摆线转子的制作方法

本发明涉及摆线转子，并且特别地，涉及可在安装于海洋船舶的船体时用作推进器的摆线转子。然而，摆线转子还可用作水涡轮。

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绕着相应的叶片轴线枢转，以在垂直于旋转壳体的旋转轴线的任何方向上提供推力。此类推进器有时还称为摆线转子、摆线推进器或推进单元以及以摆线或次摆线模式操作的福伊特-施奈德推进器。

2、每个叶片致动器可使用机械、液压、气动和电动致动器中的一种或多种，例如电动机，以使相应的叶片绕着其叶片轴线枢转。

3、旋转壳体通常通过充满海水的环形容积与海洋船舶的船体的环绕部分间隔开。海水在旋转壳体和环绕静止结构之间产生摩擦损失。类似的环形容积还将存在于水涡轮中，其中摆线转子由静止结构环绕，并且其中旋转壳体通过移动的水的旋转将生成电功率。

技术实现思路

1、本发明旨在通过使用加压气体(例如，压缩空气)从环形容积排除水来解决该问题。更特别地，本发明提供一种布置，其包括位于环形结构内的摆线转子和加压气体系统，摆线转子包括通过环形容积与结构间隔开的旋转壳体和从旋转壳体的表面延伸的多个叶片，每个叶片具有相应的叶片轴线，每个叶片可相对于旋转壳体绕着相应的叶片轴线枢转，加压气体系统包括：

2、加压气体源；

3、一个或多个气体出口，其与环形容积流体连通；以及

4、控制器，其适于控制加压气体从加压气体源通过一个或多个气体出口到环形容积中的递送。

5、在使用期间，摆线转子将通常至少部分地浸没在水(诸如例如海水)中。加压气体到环形容积中的递送将排放环形容积中的任何水。当旋转壳体旋转时，即，当摆线转子操作时，旋转壳体和结构之间的环形容积优选地基本上填充有处于期望压力的气体。当旋转壳体不旋转时，加压气体系统不需要操作，并且环形容积可充满水。在启动加压气体系统时，加压气体将通过一个或多个气体出口递送到环形容积中，并且将开始将水从环形容积排出。由于离心力与加压气体递送组合作用，因此旋转壳体的旋转还可将水从环形容积排出。

6、环形结构可为海洋船舶的船体的部分。结构可为环绕旋转壳体的环形轴套，并且环形轴套形成海洋船舶的船体的结构部分。轴套的内表面的轮廓优选地大体上顺应旋转壳体的外轮廓，并且环形容积由旋转壳体和轴套之间的环形间隙或间距限定，该环形间隙或间距允许旋转壳体自由地旋转。旋转壳体的外轮廓可包括一个或多个凹陷区域或空隙(例如，在成对的径向向外延伸的叶片模块壳体之间)。这些凹陷区域或空隙形成旋转壳体和环形结构或轴套之间的环形间隙的部分。在没有加压气体系统的情况下，这些凹陷区域或空隙还将充满水。当摆线转子操作时，夹带的水必须随旋转壳体一起旋转，由此在摆线转子内引起附加的摩擦、噪音、振动和不平衡。本发明避免了此类问题，因为水通过引入加压气体来从凹陷区域或空隙排放。

7、摆线转子可作为推进器安装在海洋船舶的船体中。在该情况下，加压气体系统可为海洋船舶的部分。加压气体系统还可为摆线转子的部分，或者加压气体系统的构件可分布在海洋船舶和摆线转子之间。如果一个或多个气体出口是旋转壳体的部分，并且加压气体源是静止的(例如，海洋船舶的部分，或安装在摆线转子的静止部分诸如安装板或其它安装结构上)，则加压气体源将通常需要通过合适的联接件连接于每个气体出口，该合适的联接件在加压气体系统的静止部分和旋转部分之间提供接口。

8、加压气体源可为用于海洋船舶的气体源，例如，加压气体可通过一个或多个流量阀从该气体源抽取。

9、加压气体源可为合适的压缩机或风扇单元，其可为加压气体系统的独立构件。换句话说，加压气体源可仅用于为加压气体系统供应加压气体。

10、虽然空气可通常优选作为加压气体，但是将容易理解的是，在实践中可使用任何合适的气体，并且使用惰性气体(诸如例如氮)可通过在环形容积内提供保护性环境来减少摆线转子或环形轴套构件的腐蚀。这对于任何钢构件而言可为特别有益的。

11、控制器可通过任何合适的控制器件(例如，在气体出口上游的一个或多个流量阀)或者通过控制压缩机或风扇单元的操作(例如，其转速)来控制加压气体从加压气体源到一个或多个气体出口的递送。

12、任何合适的气体出口均可用于递送加压气体。

13、在一种布置中，每个气体出口可安装在旋转壳体(或摆线转子的一些其它部分)上或在环形结构上，并且可通过任何合适的管道或管路连接于加压气体源。如果加压气体系统具有多个气体出口，则它们可分布在摆线转子和环形结构之间。

