CN104769294B - 用纤维复合材料制成的带有防火舱壁通孔的轴 - Google Patents

用纤维复合材料制成的带有防火舱壁通孔的轴 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种输入轴(10)，特别是用于马达和船舶驱动器的螺旋桨的扭矩传递连接的输入轴，该输入轴(10)具有输入侧接口和输出侧接口以及安装在两者之间的由纤维复合材料制成的至少一根复合空心轴。根据本发明，输入轴(10)具有布置在输入侧接口和输出侧接口之间的、连接到复合空心轴上、并且由不易燃的材料制成的至少一段(11)。本发明还涉及一种船舶，包括船体和横向于船体的纵轴延伸的至少一个舱壁(3)、马达、螺旋桨和用于扭矩传递连接马达和螺旋桨的输入轴(10)，输入轴(10)穿过舱壁(3)，并具有由纤维复合材料制成的至少一根复合空心轴。根据本发明，输入轴(10)具有至少一段(11)，该段布置在穿过舱壁(3)的通孔的区域中、连接到复合空心轴、并且由不易燃的材料制成。

Description

用纤维复合材料制成的带有防火舱壁通孔的轴
技术领域
本发明涉及用复合纤维材料制成的扭矩传递轴(也称为复合空心轴或者纤维复合轴)，优选地是贯穿舱壁的船舶输入轴，舱壁将相邻的船舱相互隔开，并且横向于船体的纵轴嵌入。
背景技术
舱壁用于一方面将船体分割成独立的防水舱，另一方面形成防火舱。
特别的是，本发明涉及位于马达和螺旋桨、变速箱或者发电机(通常称作主驱动装置)之间的扭矩传递输入轴。
万一船舶的设置有纤维复合轴的一个隔舱中起火，则纤维复合轴有发生燃烧的危险。为此，带有此类轴的安装设施和舱壁通孔由船舶分类机构批准，在大多数情况下，仅仅服从在纤维复合轴和在舱壁通孔处安装用于灭火的喷水设施的限制条件。
在特殊情况下，即使是喷水设施的安装不足，分类机构也不会批准例如在驱动马达和变速箱或者发电机之间安装用纤维复合材料制成的实际有利的轻质输入轴，因为如果喷水设施出故障并且纤维复合轴完全燃烧，阻火舱壁上会出现轴径大小的孔。因此存在火会从着火的船舱中快速蔓延到未起火的相邻船舱中的危险。
发明内容
因此，现在，本发明的目的在于以防火的方式配置输入轴和/或包括输入轴的装置，同时使装备技术开支或者成本或者建造空间的需要最小化。
该目的由本发明的输入轴和/或本发明的船舶实现，其中本发明的输入轴具有输入侧接口和输出侧接口以及安装在两者之间的用纤维复合材料制成的至少一根复合空心轴，特征在于：该输入轴具有布置在输入侧接口和输出侧接口之间的由不易燃的材料制成的至少一段，其中，由不易燃材料制成的所述段由金属管形成；其中，本发明的船舶包括船体和横向于船体的纵轴延伸的至少一个舱壁、马达和用于马达和变速箱的扭矩传递连接的输入轴，该输入轴穿过舱壁，并具有由纤维复合材料制成的至少一根复合空心轴，特征在于：该输入轴具有至少一段，该段布置在穿过舱壁的通孔区域中、连接到复合空心轴、并且由不易燃的材料制成，其中，由不易燃的材料制成的所述段由金属管形成。
本发明用于实施在输入侧接口和输出侧接口之间在它穿过舱壁的位置处有至少一个不易燃的段的纤维复合轴，更特别的是为它装备薄壁轻质管段，该管段最好是钢制的，并且带有两个封头(更特别的是用盖子)，最好也是钢制的。因此，具有两个封头(下面也称为"闸门")的管段最好被集成到纤维复合轴中。万一纤维复合轴的位于着火隔舱中的部分被烧掉，用不易燃材料和/或钢制成的闸门可以保证舱壁的防火安全，因为舱壁上不会出现孔。
