海洋导管桨喷气推进装置

摘要

本发明涉及海洋导管桨喷气推进装置，尤其是提出一种用于船舶的喷气推进单元，包括：扩散体/管导片；转向控制喷嘴组件；和半径。半径在扩散体/管导片和转向控制喷嘴组件之间的过渡点引入，以便扩散体/管导片能够控制排出推进单元的水流形状，并能够控制由宽范围船舶速度、操纵和大海状况代表的大压力差上的对应加速度。

权利要求

1.一种海洋导管桨喷气推进装置，其包括推进系统（10），所述推进系统（10）包括：进口部（100）；叶轮部（200），其位于所述进口部（100）的下游；所述叶轮部（200）包括叶轮壳体（251），其包括可互换叶片组件叶轮（202），所述可互换叶片组件叶轮（202）包括叶轮轮毂（252）和叶轮叶片（250）， 其中，所述叶轮叶片（250）沿着所述叶轮轮毂（252）的向外渐缩凸形面固定，所述可互换叶片组件叶轮（202）适于允许在损坏的情况下更换所述可互换叶片组件叶轮（202）上的各个叶轮叶片（250），并且适于允许改变所述叶轮叶片（250）的间距以用于不同的应用，所述叶轮部（200）包括扩散体/管导片的壳体，所述扩散体/管导片的壳体包括可互换的扩散体/管导片的叶片部件（245）、前端边缘叶片（244）和扩散体翼片（244a），所述可互换的扩散体/管导片的叶片部件（245）适于允许在损坏的情况下将前端边缘叶片更换为扩散体以便替换此类前端边缘叶片，并且适于允许改变所述扩散体翼片（244a）的前端边缘的间距以满足所述可互换叶片组件叶轮（202）的尾端边缘速度的需要；排放部（400），其位于所述叶轮部（200）的下游，所述排放部（400）包括转向喷嘴组件；通道，其从所述进口部（100）的形成在一端船壳底部表面的进口开口（106）延伸至另一端的所述转向喷嘴组件的出口；所述推进系统的内部工作部件的质量被容纳于所述通道内；其特征在于，所述通道具有轴向横截面面积，通过相应地增加外部尺寸和/或通过增加轴向横截面面积的半径，所述通道的轴向横截面面积在整个所述通道上被调节以适应内部工作部件的体积质量，使得随着经过的水质量从所述进口部（100）的进口开口（106）到所述转向喷嘴组件的出口被驱动通过所述通道，所述通道能够将经过的水质量基于体积会聚，同时保持所述经过的水质量的固体状态特征，并且使得，在使用中，轴向横截面流动面积实质上并规则地从入口减少到出口，不抵抗代表对流动限制或阻挡的内部工作部件的质量。

2.根据权利要求1所述的海洋导管桨喷气推进装置，其中，所述进口部（100）在入口壳体（104）中界定进口通道（102），所述进口通道（102）在一端的所述进口开口（106）和另一端到所述叶轮部（200）的叶轮进口部（203）之间连通；其中，在所述可互换叶片组件叶轮（202）前方沿入口壳体（104）的进口壁坐落的是最小长度等于叶轮叶片宽度的20%的直管部（211），所述直管部（211）被调节，以在其参数内适应内部工作部件的体积质量，其中引起利用一个或多个矫直翼片的流动来以固体状态流动到所述可互换叶片组件叶轮（202）的面。

3.根据权利要求1所述的海洋导管桨喷气推进装置，其包括叶轮进口部（203），其中，通过相应地增加外部尺寸，叶轮进口部（203）的横截面面积被调节到包括在驱动轴（204）、矫直翼片和定向或预打漩翼片的质量流中的容积插入。

4.根据权利要求1所述的海洋导管桨喷气推进装置，其中，所述转向喷嘴组件包括上转向喷嘴（401）和下转向喷嘴（402），并且其中，所述上转向喷嘴（401）的半径被增加，以减少流动阻力。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的海洋导管桨喷气推进装置，其中，所述转向喷嘴组件包括上转向喷嘴（401）和下转向喷嘴（402），并且其中，所述下转向喷嘴（402）的半径被增加，以减少流动阻力。

6.根据权利要求1所述的海洋导管桨喷气推进装置，其中，所述内部工作部件包括叶轮进口部（203）、驱动轴（204）、导引翼片和定向翼片；扩散体/管导片的轮毂（243）；带定位翼片的转向轴（501）；辐式翼片、流动控制翼片、流动矫直翼片。

7.根据权利要求1所述的海洋导管桨喷气推进装置，其进一步包括：增加的出口半径（246），所述增加的出口半径（246）在所述扩散体/管导片的壳体和所述转向喷嘴组件的上转向喷嘴（401）之间的过渡点引入，从而允许从所述扩散体/管导片的壳体到所述上转向喷嘴的上部的较小角度过渡。

8.根据权利要求1所述的海洋导管桨喷气推进装置，其中，所述转向喷嘴组件的下转向喷嘴（402）是可互换的，以能够调整所述下转向喷嘴。

9.根据权利要求1所述的海洋导管桨喷气推进装置，其中，所述转向喷嘴组件的下转向喷嘴（402）包括转向翼片，所述转向翼片是可伸缩的并且有助于跟踪和更好地控制船舶。

10.根据权利要求8或9所述的海洋导管桨喷气推进装置，其中，所述下转向喷嘴（402）可移除地附接到所述转向喷嘴组件的上转向喷嘴（401）的端部。

11.根据权利要求10所述的海洋导管桨喷气推进装置，其进一步包括：矫直翼片，所述矫直翼片垂直地附加到所述下转向喷嘴的部段的内部表面，以抑制涡旋并使要排放的水吞吐量是稳定的层状柱。

