臥式雙圓弧齒輪輪泵用於高速船的製作方法

2023-06-23 15:46:16

專利名稱：臥式雙圓弧齒輪輪泵用於高速船的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種臥式多級雙圓弧齒輪輪大流量泵應用於高速船中:1.達泵噴氣墊升，形成船底氣墊，將船升浮海面上；2.達泵噴水推進，形成船尾左右二股極強大的射流，使船在氣墊升下高速前進；3.當改變用於泵噴氣墊升儲氣罐的用途，進水可使船體下沉，達到淺潛，隱蔽前進。臥式多級雙圓弧齒輪輪泵，比立式雙圓弧齒輪泵，更適於船中安裝；更有水泵結構與氣泵結構完全相同，只要泵反轉使用即可改變用途的突出優點，因而臥式泵比立式泵更適於在本技術領域內的應用。
背景技術：
2.1本人巳有「多級內串聯雙重增壓雙圓弧齒輪泵」，專利申請號2008100901799，
具有諸多的獨創，但因屬立式配置，與美國帕沃爾特種動力系統技術有限公司，進行多次技術交流，本人提供三個立式的設計方案，均感不合適於船用之後，本人又提出本臥式多級雙圓弧齒輪輪泵，更適合在高速船中應用的新方案，並將設計圖、設計說明書交美方審核，獲得認可。因而，有必要闡明本臥式多級雙圓弧齒輪輪泵與原「多級內串聯雙重增壓雙圓弧齒輪泵」在結構配置上創新點，以及為適應高速旋轉，所採取的諸多創新設計，以滿足高速船上的特殊應用的環境。2.2據2007年5月10日新華社電:「噪音比小鯨魚的動靜還小，可在水下連續巡航25年，英國新型核潛艇揭開面紗。」報導了英國海軍「機敏」級核動力攻擊潛艇，是迄今世界上隱蔽性最好的潛艇，排水量達7800噸，能攜帶38枚戰斧式巡航飛彈，其射程約為2252公裡，要耗資72億美元，建造3艘。目前世界上只有美、俄、英、法、中五國，擁有戰略飛彈核潛艇和攻擊核潛艇。用泵噴水推進的核潛艇，可獲得戰術需要的隱蔽機動性，適宜在惡劣海域作低噪音機動。「機敏」級核潛艇的噪聲，如此之低是否用泵噴水推進器？又用何種泵？引起我極大興趣，當然我不可 能了解到詳細的資料，但引發了自強創新的熱切之情，希望本泵，可擴大用於諸多的船艦用的特大型泵噴水推進器。2.3美國「海狼」級核潛艇泵推進器，「轉速在130轉/分左右」，並採用七葉側斜螺旋槳，以提高效率，降低渦流的噪聲(美方還提供照片)。槳轉速如此之低，卻要推進萬噸級船高速前進，我推想其槳徑勢必很巨大。假定配3萬匹馬力，在130轉/分下，槳軸直徑按D=71.5ViV/rx 推算必很大(可取[τ ] = 350kgf/cm2)。整體結構還可通過相關圖片上看至IJ，是七葉槳外，增設用於屏蔽噪音的巨大環狀導管，有前置定子。它屬軸流泵，有導管、定子、轉子，結構十分龐大，「其重量更是傳統螺旋槳的2至3倍，對船體配平、船尾結構和推進器軸系振動等，都帶來較大的影響」。而本泵可在3000至4000轉/分下工作(巳知本齒輪最高達到9215轉/分，資料又表明:齒輪泵最高可達到8000轉/分)。即本泵轉速比現高速船用的軸流泵、混流泵可高出20至30倍以上，可以想像在達到相近的泵流量、壓力、推進力與船速之下，本泵的體積和重量可降至它的1/20至1/30。即使能降到1/5，也是極其了不起，對船體配平極為有利！這就是本人醉心想通過合作，苦苦去追求用本大流量容積泵，去取代傳統的螺旋槳以及軸流泵、混流泵等國外船用新型泵推進器的原因。
