一种可使同型桨叶具备适伴流效果的可拆卸桨的制作方法

1.本发明涉及一种可使同型桨叶具备适伴流效果的可拆卸桨，具体涉及一种可实现同型桨叶差异化安装的可拆卸桨，属于船舶装备技术领域。


背景技术：

2.极地航行船舶因为航行过程中常常发生冰与桨的碰撞事件，容易造成桨叶的损坏，出于更换及维修的方便，常采用可拆卸螺旋桨，当某一片桨叶发生损坏时，可方便地拆卸并替换该片桨叶。对此，极地航行船舶在备品中常常需要储备单片桨叶。同时，极地航行船舶由于具有破冰需求，船舶推进功率相比于不具备破冰需求的船舶大，因此其推进方式常采用多桨推进。常见的多桨推进配置方案是三桨推进，即船舶中纵剖面位置布置一个中桨，两边各布置一个边桨。多桨推进配置方案可能带来的问题是不同位置的螺旋桨处于不同的船后伴流之中(见图1)，导致不同位置的螺旋桨产生的推力以及需要的扭矩不同。以三桨推进方案为例，如果中桨和边桨采用同一型叶片，那么两者发出的推力以及需要的扭矩不同，从推进系统的协调性及匹配性出发，这需要内外桨采用不同的转速，甚至需要针对中桨及边桨选用不同型号的轴系和主机，而这无疑对设备的选型及后期维护保养带来额外的负担。
3.从轴系及主机的选型及维修保养的方便性出发，为满足整船不同螺旋桨采用同一型号的轴系及主机的目的，要求处于不同伴流中的螺旋桨需要的扭矩及发出的推力接近。对于这种技术要求，目前公开的技术是采用差异化的桨叶设计方案，即处于不同位置的螺旋桨，根据当地的平均伴流分数设计桨叶的螺距，从而保证不同位置的螺旋桨有接近的需求扭矩并发出接近的推力。但是，这种技术途径可能带来以下问题：一是桨叶的制造过程需要不同的模具及工装，无疑增加了桨叶的制造费用；二是船舶必须针对每一型桨叶准备对应的备件，既占用了船上宝贵的运载力，又增加了备件管理的复杂性。