12.根据权利要求1‑4中任一项所述的海洋导管桨喷气推进装置，其包括：包含液压球接头部件的液压调整件（600），其适于允许船的上或下调整，同时在船的行进中不过分影响驱动的流动效率。

13.根据权利要求1所述的海洋导管桨喷气推进装置，其中，所述进口部（100）在入口壳体（104）中界定进口通道（102），所述进口通道（102）在一端的所述进口开口（106）和另一端到所述叶轮部（200）的叶轮进口部（203）之间连通；其中，旁通阀组件适于靠近叶轮进口部（203）装配在所述入口壳体（104）中，旁通阀适于通过附接到所述入口壳体（104）的侧面的压力传感器被设置为期望的压力释放。

说明书

海洋导管桨喷气推进装置

[0001] 本申请是申请号为201480027937.6、申请日为2014年3月17日、发明名称为“海洋导管桨喷气推进系统”的中国发明专利申请的分案申请。

[0002] 相关申请的交叉引用

[0003] 该申请要求2013年3月15日提交的题目为“海洋导管桨喷气推进系统”的美国临时专利申请号61/799,274的优先权，在此通过引用包括。

技术领域

[0004] 本公开涉及海洋导管桨喷气推进装置的例示实施例，更具体地涉及用于海洋导管桨喷气推进单元的叶轮组件和管道设计的例示实施例。

背景技术

[0005] 用于海洋船舶的喷气推进设备的使用是众所周知的技术。喷气推进比简单桨具有许多优点，尤其就浅水而言，虽然喷气推进能量消耗比传统的桨系统效率低得多，可是操控性好。但是，因为与海洋喷气推进关联的某些普遍问题，用于海洋船舶的喷气推进不被广泛接受。例如，因为在宽范围的速度、水深、大海状况、在喷气推进单元入口处过分水获取等上的不确定性能，海洋喷气推进提出明显设计问题，过分水获取可能造成团化。

[0006] 气蚀是另一个普遍问题。气蚀表明在叶轮上不均匀压力负载(净正吸入压头)。气蚀能够通过以下来产生：流体的过量径向加速、流体柱的过分打漩和湍流、以及造成与叶轮动作产生的真空关联的流体吞吐量的无意局部汽化的压力变化。

[0007] 因此，期望设计一种用于海洋船舶的喷气推进单元，其中甚至在高输出时每个特征也一起协同地工作来提供恒定的水柱，并且其中水吞吐量既不湍急也不打漩，以便消除气蚀和压力变化效应。更进一步地，该单元应该具有最大灵活性来应对船舶的全部速度范围和它的原动机单元上的改变负载，而不产生上述团化和气蚀效应。

发明内容

[0008] 一种用于船舶的喷气推进单元，包括：扩散体/管导片；转向控制喷嘴组件；和半径。半径在扩散体/管导片和转向控制喷嘴组件之间的过渡点引入，以便扩散体/管导片能够控制离开推进单元的水流的形状，并能够控制由宽范围船舶速度、操控策略和大海状况代表的大压力差上的对应加速度。

附图说明

[0009] 与附图和权利要求书一起，参照以下详细说明，本公开的在前和其它目的将显而易见，其中贯穿全文相同标号表示相同部件，并且其中：

[0010] 图1是根据本公开的一个例示实施例的海洋导管桨喷气推进装置的示意图；

[0011] 图2是根据图1的一个例示实施例的海洋导管桨喷气推进装置的拆分图；

[0012] 图3是根据图1的一个例示实施例的海洋导管桨喷气推进装置的拆分图；

[0013] 图4是根据图1的一个例示实施例的海洋导管桨喷气推进装置的拆分图；

[0014] 图5是根据图1的一个例示实施例的海洋导管桨喷气推进装置的叶轮和扩散体的示意图；

[0015] 图6是根据本公开的一个例示实施例的海洋导管桨喷气推进装置的叶轮轮毂和扩散体轮毂的示意图；

[0016] 图7是根据本公开的一个例示实施例的海洋导管桨喷气推进装置的叶轮的各种视图；

[0017] 图8是根据本公开的一个例示实施例的海洋导管桨喷气推进装置的扩散体/管导片的各种视图；

[0018] 图9是根据本公开的一个例示实施例的海洋导管桨喷气推进装置的示意图；以及[0019] 图10是根据本公开的一个例示实施例的海洋导管桨喷气推进装置的调整件的各种视图。

[0020] 贯穿附图，相同的标号和字符用来代表所示实施例的相同特征、元件、部件或部分，除非另外陈述。此外，当现在将参照附图详细说明本公开时，它将与示出实施例相联地完成。期望的是，不脱离本公开的实质范围和精神，能够做出对所说明实施例的变化和修订。

具体实施方式

[0021] 现在将参照附图说明本公开的方法和系统的例示实施例。美国专利申请号5,123,867和6,027,383也说明了传统的喷气推进单元，二者通过引用并入。