2.4船用螺旋槳通常的轉速，只能在300轉/分以下，轉速高了就會產生空泡現象。還有，要提高它的轉速，其功率將按三次方函數劇增，以公式表示=N1ZX= (η/η。)3。例如，螺旋槳的轉速從η0 = 130轉/分，提高3倍至Ii1 = 390轉/分，其功率從Ntj要增至N1 27倍之多，這是鐵律！這也是為什麼船用螺旋槳推進，要配強大功率的原因。凡按離心力作用的離心泵、直升機螺旋槳，其功率與轉速之間，都是遵照此三次方函數關係劇增，而本泵是容積泵，不受此規律約束，當流量、壓力增大，其功率只是按正比例增大。因為，兩者泵的工作原理截然不同，因而本人認為:這是本大流量容積泵工作原理上，極其突出的優越性，藉此取代，可達到大幅的節能，當在各船上都廣泛應用，以本泵取代傳統的螺旋槳，其節能意義將極其巨大！！2.5日本TSL—新型超高速船開發一文指出:「泵噴水推進比螺旋槳效率更高」而開發「高效率大功率噴水泵」是創造新型超高速船的關鍵所在，但不知用何種泵？根據技術交流中，美方介紹目前世界上船用的泵噴水推進器，都是採用軸流泵、混流泵。估計日本TSL—新型超高速船，也是採用軸流泵或混流泵，屬非容泵，本人構想是用本人創新的齒輪大流量容積泵來取代，獲高效率，國內外均無此取代的先例。因通常容積泵，如活寒泵、柱塞泵、漸開線齒輪泵，只能製成高壓小流量泵。然而，本泵卻能制出超大流量的容積泵，是極突出的優點，如再加上齒輪泵能耐高壓(常用工作壓力P= 12 20Mpa，最高達31。5Mpa)，因而本泵可製成「大流量又高壓泵」。齒輪泵的齒隙空間大，「對汙染不敏感」，即適於有一定非硬雜質的環境，如海水中含有的雜質；當齒輪選用新型優良塑料，可耐海水腐蝕，運轉更無噪聲，利於潛水隱蔽。2.6傳統的螺旋槳推進系統，是艦船主要噪聲源，泵噴水推進器能夠在較高速度時減少10 20分貝聲信號，同時降低艦船的空氣噪聲和振動。在海底環境下，每減少20分貝，聲吶的測距可減一半。更因本泵是整體安裝在船艇之內，齒輪又選用是新型優良塑料，即使有噪聲也可屏蔽不外傳，還可採用軟管連接等減震措施，而不像美國「海狼」級核潛艇推進器有外伸的尾部，噪聲無法屏蔽。因而，本人希望船艦上，安裝本泵噴水推進器後，可取得類似「機敏」級優良的靜音效果。2.7本泵是整臺在船中安裝很便捷，沒有像螺旋槳那樣，要現場安裝，精度的要求又很高。因而，本泵安裝、保養維修亦方便是突出的優點。如若與螺旋槳對比，本泵與美國高速發動機可直聯(最高6000轉/分，一般在3000至4000轉/分)，不用中間的減速箱、變速箱，可用發動機調速，傳動鏈因而極大的化簡，不僅減少氣墊船的設備自重，對投資也大幅地節約，加工製造的周期亦縮短。2.8據相關資料:泵噴水推進可以無級變速和倒航，甚至原地迴轉，使用雙機左右泵雙噴，甚至能夠使艦船橫移，「堪比水中直升機」。更因，可通過遙控左右噴射管的關閉，達到船的快速轉向，可以省去了船上的舵機系統，投資也因此很大地節約。2.9與美方技術交流中了解到,為確保氣墊船高速下的適航性,船底氣墊是在動態下，不斷損失船底的壓縮空氣，又不斷及時的補充，以維持船底一個相對穩定的氣壓，使船有足夠的升力，船好象安在「氣彈簧」上，吸收衝波、震蕩，人員才感很適應。目前氣墊船是用特大型吹風機，形成低壓、極大流量的船底氣墊，將船升浮海面；又用強力鼓風機，安裝於左右船尾，推船高速前進。資料表明:氣墊船的尾部，都用鼓風機推進，例如，俄「賊鷗」級氣墊船，使用4臺N0-10型鼓風機推進；又使用軸向運轉2.5米直徑的升力風扇，產生船底的空氣墊。公知，風扇的風壓很低，要極大的流量的低壓空氣供應船底，風扇的體積勢必十分龐大；又因採用鼓風機推進，其風量必須極大極大，但鼓風機的風壓也難能很高(通常不超過3kg/cm2)。