用於鰭板推進的密封的製作方法

2023-11-01 15:38:27 1

專利名稱：用於鰭板推進的密封的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於海運船舶的推進系統，其中，採用的推進裝置包括拍動、橫向 移動或擺動的翼片或鰭板。根據一個方面，本發明涉及一種船舶，該船舶包括具有開口的船身，推進系統至少 部分地穿過該開口延伸。推進系統包括至少一個橫向移動或擺動密封部件，該密封部件設 置在船舶的船身中。密封部件具有面對船舶內部的一個部分、和背對船舶內部的另一個部分。推進裝置從擺動或橫向移動密封部件、從背對船舶的所述內部的部分延伸。支架允許擺動或橫向移動密封部件在船身內或船身外運動。密封部件由固定裝置可滑動地連接到船身上，允許該部件在兩個或更多個方向上 行進。必須理解，船的船身容納擺動或橫向移動系統，該擺動或橫向移動系統包括全部 必要的技術措施。已經認識到的是，與現有的船舶相比，通過鰭的擺動，魚和海洋哺乳動物以更高的 推進效率在水中移動和轉向。至今還沒有在船舶中實施對於鰭推進的技術等效方式。本發明是基於在船下方的一個或幾個鰭板的一種周期性平移運動和可能的一種 周期性轉動運動的組合而實現有效和可操作的拍動推進的重要實用元件。或者通過鰭的轉動，或者如關於海洋哺乳動物和金槍魚類的魚的情形那樣，通過 尾鰭的至少一種周期性平動和一種周期性轉動的組合，可模擬和產生魚尾的擺動運動。當今，幾乎每種水上運輸工具，無論其大小、運行速度及用途如何，都由一個或多 個轉動推進元件推進。例如螺旋槳、噴嘴(jet)、導管推進器(ducted propeller)或噴射推進器(pump jet)的推進元件圍繞它們自己的軸線轉動。對於較大的船舶，螺旋槳以約50-500rpm的速
度轉動。螺旋槳為它們的具體用途而被精心地設計。對於設計者而言，一個重要目標是限制船舶整體燃料消耗。這通過對例如船身形 式、推進裝置及推進元件等幾個參數的精心設計而實現。當今大多數有效螺旋槳的效率很少超過80%。事實上，30-70%的效率一般都被接 受，這導致供能設備不必要地大並且導致燃料消耗的增加。因此，考慮到以上提到的不便，充分可操作的、改進的、技術要求低、但效率高的水 中推進系統的有用性是顯然的。
背景技術：
藉助於擺動或橫向移動鰭板的推進擁有吸引人的特徵，如比轉動螺旋槳高的效率 和固有轉向性，它消除了對於分設的方向舵的需要、以及該分設的方向舵所帶有的相關的成本和相關的可靠性問題；另外，它騰出了船身內的體積，以用於增加貨物容納量。通過較 低衝擊損失、較低流體動力摩擦損失、較低的生成阻力損失及在船身本身上的較低阻力而 實現較高效率，並且使得原動機的燃料消耗較低、安裝功率較低，或對於相同的安裝推進功 率和燃料消耗而言，能夠實現更高的運行速度。對於擺動或橫向移動鰭板的重要挑戰包括要避免大的機械摩擦損失，並且要提 供可與轉動螺旋槳比較的可靠性和安全性。在1995年3月28日出版的美國專利No 5，401，196 (TRIANTAFYLLOU等)公開了 一種採用拍動翼片的推進系統。該專利_它講授了一種利用至少一個翼片的系統，公開了 一種推進系統，其中，翼片在與船舶航行方向呈橫向的方向上擺動，並且繞豎直軸線轉動地 擺動。優選地，根據該美國專利，推進系統由多個翼片構成，這些翼片異相地擺動，導致在與 航行方向呈橫向的方向上推進元件的推力不顯著。在該美國專利中所公開的推進系統的機械實施例的主要特徵將在下面解釋。圖4A、4B、5A、5B及5C示出用於按照該美國專利的翼片推進系統的實施例。推進系 統由兩個翼片(10)構成，每個翼片經軸(34)、通過在船身(30)的後部段中的縫隙(36)連 接到工作檯(40)上。縫隙(36)的範圍，如可在圖4A中看到的那樣和例如由箭頭(38)示 出的那樣，大於用於翼片的總計最大起伏幅度。