CN201872936U - 喷流推进器 - Google Patents

Abstract

喷流推进器是船用推进装置。其工作原理类同喷水推进，差别在于它克服了喷水推进效率低，对水域环境有回避性及推进取水需耗用船机动力的缺陷问题。推进器无叶轮，以喷射物质代替叶轮作功。该装置能产生大量气泡，气泡在此型船中起到增劲推效节省推力的作用。节能新船型，可控制尾流散射，以使其与反作用水体抵触面增大；推进器的排量是对反作用水体的时时补强；船下围栏装置将气泡集积于船底，使槽内船底获得近100％的气膜层。推进器涵道空腔通畅。所有通航水域只需简单拦截就不存在卡堵问题。推进器取水口设在船头，船体前进时挡在船头的阻力水会主动灌入涵道中。该推进器构造简单，配套设备普通单一。

Description

喷流推进器

技术领域

本实用新型涉及一种船用推进器，尤其适用于大型船舶。

背景技术

目前，公知的喷水推进这个进化的推进方式，未能得到普及应用，我理解主要是三个方面的障碍原因：

1.对肥大型船舶表现推进效率低。

2.对航道水域环境有回避性。(既水域中的水生物、游离物等易引发推进器故障)

3.推进取水需耗用船机约7％的动力。(主要是取水口的位置造成水道曲线的原因)

发明内容

为了克服现有喷水推进器障碍性的缺陷，本实用新型提供一种喷流推进器及为使该推进器产生作用的配合体——节能型船。

本实用新型解决其技术问题所采用的综合技术方案是：以利用气泡减阻并配以节能型船的方法，克服对肥大型船舶表现推进效率低的缺陷；以采用导体(既水及空气)间接作用于推进水体的方法，克服对航道水域环境有回避性的缺陷；以取水口设在船头方法，克服推进取水需耗用船机约7％动力的缺陷。具体技术方案如下：

一.利用喷流推进器的功能作用及构造特性，来克服对肥大型船舶表现推进效率低，及对航道水域环境有回避性的缺陷。其中：

1.喷流推进器(以下称：推进器)是以喷射水与空气的混合体(称：流体)为动能作用于推进水体，流体中含有大量气泡，当尾流疏散时气泡会自动上浮，在船底拦截装置的作用下气泡只能在船底集聚，气泡的集积量足够时可较大的减少船底粘阻力。

2.推进器是以吸收船头阻力水用于作功，随着阻力水被吸收相应的船头阻力也会随之减少。

3.该推进器是以射吸原理作功缸腔内无叶轮，这就使水体中的杂物随流而过，只要经简单栏截过滤既可不易发生推进器被堵塞的固障。

推进器的构造及特征：该推进器以射吸原理建立其构造基形为：长向筒状、纵身不等径、通腔。其功能部件有：筒体，高压水管，高压气管。其中：

1.筒体是推进器的主体部件。筒体纵身不等经，两端扩张呈喇叭口形，中段缩径变细。是推进器的缸体。

2.高压水管(以下简称：水管)是推进器喷水装置。水管由筒体进水口端伸入筒腔内，腔内定位要居中。水管的端头为喷嘴，喷嘴略有内收。是推进作功的动力源。

3.高压气管(以下简称：气管)是推进器喷气装置。气管套在水管之中，居中定位。气管的端头与喷嘴一齐略有内缩。该端头无内收，相反还要加装分流阻件(枣核形)。是气泡发生源。

喷流推进器，由于自身的特性及优化的部置方式，致使在该型船的节能机理因果中起 到源头及决定性的作用。

二.利用节能型船与该推进器的共同做用，来克服对肥大型船舶表现推进效率低，及推进取水需耗用船机约7％动力的确陷。之外，该船还有减少风阻力及增加可控性的目的构造及装置。其具体方案是：推进器设在船艏。取水口设在船头。船底有坡面(前低后高)。船底之下设有“n”字形围栏。驾驶楼设在艏部。艉部设有动力舵。(主要作功设备：发电机，高压水泵，高压空气压缩机)

