輪緣驅(qū)動螺旋槳推進器試驗裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種輪緣驅(qū)動螺旋槳推進器試驗裝置，其包括推進單元和支撐單元，支撐單元主要由支撐機構(gòu)、臺架組成，推進單元主要由控制機構(gòu)、傳動機構(gòu)、推進機構(gòu)組成，整個推進單元由支撐機構(gòu)懸掛于臺架上。本發(fā)明采用皮帶輪傳動和放置于導(dǎo)管中的輪緣驅(qū)動方式，有利于減少傳動能耗和噪聲，以及螺旋槳空泡，提高推進效率。并且采用杠桿原理可實時測得推進單元所產(chǎn)生的推力，比由敞水性能推算推力的傳統(tǒng)方法簡便和精確。
【專利說明】
輪緣驅(qū)動螺旋槳推進器試驗裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于船舶推進器領(lǐng)域，具體涉及一種輪緣驅(qū)動螺旋槳推進器試驗裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著海軍國防建設(shè)需要和水上貿(mào)易的發(fā)展，船舶推進裝置性能的要求越來越高，傳統(tǒng)的軸驅(qū)式推進器的劣勢逐漸凸顯，已經(jīng)無法更好地滿足工作要求。例如傳統(tǒng)軸驅(qū)式推進器船艙占用空間大、能量損耗大，振動和噪聲控制困難、建造和維護成本高等，這些缺陷使得各個國家都將目光轉(zhuǎn)向更加先進的推進裝置。
[0003]目前吊艙式電力推進器是很多國家青睞的先進船舶推進方式，這種推進方式電機與螺旋槳分體并均置于水下，采用電機直接驅(qū)動螺旋槳，依然存在電機密封和電機的水流阻礙等問題。于是也有國家開始考慮發(fā)展新型推進方式一無軸輪緣驅(qū)動推進器。該推進器將電機置于導(dǎo)管中，電機轉(zhuǎn)子內(nèi)壁安裝螺旋槳，這種推進器具有集成度高，具有推進效率高和振動噪聲低等優(yōu)點。但該推進器的大功率化受到電機的限制，一方面水環(huán)境電機密封難度大，另一方面這種集成在導(dǎo)管中的電機功率目前難以達到數(shù)兆瓦。為此，本發(fā)明提出了由皮帶傳動的輪緣驅(qū)動螺旋槳推進器。
[0004]此外，目前測試螺旋槳推力的方法通常是測試槳葉的敞水性能，然后推算推力，但這種方法誤差較大。特別是針對吊艙式推進器，尚缺乏簡介而有效的推力測試方法。為此，本發(fā)明還提出了該新型推進器的推力測試裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:為克服無軸輪緣驅(qū)動推進水環(huán)境下電機密封難度大、電機功率難以達到數(shù)兆瓦、槳葉敞水性能推算推力法誤差大等問題，提出一種采用帶傳動的方式將電機動能傳遞到螺旋槳輪緣，帶動螺旋槳旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生推力，避免了動力單元在水環(huán)境下的密封問題，同時采用懸掛法直接測量推力，具有傳遞能耗低、振動噪聲小、推力測試簡單易行等顯著的優(yōu)點。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用以下的技術(shù)方案:
[0007]本發(fā)明提供的輪緣驅(qū)動螺旋槳推進器試驗裝置，其包括推進單元和支撐單元，支撐單元主要由支撐機構(gòu)、臺架組成，整個推進單元由支撐機構(gòu)懸掛于臺架上。
[0008]所述的支撐機構(gòu)，包括承接板、空間V型支架、中間軸承座、豎板、斜支架、頂板，其中:承接板與豎板、豎板與上頂板采用四孔螺紋連接，由斜支架加強連接；中間軸承座固定于豎板兩側(cè);空間V型支架通過螺紋連接裝在導(dǎo)管筒和承接板之間;頂板通過螺紋連接裝在臺架的四根螺柱之上。
[0009]所述的臺架，包括螺柱、吊柱、上頂板、彈簧測力計、底板，其中:上頂板與底板之間設(shè)置四根螺柱，螺柱與各板之間采取螺紋連接，同時為彈簧測力計提供不同的實驗位置;采用鉸鏈連接的方式將吊柱懸掛在支撐機構(gòu)的頂板上;彈簧測力計一端固定在吊柱上，另一端固定在螺柱上。
