推进器

本发明涉及一种推进器，更具体地说，是一种改进的推进器，其推进器叶毂有一球面部分，并且，推进器叶片能以提高效率的方式安装在叶毂上。本发明还可以包括有分开式叶毂的推进器，使推进器叶毂的间距可以变化。本发明可以应用于推进器，也可以应用于其他类型的风扇装置。

在无通道和有通道风扇以及推进器的某些应用中，希望在运行之间或运行当中调整叶片的间距。这可以用手工的方式进行，或通过在操作时使叶片能自我调整。

在普通的无管道风扇和特别是推进器中，对风扇和推进器叶片间距的调整是已知的。因为推进器或风扇是简单的空气推动器，并且不在排出侧产生任何大的压力，所以用于调整间距的机构是合适的。

许多管道风扇要求产生一些形式的排出压力，甚至在空气在叶片之间大致平行于风扇转轴的通道中运行的轴向位置也是如此。这种形式的一个例子是一气体涡轮发动机的轴流压缩机部分。这种类型的轴流风扇仅产生小的排出压力，并且为了增加压力，需要是多级的。径向或离心风扇比轴流风扇产生一更大的排出压力。

在本申请人的早期的推进器中(其描述于国际专利申请PCT/AU9300581中)，提供了一种增压推进器，其有连接于叶毂的重叠的叶片，叶毂是截锥形的。叶片相对于转轴倾斜，其产生一大的颈部区域，以在转动时减少脱流。推进器能作为一轴流推进器使用，同时依然产生适当的排出压力，这能通过相邻叶片间的收敛达到。

在使用中，本申请人的早期推进器位于一外壳中，叶片的端部紧密地沿外壳内壁扫过，叶片的根部能枢转地装在叶毂上，使叶片的间距可调。希望叶片有可调性以保持高的效率。因为叶毂仅在一个方向弯曲，所以转动叶片调整间距就会在叶片根部和叶毂表面之间和叶片端部和护罩内壁之间产生一小的但是不希望有的间隙。这一小的间隙使流体通过推进器回流，而使效率降低。

因本人的推进器可以高速转动，所以希望以一可调的方式将叶片装在叶毂上，但叶片不能由于惯性力而破裂或从叶毂上脱离。

澳大利亚专利210289公开了一种径向流动推进器，能对气体进行加压，其是通过气体速度的突然变化而增加气体速度的标准技术而实现的。该推进器有一组不重叠的叶片，其通过一轴颈圆盘连接于叶毂。叶毂有一环形部分，其在两个方向弯曲，并能看作是球面的一部分。其优点是允许叶片扭转，而不增加叶片端部和外壳或叶片根部和叶毂之间的间隙。圆盘的顶面是平的，其不存在专利210289的风扇的问题；并且实际上该专利在这方面未提供任何教导。

轴流式或混合流动风扇有一包含转轴的中心叶毂部分，和一组连接于中央叶毂部分的叶片。为了提高风扇的效率，或改变其工作参数，叶片的间距可以改变。其典型地可以通过使叶片可相对于叶毂转动或扭转的方式连接于叶毂而实现。为使叶片的间距变化提供了各种复杂的内部机构。

已知结构的缺点是风扇或推进器有大量的叶片，所以内部结构是非常复杂的，同时风扇或推进器的直径较小，并且叶毂也较小，所以，其通常不能提供一坚固的和耐用的机构以改变叶片的间距。

在国际专利申请PCT/AU93/00581中，公开了一种增压式推进器，其有可枢转安装在叶毂上的叶片，这些叶片可以自由枢转，并且在推进器高速转动时，叶片能产生颤动或其他不希望有的振动。该国际专利申请未描述任何能改变叶片间距和将其固定在位的机构。

本发明的目的是提供一种推进器，其叶片能在叶毂上枢转，而不会在叶片和叶毂之间产生过分的间隙。本发明还可包括一简单和可靠的系统，使安装于中央叶毂部分上的一组叶片的间距可以变化并固定在位。