如在圖4B中可以看得最清楚的那樣，每個 工作檯(40)具有兩個或更多個輪子或滾輪(42)，這些輪子或滾輪(42)安裝到前部下側上 並且安裝到後部下側上，在該前部下側和後部下側中，輪子或滾輪在安裝到船身(32)上的 對應軌道(44)中行駛。因而，工作檯(40)和連結到其上的翼片(10)沿一條軸線(38)在 兩個方向上都自由地運動，並且在任何其它方向上被固定而免於運動。因此，根據該美國專 利的機構通過在船身(32)中設置的多個縫隙(36)而工作，每個縫隙與船舶向前航行方向 呈橫向，並且縫隙(36)的延伸度超過翼片的橫向運動。各鰭板也在動力下繞軸線轉動，這 些軸線被設置為使得轉動顯著地影響翼片與船的運動方向所成的角度。至今看到的該專利在船舶的推進中的實際應用是有限的。在2005年4月12日出版的美國專利No 6，877，692 B2 (Liu)公開了一種用於潛 水艇的推進系統。該專利講授了基於翼片部件的「thimi-form」運動的推進。翼片部件安 裝到船身上以進行彼此相向和遠離的往復擺動運動，由於在各翼片部件之間水的壓縮而產 生向前運動。該專利沒有講授用於水面船舶的鰭板推進的應用。在2000年2月8日出版的US 6，022, 249 A(Ketterman)講授了一種水運設備，該 水運設備包括船身，該船身具有在吃水線下面延伸的推進裝置。推進裝置包括一對拍擊片， 每個拍擊片適於相對於水運設備的中心縱向維度在大致橫向方向上通過弧形路徑擺動。該 裝置與推進裝置可操作地相關聯，用來將輸入力施加到推進裝置上。拍擊片扭轉以形成迎 角，用來相對於水運設備的縱向維度而提供向前推力，同時沿弧形路徑在兩個方向上都運 動。在1993年10月21日出版的DE 4，212，920 Al (Erich)講授了一種用於雙體船的 人力驅動系統，其中該系統使用定位在各船身之間的撓性鰭板。鰭板在它們的前部端部處 具有樞軸，允許有限的運動。各鰭板布置成一個在另一個的前面，並且安裝在從撓性橡膠帶 懸掛的搖杆梁的向下延伸部上。在2003年4月3日出版的WO 03/026954 Al (Inocean)提出一種系統，該系統利
4用正弦圖形運動來進行推進或能量回收。該系統包括多個剛性船身元件，這些剛性船身元 件成排地布置，並且可轉動地彼此連結，用於圍繞穿過船身元件排的縱向維度的平行轉動 軸線而轉動。該系統還包括用來使各船身元件相對於彼此而轉動的運動裝置、或作為用於 回收由相對於彼此轉動的船身元件所產生的能量的運動裝置。在2006 年 4 月 13 日出版的 WO 2006/038808 Al(ClavisBiopropulsion)提出一 種裝置，該裝置包括至少一個橫向移動鰭板。該裝置包含致動和驅動裝置，其允許鰭板基本 自由地擺動運動。該裝置藉助於由驅動裝置產生的脈衝而操作，很多循環和彈簧用來存儲 由驅動裝置提供的脈動能量。

發明內容
本發明的一個目的是創設一種推進系統，該推進系統總體上將以可操作方式提高 船舶推進系統的整體效率。該目的通過允許船舶藉助於橫向移動推進裝置推進而實現，該 橫向移動推進裝置延伸通過一開口，該開口由擺動或橫向移動密封部件覆蓋。本發明的另一目的是創設一種推進機構，該推進機構利用以上所公開的已知拍動 翼片，然而，根據本發明，提出一種可作業系統，該可作業系統帶來優於現有技術的不同貢 獻和優點，其中，船舶的船身的一部分設有開口，該開口由密封部件的一部分永久地覆蓋， 導致在船外的環境與船的內部之間的有效分離。這種分離減小了需要在水中操作的機構的 部分並且由此減小了粘性損失，並且提高了操作安全性。迄今為止一直未被解決的巨大難題是不引起顯著機械摩擦損失、不引起顯著流 體動力阻力並且不犧牲可靠性和安全性地對系統進行密封。由於船具有很大的結構靈活性，並且由於考慮船的尺寸因而在船身中的開口的尺 寸很大等事實，系統的密封是成問題的。