摆线桨的制作方法

本发明涉及摆线桨(cyclorotor)，并且特别地，涉及当安装于船舶的船体时可用作推进器的摆线桨。然而，摆线桨还可用作涡轮，诸如风力涡轮或水力涡轮。

背景技术：

1、已知的推进器包括从旋转壳体延伸的多个叶片，其中每个叶片可通过叶片致动器来绕着相应叶片轴线枢转，以在正交于旋转壳体的旋转轴线的任何方向上提供推力。此类推进器有时也称为摆线桨、摆线螺旋桨或推进单元以及以摆线或次摆线模式操作的voith-schneider螺旋桨。

2、每个叶片致动器可使用机械致动器、液压致动器、气动致动器和电动致动器(例如电动机)中的一种或多种来使相应叶片绕着其叶片轴线枢转。

技术实现思路

1、本发明提供一种摆线桨，其包括：

2、旋转壳体，其包括主体和围绕主体沿周向布置的多个叶片模块；

3、多个叶片组件，每个叶片组件位于相应叶片模块中，并且具有从旋转壳体延伸的叶片，该叶片带有叶片轴线，该叶片可绕着该叶片轴线相对于旋转壳体枢转；以及

4、多个叶片致动器，每个叶片致动器与叶片组件中的相应一个相关联；

5、其中每个叶片致动器包括：

6、具有驱动轴的电动机；

7、机械地连接于驱动轴的驱动齿轮；以及

8、从动齿轮，其机械地连接于驱动齿轮和相应叶片组件，用于使相应叶片绕着其叶片轴线枢转。

9、每个叶片致动器限定相应叶片相对于旋转壳体的角度。为了方便，本文中使用的用语“驱动齿轮”指机械地连接于电动机的驱动轴的齿轮，并且本文中使用的用语“从动齿轮”指机械地连接于相应叶片组件的齿轮。这最准确地描述其中电动机的驱动轴驱动成旋转使得从动齿轮由驱动齿轮机械地驱动以使叶片绕着其相应叶片轴线枢转的情况。然而，将容易理解的是，在摆线桨的正常操作期间，还将存在其中驱动齿轮由从动齿轮有效地驱动旋转的情况，或其中此类旋转由驱动齿轮防止以维持期望的叶片角度的情况。除非另外指出，否则本文中使用的用语“机械地连接”包括相应构件之间的直接连接和间接连接两者。

10、叶片模块可从主体沿径向向外延伸，并且优选地适于从主体独立地移除，以使叶片模块可在必要时由另一个叶片模块替换。在一些布置中，叶片模块不能够从主体移除。例如，对于较小的摆线桨而言，情况可为这样。

11、每个叶片模块的结构部分限定具有内部的外壳体或壳，相应叶片组件位于该内部中。主体的结构部分限定具有内部的外壳体或壳，叶片致动器的电动机可位于该内部中。每个叶片致动器的电动机还可位于相应叶片模块中。因此，每个叶片致动器的构件可全部位于相应叶片模块中，或者它们可分布在相应叶片模块与旋转壳体的主体之间。

12、每个叶片致动器的驱动齿轮可能够与相应电动机的驱动轴解除接合和/或与从动齿轮解除接合。这允许叶片惯性滑行。如果相应电动机不操作，则叶片惯性滑行还可为可能的，假如电动机不是永磁马达，即，具有转子的电动机，其中转子磁极由多个永磁体而不是转子绕组限定。每个电动机可具有任何合适的构造。

13、每个叶片致动器的驱动齿轮和从动齿轮可限定位于相应叶片模块中的传动齿轮，用于使相应叶片绕着其叶片轴线枢转。换句话说，驱动齿轮和从动齿轮的齿可与彼此啮合。在另一个布置中，每个叶片致动器的驱动齿轮和从动齿轮可借助于传动系间接机械地连接。换句话说，每个叶片致动器的驱动齿轮和从动齿轮的齿不需要与彼此啮合，而是可通过任何合适的传动系(诸如，例如一个或多个传动带、传动链或齿轮系)机械地连接。例如，如果传动系包括传动带或传动链，则将容易理解的是，用语“齿轮”可视为包括与传动带或传动链合适接合的其它构件，诸如滑轮、链轮、盘轮等。

