水射流推进单元和船

摘要

本发明涉及一种水射流推进单元(10)，其包括：‑本体(16)；‑叶轮(28)，用于使水运动，叶轮(28)包括叶轮通道(38)；‑叶轮轴(34)，用于驱动叶轮(28)；‑第一轴承容纳部(54)，用于使叶轮轴(34)支撑在本体(16)上；射流喷嘴(36)，用于形成水射流，其中本体(16)包括：流管(18)的第一接触面(20)，流管(18)包括进水孔(22)和出水孔(26)，它们的平面相对于彼此成角度α；以及包括用于叶轮轴(34)的轴孔(30)，其中叶轮(28)具有包括第二接触面(46)的第一端(44)和包括第三接触面(50)的第二端(48)，以密封本体(16)和射流喷嘴(36)之间的叶轮通道(38)，并且叶轮(28)以如下方式适用于可选的安装形式：在叶轮(28)的第二接触面(46)和第三接触面(50)之间存在角度Ω，以及叶轮(28)设置成相对于水平方向旋转180°，以及水射流推进单元(10)包括支撑机构(25)，其用于借助于第一轴承容纳部(54)在可选的位置(p1、p2)中将叶轮轴(34)支撑在本体(16)上，以允许叶轮轴(34)在可选的安装形式中的可选角度。本发明还涉及一种相应的船。

说明书

技术领域

本发明涉及一种水射流推进单元，该水射流推进单元被布置成安装且密封于属于船的至少一个水射流推进单元安装孔，该水射流推进单元包括：

-本体，

-叶轮，用于使水运动，该叶轮包括叶轮通道，

-叶轮轴，用于驱动叶轮，

-第一轴承容纳部，用于使叶轮轴支撑在本体上，

-射流喷嘴，用于形成水射流，

其中，本体包括：

-至少一第一接触面，用于将本体附接到船上；

-流管，该流管包括平行于船的底部安装在船中的进水孔和平行于尾部用于在叶轮通道中将水引导至叶轮的出水孔，进水孔和出水孔相对彼此成一角度α；以及

-轴孔，用于叶轮轴，

以及其中，第一轴承容纳部连接到本体，以使叶轮轴支撑在本体上，该叶轮轴延伸穿过流管，

以及其中，叶轮具有包括第二接触面的第一端和包括第三接触面的第二端，用于在本体和射流喷嘴之间密封叶轮通道。

本发明还涉及一种船。

背景技术

水射流推进单元由发动机驱动以形成使船向前运动的水射流。在船体内部，发动机被附接到船上。在船内部，发动机必须以发动机的油底壳不与船底部接触的方式设置。另一方面，发动机的位置也根据属于水射流单元的叶轮轴来确定。在一些发动机中，发动机的高度允许发动机和水射流单元以叶轮轴平行于船底部被支撑的方式安装在船中。另一方面，在一些发动机中，发动机缸体及其油底壳的结构迫使发动机在船中被装配得较高，以保持油底壳不与船的底部接触，在这种情况下，叶轮轴和水射流单元相对于船的行进方向被安装为与船底部成一角度。

因为船是根据水射流单元制造的，所以由于安装上的不同，用户在订购船时就必须决定安装水射流推进单元的方法。由于安装形式不同，使用水射流单元所获得的性能发生变化，并且每种形式都具有其自身的优点。换言之，在不对船、水射流单元或其两者进行重大改动的情况下，水射流单元只能以一种形式被安装在为所选定的安装形式而制造的船中。

公开文献US6,062,922中已知一种水射流推进单元，其中，发动机可以安装得较高以避免发动机的油底壳和船的底部之间的接触。在该公开文献中，使用单独的适配件来改变由水射流单元形成的水射流的方向，该适配件允许叶轮通道被安装为与船尾部成一角度，并且允许射流喷嘴与叶轮通道被安装为成一角度。然而，根据本公开文献的结构是复杂的，包括若干部分，并且该结构也不允许在不改变船或水射流单元或其两者的情况下，使用可选的安装形式来安装水射流单元。

