一种船舶推进系统及船舶的制作方法

本发明涉及一种船舶推进系统及船舶，属于船舶领域。

背景技术：

传统认知为船舶航行时的阻力主要来自两方面，一是船首劈波斩浪时的碰波和兴波阻力，二是船身与水的摩擦阻力和粘滞阻力。一般认为船首碰波和兴波阻力是船舶航行阻力的主要方面。

采用现有螺旋桨推进方式的水面机动船舶在航行时由于船体前移兴波，使得船艏前相当范围内的水面被抬升(如图18所示高水位0及所兴的波和低水位00及船舶尾波)。而且船体吃水横截面越大航速越快，船首前水面升高的幅度和范围就越大，兴波也越高越广(这也是航速增加和推进耗能增加不呈线性关系的重要原因之一)。这种“后推前顶”推进模式并非经济、合理的船舶推进方式。

水下船舶在航行时艏前区水压同样高于艉区，也存在螺旋桨的一切缺陷。

首先，现用螺旋桨工作时桨叶的切线速度最大部分，也是工效最高的部分，都在远离动力输出点(轴、桨毂)的叶梢(或附近)，从结构和材料利用的角度来说，这是不合理的。

现用螺旋桨直径的扩大，受到船体吃水深度和自身结构缺陷的限制，所以从某种程度上说螺旋桨推进方式限制了船舶推进功率的增加。

此外，现用螺旋桨的形状以及布置在船体外的特点，使其容易被渔网、水草等缠绕，以及遭遇水下硬物碰撞、恶意攻击等等。

其次，以往虽然有人提过“从船头进水船尾喷水”的推进设想，但因拟采用的推进装置无法满足大流量要求而不可行，加上布置纵贯全船输水通道的相关设想均不切实际，所以通过“从船头进水船尾喷水”以减少船舶兴波阻力的设想，事实上已经无奈的成为一句纸上谈兵的空话。

因此，为达到减少船舶航行阻力提高效率的目的，消除传统船舶使用螺旋桨推进方式的缺陷，迫切需要一种新型的船舶以及与其配套的船舶推进装置问世。

技术实现要素：

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种为减少船舶航行阻力提高效率，消除传统船舶使用螺旋桨推进方式的缺陷，通过采用一种新型船舶推进系统及使用该船舶推进系统的船舶，来达到减少船舶航行阻力提高效率且更易于操控的效果。

本发明提供了一种船舶推进系统，采用船舷喷水推进方式，具有一套设置在船体内中前部的筒桨推进器或两套分设在船体内中前部两侧的筒桨推进器，具有这样的特征，包括：进水口群，包括多个进水口，设置在船舶的船首空载吃水线下大角度迎水面区域；进水口归拢腔，与进水口群连通，用于汇集从进水口进入的水；进水通道，与进水口归拢腔连通；筒桨推进器，与进水通道连通，用于给船舶提供推进力；机脚，固定设置在船体内，用于支撑筒桨推进器；出水通道，与筒桨推进器相连，用于接收从筒桨推进器中排出的水；船舷喷水口，为竖长横窄紧贴船舷轮廓线之内的矩形装置，设置在从船首部吃水线下船舷外轮廓线与船纵轴线的夹角小于3度处开始，到超过船舷最大吃水型宽处为止的纵向区间内，空载吃水线下的船舷任何位置，与出水通道连通，用于向后喷水；以及船舷凹槽，设置在船舷喷水口后方，便于从船舷喷水口喷出的水少受船体阻力向后流出。

在本发明提供的船舶推进系统中，还可以具有这样的特征：其中，筒桨推进器为大流量筒桨推进器，大流量筒桨推进器包括：桨筒，呈筒状，内部具有空腔；桨叶，固定设置在桨筒空腔内；推力传递环，套设在桨筒外部；径向轴承，用于承载桨筒传来的径向力转动；推力轴承，与推力传递环抵接，用于向船舶传递推力；以及传动装置，包括从动齿轮(环)，套设在桨筒外部，与驱动装置连接，用于在船用驱动装置的驱动下带动桨筒旋转。

在本发明提供的船舶推进系统中，还可以具有这样的特征：其中，筒桨推进器为大流量筒桨推进器，大流量筒桨推进器包括：桨筒，呈筒状，内部具有空腔；桨叶，固定设置在桨筒空腔内；推力传递环，套设在桨筒外部；径向轴承，用于承载桨筒传来的径向力转动；推力轴承，与推力传递环抵接，用于向船舶传递推力；笼形转子，套设在桨筒外部；机壳，套设在笼形转子外部，端部设置有通风散热孔，与桨筒以及笼形转子之间形成空腔；定子绕组，固定设置在机壳内部，与驱动装置电性连接，与笼形转子相配合形成电机结构，当定子绕组接通交流电后，形成交变磁场，驱动笼形转子转动从而带动桨筒旋转。

在本发明提供的船舶推进系统中，还可以具有这样的特征：其中，桨叶为扇形单片式桨叶或螺旋形连续式桨叶，扇形单片式桨叶以桨叶轮数为单位设置；螺旋形连续式桨叶在同一横截面至少对称设置两条。筒桨推进器功率的设置调整，可以通过增减扇形单片式桨叶轮数，或螺旋形连续式桨叶长度(基础动平衡周数)来实现。

