一种破冰船用螺旋桨装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种破冰船用螺旋桨装置，包括前桨叶、后桨叶，所述前桨叶与后桨叶沿桨轴方向排列布置，并呈叶错角布置，所述前桨叶和后桨叶分别通过叶根螺栓固定连接在桨毂上组成可拆式双级桨叶。本发明专利技术的破冰船用螺旋桨装置，能有效降低每片桨叶受到的冰载荷，与常规的单级桨装置相比，本发明专利技术为双级桨装置，在发出同样推力的条件下，双级桨装置的重量小于单级桨装置，推进效率略有提高，配套的轴系尺寸也可明显减小，对于大功率重型破冰船而言，轴系设计和制造难度可以明显降低。系设计和制造难度可以明显降低。系设计和制造难度可以明显降低。

【技术实现步骤摘要】
一种破冰船用螺旋桨装置


[0001]本专利技术涉及一种破冰船用螺旋桨装置，尤其涉及一种高冰级螺旋桨推进装置。

技术介绍

[0002]随着全球气候变暖，南极和北极冰川逐步融化，北极航线愈加受到重视，多国正在建造破冰船，我国也正在研制极地重型破冰船。破冰船用螺旋桨运行于冰水环境中，频繁受到冰块的撞击作用，故冰级螺旋桨需要特别加厚设计，以满足强度要求。桨叶直径越大，受到的冰载荷越大，桨叶需要设计得越厚。但另一方面，桨叶越厚，计算出的桨叶失效载荷越大，导致螺旋桨轴系需要同步加强设计。对应20MW级的轴功率而言，一般冰级螺旋桨直径超过6m，引起螺旋桨轴径甚至会超过1m，从而带来推进轴系装置制造难度倍增、经济性下降等系列问题。现有冰级螺旋桨装置均为单级桨叶片。相比敞水域航行的常规螺旋桨，冰级螺旋桨需要加厚设计以满足自身的强度要求，但又不能过分加厚，这对冰级螺旋桨尤其是PC2、PC1级高冰级螺旋桨的设计是一个挑战。
[0003]对于高冰级轴桨推进系统，螺旋桨装置通常由四片可拆式定距桨叶片和单独的一只桨毂组成，每片可拆式桨叶通过叶根螺栓实现桨叶法兰与桨毂的紧固。螺旋桨直径越大，盘面比越大，叶片受到的冰载荷约大，叶片需要设计的厚度越大。根据船级社规范经验公式可知，桨叶片受到的最大向后冰载荷与盘面比EAR的0.3次方成正比，与直径D的1.7次方至2.7次方成正比。要尽可能降低叶片厚度，就要降低螺旋桨盘面比和直径，从而降低叶片受到的冰块冲击力。因此，需要专利技术一种双级冰桨装置，与常规的单级冰桨装置相比，在发出同样的推力前提下，可有效降低螺旋桨盘面比和直径，从而可降低叶片冰载荷30％以上。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种破冰船用螺旋桨装置，能有效降低每片桨叶受到的冰载荷，与常规的单级桨装置相比，本专利技术为双级桨装置，在发出同样推力的条件下，双级桨装置的重量小于单级桨装置，推进效率略有提高，配套的轴系尺寸也可明显减小，对于大功率重型破冰船而言，轴系设计和制造难度可以明显降低。
[0005]为了达到上述技术目的，本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种破冰船用螺旋桨装置，包括前桨叶、后桨叶，所述前桨叶与后桨叶沿桨轴方向排列布置，并呈叶错角布置，所述前桨叶和后桨叶分别通过叶根螺栓固定连接在桨毂上组成可拆式双级桨叶。
[0007]进一步，所述前桨叶和后桨叶均有4片桨叶，每片前桨叶和对应后桨叶为一组并通过同一片叶根法兰安装在桨毂上，每只螺旋桨共有8片桨叶和4片叶根法兰。
[0008]进一步，所述后桨叶半径小于前桨叶半径，并在前桨叶半径的90％至96％范围，从而避免后桨叶受到前桨叶产生的梢涡空泡不利影响。
[0009]进一步，所述前桨叶半径为相应单级桨叶半径的90％。
[0010]进一步，所述后桨叶与前桨叶在同样的相对半径位置处的弦长相同，并为单级桨
叶弦长的50％大小，所述后桨叶与前桨叶螺距比相同。
[0011]进一步，所述后桨叶与前桨叶之间的轴向距离为前桨叶半径的0.4倍至0.6倍，使得前后桨叶之间产生有利的水动力干扰，提高推进效率。
[0012]进一步，所述前桨叶和后桨叶的叶错角在0至10度范围，以便冰块能顺畅的通过前后桨叶，向下游移动。
[0013]进一步，每片所述叶根法兰为1/4的圆环，轴向长度比桨毂长度略小，能安装于桨毂上。
[0014]进一步，所述桨毂上设有多个螺孔，与叶根法兰上的螺孔位置一一对应。
[0015]进一步，所述桨毂为整体铸造和加工而成；所述桨毂与前桨叶和后桨叶材料相同，均为不锈钢材料。
[0016]本专利技术的有益效果是：
