專利名稱：臥式雙圓弧齒輪輪泵用于高速船的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種臥式多級雙圓弧齒輪輪大流量泵應(yīng)用于高速船中:1.達(dá)泵噴氣墊升，形成船底氣墊，將船升浮海面上；2.達(dá)泵噴水推進(jìn)，形成船尾左右二股極強(qiáng)大的射流，使船在氣墊升下高速前進(jìn)；3.當(dāng)改變用于泵噴氣墊升儲氣罐的用途，進(jìn)水可使船體下沉，達(dá)到淺潛，隱蔽前進(jìn)。臥式多級雙圓弧齒輪輪泵，比立式雙圓弧齒輪泵，更適于船中安裝；更有水泵結(jié)構(gòu)與氣泵結(jié)構(gòu)完全相同，只要泵反轉(zhuǎn)使用即可改變用途的突出優(yōu)點，因而臥式泵比立式泵更適于在本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
2.1本人巳有“多級內(nèi)串聯(lián)雙重增壓雙圓弧齒輪泵”，專利申請?zhí)?008100901799，
具有諸多的獨創(chuàng)，但因?qū)倭⑹脚渲?，與美國帕沃爾特種動力系統(tǒng)技術(shù)有限公司，進(jìn)行多次技術(shù)交流，本人提供三個立式的設(shè)計方案，均感不合適于船用之后，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(yīng)用的新方案，并將設(shè)計圖、設(shè)計說明書交美方審核，獲得認(rèn)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(nèi)串聯(lián)雙重增壓雙圓弧齒輪泵”在結(jié)構(gòu)配置上創(chuàng)新點，以及為適應(yīng)高速旋轉(zhuǎn)，所采取的諸多創(chuàng)新設(shè)計，以滿足高速船上的特殊應(yīng)用的環(huán)境。2.2據(jù)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(xù)巡航25年，英國新型核潛艇揭開面紗。”報道了英國海軍“機(jī)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(dá)7800噸，能攜帶38枚戰(zhàn)斧式巡航導(dǎo)彈，其射程約為2252公里，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(zhàn)略導(dǎo)彈核潛艇和攻擊核潛艇。用泵噴水推進(jìn)的核潛艇，可獲得戰(zhàn)術(shù)需要的隱蔽機(jī)動性，適宜在惡劣海域作低噪音機(jī)動?！皺C(jī)敏”級核潛艇的噪聲，如此之低是否用泵噴水推進(jìn)器？又用何種泵？引起我極大興趣，當(dāng)然我不可 能了解到詳細(xì)的資料，但引發(fā)了自強(qiáng)創(chuàng)新的熱切之情，希望本泵，可擴(kuò)大用于諸多的船艦用的特大型泵噴水推進(jìn)器。2.3美國“海狼”級核潛艇泵推進(jìn)器，“轉(zhuǎn)速在130轉(zhuǎn)/分左右”，并采用七葉側(cè)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(zhuǎn)速如此之低，卻要推進(jìn)萬噸級船高速前進(jìn)，我推想其槳徑勢必很巨大。假定配3萬匹馬力，在130轉(zhuǎn)/分下，槳軸直徑按D=71.5ViV/rx 推算必很大(可取[τ ] = 350kgf/cm2)。整體結(jié)構(gòu)還可通過相關(guān)圖片上看至IJ，是七葉槳外，增設(shè)用于屏蔽噪音的巨大環(huán)狀導(dǎo)管，有前置定子。它屬軸流泵，有導(dǎo)管、定子、轉(zhuǎn)子，結(jié)構(gòu)十分龐大，“其重量更是傳統(tǒng)螺旋槳的2至3倍，對船體配平、船尾結(jié)構(gòu)和推進(jìn)器軸系振動等，都帶來較大的影響”。而本泵可在3000至4000轉(zhuǎn)/分下工作(巳知本齒輪最高達(dá)到9215轉(zhuǎn)/分，資料又表明:齒輪泵最高可達(dá)到8000轉(zhuǎn)/分)。即本泵轉(zhuǎn)速比現(xiàn)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(dá)到相近的泵流量、壓力、推進(jìn)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(tǒng)的螺旋槳以及軸流泵、混流泵等國外船用新型泵推進(jìn)器的原因。