在本发明提供的船舶推进系统中，还可以具有这样的特征：还包括：散热导流片，固定设置在机壳端盖与定子绕组之间形成u型气流通道；以及风扇，设置在机壳及笼形转子之间形成的空腔内，用于在机壳内通风散热；风扇随笼形转子旋转扇风散热，通过散热导流片引导穿越定子的气流随笼形转子的正反向旋转而前后流动，从通风散热孔进出。

在本发明提供的船舶推进系统中，还可以具有这样的特征：其中，筒桨推进器为高扬程筒桨推进器，高扬程筒桨推进器包括：桨筒，呈筒状，内部具有空腔；径向轴承，用于承载桨筒传来的径向力转动；推力轴承，与桨筒抵接，用于向船舶传递推力；传动装置，包括从动齿轮(环)，套设在桨筒端部，与驱动装置连接，用于在驱动装置的驱动下带动桨筒旋转；以及离心叶轮，设置在桨筒内，与桨筒可拆卸连接。筒桨推进器功率的设置调整，可以通过增减离心叶轮级数来实现。

在本发明提供的船舶推进系统中，还可以具有这样的特征：筒桨推进器为高扬程筒桨推进器，高扬程筒桨推进器包括：桨筒，呈筒状，内部具有空腔；径向轴承，用于承载桨筒传来的径向力转动；推力轴承，与桨筒抵接，用于向船舶传递推力；离心叶轮，设置在桨筒内，与桨筒可拆卸连接；笼形转子，套设在桨筒端部；机壳，套设在笼形转子外部，端部设置有散热孔，与桨筒的端部以及笼形转子之间形成空腔；定子绕组，固定设置在机壳内部，与驱动装置电性连接，与笼形转子相配合形成电机结构，当定子绕组接通交流电后，形成交变磁场，驱动笼形转子转动从而带动桨筒旋转。

在本发明提供的船舶推进系统中，还可以具有这样的特征：还包括：折叠式逆流罩，展开呈柱状弧形，可转动展开地设置在船舷喷水口后侧，用于折返船舷喷水口中喷出的水，从而实现船舶倒车；以及收纳腔，设置在船体内，形状与逆流罩形状相适应，用于当逆流罩不使用时，收纳逆流罩并保证船舷外廓平整。

本发明还提供了一种船舶，具有上述的一套设置在船体内中前部的筒桨推进器，具有这样的特征：船舶推进系统出水通道尾端具有左分岔端和右分岔端，船舶还包括：左舷通道，一端与左分岔端连通，另一端在左舷处通过舷喷水口与外界连通；右舷通道，一端与右分岔端连通，另一端在右舷处通过舷喷水口与外界连通；以及导向节流板，可左、右摆动地设置在出水通道左、右分岔中间，用于调节通向左、右舷通道的水量，从而操控船舶的航向。

本发明还提供了一种船舶，具有上述的两套分别设置在船体内中前部内部两侧的筒桨推进器，具有这样的特征：包括：左舷通道，一端与出水通道连通，另一端在左舷处通过舷喷水口与外界连通；以及右舷通道，一端与出水通道连通，另一端在右舷处通过舷喷水口与外界连通。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的一种船舶推进系统及船舶，因为采用筒桨推进装置从船舶首部吸水，从船舷喷水方式推动船体前进，所以，本发明使得船首区本来造成阻力的高水头区水面得以降低，这将有效减少船舶的碰波、兴波阻力；因此就可以适当缩小船舶的长度增加宽度和型深，由此会减少吃水线下的船体型表面(壳)总面积，这也就减小了船身与水的摩擦阻力和粘滞阻力。船长型深比的缩小以及纵向输水通道的建立，无疑将增加船舶的纵向强度和刚度，而结构可靠性对于船舶承受特殊海况保证航行安全至关重要。长宽比的缩小还将增加船舶的回转灵活性。此外，本发明还可消除传统船舶使用螺旋桨推进方式的缺陷，在达到减少船舶航行阻力目的的同时，也使船舶推进功率的增加变得容易。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将列些附图。

应该理解，以下附图仅示出了本发明的某些设想和实施例，因此这部分示意图不应被看作是对范围的限定。对于本领域的一般技术人员而言，在不必付出创造性劳动的前提下，不难根据这些示意附图获得其他相关的想法和示意图。

本附图以及后面的具体实施方式中，各方向的定义如下：将船舶的长度(纵)方向定义为艏前艉后方向，将船舶的宽度(横)方向定义为左舷右舷方向，将船舶的高度(竖)方向定义为上下方向。