发明内容

本发明的目的是提供一种比现有技术的水射流推进单元更简单的水射流推进单元，该水射流推进单元能够以可选的方式安装在船上，而不需要附加组件。本发明的特征性特征在所附权利要求1中进行了说明。本发明旨在提供一种比现有技术的船更通用的船，其中可以比根据现有技术的船更自由地选择安装水射流推进单元的方式。本发明的特征性在所附权利要求15中进行了说明。

根据本发明的水射流推进单元的目的可以通过如下的水射流单元来实现，该水射流单元被布置成安装且密封于属于船的至少一个水射流单元安装孔。所述水射流单元包括：本体；用于使水运动的叶轮，叶轮包括叶轮通道；用于驱动叶轮的叶轮轴；用于使叶轮轴支撑在本体上的第一轴承容纳部；以及用于形成水射流的射流喷嘴。本体包括：至少一第一接触面，用于将本体附接到船上；流管，包括进水孔和出水孔，进水孔平行于底部被安装在船中，出水孔与尾部平行，用于在叶轮通道中将水引导到叶轮，进水孔和出水孔的平面相对彼此成一角度α；以及用于叶轮轴的轴孔。第一轴承容纳部被连接至本体以支撑叶轮轴，叶轮轴在这里贯穿流管。叶轮具有包括第二接触面的第一端和包括第三接触面的第二端，用于在本体和射流喷嘴之间密封叶轮通道。叶轮被布置用于可选的安装形式，因为在叶轮的第二接触面和第三接触面之间存在角度Ω，并且叶轮被布置成相对于水平方向可旋转180°。此外，水射流单元包括支撑机构，支撑机构用于借助于第一轴承容纳部在可选的位置中支撑叶轮轴，以允许叶轮轴在可选的安装形式中的可选角度。

仅通过使叶轮相对于叶轮轴的旋转轴线转动180°，根据本发明的水射流推进单元可以使用相同的组件以两种可选的安装形式相对彼此进行安装。因此，非对称的叶轮通道允许以两个不同的角度支撑水射流单元的叶轮轴。通过借助于第一轴承容纳部将叶轮轴在本体中支撑在不同位置，支撑机构进而在不同的安装形式之间允许了不同的叶轮轴线型(lines)。因此，即使在订购船之前不知道安装形式，也可以以根据客户意愿的叶轮轴角度来安装水射流单元。

优选地，该角度α比直角大了一附加角度β。换句话说，也可以确定水射流单元的本体的下表面平行于船的底部，并且相对于该底部，本体的出水孔的表面具有比直角大了一附加角度β的角度。

优选地，在用于叶轮轴的轴管中具有轴孔，并且该轴管包括扩大部，以允许叶轮轴在不同的安装形式中的可选角度。轴管扩大部进而在不与水射流单元的本体进行接触的情况下，在不同的安装形式之间允许了不同的叶轮线型。

可选地，轴连接件也可以简单地是流管中的孔，叶轮轴匹配穿过该孔。

优选地，角度Ω等于附加角度β。因此，水射流推进单元可以平行于该角度或完全平行于船的底部进行安装。

在流管中，第一接触面优选地被布置为与进水孔连接，并且流管另外包括布置成与出水孔连接的第四接触面，流管被布置成安装在船内部，进水孔和出水孔与船的安装孔对准。因此可以使用匹配在船内部的水射流单元本体。

可选地，当流管的进水孔和出水孔不在接触面上，而是将水射流单元在船中安装在凹槽中时，本体可以仅包括第一接触面。因此，水射流单元可以至少主要在船的外表面上被密封。

优选地，本体包括安装凸缘，出水孔和第四接触面被形成在该安装凸缘中。借助于安装凸缘，水射流单元的本体可以被紧密地附接到船尾部上。

优选地，该角度α为91°-93°，角度Ω和附加角度β各自对应地为1°-3°。因此，通过使叶轮通道相对于水射流单元的叶轮轴的旋转轴线旋转180°，水射流单元可以平行于船的底部或以两倍于角度Ω的角度(即2-6°)被安装，而不使用单独的中间件或其他附加组件。

