技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種螺旋槳；例如由RU 2094304C1中已知這種螺旋槳。

背景技術(shù)：

在螺旋槳、特別是船用螺旋槳運(yùn)行時(shí)(經(jīng)常也稱為“船用螺旋槳”)，從一定的轉(zhuǎn)數(shù)開始可能就會(huì)在螺旋槳上產(chǎn)生氣穴現(xiàn)象。在船用螺旋槳的情況下，在螺旋槳葉片的推進(jìn)側(cè)(或者說前側(cè))上形成很大的過壓，與此同時(shí)在螺旋槳葉片的后側(cè)上形成低壓，低壓在那里導(dǎo)致水的蒸發(fā)。

在超氣蝕(superkavitierenden)的螺旋槳中，有目的性地利用氣穴現(xiàn)象利用非常小的流阻引導(dǎo)物體穿過液體。為此，例如在US4 188 906A中所描述的那樣，在較高的轉(zhuǎn)數(shù)下，向葉片的后側(cè)輸送空氣，以便讓螺旋槳進(jìn)入超氣蝕狀態(tài)。

然而，除此之外，氣穴現(xiàn)象在大部分情況下被視為不希望發(fā)生的問題，因?yàn)槠鋵?dǎo)致水中空心區(qū)域的形成和消釋，并且因此導(dǎo)致壓力波動(dòng)，這能夠造成葉片侵蝕的后果。此外，通過氣穴現(xiàn)象產(chǎn)生聲波信號(hào)，其在各種應(yīng)用場合下形成干擾，并且可能形成運(yùn)行局限。于是，在使用船只作為考察船時(shí)，聲波信號(hào)會(huì)干擾水中的測量。此外，這些噪聲還可能干擾海洋動(dòng)物，由此例如可能局限游輪或渡輪的運(yùn)動(dòng)半徑。在水下船只的情況下，聲波信號(hào)可能導(dǎo)致水下船只的可偵測性提高。

類似的問題在推進(jìn)器中也可能產(chǎn)生，該推進(jìn)器將存在于運(yùn)動(dòng)的流體中的能量轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，并且由此驅(qū)動(dòng)例如像發(fā)動(dòng)機(jī)或泵那樣的工作機(jī)器。

另一方面已經(jīng)已知的是，通過有目的性地為螺旋槳葉片造型來減少氣穴現(xiàn)象。然而，借此無法完全避免氣穴現(xiàn)象。

由RU 2094304 C1中已知，葉片配置有通道，這些通道由葉片的前側(cè)向后側(cè)延伸，并且水能夠穿過通道從葉片的前側(cè)流向后側(cè)。在這種水輸送裝置的幫助下，能夠增加后側(cè)上的壓力，并且因此后側(cè)上的低壓正好不再達(dá)到對于形成氣穴來說臨界的水平。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

從這一點(diǎn)出發(fā)，本發(fā)明的目的是，這樣改進(jìn)螺旋槳，即，其在氣穴現(xiàn)象沒有顯著提高的情況下還更好地適應(yīng)運(yùn)行的實(shí)踐。

根據(jù)本發(fā)明，該目的的解決方案由此達(dá)成，即，用于輸送液體的裝置(20)包括通道(6)，通道在葉片(3)中向葉片的后側(cè)延伸。

在此，本發(fā)明從以下認(rèn)識(shí)出發(fā)，即，由于后側(cè)上壓力升高，一部分推動(dòng)力丟失，由此特別是在轉(zhuǎn)數(shù)低的情況下局限加速或驅(qū)動(dòng)能力。但是，另一方面，在轉(zhuǎn)數(shù)低的情況下，氣穴現(xiàn)象也相對較小，并且為了避免氣穴現(xiàn)象需要像在轉(zhuǎn)數(shù)高時(shí)那么大的壓力提升。