本发明提供了一种推进器，具有一叶毂和一组连接于叶毂的叶片，叶毂有一前表面，和一后表面，和一在前后表面之间的局部的球面部分，叶片有一根部和一端部，根部的形状与球面部分互补，叶片在球面部分连接于叶毂，使相邻的叶片之间形成通道，通道有一流体入口和一流体出口，通道在入口和出口之间是收敛的。

在整个说明书和权利要求中，所使用的术语“叶片”有非限定的意义。叶片的作用是形成流体从中流过的通道的壁。其他形式的壁也可以使用，而不局限于术语叶片之中。本发明可以看为一组转动通道，其中，叶片只是形成通道的壁的最佳形式。然而，为了方便，在说明书和权利要求中使用叶片这一术语。

在球面部分设置叶片，并使各叶片根部的形状与球面部分互补，叶片能枢转，而不产生明显的间隙，或在任何点的位置改变间隙。

球面部分在相互垂直的两个方向形成弧形表面。球面部分的曲率是最佳的，能使弯曲的半径在两个方向都是相同的。

叶毂有一平的前端部，球面部分可以相邻于前端部分延伸。叶毂的后部可以大致是平的。

通过提供具有能伸入叶毂凹座中的销的叶片，使叶片能连接于叶毂。凹座可以绕叶毂以相同的间隔设置于球面部分。

为了改善对叶片转动的控制，销可以从叶片前缘延伸，使叶片在其前部或在其中弦点连接于叶毂。凹座可以相邻于球面部分的上部，使凹座可以延伸穿过更厚和更牢固的叶毂部分。

为了加固叶片与叶毂的连接，销可以包括一套管部分，其至少部分延伸进入凹座。可以提供一台肩，进一步加强叶片与叶毂的连接。台肩可以有一上表面，其与球面部分平齐，其上表面可以在两个方向是弧形的，允许叶片枢转，而不会产生过分的间隙。

相邻的叶片可以连接于叶毂，并可以相互有相间隔的重叠关系。叶片之间的间隔在其后缘附近可小于在其前缘，以产生收敛，这可以防止后缘处的流体流回相邻叶片形成的通道，或流入相邻通道。另一方面，在相邻叶片之间形成的通道可以在入口和出口之间在整个长度上或部分长度上是收敛的。

在另一种形式中，本发明提供了一种推进器，其有一叶毂和一组连接于叶毂的叶片，至少一些叶片有延伸进入叶毂上凹座的销，叶片也有一延伸的台阶部分，相邻叶片的根部可以穿过这一部分，从而防止叶片离开凹座。

适当地，叶片有一板形或圆盘形台阶部分，其可穿入对应的凹座，使台阶的上表面大致与叶毂表面平齐。另一方面，台阶部分也可以凸出凹座，并要求相邻叶片的根部也被构形，使其能通过台阶部分而不会碰撞它。

在上述布置中，能允许叶片转动或定位，使一个叶片的根部至少部分重叠相邻叶片的台阶部分，以致当叶片松驰时，相邻叶片能限制其而防止其从叶毂中甩出或拉出，特别是在叶片高速转动时。

合适地，推进器有一前叶毂部分和一后叶毂部分，它们可相对转动，和一组叶片，至少一些叶片可枢转地连接于前叶毂部分，也连接于后叶毂部分，使叶毂部分之间的相对运动能引起叶片间距的变化。

由于叶毂由可相对转动的两个叶毂部分形成，并且叶片可枢转地连接于叶毂部分中的一个，并可滑动地连接于另一叶毂部分，于是，提供了一简单有效的改变叶片间距的机构。最好，叶片枢转地连接于前叶毂部分，并可滑动地连接于后叶毂部分。叶毂可以有一大致平的前端和后端面，和一在前和后端面之间延伸的侧壁。前端面可以包括前叶毂部分的前部，后端面包括后叶毂部分的后部。