14、每个叶片致动器的驱动齿轮可直接机械地连接于相应电动机的驱动轴。每个叶片致动器的驱动齿轮可借助于传动系(例如一个或多个轴、传动带、传动链或齿轮系)间接机械地连接于相应电动机的驱动轴。一般而言，可利用任何合适的(多个)传动系来将每个电动机的驱动轴与相应叶片组件机械地连接，以使驱动轴的旋转导致叶片绕着其叶片轴线枢转。

15、如果电动机位于旋转壳体的主体中，则每个叶片致动器的传动系可延伸穿过将主体的内部与相应叶片模块的内部连接的开口。每个传动系可适于选择性地再构造，以使其不延伸穿过开口或以其它方式阻碍开口。如下面更详细地描述的，这允许主体与叶片模块之间的开口独立地密封，用于叶片模块的移除和替换。这还意味着传动系不延伸横跨界面，叶片模块将沿着该界面与主体分离。换句话说，再构造传动系可涉及机械地断开驱动轴和驱动齿轮和/或驱动齿轮和从动齿轮，以使如果需要替换叶片模块，则叶片模块可从主体分离和移除。每个传动系可以以任何合适的方式再构造，并且能够再定位，以使其不再延伸穿过开口或横跨界面。

16、如果每个叶片致动器的传动系包括延伸穿过相应开口或横跨相应界面的传动带或传动链，则传动带或传动链可断开并且移除或再定位，以使开口不再被阻碍。例如，这可使驱动齿轮与从动齿轮解除接合。

17、将相应电动机的驱动轴与驱动齿轮机械地连接的每个传动系可包括延伸穿过相应开口或横跨界面的一个或多个轴。一个或多个轴可用于使驱动轴与驱动齿轮之间的传动接合和解除接合。在一个布置中，轴的一个端部可机械地连接于相应电动机的驱动轴，并且轴的另一个端部可机械地连接于驱动齿轮。轴可通过合适的联接件可释放地连接于驱动轴和驱动齿轮中的一个或两者，该合适的联接件例如是可通过机械固定件(诸如螺栓或螺钉)或其它合适的装固器件连接在一起的一对凸缘。当凸缘通过松开和移除或释放机械固定件来断开时，轴可完全移除或移动至其不延伸穿过开口或横跨界面的位置。轴可能够相对于相应电动机的驱动轴移动或再定位(例如，其可能够在其连接于驱动齿轮的驱动位置与其位于主体或叶片模块中并且不延伸穿过开口或横跨界面的缩回位置之间移动)，或者其可相对于驱动轴固定。如果轴能够相对于电动机的驱动轴移动，则其可能够在驱动轴上在驱动位置与缩回位置之间滑动，同时保持机械地连接于该驱动轴。如果轴固定于电动机的驱动轴，则驱动轴和电动机可为可移动或可再定位的，例如，它们可相对于旋转壳体的主体平移或旋转，使得轴不再延伸穿过开口或横跨界面，而是完全位于旋转壳体的主体内。(例如，驱动轴和电动机还可为可移动或可再定位的，使得如果驱动轴在不使用传动系的情况下可释放地直接机械地连接于驱动齿轮，则驱动轴不再延伸穿过开口或横跨界面。)这使驱动齿轮与相应电动机的驱动轴解除接合。在安装替换叶片模块之后，轴可机械地再连接于驱动轴和驱动齿轮中的一个或两者(例如，通过再插入和张紧机械固定件或其它合适的装固器件以再连接凸缘)。轴可为替换叶片模块的部分，并且可能够相对于相应电动机的驱动轴，例如在叶片模块替换期间的缩回位置与其延伸穿过相应开口或横跨界面的驱动位置之间移动或再定位，并且可机械地连接于位于旋转壳体的主体中的电动机的驱动轴。这使叶片致动器的驱动齿轮与相应电动机的驱动轴再接合。

