泵或渦輪,包括這種泵或渦輪的傳動裝置和舷外馬達的製作方法
2023-12-12 08:47:17 1
專利名稱：泵或渦輪,包括這種泵或渦輪的傳動裝置和舷外馬達的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種泵或渦輪，它包括外殼、轉子、進口和出口通道，其中，外殼具有至少一個內腔，該轉子可旋轉地安裝在內腔內的軸上，進口至少在軸的位置處與內腔連通，出口通道至少在轉子的周緣與內腔連通。
例如，這種以Nikola Tesla命名的泵可從美國專利1,061,142中獲知。所述文獻公開了這樣一種設備，能量可以通過它、即所謂的Tesla泵供給流體，或從那裡(渦輪)回收能量。US1,061,142的附圖展示的實施例包括一個蝸形殼(在圖中用8表示)，在此蝸形殼中有許多平的盤1用鍵固定到軸2上。當軸旋轉時，由於流體與盤之間的粘性和附著性，盤之間的流體沿軸向被抽出，並且沿切線方向和半徑方向(即沿著螺旋形路徑)朝向遠離軸的方向被加速，此後流體通過出口11流出蝸形殼。
US4,218,176公開了一種Tesla泵，它有一個出口，為了提高效率，出口至少包括至少一個「空速管式流程」，在實施例中以兩個L形管展示，它的橫截面積不超過外殼側壁和所述流程高度之間的周緣帶面積的大約60％。
US3,107,848描述了Tesla泵在推進船隻方面的用途。
本發明的目的在於改善第一段涉及的泵和渦輪。
為了實現這個目標，本發明所述的泵和渦輪的特徵在於至少有一個旁通道，該旁通道的第一端通向此泵的出口通道，第二端形成進口。
旁通道可以有益地用在許多方面。已經發現，使用相同尺寸的泵，使用旁通道可以大大提高泵的推進力。除此以外，旁通道還可用於泵送那些易遭損壞的材料，如其中有活魚的水或可能對泵有損壞或磨損的材料，如含沙的泥漿。
優選的是，至少在出口通道位置上，旁通道的橫截面積等於或小於由內腔的內壁和與轉子周緣橫切(即沿軸向)的虛線局部確定的面積。因而，來自內腔的流量足以確保通過旁通道的基本流量。
而且，轉子優選包括兩個或多個平行的或近似平行的盤，這些盤安裝在軸上，且具有布置在所述軸周圍的一個或多個孔。這種泵具有高的效率，並且允許相對大的流量通過內腔，因而與其它的離心泵相比，允許大的流量通過旁通道。除此以外，氣蝕不會發生在這些泵中，至少在相同程度上不會發生，所以獲得高速度是可能的。在2.5-15cm之間的直徑相對較小的泵的轉速分別超過每分鐘100,000和25,000轉。
如果前言段所述的泵或相似構造的渦輪包括內腔，該內腔的周緣75％以上是圓柱狀的，且內腔直接與環境相通，即沒有使用空速管或類似的東西，那麼泵或渦輪的生產將會大大地簡化。所以，圍繞轉子周緣的那部分泵殼可以包括一段管子。
優選地，泵或渦輪的外殼在出口或進口處具有插入件，通過該插入件來確定外殼和轉子在所述出口或進口處的間距。使用所述插入件可以使外殼適應轉子的半徑和/或位置。如果希望用一個偏離中心的轉子，例如為了使已知的螺旋形內腔儘可能地接近圓柱狀內腔，可以選擇在內腔中插得更深的插入件，這點將在下文中詳細闡述。
此外，本發明還涉及一種用於船舶的傳動裝置，如舷外馬達，其安裝有上面所述的泵。在相同尺寸的條件下，與美國專利3,017,848展示和所述的傳動裝置相比，這種傳動裝置能提供更大的推動力。
傳動裝置可以形成為模件，所述模件構造成可以取代船舶的舷外馬達的螺旋槳。為此，在螺旋槳移走後，該模件優選包括軸，此軸與模件取代的那種舷外馬達的螺旋槳的驅動軸相連接。而且，還優選提供有可以將模件連接到所述舷外馬達的下部的裝置。為了阻止模件繞舷外馬達的轉向軸線發生運動，通過模件出口通道的虛擬軸線優選與轉向軸線交叉，或模件優選包括至少兩個出口通道，兩個出口通道在所述轉向軸線的任一側，且等距隔開。