转轴可以延伸穿过叶毂，并且叶毂可以连接于转轴。

如果叶毂由两个叶毂部分构成，叶毂可以在一个或两个方向是弧形的。在一个实施例中，侧壁在绕转轴延伸的一个方向弯曲，以形成大致为圆柱形或锥形的叶毂。在另一实施例中，叶毂的侧壁可以在相互成直角的两个方向弯曲，以形成一部分的球体表面。

叶毂的侧壁可以由前叶毂部分的侧壁和后叶毂部分的侧壁构成。最好，侧壁的形状在前叶毂部分和后叶毂部分之间是连续的。例如，如果整个叶毂的侧壁是部分球面形状，则部分球面形状从前叶毂部分转移到后叶毂部分。

前叶毂部分可以包括一叶毂的主要部分，和组合的叶毂部分的侧壁的主要部分。例如，前叶毂部分可以构成组合叶毂表面积的50％-90％之间，而其它的由后叶毂部分构成。

在前叶毂部分和后叶毂部分可相对移动的同时，最好后叶毂部分固定于推进器的轴上，后叶毂部分可相对于前叶毂部分移动或调整。前叶毂部分和后叶毂部分可连接在一起，使前叶毂部分的后壁与后叶毂部分的前壁靠接或接近地隔开，同时，仍然允许两个叶毂部分相对移动。

可以提供一导向装置，以助于两个叶毂部分的相对移动。在一个形式中，导向装置可以包括一个在叶毂部分上的突起，其位于另一叶毂部分上的凹部之中，其结构和形状可以是如此，使两个叶毂部分仍能相对移动。在一个实施例中，突起可以包括一环形肋，其位于一环形槽中。其有助于两个叶毂部分的相对调整。

可提供一闭锁装置将两个叶毂部分闭锁在所需的位置。闭锁装置包括一可松开的结构简单的闭锁机构，其可以包括一闭锁螺栓或其他形式的紧固装置。

在两个叶毂部分可以手动调整的同时，但在许多情况下，推进器可以位于一外壳或护罩中，所以通常是不可以接近的。为此，要进行叶毂的调整，而不从外壳中取下推进器。在有许多调整两个叶毂部分相对位置的促动装置的同时，一最佳的促动装置是一远距离促动装置，其能相对调整叶毂部分。

不要求手动调整叶毂部分，或使用一促动装置。在一简单形式中，叶毂部分能相对自由移动，使叶片的间距可根据推进器的工作条件(例如排出压力或流体类型)进行调整。在这简单的“自由转动”中，叶片与两个叶毂部分的连接将缩小使用中施加在推进器上的不均匀的力或负载。

推进器包括一组叶片。叶片可以有一连接于前叶毂部分的前部，和一连接于后叶毂部分的后部。叶片的前部可以有一伸入前叶毂侧壁孔中的销，销连接于叶毂，使叶片能在孔中转动或枢转，但不能离开孔。

叶片的后部也可以包括一销，其延伸进入后叶毂部分的槽。槽成一定角度，使两个叶毂部分的相对运动引起前叶片部分的枢转，和后叶片部分上的销沿后叶毂部分的槽滑动。

下面通过实施例并参照附图对本发明进行描述。

图1是本发明一个实施例的推进器的平面图；图2是图1推进器的侧视图；图3显示了相邻叶片之间的收敛；图4是一分解图，显示了叶片连接于推进器叶毂；图5是一剖视图，显示了两个叶片连接于叶毂，其中叶毂是在一外壳或护罩中；图6显示了一叶片与叶毂的连接结构，其中，叶片是在一不同的角度；图7显示了叶片在叶毂上的另一种连接结构；图8有分裂式叶毂的推进器的视图；图9是图8中推进器的部件组装图；图10是图8中推进器的侧剖视图；图11是叶片与叶毂连接方法的剖视图；图12是本发明一个实施例的叶片。

参照图1，其显示了一推进器10。推进器10包括一组叶片11a，11b等，其绕叶毂12延伸。叶毂12有一中央转轴30，其为一穿过叶毂的孔，使叶毂能压配合或以其他方式装在轴上。各叶片有一前缘14和一后缘15，一根部16和一端部17。