如改變採用本泵，因屬容積式空壓機，還可借「多級內串聯」及齒輪的齒厚逐級減薄，達到雙重增壓，即可向船底先提供很高的氣壓，然後降壓，體積漲大，供氣墊使用，這樣泵的體積小，高速旋轉，對船中的安裝空間很有限，是很有利的！換言之，採用本氣泵有極大的優點:因氣泵的轉速很高，而體積不大，流量卻極大，加之全用鋁材、塑料，泵的重量又很輕，很適於船上使用。2.10現代高速船，諸如氣墊船、水翼船、小水線面船、地效翼船、穿浪船、多體船……，當船速超50節(I節=1.852公裡/時)通常稱超高速船。這是現代高科技的結晶，多採多姿的高速船型，再配上各種先進機械設備與電子儀器，完全不同於傳統常規排水型船。例如，氣墊船以40節巡航，60節為高速航行，還有更高達100節。2003年2月26日，美軍在伊拉克，就用180多噸氣墊登陸艇，飛速運送主戰坦克。如果在我國南沙群島，我軍也用千百艘超高速船來保衛海疆，蠶食將獲制伏！綜上所述，在全國氣墊船專業會議上指出:「氣墊船是介於航空和造船兩行業之間的邊緣科學，沒有現成的設計方法和標準規範可以適用」。我所提供的本水泵、氣泵，是大流量齒輪容積泵，夢想取代螺旋槳及非容積泵(軸流泵、混流泵)達噴水推進；同樣以本泵，取代非容積泵(鼓風機、風扇)達氣墊的要求，奠定現代超高速船的創新動力系統的物質基礎。本設計還有許多優越性是:水泵和氣泵結構完全相同，即反轉就可以，給船上備臺帶來極大的便利。從製造角 度看出:單泵結構與多泵結構，僅僅增加中間的分泵，而兩個左右傳動支承用的「端蓋軸承座」的結構相同，因而製造極其方便。一旦合作成功其意義十分重大！通過上述國內外背景技術的詳細調查和分析研究，可知本合作開發是船推進動力革命性創舉！

發明內容
本發明目的在於:將本「臥式多級雙圓弧齒輪大流量泵」整體裝在艦船上，用高速發動機直聯本泵，形成高效泵噴氣的船底氣墊，將船懸浮於海面，取代巨形風扇，穩定供氣適航性好；又用高速發動機直聯本泵噴水推進，形成船巳在氣墊升下，船尾左右多股極強大的射流推船前進，以取代螺旋槳、軸流泵，化簡傳動鏈，取得更高效率節能、安裝方便、體積小重量輕適船用、達降低噪聲提高隱蔽機動性的效果。這種泵噴水推進器，不僅適於氣墊船，也適用於:水翼船、小水線面船、地效翼船、穿浪船、多體船、常規船，達到節能。本發明目的是通過以下方法來分步實施:其一是臥式多級雙圓弧齒輪泵的創新設計；其二是氣泵、水泵在船上安裝使用。3.1臥式多級雙圓弧齒輪大流量泵的創新設計臥式配置泵好處是:當本齒輪泵供水泵使用時，其吸入的水口，在泵下側的正中心，即朝向船底。顯然，垂直向上吸入海水，極其方便，不增加彎管等阻力，十分適於船上安裝。當本齒輪泵反向供氣泵用時，吸氣口在船的正上方，即垂直向船上方吸進空氣，又垂直向船下方送出壓縮空氣，經降壓供氣墊之用。現具體詳述臥式多級雙圓弧齒輪泵的結構:3.1.1在兩根水平配置的平行傳動軸上，裝有多對相互嚙合傳動的本雙圓弧齒輪。在雙圓弧齒輪外是泵殼，每對齒輪外均有獨立的泵殼，構成各分泵，各泵殼之間則用「串隔板」串聯成一個整體。這時各分泵的泵殼呈均呈臥式串聯，區別於「多級內串聯雙重增壓雙圓弧齒輪泵」的立式配置的單一泵殼結構。每隻臥式水分泵的下側正中心，均有吸水口，以方接圓與進水管相接；上側正中心，有出水口，以方接圓與出水管相接；出水管的上方有橫臥的大管，將各分水泵的出水匯合成巨大的水流，送向船尾方向，達噴水推進。從結構上，可以概括:多分泵臥式串聯裝，流體並聯。這種結構可使泵的橫截面尺寸外型縮小，適於氣墊船狹窄的左右雙體內安裝，泵的縱向尺寸外型因而加長，但船體長，不會造成安裝的問題。