[0022] 本公开提供了一种实质上提高推进效率的推进系统。效率能够通过以下获得：(1)按照如经过喷嘴的流体流动所展示的将经过的水质量基于体积会聚，以及(2)在流动体积中容积地适应系统的内部工作部件的质量，从而提高壳体给到流动的会聚特性。在使用中，轴向横截面流动面积实质上并规则地从入口减少到出口，不抵抗代表对流动限制或阻挡的内部工作部件的质量。此外，在本公开中容积喷嘴设计的使用减少了湍流，并更有效地提高了水流的固体塞流或固体状态特征。

[0023] 图1示出了具有经包装的排气壳体1的海洋导管桨喷气推进装置100的线图。发动机排气的热能够加热扩散体和转向喷嘴组件的壳体，这又最多通过加热流动控制壳体的内壁改进黏滞系数。这能够传递热到水，减少壳体材料表面的阻力系数并增加流动粘性。排气围绕喷嘴射流离开的好处是，它提供了离开柱的排放气阱，减少了柱冲击固体水的阻力损失，并改进了柱中势能到动能或推力的反应效应。

[0024] 参照图1和4，推进系统10功能类似于轴向流动、正压头泵或涡轮泵，其具有在线A‑A到B‑B之间延伸的进口部100、在线B‑B到C‑C之间延伸的叶轮部200以及在线C‑C到E‑E之间的排放部400。由大气压力导入入口通道102的水柱经过排放部400供能并加速来为船舶12提供推力。

[0025] 船舶12具有安装在后部14中的导管桨喷气推进系统10，以便推进系统10的进口部100利用适配板16并入到底部船壳18，推进系统10的由横梁20支撑的排放部400替换普通桨延伸出船舶12的后方。推进系统10图解地显示在两个它的推力位置：F‑前进推进位置和R‑倒退推进位置。原动机22直接附接到叶轮轴24，并且转向连杆26附接到推进单元10的转向模块28。

[0026] 无论船舶12是否在水中，可互换的推力轴承组件30还用于通过断接位于驱动轴端的驱动联轴器并移走紧固螺栓来在适当位置更换推力轴承，这然后允许轴推力轴承组件30的互换。设计推力轴承组件30自上油来确保轴承和密封一直润滑。

[0027] 如图2和3所示，进口部100更具体地在壳体104中界定进口通道102，其在形成在一端船壳底部表面的进口开口106和另一端到叶轮部200的叶轮进口部203之间连通。初始矩形或椭圆形的通道110按照控制流动会聚到叶轮202的面和增强流动特性的方式过渡为圆形形状。如图2所示，通道110可以包括两个竖直壁112、在弯曲部120处会聚到圆柱腔118上的长倾斜壁114和短倾斜壁116。遵循弯曲部120，通道122是圆柱形的。通道122的会聚壁在交叉处恰当地平滑和倒圆，以便于无湍流地流动。弯曲部120的角度，依据特定设计要求，典型地，但不限于从大约30度改变到大约45度，并且也能够调节来适应叶轮进口部203的内部工作部件的体积质量。

[0028] 如图2所示，在保持雷诺数(Re)在2300和4000之间，但典型地接近2300的同时，叶轮进口部203可以包括轴204、导引翼片206和定向翼片208。进口部203的横截面面积优选地与到叶轮202的入口102处的横截面面积成比例，比率在大约1.5到大约2.5:1变化，也可以因此通过增加外部尺寸调节到包括容积插入在驱动轴204、矫直翼片206和定向或预打漩翼片208的质量流中。

[0029] 通过横截面地调节从进口入口到叶轮面的进口过渡的形状来确保经过进口部203到叶轮202的会聚流动不被阻挡，上下进口部110、203的内部流动特征能够适应进口架210、轴204、导引翼片206和定向或抗预打漩翼片208。不这样做会产生流动限制，其能够在到叶轮202的流动中引起压力变化(在图4中更详细地显示)，其能够引起流动中的充气、压力变化和气蚀。

[0030] 在叶轮202前方沿入口壳体104的进口壁坐落的是最小长度等于叶轮叶片宽度的20％的直管部211，其调节来在它的参数内适应内部工作部件的体积质量，其中引起利用一个或多个矫直翼片208的流动来以固体状态流动到叶轮202的面。其它定向翼片206沿入口壳体104的侧表面径向地间隔，以便等体积的水可以经过矫直翼片208导向到叶轮202的外周。翼片208为了优化流动效率使在叶轮202上的径向负载最小化，所以流体以固体状态呈现到叶轮202的面。翼片208还用来抑制在到叶轮202的入口水柱中的任何初步预旋转或湍流。重要的是，进口部203的内部流动特征通过对从进口部203到叶轮面的进口部过渡的形状的横截面调节，来适应矫直和定向翼片206、208的容积侵入，以便确保经过进口部到叶轮
202的流动是容积无阻碍或限制的。不这样做会产生流动限制，其能够在到叶轮202的流动中引起压力变化，其能够在流动中引起压力变化和充气、以及气蚀。

