身具有在吃水线下面延伸的推进装置。推进装置包括一对拍击片，每个拍击片适于相对于水运设备的中心纵向维度在大致横向方向上通过弧形路径摆动。该装置与推进装置可操作地相关联，用来将输入力施加到推进装置上。拍击片扭转以形成迎角，用来相对于水运设备的纵向维度而提供向前推力，同时沿弧形路径在两个方向上都运动。

在1993年10月21日出版的DE 4,212,920 A1(Erich)讲授了一种用于双体船的人力驱动***，其中该***使用定位在各船身之间的挠性鳍板。鳍板在它们的前部端部处具有枢轴，允许有限的运动。各鳍板布置成一个在另一个的前面，并且安装在从挠性橡胶带悬挂的摇杆梁的向下延伸部上。

在2003年4月3日出版的WO 03/026954 A1(Inocean)提出一种***，该***利用正弦图形运动来进行推进或能量回收。该***包括多个刚性船身元件，这些刚性船身元件成排地布置，并且可转动地彼此连结，用于围绕穿过船身元件排的纵向维度的平行转动轴线而转动。该***还包括用来使各船身元件相对于彼此而转动的运动装置、或作为用于回收由相对于彼此转动的船身元件所产生的能量的运动装置。

在2006年4月13日出版的WO 2006/038808 A1(ClavisBiopropulsion)提出一种装置，该装置包括至少一个横向移动鳍板。该装置包含致动和驱动装置，其允许鳍板基本自由地摆动运动。该装置借助于由驱动装置产生的脉冲而操作，很多循环和弹簧用来存储由驱动装置提供的脉动能量。

发明内容

本发明的一个目的是创设一种推进***，该推进***总体上将以可操作方式提高船舶推进***的整体效率。该目的通过允许船舶借助于横向移动推进装置推进而实现，该横向移动推进装置延伸通过一开口，该开口由摆动或横向移动密封部件覆盖。

本发明的另一目的是创设一种推进机构，该推进机构利用以上所公开的已知拍动翼片，然而，根据本发明，提出一种可操作***，该可操作***带来优于现有技术的不同贡献和优点，其中，船舶的船身的一部分设有开口，该开口由密封部件的一部分永久地覆盖，导致在船外的环境与船的内部之间的有效分离。这种分离减小了需要在水中操作的机构的部分并且由此减小了粘性损失，并且提高了操作安全性。

迄今为止一直未被解决的巨大难题是：不引起显著机械摩擦损失、不引起显著流体动力阻力并且不牺牲可靠性和安全性地对***进行密封。

由于船具有很大的结构灵活性，并且由于考虑船的尺寸因而在船身中的开口的尺寸很大等事实，***的密封是成问题的。

在由密封部件覆盖的表面上产生的力是很大的，并且与摆动或横向移动密封部件的高移动速度一起(该移动速度轻易地达到10m/s)，对于独特的密封***的需要是明显的。

根据一个实施例，摆动或横向移动密封部件将推进动力的大部分传递到推进装置。

根据一个实施例，摆动或横向移动密封部件不将推进动力的大部分传递到推进装置，并且分设的结构在船身内以与密封部件的运动大致相同的方式运动，以便驱动推进装置。密封部件通过连接件连接到推进装置上或者连接到其一部分上，该连接件允许在两个方向上的至少一种转动。

根据一个实施例，摆动或横向移动密封部件作为推进装置的支撑和导向元件。

根据一个实施例，推进装置构成至少一个翼片。

根据一个实施例，推进装置能够围绕轴线枢转，该轴线与在船身中的开口的位置处的船身的表面大致垂直或大致正交。

根据一个实施例，在船身的外侧或内侧上设有屏蔽板或护板。

根据一个实施例，用于密封的装置设置在船身中的开口的周缘处。

根据一个实施例，用于密封的装置至少部分地设置在摆动或横向移动密封部件上。

根据一个实施例，用于密封的装置构成两部分密封，其中，第一部分密封用于密封该密封部件的面对船舶内部的部分，并且第二部分密封用于密封该密封部件的背对船舶内部的部分。

根据一个实施例，用于密封的装置包括导管，这些导管允许加压介质接近密封表面。

根据一个实施例，第一部分密封设有缝隙，这些缝隙允许密封围绕它自己的轴线挠曲。

根据一个实施例，第二部分密封设有挠性支架，该挠性支架位于板上，允许密封围绕它自己的轴线挠曲。

根据另一个方面，本发明涉及一种通过覆盖在船身中的开口而对推进***加以密封的方法，用于推进的装置从该开口延伸，借助于贯穿本发明的讲授所描述的摆动或横向移动密封部件覆盖该开口。

