一种适用于核动力商船驱动装置的驱动轴结构

技术领域

本发明涉及核动力商船技术领域，具体涉及一种适用于核动力商船驱动装置的驱动轴结构。

背景技术

核动力商船是海上核能应用的重要装备之一，设计时通常在船体内布置反应堆及安全壳。核动力商船可以实现长时间(两年甚至更长)在海上进行不停歇式运输，不需要在船舱建立专用的船用油库，增加了运输空间，提高了运输效率。为了方便撤离和进船坞维修，通常会配备一台或多台驱动推进器。核动力商船主要通过反应堆产生蒸汽，驱动汽轮机发电驱动或者涡轮发动机带动后面的螺旋桨推动船体行驶。

为了确保核反应堆的安全性和因为反应堆整体系统质量较重，出于更好的平衡性考虑，一般会将反应堆设置于核动力商船的船体中部位置，由于船舶式核动力商船船体平台的长度较长，这样设计就需要采用加长的驱动轴才能实现船体尾部放置涡轮推进器的功能。但是在驱动轴加长后，又容易产生驱动轴的屈曲、变形、振动、颤振、甚至共振带来的设备损坏和寿命降低，以及价格高、维修和更换较困难等问题。

发明内容

本发明目的在于：针对核动力商船长度较长，采用加长的驱动轴后容易产生震动、颤振、甚至共振带来的设备损坏和寿命降低，以及传统船舶驱动轴若长度过长，会造成驱动轴采购价格高、维修和更换较困难等问题，提供了一种适用于核动力商船驱动装置的驱动轴结构，通过将单个驱动轴切分成多个驱动单元，不仅可以降低设备造价，实现传统长轴的驱动效果，同时也可以克服长轴使用过程中存在的多种缺陷。

本发明通过下述技术方案实现：

第一方面，本发明提供了一种驱动轴结构，用于核动力商船驱动装置，包括输入驱动单元、输出驱动单元和多个中间驱动单元，所述多个中间驱动单元分成两组，其中一组中的中间驱动单元沿第一方向均匀间隔布置，另一组中的中间驱动单元沿第二方向均匀间隔布置，所述第一方向与所述第二方向平行且偏移设置，两组中的中间驱动单元错位分布且相邻的端部传动连接，所述输入驱动单元与一端的中间驱动单元传动连接，所述输出驱动单元与另一端的中间驱动单元传动连接。

在上述方案中，通过将驱动轴分成输入驱动单元、输出驱动单元和多个中间驱动单元，且相邻的各个驱动单元的端部之间形成传动连接，这样不仅可以实现长轴的驱动效果，同时由于各个驱动单元相较于整根驱动轴长度降低，大大提高了各节驱动轴的刚度和固有频率，避免了产生长轴易发生的屈曲、颤振甚至共振的可能性，而且实现了模块式组装，根据核动力商船的吨位和长度，布置不同数量的驱动轴模块，同时在驱动轴出现故障时，可以针对发生故障的局部某一驱动单元进行更换，无需返回船坞，维修方便且成本低。

在一些实施例中，所述中间驱动单元包括中间轴段以及分别设置于所述中间轴段两端的中间齿轮，相邻的中间驱动单元的端部通过两个所述中间齿轮实现传动连接。这样设计多个中间驱动单元通过中间齿轮啮合来传递动力，使得传动结构简单。

在一些实施例中，所述输入驱动单元包括输入轴段以及设置于所述输入轴段一端的输入齿轮，所述输入齿轮与一端的中间齿轮相啮合。这样设计输入驱动单元与相邻的中间驱动单元通过输入齿轮与中间齿轮啮合来传递动力，使得传动结构简单。

在一些实施例中，所述输出驱动单元包括输出轴段以及设置于所述输出轴段一端的输出齿轮，所述输出齿轮与另一端的中间齿轮相啮合。这样设计输出驱动单元与相邻的中间驱动单元通过输出齿轮与中间齿轮啮合来传递动力，使得传动结构简单。