该段的外径最好小于纤维复合轴的外径。因此，该段可以插进纤维复合轴中，并且用径向螺栓固定在纤维复合轴上。
根据一个有利的实施方式，纤维复合材料是纤维增强塑料，最好是玻璃纤维增强塑料，更特别的是玻璃纤维增强环氧塑料。因此，可以选择廉价的材料，同时可以实现安全要求。换句话说，幸亏有该段，才可以不管纤维复合材料的可燃性，而选择纤维复合材料。用环氧树脂可以实现高强度和长使用寿命。
最好，用不易燃材料制成的该段被连接到一段复合空心轴的每一端。因此，该段可以被配置成复合空心轴的轴向节段，并且具有该段的轴可以单独保证防火安全。
根据一个有利的实施方式，用不易燃的材料制成的段由金属管形成。这允许低成本的、旋转对称的布置，并且允许结构简单的舱壁密封。不需要额外的设施或者独立于传动***的安全装置，就可以增强防火安全。相对于常规的复合空心轴，建造空间要求不高。
根据一个有利的实施方式，金属管的一侧或者两侧用金属盖封闭。同样，盖子可以选择性地用不易燃的非金属材料制成。因此可以进一步改善防火安全。火不会快速蔓延过该段。(相应的)盖子最好横向于驱动轴的旋转轴线步置。此外，盖子的前侧最好连接到该段的法兰上，更特别的是沿轴向用螺栓连接到法兰上。
根据一个有利的实施方式，金属管借助径向螺栓连接到复合空心轴。因此可以保证安全的组装。如果该轴已经布置在其最终位置，该段也可以连接到轴上。由于螺栓是径向排列，因此穿过舱壁组装不复杂。
根据一个有利的实施方式，径向螺栓***进复合空心轴的径向通孔，并且作用于复合空心轴的外壳表面上。这类连接不需要空心轴上有任何其他凹痕或者标记。
根据一个有利的实施方式，每个径向通孔中布置一个套筒，该套筒嵌入该段中。这允许沿轴向精确定位，并且力可以借助套筒沿轴的轴向传递。
根据一个有利的实施方式，金属管的至少一端具有法兰，金属管通过该法兰借助沿驱动轴的轴向布置的螺栓连接到复合空心轴上，其中这些螺栓用***复合空心轴的径向孔中的十字头螺母螺栓固定。
该孔也可以被配置为通孔，它们不是被改装到复合空心轴里的，而是在制造复合空心轴时已经提供，例如在层压过程中通过适当的隔离器(位置保持器)。
根据一个有利的实施方式，螺栓被布置在至少一个法兰的前侧。可以实现力直接从螺栓，更特别的是螺栓头，传递到用金属材料制成的段，可以有选择性地提供垫圈，以便以更平的方式将力分布到该段上。
如上所述，该目的还由一种船舶实现，该船舶具有船体和横向于船体的纵轴延伸的至少一个舱壁，以及马达和用于扭矩传递连接马达与变速箱、发电机或者螺旋桨的驱动轴，驱动轴穿过舱壁，并且由用纤维复合材料制成的至少一个复合空心轴组成，并且在其贯穿舱壁的通孔区域，驱动轴具有至少一个用不易燃的材料制成的并且连接到复合空心轴的段。
船舶可以包括具有上述实施方式的特征要素的驱动轴。
根据一个有利的实施方式，该段对称于舱壁在其中伸展的平面配置。
根据一个有利的实施方式，在不易燃材料的段中，驱动轴具有舱壁密封，该密封提供驱动轴对舱壁的防水密封。因此，船舶的各个隔舱可以以可控的方式涌入水。
根据一个有利的实施方式，舱壁密封放置在该段的外壳表面处。它大体上沿径向延伸。它最好是环形结构。因此它可以提供低成本的稳固的密封。
附图说明
在下面的附图中通过实用的实施例更详细地勾勒出本发明的轮廓，其中：
图1显示了根据本发明的实用实施例的闸门通过连接件连到两段纤维复合轴上的布置，该连接件包括径向钢螺栓；
图2显示了一个特别的连接件，其借助T形头螺栓(轴向螺栓与十字头螺母螺栓结合)充当根据本发明另一个实用实施例的闸门和两段纤维复合轴之间的连接件；并且
