一种多管电动喷水推进器的制作方法

1.本发明涉及一种多管电动喷水推进器，属于船舶特种推进器领域。

背景技术：

2.喷水推进方式作为一种特殊的船舶推进方式，目前广泛应用在高速船上。高速船对重量特别敏感，为了提高航速，必须千方百计地减轻自身重量。例如对于一艘40节航速的渡船来说，如果设计时用4套喷水推进装置代替两套喷水推进装置的话，其重量将从占船总重(排水量)的6％下降到4.5％。
3.目前一条船布置4台喷水推进器很普遍，如图1所示。而且常规的布置是一台发动机(柴油机或燃气轮机)通过轴系驱动一台喷水推进器，但发动机普遍比喷水推进器的体积更大(更宽和更高)，所以从图中可以看到，发动机需要错开布置。
4.所以，在这种情况下，如果为了减重，进一步增加喷水推进器数量的话，发动机及传动轴系布置的矛盾将更加突出。
5.如前所述，增加喷水推进器的数量可以显著降低喷水推进器的总重量，其原理是采用数量更多的较小型推进器以后，在相同的船速下，可以通过提高转速来增加功率密度。
6.对于高速船来说，为了减小阻力，船都是瘦削狭长型的，也就是说，宽度有限，增加推进器数量后，对吸收相同功率的情况下，对船宽的要求是随之增加的，如前例，两台大型喷水推进器替换为四台较小型喷水推进器以后，其宽度约需要增加40％左右。
7.因此解决的较佳途径是推进器在高度上可以实现叠加布置。但如果还是采用传统发动机作为动力来源，是很难实现的。除了前述背景介绍中的传统发动机的布置原因，还有就是高层喷水推进器的静态启动自吸问题(基本要求卧式布置的叶轮轴线不能高于水面，否则码头静态低转速时可能吸不上水)。如果喷水推进器必须通过轴系连接到发动机，那么喷水推进器只能水平或小倾角布置，这样布置,在高层的喷水推进器可能就无法保证静态启动的叶轮淹没深度。