在一些实施例中，所述中间轴段两端的中间齿轮的齿数相同。这样设计使得多个中间驱动单元的通用性提高，方便装配以及后期维修。

在一些实施例中，所述中间轴段两端的中间齿轮的齿数不同。这样设计使得多个中间驱动单元可以形成多组不同的传动比，可以增加使用范围。

在一些实施例中，所述输入齿轮和/或所述输出齿轮与相啮合的中间齿轮的齿数不同。这样设计使得输入驱动单元和/或输出驱动单元与相邻的中间驱动单元可以形成不同的传动比，可以进一步增加使用范围。

在一些实施例中，所述中间轴段的直径与长度的比值范围为1：10～1:100。这样设计使得中间驱动单元的长度适宜，既可以避免中间轴段过长而影响强度及刚度，还可以避免中间轴段过短而导致中间驱动单元数量太多而降低生产装配效率。

第二方面，本发明提供了一种驱动装置，包括汽轮机、螺旋桨推进器和第一方面所述的驱动轴结构，所述输入驱动单元与所述汽轮机的输出端传动连接，所述输出驱动单元与所述螺旋桨推进器传动连接。由于该驱动装置采用了上述驱动轴结构，大大降低了因驱动轴较长产生的故障问题，有利于提高驱动装置连续运行的可靠性。

第三方面，本发明提供了一种核动力商船，包括船体、核反应堆和第二方面所述的驱动装置，所述核反应堆设置于所述船体的中部位置，并驱动所述汽轮机转动实现动力输出。

由于该核动力商船的驱动轴通过多个驱动单元传动连接实现长距离传输，在驱动轴发生故障时，很容易在船舱内对某一故障驱动单元直接进行更换，缩短了更换时间，提高了更换效率，对传统核动力商船长久在海洋上使用，减少了其因驱动轴的原因，需要进船坞维修的概率和时间，提高了使用效率和核级平台设备的经济性。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、通过将驱动轴分成输入驱动单元、输出驱动单元和多个中间驱动单元，针对不同的吨位和排水量的核动力商船，可以根据船体长度来配备不同数量的中间驱动单元，从而实现长度不一的驱动轴功能，以及实现长距离动力传输问题；

2、由于驱动轴采用多个驱动单元传动组合而成，相较于传统整根驱动轴而言，材料要求会降低，制造难度也会降低，有利于降低驱动轴的整体成本；

3、相较于整根驱动轴而言，各个驱动单元的轴段长度大幅下降，增强了强度及刚度，避免了驱动轴纯粹加长所存在的震动、颤振、甚至共振带来的设备损坏和寿命降低；

4、若长时间使用后存在的某一驱动轴单元局部损坏，如齿轮损坏、驱动轴有气泡、裂纹、夹杂等，可以针对发生故障的该一驱动轴单元进行快速更换，保障整个驱动轴系统安全稳定运行，能很好的提高驱动轴寿命，同时降低更换成本；

5、当各驱动单元发生故障时，可以在船内对故障驱动单元进行更换，无需返回船坞，减少了故障维修时间，提高了核动力商船的使用效率和经济性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中：

图1为本发明中的一种驱动装置整体结构示意图；

图2为本发明中的另一种驱动轴立体示意图；

图3为本发明中的中间驱动单元立体图示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-输入驱动单元，11-输入轴段，12-输入齿轮，2-输出驱动单元，21-输出轴段，22-输出齿轮，3-中间驱动单元，31-中间轴段，32-中间齿轮，4-支撑座，5-汽轮机，6-螺旋桨推进器，7-第一离合器，8-第二离合器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

在本申请实施例的描述中，技术术语“第一”“第二”等仅用于区别不同对象，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量、特定顺序或主次关系。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

在本申请实施例的描述中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如A和/或B，可以表示：存在A，同时存在A和B，存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本申请的实施例中，相同的附图标记表示相同的部件，并且为了简洁，在不同实施例中，省略对相同部件的详细说明。应理解，附图示出的本申请实施例中的各种部件的厚度、长宽等尺寸，以及集成装置的整体厚度、长宽等尺寸仅为示例性说明，而不应对本申请构成任何限定。

在本申请实施例的描述中，术语“多个”指的是两个以上(包括两个)，同理，“多组”指的是两组以上(包括两组)，“多片”指的是两片以上(包括两片)，除非另有明确具体的限定。

在本申请实施例的描述中，技术术语“中心”“纵向”“横向”“长度”“宽度”“厚度”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”“轴向”“径向”“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。