利用根據(jù)本發(fā)明提出的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)能夠有目的性地影響后側(cè)上的壓力提升。在螺旋槳或推進(jìn)器的轉(zhuǎn)數(shù)較小的情況下，與在轉(zhuǎn)數(shù)較大的情況下相比那么就能夠有目的性地完全不會(huì)造成后側(cè)上的壓力提升，或者造成后側(cè)上的壓力提升較小。在螺旋槳或推進(jìn)器的轉(zhuǎn)數(shù)小、不形成氣穴危險(xiǎn)的情況下，由于壓力提升較小，就能夠基本上利用全部的推動(dòng)力或驅(qū)動(dòng)力。這正是在船只中很重要的，這些船只在那些在危險(xiǎn)情況下必須能夠盡快地離開其位置。相反，在相比較地轉(zhuǎn)數(shù)較高同時(shí)氣穴危險(xiǎn)相應(yīng)較大的情況下，通過輸送相應(yīng)更大量的液體到葉片的后側(cè)實(shí)現(xiàn)更大的壓力提升，并且因此可靠地避免氣穴現(xiàn)象。

按照根據(jù)本發(fā)明的解決方案，用于輸送液體的裝置包括在葉片中向葉片后側(cè)延伸的通道。由此能夠向后側(cè)特別簡單地輸送液體，使液體分布在后側(cè)上。

在一種特別有利的設(shè)計(jì)方案中，通道分別從葉片的前側(cè)向葉片的后側(cè)延伸，并且每個(gè)通道作為調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括至少部分地關(guān)閉通道的關(guān)閉件。利用這種關(guān)閉件就能夠有目的性地在螺旋槳或推進(jìn)器的轉(zhuǎn)數(shù)小時(shí)關(guān)閉通道，并且在轉(zhuǎn)數(shù)高時(shí)打開。

可替換地，通道中的多個(gè)也可以與共同的供給通道連接，并且該供給通道可以包括用于至少部分地關(guān)閉通道的關(guān)閉件作為調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。優(yōu)選地，供給通道就布置在螺旋槳或推進(jìn)器的輪轂中。于是其就例如能夠與輪轂內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)開口連接，并且由此供給液體。

關(guān)閉件例如能夠以活門或頂蓋的方式布置在葉片或輪轂的外表面上。但是也能夠以滑塊或閥的形式類似于隔板地(Schott)布置在葉片或輪轂的內(nèi)部或者說集成到其中。

根據(jù)一種有利的設(shè)計(jì)方案，涉及一種可運(yùn)動(dòng)的關(guān)閉件，也就是說，該關(guān)閉件能夠從第一位置移動(dòng)到第二位置，其中，關(guān)閉件相比第一位置在第二位置上時(shí)更少地關(guān)閉或者完全不關(guān)閉通道。

因此優(yōu)選地，關(guān)閉件能運(yùn)動(dòng)地這樣安裝在葉片中，即，在葉片運(yùn)行地旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過作用在關(guān)閉件上的離心力和/或作用在關(guān)閉件上的慣性力實(shí)現(xiàn)關(guān)閉件從第一位置到第二位置的運(yùn)動(dòng)。于是為了關(guān)閉件的運(yùn)動(dòng)不需要外部的能量。在此，基本的考慮在于，氣穴危險(xiǎn)正好在轉(zhuǎn)數(shù)較高時(shí)最大，其中離心力或者說慣性力也最大。因此，這些力能夠有目的性地用于打開關(guān)閉件，并且因此打開通道。于是這是一種“被動(dòng)的”系統(tǒng)，也就是說，為了關(guān)閉件運(yùn)動(dòng)到第二位置不需要附加的外部能量。

這對于螺旋槳或者推進(jìn)器的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向而言在構(gòu)造上能夠簡單地由此實(shí)現(xiàn)，即，將關(guān)閉件相對于葉片的運(yùn)行的旋轉(zhuǎn)軸線在徑向朝外的方向上能運(yùn)動(dòng)地安裝在葉片中。于是只能使用離心力讓關(guān)閉件運(yùn)動(dòng)到第二位置。