附图说明

图1表示船舶的原理性剖视侧视图，该船舶包括根据本发明的推进机构。

图2表示船舶的原理性俯视图，该船舶包括推进机构，该推进机构包括根据本发明的密封部件。

图3表示推进***的原理性剖视侧视图，该推进***包括密封部件。

图4表示用于本发明的密封部件的密封的一个例子。

具体实施方式

根据本发明，至少一个摆动或横向移动密封部件(5)设置在船舶(1)的船身(2)中。

密封部件(5)的摆动起伏运动源于根据以下实施例中的至少一个的摆动装置：

I)密封部件(5)借助于推进装置(4)或其一部分而摆动和/或移动。在这个实施例中，密封部件(5)跟随推进装置(4)，并且没有推进动力从密封部件(5)传递到推进装置(4)。

II)密封部件(5)连接到摆动和/或移动装置上，并且将推进动力传递到推进装置(4)或其一部分。在这个实施例中，密封部件(5)驱动推进装置(4)。

在任何实施例中，密封部件(5)可以作为或可以不作为推进装置(4)的支撑和导向元件。

在摆动或横向移动密封部件(5)不将推进动力的大部分传递到推进装置(4)的实施例中，分设的结构(16)在船身(2)内以与密封部件(5)的运动大致相同的方式运动，以便驱动推进装置(4)。

密封部件(5)通过连接件连接到推进装置或其一部分上，该连接件允许在两个方向上的至少一种转动；然而，连接件也可以具有更大的自由度。

密封部件(5)可滑动地安装在船身(2)的内侧或外侧，允许部件(5)在多个方向上行进。附图示出，两个密封部件的运动是直线的，并且彼此平行，然而，在各部件的运动不平行或各部件的运动是弧形的实施例中，***将证实同样有益。

优选地，密封部件(5)被制造成整体部分或互连部分，并且其形式为用低碳钢、高强度钢、不锈钢生产的钢板料、或诸如用纤维加强的塑料或用纤维加强的金属之类的任何其它适当材料。

而且，密封部件可以按任何适当轮廓制造，例如用非钢铁材料制造的空腹板或甚至蜂窝状构造。

船身(2)设有至少一个开口(3)。密封部件(5)必须保证：在该部件的起伏/摆动运动期间，在船身(2)中的开口将不被暴露，就是说：该部件应当(横向地)大于在船身(2)中的开口的横向长度加上密封部件(5)的横向运动，换句话说：在正常工作条件下，在船身(2)中的开口保持被密封部件(5)覆盖。扫过区域的横向外边缘在图2上由(9)示出。

在一个优选实施例中，摆动或横向移动密封部件(5)大致与船身的壳板的外侧平齐，以便保持最佳流体动力性能。

在某些实施例中，在船身的内侧或外侧上设置屏蔽板或护板将是有益的。屏蔽板或护板将优化通过***的水流，因此减小对于流过***的水的阻力和干扰。而且，屏蔽板或护板也可以起密封部件的作用。

根据附图的实施例示出左舷和右舷推进***，这些推进***包括在纵向方向上偏置(offset)的密封部件。船舶可以被建造为使得该船舶所具有的推进***总体地或部分地被并置、或沿纵向一个布置在另一个前面。包括根据本发明的密封部件的推进机构决不被限制成一种构造高于另一种构造。

为了模拟鱼尾的运动，可能需要设置一种装置，该装置能够使推进装置(4)至少部分地绕推进装置的轴线枢转或影响其枢转。推进装置可以围绕在船身中的开口的位置处与船身的表面大致垂直或大致正交的轴线而枢转。可以采用几种不同的布置，例如电气或液压马达、动力缸、纯机械连杆和弹簧等等，来实现枢转。密封部件在某些实施例中可以容纳用于推进装置的枢转的装置。

密封部件的密封

下面提出适用于根据本发明的推进***的密封***(10)，尽管本发明的***决不限于提出的密封***。

密封***可以包括套环，这些套环用来密封在推进装置的窝孔周围的密封部件穿过区域。

密封***也可起到用于密封部件(5)的承载和力吸收装置的作用。

密封***能够经得起由在多个方向上并且在宽的速度范围中滑动和转动的各部件所带来的考验。

密封采用两部分密封而进行，该两部分密封也能够用作承载装置，该承载装置允许密封部件(5)轻微地弯曲和倾斜。

第一部分密封(11)将密封部件(5)的第一侧(6)密封，而第二部分密封(12)将密封部件(5)的第二侧(7)密封。

第一部分密封(11)抵靠密封部件的一部分而密封，该部分面对船舶(6)的内部。该密封接收例如从第二部分密封(12)施加在密封部件上的向内定向力、推进力、及源于环境的力。第一部分密封(11)设有缝隙(14)，这些缝隙(14)允许密封围绕它自己的轴线挠曲，通过该挠曲，预期能够使得船身和密封部件(5)运动和挠曲。

第二部分密封(12)用作外部支承和密封。它可被安装成使得它可倾斜，并且保持与密封部件(5)相平行；在这种情况下，通过板的挠性-它安装在该板上，其本身起到压力腔室的挠性壁的作用。

