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1、(10)申请公布号 CN 102734208 A(43)申请公布日 2012.10.17CN102734208A*CN102734208A*(21)申请号 201110087127.8(22)申请日 2011.04.08F04D 29/18(2006.01)(71)申请人姚刚地址 430010 湖北省武汉市江岸区球场路44-24号202室(72)发明人姚刚 其他发明人请求不公开姓名(54) 发明名称混流式喷水推进泵的叶片大角度全调节装置(57) 摘要混流式喷水推进泵的叶片大角度全调节装置,属船舶推进领域,用以提高效率,降低噪音和振动,提高抗气泡性能,改变润滑方式,并创造一种新的混流泵推的倒航方。
2、式。装置由两部分组成,1)液压调节器,用来实现操作杆的左右运动;2)调节机构,为一空间斜交杆系,杆系中的空间封闭球面低副的运动轨迹控制是装置正常工作的关键。调节机构将操作杆(1)的向左、右运动,转变为泵叶(3)绕自身轴线的正、反向转动,完成混流式泵推的大角度全调节,实现性能改善和正航-驻航-倒航。泵轴(2)连接推进器主机,带动转子体(4)及泵叶(3)转动,推动水作功。机构采用自润滑轴承。调节器置于泵轴上,从而将调节力设置为系统内力,力仅作用于作功对象-水,调节力的动力源,为一微型电机。本发明能实现单级泵推和双级泵推的大角度全调节。本发明全部理论计算及实际制造,现有资料及技术装备均能满足。(51。
3、)Int.Cl.权利要求书1页 说明书4页 附图2页(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 2 页1/1页21.混流式喷水推进泵的叶片大角度全调节装置,其特征是:操作杆轴线与桨叶轴线在同一平面内斜交,操作杆左右运动一小段距离,泵的叶片同步地绕自身轴线正反向转动设定的角度。2.根据权利要求1所述的装置,其特征是:叶片轴自旋角可在0-22.5范围内调节。3.根据权利要求1所述的装置,其特征是:装置包含闭式球面低副,球副外球上开有避让下球杆运动的槽。4.根据权利要求1所述的装置,其特征是:装置的球面低副,用石墨润滑,装墨腔与球副接触,而与周边。
4、隔断。5.根据权利要求1所述的装置,其特征是:装置的叶片转动轴承、销部轴承为粉末冶金含油轴承。6.根据权利要求1所述的装置,其特征是:双级泵推可采用本结构;7.根据权利要求1所述的装置,其特征是:调节器置于泵轴上,调节力设置为系统内力,对系统外不显示力的作用。权 利 要 求 书CN 102734208 A1/4页3混流式喷水推进泵的叶片大角度全调节装置 技术领域0001 混流式喷水推进泵的叶片大角度全调节装置,属船舶推进领域,用以提高效率,降低噪音和振动,提高抗气泡性能,改变润滑方式,并创造一种新的混流泵喷的倒航方式。 0002 这里所谓“提高效率”,专指多工况时的效率,即功率曲线高效区间宽。。
5、 0003 这里所谓“大角度全调节”,是指叶片调节角度达z0-45(见图1、图4) 0004 这里所谓“降噪”,是指这一发明的结构特征所带来的“本质安静型”的,数量级地降噪,而不是改良型降噪(如隔音)。 0005 这里所谓“提高抗气泡性能”,是指这一发明的结构特征所带来的抗气泡性能提高。 0006 这里所谓“改变润滑方式“,是指这一发明改变现有相近机器的油池润滑为对点的自润滑。 0007 这里所谓“新的倒航方式”,是指主机不停机,不换向的情况下,叶片绕自身轴线大角度动调,即“叶片大角度全调节”,实现船舶航行-驻航-倒航(见图4a、b、c)。 0008 本发明在完成功能前提下,结构上最为(不是更。
6、为)冼炼、简约; 背景技术0009 喷水推进已有350年的历史,但对它的性能改善,和功能拓展,都已经到了十分艰难的地步,人们已把大部分精力用于开展特种推进装置的研究。 0010 对泵性能的调节曾经或正在使用的有三种方法,1)变速调节(变频电机发端于此);2)前导叶调节;3)叶片安放角全调节,在这三种方式中,叶片安放角全调节为最好。 0011 三十多年来,国内外在寻求合理可靠的混流式叶片全调节机构的过程中,经历了拨叉、蜗轮蜗杆、螺母丝杆、齿轮齿条、圆锥齿轮、曲柄连杆、十字接轴、双杆端球形关节轴承等多种形式,其中有的还配以复杂的接力器,它们都配有冗重的油池润滑。这些形式,除结构极为繁杂外,最大的不。