节能型船功能构造形态及作用：

1.推进器设在船艏。由若干台并列，横向布置在船头底部。其目的：

1.1推进器是气泡发生源，让气泡发生源尽量靠前可使船底尽可能多的被气泡覆盖。

1.2推进器是以吸收船头阻力水用于推进作功，位置愈靠前效果愈好。

2.取水口设在船头。共两个船头左右各一，正中留一定间隔，洞口设栅栏。洞口的大小要以过流流速与航速同步为宜。进水口开在船头，可将船头正前方的水体近距地引送给推进器，当航速达到一定程度时，正前方的水体随之升成较强的阻力势能而主动冲入腔式水道。此时推进器已呈被动受水状态。并且洞口的过流面积也相应减少船头阻力。

3.船底有坡面(前低后高)。坡面前起点，由推进器尾口后到船底末端。通长渐变顺坡。是诱导气泡在船底由前向后易于漫延的功能构造。

4.船底之下设有“n”字形围栏。船底两侧各设一道，前端起点由推进器尾口，后至船底末端，两道围栏与推进器尾口构造组合成三面封闭后面敞口的形式。围栏板截面呈空芯“V”字形不等高，前高后矮。围栏外侧与船帮平行一齐，内侧相互间距不等，前窄后宽。是拦截气泡横向逃逸的功能装置。

5.驾驶楼设在艏部。船头甲板处相对空旷，这就有条件把船楼前部作成减少阻风的流线形体，以减少迎风阻力。

6.船艉设有动力舵。动力舵由小型喷水推进器与短舵叶竖向构成，舵叶在上。该舵有360°任意往返的性质，可迅速实现任何指令的方位。

本实用新型的有益效果是：可克服喷水式推进装置对肥大型船舶表现推进效率低，对航道水域环境有回避性及推进取水需耗用船机约7％动力的缺陷问题。并旨在提升大型船舶在节能、增速、便于操控方面的优势品位。

附图说明

图1.喷流推进器立剖面图。图2.推进器布置形式及相关功能构造平剖面图。图3.推进器及相关功能构造立剖面图。图4.动力舵机立剖面图。

图中所注：1.吸水口。2.高压气管。3.高压水管。4.喷嘴。5.筒体。6.尾喷口。7.进水口。8.栅栏。9.腔式水道。10.推进器。11.阻溜板。12.栏板。13.驾驶楼。14.高压水泵吸水口。15.反推板。16.动力舵。17.喷水推进器。18.舵板。19.舵杆。20.传动轴。21.操舵电机。22.蜗杆。23.蜗轮。24.推进器电机。

具体实施方式

1、克服效率低

效率低是反作用水体降失了反阻性。当推进器急速喷水时，由于尾流对水体冲击升强，使反作用水体由挠动变为顺向流动，导致局部水体扩散加快。如果后继喷出的水量不能过大的超出反作用水体的疏散量时，那么反作用的水体就形不成对推进所需的反阻力。

1.1采用喷流推进器   技术目标：较小流速较大排量。

筒体  长约3m，最大直径处约600-700mm，以功能目的分为三段(图1)。第一段略成喇叭口形，为吸水段。吸水口与前面进水道直通，推进用水由船头前面的航道水经水道进入吸水口。第二段细腰形，为推力发生段。作功用水在此受到高压水体及高压气体的共同冲击，使其获得了较强的动能及流速。同时，水体与气体在此混合后就变成流体。第三段喇叭口形，为膨扩段。此段功能目的：使流体后射强势降缓。尾流截面变大。并有益流体内的气泡迅速上浮。

筒体尾口伸入船底“n”形围栏板内。

水体喷射嘴  圆管，喷口处略有内收，直径约200mm(图1)，设在筒体中央。喷口伸于细腰变径起点端。喷射用水由高压水泵提供。喷水量不需过大，能替代叶轮推动水体即可。射流不能散射，呈柱状。