[0010]所述的推進單元，主要由控制機構(gòu)、傳動機構(gòu)、推進機構(gòu)組成;控制機構(gòu)中的電機輸出功率通過傳動機構(gòu)傳遞至推進機構(gòu)。
[0011 ]所述的控制機構(gòu)，包括電機、控制器，其中:控制器用于控制電機的運轉(zhuǎn)，其裝在臺架的上頂板之上，其通過導(dǎo)線與家用電源和電機相連；電機倒掛安裝于支撐機構(gòu)的頂板上，該電機輸出端穿過支撐機構(gòu)的豎板的鉆孔與傳動機構(gòu)的第一皮帶輪相連。
[0012]所述的傳動機構(gòu)，采用皮帶連接推進機構(gòu)的皮帶輪和控制機構(gòu)的電機輸出齒輪。
[0013]所述的推進機構(gòu)，采用導(dǎo)管與輪緣驅(qū)動相結(jié)合的方式產(chǎn)生推進力，減少空泡，提高推進效率。
[0014]所述的推進機構(gòu)，包括端蓋、支撐環(huán)、軸承、皮帶輪轉(zhuǎn)子、導(dǎo)管筒、槳葉；其中:端蓋表面采用減小水流的阻力的曲面，其內(nèi)部采用空心結(jié)構(gòu)，空心部分的小徑處攻螺紋，該螺紋與支撐環(huán)的內(nèi)螺紋相連接;支撐環(huán)凸臺部分與軸承外圈接觸，限制軸承外圈的運動，其非凸起部分與導(dǎo)管筒端部采用螺釘連接;軸承與皮帶輪轉(zhuǎn)子之間采用過盈配合;皮帶輪轉(zhuǎn)子外表面加工齒圈，與推進單元的傳動機構(gòu)中的二級皮帶嚙合，其兩端受到軸承約束，并傳遞推力，其內(nèi)孔開有環(huán)槽，槳葉底部嵌于環(huán)槽中，并采用沉頭螺釘將槳葉緊固在環(huán)槽中；支撐環(huán)、軸承、和皮帶輪轉(zhuǎn)子均安裝在導(dǎo)管筒中，其外壁安裝V型支架，V型支架另一端安裝在承接板下平面，達到固定導(dǎo)管的目的。
[0015]所述推進單元產(chǎn)生的推力推動頂板繞吊柱鉸鏈旋轉(zhuǎn)，由于吊柱受到彈簧測力計限位，根據(jù)杠桿原理可計算出推進單元所產(chǎn)生的推力。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點:
[0017]1.采用導(dǎo)管輪緣驅(qū)動，槳葉內(nèi)嵌于皮帶輪轉(zhuǎn)子內(nèi)孔，與傳統(tǒng)技術(shù)相比，導(dǎo)管輪緣驅(qū)動葉根水流速度最小而葉梢水流速度最大，葉梢?guī)лd，有效避免了氣蝕和空泡現(xiàn)象，推進效率尚;
[0018]2.采用皮帶傳遞動力，即減少了傳統(tǒng)軸系傳動帶來的振動噪聲和能耗大等問題，又能避免直接將電機置于水環(huán)境存在的防水密封難題，，具有傳動噪聲小、速度平穩(wěn)和傳遞能耗小等優(yōu)點；
[0019]3.通過鉸接吊柱將推進器懸掛在支架下，測力器鉤掛在鋼柱上，采用杠桿原理即可實時測試推進器推力，比由敞水性能推算推力的傳統(tǒng)方法簡便和精確。
[0020]4.皮帶輪轉(zhuǎn)子內(nèi)孔加工有工藝槽，槳葉形狀和數(shù)目可任意更換，便于開展不同參數(shù)的槳葉對比試驗。
【附圖說明】
[0021 ]圖1是輪緣驅(qū)動螺旋槳推進器試驗裝置實施的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022I圖2是推進單元結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3是端蓋結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖4是支撐環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖中:1.端蓋;2.支撐環(huán);3.軸承;4.皮帶輪轉(zhuǎn)子;5.導(dǎo)管筒;6.槳葉；7.空間“V”型支架;8.承接板;9.中間軸承座；10.二級皮帶；11.中間軸承；12.斜支架；13.—級皮帶；14.第一皮帶輪；15.頂板；16.螺柱；17.吊柱；18.上頂板；19.控制器;20.彈簧測力計;21電機；22.豎板;23.中間軸;24.第二皮帶輪;25.第三皮帶輪;26.底板。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步說明，但不限定本發(fā)明。