技术实现要素：

8.为解决现有技术存在的上述技术，并根据未来动力电动化的趋势，本发明提出一种多管电动喷水推进器，采用电动机作为喷水推进器的动力源，并立足于电动机和喷水推进器进行整体融合，取消外部传动轴系。这样喷水推进器的布置就解除了水平和小倾角布置的限制。
9.为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种多管电动喷水推进器，采用电动机作为喷水推进器的动力源，最下一层电动喷水推进器悬挂于船底之下，船底之上安装多层电动喷水推进器，形成多管叠加电动喷水推进器结构。
10.进一步，所述多管叠加电动喷水推进器结构为两种或三种形式的组合叠加；所述多管叠加电动喷水推进器结构的多管叠加的形式为上下层对齐叠加或错位叠加。
11.进一步，所述电动喷水推进器包括进水管、电动喷水推进泵和喷口管，电动喷水推
进泵通过进水管吸水，然后通过喷口管加速向船后喷射。
12.进一步，中间层形式的所述电动喷水推进器的轴线为水平布置，进水管为弯管，便于从船底吸水。
13.进一步，上层形式的所述电动喷水推进器的轴线为倾斜布置，进水管近似于斜插的直管，喷口管为弯管，功能为除了收缩水流截面外，还把斜向布置电动喷水推进泵的出流平顺地转为水平喷射。
14.进一步，最下层形式的所述电动喷水推进器为水平布置，进水管为喇叭形的直管。
15.进一步，所述电动喷水推进泵还包括前导流帽、叶轮壳体、叶轮、前支承组件、导叶体、轴、电机、后支承组件和后导流帽；电机布置于导叶体的轮毂内，电机的电缆从导叶体的叶片中穿过，实现从轮毂引出到推进器壳体外；电机通过轴驱动叶轮旋转，轴通过前支承组件和后支承组件支撑在导叶体的轮毂上。
16.进一步，所述后支承组件作为承载叶轮产生推力的部件，包括正向推力轴承、反向推力轴承和动密封；所述正向推力轴承采用球面滚子推力轴承，所述反向推力轴承采用圆锥滚子轴承，所述动密封用于防止轴承润滑油或油脂泄漏到电机内；所述反向推力轴承的尺寸比正向推力轴承的小。
17.进一步，所述前支承组件包括径向轴承、动密封a、动密封b，径向轴承采用圆柱滚子轴承，所述动密封b用于防止轴承润滑油或油脂泄漏到电机内，所述动密封a用于除了防止轴承润滑油或油脂泄漏到水里，还防止水泄漏到轴承里。
18.进一步，所述导叶体的毂径比达到0.5以上，便于轮毂内有更多空间布置电机；所述电机通过流经导叶体的水流进行冷却。
19.本发明的有益效果是：
20.本发明首先是，增加喷水推进器的数量可以显著降低喷水推进器的总重量。本发明的喷水推进器和电机结合以后，多管喷水推进器的叠加布置不再受限于传统发动机和轴系的布置，也就是说可以在船尾布置更多推进器来减轻总重量。而且采用本发明的多管叠加方式，还可以显著降低船舶吃水(淹没深度)对喷水推进器静态启动的布置限制。
附图说明
21.图1为现有的一条船布置4台喷水推进器示意图；
22.图2为布置三层电动喷水推进器结构示意图；
23.图3为三种形式中的电动喷水推进泵结构示意图；
24.图4为图2中的船尾板的多个可选位置示意图；
25.图5为多管叠加的形式示意图；
26.其中：(a)为上下层对齐叠加形式，(b)为上下错位叠加形式
27.图6为电动喷水推进器三种布置方案示意图；
28.其中：(a)为一台喷水推进器的布置方案，(b)为四台喷水推进器的普通叠加方案，(c)为本发明的四台喷水推进器的叠加布置方案。
具体实施方式
29.下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
30.本发明提供一种多管电动喷水推进器结构，具体结合图2所示的优选实施例进行说明。
31.该图2中一共布置了三层电动喷水推进器，图中5代表船底板，6代表船尾板。最下一层喷水推进器悬挂于船底之下，上方两层喷水推进器安装于船底之上。电动喷水推进器的基本组成包括进水管1(进水管a1-1、进水管b1-2、进水管c1-3为不同形式)、电动喷水推进泵2和喷口管3(喷口管a3-1、喷口管b3-2为不同形式)，工作原理就是电动喷水推进泵通过进水管吸水，然后通过喷口管加速向船后喷射。
32.中间层形式的电动喷水推进器的布置和传统喷水推进器类似，推进器轴线为水平布置，进水管b1-2为弯管，便于从船底吸水。喷口管b3-2也和传统喷水推进器的喷口管类似，就是一段面积逐渐收缩到设计喷口面积的短管。
33.上层形式的喷水推进器的轴线为倾斜布置，其进水管a1-1近似于斜插的直管，喷口管a3-1则为弯管，功能除了收缩水流截面外，还要把斜向布置喷水推进泵的出流平顺地转为水平喷射。喷水推进泵2布置得较低将有利于静态启动时的自吸。
34.最下层形式的喷水推进器为水平布置，其进水管c1-3为喇叭形的直管，喷口管形式和中层相同。这种形式的喷水推进器因为悬于船底下，为减小阻力，需在外层包覆流线形的罩壳4。
35.以上三种形式中的电动喷水推进泵2，其结构如图3所示。该结构中主要涉及的零件主要包括：前导流帽21、叶轮壳体22、叶轮23、前支承组件24、导叶体25、轴26、电机27、后支承组件28和后导流帽29。
36.电机27布置于导叶体25的轮毂内，就目前的技术而言，电机优先选用永磁同步电机，因为它的功率密度较高。
37.优选的，导叶体25的毂径比要达到0.5以上，便于轮毂内有更多空间布置电机。电机27通过流经导叶体25的水流进行冷却。电机27的电缆可以从导叶体25的叶片中穿过，实现从轮毂引出到推进器壳体外。电机27通过轴26驱动叶轮23旋转，轴26通过前支承组件24和后支承组件28支撑在导叶体25的轮毂上。
38.优选的，后支承组件28作为承载叶轮产生推力的部件，主要包括正向推力轴承283、反向推力轴承282和动密封281。
39.优选的，由于喷水推进器的反转仅用于冲洗吸入的异物，转速较低，所以反向推力轴承的尺寸要比正向推力轴承的小。
40.优选的，正向推力轴承283采用球面滚子推力轴承，反向推力轴承282采用圆锥滚子轴承。动密封281的作用是防止轴承润滑油或油脂泄漏到电机27里。前支承组件24主要包括径向轴承242、动密封a241、动密封b243，径向轴承可优选圆柱滚子轴承，动密封b243的作用和动密封281的作用相同，是防止轴承润滑油或油脂泄漏到电机27里。动密封a241的作用除了防止轴承润滑油或油脂泄漏到水里，还要防止水泄漏到轴承里。
41.叶轮23前的前导流帽21和后支承组件28之后的后导流帽的作用都是流线型体，起到光顺水流和减少阻力的作用。
42.图2中的船尾板6的位置，根据不同的应用场合，可以向后延伸，设置到喷水推进泵2的另几个法兰位置(例如图4中的6-1,6-2)，甚至在喷口管b3-2的喷口尾端(图4中的6-3)，但这会相应增加喷口管a3-1的水平直管段长度。
43.多管喷水推进器的形式可以根据不同的应用场景，采用一种形式的多管叠加，也可以是两种或三种形式的组合叠加。最下层形式的喷水推进器因为是悬挂于船底之下，会带来附体阻力，适合于航速较低的船。航速较高的船推荐采用上方两种形式的组合多管叠加。
44.多管叠加的形式，见图5的(a)，(b)所示，上下层可以是对齐叠加，也可以是错位叠加，可依具体应用场景来选择。
45.结合图6对本发明的叠加方式的优点进行说明，该图6的(a)为上方是一台喷水推进器的布置方案，图6的(b)为中间是四台喷水推进器的普通叠加方案，图6的(c)为下方就是按照本发明的四台喷水推进器的叠加布置方案。很明显本发明所占空间和重量是最小的。
46.如果假设把推进器的叶轮23被淹没一半作为静态启动的自吸条件(否则码头静态低转速时可能吸不上水)，图中以虚线画出了三种方案要求的自吸水线位置，很明显，本发明的叠加布置方案对自吸水线的要求是最低的。