如图1-3所示，相邻叶片相互重叠，使当推进器转动时，流体通过相邻叶片之间，相邻叶片之间的区域可以看作为流体从中经过的通道。各叶片有一加厚的前端部(见图3和4)，其用于将流体刮入相邻叶片之间的通道。并减少紊流。然而这不是必需的，前缘也可以是尖锐的。推进器有一后排出区18，其大致是平的。随着流体进入通道，由于其冲击转动叶片的表面而被压缩。通道尾部的收敛被调整到接近于流体压缩层的“厚度”，使当流体流出通道时，低压区最小。可以认为，这使流体的回流最小，或使流体从一个通道绕叶片的尾缘流到相邻通道的运动最小。该收敛不需要在尾端，其可以在通道中为相同的距离。

图4显示了有一个叶片的推进器的分解图。如图4所示，推进器10有一平的前端部20，在使用中，一前端锥部21(图5)与之连接。与端部20相邻的是一球面部分22。

一组相等间隔的圆形凹座23a，23b等等绕球面部分22隔开。凹座开始为一大的孔，然后为一内部台阶，其穿过一小的圆孔。各凹座位于环形部分22的上部，其更接近于平的端部20。

一叶片11a可枢转地装在或固定在叶毂12上。叶片11a有一销25，其延伸穿过叶片，并从根部16向下延伸。另一方面，销25可以与叶片11a整体成形。如图4所示，销从叶片的前部延伸，即，销不是从叶片的中部延伸。这使叶片能从其前部而不是其中部枢转。绕销25有一套管26，围绕套管26是一环形台肩或圆盘27。

如图中所示，台肩27平滑地装在相应凹座(例如23a)的初始大孔中，同时套管26平滑地装在凹座中第二个较小的圆形孔中。台肩27的底部靠在各凹座(例如23a)内部台阶的顶壁上。这种布置使叶片牢固地固定在叶毂上，并防止叶片由于高速转动而从叶毂中拉出。有一垫圈30和一锁紧螺母31，将叶片固定在叶毂上。图5显示了两个叶片固定于叶毂的方法。

各叶片的根部16是弯曲的，与球面部分22的形状互补。于是，各叶片的枢转使根部16与球面部分22有一细线的间隙，而与其转动角度无关。并且，由于凹座23a，23b位于球面部分22的上部，所以，凹座是穿过叶毂的较厚而牢固的部分，如图5所示。

因为在叶片扭转或枢转360°之前，其将靠在相邻叶片上，所以能防止其扭转。然而，在叶片枢转的区域，根部16与球面部分22保持一细线的间隙。

当叶片相互靠近时，并且特别是当推进器有一小直径时，叶片的转动能引起一个叶片的根部16扫过台肩27的顶壁。其顶壁也是球形的并与球面部分22的形状一致，所以，如果一个叶片扫过这一部分，其仍然与台肩的顶壁保持一细线的间隙，由此，使所形成的间隙最小。

推进器可设计成保证一个叶片重叠于相邻叶片台肩部分的顶壁。于是，如果在高速转动时，一个叶片变松，相邻叶片将使其固定在位，将不会从叶毂中甩出或拉开。

图5显示了一外壳或护罩32，推进器在其中转动。护罩32有一内球形面，并且叶片端部17是弯曲的，所以在端部和护罩32的内壁之间保持一最小的细线间隙，而与叶片如何枢转无关。为此，如图5所示，各叶片销25的纵轴与形成表面的球面部分22的球面的假想的死点33对齐。如果能保持这一结构，叶片能在球面部分22上并于护罩32中枢转，而不产生间隙。

图6和7显示了推进器的变型，但在任一种情况中，推进器的原理是相同的，并且相同的部件标以相同的标号。

图8中显示了一推进器40，其由金属构成(但也不限于此)，其包括一中央叶毂41和一组叶片42。各叶片42有一前缘43，一后缘44，一端部45和一根部46(清楚地显示于图9和12中)。推进器40有一吸入区域，其由各叶片42的前缘43和端部45的连接部限定。推进器有一排出区域，其形成于叶片42的后缘44之间。叶毂41有一中央孔47，使推进器能压配合在轴上，而与轴一起转动。