根据第一实施例，支撑机构是第一轴承容纳部，其与偏心地位于第一轴承容纳部中的轴孔非对称。因此，通过将轴承容纳部也相对于叶轮轴的旋转轴线旋转180°而将叶轮轴支撑在水射流单元的本体上，也可以简单地考虑到由叶轮通道的旋转所引起的叶轮轴角度的改变。

根据第二实施例，支撑机构是用于第一轴承容纳部的、属于本体的可选附接位置，并且第一轴承容纳部与居中地位于第一轴承容纳部中的轴孔对称。因此，轴承容纳部至本体的附接可以在不同的附接位置之间运动，以考虑叶轮轴在不同安装形式之间的角度上的变化。

优选地，轴管在叶轮轴的径向上具有卵圆形(ovally，卵形)或椭圆形的横截面。因此，叶轮轴角度上的改变可以在不改变水射流推进单元的姿态的情况下执行，因为在轴管中已经为叶轮轴形成了足够的空间以允许两种姿态。卵圆形孔的尺寸小于正圆形孔的尺寸，并因此较少削弱本体的结构。

可选地，轴管可以具有圆形的横截面。

优选地，水射流推进单元包括使叶轮轴相对于本体密封的填料盒，该填料盒包括：用于叶轮轴的在竖直方向上呈卵圆形的密封孔。由于卵圆形的密封孔允许叶轮轴的不同姿态，因此借助于填料盒，叶轮轴在叶轮轴的两种姿态下使用同一填料盒进行密封。

可选地，当其制造应更容易时，密封孔也可以是圆形的。

优选地，叶轮通道是一件式的。因此，其可以借助于第二接触面和第三接触面作为水射流单元的一部分被容易地制造和密封。因此，水射流单元的安装也是简单和快速的。

可选地，叶轮通道可以是两件式的，此时当使一个或两个部件旋转180°来产生叶轮轴角度上的变化时，第二接触面和第三接触面可匹配叶轮通道的单独部件。

优选地，水射流单元的本体是一件式的。因此，可以将其作为例如铸造件制造。另一方面，由于流管不包括接头，因此一件式本体的流管始终被密封在进水孔和出水孔之间。此外，安装一件式本体比安装多件式本体更快。

优选地，第二轴承容纳部与射流喷嘴集成，以支撑叶轮轴。借助于第二轴承容纳部，叶轮轴的支撑在水射流单元的相对于附接至本体的轴承容纳部的另一端处执行。借助于两个轴承容纳部所执行的叶轮轴的支撑是稳固的。

可选地，如果轴承容纳部的支撑非常稳固，那么叶轮轴的支撑也可以仅使用第一轴承容纳部来执行。

根据本发明的船的目的可以通过以下船来实现，其包括：船体，船体包括底部、侧部和尾部；水射流推进单元，其安装在船的船体中；水射流单元的发动机，其安装在船的船体内部；以及用于水射流单元的安装孔。第一安装孔与底部匹配，第二安装孔与尾部匹配。该水射流单元是根据前述实施例中任一个的水射流单元，船的底部与尾部之间的角度θ等于水射流单元的角度α。

在根据本发明的船中，水射流单元的安装角度可以在平行于船底部的安装角度和相对于船底部的斜向角度之间自由选择。不同的安装角度不需要更换组件或使用附加的组件，而只需要旋转水射流单元的叶轮通道。