[0031] 在通道102内，进口架210邻近船壳开口布置。该架210的质量将在进口通道102中容积地移位，以致不出现对进入流的限制。如果不这样做，流动将遭受在架210的进口侧上的低压下降，其造成湍急流动或压力减少的充气液体出现到叶轮202的面。这将从叶轮的面沿它的叶片宽度引起气蚀。架210典型地是沿船壳18纵向向下倾斜到进口壳体104的后方布置的跨越平行杆。架210的杆在进入流方向具有流线型或水翼横截面，以便生成对水流的最小阻力。架210的杆之间的间隔优选地应该不超过扩散体翼片之间的间隔，以便进入叶轮202的最大物体可以穿过扩散体翼片。

[0032] 进口系统100的导入板能够通过设计调节来适应船壳底部升高量变化，以便确保固体状态水以正确角度和流动比率平滑进入进口部110，来使到叶轮202的固体状态流输入速度最大化。通过保证叶轮202前方的压力增进不超过它的设计需求或不通过从进口部往下产生背压而在船壳下引起阻力，该部件还与进入压力释放旁通阀一起工作。该释放压力已经通过测试确定范围在3到6psi。

[0033] 可变尺寸的进口部203能够设置不同尺寸，以便无论它的船壳形状、尺寸或底部升高量或速度允许推进系统10的安装适应任何类型的船舶，并将通过联轴器或螺栓组件的方式连接到上进口部205。入口部200安装在船壳的后部中，以便在规划船壳的情况下船舶的前进运动和随后提升出水面使进口部200定位略微在船壳的水平面之下。但是，为了在静止或低速时的正确操作，单元应该如此安装，以便叶轮202横截面面积的至少大约60％到80％被淹没。例如，进口部203通过凸缘以螺栓连接到船壳。

[0034] 如果在壳体104内出现阻塞，设置臂孔管216来快速接入到通道212。管216定位在弯曲部120并包括圆柱壳体220，具有外法兰222和塞子224。塞子224设有附加到完全填充导管壳体220的法兰盖228的固体部226。部226设有平滑波形表面，其匹配在弯曲部120中当安装导管216时从上进口壳体104移走的表面部。当正确阻塞在位置时，导管216不产生流动中断。法兰222设有插入法兰222的螺栓孔中的直立的螺栓230，以便当安装时塞子226可以正确地对准。附接到盖228的手柄232提供附加的对准标记。传感器能够定位在法兰222和导管216之间，以便如果当原动机22运行时存在试图移走塞子224则触发发动机停止模式。

[0035] 还能够将旁通阀组件(未示出)靠近图1和2所示的入口203装配在壳体104中。如果船舶12的船壳和导引入口106之间的水压超过大于3到6psi的处理能力，则过量水经过旁通阀组件(未示出)流出。过量水累积，通俗地公知为团化，是在海洋喷气推进单元中的普遍现象。当船经历猛烈操控和/或在恶劣大海状况期间出现在高船速处，过量团化在船12的船壳上引入阻力特征并影响单元10的推进效率。阀组件(未示出)用作抗团化设备来减轻压力。现在公知的是该压力不应该超过3到6psi。通过允许在叶轮202前方的过量压力累积围绕叶轮释放到排放热交换器207，进口压力释放旁通阀232能够与导流板一起工作。压力旁通阀压力释放阀(未示出)能够设置为如遇到大海状况或船的工作负载所需要的期望压力释放，以便改进单元性能。这由附接到壳体104侧部的压力传感器自动地控制，其传达在叶轮202之前的运行压力，所以阀能够通过可编程控制器(未示出)来调节。不具有压力释放能力能够导致在叶轮202之前和进口部下游压力增加的状况，造成在进口部入口处的阻力效应，并进一步影响主船的特征。从旁通阀(未示出)流出的流动将退入推进系统排放壳体207。

[0036] 如图1和3所见，从线B‑B到线C‑C，示出了本发明的叶轮部200包括单级叶轮202。叶轮组件200包括由两个较小部组成的可移除壳体236，两个较小部是具有叶轮202和扩散体/管导片242的叶轮壳体251以及扩散体/管导片壳体240。叶轮壳体251是筒形的，在入口端口344和排放端口346具有大致一致的直径。扩散体壳体240是筒形的，具有从邻近叶轮部200的最大直径到邻近排放部400的最小直径向内渐缩的内表面。叶轮壳体240的会聚内表面具有优选地与叶轮部进口部横截面面积成比例的出口横截面面积，比率从大约0.5到0.75:1变化，调节来适应为叶片250和轮毂252的叶轮202内部工作部件的体积质量。优选比率是大约0.60到大约0.70：1，调节来适应为叶片和轮毂的叶轮内部工作部件的体积质量，并最优地大约0.64:1，以便扩散体/管导片壳体240的体积排量小于叶轮部200的体积排量。扩散体部的体积排量从大约75％到大约90％调节来适应为叶片和轮毂的叶轮内部工作部件的体积质量，优选地从大约80％到大约90％调节来适应为叶轮部体积排量的叶片和轮毂的叶轮内部工作部件的体积质量，并最优地大约85％调节来适应为叶片和轮毂的叶轮内部工作部件的体积质量。更进一步地，通过在叶轮壳体中的轴向叶轮/扩散体/管导片组合提供的环形流道具有平滑实质上连续的内外表面，用于防止湍急的边界涡流。叶轮部200的重要设计标准是，叶轮壳体251和扩散体壳体240的横截面面积应该在联结点处相同。