在由密封部件覆蓋的表面上產生的力是很大的，並且與擺動或橫向移動密封部件 的高移動速度一起(該移動速度輕易地達到lOm/s)，對於獨特的密封系統的需要是明顯 的。根據一個實施例，擺動或橫向移動密封部件將推進動力的大部分傳遞到推進裝置。根據一個實施例，擺動或橫向移動密封部件不將推進動力的大部分傳遞到推進裝 置，並且分設的結構在船身內以與密封部件的運動大致相同的方式運動，以便驅動推進裝 置。密封部件通過連接件連接到推進裝置上或者連接到其一部分上，該連接件允許在兩個 方向上的至少一種轉動。根據一個實施例，擺動或橫向移動密封部件作為推進裝置的支撐和導向元件。根據一個實施例，推進裝置構成至少一個翼片。根據一個實施例，推進裝置能夠圍繞軸線樞轉，該軸線與在船身中的開口的位置 處的船身的表面大致垂直或大致正交。根據一個實施例，在船身的外側或內側上設有屏蔽板或護板。根據一個實施例，用於密封的裝置設置在船身中的開口的周緣處。根據一個實施例，用於密封的裝置至少部分地設置在擺動或橫向移動密封部件 上。
根據一個實施例，用於密封的裝置構成兩部分密封，其中，第一部分密封用於密封 該密封部件的面對船舶內部的部分，並且第二部分密封用於密封該密封部件的背對船舶內 部的部分。根據一個實施例，用於密封的裝置包括導管，這些導管允許加壓介質接近密封表根據一個實施例，第一部分密封設有縫隙，這些縫隙允許密封圍繞它自己的軸線 撓曲。根據一個實施例，第二部分密封設有撓性支架，該撓性支架位於板上，允許密封圍 繞它自己的軸線撓曲。根據另一個方面，本發明涉及一種通過覆蓋在船身中的開口而對推進系統加以密 封的方法，用於推進的裝置從該開口延伸，藉助於貫穿本發明的講授所描述的擺動或橫向 移動密封部件覆蓋該開口。


圖1表示船舶的原理性剖視側視圖，該船舶包括根據本發明的推進機構。圖2表示船舶的原理性俯視圖，該船舶包括推進機構，該推進機構包括根據本發 明的密封部件。圖3表示推進系統的原理性剖視側視圖，該推進系統包括密封部件。圖4表示用於本發明的密封部件的密封的一個例子。
具體實施例方式根據本發明，至少一個擺動或橫向移動密封部件(5)設置在船舶(1)的船身(2)中。密封部件(5)的擺動起伏運動源於根據以下實施例中的至少一個的擺動裝置I)密封部件(5)藉助於推進裝置(4)或其一部分而擺動和/或移動。在這個實施
例中，密封部件(5)跟隨推進裝置(4)，並且沒有推進動力從密封部件(5)傳遞到推進裝置 ⑷。II)密封部件(5)連接到擺動和/或移動裝置上，並且將推進動力傳遞到推進裝置 (4)或其一部分。在這個實施例中，密封部件(5)驅動推進裝置(4)。在任何實施例中，密封部件(5)可以作為或可以不作為推進裝置⑷的支撐和導 向元件。在擺動或橫向移動密封部件(5)不將推進動力的大部分傳遞到推進裝置(4)的實 施例中，分設的結構(16)在船身(2)內以與密封部件(5)的運動大致相同的方式運動，以 便驅動推進裝置(4)。密封部件(5)通過連接件連接到推進裝置或其一部分上，該連接件允許在兩個方 向上的至少一種轉動；然而，連接件也可以具有更大的自由度。密封部件(5)可滑動地安裝在船身(2)的內側或外側，允許部件(5)在多個方向 上行進。附圖示出，兩個密封部件的運動是直線的，並且彼此平行，然而，在各部件的運動不 平行或各部件的運動是弧形的實施例中，系統將證實同樣有益。
優選地，密封部件(5)被製造成整體部分或互連部分，並且其形式為用低碳鋼、高 強度鋼、不鏽鋼生產的鋼板料、或諸如用纖維加強的塑料或用纖維加強的金屬之類的任何 其它適當材料。而且，密封部件可以按任何適當輪廓製造，例如用非鋼鐵材料製造的空腹板或甚 至蜂窩狀構造。船身(2)設有至少一個開口(3)。密封部件(5)必須保證在該部件的起伏/擺動 運動期間，在船身(2)中的開口將不被暴露，就是說該部件應當(橫向地)大於在船身(2) 中的開口的橫向長度加上密封部件(5)的橫向運動，換句話說在正常工作條件下，在船身 (2)中的開口保持被密封部件(5)覆蓋。