2.4船用螺旋槳通常的轉(zhuǎn)速，只能在300轉(zhuǎn)/分以下，轉(zhuǎn)速高了就會產(chǎn)生空泡現(xiàn)象。還有，要提高它的轉(zhuǎn)速，其功率將按三次方函數(shù)劇增，以公式表示=N1ZX= (η/η。)3。例如，螺旋槳的轉(zhuǎn)速從η0 = 130轉(zhuǎn)/分，提高3倍至Ii1 = 390轉(zhuǎn)/分，其功率從Ntj要增至N1 27倍之多，這是鐵律！這也是為什么船用螺旋槳推進(jìn)，要配強(qiáng)大功率的原因。凡按離心力作用的離心泵、直升機(jī)螺旋槳，其功率與轉(zhuǎn)速之間，都是遵照此三次方函數(shù)關(guān)系劇增，而本泵是容積泵，不受此規(guī)律約束，當(dāng)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(rèn)為:這是本大流量容積泵工作原理上，極其突出的優(yōu)越性，借此取代，可達(dá)到大幅的節(jié)能，當(dāng)在各船上都廣泛應(yīng)用，以本泵取代傳統(tǒng)的螺旋槳，其節(jié)能意義將極其巨大??！2.5日本TSL—新型超高速船開發(fā)一文指出:“泵噴水推進(jìn)比螺旋槳效率更高”而開發(fā)“高效率大功率噴水泵”是創(chuàng)造新型超高速船的關(guān)鍵所在，但不知用何種泵？根據(jù)技術(shù)交流中，美方介紹目前世界上船用的泵噴水推進(jìn)器，都是采用軸流泵、混流泵。估計日本TSL—新型超高速船，也是采用軸流泵或混流泵，屬非容泵，本人構(gòu)想是用本人創(chuàng)新的齒輪大流量容積泵來取代，獲高效率，國內(nèi)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，只能制成高壓小流量泵。然而，本泵卻能制出超大流量的容積泵，是極突出的優(yōu)點，如再加上齒輪泵能耐高壓(常用工作壓力P= 12 20Mpa，最高達(dá)31。5Mpa)，因而本泵可制成“大流量又高壓泵”。齒輪泵的齒隙空間大，“對污染不敏感”，即適于有一定非硬雜質(zhì)的環(huán)境，如海水中含有的雜質(zhì)；當(dāng)齒輪選用新型優(yōu)良塑料，可耐海水腐蝕，運轉(zhuǎn)更無噪聲，利于潛水隱蔽。2.6傳統(tǒng)的螺旋槳推進(jìn)系統(tǒng)，是艦船主要噪聲源，泵噴水推進(jìn)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(huán)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(nèi)，齒輪又選用是新型優(yōu)良塑料，即使有噪聲也可屏蔽不外傳，還可采用軟管連接等減震措施，而不像美國“海狼”級核潛艇推進(jìn)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(jìn)器后，可取得類似“機(jī)敏”級優(yōu)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(xiàn)場安裝，精度的要求又很高。因而，本泵安裝、保養(yǎng)維修亦方便是突出的優(yōu)點。如若與螺旋槳對比，本泵與美國高速發(fā)動機(jī)可直聯(lián)(最高6000轉(zhuǎn)/分，一般在3000至4000轉(zhuǎn)/分)，不用中間的減速箱、變速箱，可用發(fā)動機(jī)調(diào)速，傳動鏈因而極大的化簡，不僅減少氣墊船的設(shè)備自重，對投資也大幅地節(jié)約，加工制造的周期亦縮短。2.8據(jù)相關(guān)資料:泵噴水推進(jìn)可以無級變速和倒航，甚至原地回轉(zhuǎn)，使用雙機(jī)左右泵雙噴，甚至能夠使艦船橫移，“堪比水中直升機(jī)”。更因，可通過遙控左右噴射管的關(guān)閉，達(dá)到船的快速轉(zhuǎn)向，可以省去了船上的舵機(jī)系統(tǒng)，投資也因此很大地節(jié)約。2.9與美方技術(shù)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(tài)下，不斷損失船底的壓縮空氣，又不斷及時的補(bǔ)充，以維持船底一個相對穩(wěn)定的氣壓，使船有足夠的升力，船好象安在“氣彈簧”上，吸收沖波、震蕩，人員才感很適應(yīng)。目前氣墊船是用特大型吹風(fēng)機(jī)，形成低壓、極大流量的船底氣墊，將船升浮海面；又用強(qiáng)力鼓風(fēng)機(jī)，安裝于左右船尾，推船高速前進(jìn)。