[0037] 具体关于叶轮部200的各个部件，叶轮组件202具有独特设计，其具有对于轮毂部252和叶轮叶片250在前经历的许多测试和修订。如果损坏，可互换叶片组件叶轮能够容易地取代叶轮202上的各个叶轮叶片250，或者针对不同应用改变叶轮202的间距。叶轮202的必要方面是，叶轮叶片250沿可拆的轮毂部252的向外渐缩凸形面来固定，而不是沿如在现有技术叶轮设计中典型的平直部来固定。

[0038] 组装的叶轮轮毂252优选地具有向外渐缩的凸形表面和环形内部，更优选地当在轴向横截面观察时轮毂252具有包括凹形部分和凸形部分的外部表面和环形内部。组装后的轮毂252具有带窄直径前端、增大的可变直径中部和大直径尾端的外部表面。轴204的远端延伸穿过沿轮毂252长度的同心轴向钻孔266。前端具有抵接在轴204上的肩264的环形端面，以便为流体流动呈现平滑的连续表面。组装后的轮毂252的环形壁实质上是恒定厚度，除了从钻孔266向外延伸的环形远端，提供可接合表面叶片部挡板并用于锁紧护套。

[0039] 叶轮202具有沿轮毂252的波形表面附接的叶片250，以倾斜设计来使叶片对经过流体的暴露最大化并减小由叶轮202施加的径向加速度分量。叶片250具有凸形外半径272、凹形内半径274、短尾端边缘、长前端边缘、具有中点的宽表面侧、和厚度。

[0040] 如从相对于在前端边缘和尾端边缘处正切于组装的轮毂252的外部表面的线垂直确定的，叶轮叶片250的倾斜界定为沿叶片250长度的平均倾斜或扭曲度。当沿内径274或外径272观察时，或当沿前端或尾端叶片边缘向下观察时，前端或尾端边缘的平均倾斜角度都优选地范围从偏离垂直大约20‑40度，更优选地偏离垂直大约30度，如叶片250所需的一个边缘倾斜与另一个相反，以便遵循轮毂252表面轮廓。前端边缘弯曲进叶轮202的前进方向。可理解的是，前端边缘对应于具有窄直径的轮毂252的前端，并且尾端边缘对应于轮毂252的尾端，并且叶片250的中间部径向宽度是轮毂252的中间部部分的半径的函数，以便叶轮直径实质上恒定。叶片250的总长度等于组装的轮毂252加上角向分量。

[0041] 代替如在先界定的实质上均匀，在径向方向叶片250的厚度284因为改进的设计在设计上是低轮廓叶形的。前端边缘具有实质上均匀的渐缩，在距每个边缘大致等距的中点具有最大厚度。前端边缘进入角需要在关于叶轮202的旋转速度的13和15度之间。

[0042] 图7显示沿组装的轮毂252延伸的五个叶片的典型扇形。叶片的数量、叶轮直径和倾斜度可以关于由原动机22供应的动力和附近船的所需设计考虑来优化。

[0043] 通过横截面通过调节叶轮壳体251的形状和叶轮轮毂252的尺寸，叶轮壳体251的内部流动特征能够适应叶轮叶片250和轮毂252体积排量。这将允许流动从进口部203经过叶轮202到扩散体/管导片242的过渡无限制，并保持到转向喷嘴400的正确流动体积速度。不这样做会生成经过该系统的流动特征的变化，造成在叶轮叶片的前端边缘的气蚀或引起到扩散体/管导片和进入转向喷嘴组件400的流动的压力变化，这能够引起湍急的流动或流动阻塞并导致减少效率的背压，并最终造成液压制动效应。

[0044] 通过增加连续平行部到组件叶轮轮毂252的端和到代表叶片250的离开间距的继续的叶片宽度，在加速流动上的叶轮叶片250的间距效应能够由叶片宽度延伸超过所需间距长度来提高。叶轮叶片250的设计间距能够为所需流出速度效率和从驱动叶轮202的动力源可得的动力的组合解释。该动力源能够为各种类型的驱动，是电气的、汽油的、柴油的、气体的或替换燃料的驱动。增加叶片宽度的效应能够与可互换的扩散体叶片部件一起工作，以便提高叶轮叶片250的背面的旋转离开流动速度转换为经过扩散体242到转向喷嘴组件400的线性、层状类型流动的效率。类似于通过调节直径到间距比率匹配传统桨到船的需求的能力，增加叶片宽度的延伸的调节提供抵抗驱动提高叶轮输出的性能和效率的能力。通过横截面通过调节叶轮壳体直径或调节流量中叶轮轮毂排量，叶轮壳体251的内部流动特征能够适应叶轮叶片250和增加间距延伸的体积排量。这能够允许从进口部经过叶轮202到扩散体/管导片242的流动的过渡无限制，并保持经过扩散体/管导片242到转向喷嘴400的正确流量容积和速度。不这样做会产生经过该系统的流动特征的变化，造成在在系统失败中推进效率以权宜比率与不一致结果成比例的下降。

[0045] 能够设置耐久的塑料移除并可替换的叶轮耐磨套260来阻止叶轮壳体251的磨损和撕裂。叶片端和耐久的塑料移除并可替换的叶轮耐磨套的内壁之间的间隙尺寸是严格的并应该不多于和不少于触摸接触。