[0027]本發(fā)明提供的輪緣驅(qū)動螺旋槳推進器試驗裝置，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括推進單元和支撐單元，支撐單元主要由支撐機構(gòu)、臺架組成，整個推進單元由支撐機構(gòu)懸掛于臺架上。
[0028]所述的支撐機構(gòu)，包括承接板8、空間V型支架7、中間軸承座9、豎板22、斜支架12、頂板15，其中:承接板8與豎板22、豎板22與上頂板18采用四孔螺紋連接，由斜支架12加強連接；中間軸承座9固定于豎板22兩側(cè)?？臻gV型支架7，用于固定推進單元，其通過螺紋連接裝在導(dǎo)管筒5和承接板8之間；該空間V型支架7由兩根位于導(dǎo)管前左側(cè)和導(dǎo)管后右側(cè)的支架構(gòu)成，從導(dǎo)管前或者導(dǎo)管后方向看上去呈V空間V型。上頂板15用于實驗時承擔(dān)整個動力單元和支撐單元，其通過在其四根螺柱穿過處攻螺紋連接裝在四根螺柱16之上。
[0029]所述的臺架，包括上頂板18、底板26、螺柱16、吊柱17、彈簧測力計20，其中:上頂板18與底板26之間的空間由四根螺柱16來實現(xiàn)，螺柱與各板之間采取螺紋連接，同時為彈簧測力計20提供不同的實驗位置。吊柱17采用細鋼絲繩，有兩根，其上端吊在上頂板18上的環(huán)扣上，其下端與頂板15相連，用于實驗時模擬推力使得船舶前進位移的大小。彈簧測力計20裝在螺柱16和頂板15同一水平面上，用于測得推力大小，同時它的位置不唯一，可根據(jù)實驗需要任意更改。
[0030]所述的推進單元，如圖2所示，主要由控制機構(gòu)、傳動機構(gòu)、推進機構(gòu)組成?？刂茩C構(gòu)中的電機21輸出功率通過傳動機構(gòu)傳遞至推進機構(gòu)。
[0031]所述的控制機構(gòu)，包括電機21、控制器19，其中:控制器19用于控制電機的運作，其裝在上頂板18之上，其通過導(dǎo)線與家用電源和電機21相連;本發(fā)明實施例的控制器19選用YK電子/YK-007型號。電機21倒掛安裝于頂板15上，該電機輸出端穿過鉆孔的豎板22與第一皮帶輪14相連。
[0032]所述的傳動機構(gòu)，本發(fā)明的推進單元采用皮帶傳遞動力的方式來節(jié)省傳遞能耗以及降低傳遞振動噪聲。本發(fā)明實施例采用兩級皮帶連接推進機構(gòu)的皮帶輪和控制機構(gòu)的電機21輸出齒輪。該傳動機構(gòu)包括中間軸23、中間軸承11、兩級皮帶、三個皮帶輪，其中:三個皮帶輪分別是第一皮帶輪14、第二皮帶輪24、第三皮帶輪25，它們通過鍵配合和皮帶輪外齒圈向中心打孔兩種固定方式分別裝在電機21輸出軸、豎板22兩側(cè)的中間軸23上。中間軸23通過中間軸承座9固定，分別與豎板22兩邊的第二皮帶輪24和第三皮帶輪25相連。中間軸承11通過過盈配合與中間軸23連接。兩級皮帶是一級皮帶13、二級皮帶10，其中一級皮帶13在豎直方向上裝在第一皮帶輪14和第二皮帶輪24之間，二級皮帶10在豎直方向上裝在第三皮帶輪25和皮帶輪轉(zhuǎn)子4之間。
[0033]所述的推進機構(gòu)，采用輪緣推進方式，用于槳葉旋轉(zhuǎn)時推力的生產(chǎn)與傳遞。該推進機構(gòu)包括端蓋1、支撐環(huán)2、軸承3、皮帶輪轉(zhuǎn)子4、導(dǎo)管筒5、槳葉6;其中:端蓋I表面采取一定形狀的曲面(半徑方向截面曲線為y = kx2)，減小水流的阻力。端蓋I采用空心結(jié)構(gòu)，空心部分的內(nèi)孔壁面攻螺紋，該螺紋與支撐環(huán)2的內(nèi)螺紋相連接。支撐環(huán)2用于傳遞軸承3的推力，如圖4所示，其截面為“L”型結(jié)構(gòu)，其內(nèi)孔部分攻內(nèi)螺紋與端蓋I之間采用螺紋連接;其凸臺部分與軸承3外圈接觸，限制軸承外圈的運動;其非凸起部分與導(dǎo)管筒5端部采用螺釘連接。