資料表明:氣墊船的尾部，都用鼓風(fēng)機(jī)推進(jìn)，例如，俄“賊鷗”級氣墊船，使用4臺N0-10型鼓風(fēng)機(jī)推進(jìn)；又使用軸向運轉(zhuǎn)2.5米直徑的升力風(fēng)扇，產(chǎn)生船底的空氣墊。公知，風(fēng)扇的風(fēng)壓很低，要極大的流量的低壓空氣供應(yīng)船底，風(fēng)扇的體積勢必十分龐大；又因采用鼓風(fēng)機(jī)推進(jìn)，其風(fēng)量必須極大極大，但鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)壓也難能很高(通常不超過3kg/cm2)。如改變采用本泵，因?qū)偃莘e式空壓機(jī)，還可借“多級內(nèi)串聯(lián)”及齒輪的齒厚逐級減薄，達(dá)到雙重增壓，即可向船底先提供很高的氣壓，然后降壓，體積漲大，供氣墊使用，這樣泵的體積小，高速旋轉(zhuǎn)，對船中的安裝空間很有限，是很有利的！換言之，采用本氣泵有極大的優(yōu)點:因氣泵的轉(zhuǎn)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，很適于船上使用。2.10現(xiàn)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(dāng)船速超50節(jié)(I節(jié)=1.852公里/時)通常稱超高速船。這是現(xiàn)代高科技的結(jié)晶，多采多姿的高速船型，再配上各種先進(jìn)機(jī)械設(shè)備與電子儀器，完全不同于傳統(tǒng)常規(guī)排水型船。例如，氣墊船以40節(jié)巡航，60節(jié)為高速航行，還有更高達(dá)100節(jié)。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(zhàn)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(wèi)海疆，蠶食將獲制伏！綜上所述，在全國氣墊船專業(yè)會議上指出:“氣墊船是介于航空和造船兩行業(yè)之間的邊緣科學(xué)，沒有現(xiàn)成的設(shè)計方法和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范可以適用”。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(dá)噴水推進(jìn)；同樣以本泵，取代非容積泵(鼓風(fēng)機(jī)、風(fēng)扇)達(dá)氣墊的要求，奠定現(xiàn)代超高速船的創(chuàng)新動力系統(tǒng)的物質(zhì)基礎(chǔ)。本設(shè)計還有許多優(yōu)越性是:水泵和氣泵結(jié)構(gòu)完全相同，即反轉(zhuǎn)就可以，給船上備臺帶來極大的便利。從制造角 度看出:單泵結(jié)構(gòu)與多泵結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)相同，因而制造極其方便。一旦合作成功其意義十分重大！通過上述國內(nèi)外背景技術(shù)的詳細(xì)調(diào)查和分析研究，可知本合作開發(fā)是船推進(jìn)動力革命性創(chuàng)舉！

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于: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(fā)動機(jī)直聯(lián)本泵，形成高效泵噴氣的船底氣墊，將船懸浮于海面，取代巨形風(fēng)扇，穩(wěn)定供氣適航性好；又用高速發(fā)動機(jī)直聯(lián)本泵噴水推進(jìn)，形成船巳在氣墊升下，船尾左右多股極強(qiáng)大的射流推船前進(jìn)，以取代螺旋槳、軸流泵，化簡傳動鏈，取得更高效率節(jié)能、安裝方便、體積小重量輕適船用、達(dá)降低噪聲提高隱蔽機(jī)動性的效果。這種泵噴水推進(jìn)器，不僅適于氣墊船，也適用于:水翼船、小水線面船、地效翼船、穿浪船、多體船、常規(guī)船，達(dá)到節(jié)能。本發(fā)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(chuàng)新設(shè)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(chuàng)新設(shè)計臥式配置泵好處是:當(dāng)本齒輪泵供水泵使用時，其吸入的水口，在泵下側(cè)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，十分適于船上安裝。