图1是本发明的实施例1中舷喷水的船舶的筒桨推进器及舷喷水输水通道的结构示意图；

图2a是本发明的实施例1单列筒桨推进器将出水通道对称分岔至左右两舷出水模式示意图；

图2b是本发明的实施例1中双筒桨推进器左右舷独立喷水模式示意图；

图2c是本发明的实施例2中单列筒桨推进器船尾喷水的模式示意图；

图2d是本发明的实施例2中双筒桨推进器左右独立尾喷水模式示意图；

图2e是本发明的实施例2中双筒桨推进器左右布置船尾汇集一喷水口喷水模式示意图；

图3是本发明的实施例1中电动的大流量筒桨推进器的纵、横剖面示意图；

图4是本发明的实施例1中非电动的大流量筒桨推进器的纵、横剖面示意图；

图5a是本发明的实施例1中螺旋形连续式桨叶的结构示意图；

图5b是本发明的实施例1中扇形单片式桨叶的结构示意图；

图6是本发明的实施例1中半周型承力滚轴轮的结构示意图；

图7是本发明的实施例1中电动的高扬程筒桨推进器的纵、横剖面示意图；

图8是本发明的实施例1中非电动的高扬程筒桨推进器的纵、横剖面示意图；

图9是本发明的实施例1中为单列筒桨推进器舷喷水出水通道分岔及导向节流板的结构示意图；

图10是本发明的实施例1中可折叠式倒车逆流罩的结构示意图；

图11是本发明的实施例2中艉喷水船舶的筒桨推进器及舷喷水输水通道的结构示意图；

图12是本发明的实施例2中艉喷水口处导流板的结构示意图；

图13-17是本发明的实施例2中筒桨推进器的进水通道、出水通道在船舶横断面上可能(结合压水舱)安排的位置示意图；

图18是本发明背景技术中现有船舶航行中船首推高水头碰波、兴波，及船舶尾波情况示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明作具体阐述。

<实施例1>

图1是本发明的实施例1中舷喷水的船舶的筒桨推进器及舷喷水输水通道的结构示意图。

如图1所示，一种船舶，采用船舷喷水推进方式，包括：进水口群1、进水口归拢腔2、防撞栏杆网3、网状格栅4、蝶形阀门5、进水通道6、筒桨推进器7、出水通道8、舷喷水口11、船舷凹槽13、导向节流板38、逆流罩43以及收纳腔46。

本实施例提供的舷出水船舶可对称设置双筒桨推进器左右舷独立喷水的模式(如图2b所示，下文简称双筒桨模式)，采用双筒桨可以减小单台筒桨直径这更有利于在舱内的布置；也可以采用单列筒桨推进器，将出水通道对称分岔至左右两舷的模式(如图2a所示，下文简称单筒桨模式)。

进水口群1，包括多个进水口，设置在船舶的船首空载吃水线下大角度迎水面区域，进水口形状不限，可以矩形为主，进水口跨越船肋(含纵横)时，船肋外船体型表面保持不变，肋侧和肋内三面封包同船体外壳做法，因此进水口实际上由若干肋间小口组成(如图2所示)。原则上应保证进水口在空载停航时也不露出水面。

具体地，在本实施例中，进水口在艏柱左右两侧对称布置，集中在船首区(空载吃水线下)船体大角度迎水面区域48(如图2所示)。也可以将圆柱状球鼻首迎水端全部辟为进水口，鼻首外设置球面防撞栏杆，内圆柱横断面设圆形网状隔栅，龙骨艏柱包封同船肋。

在具体的实施过程中，由于进水口被船肋分割，因此进水口只能是若干肋间小口组成的进水口群，因此在船首内设进水口归拢腔(如图2所示)对进水加以归拢，进水口归拢腔从空间范围看在船体内，而从水环境看则相当于船体外。这类似于房屋门外有廊柱和屋顶但无外墙的走廊区。进水口归拢腔归拢分散进水口的进水后输入进水通道6。

由于进水口设置在船首区船体大角度迎水面区域48，这部分的船体是斜对船舶前进方向的，因此船肋间空档也是斜对船舶前进方向的，船肋间空档在船体横断面上投影的间距(进水口正迎水间距)是小于实际肋间距的。如船首区船体型表面的迎水角为θ，则进水口正迎水间距＝肋间距×sinθ(正弦小于1)。因为船肋不可损伤因此进水口只能在肋间安排，进水方向和船舶前进方向(船体纵向)一致才最有效，所以肋间进水口的实际宽度不大。加上为保证进水口的吃水深度，进水口竖向尺寸也不宜大(还受纵肋间隔的制约)。综合之后进水口实际上是由在艏柱左右两侧，船体大角度迎水面区域的左右两组小进水口群48组合而成的。

由于对筒桨推进器7在整条输水通道上的位置没有规定，所以图2中输水通道以进水通道6或出水通道8表示。

进水口归拢腔2与进水口群1连通，用于汇集从进水口进入的水。如图2所示，当在船舶采用双筒桨模式时，左右筒桨推进器进水端的船首部进水口汇拢腔2可左右分隔，也可以为一个共同区域(如图2所示)。当在船舶采用单筒桨模式时，进水口汇拢腔2为一个共同区域。

网状格栅4，设置在船首进水口，设置成竖密横疏，用于阻挡大型鱼类和其它动物、水生植物及飘浮物进入筒桨推进器7。在不设置进水口归拢腔的船舶中，网状隔栅4向进水口内退入船体内，距船体外缘0.2米以上。

竖向隔栅型材净间距视船舶排水量大小在0.1至0.2米之间，但不宜大于0.2米，横向隔栅型材净间距不小于0.5米(横向隔栅间距视竖向隔栅型材的强度和刚度确定)。隔栅型材的断面尺寸应满足强度和刚度的要求，隔栅型材以其断面短边迎水，迎水边应磨圆以减少迎水阻力。扣除隔栅材料迎水面积总和之后的进水口累计净面积，至少应大于进水通道设计输水截面积15％。

防撞栏杆网3设置在进水口沿船体外缘、网状隔栅外侧，视进水口大小栏杆网杆间净间隔宜在0.3至0.6米之间，防撞栏杆的强度和刚度必须能保证网状隔栅4的安全。防撞栏杆网的防阻水要求同网状隔栅4。