18、在另一个布置中，每个传动系可包括两个或更多个轴，其可用于使驱动轴与驱动齿轮之间的传动接合和解除接合。一个轴可机械地连接于相应电动机的驱动轴，而另一个轴可机械地连接于驱动齿轮。轴可通过合适的联接件可释放地连接在一起，该合适的联接件例如是可通过机械固定件(诸如螺栓或螺钉)或其它合适的装固器件连接在一起的一对凸缘。当凸缘通过松开和移除或释放机械固定件来断开时，轴中的至少一个可移动至驱动轴不延伸穿过开口或横跨界面的位置。这使驱动齿轮与相应电动机的驱动轴解除接合。在一个布置中，轴中的一个可为固定的，而另一个可为可移动或可再定位的。固定轴可典型地连接于驱动齿轮，并且可安装用于通过一个或多个轴承来旋转。固定轴可典型地位于叶片模块中并且不延伸穿过相应开口或横跨界面。因此，固定轴、轴承和驱动齿轮是叶片模块的部分，并且如果需要替换该叶片模块，将与叶片模块一起移除。可移动轴可能够相对于驱动轴移动或再定位(例如，其可能够在其连接于固定轴的驱动位置与其位于主体中并且不延伸穿过开口或横跨界面的缩回位置之间移动)，或者其可相对于驱动轴固定。如果可移动轴能够相对于驱动轴移动，则其可能够在驱动轴上在驱动位置与缩回位置之间滑动，同时保持机械地连接于该驱动轴。如果可移动轴固定于驱动轴，则驱动轴和电动机可为可移动或可再定位的(例如，相对于旋转壳体的主体平移或旋转)，使得可移动轴不再延伸穿过开口或横跨界面，而是完全位于旋转壳体的主体内。在与另一个轴断开之后，机械地连接于驱动轴的轴可完全从驱动轴移除。在安装替换叶片模块之后，可移动轴可机械地再连接于替换叶片模块的固定轴(例如，通过再插入和张紧机械固定件或其它合适的装固器件以再连接凸缘)。这使叶片致动器的驱动齿轮与相应电动机的驱动轴再接合。

19、每个叶片组件可包括可旋转地安装相应叶片的刚好一个轴承组件。每个轴承组件(或“回转轴承”)可包括固定于叶片模块壳体的静止环和固定于相应叶片的根部部分的旋转环。每个轴承组件的静止环可通过多个机械固定件(例如，螺栓或螺钉)或其它合适的装固器件固定于叶片模块壳体。每个轴承组件的旋转环可通过多个机械固定件(例如，螺栓或螺钉)或其它合适的装固器件固定于叶片。

20、每个叶片致动器的从动齿轮可形成为轴承组件的旋转环的集成部分，或固定于旋转环的单独构件，以使它们作为轴承组件的整体旋转构件一起旋转。如果从动齿轮形成为轴承组件的旋转环的集成部分，则从动齿轮的齿可形成在旋转环的表面上。如果从动齿轮形成为单独构件，则从动齿轮可形成为环，并且从动齿轮的齿形成在环的表面上。从动齿轮可通过多个机械固定件(例如，螺栓或螺钉)或其它合适的装固器件固定于轴承组件的旋转环。

21、如果每个叶片致动器的驱动齿轮和从动齿轮限定传动齿轮，即其中齿与彼此啮合，则传动齿轮可为锥齿轮。在该布置中，每个叶片致动器的从动齿轮可为具有基本上平行于相应叶片轴线的旋转轴线的锥形齿轮。每个叶片致动器的驱动齿轮可为具有基本上垂直于相应叶片轴线的旋转轴线的锥形齿轮。驱动轴和将驱动轴机械地连接于驱动齿轮的任何可选的传动系还可具有基本上平行于相应叶片轴线的旋转轴线。此类构造提供物理上紧凑的叶片组件。可使用任何合适类型的锥形齿轮，例如等径伞齿轮、直齿轮、螺旋齿轮等。

22、如果驱动齿轮和从动齿轮间接机械地连接(例如，借助于围绕齿轮连接的传动带或传动链，或通过一个或多个中间齿轮)，则驱动齿轮和从动齿轮可具有基本上平行于相应叶片轴线的旋转轴线。驱动齿轮可直接机械地连接于相应电动机的驱动轴。