這種噴水推進器，也適用於其它高速船中，供產生推進的噴射流。3.1.2將上述多級臥式串聯分泵，用螺栓聯成一個整體，又在巳聯成整體的左右端面，再各加上一隻懸臂式「端蓋軸承座」，內置軸承、密封件，即可達到以傳動軸驅動本泵。3.1.3為了提高本泵的使用性能，適應高速(及超高速6000轉/分)，本泵又採取一系列的創新措施。因為，本泵工作環境條件苛刻:a、因泵是在海水中噴水推進，受腐蝕作用，有耐腐蝕使用壽命的要求，海水中還有雜質。b、泵還要成為氣泵，在氣體壓縮中，會產生大量的熱，使塑料齒輪嚙合傳動磨擦中也產生熱加劇，造成軟化失去功效。C、氣墊船要求用泵輕巧，體積小。d、泵要求在3000至4000轉/分,甚至更高達6000轉/分下旋轉，當採用320型軸承(內徑為100毫米)最高許用也只有3200轉/分，即工作轉速，早巳超過軸承的最高許用轉速……。對工作環境條件如此苛刻，本泵能否適應？提出了嚴峻考驗！當然，一切設想都還要通過實 際的試驗。美國福特汽車創始人福特說:「幹我們這一行，除了試驗沒有其他辦法」。如何通過創新設計，把握先機，想方設法改善本泵性能，去適應如此苛刻的工作環境條件，是極為必要。3.1.3.1本齒輪對齒輪副嚙合時，中心距的變化極其敏感，即對安裝精度要求極高，是區別於漸開線齒輪。因而，對多對齒輪分泵的嚙合傳動的結構合理設計，提出難度很大、要求很高的要求。本人吸收前五次改進創新本泵的經驗，採用精加工泵殼內孔，又按完全相尺寸用數控銑床，加工「端蓋軸承座」(即軸承座連端蓋)，使位於左右端蓋上，呈外伸狀的軸承孔，與泵殼內壁有很高的安裝同心度。對比「多級內串聯雙重增壓雙圓弧齒輪泵」，不是採用這種結構外伸狀的軸承孔。3.1.3.2本呈外伸狀的軸承孔結構，很大的好處是:因軸承孔呈外伸狀，輸海水時齒輪的端面即使洩漏，也不可能進入軸承室腐蝕軸承。本泵在齒輪嚙合傳動的端面，為防洩漏，巳設有軸向和徑向齒狀無接觸油封，再加上橡膠骨架式油封及外洩通孔，即有三重防洩漏組合密封及排洩的措施，確保軸承壽命。因為，防泵端面洩漏往往是一個難題，困擾設計，當端面洩漏，海水進入軸承室會很快腐蝕軸承。3.1.3.3本齒輪有「對中心距的變化極其敏感，對安裝精度要求極高」的特殊要求。對比之下，漸開線齒輪對中心的變化不極其敏感，這在設計及製造上必須引起高度的重視，也可以說是本泵的設計難度。總安裝後，能達到:在多級齒輪分泵齒輪的頂部與泵殼內壁之間的間隙均勻又極小，因而能獲高壓，回流小效率高；達多級齒輪分泵的同軸度很高，適應高速旋轉。總之，這是一項難度很大的設計、製造、安裝要求。數控工具機的出現，標誌著智能化生產工具方興未艾，本泵關鍵件均採用它，否則無法達到精度。泵殼內壁用數控工具機精加工，是精基準，又用精加工的「串隔板」來串聯，使整體總裝後泵殼內孔的精度亦很高。加上「端蓋軸承座」是用數控工具機精加工，通過精加工的「側隔板」與泵殼相聯，即保證「端蓋軸承座」中心的軸承座孔，有很高的位置度。因而，整隻泵組裝後，能滿足:本齒輪有「對中心距的變化極其敏感，對安裝精度要求極高」的特殊要求。3.1.3.4上述將位於左右端蓋上，呈外伸狀的「端蓋軸承座」，與泵殼內壁分離，其好處還有:端蓋連軸承座，形成一個獨立的外伸狀的鑄件的整體，可使位於二側面的分泵，不受軸承座的牽連，形成各分泵完全相同的結構，極便製造；採用本結構後，泵殼長度因而大大縮短，便於精加工。各泵殼的結構因而也完全相同，極便生產與管理。對比區別於「多級內串聯雙重增壓雙圓弧齒輪泵」，只有一隻整體的泵殼，軸承座不外伸，即在泵殼之內定位，也不會出現前述的諸多安裝精度的問題。