當(dāng)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(jìn)空氣，又垂直向船下方送出壓縮空氣，經(jīng)降壓供氣墊之用。現(xiàn)具體詳述臥式多級雙圓弧齒輪泵的結(jié)構(gòu):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(gòu)成各分泵，各泵殼之間則用“串隔板”串聯(lián)成一個整體。這時各分泵的泵殼呈均呈臥式串聯(lián)，區(qū)別于“多級內(nèi)串聯(lián)雙重增壓雙圓弧齒輪泵”的立式配置的單一泵殼結(jié)構(gòu)。每只臥式水分泵的下側(cè)正中心，均有吸水口，以方接圓與進(jìn)水管相接；上側(cè)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(dá)噴水推進(jìn)。從結(jié)構(gòu)上，可以概括:多分泵臥式串聯(lián)裝，流體并聯(lián)。這種結(jié)構(gòu)可使泵的橫截面尺寸外型縮小，適于氣墊船狹窄的左右雙體內(nèi)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(jìn)器，也適用于其它高速船中，供產(chǎn)生推進(jìn)的噴射流。3.1.2將上述多級臥式串聯(lián)分泵，用螺栓聯(lián)成一個整體，又在巳聯(lián)成整體的左右端面，再各加上一只懸臂式“端蓋軸承座”，內(nèi)置軸承、密封件，即可達(dá)到以傳動軸驅(qū)動本泵。3.1.3為了提高本泵的使用性能，適應(yīng)高速(及超高速6000轉(zhuǎn)/分)，本泵又采取一系列的創(chuàng)新措施。因為，本泵工作環(huán)境條件苛刻:a、因泵是在海水中噴水推進(jìn)，受腐蝕作用，有耐腐蝕使用壽命的要求，海水中還有雜質(zhì)。b、泵還要成為氣泵，在氣體壓縮中，會產(chǎn)生大量的熱，使塑料齒輪嚙合傳動磨擦中也產(chǎn)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(zhuǎn)/分,甚至更高達(dá)6000轉(zhuǎn)/分下旋轉(zhuǎn)，當(dāng)采用320型軸承(內(nèi)徑為100毫米)最高許用也只有3200轉(zhuǎn)/分，即工作轉(zhuǎn)速，早巳超過軸承的最高許用轉(zhuǎn)速……。對工作環(huán)境條件如此苛刻，本泵能否適應(yīng)？提出了嚴(yán)峻考驗！當(dāng)然，一切設(shè)想都還要通過實 際的試驗。美國福特汽車創(chuàng)始人福特說:“干我們這一行，除了試驗沒有其他辦法”。如何通過創(chuàng)新設(shè)計，把握先機(jī)，想方設(shè)法改善本泵性能，去適應(yīng)如此苛刻的工作環(huán)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(qū)別于漸開線齒輪。因而，對多對齒輪分泵的嚙合傳動的結(jié)構(gòu)合理設(shè)計，提出難度很大、要求很高的要求。本人吸收前五次改進(jìn)創(chuàng)新本泵的經(jīng)驗，采用精加工泵殼內(nèi)孔，又按完全相尺寸用數(shù)控銑床，加工“端蓋軸承座”(即軸承座連端蓋)，使位于左右端蓋上，呈外伸狀的軸承孔，與泵殼內(nèi)壁有很高的安裝同心度。對比“多級內(nèi)串聯(lián)雙重增壓雙圓弧齒輪泵”，不是采用這種結(jié)構(gòu)外伸狀的軸承孔。3.1.3.2本呈外伸狀的軸承孔結(jié)構(gòu)，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泄漏，也不可能進(jìn)入軸承室腐蝕軸承。本泵在齒輪嚙合傳動的端面，為防泄漏，巳設(shè)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泄通孔，即有三重防泄漏組合密封及排泄的措施，確保軸承壽命。因為，防泵端面泄漏往往是一個難題，困擾設(shè)計，當(dāng)端面泄漏，海水進(jìn)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(shè)計及制造上必須引起高度的重視，也可以說是本泵的設(shè)計難度。總安裝后，能達(dá)到:在多級齒輪分泵齒輪的頂部與泵殼內(nèi)壁之間的間隙均勻又極小，因而能獲高壓，回流小效率高；達(dá)多級齒輪分泵的同軸度很高，適應(yīng)高速旋轉(zhuǎn)?？