优选地，船的发动机通过直接驱动被连接至水射流推进单元。因此，在发动机和水射流单元之间不需要通常使用的垂直偏移齿轮箱。

附图说明

下面，参照示出本发明的一些实施例的附图详细描述本发明，其中，

图1a示出了从船的侧面观察的根据第一种安装形式组装的根据本发明的水射流单元，

图1b示出了从船的侧面观察的根据第二种安装形式组装的根据本发明的水射流单元，

图2a示出了从船的上方观察的根据本发明的船和水射流单元，

图2b示出了从船的后部观察的根据本发明的船和水射流单元，

图2c示出了从船的侧面观察的根据本发明的船和水射流单元，

图3a以局部横截面示出了根据第一种安装形式组装的根据本发明的船和水射流单元的侧视图，

图3b以局部横截面示出了根据第二种安装形式组装的根据本发明的船和水射流单元的侧视图，

图4a示出了图3a的细节X的放大图，

图4b示出了图3b的细节Y的放大图，

图4c示出了图3b的细节Z的放大图，

图4d示出了图3a的横截面B-B。

具体实施方式

像根据现有技术的水射流推进单元那样，根据本发明的水射流推进单元10包括本体16、叶轮通道38、射流喷嘴36和转向喷嘴66，所有这些在图1a和图1b中都是可见的。根据图1a，本体16安装在船12内部，而叶轮通道38及叶轮通道内部的叶轮28、射流喷嘴36和转向喷嘴66则在船的尾部74之外。在根据图1a-图4d的实施例中，水射流单元10被安装在形成于船12中的安装孔14内，其中第一安装孔14.1形成在船12的底部72中，第二安装孔14.2形成在船12的尾部74中。本体16包括进水孔22的第一接触面20和第四接触面24，第一接触面用于在本体16和船12的底部72之间进行密封，第四接触面用于在本体16和叶轮通道38之间进行密封。在根据本发明的水射流单元10中，进水孔22和出水孔26相对于彼此的平面成角度α，该角度α比直角大附加角度β。优选地，水射流单元10中的第一接触面20和第四接触面24相对于它们的平面彼此成相同的角度α，该角度α比直角大附加角度β。相应地，根据图2c，在根据本发明的船12中，尾部74和底部72之间的角度θ等于角度α。因此，本体16紧密地相对于船12的尾部74和底部72平放。

相对于图1a-图4d所示的实施例可选地，当水射流单元的本体相应地仅包括倾斜的第一接触面，水射流单元借助于第一接触面至少主要从船的外部密封至船的安装孔时，水射流推进单元也可以附接到船上，在船中仅有一个倾斜的安装孔。在这种安装形式中，流管的进水孔不在第一接触面上。这种实施例的安装形式对应于申请人以AJ 285组合框架(AJ 285COMBI FRAME)的名称销售的水射流推进单元的安装形式。

根据现有技术，叶轮通道38包括由凸缘42形成的第二流管40，该凸缘具有第一端44和第二端48。第一端44包括用于使叶轮通道38相对本体16密封的第二接触面46，第二端48包括用于使叶轮通道38相对射流喷嘴36密封的第三接触面50。射流喷嘴也可以称作定子。通过叶轮通道38的第二接触面46和第三接触面50相对于它们的平面彼此成角度Ω，产生了根据本发明的水射流单元的两种可选的安装形式p1和p2，从而允许叶轮通道38绕叶轮轴的旋转轴线旋转180°。角度Ω优选等于附加角度β，此时以第三接触面50与船12的底部72成直角的方式安装叶轮通道38，射流喷嘴36和转向喷嘴66可以平行于船12的底部安装。另一方面，在以使第三接触面50相对于船12的底部72的法线成一斜角的方式安装叶轮通道38时，射流喷嘴36和转向喷嘴66可以相对于船12的底部成一角度进行安装。在这种情况下，该角度是角度Ω大小的两倍。因此可以按照图3a和图3b的两种可选方式安装水射流单元，同时改变了发动机32和船12的底部72之间的距离。同时，发动机32可以尽可能靠近船的尾部74，在船12内部留下大量空间用于其它目的。根据现有技术，可以使用发动机台架和支撑在船的底部和侧部上的支撑垫(图中未示出)将发动机支撑在船上。

可选地，角度Ω的大小可以与附加角度β大小不同，但是，这些安装形式都不会使得叶轮轴平行于船的底部安装，相反，叶轮轴将相对于船的底部平面保持至少一个小的角度。

根据现有技术，水射流单元10的叶轮28借助于发动机32的如图3a和图3b所示的叶轮轴34而旋转。发动机32是与水射流单元10分离的部件，然而，发动机是驱动水射流单元10所需的。叶轮轴34在最靠近发动机32的端部上通过属于水射流单元10的第一轴承容纳部54被支撑在本体16上。根据图4c的放大图，叶轮轴34在另一端上被支撑在第二轴承容纳部96上。根据现有技术，第二轴承容纳部96是射流喷嘴36的部件。