3.1.3.5軸承座內有潤滑油循環潤滑與冷卻，以適用高速旋轉的要求。相比之下，僅僅在軸承室內放些固態潤滑油脂，很難適應3000-4000轉/分或更高的泵，在高速下長期運轉。正因為端蓋連軸承座，形成一個獨立的外伸狀的整體，才創造本軸承座內有潤滑油循環潤滑與冷卻的條件，以滿足高速旋轉的要求。換言之，如「多級內串聯雙重增壓雙圓弧齒輪泵」，只有一隻整體的泵殼，軸承座不外伸，是極難去實現軸承座內有潤滑油循環潤滑與冷卻。3.1.3.6被動軸是中空，能放油棉及進潤滑油，並從軸上微孔送油至齒輪的根部微孔，再達到潤滑齒面。因為，齒面相互嚙合中壓縮氣體時，處於幹磨擦狀態，進極微薄的潤滑油，通過齒輪嚙合，再傳遞給主動齒輪，以達改善幹磨擦狀態，可延長齒輪副的工作壽命，是獨創設計構想。供水泵用時，被動軸內孔，用塞頭堵塞即可。3.1.3.7泵殼體外面，左右二側，設有製冷液、冷卻水夾套，將氣體壓縮時產生的熱及時帶走。顯然，供水泵用時，不必用此冷卻。綜上述，以上創新的結構適應:以二根平行軸為總承，將多對齒輪副、多隻串隔板，加上軸上的鍵，構成組件，先進行檢驗調試，然後整體移入泵殼之內，最後將左右端蓋固定。這種組件式安裝極方便，也利於拆開修理。在裝好左右端蓋，配上定位銷緊固之後，再依次向軸承座的內孔中放入密封件、軸承等，蓋上小軸蓋，安裝便捷。當齒輪用含MoS2的尼龍棒料加工，能耐腐蝕，無噪聲，自潤滑，低轉動慣量，重量輕等突出優點。更因巳採取上述，進極微薄的潤滑油於齒面的措施，使本齒輪能滿足高速下與海水腐蝕及改用於氣泵等苛刻的工作要求。此外，泵殼與泵殼之間，及泵殼與軸承座之間的連接，有很多螺孔。今設計有鑽模板，給鑽孔加工，帶來極方便且十分準確。這屬於工裝、夾具設計與製造，以提高製造的精度。
四

4.1如附圖1所示，主動軸2與被動軸14上，有多對相互嚙合傳動的雙圓弧齒輪副3，齒輪副外有多隻臥式泵殼4 (ABCD剖面的示圖中NM為安裝平面)，泵殼之間用串隔板I相互串聯，並用螺栓13連成整體。泵殼的外端面，通過端面板5，將端蓋軸承座8連接在泵殼上，；端蓋軸承座的二個內孔，是用於安裝軸承組9，再通過軸承及軸，使齒輪嚙合傳動。因泵殼內孔、串隔板的外廓、端面板外廓、端蓋軸承座的內孔，均是用數控工具機精密加工出來，因而組裝起來可達到很高的位置度，確保齒輪很高的嚙合傳動精度，以及齒輪的齒頂與泵殼之間的間隙。4.2附圖1所示的泵殼寬度S，各分泵均相同，其餘各部結構亦相同，因而製造方便；同樣各分泵的齒輪結構相同，因而製造亦方便；左右端蓋軸承座的結構相同，長度同為K，製造亦方便；因而本泵化簡為只有製造:多隻臥式泵殼、多隻串隔板、二隻端蓋軸承座、二隻端面板、及主被動軸、軸蓋11、齒輪副等為數極其少的專用零件，此外只有外購軸承、橡膠密封件、螺栓、鍵12等，批量生產組織工作就方便多了。縱觀國內外，沒有如此化簡的多級泵，符合「現代機器合理設計原理及結構工藝性」的設計原則。(本人撰寫的百萬字書稿的題目)4.3端面板與齒輪端面之間，有齒形相互插入的密封，軸外也有齒形的密封及橡膠密封構成組合密封6，軸承端面有密封件7，而6、7件之間的端蓋軸承座的厚壁上，設有排水孔，並外聯接管，使齒輪端面滲透出來的水能外排。4.4所述氣泵是高速下，齒輪的齒面處幹磨擦，加潤滑油可改善磨擦狀態。因而本泵用中空被動軸14的內孔進潤滑油，軸孔蓋15可進油，置有小塑料引進潤滑油。中空被動軸內還可放置油棉之類儲油。在齒輪的根部開有微孔，用於接受來自中空軸上，所開設的微孔，流通過來的潤滑油。4.5因氣體壓縮產生熱，泵殼外設有冷卻液夾套E。4.6軸承組用潤滑油循環冷卻，設有油進出管接頭16及油管。如圖1中所不:1.串隔板；2.王動軸；3.雙圓弧齒輪副；4.慄殼；5.端面板；6.組合密封；7.軸承密封；8.端蓋軸承座；9.軸承組；10.油管接頭；11.軸蓋；12.鍵；13.連接螺栓；14.被動軸；15.軸孔蓋；16.進出接管；匪為臥式安裝基面，S為分泵寬，K為端蓋軸承座的長度，E為冷卻夾套，「ABCD」為半剖視圖。