对于设置如图2所示的进水口归拢腔的船舶，网状隔栅4及防撞栏杆3可内退设置在归拢集中后的进水通道口(进水端蝶形阀门5之外)，这样进水口归拢腔的水环境相当于船体外。

蝶形阀门5，分别设置在进水口内靠近进水口的位置和出水口内靠近出水口的位置。进水端蝶形阀门和出水端蝶形阀门过水净面积不小于输水通道截面积，用于在必要时船不进坞的情况下，关闭整个筒桨推进器7、进水通道6和出水通道8，为检查和维护维修以及清除附着生物等提供方便。设进水口归拢腔2的船舶，进水口蝶形阀门布置在归拢后的进水通道6内前端。为防止附着生物附着影响蝶阀启闭，蝶阀工作正常，每月(或靠泊时)闭启一次蝶阀。

进水通道6与进水口归拢腔2连通，本实施例进水通道长度较短(尤其单列筒桨)，其长度只需满足设置防撞栏杆网、网状隔栅和容纳蝶形阀门的要求即可。

出水通道8与筒桨推进器7相连，用于接收从筒桨推进器中排出的水，也可以不长，在单筒桨模式下，其长度只需满足左右舷分岔、设置导向节流板38，并保证筒桨推进器7到舷出水口11之间过渡平缓，不致陡拐到影响输水顺畅，并满足舷喷水口11在船舷的设置区间要求即可。如果结合压舱水舱设计，条件允许则延长出水通道8，使舷喷水口11尽可能后移越靠后越佳，如能移过船体最大吃水型宽最佳。

如图2a、图9所示，本发明的实施例1中，出水通道8尾端具有左分岔端和右分岔端。

左舷通道40一端与左分岔端连通，另一端在左舷处通过舷喷水口11与外界连通。

右舷通道41一端与右分岔端连通，另一端在右舷处通过舷喷水口11与外界连通。

为保持筒桨推进器7满水运行以确保效率和旋转时的动平衡，应使筒桨处于整条输水通道的低凹(或不集结气体)处。为防止气体在输水通道中间集结影响输水，输水通道须尽量采用“艏高舷(艉)低”的一顺坡方式，或两端高中间低的平顺弧形。

整条输水通道的“管底”允许有若干处低洼，但“管顶”不允许出现“驼峰段”免得空气在此集结，以保证输水通道内的集结空气能及时顺利排出，不滞留在通道中的某一段而影响通水。

实际使用过程中，在每列筒桨及输水通道的不同段位置最低处(可能多处)，可以设置若干适宜流量和适当扬程的抽排水泵，以为封闭输水通道检查和维护维修时排水之需。

在实际使用过程中，在每列筒桨及输水通道的适当位置，可以设置一定数量的检修通道口，以备整个筒桨及输水通道关闭时的检查和维护维修，以及清除附着生物等使用。

在实际使用过程中，在每列筒桨及输水通道中可以设置至少两组(进、出水段)或多组流速传感装置，以实时监测通道内水流速度，对应动力输出情况实时检测筒桨工况。

至少设置一个筒桨推进器7与进水通道6连通，用于给船舶提供推进力。从经济性角度出发结合船内空间可容纳度和所需推进功率，大型船舶可选择设置一列或不止一列筒桨推进系统，并确定筒桨口径(相同功率下筒桨列数与筒径大小是反比例关系)。

在实际使用中，筒桨推进器7的具体布设位置，应根据动力源和船舶类型(对舱型要求的不同)及压舱水舱等具体情况进行安排，除竖向布设必须保证筒桨满水及不积气之外，可布置在(纵向)推进系统的前、中、后适当位置，在横方向同样可以灵活布置。对于电动的筒桨而言尤其灵活。

筒桨推进器7可以是大流量筒桨推进器或高扬程筒桨推进器。

图3是本发明的实施例1中电动的大流量筒桨推进器的纵、横剖面示意图。

如图3所示，当筒桨推进器7采用电力(包括蓄电池或其它动力发电)变频调速驱动时，大流量筒桨推进器包括桨筒14、桨叶15、推力传递环27、径向轴承20、推力轴承21、端盖19、端盖螺栓22、机脚26、散热导流片24、风扇25、笼形转子16、机壳18以及定子绕组17。

在本实施例中，桨筒14由电机转子轴变形而成，桨筒加上外侧的笼形转子16构成了电机转子，再加上定子绕组17和机壳18、端盖19、端盖螺栓22、机脚26等，以及轴(筒)两端的径向轴承20、推力轴承21、推力传递环27、散热通风导流片24、风扇25一起构成了电机。定子通电后形成交变磁场驱动中空的筒形转子转动，由于桨筒14内装有打水桨叶15，由此构成了电动的大流量筒桨推进器。

电动桨筒旋转通过桨叶打水获得反作用力，通过推力传递环27、推力轴承21、端盖19、机壳18和机脚26向船体传递推进力推动船舶航行。

桨筒14，呈筒状，内部具有空腔，一端与进水通道6连通，另一端与出水通道8连通。

笼形转子16套设在桨筒外部，两端与静止的进水通道6、出水通道8连接处设置止水密封环。

机壳18套设在笼形转子外部，端部设置有通风散热孔，与桨筒以及笼形转子之间形成空腔。机壳18承担整个筒桨推进器7和内容水重量及工作冲击，并将筒桨推力传递给船体。

定子绕组17固定设置在机壳内部，与驱动装置电性连接，与笼形转子相配合形成电机结构。

图5a是本发明的实施例1中螺旋形连续式桨叶的结构示意图。图5b是本发明的实施例1中扇形单片式桨叶的结构示意图。

如图5a和图5b所示，桨叶15固定设置在桨筒空腔内为扇形单片式或螺旋形连续式。扇形单片式桨叶在桨筒内壁上以轮为单位设置，每轮均匀布置4─8片，起始至少设置一轮；螺旋形连续式桨叶沿桨筒内壁(纵向)螺旋延伸，为保证桨筒的动平衡，在同一安装(横)截面上一般需并行对称设置两条(或多条)。如果只设置一条螺旋形连续式桨叶，则必需首先确定一个“基础动平衡周”(一条螺旋形连续式桨叶满足动平衡的最短长度)，起始至少设置一个“基础动平衡周”。