推进器叶片是为相互至少部分重叠的关系，以在相邻叶片之间形成通道48。相邻叶片可以有30％-70％之间的重叠区域，以保证一存在一合理尺寸的通道48。如图8所示，叶片相对于转轴向外扩散，而形成一大的吸入区域。各叶片有一厚的前端部分，用于将流体刮入通道48。当流体进入通道时，由于其冲击转动叶片的表面而被压缩。相邻叶片能收敛(聚汇)，以致相邻叶片之间在排出端的间隙小于其在吸入端的间隙。这一收敛或间隙被调到接近于通过通道的流体压缩层的“厚度”，以使当流体流出通道时，低压区域最小。可以想到，这使流体的回流最小，或使从一个通道绕叶片尾缘运动到相邻通道的流体最少。在尾缘也不必需有收敛，在通道中也可以为相同距离。并且，本发明也适用于分开式叶毂结构，而不一定是连接于叶毂的叶片的形式。

一端部锥体49连接于叶毂41，以使流体通过，使空气或水进入相邻叶片之间形成的通道48。

叶毂41由两个叶毂部分形成，一个前叶毂部分50和一后叶毂部分51，其清楚地示于图9和10中。前叶毂部分50有一大致平的前表面52，端部锥体49可安装在其上，还有一大致平的后表面53，其示于图10中。后叶毂部分51也有一平的前表面54(图10)，和一大致平的后表面。前叶毂部分50有一侧壁56，后叶毂部分51也有一侧壁57。在本实施例中侧壁56和57在相互垂直的两个方向都是弧形的，以形成一部分球面。另外，侧壁56和57是连续的，使组合的侧壁形状也是球面的一部分。

一组相等间隔的圆形凹座58绕前叶毂部分50设置(图9)。凹座有一开始的大的圆形孔，其后面为一内台阶，其穿过一较小的圆形孔。各叶片42能枢转地安装在前叶毂部分50中。叶片42有一销59，其从叶片根部46向下延伸。销59从叶片42前部延伸，即，位于叶片前缘43和叶片中部之间。一有更大直径的套管60围绕销59，可以看到，套管60平滑地装在各凹座58的开始的大孔中，同时销59平滑地装在凹座58中的第二个较小的孔中。这一布置对叶片与叶毂提供了一牢固的固定，并能在高速转动时，防止叶片从叶毂上脱开。可以提供一闭锁螺母61(图11)，或一卡环62(图12)或其他形式的紧固装置，将叶片固定在凹座58中，同时，依然允许叶片在其相应的凹座58中转动。在高负荷的情况下，销可以穿过轴承，例如一球轴承，辊子轴承，或滚针轴承等等。

各叶片的根部46是弧形的，以配合叶毂球面部分的形状。于是，各叶片在凹座58中的枢转使根部46与叶毂的球面部分有一细线的间隙，而与其转动角度无关。各叶片被防止转动360°，因为在其发生之前，它们将靠在相邻叶片上。然而，在叶片枢转的区域内，根部46与叶毂球面部分保持一细小的间隙。当叶片相互靠近时，特别是如果推进器是一小直径推进器时，叶片在凹座58中的枢转能引起叶片根部46扫过相邻叶片套管60的顶壁65。顶壁65也是球面形状，并与叶毂球面部分的形状相同，以致如果一叶片扫过顶壁65，其将依然保持一细线间隙，由此使形成的间隙最小。