用于密封的装置可至少部分地设置在摆动或横向移动密封部件上。

当***不可动时，密封能够静态地对***进行隔离。静态密封可以由分立的弹性腔室来实现，该分立的弹性腔室可被置于压力之下。

密封件由例如不锈钢、青铜、钢、FRP、弹性体等等具有挠性性能的材料制造，以使得密封件能够有限地挠曲。

密封件可安装在板(15)上的挠性支架上，以使得密封件能够围绕它们自己的轴线挠曲。

密封件可被构造成具有导管(13)的加压的和/或流体静力密封件，这些导管(13)允许加压介质接近密封表面。

密封的一些部分可设有缝隙(14)，这些缝隙(14)允许密封围绕它自己的轴线挠曲。这将提供进一步的挠性，该挠性允许密封和承载***分别吸收在船身中和在密封部件(5)中的挠曲。

在上文中，已经假定推进***用作水中推进***的部分，并且这被考虑为是本发明的优选应用，然而本发明还可以用来推进在除了水之外的其它流体(即液体或气体)中的船艇。而且，尽管对于优选实施例已经假定用马达或发动机来驱动船舶，但本发明也可以有利地用在人力***中。与当前可得到的***相比，这样的装置可用更小的努力来提供较快的运动，这些***用来推进游泳者或潜水员，而不用驱动马达。

应该强调的是，当用在本说明书中时，术语“包括”用来规定所叙述的特征、整体、步骤或元件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、元件或其组合的存在或加入。

Claims (14)

1.一种海上船舶(1)，包括至少一个船身(2)，该船身(2)具有至少一个开口(3)和一推进***，该推进***至少部分地延伸穿过所述至少一个开口(3)，所述推进***包括：

-至少一个摆动或横向移动密封部件(5)，设置在所述船舶(1)的所述船身(2)中，所述密封部件(5)具有面对所述船舶的内部的一个部分(6)、和背对所述船舶(1)的所述内部的另一部分(7)，

-推进装置(4)，从所述摆动或横向移动密封部件(5)从背对所述船舶的所述内部的另一部分(7)延伸，

-支架(8)，允许所述摆动或横向移动密封部件(5)在所述船身(2)内侧或外侧运动，

其特征在于，所述至少一个开口(3)由所述摆动或横向移动密封部件(5)覆盖。

2.根据权利要求1所述的推进***，其中，所述摆动或横向移动密封部件(5)将推进动力的大部分传递到所述推进装置(4)。

3.根据权利要求1所述的推进***，其中，所述摆动或横向移动密封部件(5)不将推进动力的大部分传递到所述推进装置(4)，并且其中，分设的结构(16)在所述船身(2)内以与所述密封部件(5)的运动大致相同的方式运动，以便驱动所述推进装置(4)，所述密封部件(5)通过连接件连接到所述推进装置(4)上或者连接到其一部分上，该连接件允许在两个方向上的至少一种转动。

4.根据权利要求1所述的推进***，其中，所述摆动或横向移动密封部件(5)作为所述推进装置(4)的支撑和导向元件。

5.根据权利要求1所述的推进***，其中，所述推进装置(4)构成至少一个翼片(4)。

6.根据权利要求1所述的推进***，其中，所述推进装置能够围绕轴线枢转，该轴线与在所述船身(2)中的所述开口(3)的位置处的所述船身(2)的表面大致垂直或大致正交。

7.根据权利要求1所述的推进***，其中，在所述船身(2)的外侧或内侧上设有屏蔽板或护板。

8.根据权利要求1所述的推进***，其中，用于密封的装置(10)设置在所述船身(2)中的所述开口(3)的周缘处。

9.根据权利要求1所述的推进***，其中，用于密封的装置至少部分地设置在所述摆动或横向移动密封部件(5)上。

10.根据权利要求8或9所述的推进***，其中，所述用于密封的装置构成两部分密封，其中，第一部分密封(11)用于密封所述密封部件(5)的面对所述船舶的所述内部的部分(6)，并且第二部分密封(12)用于密封所述密封部件(5)的背对所述船身(2)的所述内部的部分。

11.根据权利要求10所述的推进***，其中，所述密封装置包括导管(13)，这些导管(13)允许加压介质接近密封表面。

12.根据权利要求10所述的推进***，其中，所述第一部分密封(11)设有缝隙(14)，这些缝隙(14)允许该密封围绕它自己的轴线挠曲。

13.根据权利要求10所述的推进***，其中，第二部分密封(13)设有挠性支架，该挠性支架安装在板(15)上，允许该密封围绕它自己的轴线挠曲。

14.一种对根据上述权利要求中的任一项所述的推进***进行密封的方法，其中，所述至少一个开口(3)由所述摆动或横向移动密封部件(5)覆盖。

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