很明顯從上面可以看出，本發明所述的泵也適合和氣體一起使用。在本發明的框架內，不難理解術語「泵」也包括壓縮機。
下面將參考附圖更詳細地解釋本發明，附圖簡要地展示了本發明的不同實施例。
圖1A和1B分別是本發明的泵的第一實施例的橫切面視圖和縱切面視圖。
圖1C展示了本發明的泵的另一實施例。
圖2和3展示了本發明的泵的另外兩個實施例。
圖4A和4B分別是本發明的泵的第二實施例的橫切面視圖和縱切面視圖。
圖5A和5B分別是本發明所述的舷外馬達的側視圖和剖視圖。
圖6A-6D分別展示了本發明所述的安裝有模件的舷外馬達的後視圖和安裝所述模件的三個步驟。
相同的標記表示相同的零件和功能相同或基本相同的零件。
圖1A和1B分別是本發明的泵1的橫切面視圖和縱切面視圖。所述泵1包括外殼3，該外殼由3部分組成，即前板3、中間板4和後板5，這三塊板例如由鋼或塑料製成，通過螺栓(未示出)壓合在一起。中間板4具有圓柱形凹槽，它與前板3、後板5一起確定內腔6。後板5包括一個軸承殼7，具有鍵槽9的複合軸8通過兩個軸承10、如雙密封的球軸承可旋轉地安裝在軸承殼7中，所述軸8可以通過鍵槽9與傳動裝置(如電動機)相連。軸承10夾持在兩個內螺環11之間，其中的內環11由環形墊圈12密封。
安裝在軸8的中心部分13上的是轉子14，在這個例子中，它由3個例如由鋼、不鏽鋼或塑料(如聚氯乙烯或聚碳酸酯)製成的平的、盤15組成。盤15由環形隔板16相互隔開，並用夾片17將它們壓在內環11上，夾片17用螺栓18安裝在軸8的中心部分13上。盤15和內腔6一起形成所謂的Tesla泵。關於Tesla泵的具體設計和操作，可以參考美國專利1,061,142。盤的表面積和/或數量越大，所述泵的傳輸和推進力就越大。
前板3包括與夾片17相配合的圓孔，它與夾片17一起形成一個環形的軸向進口19。正如圖1B所示，盤15具有許多孔20，例如8個孔，在假想的圓(用虛線表示)上它們的中心均勻地隔開，且與軸8同心，它們的直徑與環狀進口19的寬度大致相等。而且，楔形插入件21安裝在外殼2上，此插入件與前板3、中間板4和後板5一起形成出口通道22。
本發明的泵具有一個大體上切向的旁通道23，該旁通道的第一端通向泵1的出口通道22，第二端形成進口24。旁通道23在中間板4形成，與內腔6有相同的寬度A。為了確保來自內腔的流動足夠強以產生通過旁通道23的大流量，所述通道23的高度B在出口通道22處的等於或小於與轉子14周緣橫切的虛線和內腔6內壁之間的距離C，在出口通道22處也類似。
圖1C顯示了本發明的包括二個出口通道22的泵，每個出口通道具有一個旁通道23，在這個實施例中，它們的位置彼此點對稱。使用多個出口通道可縮短流體通過內腔的距離，提高泵的效率。出口通道22的流出口相互連接形成一個共同的出口。這可以以總管(未示出)來完成，例如，總管由許多管子組成，管子的數量與出口通道的數量相對應，每根管都與出口通道相連，而且每根管都相互傾斜，可能相互纏繞成一根圈狀，這些管子在公共點處或接近公共點時終止或者通向一根共同的管子，如與泵的軸8成一直線的管子。除了別的以外，這種結構能夠阻止或至少能降低這種情況發生的程度。
在圖1A和1B的具體實例中，內腔6的周緣大約80％以上是圓柱形的，即它不是螺旋狀的，例如，這與美國專利1,061,142所述泵的情況相似，這可大大簡化泵的製造。如圖2所述的Tesla泵，轉子14與圓柱狀內腔6同心固定，插入件21的頂部或頂角相對較尖。所以，使用圖2所述的泵通常可獲得更高的流出速度，而圖3所述的泵能有較高的壓力或較大的揚程。