[0017]本专利技术的破冰船用螺旋桨装置，能有效降低每片桨叶受到的冰载荷，与常规的单级桨装置相比，本专利技术为双级桨装置，在发出同样推力的条件下，双级桨装置的重量小于单级桨装置，推进效率略有提高，配套的轴系尺寸也可明显减小，对于大功率重型破冰船而言，轴系设计和制造难度可以明显降低。
[0018]采用双级螺旋桨装置后，由于桨叶弦长c和厚度t明显减小，桨叶失效载荷F
ex
计算值会大幅降低，螺旋桨装置的重量也会降低，为轴系设计提供了良好的载荷输入条件。在对前桨叶和后桨叶优化设计后，双级螺旋桨装置的推进效率会提高。
附图说明
[0019]图1为可拆式双级螺旋桨装置示意图；
[0020]图2为双级桨叶示意图；
[0021]图3为桨毂示意图；
[0022]图4为双级螺旋桨轴向示意图；
[0023]图5为可拆式单级螺旋桨装置示意图；
[0024]图中：1前桨叶；2后桨叶；3桨帽；4叶根螺栓；5桨毂；6桨轴；7叶根法兰；8单级桨叶片。
具体实施方式
[0025]为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图1至附图4对本专利技术提供的一种破冰船用螺旋桨装置作具体阐述。其中实施例仅用于说明本专利技术而不用于本限制本专利技术的范围，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求的范围。
[0026]如图1所示，本专利技术的一种破冰船推进用双级桨装置，包括4片双级桨叶(共8片桨叶)、一只桨毂5和一只桨帽3，以及若干用于固定桨叶和桨毂5的叶根螺栓4。
[0027]如图2所示，每片双级桨叶可单独拆卸，有着共同的叶根法兰7，叶根法兰7上布置了多个螺孔。叶根法兰4为1/4的圆环，轴向长度比桨毂5长度略小，可安装于桨毂上5。每片双级桨叶都是整体铸造和加工的，通常为不锈钢材料。
[0028]如图3所示，桨毂5上设有多个螺孔，与叶根法兰7上的螺孔位置一一对应。桨毂5是
整体铸造和加工的，材料与桨叶相同，通常为不锈钢材料。
[0029]前桨叶1半径一般为对应单级桨半径的90％左右，后桨叶2半径大小在前桨叶1半径的90％至96％范围，从而避免后桨叶受到前桨叶产生的梢涡空泡不利影响。
[0030]在同样的相对半径位置，后桨叶2与前桨叶1的弦长基本相同，一般取为对应单级桨叶弦长的50％左右。后桨叶2与前桨叶的1螺距比基本相同，根据要吸收的轴功率大小匹配设计得到。后桨叶2与前桨叶1转速相同，转向相同，前桨叶1吸收的功率明显大于后桨叶。
[0031]后桨叶2与前桨叶1沿桨轴方向排列布置，前桨叶1和后桨叶2的轴向距离约为前桨叶半径的0.4倍至0.6倍，使得前后桨叶之间产生有利的水动力干扰，提高推进效率。
[0032]前、后桨叶1，2的叶错角在零度至10度范围，以便冰块能顺畅的通过前后桨叶，向后方移动。如图4所示，在某一具体的轴向位置，由于桨叶面积减小，相邻两片桨叶之间的周向间距增大，更加有利于冰块向下游移动。
[0033]如图5所示的现有单级螺旋桨装置，通常由4片桨叶组成，单叶片直径大，盘面积大，受到的冰载荷就更大，从而要求叶片更厚。每片桨叶需要承担1/4的轴功率，并发出所需总推力的1/4。桨叶失效载荷F
ex
与桨叶根部的弦长c成正比本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种破冰船用螺旋桨装置，其特征在于：包括前桨叶、后桨叶，所述前桨叶与后桨叶沿桨轴方向排列布置，并呈叶错角布置，所述前桨叶和后桨叶分别通过叶根螺栓固定连接在桨毂上组成可拆式双级桨叶。2.根据权利要求1所述的破冰船用螺旋桨装置，其特征在于：所述前桨叶和后桨叶均有4片桨叶，每片前桨叶和对应后桨叶为一组并通过同一片叶根法兰安装在桨毂上，每只螺旋桨共有8片桨叶和4片叶根法兰。3.根据权利要求1所述的破冰船用螺旋桨装置，其特征在于：所述后桨叶半径小于前桨叶半径，并在前桨叶半径的90％至96％范围，从而避免后桨叶受到前桨叶产生的梢涡空泡不利影响。4.根据权利要求1所述的破冰船用螺旋桨装置，其特征在于：所述前桨叶半径为相应单级桨叶半径的90％。5.根据权利要求1所述的破冰船用螺旋桨装置，其特征在于：所述后桨叶与前桨叶在同样的相对半径位置处的弦长相同，并为单级桨...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁举，吴刚，张恒，孔为平，刘正浩，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七，
类型：发明
国别省市：