需要增加推进功率时，扇形单片式桨叶可通过增加桨叶轮数实现，每后一轮桨叶的安装角均必须略大于前一轮(具体根据计算确定)；设置两条(或多条)螺旋形连续式桨叶的可通过增加桨叶长度实现。设置一条螺旋形连续式桨叶需增加桨叶长度的，必须以基础动平衡周为单位增加，以保证桨叶长度增加后桨筒的动平衡。

和螺旋桨相反，筒桨桨叶的桨叶角沿半径方向，从叶根(与桨筒焊接处)到叶梢逐渐变大，叶梢处(桨筒中心)最大。这是因为扇形叶单片式桨叶工作时，轴向速度不随半径变化，而切线速度随半径变化，因此在接近叶根，半径较大处桨叶角应较小，而在接近叶梢，半径较小处桨叶角应较大。实际上每片桨叶都是扭曲的。

为了提高筒桨桨叶工效，压缩筒桨的筒径，筒桨桨叶应该有较大的盘面比，因此同一轮相邻桨叶之间的纵向投影必须有相当的重叠。

扇形单片式桨叶每轮桨叶安装角(叶根桨叶角)的大小，多轮扇形叶单片式桨叶每轮之间的纵向距离，螺旋形连续式桨叶螺距的大小，螺旋形连续式桨叶的设置条数，乃至桨叶的桨叶角变化(扭曲度)、桨叶厚度等等都需要结合功率、航速、筒桨出水流量等需求，进行专业设计，并经过试验确定。

推力传递环27套设在桨筒外部。推力传递环顶着推力轴承21通过端盖19和机壳18向船体传递推力。

两个径向轴承20分别设置在转子两端，用于承载桨筒传来的径向力转动；

两个推力轴承21分别设置在转子两端，与推力传递环抵接，用于向船舶传递推力；以及

从动齿轮(环)30套设在桨筒外部，与驱动装置连接，用于在船用驱动装置的驱动下带动桨筒旋转。

散热导流片24固定设置在机壳端盖与定子绕组之间形成u型气流通道；以及

两个风扇25设置在机壳及笼形转子之间形成的空腔内，分别设置在笼形转子的两端，用于在机壳内通风散热。风扇25随桨筒14旋转扇风(两风扇25扇风的方向相同)，通过散热通风导流片24导流后，使散热气体从一端散热通风孔23进入，穿过定子绕组17带走热量后，从另一端散热通风孔23流出。转子改变转向时散热通风气体流向相反，散热效果不变。由于筒桨电机直径可能较大，传统的散热通风方式可能夸张，因此采用不同于传统电机机壳外扇风散热方式的“机壳内通风散热”方式。

端盖19套设在径向轴承20以及推力轴承21外部，拆卸端盖可将机壳(定子绕组)与桨筒(笼形转子)分离。

端盖螺栓22用于将端盖19固定在机壳18上。

机(壳)脚26固定设置在船体内，用于支撑筒桨。

单台筒桨推进器功率的设置调整，可以通过增减扇形单片式桨叶轮数，或螺旋形连续式桨叶长度(基础动平衡周数)来实现。由于定、转子长度的相应增加使电机功率也相应增加；使用其他动力源的，动力源的输出功率也相应增加。

在确定了筒桨推进系统的列(条)数后，还可以根据船舶推进功率需要在一列筒桨推进系统中，设置一组或多组筒桨串联体，通过增加串联筒桨台数(功率叠加)来增加推进功率缩小出水管径。采用不止一台筒桨组合时，串联组合的相邻筒桨转速不同，下节转速高于上节，下节筒径(可以)小于上节，下节出水流速高于上节。

如果同一船舶中串联使用了多个大流量桨筒推进器，在相邻筒桨之间设置内有导流片的连接过渡段。通过两端筒径不同且固定不动的连接过渡段，串接转速与筒径均不相同的筒桨。连接过渡段可长可短，根据具体情况确定。筒桨与导流连接段之间设止水密封环。

图4是本发明的实施例1中非电动的大流量筒桨推进器的纵、横剖面示意图。

如图4所示，如果大流量筒桨推进器采用电力之外的其它动力驱动，则不具有笼形转子、机壳以及定子绕组，桨筒14外侧设置外圆周从动齿轮(环)30接受动力源传递的驱动力旋转筒桨桨叶15打水推动船舶。筒桨通过其两端的推力轴承21由固定的轴承座28、29向船体传递推进力，轴承座28、29之间由螺栓31连接固定。径向轴承和轴承座承载筒桨和内容水的重量及工作冲击。推力轴承传递筒桨对船体的推力。设计径向轴承20和推力轴承21时须有足够强度以支持其承载的动静负荷。为减少噪音，笼形转子可采用磁浮轴承，如潜艇或小型潜航器采用磁浮轴承，则需磁浮径向轴承和推力轴承各两副，及电子控制器(伺服控制回路、阻尼器、位置传感器等组成)一套。