[0046] 通过横截面通过调节扩散体/管导片壳体242的形状，扩散体/管导片壳体242的内部流动特征能够适应扩散体242的叶片和轮毂243的体积排量。这能够允许离开叶轮叶片250的后面的流动经过扩散体242到喷嘴组件400的上喷嘴的过渡无限制，并保持到上转向喷嘴401的正确流动体积和速度。不这样做会生成经过该系统的流动特征的变化，造成具有生成背压的湍急流动或流动阻塞。这能够导致在叶轮叶片250的前端边缘的气蚀，其能够引起到扩散体和到转向喷嘴组件401上的流动的权宜压力变化，造成效率降低和最终系统失败。

[0047] 可互换的扩散体/管导片叶片部件245能够容忍如果损坏改变前端边缘叶片到扩散体242来被替换，或如果它们需要调节来满足叶轮202的尾端边缘速度或叶轮叶片250的间距的变化的需要则改变扩散体翼片244a的前端边缘的间距。

[0048] 扩散体叶片244的前端边缘到它们的直尾端部的半径范围能够是比在前设计中大的半径，以便确保来自叶轮叶片250的流动的不那么湍急过渡，其能够允许从旋转流到线性/层状型类型流的变化为少攻击性减小湍急流动。扩散体/管导片翼片244的进入角需要等于叶轮202的尾端边缘的流动速度。每个叶片的前端半径能够延伸到扩散体/管导片叶片长度的大致一半。半径的变化和导致的叶片形状的变化能够包括在扩散体/管导片壳体的内部流动特征的容积流动特征和/或轮毂支撑扩散体翼片244中，轮毂支撑扩散体翼片以比在前获得的更精确的确保流动特征的会聚流动效应支撑。

[0049] 到扩散体/管导片242的出口半径246能够调节为增加。从扩散体/管导片出口到转向喷嘴组件400的尖锐角度过渡能够造成在流动从扩散体/管导片242过渡到转向控制喷嘴组件400时引入流动湍流。如美国专利号5,123,867和6,027,383所示，这种尖锐并突然的角度变化在扩散体出口引入更高流动速率的流动湍流，限制流动并生成背压，其能够通过对叶轮叶片250背面的流动呈现阻力来影响叶轮202的效率。增加该半径提供流动加速度的减少，与由叶轮202在动力下和由设计提供的会聚流动特征传递到流动的恒定速度加速度成比例。流动需要经过权宜的流动加速度控制，无本质上湍急的流动，其造成引入背压的湍流。通过在从扩散体/管导片242到转向控制喷嘴组件401的过渡点处引入半径，湍急流动的减少已经被发现相对于在扩散体/管导片242和转向控制喷嘴组件400的接触点处所设半径的半径长度的增加而权宜并成比例地减少。

[0050] 扩散体/管导片242紧邻叶轮202布置并设计为与叶轮202一起工作，以便获取某些重要性能功能：(1)抑制由叶轮202传递的径向加速度分量；(2)横跨整个叶轮区域横截面扩散水吞吐量的路径；(3)通过在叶轮202上提供低人工背压，防止流经流体因与叶轮动作关联的真空造成的局部汽化；以及(4)允许叶轮202的最大化反应并允许原动机22可用能量更有效的转换为势能。蒸汽存在的任何程度将引入叶轮上的非均匀负载和气蚀。这些性能功能通过扩散体/管导片242的体积流动特征调节到适应扩散体/管导片242的内部工作部件的体积质量来改进。

[0051] 扩散体/管导片轮毂243优选地具有关于轮毂叶轮252相反地布置的向内渐缩的凸面和环形内部。轮毂243包括大平直径前端、减小可变直径中间部和小直径尾端和中央环形端延伸，小直径尾端与穿过其中间部钻孔的同心孔腔246形成倒圆形的鼻部。同心外环形腔246主要用于减少多余重量，使轮毂252b设有实质上恒定厚度的壁。同心内环形孔246界定用于支撑叶轮202的叶轮轴204的支撑轴承的圆柱壳体。如设计强度标准所需，孔246在轮毂
243的鼻部具有减少的直径。

[0052] 扩散体/管导片叶片设计典型地依据标准直翼片设计，除了明显的变化与扩散体轮毂252b的表面轮廓关联地包括到翼片244。翼片244具有为轮毂243直径的函数的径向宽度，以便扩散体242具有恒定直径。每个翼片244的厚度可以是机翼形，或典型地全部具有一致厚度，除了可以是如设计微调要求的变钝或变锐的边缘侧。翼片244具有可互换部245的可互换前端边缘口和直部，前端边缘口在与叶轮202的前进方向相反的方向弯曲，直部典型地垂直轮毂表面，还可以以离开在接合点处把轮毂243一分为二的正交平面最多大约10度的角度并依据性能微调与叶轮202的前进方向相反地倾斜。可移除扩散体/管导片叶片部的弯曲端典型地以离开把可互换叶片部的轮毂243一分为二并包括直部的纵向平面大约10度到大约40度的角度倾斜。翼片244一端纵向地牢固地附加到轮毂243的轮廓表面，另一端附加到壳体的内壁，并为轮毂243的轴承功能提供横杆支撑。扩散体/管导片翼片244的数量根据叶轮叶片250的数量选择，这种关系为扩散体/管导片部的性能标准，例如提供背压，以及以致获取径向加速度的抑制并最小化共振和噪声级别。在一个重要设计特点中，叶轮叶片与扩散体/管导片翼片的比率是奇数：偶数，或反之亦然。例如，给定3、5、或7个叶轮叶片，扩散体翼片的对应数量优选地为6、8、或10。