傊@是一項難度很大的設(shè)計、制造、安裝要求。數(shù)控機(jī)床的出現(xiàn)，標(biāo)志著智能化生產(chǎn)工具方興未艾，本泵關(guān)鍵件均采用它，否則無法達(dá)到精度。泵殼內(nèi)壁用數(shù)控機(jī)床精加工，是精基準(zhǔn)，又用精加工的“串隔板”來串聯(lián)，使整體總裝后泵殼內(nèi)孔的精度亦很高。加上“端蓋軸承座”是用數(shù)控機(jī)床精加工，通過精加工的“側(cè)隔板”與泵殼相聯(lián)，即保證“端蓋軸承座”中心的軸承座孔，有很高的位置度。因而，整只泵組裝后，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上述將位于左右端蓋上，呈外伸狀的“端蓋軸承座”，與泵殼內(nèi)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，可使位于二側(cè)面的分泵，不受軸承座的牽連，形成各分泵完全相同的結(jié)構(gòu)，極便制造；采用本結(jié)構(gòu)后，泵殼長度因而大大縮短，便于精加工。各泵殼的結(jié)構(gòu)因而也完全相同，極便生產(chǎn)與管理。對比區(qū)別于“多級內(nèi)串聯(lián)雙重增壓雙圓弧齒輪泵”，只有一只整體的泵殼，軸承座不外伸，即在泵殼之內(nèi)定位，也不會出現(xiàn)前述的諸多安裝精度的問題。3.1.3.5軸承座內(nèi)有潤滑油循環(huán)潤滑與冷卻，以適用高速旋轉(zhuǎn)的要求。相比之下，僅僅在軸承室內(nèi)放些固態(tài)潤滑油脂，很難適應(yīng)3000-4000轉(zhuǎn)/分或更高的泵，在高速下長期運轉(zhuǎn)。正因為端蓋連軸承座，形成一個獨立的外伸狀的整體，才創(chuàng)造本軸承座內(nèi)有潤滑油循環(huán)潤滑與冷卻的條件，以滿足高速旋轉(zhuǎn)的要求。換言之，如“多級內(nèi)串聯(lián)雙重增壓雙圓弧齒輪泵”，只有一只整體的泵殼，軸承座不外伸，是極難去實現(xiàn)軸承座內(nèi)有潤滑油循環(huán)潤滑與冷卻。3.1.3.6被動軸是中空，能放油棉及進(jìn)潤滑油，并從軸上微孔送油至齒輪的根部微孔，再達(dá)到潤滑齒面。因為，齒面相互嚙合中壓縮氣體時，處于干磨擦狀態(tài)，進(jìn)極微薄的潤滑油，通過齒輪嚙合，再傳遞給主動齒輪，以達(dá)改善干磨擦狀態(tài)，可延長齒輪副的工作壽命，是獨創(chuàng)設(shè)計構(gòu)想。供水泵用時，被動軸內(nèi)孔，用塞頭堵塞即可。3.1.3.7泵殼體外面，左右二側(cè)，設(shè)有制冷液、冷卻水夾套，將氣體壓縮時產(chǎn)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(chuàng)新的結(jié)構(gòu)適應(yīng):以二根平行軸為總承，將多對齒輪副、多只串隔板，加上軸上的鍵，構(gòu)成組件，先進(jìn)行檢驗調(diào)試，然后整體移入泵殼之內(nèi)，最后將左右端蓋固定。這種組件式安裝極方便，也利于拆開修理。在裝好左右端蓋，配上定位銷緊固之后，再依次向軸承座的內(nèi)孔中放入密封件、軸承等，蓋上小軸蓋，安裝便捷。當(dāng)齒輪用含MoS2的尼龍棒料加工，能耐腐蝕，無噪聲，自潤滑，低轉(zhuǎn)動慣量，重量輕等突出優(yōu)點。更因巳采取上述，進(jìn)極微薄的潤滑油于齒面的措施，使本齒輪能滿足高速下與海水腐蝕及改用于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(shè)計有鉆模板，給鉆孔加工，帶來極方便且十分準(zhǔn)確。這屬于工裝、夾具設(shè)計與制造，以提高制造的精度。
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，齒輪副外有多只臥式泵殼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(lián)，并用螺栓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(nèi)孔，是用于安裝軸承組9，再通過軸承及軸，使齒輪嚙合傳動。因泵殼內(nèi)孔、串隔板的外廓、端面板外廓、端蓋軸承座的內(nèi)孔，均是用數(shù)控機(jī)床精密加工出來，因而組裝起來可達(dá)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，其余各部結(jié)構(gòu)亦相同，因而制造方便；同樣各分泵的齒輪結(jié)構(gòu)相同，因而制造亦方便；左右端蓋軸承座的結(jié)構(gòu)相同，長度同為K，制造亦方便；因而本泵化簡為只有制造:多只臥式泵殼、多只串隔板、二只端蓋軸承座、二只端面板、及主被動軸、軸蓋11、齒輪副等為數(shù)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(chǎn)組織工作就方便多了?？