五具體實施例方式設想氣墊船的中部，裝有二臺氣泵，其中一臺為備臺；氣墊船的左右雙船體內，各裝一臺水泵，供船噴水推進，今分述水泵及氣泵的具體實施方式
。5.1作為水泵用，單泵作用於船，相關數據的初算5.1.1泵整體配置:今設由三隻臥式分泵，經串聯合裝構成一臺泵，三隻分泵各自從下側吸進流體，經齒輪的加壓，其流體由上側輸出，並匯合(即並聯)至總管形成合流，簡稱為「臥式多級」。5.1.2取本分泵的雙圓弧齒輪的模數m = 25毫米，取齒輪的齒數z = 14，齒輪的節圓直徑d = 350毫米。又選齒輪的齒寬b = 320毫米。在泵1500轉/分下，每分鐘理論流量 Q = 2 Π m2bzn = 2 X 3.14 X 2.52 X 32X 12X 1500 = 26 3 7 6 0 00cm3 = 26.34m3實際上每隻分泵的流量，約在每分鐘20多立方米，每小時1200立方米。上巳述今結構上，由三分泵構成一臺泵，即合併流量為3600立方米/時。符合美方每小時3600至4000立方米大流量的使用要求。從上面泵流量的公式可知，本泵的流量與齒輪的模數平方成正比劇增，如還要加大泵的流量，可取更大的模數，例如取模數m = 50，則流量可增至4倍。但是，大流量絕非本容積泵的唯一優勢。即本容積泵有獲高壓(及超高壓)的特點，尚隱藏著未用，只要發動機的動力還有餘地，可以再發揮高壓的雙重優越性，噴射出「大流量又高壓」極強大的射流，使航速進一步獲得極大的提高，達到超高速船的要求。5.1.3取本分泵下側進水管的下口為方形，長270毫米X寬250毫米，其中長270毫米略小於齒輪的寬度320毫米；以方接圓管口外聯，外口管子的直徑為C 250毫米。即以0 250毫米直徑向船底下側吸水，三分泵均相同。換言之有三根C 250毫米直徑向船底吸入水，其總截面S = 3X 0 250 = 3X490 = 1472cm2，相當於一根0 433毫米直徑的大管子向船底下吸入水。5.1.4.本分泵上側出水管直徑，亦略小於齒輪的寬度320毫米，與殼體連接取方口，長270毫米X寬230毫米；以方接圓的管口向上方伸出，外口連接的管子直徑為0 230毫米。即以C 230毫米直徑向船上側輸水，三分泵均相同。換言之有三根C 230毫米直徑向船上方送水，其總截面S = 3X 0 230 = 3X415.3 = 1246cm2，相當於一根0 398.4毫米直徑大管子向船上方輸出水。為此在泵上方，橫有一根0 400毫米直徑大管子，通過大月彎輸向船後方噴出水。此泵即滿足了美方提出:一根0 400直徑大管子向船後方噴射輸出水的要求。船體的左右雙體尾部，各有一臺泵在工作，即形成二條0 400毫米直徑大管子向船後噴出強大的射流，在推動船高速前進！對射流的壓強要求，本容積泵都能滿足，最高甚至達到30Mpa。絕非軸流泵、混流泵所能達到的超高壓！5.1.5泵功率的測算。今以很低的壓強輸出要求,在3_5kg/cm2,今取3kg/cm2。