23、每个叶片模块可通过多个机械固定件(例如，螺栓或螺钉)或其它合适的装固器件可移除地连接于旋转壳体的主体。在一个布置中，每个叶片模块优选地是独立单元，其包括叶片组件和除了电动机之外的叶片致动所需的所有机械构件。在该布置中，替换叶片模块因此仅需要机械地连接于定位在旋转壳体的主体内的相应电动机的驱动轴，以便能够完全操作。在另一个布置中，叶片致动所需的所有机械构件(包括电动机)位于替换叶片模块中。如下面更详细地描述的，两种布置允许容易地移除和替换有故障的叶片模块。

24、主体的内部与相应叶片模块之间的每个开口典型地由形成在叶片模块的结构部分中的第一开口和形成在限定主体的相邻结构部分中的对准的第二开口限定。如果摆线桨在使用期间位于水中，例如，如果其安装于船舶的船体上或用作水力涡轮，则旋转壳体的内部应当保持水密。在该情况下，叶片模块优选地以如下方式可移除地装固于主体，以便维持水密密封，其防止任何水进入旋转壳体的内部。一个或多个密封件可设在每个叶片模块的面向的结构部分与主体之间，并且可围绕开口延伸。取决于摆线桨界面是浸入在水中还是干的，将典型地存在用于替换叶片模块的不同解决方案。

25、在叶片模块从主体解开和替换之前，第一开口和第二开口两者可由相应的面板密封。第一面板可用于暂时密封叶片模块的结构部分中的第一开口，以使当该叶片模块被移除时，水将不通过第一开口进入叶片模块的内部。第二面板可用于暂时密封主体的结构部分中的第二开口，以使当叶片模块被移除时，水将不通过第二开口进入主体和其余叶片模块的内部。这允许移除和替换有故障的叶片模块，而无需干船坞设施或压载，或不必提升水力涡轮。第一面板和第二面板优选地从旋转壳体的主体内侧安装。例如，第一开口可稍微小于第二开口。因此，第一开口可通过将第一面板装固于待替换的叶片模块的结构部分来闭合和密封，该结构部分包绕第一开口，并且能够通过较大的第二开口接近该结构部分。第一面板可从主体内侧配合并且通过较大的第二开口接收。一旦第一面板被装固，则第二开口可通过将第二面板装固于包绕第二开口的主体的结构部分来闭合和密封。可提供到主体的内部中的工程师通路，以使可安装第一面板和第二面板。

26、每个面板可通过多个机械固定件(例如，螺栓或螺钉)或一些其它合适的装固器件可移除地装固于叶片模块或主体的相应结构部分。

27、一个或多个密封件可设在第一面板与叶片模块的结构部分之间，以在其间提供水密密封。一个或多个密封件可设在第二面板与主体的结构部分之间，以在其间提供水密密封。一个或多个密封件可围绕相应开口延伸。

28、一旦主体和待替换的叶片模块变得水密，则用于将叶片模块可移除地装固于主体的机械固定件或其它装固器件可优选地从主体内侧松开和移除或释放。移除或释放机械固定件或其它装固器件必须不损害待替换的叶片模块或主体的水密性。例如，用于接收机械固定件的主体或叶片模块的结构部分中的任何开口可填充有合适的塞子或帽，或者可使用水密机械固定件，其包括在固定轴与相应开口的内表面之间的一个或多个密封件，并且松开或释放但不完全从开口移除。

29、一旦机械固定件或其它装固器件松开和移除或释放，则叶片模块能够与旋转壳体的其余部分分离，并且可以以受控方式远离主体移动。

30、如果摆线桨在叶片模块替换期间不位于水中，则可简单地松开和移除或释放机械固定件或其它装固器件，而无需采取任何步骤来暂时密封主体和待替换的叶片模块或使它们水密。例如，如果摆线桨在干船坞中安装于船舶的船体或者压载成在水线之上，则情况可为这样。然而，即使摆线桨不位于水中，通常仍然优选的是，第一面板装固于叶片模块，以在该叶片模块从主体移除之前，暂时覆盖或密封第一开口。