根据本发明，通过旋转叶轮通道38，射流喷嘴36和转向喷嘴66相对于船12的底部72的姿态发生改变，此时第二轴承容纳部96的姿态也发生改变。这继而使得在叶轮轴34的角度上发生改变，该改变影响整个叶轮轴34。为了使叶轮轴34也能以两种安装姿态被支撑在第一轴承容纳部54上，第一轴承容纳部54的姿态必须通过属于水射流单元10的支撑机构25来改变。根据第一实施例，支撑机构25是第一轴承容纳部54，该第一轴承容纳部是非对称的，即位于其内的轴孔56被偏心设置，从而根据图4a和图4b的放大图，第一轴承容纳部54将叶轮轴34偏心地支撑在本体16上。在图4a中，第一轴承容纳部54被支撑在本体16上，允许射流喷嘴36和转向喷嘴66平行于船的底部安装，而在图4b中，第一轴承容纳部54被支撑在本体16上，允许射流喷嘴36和转向喷嘴66相对于船底部的方向成一角度被安装。

根据可选的第二实施例，支撑机构是属于本体的可选附接位置，借助于该附接位置，优选对称的轴承容纳部可以根据所选择的安装形式在任意的安装位置处附接至本体。如果叶轮通道以射流喷嘴和转向喷嘴相对于船底部成一角度的方式安装，则轴承容纳部随后被附接至上部附接位置。另一方面，如果叶轮通道以射流喷嘴和转向喷嘴平行于船底部的方式安装，则轴承容纳部随后附接至下部附接位置。然而，这种执行方式需要两个附接位置，这不同于使用非对称的轴承容纳部，在非对称的轴承容纳部中，只需将轴承容纳部相对于叶轮轴的旋转轴线旋转180°，就可以在两种姿态下使用相同的附接位置。

根据现有技术，叶轮轴34贯穿本体16和形成在本体16内部的流管18。为了供应叶轮轴34通过，本体16包括轴孔30，该轴孔可以是轴管33，或者根据其名称仅是贯穿流管18的孔。轴孔30优选是轴管33，叶轮轴34穿过该轴管。因为在根据本发明的水射流推进单元10中，叶轮轴34的角度在水射流单元的不同安装姿态之间发生改变，所以轴管33包括扩大部58，以允许叶轮轴34在不同的安装形式中的可选角度。在不同的安装形式中，叶轮轴在本体内部的竖直位置发生改变，需要空间来保持叶轮轴不与轴管壁接触。借助于扩大部58，叶轮轴34将不会卡在轴管的上表面或下表面上。配备扩大部58的轴管33优选具有在竖直方向上呈卵圆形的横截面，这可以在图4d中看到。可选地，轴管的横截面也可以被成形为较大的圆形，但是这比卵圆形轴管更难以密封。

根据现有技术，轴管33必须借助于来自轴管33内部的填料盒60来密封，以使水不会从流管18穿过轴管33进入船12，更具体地说，不会从轴管33和叶轮轴34之间进入。在根据本发明的水射流单元10中，根据图4a，优选地使用用于密封的填料盒60来密封轴管33，该填料盒包括用于叶轮轴34的在竖直方向上呈卵圆形的密封孔62。当叶轮轴角度发生改变时，也需要改变填料盒的密封孔的位置。

图1a、图3a和图4a示出了根据本发明的水射流推进单元10的第一种安装形式，其中，叶轮轴34相对于船12的底部72成一角度平放。该角度优选为4°，这是由于以下事实：船12的底部72与其尾部之间的角度α为92°，造成相对于船12的底部72方向的附加角度β为2°，并且以非对称的叶轮通道38的第三接触面50相对于竖向成角度Ω的方式旋转叶轮通道38，造成另一个2°的倾斜。为了将叶轮轴34支撑在本体16上，旋转非对称的第一轴承容纳部54，使得第一轴承容纳部54的轴孔56位于第一轴承容纳部54的中心线的上方。相应地，填料盒也被旋转到使得密封孔在中心线的上方。在这种安装形式中，产生用于水射流单元10的驱动力的发动机32比在其他安装形式中更远离船12的底部72。因此在船中可以使用如下的发动机，其中，该发动机的缸体或油底壳高并且发动机在其下方需要大量空间，以使发动机不会碰到船的底部。