图3显示了闸门在根据本发明的实用实施例的用纤维复合材料制成的驱动轴处的应用；该驱动轴安装在柴油机(在右；未显示)和发电机(在左；未显示)之间。
具体实施方式
图1显示了根据本发明的实用实施例的驱动轴10的一段和/或闸门11和/或管段，包括薄壁钢管1和盖子2，钢管1用径向螺栓5连接到纤维复合轴10(靠近左和右)。每个径向螺栓5***进设在轴10上的通孔10a。每个盖子2沿轴向用螺栓2a连接到段11。螺栓2a在前面嵌到法兰12里。径向螺栓5被锚固，更特别的是螺栓固定，到段11的相应法兰12里。相应的法兰12具有环形结构，沿径向向内延伸，并且对于相应的径向螺栓5，它具有袋洞孔13和布置在其中心的凹孔13a。布置在相应的袋洞孔13中的是套筒5a，借助该套筒，可以保证段11角度精确地布置在轴线周围和/或相对于轴10的轴向位置。因此，套筒5a可以在段11和轴10之间传递力，而不用拧紧螺栓5，并且可以防止该螺栓连接经过一段时间因振动或者段11相对于轴10的较小的相对运动而变松。套筒5a具有齿圈5a.1，在该齿圈处，从螺栓5的头部施加到轴10上的径向力可以在平面上被引导到轴10中。钢管1包括外壳表面14，此处形成两个凹痕14a。轴10可以定中心于每个凹痕处。凹痕14a在轴向上与法兰12重叠。借助这一彼此***的集成布置，可以实现高强度。
图2显示了根据本发明的另一个实用实施例的驱动轴和/或纤维复合轴的闸门11，包括薄壁钢管1和盖子2，钢管1用T形头螺栓连接件6、6a连接到纤维复合轴10。每个盖子2沿轴向用螺栓连接到段11。每个T形头螺栓连接件6、6a由一个轴向螺栓6和一个径向布置的啮合元件6a(十字头螺母螺栓)形成，每个啮合元件6a***进设置在轴10上的通孔10a。配置在相应的啮合元件6a中的是母螺纹，相应的轴向螺栓6可以啮合到该母螺纹中。如此一来，可以避免必须在用纤维复合材料制成的轴10上设置螺纹。啮合元件6a仅仅是***进相应的通孔10a。至于轴10的壁厚，啮合元件6a可以具有相对较大的直径，因此从轴向螺栓6施加的拉伸力可以被传递到大的区域，从而以相对较小的压力传递到轴10和/或相应的轴段和段11之间。
段11的相应的法兰12被配置成环形，沿径向向外延伸，并且它包括对应于相应螺栓6的轴向通孔13。螺栓2a在前面嵌到法兰12里。钢管1具有外壳表面14，其外径小于纤维复合轴10的外径。此外，法兰12处设置两个凹痕12a，轴可以定中心于此。在凹痕12a处，段11***进轴10和/或相应的轴段，从而至少部分被集成到轴10中。法兰12在径向上与轴10重叠。借助彼此支撑的这一集成布置，可以实现高强度，并且特别的是，可以传递高轴向力，而不出现剪切力。
图3显示了纤维复合轴10与根据本发明的实用实施例的闸门11，闸门11被穿过舱壁3，其中柴油机(未展示)被布置在位于舱壁3右侧的隔舱中，并且其中纤维复合轴10与安装在柴油机飞轮处的橡胶联轴器20相连。在纤维复合轴10穿过舱壁3的位置处，闸门11被集成到轴10中，从而保证纤维复合轴10的防火安全。安装在纤维复合轴10左侧的是连接到发电机轴(未展示)的薄膜联轴器30。
纤维复合轴10将扭矩从安装在柴油机处的联轴器(例如橡胶联轴器与薄膜偏移联轴器)传递到与发电机轴相连的联轴器(例如薄膜偏移联轴器)。在纤维复合轴10穿过舱壁3的位置处，闸门11借助径向螺栓连接件5被集成到轴中。安装在闸门11外径处的是舱壁密封4，它将闸门和/或段11处的旋转轴10相对于舱壁3以防水的方式密封。万一水进入由舱壁3隔开的任一隔舱，舱壁密封4会防止水从淹没的隔舱中流到干的隔舱中。因此，舱壁密封4可以以有利的方式运转和/或放置在闸门11的相应耐磨的外径上。