掃過區域的橫向外邊緣在圖2上由(9)示出。在一個優選實施例中，擺動或橫向移動密封部件(5)大致與船身的殼板的外側平 齊，以便保持最佳流體動力性能。在某些實施例中，在船身的內側或外側上設置屏蔽板或護板將是有益的。屏蔽板 或護板將優化通過系統的水流，因此減小對於流過系統的水的阻力和幹擾。而且，屏蔽板或 護板也可以起密封部件的作用。根據附圖的實施例示出左舷和右舷推進系統，這些推進系統包括在縱向方向上偏 置(offset)的密封部件。船舶可以被建造為使得該船舶所具有的推進系統總體地或部分 地被並置、或沿縱向一個布置在另一個前面。包括根據本發明的密封部件的推進機構決不 被限制成一種構造高於另一種構造。為了模擬魚尾的運動，可能需要設置一種裝置，該裝置能夠使推進裝置(4)至少 部分地繞推進裝置的軸線樞轉或影響其樞轉。推進裝置可以圍繞在船身中的開口的位置處 與船身的表面大致垂直或大致正交的軸線而樞轉。可以採用幾種不同的布置，例如電氣或 液壓馬達、動力缸、純機械連杆和彈簧等等，來實現樞轉。密封部件在某些實施例中可以容 納用於推進裝置的樞轉的裝置。密封部件的密封下面提出適用於根據本發明的推進系統的密封系統(10)，儘管本發明的系統決不 限於提出的密封系統。密封系統可以包括套環，這些套環用來密封在推進裝置的窩孔周圍的密封部件穿 過區域。密封系統也可起到用於密封部件(5)的承載和力吸收裝置的作用。密封系統能夠經得起由在多個方向上並且在寬的速度範圍中滑動和轉動的各部 件所帶來的考驗。密封採用兩部分密封而進行，該兩部分密封也能夠用作承載裝置，該承載裝置允 許密封部件(5)輕微地彎曲和傾斜。第一部分密封(11)將密封部件(5)的第一側(6)密封，而第二部分密封(12)將 密封部件(5)的第二側(7)密封。第一部分密封(11)抵靠密封部件的一部分而密封，該部分面對船舶(6)的內部。 該密封接收例如從第二部分密封(12)施加在密封部件上的向內定向力、推進力、及源於環 境的力。第一部分密封(11)設有縫隙(14)，這些縫隙(14)允許密封圍繞它自己的軸線撓 曲，通過該撓曲，預期能夠使得船身和密封部件(5)運動和撓曲。
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第二部分密封(12)用作外部支承和密封。它可被安裝成使得它可傾斜，並且保持 與密封部件(5)相平行；在這種情況下，通過板的撓性-它安裝在該板上，其本身起到壓力 腔室的撓性壁的作用。用於密封的裝置可至少部分地設置在擺動或橫向移動密封部件上。當系統不可動時，密封能夠靜態地對系統進行隔離。靜態密封可以由分立的彈性 腔室來實現，該分立的彈性腔室可被置於壓力之下。密封件由例如不鏽鋼、青銅、鋼、FRP、彈性體等等具有撓性性能的材料製造，以使 得密封件能夠有限地撓曲。密封件可安裝在板(15)上的撓性支架上，以使得密封件能夠圍繞它們自己的軸 線撓曲。密封件可被構造成具有導管(13)的加壓的和/或流體靜力密封件，這些導管(13) 允許加壓介質接近密封表面。密封的一些部分可設有縫隙(14)，這些縫隙(14)允許密封圍繞它自己的軸線撓 曲。這將提供進一步的撓性，該撓性允許密封和承載系統分別吸收在船身中和在密封部件 (5)中的撓曲。在上文中，已經假定推進系統用作水中推進系統的部分，並且這被考慮為是本發 明的優選應用，然而本發明還可以用來推進在除了水之外的其它流體(即液體或氣體)中 的船艇。而且，儘管對於優選實施例已經假定用馬達或發動機來驅動船舶，但本發明也可以 有利地用在人力系統中。與當前可得到的系統相比，這樣的裝置可用更小的努力來提供較 快的運動，這些系統用來推進遊泳者或潛水員，而不用驅動馬達。應該強調的是，當用在本說明書中時，術語「包括」用來規定所敘述的特徵、整體、 步驟或元件的存在，但不排除一個或多個其它特徵、整體、步驟、元件或其組合的存在或加 入。