图6是本发明的实施例1中半周型承力滚轴轮的结构示意图。

如图6所示，如果大流量筒桨推进器采用电力之外的其它动力驱动，为增加功率设置多轮扇形单片式桨叶或延长螺旋形连续式桨叶的，可在桨筒中部适当位置，加设两道或多道半周型承力滚轴轮39，以分散径向轴承承重压力，并增加桨筒刚度。半周型承力滚轴轮39，由连座支架42、滚轴轮39组成，桨筒14接触滚轴轮部分外设耐磨加强环47。如果筒桨采用电动，可在筒桨两端加设两道半周型承力滚轴轮，以分散径向轴承承重压力。

图7是本发明的实施例1中电动的高扬程筒桨推进器的纵、横剖面示意图。

如图7所示，当筒桨推进器7采用电力(包括蓄电池或其它动力发电)变频调速驱动时，高扬程筒桨推进器包括：桨筒14、离心叶轮34、径向轴承20、推力轴承21、端盖19、机脚26、风扇25、笼形转子16、桨筒外壳32以及定子绕组17。

在本实施例中，将电机转子轴变形设计成中空的筒、管状的桨筒14、笼形转子16、定子绕组17和桨筒外壳32、轴承座(端盖)19、机脚26以及轴(筒)两端的径向轴承20和一端的推力轴承21，推力传递环(由桨筒端14代替)及风扇25，一起构成了电机。由于桨筒内装有类离心式多级离心叶轮34(离心叶轮34由固定螺栓33固定在桨筒14上，所以构成了电动的机电一体筒桨。

笼形转子16连带桨筒14驱动桨筒带离心叶轮34转动，通过叶片35逐级加压，高速水流经筒桨14和出水管8喷出从而推动船舶航行。

桨筒与进水管通过固定螺丝33可拆卸地连接成同轴一体，固定螺丝33可被松解并卸下进水管以安装(或更换)离心叶轮。图7所示电机转子以进水管为轴，并不表示必须如此。实际上电机转子也可以出水管为轴(更优)，或取消桨筒外壳32后直接以桨筒14为轴。

桨筒14，呈筒状，内部具有空腔，一端与进水通道6连通，另一端与出水通道8连通。

离心叶轮34可拆卸地设置在桨筒14内。离心叶轮由圆环形前盖板37、叶片35、圆形薄后盖板12组成。

两个径向轴承20用于承载桨筒14传来的径向力转动。

一个推力轴承21与桨筒14抵接，用于向船舶传递推力。

桨筒外壳32呈筒状，分为上下两半，套设在桨筒14外部，与桨筒14可拆卸连接，内部具有空腔。桨筒外壳32是出于安全考虑设置的，桨筒外壳也可以取消，而采用类似图5中轴承座28、29来带代替。桨筒外壳32下部设置有桨筒外壳脚36，用于支撑桨筒并向船体传递推力。

笼形转子16套设在桨筒14端部。

机壳18套设在笼形转子16外部，端部设置有散热孔23，与桨筒14的端部以及笼形转子16之间形成空腔。

风扇25设置在机壳18内部，高扬程筒桨推进器采用与大流量筒桨推进器相类似的“机壳内通风散热”方式。

端盖19套设在径向轴承20以及推力轴承21外部。

机脚26固定设置在船体内，用于支撑桨筒14。

定子绕组17固定设置在机壳18内部，与驱动装置电性连接，与笼形转子16相配合形成电机结构，

当定子绕组17接通交流电后，形成交变磁场，驱动笼形转子16转动从而带动桨筒14旋转。本例笼形转子16及桨筒14不倒转。

图8是本发明的实施例1中非电动的高扬程筒桨推进器的纵、横剖面示意图。

如图8所示，如果高扬程筒桨推进器采用电力之外的其它动力驱动，可以在筒桨14外侧设置外圆周从动齿轮(环)30接受动力源传来的驱动力旋转筒桨，通过离心叶轮34打水推动船舶，而不再需要定子绕组17以及笼形转子16等装置。筒桨通过推力轴承21由机(泵)壳32向船体传递推力。径向轴承和轴承座承载筒桨和内容水的重量及工作冲击。推力轴承传递筒桨对船体的推力。设计径向和推力轴承时须有足够强度以支持其承载的动静负荷。

高扬程筒桨推进器一般每船设置一列，通过设置不同的筒桨离心叶轮级数来得到不同的出口流速，以应对不同的功率需求。

舷喷水口11对称设置在船舶的两舷，凹进船体轮廓线内，与船舷凹槽13相配合，使其能够朝向船后方无阻碍喷水。船舷凹槽13设置在在舷喷水口后船体上，沿舷喷水口出水方向延长线上的船舷相应位置，用于减少船体阻水所致的推进功率损耗。

喷水口喷水方向可向舷外，以及向下略微倾斜，但为减少有效推力的损耗，无论喷水口向舷外、向下倾斜，其倾角均应控制在3度之内。舷喷水口11向舷外以及向下略微倾斜的设置，就是为使水流早离开船舷以缩短船舷凹槽13的长度。