推进器可以设计成保证一个叶片重合于相邻叶片套管60的顶壁65。于是，如果在高速转动时，一个叶片变松，相邻叶片将使其固定在位，不会从叶毂上甩出和拉开。

各叶片42有一第二销66，其从根部46延伸并相邻于叶片后缘44。销66伸入槽67，槽位于后叶毂部分51上。销66位于槽67中，一卡环(图12)或一锁紧螺母(图11)能将销66固定于槽67中，同时仍允许销沿槽移动。槽67与转轴成一角度延伸，并且槽的纵轴指向对应的凹座58。销66可以与销59有相同的结构，即，其也可以有一套管，套管有一顶壁，其形状为球面部分，并且，槽67的形状能以类似于销59的方式接受套管。

如图9和11所示，叶片42能枢转地连接于前叶毂部分50，其是通过延伸穿过相应凹座58的销59实现的，并被闭锁在该处防止脱出，但能允许叶片枢转。叶片42的后部通过延伸进入槽67的销66连接于后叶毂部分51。

后叶毂部分相对于前叶毂部分的转动使所有叶片在相应的凹座58中枢转，并使销66跨在相应的槽67中。为了减少在根部46和叶毂球面部分之间形成的间隙，销59和66的纵轴应指向部分由叶毂球面部分形成的球体的中心死点。图11显示了这种布置，其假想中心点表示为70。如果能保持这种形状，叶片能在叶毂球面部分上并在球面护罩中运动，而不会产生间隙。

如图10所示，前叶毂部分50和后叶毂部分51能装配在一起，能使用一导向装置以协助两个叶毂部分的相对转动。在本实施例中，导向装置包括一环形突缘71，其从前叶毂部分50的后平面延伸，突缘位于后叶毂部分51的前表面的环形槽72中。突缘71和槽72的尺寸能合适地配合，同时能允许两个叶毂部分能相对转动。一旦所需的相对运动已完成，一螺栓73形式的闭锁装置能使前叶毂部分50和后叶毂部分51闭锁在一起。螺栓73能被取下或松开，以允许进行运动。螺栓73有一螺纹部分，其伸入突缘71的螺纹槽中(图10)，并且后叶毂部分51可以有一弧形槽74，使螺栓73仅需要被松开并沿槽74移动，然后再拧紧以夹紧两个叶毂部分。可以理解，其仅是闭锁装置的一个最佳形式。

为了允许两个叶毂部分可以相对转动，而不需要取下推进器或部分拆卸包含推进器的组件，可以提供一叶毂促动装置，以允许两个叶毂部分之间的相对转动更为容易。图10中显示了叶毂促动装置的一最佳形式。

在图10中，显示了一推杆80。在杆80的端部有一轴承座81，其固定一扭杆82的一端部，扭杆82可操作地连接于一花键轴83。花键轴83是驱动推进器的前驱动轴84(或是其一部分)。

推杆80可以作朝向或背离座85的运动，并使扭轴82作进出座85的运动。扭轴82连接于圆盘86，圆盘能随着前驱动轴84的转动而在轴承座81中自由转动。座85有一内孔，扭轴82可以穿过内孔。内孔也有一扭转部分，以致当推杆80推扭轴进入座85中时，引起座85转动，然后座又使整个后叶毂部分51转动。前叶毂部分50通过闭锁螺栓87牢固地闭锁于驱动轴84。扭轴82的线性运动由花键轴83调节，花健轴有一组位于外壳88花键槽中的纵向花键。于是，前驱动轴84的转动使扭轴82转动，并且花键轴83调节扭轴82的往复运动。在使用中，连接于前叶毂部分50和后叶毂部分51的叶片的间距可以通过如下变化：使推杆80运动，推杆使扭轴82运动，再使后叶毂部分51相对于固定的前叶毂部分50运动。当然，这首先要松开螺栓73。所有在推进器上的叶片42都可以转动一相同的量，并且，只要推杆80被固定在位，叶片就能固定在位。

本发明允许对叶片进行各种调整，并且能调整叶片间距，而基本不改变叶片根部或端部的间隙。甚至很大的叶片弯曲也不会使叶片接触护罩。

如实施例中所示，除了叶片连接的部分，叶毂的其他部分不需要有球面或弯壁。

本发明可以有许多变型，都在本发明精神范围之中。