軸承3與皮帶輪轉(zhuǎn)子4之間采用過盈配合。皮帶輪轉(zhuǎn)子4通過過盈配合與軸承2相連接，其外表面加工齒圈，與二級皮帶10嚙合;其兩端采用軸承3約束，并傳遞推力;其內(nèi)孔部分開有環(huán)槽，環(huán)槽內(nèi)鉆孔攻螺紋，槳葉6底部嵌于環(huán)槽中，并且采用沉頭螺釘將槳葉6緊固在皮帶輪轉(zhuǎn)子4的環(huán)槽中，從而形成皮帶輪轉(zhuǎn)子4在槳葉6輪緣產(chǎn)生驅(qū)動的結(jié)構(gòu)。導(dǎo)管筒5用于形成一定的水流形狀和約束軸承3，其通過空間V型支架7裝在承接板8下面;其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與軸承3、皮帶輪轉(zhuǎn)子4相匹配，其外部設(shè)計成滿足一定水動力性的形狀。
[0034]本發(fā)明提供的輪緣驅(qū)動螺旋槳推進器試驗裝置，用于實驗時，電機21動能被傳遞到皮帶輪轉(zhuǎn)子4上，皮帶輪轉(zhuǎn)子4帶動槳葉6旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生推力，該推力使得推進單元圍繞吊柱鉸接部位轉(zhuǎn)動，由于支柱受彈簧測力計限位，進而測試出推力。其具體工作過程如下:
[0035]從上往下開始，給控制器19接入220V電源，控制器19整流后的直流電被輸送至臥式倒掛安裝的電機21上，該電機輸出端的第一皮帶輪14帶動一級皮帶13轉(zhuǎn)動，一級皮帶13帶動第二皮帶輪24轉(zhuǎn)動，第二皮帶輪24帶動中間軸23轉(zhuǎn)動，其中中間軸23由豎板22兩側(cè)的中間軸承11承擔(dān)，中間軸承11安裝在中間軸承座9上，而中間軸承座9固定在承接板8上表面。因此，同軸的第三皮帶輪25旋轉(zhuǎn)帶動二級皮帶10旋轉(zhuǎn)。二級皮帶10的轉(zhuǎn)動使得皮帶輪轉(zhuǎn)子4開始轉(zhuǎn)動，進而電機動能被傳遞至推進單元。工作時，皮帶輪轉(zhuǎn)子4旋轉(zhuǎn)帶動處于水中的槳葉6旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生推水的作用力，水產(chǎn)生同樣大小的推力反作用于槳葉6，被槳葉6傳遞給皮帶輪轉(zhuǎn)子4，皮帶輪轉(zhuǎn)子傳遞給軸承3，軸承3傳遞至支撐環(huán)2，支撐環(huán)2進而傳遞至推進機構(gòu)本身，推進機構(gòu)本身上的力再作用于支撐機構(gòu)，使得推進單元繞上頂板18與吊柱17鉸鏈連接處產(chǎn)生圓周方向上的角位移，由于吊柱17受到彈簧測力計20限位，結(jié)合推進單元和彈簧測力計20作用點離鉸鏈的距離，根據(jù)杠桿原理可計算出推進單元所產(chǎn)生的推力。
【主權(quán)項】
1.一種輪緣驅(qū)動螺旋槳推進器試驗裝置，其特征是包括推進單元和支撐單元，支撐單元主要由支撐機構(gòu)、臺架組成，整個推進單元由支撐機構(gòu)懸掛于臺架上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪緣驅(qū)動螺旋槳推進器試驗裝置，其特征在于所述的支撐機構(gòu)，包括承接板(8)、空間V型支架(7)、中間軸承座(9)、豎板(22)、斜支架(12)、頂板(15)，其中:承接板(8)與豎板(22)、豎板(22)與上頂板(18)采用四孔螺紋連接，由斜支架(12)加強連接；中間軸承座(9)固定于豎板(22)兩側(cè);空間V型支架(7)通過螺紋連接裝在導(dǎo)管筒(5)和承接板(8)之間;頂板(15)通過螺紋連接裝在臺架的四根螺柱(16)之上。