图9是本发明的实施例1中单列筒桨推进器舷喷水出水通道分岔及导向节流板的结构示意。

如图9所示，导向节流板38仅在单筒桨舷喷水模式下被使用，可左、右摆动地设置在出水通道左、右分岔中间，用于调节通向左、右舷通道的水量，从而操控船舶的航向。在双筒桨舷喷水模式下，可以通过调节左右两筒桨推进器7的输出功率，使左右舷受到的推力不同来操控船舶航向。

图10是本发明的实施例1中可折叠式倒车逆流罩的结构示意图。

如图10所示，折叠式逆流罩43平时收纳在收纳腔46内，展开的逆流罩44形似纵向切开管道的一半，内壁呈竖向柱状横向半圆u形，逆流罩绕竖向设置的轴转动，竖向的轴固定在竖长横窄的矩形喷水口内侧，平时收拢埋进船体收纳腔46内，在倒车时翻出展开形成u形开口向前面对喷水口11，折返舷喷水口11喷出的水流实现倒车。通过左右舷相反的喷水方向(一侧启动逆流罩倒车，另一侧正常向后喷水)，可实现船舶原地掉头，或大角度小半径转向。

收纳腔46设置在船体内，形状与折叠式逆流罩43形状相适应，收纳腔门即为逆流罩的一部分，收纳腔用于当折叠式逆流罩43不使用时，收纳折叠式逆流罩43并保证船舷外廓平整。从空间环境看收纳腔在船体(凹进的舷轮廓线45)内，从水环境看在船体外(收纳腔内是可进水不密封的)。逆流罩收拢埋进收纳腔时外侧面与船舷轮廓线45平齐，不影响舷喷水口11喷水。

导向节流板38及折叠式逆流罩43一律仿照传统船舵的传动和操纵方法进行操纵。

<实施例2>

图11是本发明的实施例2中艉喷水的船舶的筒桨推进器及艉喷水输水通道的结构示意图。

如果具备纵贯全船输水通道设置条件，可将喷水口从船舷后移至船尾，那么就形成了本实施例。

如图11所示，一种船舶，采用船尾喷水推进方式，包括：进水口群1、进水口归拢腔2、防撞栏杆网3、网状格栅4、蝶形阀门5、进水通道6、筒桨推进器7、出水通道8、艉喷水口11以及导流板10。

如图16所示，水流从船艏部进水口群1进入进水口，汇集到进水口归拢腔2，穿过防撞栏杆网3、网状隔栅4、进水端蝶形阀门5、由进水通道6、进入筒桨7，再由出水通道8、出水端蝶形阀门5进入艉喷水口9，越过两导流板10间向后喷出。此为理想模式示意，并不代表输水通道的实际空间位置。

与实施例1相似，本实施例提供的艉出水船舶可对称设置双筒桨推进器尾部独立喷水的模式(如图2d所示)，采用双筒桨可以减小单台筒桨直径这更有利于在舱内的布置；也可以采用单列筒桨推进器，只有一条贯穿全船的输水通道，从船尾出水(如图2c所示)；还可以采用对称设置双筒桨推进器尾部共同喷水的模式(如图2e所示)。

与舷喷水不同，艉喷水纵贯全船的输水管道很长，为服从船体结构，还要根据动力源和船舶类型(对舱型要求的不同)及压舱水舱等具体情况，而确定输水通道走向、空间位置和筒桨位置。所以这个一系列的装置排列可能在沿船体内底部中线(龙骨)上布置，也可能在船体内两侧下部布置，也可能沿船体内底部中线和船体内两侧下部交替布置等方式，也可能有局部高低起伏等等。筒桨7的位置也可前可后。

从经济性角度出发结合船内空间可容纳度和所需推进功率，大型船舶可选择设置一列或不止一列筒桨推进系统，并确定筒桨口径(相同功率下筒桨列数与筒径大小是反比例关系)，这是结构性的设置。

图13-17是本发明的实施例2中筒桨推进器的进水通道、出水通道在船舶横断面上可能(结合压水舱)安排的位置示意图。

如图13-17所示，进水通道6、出水通道8的横截面在圆形之外可充分利用既有压舱水舱，设计成矩形或类似(比如两、三面直边，两面弧形、单面弧形)于矩形。但采用非圆形截面如矩形横截面时，横截面长短边之比大于2时为保证通水顺畅计，截面积需增加20％，此后长短边之比值每增加1截面积增加10％。

采用矩形横截面时应设置变形过渡接头与圆形筒桨连接(设防水密封环)。

从艏至艉的整个一条输水通道亦可做好过渡连接后分段采用不同的截面形式。

输水通道不一定是如图11、13、14所示直通纵贯船体(龙骨上)中线的，而是根据动力形式和舱型要求，并结合既有压舱水舱的位置予以调整。

输水通道(即进水通道6和出水通道8)的位置可在舱底中间(图13、14)，可平展在下部(图15)，可在两侧(图16、17)等等，同一条筒桨输水通道也可以随压载水舱布置分段安排在不同位置，只要确保水流顺畅不增加额外的阻力即可(因此凡拐弯变向处，应根据转角陡缓的实际情况酌情加大相关段的输水通道横断面积)。

总之，一切均应配合船舶整体设计进行，并充分满足船舶结构和船舶使用功能要求，以提高这种新型推进方式的可行、实用和经济性。

因船因舱制宜布设输水通道是本发明的独到技术特征，正因为此而提高了艉出水方案的可行性。

在本实施例中，进水口群1、进水口归拢腔2、防撞栏杆网3、网状格栅4、进水端蝶形阀门5、进水通道6、筒桨推进器7、出水通道8、出水端蝶形阀门9的具体结构，设置方法和设计思想均与实施例1中的船舶相同，在此不再赘述。