气体喷射嘴  为细管，直径20-30mm左右，设在水喷嘴中央。气喷嘴端头为直筒。喷射气体由空压机提供。喷气量根据需要随机调整。气体压强要大于喷水压强的0.5-1倍。喷嘴出口内设一个8°左右的锥芯，居中放置以使喷出气流不产生柱针状(图1)。

喷气量的“需要”是指达到满足船底气泡饱合度即可，否则会造成无功逃逸或船底水体的无效扰动。

1.2、增加抵触面  扩大作用与反作用的抵触范围

推进器为小体形多台套排列组成，各台间距约2.5-3m左右，设在船艏底部(图2)。横向分布幅度基本与船底同宽。产生组合尾流截面＝船宽×1-1.5m高。

这种矩形的尾流截面，需注意组合尾流的均势性，不得有个别点位存在强势射流。

推进器横列布置，也给船舶转向、纠偏提供了机能，当急度转向或大偏风航行时，可调节个别推进器功力使其产生偏推。在艉舵的配合下，使大型船舶在一定程度上增加了可控性及自调性。

1.3、控制溜散  增重滞阻  减少无功溜失增强反阻势能

控制无功溜散  该船底构造使喷出的流体进入槽内后，只容下方、后方两个溜散去向。(常规船型为五个，上、下、左、右、后。)而在这两个去向中，还存在着一定的阻限性。流体向下是逆阻而行，愈往下压强愈大。并且流体中大量气泡有上浮效应，这在一定程度上抵制了向下溜散的势能。

流体向后更为严重受阻，因为推进器排出的尾流含有较多高压气泡，高压气泡脱离喷口后，会急度膨胀及上浮。膨胀与上浮的游离势能，扰乱了尾流后射的共向性(使合力分解)。至使反作用水体向后扩散的被动势能大大降低。这样自然就生成较重的滞阻性。

1.4利用气泡减小船底阻力  气泡是减小水体阻力的最佳介质。

将推进器尾流中的气泡，用围栏装置收集到船体下。气泡无论大小，在水压的作用下都会升到船底。因船底横向截面呈水平状态，所以，船底与水体的界面横向是均压态势。因此，气泡浮到船底后也必然自动均压。如果气泡充量足够，就使槽内船底获得近100％的气膜层。(船体较瘦，横摇较大者不一定适用。)

1.5利用构造消减船头及驾驶楼阻力

消减船头水阻力  船头的兴波阻力是障碍船舶前进的强势阻力(占总阻力50％)。尤其是宽体肥大型或是航速加快时。

进水口设在船头(图2)，让一部分障碍船体前进的阻力水不需排开而直接被推进器、高压水泵吸收。这样可减少一定的船舶正面阻力。

消减船头阻力的量值比应是：

单位时间排开的水量-同等时间吸收的水量：单位时间排开的水量。

减少驾驶楼的风阻力  强风阻力不长在，但常见。

驾驶楼前置设在船艏(图3)，这样就有条件把楼体前面作成顺风形的斜坡面，顺风坡面应尽量少凹凸多平滑，以减少逆风行进时的强风阻力。

驾驶楼前置，给船舶带来了更大的安全性便利性，如靠离岸、会船、特殊气象、能见度低时，靠前200-300米近距离观察了望是至关重要的。

2、采用无障碍推进涵道  不再有对水域环境的回避性

喷流推进器涵道因没叶轮呈空腔畅通形式(图1)，所有吸入腔内的杂物(经简单拦截后的)不致在腔内卡堵，这就适用于各类正常的航道。

3、利用行进势能  免去推进取水耗用船机动力

进水口设在船头，腔式水道与前面航道水域直通(图2、图3)，当船前进时，挡在船头的阻力水自动挤入水道，船速愈高灌入量愈大。因推进器消化量小于灌入量，致使水道内的水体持续聚积产生升压势态。水体有了压力，自然主动充进推进器。