圖4A和4B分別是本發明的泵1的另一優選實施例的橫切面視圖和縱切面視圖，該泵包括兩個內腔6A、6B和兩個轉子14A、14B。內腔6A、6B與共同的出口通道22相通，此出口通道與單獨的旁通道23對齊。泵1與共同的傳動裝置相連，在這個實例中，該傳動裝置例如通過兩個齒輪25A和25B與其中一個軸8A相嚙合，並與另一個軸8B相連接，這樣轉子14A和14B可以在相反的方向上被驅動。
也是在這個實施例中，旁通道23的橫截面積(A×2B)至少在出口通道22上優選等於或小於由內腔6A、6B的相應內壁和與每個轉子14A、14B的周緣橫切的虛線局部確定的總面積(A×2C)。
上述的旁通道有很多優點。已經發現，對相同尺寸的泵，使用旁通道可以大大提高泵的推進力。例如，這使得泵很適合推進船隻。
除此以外，旁通道還可以用於泵送易於損壞的材料(如要運到水壩對面的活魚)或者可能對泵有損壞或磨損的材料(如含沙泥漿，例如清淤)。在後兩個實例中，必須使用大尺寸的泵，例如內腔直徑3m的泵。
圖5A-6D展示了船舶的傳動裝置的兩個例子。
圖5A和5B分別是商用的舷外馬達26的側視圖和剖視圖，其中螺旋槳、螺旋槳外殼和減速裝置已經換成本發明所述的模件27，其中減速裝置可將螺旋槳速度減到發動機速度的一半。所述模件27包括二個水平的、使用中的泵殼28A、28B，其中一個外殼位於另一個上面。每個泵殼都由具有內腔6的相對較厚的板4和兩個蓋在厚板4上面和下面的相對較薄的板3、5限定而成。泵殼28A、28B由進口外殼或進口板29相互隔開。所述板29包括半圓形凹槽30，此凹槽充當模件27的進口，此凹槽前面有一個篩子31，可阻止太大的顆粒進入模件27。半圓凹槽30經由薄板3上鄰近進口外殼29的孔與泵殼28A、28B內的內腔6相連通。而且，每個泵殼28A、28B都包括一個出口通道22，此出口通道通向出口，出口的軸線32與發動機26的轉向軸線S交叉。既然本發明泵對氣蝕相對不敏感，因此可以去掉最初的舷外馬達的減速裝置，這樣轉子14的速度對應於發動機速度。
圖6A-6D分別顯示了安裝有本發明所述的模件的舷外馬達的後視圖和僅將商用的舷外馬達26的螺旋槳換成本發明所述的模件27的三個步驟。在這個實施例中，模件27包括2個垂直的、使用中的泵殼28A、28B，這兩個泵殼彼此相鄰，每個泵殼都由具有內腔6的相對較厚的板4和蓋在厚板4兩側的兩塊相對較薄的板3、5限定而成。泵殼28A、28B由開口的進口外殼29相互隔開，進口和泵殼28A、28B的軸8的兩端在此進口外殼29處終止。所述的每一端都具有傘齒輪33。出口通道22位於發動機26的轉向軸線S的任意一側且與該軸線等距隔開。
圖6A-6C連續顯示了如何從舷外馬達26的驅動軸34上取下螺旋槳以及如何將適配器35安裝到所述軸上。所述適配器35在遠離舷外馬達26的一端具有傘齒輪36。所述傘齒輪36的齒數是前述齒輪33齒數的兩倍。這樣可獲得一個可抵消舷外馬達26上的減速裝置的減速的傳動裝置。傘齒輪33、36可適合任何一個期望的傳動比，當然，此傳動比在很多情況下取決於舷外馬達的類型和模件中轉子上的盤的數量和尺寸。為了給前述的模件空出空間，一部分圖5A-6D所述的舷外馬達的冷卻水抽吸管需移走。以這種方式處理，在使用時可將所述管子的流入口設置在水面下。
當然，本發明並不局限在上述的實施例中，它可在權利要求書限定的發明範圍內做一些變動。因此，旁通道可三維地擴展，這樣其進口就與泵的軸向進口相符。
權利要求
1.一種泵(1)或渦輪，包括外殼(2)、轉子(14)、進口(19)和出口通道(22)，其中外殼(2)具有至少一個內腔(6)，轉子(14)可旋轉地安裝在內腔(6)內的軸(8)上，進口(19)至少在軸(8)的位置處與內腔(6)連通，出口通道(22)至少在轉子(14)的周緣與內腔(6)連通，其特徵在於至少有一個旁通道(23)，該旁通道的第一端通向泵(1)的出口通道(22)，其第二端形成進口(24)。