在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

核动力商船因其内部采用核动力装置作为驱动，可以实现长时间、远距离的海上货物运输，但为了加强其安全性，避免前后被外部物体撞击后产生严重后果，常用设计是将核岛和常规岛等部件设置在船体的中部位置。这种设置方式能借助船舱和四周其他非核级设备和舱室的保护，而大大提高其安全性，但是这种设计会造成需要较长的驱动轴才能实现船体尾部放置涡轮推进器的功能。

由于有些核动力商船因其船体过长，其驱动装置成为一个狭长形。在驱动轴加长后，因驱动轴过长，其结构属于柔长形状，固有频率非常低，会在船体运行时，因受到外界力的影响，会出现屈曲、震动、颤振、甚至共振带来的设备损坏和寿命降低。同时在驱动轴过长后，其生产制造价格高，且在驱动轴出现故障后，需要返回船坞整个更换驱动轴，这也导致驱动轴维修和更换困难、成本高等问题。

基于以上考虑，为了缓解因驱动轴加长后所带来的上述问题，申请人经过深入研究，发明了一种适用于核动力商船驱动装置的驱动轴结构，通过采用多个驱动单元形成传动连接，不仅可以实现长距离动力传输，同时因各驱动单元的长度短，提高了固有频率，能避开驱动轴纯粹加长所存在的震动、颤振、甚至共振带来的设备损坏和寿命降低，而且便于维修和更换。

实施例1

请参照图1-图3，本申请实施例中提供的一种驱动轴结构，用于核动力商船驱动装置，包括输入驱动单元1、输出驱动单元2和多个中间驱动单元3，所述多个中间驱动单元3分成两组，其中一组中的中间驱动单元3沿第一方向均匀间隔布置，另一组中的中间驱动单元3沿第二方向均匀间隔布置，所述第一方向与所述第二方向平行且偏移设置，两组中的中间驱动单元3错位分布且相邻的端部传动连接，所述输入驱动单元1与一端的中间驱动单元3传动连接，所述输出驱动单元2与另一端的中间驱动单元3传动连接。

多个中间驱动单元3分成两组，每组中的中间驱动单元3同轴且间隔设置，两组中间驱动单元3轴线间隔一定距离设置。第一方向可以为第一组中间驱动单元3的轴线方向，第二方向可以为第二组中间驱动单元3的轴线方向。输入驱动单元1与输出驱动单元2可以同轴设置，当然也可以不同轴设置，即其中一个沿第一方向设置，另一个沿第二方向设置。

通过将驱动轴分成输入驱动单元1、输出驱动单元2和多个中间驱动单元3，且相邻的各个驱动单元的端部之间形成传动连接，这样不仅可以实现长轴的驱动效果，同时由于各个驱动单元相较于整根驱动轴长度降低，大大提高了各节驱动轴的刚度和固有频率，避免了产生长轴易发生的屈曲、颤振甚至共振的可能性，而且实现了模块式组装，根据核动力商船的吨位和长度，布置不同数量的驱动轴模块，同时在驱动轴出现故障时，可以针对发生故障的局部某一驱动单元进行更换，无需返回船坞，维修方便且成本低。

根据本申请的一些实施例，所述中间驱动单元3包括中间轴段31以及分别设置于所述中间轴段31两端的中间齿轮32，相邻的中间驱动单元3的端部通过两个所述中间齿轮32实现传动连接。