4、新船型

4.1新形特殊构造

船头进水口  收取船头阻力水供推进器

船头设进水口两个。基本位置：船头正中留5m宽左右(以30米宽船型为例)，左右两侧各设一个。洞口下起点距船底2m，宽度参照推进器排列宽度。洞口高度需实验确定，以达到洞口流速稍慢于航速为准，绝不能流速大于航速。洞口设竖向拦截栅栏。洞口内是腔式水道(图2)。

腔式水道  给推进器及高压水泵供水。

水道为箱式大容积，左右贯通。高度应基本满足人员检修为宜，前部宽度同洞口，后部宽度应稍大于两侧推进器的吸口。腔顶设高压水泵取水口。

腔式水道是实现推进器零距离取水。腔式水道对推进器讲不仅是输水通路，也可理解成是弱压供水装置。(以吃水8米为例，静态水体压强为0.08Mpa)

围栏板  给船底拦截气泡及限制尾流横向溜散。

船底两侧，由推进器尾口向后至船尾设通长栏板(图2)，栏板前端与推进器的后箱体交接，后端敞口，组成“n”字形三面围挡。栏板不等高，起点约1.5m，末端(尾部)约500mm，栏板截面是空心“V”字型。左右两侧栏板内侧相距不同宽，前窄后宽(图2)，外侧平行不变。

阻溜板  限制尾流就近散射。

阻溜板横卧在尾喷口之下(图2、图3)，长度与围栏板相接，宽度以没有强势散射时为宜。

反推板  喷流推进器没有倒车功能。

反推板用于反推时逆向导流。可借用阻溜板，将阻流板加装轴动装置，推进时叶板放平作为阻溜，倒车时翻转叶板约45°上部与船底相触，下部伸出底面(图3)，形成一个矩形喷口。

反推板构造相对简单，但水下需设若干转动轴及轴支架等。是否涉及贝类粘附或耐久性，如不妥可采用在船艉部，设升降式电动推进器，倒车时放下，不用时收回艉舱。

斜槽形船底  诱导气泡遍布后移。

船底在“n”形围栏内形成前低后高楔形坡面的凹槽。楔形坡度为0.7％左右(图3)。船底要通顺平整，以利于气泡疏散及漫延。

全向动力舵  产生主动舵力及支持性助推。

动力舵设在船艉，由小型喷水推进器及短舵板竖向一体组成，舵板在上(图4)。小型推进器由电动机经传动轴驱动叶轮，传动轴设在舵杆之中，电动机装在舵杆上顶。

当船零速或低速需用舵力或紧急转向时启用推进器，巡航时关闭，靠舵叶维持状态。

动力舵舵机，由电动机、蜗杆、蜗轮组成。舵杆转向为360°任意往返，以迅速完成指令动作。推进器功力稍大些为宜，以作为倒车或必要时助推。

4.2借助风能

驾驶楼背面，做成故意着风性的构造平面。如墙面略向内弧形，增加凹凸或墙面安装格子板等。条件允许时还可在楼体的上沿及左右两侧，适度加设可以避藏、展开的阻风装置(即风帆作用)。当顺风航行且风力较大时启用阻风装置，与楼体组合成一个较大面积的阻风体。

Claims (3)

1.一种喷流推进器，其特征是：筒体纵身不等径，两端扩张呈喇叭口形，中段缩径变细，筒体内设有高压水管，高压水管内设有高压气管。

2.根据权利要求1所述，喷流推进器其特征是：不等径筒体(5)，筒体中央设高压水管(3)，高压水管中央设高压气管(2)。

3.一种采用权利要求1所述的喷流推进器的节能型船，其特征是：推进器多台并列置(10)，船头部位设两个进水口(7)，船底设“n”字形栏板(12)，驾驶楼设在艏部(13)，艉部设动力舵(16)。 

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