巳知一臺分泵理論流量Q = 2 Π m2bzn = 26.34m3』由三臺分泵構成總泵理論流量Q = 3X26.34=79m3 = 790001/min,實際流量約 670001/min。5.1.6由日本.木村章K機械設計列線圖集3第181圖:《流量、壓力與理論功率的關係》有 N= 10PQ/60X75 = 10 X 3 X 67000/60 X 75 = 446Hp，應配備 500Hp。據此推算，如P= 12kg/cm2則要配備2000Hp。這樣才能稍稍顯示出本容積泵的優越性！5.1.7測算射流的噴射速度。巳知單泵流量約790001/min = 1.3167m3/s ;今巳知噴管直徑0 400 毫米，總截面 S = 0.1256m2 ；V = Q/S = 1.3167/0.1256 = 10.5m/s = 629m/min = 37.34Km/h，表明Φ 400毫米的噴射管，必須收縮直徑，否則航速達不到74Km/h巡航速的要求。如果進而按推進力F = S q = 0.1256m2X3kg/cm2 = 3768kg 二臺合併推力2F=7536kg，如果按推重比取1: 7，則可大約與50噸船相匹配。這是很複雜的，一切要實際上要試驗。5.2作為氣泵用，單泵作用於船，形成船底氣墊，相關數據本水泵反轉，類似羅茨鼓風機，其風壓亦設定與羅茨鼓風機相同為0.9kg/cm2』風量與水泵流量相似，總泵理論流量Q = 3X26.34 = 79m3 = 790001/min,實際流量約670001/min = 1.1167m3/s。5.2.1先按IOT氣墊船，設船長10米，寬5米，船下形成0.3米的氣墊，氣墊體積為15立方米，要求每秒鐘補充1/3，即5立方米=5m3/s ;船底面積50平方米，當氣墊壓強為0.02kg/cm2時，每平方米升力為200公斤，全船剛好升力為10T。5.2.2將0.9kg/cm2」氣壓，降至0.02kg/cm2時，降壓到1/45,換言之體積擴大45倍。將1.1167m3/s擴大45倍，達到50m3/s (風壓巳降至0.02kg/cm2)，現要求補充為5m3/s (風壓亦為0.02kg/cm2)，即泵供量是所要求補充量的10倍。因而可推算可擴大應用於50噸的氣墊船，也還有一倍的餘地，美方要求餘地大為好。這是船中安裝一臺氣泵時，求出所述的數據。本人也設想，船中可裝一備臺。當兩臺同時開動，其氣量除供應氣墊外，多餘的還可向後噴氣。即在船後形成:船底下左右噴水，海面上另有噴氣管在推進，使船達超高速。5.2.3將0.9kg/cm2」氣壓(或較高氣壓，本泵均能實現)先送至儲藏罐，後供船底使用，有利於穩定船底的氣體補充。美方介紹:很穩定、足量的補充，適航性才好。當儲藏氣罐改用水泵適當進水，船體勢必略下沉處半潛，繼續噴水可達隱蔽前進。5.2.4氣墊船供遊艇還可上岸，這時船下的噴水管收起，當然無法再噴水。可借兩臺氣泵，以短時超高速運轉(如4000至6000轉/分，美國發動機最高達6000轉/分，只要用發動機就可變速)，其供氣量比一臺泵1500轉/分下，可高出6到8倍，即能滿足氣墊船還可上岸的需要，達貼地面近距離飛行。無疑，當供遊艇使用可增添樂趣，也極具潛在的軍事意義！5.2.5 氣泵功率概算N = QP/102 η 式中 Q = 79m3X 60 = 4740m3/h P = 0.9kg/cm2」=0.9X10000 = 9000kg/m2，取效率 η = 0.7，代入 N = QP/102 η = 4740X0.9/102X0.7=60kw = 81.6Hp,推算氣泵應配備100匹馬力。5.3軸及泵殼機械強度校核軸機械強度校核