技术实现要素：

4.本发明的目的是：针对现有极地多桨推进船舶差异化螺旋桨设计方案带来的螺旋桨制造费用高及备件管理复杂的问题，本发明提出一种可使同型桨叶具备适伴流效果的可拆卸桨，这种可拆卸桨桨叶具有完全相同的外形，通过对桨毂及叶根法兰的特殊设计，可实现差异化的安装效果，从而实现在不同的伴流中螺旋桨具有接近的需求扭矩并发出接近的推力。
5.为了实现上述目的，本发明提供了一种可使同型桨叶具备适伴流效果的可拆卸桨，包括桨叶、桨毂和用于将桨叶的根部与桨毂相连接的叶根法兰，其中，所述桨毂沿外侧毂面开设有叶根法兰安装槽，所述叶根法兰安装槽设为由两个同心球面和两个同心圆锥面组成的阶梯锥形槽，两个所述的同心球面分别为阶梯锥形槽的底面和阶梯所处的虚拟球面；所述同心球面和同心圆锥面的顶点重合于桨毂中心轴线和桨叶参考线的交点处。
6.优选地，所述叶根法兰的四周边缘部设有用于紧固桨叶的第一螺栓孔，所述桨毂
上设有与第一螺栓孔一一对应的第二螺栓孔，所述第一螺栓孔和第二螺栓孔通过螺栓和螺母紧固连接。
7.本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
8.(1)本发明的可使同型桨叶具备适伴流效果的可拆卸桨通过设有独特的法兰安装槽，法兰安装槽由同心球面和圆锥面构成的阶梯环形安装槽，球面的球心和圆锥面的顶点重合，并且位于桨叶参考线和轴线的交汇处，保证了桨叶和桨毂在以桨叶参考线为旋转轴的任意相对安装角度下仍能够完美匹配，从而可以实现通过桨叶和桨毂的差异化安装实现多桨船螺旋桨适伴流效果；
9.(2)本发明可在不用改变桨叶外形的前提下，实现针对不同伴流的螺旋桨差异化设计；在螺旋桨的加工过程中，仅需制造一套桨叶模具及工装，减少螺旋桨制造费用并缩短制造周期；同时，船上仅需备用一种型号的桨叶，一方面节省宝贵的运载力，一方面减少备品管理的复杂度；此外，由于具有适伴流设计效果的螺旋桨需求扭矩及发出的推力接近，可采用同一种型号的主机及轴系，在降低设计难度的同时也有利于后期保养及维修的方便。
附图说明
10.图1为现有的三桨推进船舶中桨(左)及边桨(右)的前方伴流场示意图；
11.图2为本发明的可拆卸桨的整体结构示意图；
12.图3为可拆卸桨叶及叶根法兰的示意图；
13.图4为桨毂的示意图；
14.图5为叶根法兰安装槽形状；
15.图6为桨叶和桨毂配合图；
16.图7为桨叶和桨毂的变换角度安装示意图；
17.附图标记：1.桨叶；2.叶根法兰；3.桨毂；2-1.第一螺栓孔；3-1.第二螺栓孔；3-2.法兰安装槽。
具体实施方式
18.为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
19.实施例
20.一种可使同型桨叶具备适伴流效果的可拆卸桨，如图2～4所示，其包括桨叶1、桨毂3和用于将桨叶1根部与桨毂3相连接的叶根法兰2，其中，叶根法兰2上设有用于紧固桨叶的第一螺栓孔2-1；桨毂3上设有第二螺栓孔3-1和叶根法兰安装槽3-2。所述第一螺栓孔2-1和第二螺栓孔3-1通过螺栓和螺帽紧固连接后桨叶1安装到叶根法兰安装槽3-2上。
21.如图5所示，叶根法兰安装槽3-2是阶梯环形槽，其底面为两个同心球面，其环形面为两个同心圆锥面，球心和圆锥面顶点重合于桨毂中心轴线和桨叶参考线(螺旋桨桨叶参考线是一条桨叶建模基准线，从叶根贯穿至叶梢。)交点处(图5中o点)，叶根法兰2的形状与叶根法兰安装槽3-2完全匹配。从而保证叶根法兰与法兰安装槽能够在以桨叶参考线为旋转轴的任意相对角度下完美匹配。球面半径由桨毂直径及可拆卸桨叶片数确定，确定原则是能够在桨毂上布置所有桨叶。叶根法兰形状与桨毂上的叶根法兰安装槽完全匹配，如图6所示。
22.得益于叶根法兰及法兰安装槽在以桨叶参考线为旋转轴的任意相对角度下仍完全贴合的几何特点，当需要匹配不同伴流的时候，不需要对桨叶的外形进行修改，只需要改变桨毂上法兰安装槽上螺栓孔的定位角度，便可改变桨叶和桨毂的相对安装角度，实现不同位置螺旋桨螺旋桨的适伴流效果，如图7所示。桨叶和桨毂的相对旋转角度在螺旋桨的设计过程中通过数值计算或者模型试验等方法确定。例如，针对三桨船中桨所在的伴流场，设计中桨的螺距角，进而确定桨毂和桨叶的相对旋转角度，从而确定中桨桨毂法兰安装槽上螺栓孔的定位，对于边桨，也通过同样的流程确定桨毂上法兰安装槽螺栓孔的定位。
23.本发明的可使同型桨叶具备适伴流效果的可拆卸桨可应用于如下场景：
24.对于多桨航行船，中桨位置往往具有较大的伴流分数，相比于边桨的安装，可减小桨叶和桨毂以桨叶参考线为旋转轴的相对旋转角度，从而实现中桨和边桨具有接近的需求扭矩并发出接近的推力这一目标。
25.以上所述，仅为本发明的部分实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。


技术特征：
1.一种可使同型桨叶具备适伴流效果的可拆卸桨，其特征在于，包括桨叶、桨毂和用于将桨叶的根部与桨毂相连接的叶根法兰，其中，所述桨毂沿外侧毂面开设有叶根法兰安装槽，所述叶根法兰安装槽设为由两个同心球面和两个同心圆锥面组成的阶梯锥形槽，两个所述的同心球面分别为阶梯锥形槽的底面和阶梯所处的虚拟球面；所述同心球面和同心圆锥面的顶点重合于桨毂中心轴线和桨叶参考线的交点处。2.如权利要求1所述的可使同型桨叶具备适伴流效果的可拆卸桨，其特征在于，所述叶根法兰的四周边缘部设有用于紧固桨叶的第一螺栓孔，所述桨毂上设有第二螺栓孔，所述第一螺栓孔和第二螺栓孔通过螺栓和螺母紧固连接。

技术总结
本发明公开了一种可使同型桨叶具备适伴流效果的可拆卸桨。本发明的可拆卸桨包括桨叶、桨毂和用于将桨叶的根部与桨毂相连接的叶根法兰，其中，所述桨毂沿外侧毂面开设有叶根法兰安装槽，所述叶根法兰安装槽设为由两个同心球面和两个同心圆锥面组成的阶梯环形槽，所述同心球面和同心圆锥面的顶点重合于桨毂中心轴线和桨叶参考线的交点处。该可拆卸桨通过设有独特的法兰安装槽，保证了桨叶和桨毂在以桨叶参考线为旋转轴的任意相对安装角度下仍能够完美匹配，从而可以实现通过桨叶和桨毂的差异化安装实现多桨船螺旋桨适伴流效果。本发明可在不用改变桨叶外形的前提下，实现针对不同伴流的螺旋桨差异化设计。同伴流的螺旋桨差异化设计。同伴流的螺旋桨差异化设计。


技术研发人员：刘正浩 李恒 文潇 丁举 张东江 王路逸
受保护的技术使用者：中国船舶集团有限公司第七
技术研发日：2022.11.28
技术公布日：2023/3/21