[0053] 总之，扩散体/管导片242设计来控制水流的形状和由宽范围船速、操控策略和海水状况代表的大压力差下对应的加速度。

[0054] 叶轮组件200轴向对称地布置在圆柱的叶轮壳体251中，扩散体/管导片装置242很近地附接在叶轮装置202后方。在可旋转轮毂252上的尾端的外表面与在固定轮毂243上的前端的外表面实质上是连续的。叶轮组件200这样布置来使该组件制作简单快速，并使叶轮202和匹配的扩散体242符合原动机22和船舶设计要求。叶轮壳体251可以具有可替换套，其使壳体的直径对应叶轮直径的减少而减少。因而对于更小的船能够使用更小直径的叶轮布置。但是，关于马力或船舶尺寸没有限制，对于大船或更高速度，推进系统10可以具有成比例地扩展能力。

[0055] 穿过推进系统10轴向地延伸的叶轮轴204设有由安装在入口壳体203上可互换的轴承组件30提供的第一轴承支撑和在固定轮毂243处的第二轴承支撑247。轴承组件30包括壳体、滚柱轴承和锁紧环。轴承组件30还可以根据具体原动机要求包括用于单位传动装置的齿轮箱(未示出)。

[0056] 轴204设有肩和具有逐渐变小的同心直径部的同心远端部。叶轮202滑动到轴204的部分上，以便轮毂252上的前端边缘的环形端邻接肩来呈现用于流体流动的平滑连续表面。带近侧环形端的环形锁紧轴套接合环形端，将叶轮202牢固地保持到轴204上的肩，近侧环形端具有大于从轮毂孔266向外延伸的远侧环形端的最小直径的直径。垫圈和锁紧螺母固定轴套。轴204的远端部带螺纹用于锁紧螺母，以便标准键(未示出)和键孔组合同步地接合叶轮202到轴204上。

[0057] 轴承轴套插入轮毂壳体252的中心环形部分。组装通过将具有轴套的轴部分插入穿过轴承来完成，以便轮毂252和243之间的间隙大约是1/8英寸。在静止轮毂243的鼻端中的孔266提供用于围绕轴承外部冲洗的水的出口。轴承是自润滑、自冷却和自冲洗的，是用在海洋应用中的典型轴承。

[0058] 针对较大船舶的一个替换的轴承应用是在定向叶片中设置轴承，并使叶轮定位在轴的配对杠杆部上，该配对杠杆部延伸超出定位在定向叶片支撑中的轴承壳体。

[0059] 轴还能够位于翼形轴壳体中，以便由形成支撑结构的叶轮前方的定向叶片支撑提供对进入流的最小抵抗。由于阻止轴的旋转速度预旋转流动到叶轮面的效果，设计为进口部的流动特征的该壳体质量能够对进入流提供比裸露轴更小的抵抗。

[0060] 用于联结叶轮部罩到进口部壳体104和上喷嘴壳体401到排出壳体喷嘴402的装置包括相同的环形夹或螺栓法兰，螺栓法兰由螺栓紧固在套到附加到各个部的匹配法兰上的夹配件内。夹典型地包括附接在铰链处的两个半圆带槽件。额外的联结装置包括如在利用法兰的叶轮壳体251和扩散体壳体242以及利用法兰的扩散体罩和排出罩之间的匹配法兰连接器。优选地在其间使用橡胶密封、垫圈或O形圈。推进系统10的设计为带壳体的转向装置28中心地位于泵壳体部顶部。壳体的部分也由法兰联结。

[0061] 从线C‑C延伸到线E‑E的出口或排放部400包括三个圆柱部并提供两个主要功能：流体加速和用于转动地引导排出流的装置以提供控制装置。排放部400包括优选60度的互补角度，以便排放点与船12的底部船壳水平地对准。

[0062] 居中从线C‑C延伸出的第一部是倾斜的圆柱壳体291。壳体400包括可水平转动360度的可转动部分293。可转动第二部293和倾斜部通过轴承组件联结。轴承组件包括附接到壳体291的外部表面的内圈、附接到部的外部表面的外圈和其间的轴承环。

[0063] 转向设备28将在船舶中的转向柱链接到本发明的喷气推进单元的可旋转部。转向链接包括具有轴套轴承的转向杆和第一、第二万向节。安装在有角度地延伸穿过壳体291内部的转向杆顶上的第二万向节是通过辐式翼片的方式与旋转部可操作地关联。设计和安装角度辐式翼片以致不存在对流动的妨碍。

[0064] 排放部400的第三部是夹紧到如前所述的部的互补倾斜壳体并延伸出到线E‑E。壳体291包括下喷嘴402，并设计来可互换，以便能够进行以性能为导向的喷嘴选择。在排放部400中的转向组件291的横截面面积是优选地与叶轮入口横截面面积成比例，比率从大约
0.25到大约0.50:1。通过调节转向组件291的进入直径来适应在流动体积中转向轴、辐式翼片和流动控制翼片的内部工作部件的体积质量，优选地比率从大约0.30到大约0.40:1，最优地比率大约0.35:1，排放喷嘴的内部表面是平滑的并会聚到出口横截面面积上。