14、在另一种布置中，旋转壳体的内部可由加压气体系统加压，并且每个气体出口可为与环形容积流体连通的旋转壳体中的开口。在该布置中，用于使旋转壳体的内部加压的气体因此还可用于使环形容积加压并且排放水。在又另一种布置中，每个气体出口可为与环形容积流体连通的环形结构(或海洋船舶的船体)中的开口。

15、摆线转子还可包括多个叶片致动器，叶片致动器与叶片中的相应一个相关联，用于使相应的叶片绕着其叶片轴线枢转。每个叶片致动器可包括机械致动器、液压致动器和电动致动器中的一种或多种，电动致动器使用电动机来使相应的叶片枢转。

16、摆线转子还可包括可旋转地安装旋转壳体的回转轴承，回转轴承包括固定于旋转壳体的旋转部分，以及静止部分。静止部分可适于借助于安装板或安装结构直接或间接地固定于环形结构。摆线转子还可包括带有驱动轴的电机，驱动轴机械地连接于回转轴承的旋转部分。电机可为用于通过回转轴承的旋转部分驱动旋转壳体的旋转的马达，或者如果摆线转子是涡轮，并且旋转壳体通过作用在叶片上的移动的水旋转，则电机为用于生成电功率的发电机。

17、环形容积可具有邻近旋转壳体的表面(叶片从该表面延伸)的第一端部，以及第二端部。第一密封件可在环形容积的第一端部处设置在旋转壳体和结构中的至少一个上。第一密封件可用于减少加压气体离开环形容积的泄漏。(将容易理解的是，水可通过引入加压气体来排放经过第一密封件。)第二密封件还可设置在环形容积的第二端部处(例如，邻近摆线转子的回转轴承)。

18、本发明还提供一种操作位于环形结构内的摆线转子的方法，摆线转子包括：

19、旋转壳体，其通过环形容积与结构间隔开；以及

20、从旋转壳体延伸的多个叶片，每个叶片具有相应的叶片轴线，每个叶片可相对于旋转壳体围绕该相应的叶片轴线枢转；

21、该方法包括例如通过与环形容积流体连通的一个或多个气体出口将加压气体递送到环形容积中。

22、基于以下中的一个或多个，加压气体的递送可例如通过控制器来控制：

23、-加压气体到环形容积中的流动速率，

24、-环形容积内的气压，

25、-环形容积外的水压(例如，在海洋船舶的船体下方)，

26、-海洋船舶的速度，

27、-海洋船舶数据(例如，吃水深度)，以及

28、-摆线转子的转速。

29、加压气体到环形容积中的流动速率可由在一个或多个气体出口上游的一个或多个流量计测量。

30、环形容积内的气压可由一个或多个压力计测量，该一个或多个压力计可位于摆线转子和/或环形结构或轴套上。

31、环形容积外的水压可由一个或多个压力计测量，该一个或多个压力计可位于摆线转子上和/或环形结构或轴套上(或海洋船舶的船体上的其它地方)。此类压力计可安装成与船体或其它安装结构齐平。

32、流量计和压力计向控制器提供测量结果。

33、任何合适的控制可由控制器实施。在一种布置中，加压气体的递送可控制成使得环形容积内的气压与环形容积外的外部水压(例如，在海洋船舶的船体下方)基本上相同。环形容积内的气压可有意地选择成略高于或略低于环形容积外的水压。在一种布置中，加压气体的递送可被控制至目标气压，该目标气压可参照环形容积外的外部水压以及可选地其它操作参数来预先选择或确定。目标气压可与环形容积内的测量气压比较，并且目标气压和测量气压之间的任何误差可用于控制加压气体到环形容积中的递送。控制可考虑实际的和成本相关的因素，诸如例如，加压气体系统可提供的或经济的最大气体流量，以及环形容积内的最大气压。

34、如以上提到的，控制还可考虑其它操作参数，以便优化加压气体的递送，诸如，海洋船舶的速度(其影响动态压力)，海洋船舶的吃水深度(即，吃水线和摆线转子定位在其中的船体的底部之间的竖直距离)(其影响静压)，以及摆线转子的转速(其影响由旋转壳体的旋转引起的水的排放)。

35、目标气压可根据操作模式(例如，海洋船舶的操作模式，诸如操纵、运输、静音运行等)而变化。

36、加压气体的递送随时间的变化可用于状态监测，例如监测第一密封件的状态，该第一密封件设计成减少加压气体离开环形容积的泄漏。

37、本发明提供以下技术益处：

38、-减少的摩擦损失，因为水从环形容积排放，并且被加压气体替代，这对于大直径的摆线转子具有特别的益处，

39、-密封设计可简化，

40、-较少的夹带的水意味着较少的噪音、较低的振动和不平衡，

41、-流体动力支承效应被基本上消除，

42、-如果使用惰性气体，则腐蚀减少，

43、-环形容积内的海生长减少。