Claims (18)

1.一种输入轴(10)，该输入轴(10)具有输入侧接口和输出侧接口以及安装在两者之间的用纤维复合材料制成的至少一根复合空心轴，
特征在于
该输入轴(10)具有布置在输入侧接口和输出侧接口之间的由不易燃的材料制成的至少一段(11)，其中，由不易燃的材料制成的所述段(11)由金属管(1)形成，所述金属管(1)的一侧或者两侧用金属盖(2)封闭。
2.根据权利要求1所述的输入轴，其中所述输入轴(10)用于马达和船舶驱动器的螺旋桨的扭矩传递连接。
3.根据权利要求1或2所述的输入轴，特征在于
纤维复合材料是增强纤维塑料。
4.根据权利要求3所述的输入轴，其中，所述纤维复合材料是玻璃纤维增强塑料。
5.根据权利要求3所述的输入轴，其中，所述纤维复合材料是玻璃纤维增强环氧塑料。
6.根据权利要求1所述的输入轴，特征在于
金属管(1)借助径向螺栓(5)连接到复合空心轴。
7.根据权利要求6所述的输入轴，特征在于
径向螺栓(5)***进复合空心轴的径向通孔(10a)，并且作用于复合空心轴的外壳表面。
8.根据权利要求7所述的输入轴，特征在于
在每个径向通孔(10a)内布置一个套筒(5a)，所述套筒啮合到段(11)中。
9.根据权利要求1所述的输入轴，特征在于
金属管(1)的至少一端具有法兰(12)，金属管(1)通过法兰(12)借助相对于输入轴(10)轴向指向的螺栓(6)连接到复合空心轴，其中螺栓(6)用***复合空心轴的径向孔中的十字头螺母螺栓(6a)固定。
10.根据权利要求9所述的输入轴，特征在于
螺栓(6)放置在至少一个法兰(12)的前面。
11.一种船舶，包括船体和横向于船体的纵轴延伸的至少一个舱壁(3)、马达和用于马达和变速箱的扭矩传递连接的输入轴(10)，该输入轴(10)穿过舱壁(3)，并具有由纤维复合材料制成的至少一根复合空心轴，
特征在于
该输入轴(10)具有至少一段(11)，该段布置在穿过舱壁(3)的通孔区域中、连接到复合空心轴、并且由不易燃的材料制成，其中，由不易燃的材料制成的所述段(11)由金属管(1)形成，所述金属管(1)的一侧或者两侧用金属盖(2)封闭。
12.根据权利要求11所述的船舶，包括根据权利要求2到10之任一项所述的输入轴(10)。
13.根据权利要求11或者12所述的船舶，特征在于
该段(11)相对于平面对称配置，舱壁在该平面中延伸。
14.根据权利要求11或12所述的船舶，特征在于
在由不易燃的材料制成的段(11)中，输入轴(10)具有舱壁密封(4)，该舱壁密封相对于舱壁(3)以防水的方式密封输入轴(10)。
15.根据权利要求13所述的船舶，特征在于
在由不易燃的材料制成的段(11)中，输入轴(10)具有舱壁密封(4)，该舱壁密封相对于舱壁(3)以防水的方式密封输入轴(10)。
16.根据权利要求14所述的船舶，特征在于
舱壁密封(4)放置在段(11)的外壳表面处，大体上沿径向延伸。
17.根据权利要求15所述的船舶，特征在于
舱壁密封(4)放置在段(11)的外壳表面处，大体上沿径向延伸。
18.根据权利要求16或17所述的船舶，其中所述舱壁密封(4)是环形的。
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