權利要求
一種海上船舶(1)，包括至少一個船身(2)，該船身(2)具有至少一個開口(3)和一推進系統，該推進系統至少部分地延伸穿過所述至少一個開口(3)，所述推進系統包括 至少一個擺動或橫向移動密封部件(5)，設置在所述船舶(1)的所述船身(2)中，所述密封部件(5)具有面對所述船舶的內部的一個部分(6)、和背對所述船舶(1)的所述內部的另一部分(7)， 推進裝置(4)，從所述擺動或橫向移動密封部件(5)從背對所述船舶的所述內部的另一部分(7)延伸， 支架(8)，允許所述擺動或橫向移動密封部件(5)在所述船身(2)內側或外側運動，其特徵在於，所述至少一個開口(3)由所述擺動或橫向移動密封部件(5)覆蓋。
2.根據權利要求1所述的推進系統，其中，所述擺動或橫向移動密封部件(5)將推進動 力的大部分傳遞到所述推進裝置(4)。
3.根據權利要求1所述的推進系統，其中，所述擺動或橫向移動密封部件(5)不將推 進動力的大部分傳遞到所述推進裝置(4)，並且其中，分設的結構(16)在所述船身(2)內以 與所述密封部件(5)的運動大致相同的方式運動，以便驅動所述推進裝置(4)，所述密封部 件(5)通過連接件連接到所述推進裝置(4)上或者連接到其一部分上，該連接件允許在兩 個方向上的至少一種轉動。
4.根據權利要求1所述的推進系統，其中，所述擺動或橫向移動密封部件(5)作為所述 推進裝置(4)的支撐和導向元件。
5.根據權利要求1所述的推進系統，其中，所述推進裝置(4)構成至少一個翼片(4)。
6.根據權利要求1所述的推進系統，其中，所述推進裝置能夠圍繞軸線樞轉，該軸線與 在所述船身(2)中的所述開口(3)的位置處的所述船身(2)的表面大致垂直或大致正交。
7.根據權利要求1所述的推進系統，其中，在所述船身(2)的外側或內側上設有屏蔽板 或護板。
8.根據權利要求1所述的推進系統，其中，用於密封的裝置(10)設置在所述船身(2) 中的所述開口(3)的周緣處。
9.根據權利要求1所述的推進系統，其中，用於密封的裝置至少部分地設置在所述擺 動或橫向移動密封部件(5)上。
10.根據權利要求8或9所述的推進系統，其中，所述用於密封的裝置構成兩部分密封， 其中，第一部分密封(11)用於密封所述密封部件(5)的面對所述船舶的所述內部的部分 (6)，並且第二部分密封(12)用於密封所述密封部件(5)的背對所述船身(2)的所述內部 的部分。
11.根據權利要求10所述的推進系統，其中，所述密封裝置包括導管(13)，這些導管 (13)允許加壓介質接近密封表面。
12.根據權利要求10所述的推進系統，其中，所述第一部分密封(11)設有縫隙(14)， 這些縫隙(14)允許該密封圍繞它自己的軸線撓曲。
13.根據權利要求10所述的推進系統，其中，第二部分密封(13)設有撓性支架，該撓性 支架安裝在板(15)上，允許該密封圍繞它自己的軸線撓曲。
14.一種對根據上述權利要求中的任一項所述的推進系統進行密封的方法，其中，所述 至少一個開口(3)由所述擺動或橫向移動密封部件(5)覆蓋。
全文摘要
本發明涉及一種用於船舶(1)的推進系統，系統包括設置在船舶的船身中的擺動或橫向移動密封部件(5)。密封部件(5)可能連接到擺動動力源上，並且可能連接到推進裝置(4)上。密封部件(5)可滑動地連接到船身(2)上，允許密封部件在多個方向上行進。密封部件(5)覆蓋在船身中的開口(3)，並且在船身中的開口在任何時間將位於由擺動密封部件(5)覆蓋的區域內。提供用來密封在船身中的開口的周緣的密封裝置(10)。
文檔編號B63H1/36GK101909985SQ200880124381
公開日2010年12月8日 申請日期2008年12月9日 優先權日2007年12月10日
發明者J·霍弗特韋爾梅登 申請人:A.P.穆勒-馬士基有限公司