如果關(guān)閉件與彈簧元件連接，該彈簧元件在關(guān)閉件從第一位置運(yùn)動(dòng)到第二位置時(shí)向關(guān)閉件在第一位置的方向上施加力，只要作用于關(guān)閉件的離心力和/或慣性力由于轉(zhuǎn)數(shù)下降而比作用于關(guān)閉件的彈簧力更小，就能夠自動(dòng)地引導(dǎo)關(guān)閉件回到第一位置。因此，關(guān)閉件返回到第一位置的運(yùn)動(dòng)也純粹是被動(dòng)的，也就是說不需要附加的外部能量。

可替換地，為了關(guān)閉件從第一位置運(yùn)動(dòng)到第二位置，可以存在調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)件。調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)件例如可以是電動(dòng)的或者液動(dòng)的調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)件。

由此能夠個(gè)別地并且不依賴于螺旋槳或推進(jìn)器的轉(zhuǎn)數(shù)地設(shè)置通道的敞開程度。

根據(jù)另一種可替換的設(shè)計(jì)方案，通道中的多個(gè)與共同的供給通道連接，并且該供給通道又與作為調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的、用于液體的輸送泵連接。

作為優(yōu)點(diǎn)，這種用于輸送液體的裝置包括至少一個(gè)用于測定螺旋槳或推進(jìn)器的氣穴噪聲的傳感器。借助這種傳感器，只有當(dāng)噪聲超過預(yù)定的界限值時(shí)，才能激活向葉片后側(cè)的液體輸送。此外，總是這樣設(shè)置向葉片后側(cè)的水輸送，即，葉片上形成的低壓正好不再達(dá)到對于氣穴形成來說臨界的水平。由此能夠?yàn)榱吮苊鈿庋ìF(xiàn)象利用仍然可供使用的最大推動(dòng)力或驅(qū)動(dòng)力。該至少一個(gè)傳感器例如能夠布置在螺旋槳或推進(jìn)器輪轂上。

附圖說明

以下根據(jù)實(shí)施例在附圖中更詳盡地闡述本發(fā)明。附圖示出：

圖1是由現(xiàn)有技術(shù)中已知的螺旋槳的俯視圖，

圖2是沿著線II穿過圖1的螺旋槳的葉片的截面圖，

圖3是由具有關(guān)閉的通道的根據(jù)本發(fā)明的螺旋槳的推進(jìn)器葉片的局部圖，

圖4是具有敞開的通道的圖3的局部圖，

圖5是根據(jù)本發(fā)明的螺旋槳或推進(jìn)器，

圖6是根據(jù)本發(fā)明的螺旋槳或推進(jìn)器的葉片，具有用于關(guān)閉通道的調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)件，

圖7是根據(jù)本發(fā)明的螺旋槳或推進(jìn)器，具有通過輪轂中的開口供給的供給通道，

圖8是根據(jù)本發(fā)明的螺旋槳或推進(jìn)器，具有與輸送泵連接的供給通道。

具體實(shí)施方式

圖1示出由現(xiàn)有技術(shù)中已知的螺旋槳1的俯視圖，其包括螺旋槳輪轂2和多個(gè)固定其上的螺旋槳葉片3。螺旋槳葉片3僅簡化示出，并且在實(shí)踐中具有明顯更復(fù)雜的形狀。螺旋槳1和固定其上的葉片3在螺旋槳1運(yùn)行時(shí)圍繞著旋轉(zhuǎn)軸線9旋轉(zhuǎn)。

螺旋槳1例如用于推進(jìn)船只，于是經(jīng)常也稱為“船用螺旋槳”。

正如也在圖2中所示的沿著線II-II穿過螺旋槳葉片3的截面圖中所示的那樣，每個(gè)螺旋槳葉片3都具有前側(cè)4，有時(shí)候也稱為“推進(jìn)側(cè)”，和后側(cè)5，有時(shí)候也稱為“吸力側(cè)”或者“低壓側(cè)”。螺旋槳1具有用于以多個(gè)從前側(cè)4向后側(cè)5延伸的通道6的形式將水輸送到后側(cè)5的裝置20，這些通道平行于旋轉(zhuǎn)軸線9橫向穿過每個(gè)葉片3延伸。在螺旋槳1運(yùn)行時(shí)，水能夠通過這些通道6從前側(cè)4流向后側(cè)5，由此提高葉片后側(cè)上的壓力(或者說低壓減少)，并且因此能夠阻止后側(cè)5上的氣穴現(xiàn)象。