v觀國內(nèi)外，沒有如此化簡的多級泵，符合“現(xiàn)代機(jī)器合理設(shè)計原理及結(jié)構(gòu)工藝性”的設(shè)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(gòu)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(shè)有排水孔，并外聯(lián)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，齒輪的齒面處干磨擦，加潤滑油可改善磨擦狀態(tài)。因而本泵用中空被動軸14的內(nèi)孔進(jìn)潤滑油，軸孔蓋15可進(jìn)油，置有小塑料引進(jìn)潤滑油。中空被動軸內(nèi)還可放置油棉之類儲油。在齒輪的根部開有微孔，用于接受來自中空軸上，所開設(shè)的微孔，流通過來的潤滑油。4.5因氣體壓縮產(chǎn)生熱，泵殼外設(shè)有冷卻液夾套E。4.6軸承組用潤滑油循環(huán)冷卻，設(shè)有油進(jìn)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.栗殼；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(jìn)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(shè)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(nèi)，各裝一臺水泵，供船噴水推進(jìn)，今分述水泵及氣泵的具體實施方式
。5.1作為水泵用，單泵作用于船，相關(guān)數(shù)據(jù)的初算5.1.1泵整體配置:今設(shè)由三只臥式分泵，經(jīng)串聯(lián)合裝構(gòu)成一臺泵，三只分泵各自從下側(cè)吸進(jìn)流體，經(jīng)齒輪的加壓，其流體由上側(cè)輸出，并匯合(即并聯(lián))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(shù)m = 25毫米，取齒輪的齒數(shù)z = 14，齒輪的節(jié)圓直徑d = 350毫米。又選齒輪的齒寬b = 320毫米。在泵1500轉(zhuǎn)/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實際上每只分泵的流量，約在每分鐘20多立方米，每小時1200立方米。上巳述今結(jié)構(gòu)上，由三分泵構(gòu)成一臺泵，即合并流量為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(shù)平方成正比劇增，如還要加大泵的流量，可取更大的模數(shù)，例如取模數(shù)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(yōu)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(fā)動機(jī)的動力還有余地，可以再發(fā)揮高壓的雙重優(yōu)越性，噴射出“大流量又高壓”極強(qiáng)大的射流，使航速進(jìn)一步獲得極大的提高，達(dá)到超高速船的要求。5.1.3取本分泵下側(cè)進(jìn)水管的下口為方形，長270毫米X寬250毫米，其中長270毫米略小于齒輪的寬度320毫米；以方接圓管口外聯(lián)，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(cè)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(dāng)于一根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(cè)出水管直徑，亦略小于齒輪的寬度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(cè)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(dāng)于一根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，通過大月彎輸向船后方噴出水。