權利要求
1.本發明涉及一種臥式多級雙圓弧齒輪大流量泵應用於高速船中:達泵噴氣墊升，形成船底氣墊，船上浮後，再以泵噴水推進，形成尾部極強大的射流，使船介於航空飛行器與傳統船之間高速前進；當改變泵儲氣罐的用途，進水使船體淺潛，可隱蔽前進；全力噴氣還可上岸；臥式多級雙圓弧齒輪輪泵，比立式泵，更適船中安裝；有水泵與氣泵結構相同，反轉即可改用；供水泵時，吸口在下側正中向船底，垂直吸進海水，方便適船上安裝；供氣泵用時，吸氣口在上方，又向船下方送氣，經儲罐降壓供氣墊用；本臥式泵的結構是:在水平配置的二平行傳動軸上，裝有多對相互嚙合傳動的本雙圓弧齒輪，齒外是分泵殼，殼間用「串隔板」成整體；呈臥式串聯，區別於「多級內串聯雙重增壓雙圓弧齒輪泵」單一立式泵殼；在整體殼外，再加呈懸臂的「端蓋軸承座」，內置軸承、密封件，即可達到以傳動軸驅動本泵；齒輪端面有組合密封；齒嚙合面能加入潤滑油；殼外有冷卻液夾套；軸承組用油循環冷卻。
2.根據權利要求1所述的臥式多級雙圓弧齒輪輪大流量泵，在船上安裝使用的特徵在於:船中安裝本泵為氣泵，形成船氣墊；船中安裝本泵為水泵，供噴水推進；當所用於儲氣的罐進水，船可淺潛前進；多臺氣泵，除供氣墊外，可分流供向船後噴氣，可提航速，船也可上岸。
3.根據權利要求1所述的臥式多級雙圓弧大流量齒輪輪泵，其泵的特徵在於:臥式多級雙圓弧齒輪泵的結構:在兩根水平配置的平行傳動軸上，裝有多對相互嚙合傳動的本雙圓弧齒輪，齒輪外是分泵殼，屬臥式，它區別於「多級內串聯雙重增壓雙圓弧齒輪泵」，專利申請號2008100901799的立式單一泵殼，是配置創新。
4.根據權利要求1所述的臥式多級雙圓弧齒輪輪大流量泵，其泵殼的特徵在於:多分泵臥式串聯裝，各分泵的結構相同，用螺栓聯成一個整體，在整體的端面，再加懸臂的「端蓋軸承座」，內置軸承、密封件；多級泵，比單級僅增中間級的泵殼、齒輪、中隔板及相應加長軸的長度。將「端蓋軸承座」從「多級內串聯雙重增壓雙圓弧齒輪泵」，原先在單一泵殼內配置，分離出來呈懸臂，是配置創新。
5.根據權利要求1所述的臥式多級雙圓弧齒輪輪大流量泵，其齒輪的特徵在於:齒輪借減少齒數，增大模數及高轉速，來提高泵的流量，當多級分泵流體輸出並聯，達合併達大流量；齒輪用新型塑料具自潤滑性；用於氣泵時，齒面能加入潤滑油；殼外有冷卻夾套。
6.根據權利要求1所述的臥式多級雙圓弧齒輪輪大流量泵，其軸承的特徵在於:用組合軸承，通過油循環潤滑，提高軸承的壽命和極限轉速。
全文摘要
一種臥式雙圓弧齒輪輪泵用於高速船中達泵噴氣墊升，將船升浮後，再達泵噴水推進，形成船尾多股極強大的射流，使船高速前進；還可使儲氣罐進水船體達淺潛前進；氣泵還可供噴氣提速及船上岸。本臥式泵，比立式泵，更適於船中安裝；並有水泵結構與氣泵結構完全相同的優點。臥式泵的結構在兩根水平配置的平行傳動軸上，裝有多對相互嚙合傳動的本齒輪，獨立的分泵殼間用「串隔板」成整體，它區別於立式單泵殼。「端蓋軸承座」懸臂於泵殼外，內置軸承、密封件，供驅動本泵，使整體結構大大化簡，本泵只有齒輪、泵殼、中隔板、端面板、端蓋軸承座及傳動軸，為數極少零件構成，有高精度易造的特點。為提高本泵的使用性能，適應高速本泵又採取創新措施，以滿足本齒輪對中心距要求極高，軸承用循環油潤滑，當用於氣泵齒根可進油潤滑，殼體外有冷卻夾套。
文檔編號F04C15/00GK103085957SQ20091017321
公開日2013年5月8日 申請日期2009年9月11日 優先權日2009年9月11日
發明者趙明 申請人:趙明