技术特征：

1.一种多管电动喷水推进器，其特征在于：采用电动机作为喷水推进器的动力源，最下一层电动喷水推进器悬挂于船底之下，船底之上安装多层电动喷水推进器，形成多管叠加电动喷水推进器结构。2.根据权利要求1所述的多管电动喷水推进器，其特征在于：所述多管叠加电动喷水推进器结构为两种或三种形式的组合叠加；所述多管叠加电动喷水推进器结构的多管叠加的形式为上下层对齐叠加或错位叠加。3.根据权利要求1所述的多管电动喷水推进器，其特征在于：所述电动喷水推进器包括进水管、电动喷水推进泵和喷口管，电动喷水推进泵通过进水管吸水，然后通过喷口管加速向船后喷射。4.根据权利要求1所述的多管电动喷水推进器，其特征在于：中间层形式的所述电动喷水推进器的轴线为水平布置，进水管为弯管，便于从船底吸水。5.根据权利要求1所述的多管电动喷水推进器，其特征在于：上层形式的所述电动喷水推进器的轴线为倾斜布置，进水管近似于斜插的直管，喷口管为弯管，用于除了收缩水流截面外，还把斜向布置电动喷水推进泵的出流平顺地转为水平喷射。6.根据权利要求1所述的多管电动喷水推进器，其特征在于：最下层形式的所述电动喷水推进器为水平布置，进水管为喇叭形的直管。7.根据权利要求1所述的多管电动喷水推进器，其特征在于：所述电动喷水推进泵还包括前导流帽、叶轮壳体、叶轮、前支承组件、导叶体、轴、电机、后支承组件和后导流帽；电机布置于导叶体的轮毂内，电机的电缆从导叶体的叶片中穿过，实现从轮毂引出到推进器壳体外；电机通过轴驱动叶轮旋转，轴通过前支承组件和后支承组件支撑在导叶体的轮毂上。8.根据权利要求7所述的多管电动喷水推进器，其特征在于：所述后支承组件作为承载叶轮产生推力的部件，包括正向推力轴承、反向推力轴承和动密封；所述正向推力轴承采用球面滚子推力轴承，所述反向推力轴承采用圆锥滚子轴承，所述动密封用于防止轴承润滑油或油脂泄漏到电机内；所述反向推力轴承的尺寸比正向推力轴承的小。9.根据权利要求7所述的多管电动喷水推进器，其特征在于：所述前支承组件包括径向轴承、动密封a、动密封b，所述径向轴承采用圆柱滚子轴承，所述动密封b用于防止轴承润滑油或油脂泄漏到电机内，所述动密封a用于除了防止轴承润滑油或油脂泄漏到水里，还防止水泄漏到轴承里。10.根据权利要求7所述的多管电动喷水推进器，其特征在于：所述导叶体的毂径比达到0.5以上，便于轮毂内有更多空间布置电机；所述电机通过流经导叶体的水流进行冷却。

技术总结

本发明涉及一种多管电动喷水推进器，采用电动机作为喷水推进器的动力源，最下一层电动喷水推进器悬挂于船底之下，船底之上安装多层电动喷水推进器，形成多管叠加电动喷水推进器结构。本发明首先是增加喷水推进器的数量可以显著降低喷水推进器的总重量。本发明的喷水推进器和电机结合以后，多管喷水推进器的叠加布置不再受限于传统发动机和轴系的布置，也就是说可以在船尾布置更多推进器来减轻总重量。而且采用本发明的多管叠加方式，还可以显著降低船舶吃水(淹没深度)对喷水推进器静态启动的布置限制。布置限制。布置限制。