在圖3至5中所示的根據(jù)本發(fā)明的螺旋槳1的實(shí)施例中，在葉片3中，這些通道6能夠通過關(guān)閉件7關(guān)閉。由此關(guān)閉件用作調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，用于調(diào)節(jié)向葉片后側(cè)的水的輸送。在圖3中，為此示出了來自根據(jù)本發(fā)明的螺旋槳的螺旋槳葉片3的局部圖，其具有由關(guān)閉件7關(guān)閉的通道6。關(guān)閉件7以隔板的形式構(gòu)造而成，其布置在葉片3中，并且集成到其中。關(guān)閉件7能夠從圖3所示的第一位置11(其中，其完全關(guān)閉通道6)，運(yùn)動(dòng)到圖4中所示的第二位置12上(其中，通道6未關(guān)閉)。關(guān)閉件7為此借助引導(dǎo)件8能運(yùn)動(dòng)地安裝在葉片3中。在此這樣安裝，即，由于葉片3運(yùn)行時(shí)圍繞旋轉(zhuǎn)軸線9旋轉(zhuǎn)(見圖1和圖5)通過作用在關(guān)閉件7上的離心力和/或作用在關(guān)閉件上的慣性力實(shí)現(xiàn)關(guān)閉件7從第一位置11到第二位置12的運(yùn)動(dòng)。

在轉(zhuǎn)數(shù)低并且因此離心力和/或慣性力小的情況下，關(guān)閉件7保留在圖3所示的第一位置11上，并且關(guān)閉通道6，而其在轉(zhuǎn)數(shù)越來越高并且因此離心力和/或慣性力越來越大的情況下運(yùn)動(dòng)到圖4中所示的在通道6以外的第二位置12上，在該第二位置中通道6未關(guān)閉。

因?yàn)樵谵D(zhuǎn)數(shù)低時(shí)通道6關(guān)閉，所以對于這個(gè)轉(zhuǎn)數(shù)范圍來說，可以使用全部的推進(jìn)力或驅(qū)動(dòng)力。這對于氣穴現(xiàn)象來說也可以毫無危險(xiǎn)，因?yàn)樵谶@個(gè)范圍內(nèi)也不存在大的氣穴危險(xiǎn)。因此，能夠在低轉(zhuǎn)數(shù)的范圍內(nèi)在沒有氣穴危險(xiǎn)的情況下避免推進(jìn)力或驅(qū)動(dòng)力損耗，在這個(gè)范圍內(nèi)，這些損耗能夠特別明顯地注意到，并且例如損耗船只的加速能力。反過來，在高轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)(這時(shí)的氣穴危險(xiǎn)最大)通道6打開，由此能夠在這里在對推進(jìn)力或驅(qū)動(dòng)力僅僅有較小的限制的情況下避免氣穴現(xiàn)象。

為了將關(guān)閉件7在低轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)保持在第一位置11上，或者說為了在轉(zhuǎn)數(shù)下降時(shí)引導(dǎo)關(guān)閉件7從第二位置12返回到第一位置11上，關(guān)閉件7與彈簧元件10連接。該彈簧元件10在從第一位置11運(yùn)動(dòng)到第二位置12時(shí)和在第二位置12上時(shí)對關(guān)閉件7在第一位置11的方向上施加力。在此這樣設(shè)計(jì)彈簧元件10，即，只有從開始存在較高的氣穴風(fēng)險(xiǎn)的轉(zhuǎn)數(shù)開始，關(guān)閉件7才能運(yùn)動(dòng)，也就是說，只有從這個(gè)時(shí)間點(diǎn)開始，作用在關(guān)閉件7上的彈簧力才小于作用在關(guān)閉件7上的離心力和/或慣性力。