中间轴段31的两端固定设置中间齿轮32，不同组中的中间驱动单元3在相邻的端部通过两个中间轴段31上的中间齿轮32外啮合传递动力。

将中间驱动单元3这样设计后，多个中间驱动单元3通过中间齿轮32之间的啮合来传递动力，使得传动结构简单。

根据本申请的一些实施例，所述输入驱动单元1包括输入轴段11以及设置于所述输入轴段11一端的输入齿轮12，所述输入齿轮12与一端的中间齿轮32相啮合。

将输入驱动单元1这样设计后，输入驱动单元1与相邻的中间驱动单元3通过输入齿轮12与中间齿轮32啮合来传递动力，使得传动结构简单。

根据本申请的一些实施例，所述输出驱动单元2包括输出轴段21以及设置于所述输出轴段21一端的输出齿轮22，所述输出齿轮22与另一端的中间齿轮32相啮合。

将输出驱动单元2这样设计后，输出驱动单元2与相邻的中间驱动单元3通过输出齿轮22与中间齿轮32啮合来传递动力，使得传动结构简单。

根据本申请的一些实施例，所述中间轴段31两端的中间齿轮32的齿数相同。这样设计使得多个中间驱动单元的通用性提高，方便装配以及后期维修。

根据本申请的一些实施例，所述中间轴段两端的中间齿轮的齿数不同。这样设计使得多个中间驱动单元可以形成多组不同的传动比，可以增加使用范围。

需要说明的是，不同的中间轴段31两端的中间齿轮32的齿数也可以不同，这样设计每组相啮合的两个中间齿轮均可以具有不同的传动比，适用于需要利用驱动轴进行升速或降速的场合，但是这种方式会降低中间驱动单元的通用性。

根据本申请的一些实施例，所述输入齿轮12和/或所述输出齿轮22与相啮合的中间齿轮32的齿数不同。

具体存在以下三种情况，仅输入齿轮12与相啮合的中间齿轮32的齿数不同，仅输出齿轮22与相啮合的中间齿轮32的齿数不同，输入齿轮12和输出齿轮22均与相啮合的中间齿轮32的齿数不同。

采用上述技术方案，使得输入驱动单元和/或输出驱动单元与相邻的中间驱动单元可以形成不同的传动比，可以进一步增加使用范围。

根据本申请的一些实施例，所述中间轴段31、所述输入轴段11和所述输出轴段21可以分别通过设置两个支撑座4，实现对各轴段的回转支承。安装时通过将支撑座固定于船体上即可实现对上述各轴段的支撑，这样设计可以方便各驱动单元的安装及更换。

根据本申请的一些实施例，所述输入齿轮12、所述输出齿轮22和所述中间齿轮32可以为圆柱齿轮。通过圆柱齿轮外啮合传动，实现相邻的各驱动单元之间的动力传输，使得传动结构简单，同时齿轮能够承受的传动力较大。

根据本申请的一些实施例，所述的驱动轴结构还包括多个保护罩(图中未示出)，所述保护罩用于罩盖相邻各驱动单元的传动连接部位。

具体可以在输入驱动单元与一端的中间驱动单元的传动连接部位，多个中间驱动单元之间的传动连接部位，以及输出驱动单元与另一端的中间驱动单元的传动连接部位处设置保护罩。

通过设置多个保护罩，可以对输入齿轮、中间齿轮及输出齿轮的啮合传动部位进行防护，防止受到外界影响动力传输，有利于提高传输可靠性。

根据本申请的一些实施例，所述中间轴段31的直径与长度的比值范围为1：10～1:100。这样设计使得中间驱动单元的长度适宜，既可以避免中间轴段过长而影响强度及刚度，还可以避免中间轴段过短而导致中间驱动单元数量太多而降低生产装配效率。

实施例2

本申请实施例中提供的一种驱动装置，包括汽轮机5、螺旋桨推进器6和实施例1中所述的驱动轴结构，所述输入驱动单元1与所述汽轮机5的输出端传动连接，所述输出驱动单元2与所述螺旋桨推进器6传动连接。

具体地，所述输入驱动单元1可以通过第一离合器7与所述汽轮机5的输出端相连，所述输出驱动单元2可以通过第二离合器8与所述螺旋桨推进器6相连，这样设计可以起到双控制作用，以便在核反应堆不停地情况下，实现驱动力的中断。

由于该驱动装置采用了上述驱动轴结构，大大降低了因驱动轴较长产生的故障问题，有利于提高驱动装置连续运行的可靠性。

实施例3

本申请实施例中提供的一种核动力商船，包括船体、核反应堆和实施例2中所述的驱动装置，所述核反应堆设置于所述船体的中部位置，并驱动所述汽轮机转动实现动力输出。

由于该核动力商船的驱动轴通过多个驱动单元传动连接实现长距离传输，在驱动轴发生故障时，很容易在船内对故障驱动单元进行更换，减少了更换时间，提高了更换效率，对传统核动力商船长久在海洋上使用，减少了其因驱动轴的原因，需要进船坞维修的概率和时间，提高了使用效率和核级平台设备的经济性。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。