2.如權利要求1所述的泵(1)或渦輪，其特徵在於所述旁通道的橫截面積(A×B)至少在出口通道(22)的位置處等於或小於由內腔(6)的內壁和橫向於轉子的周緣的虛線局部限定的面積(A×C)。
3.如權利要求1或2所述的泵(1)或渦輪，其特徵在於轉子(14)包括兩個或多個平行的或近似平行的盤(15)，該盤安裝在軸(8)上，且具有布置在所述軸(8)周圍的孔(20)。
4.如前述的權利要求中任一項所述的泵(1)或渦輪，其特徵在於包括二個內腔(6A、6B)，轉子(14A、14B)可旋轉地安裝在每一個內腔內，且該二個內腔與共同的出口通道(22)連通。
5.如權利要求4所述的泵(1)或渦輪，其特徵在於其與單獨的傳動裝置(25)連接，所述轉子(14A、14B)通過該傳動裝置可以在相反的方向上被驅動。
6.如權利要求4或5所述的泵(1)或渦輪，其特徵在於一單獨的旁通道(23)通向出口通道(22)，該旁通道(23)的橫截面積(2A×B)至少在出口通道(22)處等於或小於由相應的內腔(6A、6B)的內壁和橫向於每個轉子(14A、14B)的周緣的虛線局部限定的面積(A×2C)。
7.如前述的權利要求中任一項所述的泵，其特徵在於包括兩個或多個出口通道(22)，每個出口通道都具有一旁通道(23)。
8.如權利要求7所述的泵，其特徵在於包括一根具有多根管子的總管，這些管子的數量對應於出口通道的數量，並且每根管子都與出口通道(22)相連。
9.如權利要求7所述的泵，其特徵在於所述管子相互傾斜，優選相互盤繞成圈狀，這些管子終止於公共點處或公共點附近處或通向共同的管子。
10.如權利要求1的前敘部分所述的泵(1)或渦輪，其特徵在於內腔(6)的周緣的75％以上是圓柱形的，且直接與環境連通。
11.如權利要求10所述的泵(1)或渦輪，其特徵在於外殼在出口通道(22)或進口處具有插入件(21)，通過該插入件來確定外殼(2)和轉子在所述出口(22)或進口處的間距。
12.一種用於船舶的傳動裝置，比如舷外馬達(26)，其安裝有前述權利要求中任一項所述的泵。
13.一種舷外馬達(26)或模件(27)，其構造成可以取代舷外馬達的螺旋槳，該發動機(26)或模件(27)安裝有包括外殼(28)、轉子、進口(19)和出口通道(22)的泵，其中外殼(28)具有至少一個內腔(6)，轉子可旋轉地安裝在內腔(6)內的軸(8)上，進口(19)至少在軸(8)的位置處與內腔(6)連通，出口通道(22)至少在轉子(14)的周緣處與內腔(6)連通。
14.如權利要求13所述的舷外馬達或模件，其特徵在於轉子(14)包括兩個或多個平行的或近似平行的的盤(15)，該盤安裝在軸(8)上，且具有布置在所述軸(8)周圍的孔(20)。
15.如權利要求13或14所述的舷外馬達(26)或模件(27)，其特徵在於所述泵包括至少一個旁通道，該旁通道的第一端通向泵(1)的出口通道(22)，其第二端形成一進口。
全文摘要
本發明涉及一種泵或渦輪，它包括外殼、轉子、進口和出口通道，其中外殼具有至少一個內腔，轉子可旋轉地安裝在內腔內的軸上，進口至少在軸的位置處與內腔相通，出口通道至少在轉子周緣與內腔相通。而且，此泵或渦輪還包括至少一個旁通道，該旁通道的第一端通向此泵的出口通道，第二端形成進口。例如，旁通道可用於提高推進力或用於泵送泥漿。
文檔編號F04D5/00GK1754045SQ200480005346
公開日2006年3月29日 申請日期2004年2月25日 優先權日2003年2月26日
發明者T·W·尼布, J·H·斯克勒德 申請人:泰德裡斯解決方案有限公司