為了利用離心力和/或慣性力使關(guān)閉件7運(yùn)動(dòng)，關(guān)閉件7(如圖5中所示地)在相對于螺旋槳1或葉片3的旋轉(zhuǎn)軸線9徑向地直至切線地朝外的(也就是說在離開旋轉(zhuǎn)軸線9的)的方向上可運(yùn)動(dòng)地通過引導(dǎo)件8安裝在葉片3中。這個(gè)范圍在圖5中用夾角α標(biāo)出。

然而，如果要能夠在具有不同旋轉(zhuǎn)方向的螺旋槳1中使用該螺旋槳葉片3，優(yōu)選地放棄使用慣性力，并且單獨(dú)通過離心力使關(guān)閉件7運(yùn)動(dòng)。關(guān)閉件7就相對于螺旋槳1或葉片3的旋轉(zhuǎn)軸線9僅僅在徑向朝外的方向上可運(yùn)動(dòng)地通過引導(dǎo)件8安裝在葉片3中。

正如圖6中所示的那樣，作為通過離心力和/或慣性力的代替，關(guān)閉件7也能夠通過調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)件21由第一位置11運(yùn)動(dòng)到第二位置12上。調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)件21例如可以是電動(dòng)的或者液動(dòng)的調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)件。在圖6所示的實(shí)施例中，關(guān)閉件7以可運(yùn)動(dòng)的擋板22的形式構(gòu)成，其具有和通道6的直徑一樣的開口23。于是，擋板22又與調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)件21連接。利用調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)件21能夠單獨(dú)地并且不依賴于螺旋槳1或推進(jìn)器的轉(zhuǎn)數(shù)地設(shè)置通道6的敞開程度。用于調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)件21的電能例如可以感應(yīng)地傳輸?shù)捷嗇?或葉片3中。

在圖7中所示的實(shí)施例中，用于將水輸送到葉片3后側(cè)的裝置20具有朝葉片后側(cè)5延伸的通道6，其與共同的供給通道24連接，該供給通道布置在螺旋槳1或推進(jìn)器的輪轂2中，并且能夠通過輪轂2中的開口25供給水，水在運(yùn)行時(shí)環(huán)流過螺旋槳1或驅(qū)動(dòng)件。在供給通道24中，作為輸送水的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)布置有關(guān)閉件26，用于至少部分地關(guān)閉通道24。關(guān)閉件26例如以閥的形式構(gòu)成，其能夠通過電調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)件27操縱。用于調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)件的電能例如能夠感應(yīng)地傳輸?shù)捷嗇?中。

在圖8中所示的實(shí)施例中，供給通道24與輸送泵28連接，該輸送泵作為調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)用于調(diào)節(jié)向葉片3后側(cè)5的水的輸送。用于輸送水的裝置20此外還包括用于測定螺旋槳1上的氣穴噪聲的傳感器29、用于驅(qū)動(dòng)輸送泵28的驅(qū)動(dòng)裝置30和與傳感器29和驅(qū)動(dòng)裝置30連接的控制和/或調(diào)節(jié)裝置31，用于控制和/或調(diào)節(jié)向葉片3后側(cè)的水的輸送。借助傳感器29能夠有目的性地只有當(dāng)噪聲超過預(yù)定的極限值時(shí)，才激活向葉片3后側(cè)的水的輸送。此外還能夠通過控制和/或調(diào)節(jié)裝置31這樣設(shè)置水輸送，即，葉片3上形成的低壓正好不再達(dá)到對于氣穴形成來說臨界的水平。由此能夠利用為了避免氣穴現(xiàn)象仍然供使用的最大推動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)力。傳感器29例如可以布置在螺旋槳或推進(jìn)器輪轂2上。輸送泵28、驅(qū)動(dòng)裝置30和控制和/或調(diào)節(jié)裝置31可以布置在輪轂2和例如在船體內(nèi)的與輪轂2連接的軸32之外。輸送泵28能夠通過對于專業(yè)技術(shù)人員來說常見的流體的連接件與供給通道24連接。