[0065] 下喷嘴402包括优选地垂直附加到部内部表面的一个或多个矫直翼片。矫直翼片设计来抑制涡旋并使要从单元10排放的水吞吐量是稳定的层状柱。此外，喷嘴402包括附接到喷嘴外边缘的环。通过围绕环边缘的涡旋，环人为地提高经过喷嘴401排放的水的推进反应来允许排出水较平滑的过渡。

[0066] 通过横截面通过调节上喷嘴401的形状，上转向喷嘴401的内部流动特征能够适应转向轴501的体积排量。这能够允许经过喷嘴组件的上喷嘴401到下喷嘴402离开扩散体翼片244背面的流动的过渡无限制，并保持到转向喷嘴的正确流动体积和速度。不这样做会生成经过该系统的流动特征的变化，造成具有生成背压的湍急流动。这能够引入流动到转向喷嘴的权宜压力变化，造成影响扩散体242效率的湍急流动和背压的生成，其将减少整体系统效率和最终系统失败。通过发现，上喷嘴401半径的增加将减少流动阻力并与扩散体/管导片的改变出口半径一起工作，以便改进经过上喷嘴401的流动的效率。效率的增加直接与上喷嘴401的弯管形的径向长度以及利用径向长度的增加得到的改进内部流动速度相关。

[0067] 通过横截面通过调节转向轴承组件的形状，转向轴承组件291的转向喷嘴的内部流动特征能够适应转向轴501和星形臂的体积排量。这能够允许从喷嘴组件的上喷嘴401通过轴承组件到下喷嘴402的流动的过渡无限制，并保持到转向喷嘴的正确流动体积和速度。不这样做会生成经过该系统的流动特征的变化，造成导致背压的湍流。这能够引起到转向喷嘴的流动中的权宜压力改变，导致产生湍流和背压以及效率下降。

[0068] 通过横截面通过调节下喷嘴的形状，下转向喷嘴402的内部流动特征能够适应导引翼片的体积排量。这能够允许从轴承组件到下喷嘴的流动的过渡无限制，并保持到转向喷嘴的正确流动体积和速度。不这样做会生成经过该系统的流动特征的变化以及效率下降。

[0069] 下转向喷嘴402导引翼片403能够被沿着半径的长度承载，以便包括与喷嘴的外壁相同的半径。这能够提供用于导引经过喷嘴半径的流动的排出过渡更平滑的过渡，并减少在喷嘴半径转弯处湍流的生成改进流过效率。通过横截面地调节喷嘴的形状来确保经过喷嘴的流动不被抑制，喷嘴的内部流动特征能够适应任何导引翼片。由于具有上喷嘴401，增加下转向喷嘴402的半径将减少流动阻力并改进经过下喷嘴的流动的效率。效率增加直接与下喷嘴402的弯管形的半径长度和内部流动速度相关。下转向喷嘴402的可互换性允许排出流出物的高度通过使用不同半径长度的喷嘴是可调节的，其相应地提升或降低流出物排出点，改变推力点和与下转向喷嘴半径长度变化相关的在船上的效应。

[0070] 在下喷嘴402中的跳起转向翼片405能够帮助追踪并更好地控制具有低角底斜度船壳的船舶。如果它遇到海水中无论是动物还是矿石的任何障碍，跳起转向翼片405将缩回到转向喷嘴。下转向喷嘴壳体直径通过尺寸适应在流动体积中跳起转向翼片305的内部工作部件的体积质量。

[0071] 排放壳体400还包括钻出大致与扩散体轮毂243末端对齐的放泄孔，以便引入到单元10的受制空气能够排出，并且单元10能够自启动。来自放泄孔的流动能够排出到大气或排放壳体500。

[0072] 排放部400的控制功能通过如由转向装置28所设置的引导喷嘴推力来包括。定向航向与喷嘴在位置F、R和其间的径向位置的操作关联。

[0073] 带橡胶保护器701的反向隆起700能够设计来防止转向喷嘴组件409被从后方猛撞而损坏，或者当船倒退时，或作为锚用于拖曳。

[0074] 如图9和10所见，当进行中不过分影响驱动的流动效率，包括液压球接头部件601、602和603的液压调整件600能够允许船的上或下调整。可用调整件600能够允许在喷嘴流出物的定位中上或下改变大致20度。液压调整件600的内部流动特征能够是平行的，并且调整装置的进入和离开流动速度能够尽可能相等。调整件600能够包括有或无排出罩。

[0075] 本发明的海洋喷气推进单元10优选地由不锈钢制造和组装，不锈钢根据它的强度和抗腐蚀特性来选择，但是，具有良好黏性、冲击和结构强度的抗腐蚀工程铝或塑料也适用推进单元10的一个或多个部件。

[0076] 应该理解的是，海洋喷气推进系统10的执行是依据每个独立部的功能的协同相互关系。每个独立部必须成比例并对称地制造和组装，考虑所需压力和需要允许喷气推进单元10有效工作的流动平衡性。

[0077] 关于喷气推进单元10的动力要求的性能可预测性使单元对关于叶轮叶片、相关扩散体翼片和喷嘴的设计标准的具体原动机能够微调。

[0078] 本发明的在前说明是示意和解释的。所采用材料、装置和具体部件的各种变化将出现到本领域的普通技术人员。期望的是，所有这些在所附权利要求书的范围和精神内的变化从而被包括。