图12是本发明的实施例2中艉出水口处导流板的结构示意图。

如图12所示，艉喷水口9可以为矩形或圆形，每个艉喷水口两侧有一对平行的矩形导流板10，两块矩形导流板10与艉喷水口的船体通过旋转轴连接，两块矩形导流板10还受两根连杆51的限制，使其只能在水平面内左右摆动以偏折艉喷水口9喷水方向操控船舶航向，从而相对高效的代替船舵。

这导流板的设置使得低船速时也可有效操控转向，避免了船舶低速航行时转舵不灵敏的传统通病。导流板转轴附设在(矩形)喷水口竖边船体上(圆形喷水口在大圆左右两侧与圆相切)，导流板与船体之间由轴联接不留空档。

由于大流量筒桨两端均设置了推力轴承，所以在本实施例中，使用大流量筒桨推进器船舶的倒车，通过倒转筒桨改变进出水方向来实现。

在本实施例中，在喷水口外侧紧贴喷水口的两块矩形导流板之间，设置能够上下启闭的电动卷帘网隔栅，在船舶停机靠泊或倒车时，放下卷帘网隔栅以阻止大尺寸动物进入出水通道。

在别的实施例中，采用高扬程筒桨的小型船舶也可以设置二维矢量艉喷水口，通过(左右)摆动矢量喷口调节喷水方向来操控航向。

实施例2艉喷水形式的导流板，采用高扬程筒桨小型船舶的二维矢量艉喷水口和倒车逆流罩，一律仿照传统船舵的传动和操纵方法进行操纵。

实施例的作用与效果

根据实施例1所涉及的一种船舶推进系统及船舶，因为采用筒桨推进装置从船舶首部吸水，从船舷喷水方式推动船体前进，所以，实施例1使得船首区本来造成阻力的高水头区水面得以降低，这将有效减少船舶的碰波、兴波阻力；因此就可以适当缩小船舶的长度增加宽度和型深，由此会减少吃水线下的船体型表面(壳)总面积，这也就减小了船身与水的摩擦阻力和粘滞阻力。船长型深比的缩小以及纵向输水通道的建立，无疑将增加船舶的纵向强度和刚度，而结构可靠性对于船舶承受特殊海况保证航行安全至关重要。长宽比的缩小还将增加船舶的回转灵活性。虽然长宽比的缩小可能影响船舶航向稳定性，但在现代导航和自动操舵条件下这种影响完全可以忽略不计。

进一步地，根据实施例1所涉及的一种船舶推进系统及船舶，因为采用了筒桨输水通道，部分代替了压舱水，因此，实施例1减少了因压舱水的进、排将海水异地移动传播有害生物的风险。

进一步地，根据实施例1所涉及的一种船舶推进系统及船舶，因为筒桨推进器的桨叶由“筒”带动，做功的动力沿着筒圆柱面旋转展开传递给桨叶(或离心叶轮)，因为桨叶(或离心叶轮)固定在筒体内表面，所以对桨叶而言，切线速度越高，桨叶越宽阔、强度越大、划水效率越高的部分，越接近动力传递源(筒体内壁)，这恰恰是和螺旋桨相反的，是对桨叶极其有利的受力状况，因此，实施例1-2中的筒桨桨叶无疑将比螺旋桨更轻便更坚固，效率也更高。而且由于受力结构合理加之受到船体的保护，因此筒桨使用寿命无疑长于螺旋桨，使用安全性必然优于螺旋桨，维护成本也应该低于螺旋桨。

进一步地，根据实施例1所涉及的一种船舶推进系统及船舶，因为避免使用螺旋桨推进器也为船舶增加推进功率提供了便利。因为要通过加大螺旋桨的直径或添列螺旋桨个数来增加推进功率受到诸多因素制约，而实施例1通过添列并联筒桨推进器来增加推进功率，也可以串联增加筒桨推进器台数(功率叠加)来增加推进功率，也可以通过增加桨叶(或离心叶轮)轮数或增加螺旋形桨叶长度(周数)来增加大筒桨推进器台功率。

进一步地，根据实施例1所涉及的一种船舶推进系统及船舶，因为采用的筒桨推进器不象螺旋桨必须在船尾，而是根据动力源和船舶类型(对舱型要求的不同)及压舱水舱位置等具体情况，来择优确定输水通道位置和筒桨位置，所以实施例1中的船舶的发动机和筒桨推进器可以分离使用，从而使得各自位置的安排比传统推进方式灵活。

进一步地，根据实施例1所涉及的一种船舶推进系统及船舶，因为如果使用电力驱动变频调速，低速电机转子和筒桨合为一体，经由转子(筒桨)直接打水推进船体，所以实施例1的船舶简化了机械构造也减少了传动程序，且直通了水道，会大大提高效率。

进一步地，根据实施例1所涉及的一种船舶推进系统及船舶，因为筒桨推进器设置在在船体内部，船外声纳探测到的噪音也会减小，所以实施例1的船舶(尤其潜艇或小型潜航器)可以大幅降低噪音从而去执行一些特殊任务。

实施例2与实施例1中相同的结构与实施例1有相同的作用与效果。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。