此泵即滿足了美方提出:一根0 400直徑大管子向船后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后噴出強(qiáng)大的射流，在推動船高速前進(jìn)！對射流的壓強(qiáng)要求，本容積泵都能滿足，最高甚至達(dá)到30Mpa。絕非軸流泵、混流泵所能達(dá)到的超高壓！5.1.5泵功率的測算。今以很低的壓強(qiáng)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(gòu)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(jī)械設(shè)計列線圖集3第181圖:《流量、壓力與理論功率的關(guān)系》有 N= 10PQ/60X75 = 10 X 3 X 67000/60 X 75 = 446Hp，應(yīng)配備 500Hp。據(jù)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(yōu)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(dá)不到74Km/h巡航速的要求。如果進(jìn)而按推進(jìn)力F = S q = 0.1256m2X3kg/cm2 = 3768kg 二臺合并推力2F=7536kg，如果按推重比取1: 7，則可大約與50噸船相匹配。這是很復(fù)雜的，一切要實際上要試驗。5.2作為氣泵用，單泵作用于船，形成船底氣墊，相關(guān)數(shù)據(jù)本水泵反轉(zhuǎn)，類似羅茨鼓風(fēng)機(jī)，其風(fēng)壓亦設(shè)定與羅茨鼓風(fēng)機(jī)相同為0.9kg/cm2’風(fēng)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(shè)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(bǔ)充1/3，即5立方米=5m3/s ;船底面積50平方米，當(dāng)氣墊壓強(qiáng)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(kuò)大45倍。將1.1167m3/s擴(kuò)大45倍，達(dá)到50m3/s (風(fēng)壓巳降至0.02kg/cm2)，現(xiàn)要求補(bǔ)充為5m3/s (風(fēng)壓亦為0.02kg/cm2)，即泵供量是所要求補(bǔ)充量的10倍。因而可推算可擴(kuò)大應(yīng)用于50噸的氣墊船，也還有一倍的余地，美方要求余地大為好。這是船中安裝一臺氣泵時，求出所述的數(shù)據(jù)。本人也設(shè)想，船中可裝一備臺。當(dāng)兩臺同時開動，其氣量除供應(yīng)氣墊外，多余的還可向后噴氣。即在船后形成:船底下左右噴水，海面上另有噴氣管在推進(jìn)，使船達(dá)超高速。5.2.3將0.9kg/cm2”氣壓(或較高氣壓，本泵均能實現(xiàn))先送至儲藏罐，后供船底使用，有利于穩(wěn)定船底的氣體補(bǔ)充。美方介紹:很穩(wěn)定、足量的補(bǔ)充，適航性才好。當(dāng)儲藏氣罐改用水泵適當(dāng)進(jìn)水，船體勢必略下沉處半潛，繼續(xù)噴水可達(dá)隱蔽前進(jìn)。5.2.4氣墊船供游艇還可上岸，這時船下的噴水管收起，當(dāng)然無法再噴水?？山鑳膳_氣泵，以短時超高速運轉(zhuǎn)(如4000至6000轉(zhuǎn)/分，美國發(fā)動機(jī)最高達(dá)6000轉(zhuǎn)/分，只要用發(fā)動機(jī)就可變速)，其供氣量比一臺泵1500轉(zhuǎn)/分下，可高出6到8倍，即能滿足氣墊船還可上岸的需要，達(dá)貼地面近距離飛行。無疑，當(dāng)供游艇使用可增添樂趣，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(yīng)配備100匹馬力。5.3軸及泵殼機(jī)械強(qiáng)度校核軸機(jī)械強(qiáng)度校核
權(quán)利要求