7、足是不能实现大角度全调节。 0012 混流泵全调节技术,和泵的水力特性两项指标,成为一个国家大型水泵发展水平的标志性指标。混流泵推,已为国内外所重视并多有采用,采用混流泵推而未加入大角度全调节,则优势锐减。只有水力性能优秀的混流泵推,同时又拥有大角度全调节,才是泵推的最高目标。 0013 目前,大角度全调节混流泵推,尚为待垦之地。 0014 混流大角度全调泵推与轴流大角度全调泵推性能、功能比较,可见表一 0015 表一混流大角度全调泵推与轴流大角度全调泵推性能、功能比较: 0016 说 明 书CN 102734208 A2/4页40017 发明内容0018 本发明所谓“装置”,包括1)液压调节。
8、器,用以实现操作杆的左右运动(已有成套产品,本文不细述);2)调节机构,为一空间斜交杆系,用以实现将操作杆的左右运动转变为叶片的正反向转动。 0019 本发明的内容为以下4项: 0020 1操作杆轴线与叶片轴线在同一平面内斜交,操作杆(同心地置于泵轴内)左右运动一小段距离,使得泵叶能同步地绕自身轴线正反向转动设定的角度。抽象为如下命题:主、被动两杆斜交,其轴心线交角为x30-45,左右移动主动轴,被动轴能绕自身轴线正反向转动z0-22.5;(见图1) 0021 2润滑方法为对点的自润滑; 0022 3单级泵推与双级泵推;(见图2) 0023 4调节力设置为系统内力。 0024 本发明满足工程中。
9、的空间、相应运动的数量关系、运动可行和运动唯一、构件强度、工艺可行全部实际中的约束。 0025 现分述如下: 0026 1本发明为一空间斜交杆系,其工作原理见图3 说 明 书CN 102734208 A3/4页50027 件1操作杆与件2操作架固联,能,且只能在平面P内上下运动;件6叶片为带悬臂的简支梁,轴尾部两支承分别位于转子体内、外壳上,件6叶片与件1操作杆共面,且交角为x,它与件5拐臂以键相联,它能,且只能绕自身轴线转动;件4上球铰与件5拐臂销联,只能在平面M内运动;件3下球铰与件2操作架销联,只能在平面P内运动;件3下球铰与件4上球铰的公共部位为空间闭式球面低副,内球壳上开有件3下球铰。
10、、件4上球铰相对运动时避让件3下球铰圆杆部位的槽。 0028 件3下球铰和件4上球铰的共同部位-球副,它既在P平面内,又在M平面内,其运动轨迹必然位于P和M平面的交线L上。 0029 当件1操作杆和件2操作架向上运动一段距离,件3下球铰的销部同步上移该距离,而球 部在L上移动,因3下球铰长度可知,则球心位置可定,此位置也是件4上球铰球心位置;由于件4上球铰长度已知,件5拐臂绕件6叶片轴线转动的半径已知,则件5拐臂旋转角度可求,则件6叶片的轴逆时针转动与件5拐臂相同的角度,即是说,件1操作杆的向上运动,转变为件6叶片的逆时针转动。 0030 当件1操作杆和件2操作架向下运动时,依照前述,可得知件。
11、1操作杆的向下运动,转变为件6叶片的顺时针转动。 0031 上述运动过程中,主动件1操作杆的每一个确定位置,件6叶片及中间各件有,且只有一个确定的位置与之对应,即满足本发明的运动可能和运动唯一的要求。 0032 当件1操作杆不动,件6叶片即使有转动趋势,整个杆系亦是稳定的。 0033 2润滑与密封 0034 机构的球面低副,用石墨润滑,装墨腔与球副接触,而与周边隔断; 0035 叶片转动轴承、销部轴承为粉末冶金含油轴承,设计时,根据各部位的载荷,及轴瓦材料的压溃强度,确定金属基质材料,选用含油轴承; 0036 由于整个装置都随泵的传动轴一同转动,所以大部分密封位置为静密封,只有叶片转动处和操作。
12、杆出轴处为中低压、低速度的动密封。 0037 对深水潜航,转子体毂处于正压状态。桨叶转动部位,用“”硅橡胶密封;操作杆出轴处用普通的活塞杆Y形橡胶密封 0038 3单级泵推与双级泵推,都能实现全调节,后者相对前者复杂,但可行。(见图2) 0039 4调节器置于泵轴上,从而将调节力设置为系统内力,力仅作用于作功对象-水,对系统外不显示力的作用,调节力的动力源,为一微型电机。 附图说明图1是单级泵喷结构简图。 图2是双级泵喷泵结构简图。 图3是调节机构原理图。 图4是大角度动调效果图,a正航;b驻航;c倒航。 0040 具体实施 0041 本发明全部理论计算及实际制造,现有资料及技术装备均能满足(。
13、见图4)。 0042 a)本构件的空间尺寸约束,可在轮毂比(0.35或稍大)、构件用材、调节器工作油压三要素间优化来满足; 说 明 书CN 102734208 A4/4页60043 b)相应运动的对应数量关系,可用适当选取各杆件长度的方法来满足; 0044 c)构件强度及计算,根据设计时提供的叶片在各特殊工作位置处的水力及水力矩,用材料力学第四强度理论,对各杆件作普通强度计算; 0045 d)叶片分瓣加工,和转子体装配总成。(见图4) 说 明 书CN 102734208 A1/2页7图1图2图3说 明 书 附 图CN 102734208 A2/2页8图4 说 明 书 附 图CN 102734208 A。