31、在叶片模块替换期间，叶片模块的重量通常必须由支承结构支承。在一个布置中，叶片模块附接于绞盘缆索，其可用于在该叶片模块从主体分离之后降低或提升叶片模块。在另一个布置中，叶片模块可由支架或其它支承结构从上方或下方支承。叶片模块从主体分离的过程将通常取决于叶片模块如何在结构上连接于主体。

32、替换叶片模块可使用附接的绞盘缆索(或一些其它支承结构)降低或提升，直到其与主体对准。接着，其可通过插入和张紧机械固定件或其它装固器件来装固于主体。替换叶片模块可在安装过程期间密封(例如，通过面板，其装固成暂时覆盖或密封叶片模块的结构部分中的开口)。在替换叶片模块以水密方式适当地装固于主体之后，装固于主体和叶片模块以暂时密封开口的任何面板可移除成启封开口，该开口将主体的内部与替换叶片模块的内部连接。如果替换叶片模块的叶片致动器的驱动齿轮将通过传动系间接机械地连接于相应电动机的驱动轴，则传动系可再接合成以使其穿过开口。例如，这可包括再连接一个或多个轴联接件。备选地，移除的任何传动带或传动链还可再附接或再连接成以使它们穿过开口。例如，这可使驱动齿轮与从动齿轮再接合。

33、本发明提供一种修理如以上描述的摆线桨的方法，方法包括：

34、密封待替换的叶片模块中的第一开口以及可选地，主体中的对准的第二开口；以及

35、从主体移除密封的叶片模块。

36、方法可进一步包括在密封之前使驱动齿轮与相应电动机的驱动轴和相应从动齿轮中的一个或两者解除接合。例如，这可包括再构造传动系，以使如果电动机位于主体中，则该传动系不延伸穿过第一开口和第二开口或以其它方式阻碍第一开口和第二开口。

37、方法可进一步包括：将替换密封叶片模块装固于主体；以及如果密封，则使替换叶片模块中的第一开口和主体中的对准的第二开口启封。

38、方法可进一步包括在启封之后使驱动齿轮与相应电动机的驱动轴和相应从动齿轮中的一个或两者再接合。这可包括再连接或再定位传动系，以使其延伸穿过第一开口和第二开口。

39、摆线桨可作为推进器安装于船舶的船体。

40、进入开口可设在船舶的船体中，通过该进入开口，绞盘缆索可从上方附接于待替换的叶片模块。进入开口可形成在环形套环中，该环形套环包绕旋转壳体并且形成船舶的船体的结构部分。优选地，套环的内表面的轮廓大体上符合旋转壳体的外轮廓，并且环形间隙或空隙设在旋转壳体与套环之间，以允许旋转壳体自由旋转。旋转壳体可旋转，直到待移除的叶片模块与进入开口对准。在一些布置中，两个或更多个进入开口并且适当地间隔。

41、摆线桨可包括用于可旋转地安装旋转壳体的回转轴承。回转轴承可包括固定于旋转壳体的旋转环，以及静止环。静止环可适于固定于船舶的船体，可选地直接地或借助于安装板或安装结构间接地固定于船舶的船体。

42、摆线桨可包括具有驱动轴的主电气机械(例如，电动机或发电机)，该驱动轴机械地连接于回转轴承的旋转环。如果摆线桨用作用于船舶的推进器，则主电气机械可操作为马达，以使旋转壳体旋转以生成推力。如果摆线桨用作涡轮，则主电气机械可操作为发电机，其中旋转壳体的旋转(例如，通过移动空气或水)将生成电功率。

43、本发明进一步提供一种包括如以上描述的摆线桨和接地组件的船舶，其中接地组件包括在每个叶片组件与设在船舶的船体上的接地连接件之间的接地回路。如果船舶使用外加电流阴极保护(iccp)用于腐蚀防护，则接地系统设计成防止叶片组件和摆线桨的其它部分由保护船舶免受腐蚀的循环电流损坏。