1.本發(fā)明涉及一種臥式多級雙圓弧齒輪大流量泵應(yīng)用于高速船中:達(dá)泵噴氣墊升，形成船底氣墊，船上浮后，再以泵噴水推進(jìn)，形成尾部極強(qiáng)大的射流，使船介于航空飛行器與傳統(tǒng)船之間高速前進(jìn)；當(dāng)改變泵儲氣罐的用途，進(jìn)水使船體淺潛，可隱蔽前進(jìn)；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(jié)構(gòu)相同，反轉(zhuǎn)即可改用；供水泵時，吸口在下側(cè)正中向船底，垂直吸進(jìn)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(jīng)儲罐降壓供氣墊用；本臥式泵的結(jié)構(gòu)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(lián)，區(qū)別于“多級內(nèi)串聯(lián)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(nèi)置軸承、密封件，即可達(dá)到以傳動軸驅(qū)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(huán)冷卻。
2.根據(jù)權(quán)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征在于: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(jìn)；當(dāng)所用于儲氣的罐進(jìn)水，船可淺潛前進(jìn)；多臺氣泵，除供氣墊外，可分流供向船后噴氣，可提航速，船也可上岸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臥式多級雙圓弧大流量齒輪輪泵，其泵的特征在于:臥式多級雙圓弧齒輪泵的結(jié)構(gòu):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(qū)別于“多級內(nèi)串聯(lián)雙重增壓雙圓弧齒輪泵”，專利申請?zhí)?008100901799的立式單一泵殼，是配置創(chuàng)新。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臥式多級雙圓弧齒輪輪大流量泵，其泵殼的特征在于:多分泵臥式串聯(lián)裝，各分泵的結(jié)構(gòu)相同，用螺栓聯(lián)成一個整體，在整體的端面，再加懸臂的“端蓋軸承座”，內(nèi)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(yīng)加長軸的長度。將“端蓋軸承座”從“多級內(nèi)串聯(lián)雙重增壓雙圓弧齒輪泵”，原先在單一泵殼內(nèi)配置，分離出來呈懸臂，是配置創(chuàng)新。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臥式多級雙圓弧齒輪輪大流量泵，其齒輪的特征在于:齒輪借減少齒數(shù)，增大模數(shù)及高轉(zhuǎn)速，來提高泵的流量，當(dāng)多級分泵流體輸出并聯(lián)，達(dá)合并達(dá)大流量；齒輪用新型塑料具自潤滑性；用于氣泵時，齒面能加入潤滑油；殼外有冷卻夾套。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的臥式多級雙圓弧齒輪輪大流量泵，其軸承的特征在于:用組合軸承，通過油循環(huán)潤滑，提高軸承的壽命和極限轉(zhuǎn)速。
全文摘要
一種臥式雙圓弧齒輪輪泵用于高速船中達(dá)泵噴氣墊升，將船升浮后，再達(dá)泵噴水推進(jìn)，形成船尾多股極強(qiáng)大的射流，使船高速前進(jìn)；還可使儲氣罐進(jìn)水船體達(dá)淺潛前進(jìn)；氣泵還可供噴氣提速及船上岸。本臥式泵，比立式泵，更適于船中安裝；并有水泵結(jié)構(gòu)與氣泵結(jié)構(gòu)完全相同的優(yōu)點。臥式泵的結(jié)構(gòu)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(qū)別于立式單泵殼?！岸松w軸承座”懸臂于泵殼外，內(nèi)置軸承、密封件，供驅(qū)動本泵，使整體結(jié)構(gòu)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(shù)極少零件構(gòu)成，有高精度易造的特點。為提高本泵的使用性能，適應(yīng)高速本泵又采取創(chuàng)新措施，以滿足本齒輪對中心距要求極高，軸承用循環(huán)油潤滑，當(dāng)用于氣泵齒根可進(jìn)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(yōu)先權(quán)日2009年9月11日
發(fā)明者趙明 申請人:趙明