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪緣驅(qū)動螺旋槳推進器試驗裝置，其特征在于所述的臺架，包括螺柱(16)、吊柱(17)、上頂板(18)、彈簧測力計(20)、底板(26)，其中:上頂板(18)與底板(26)之間設(shè)置四根螺柱(16)，螺柱與各板之間采取螺紋連接，同時為彈簧測力計(20)提供不同的實驗位置;采用鉸鏈連接的方式將吊柱(17)懸掛在支撐機構(gòu)的頂板(15)上;彈簧測力計(20) —端固定在吊柱(17)上，另一端固定在螺柱(16)上。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪緣驅(qū)動螺旋槳推進器試驗裝置，其特征在于所述的推進單元，主要由控制機構(gòu)、傳動機構(gòu)、推進機構(gòu)組成;控制機構(gòu)中的電機(21)輸出功率通過傳動機構(gòu)傳遞至推進機構(gòu)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的輪緣驅(qū)動螺旋槳推進器試驗裝置，其特征在于所述的控制機構(gòu)，包括電機(21)、控制器(19)，其中:控制器(19)用于控制電機(21)的運轉(zhuǎn)，其裝在臺架的上頂板(18)之上，其通過導(dǎo)線與家用電源和電機(21)相連；電機(21)倒掛安裝于支撐機構(gòu)的頂板(15)上，該電機輸出端穿過支撐機構(gòu)的豎板(22)的鉆孔與傳動機構(gòu)的第一皮帶輪(14)相連。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的輪緣驅(qū)動螺旋槳推進器試驗裝置，其特征在于所述的傳動機構(gòu)，采用皮帶連接推進機構(gòu)的皮帶輪和控制機構(gòu)的電機(21)輸出齒輪。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的輪緣驅(qū)動螺旋槳推進器試驗裝置，其特征在于所述的推進機構(gòu)，采用導(dǎo)管與輪緣驅(qū)動相結(jié)合的方式產(chǎn)生推進力，減少空泡，提高推進效率。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的輪緣驅(qū)動螺旋槳推進器試驗裝置，其特征在于所述的推進機構(gòu)，包括端蓋(1)、支撐環(huán)(2)、軸承(3)、皮帶輪轉(zhuǎn)子(4)、導(dǎo)管筒(5)、槳葉(6);其中:端蓋(I)表面采用減小水流的阻力的曲面，其內(nèi)部采用空心結(jié)構(gòu)，空心部分的小徑處攻螺紋，該螺紋與支撐環(huán)(2)的內(nèi)螺紋相連接;支撐環(huán)(2)凸臺部分與軸承(3)外圈接觸，限制軸承外圈的運動，其非凸起部分與導(dǎo)管筒(5)端部采用螺釘連接;軸承(3)與皮帶輪轉(zhuǎn)子(4)之間采用過盈配合;皮帶輪轉(zhuǎn)子(4)外表面加工齒圈，與推進單元的傳動機構(gòu)中的二級皮帶(10)嚙合，其兩端受到軸承(3)約束，并傳遞推力，其內(nèi)孔開有環(huán)槽，槳葉(6)底部嵌于環(huán)槽中，并采用沉頭螺釘將槳葉(6)緊固在環(huán)槽中；支撐環(huán)(2)、軸承(3)、和皮帶輪轉(zhuǎn)子(4)均安裝在導(dǎo)管筒(5)中，其外壁安裝V型支架(7)，V型支架(7)另一端安裝在承接板(8)下平面，達到固定導(dǎo)管的目的。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輪緣驅(qū)動螺旋槳推進器試驗裝置，其特征在于所述推進單元產(chǎn)生的推力推動頂板(15)繞吊柱(17)鉸鏈旋轉(zhuǎn)，由于吊柱(17)受到彈簧測力計(20)限位，根據(jù)杠桿原理可計算出推進單元所產(chǎn)生的推力。
【文檔編號】G01M13/00GK106017907SQ201610600115
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月27日
【發(fā)明人】歐陽武, 楊顯照, 段宇興, 潘凌風(fēng), 李燚航, 陳珂, 高書涵, 張昌明, 嚴(yán)新平
【申請人】武漢理工大學(xué)