图1b、图3b和图4b示出了水射流推进单元10的第二种安装形式，其中，叶轮轴34平行于船12的底部72设置。这以如下方式实现：船12的底部72与其尾部之间的角度α为92°，造成相对于船12的底部72方向的附加角度β为2°，并且叶轮通道38被旋转以使非对称的叶轮通道38的第三接触面50是竖直的，从而校正了2°的倾斜，此时射流喷嘴36和转向喷嘴66将平行于船的底部。为了将叶轮轴34支撑在本体16上，以第一轴承容纳部54的轴孔56位于第一轴承容纳部54的中心线下方的方式使非对称的第一轴承容纳部54旋转。相应地，填料盒也被旋转使得密封孔在中心线下方。在这种安装形式中，产生用于水射流单元10的驱动功率的发动机32距船12的底部72的距离小于第一种安装形式中的距离。如果船的发动机是如下情况，即发动机32的油底壳68浅且在发动机下方不需要太多的空间，则可以使用这种安装形式。

代替上述的2°，角度Ω和β可以均在1°-3°之间，此时叶轮轴和船的底部之间的角度在第一种安装形式中将为2°-6°并且在第二种安装形式中再次平行于船的底部。

在图1a-图1b中，附图标记64示出了水射流推进单元10的换向斗(reversingscoop，反转斗)，其可以根据现有技术得到。在图1a-图1b和图2a中，附图标记80示出了本体16顶部上的检查舱口，用户可以通过检查舱口去除积聚在流管中的污物。

根据图2a-图2c，在船12的后部，根据本发明的水射流推进单元10在属于船12的船体70的底部72的尾部74中的附接点处附接至船12。根据本发明的船可以由例如玻璃纤维、薄金属板或用于制造船的一些其它类似材料制造。根据本发明的船12被设计成特别与根据本发明的水射流单元一起使用，以允许两种不同的安装形式。根据图2b，为了安装水射流单元10，船的尾部74与船的底部之间的角度θ被选择为大于标准的直角并且与本体的角度α相同。因此，通过改变水射流单元的叶轮通道的角度，针对水射流单元可以实现两个不同的安装角度。

与水射流推进单元结合使用的发动机优选是内燃发动机，但也可以是电动马达。在第一轴承容纳部54和所连接的叶轮轴34之间可以有离合器装置90。然而，发动机32优选地通过直接驱动连接至叶轮轴34，即在它们之间没有单独的竖直偏移(vertical-offset，垂直偏移)齿轮箱。

图4a更详细地示出了第一轴承容纳部54的结构。第一轴承容纳部54包括壳体55，支撑叶轮轴34的轴承84被匹配在该壳体内部。另外，第一轴承容纳部54包括附接凸缘57，壳体55通过螺栓88附接在附接凸缘57内的配对(counter，反向)螺纹钻孔86中。第一轴承容纳部54借助于填料盒60相对于轴管33被密封。根据图4b，第一轴承容纳部54可以在安装姿态之间旋转180°。在图4a中，附图标记61示出了轴承84之间的套筒，附图标记63示出了将轴承容纳部推向叶轮轴的机械式密封的弹簧。

根据图4c，在叶轮轴34中存在凹槽97，通过凹槽可以使用套筒101将叶轮轴34连接至叶轮28，在套筒中存在配对凹槽。叶轮轴34继续到达第二轴承容纳部96，在该第二轴承容纳部中，叶轮轴由轴颈轴承105支撑。作为轴颈轴承的可选方案，也可以使用滚动轴承。第二轴承容纳部96通过壳体103被附接至射流喷嘴36。从同一图4c可以看出，本体16如何优选地包括与流管18的出水孔26相连的安装凸缘98，叶轮通道38通过其中的孔洞92用螺栓89附接至该安装凸缘。第四接触面24形成在安装凸缘98中。进而，射流喷嘴36可以利用射流喷嘴中的配对孔94，通过螺栓89被附接至叶轮通道38。除了螺栓之外，优选在水射流单元的接头中使用密封垫或粘合剂以确保接触面的密封。