CN103085957A - 卧式双圆弧齿轮轮泵用于高速船 - Google Patents

Abstract

一种卧式双圆弧齿轮轮泵用于高速船中：达泵喷气垫升，将船升浮后，再达泵喷水推进，形成船尾多股极强大的射流，使船高速前进；还可使储气罐进水船体达浅潜前进；气泵还可供喷气提速及船上岸。本卧式泵，比立式泵，更适于船中安装；并有水泵结构与气泵结构完全相同的优点。卧式泵的结构：在两根水平配置的平行传动轴上，装有多对相互啮合传动的本齿轮，独立的分泵壳间用“串隔板”成整体，它区别于立式单泵壳。“端盖轴承座”悬臂于泵壳外，内置轴承、密封件，供驱动本泵，使整体结构大大化简，本泵只有齿轮、泵壳、中隔板、端面板、端盖轴承座及传动轴，为数极少零件构成，有高精度易造的特点。为提高本泵的使用性能，适应高速本泵又采取创新措施，以满足本齿轮对中心距要求极高，轴承用循环油润滑，当用于气泵齿根可进油润滑，壳体外有冷却夹套。

Description

卧式双圆弧齿轮轮泵用于高速船

一、技术领域

本发明涉及一种卧式多级双圆弧齿轮轮大流量泵应用于高速船中：1.达泵喷气垫升，形成船底气垫，将船升浮海面上；2.达泵喷水推进，形成船尾左右二股极强大的射流，使船在气垫升下高速前进；3.当改变用于泵喷气垫升储气罐的用途，进水可使船体下沉，达到浅潜，隐蔽前进。卧式多级双圆弧齿轮轮泵，比立式双圆弧齿轮泵，更适于船中安装；更有水泵结构与气泵结构完全相同，只要泵反转使用即可改变用途的突出优点，因而卧式泵比立式泵更适于在本技术领域内的应用。

二、背景技术

2.1本人巳有“多级内串联双重增压双圆弧齿轮泵”，专利申请号2008100901799，具有诸多的独创，但因属立式配置，与美国帕沃尔特种动力系统技术有限公司，进行多次技术交流，本人提供三个立式的设计方案，均感不合适于船用之后，本人又提出本卧式多级双圆弧齿轮轮泵，更适合在高速船中应用的新方案，并将设计图、设计说明书交美方审核，获得认可。因而，有必要阐明本卧式多级双圆弧齿轮轮泵与原“多级内串联双重增压双圆弧齿轮泵”在结构配置上创新点，以及为适应高速旋转，所采取的诸多创新设计，以满足高速船上的特殊应用的环境。

2.2据2007年5月10日新华社电：“噪音比小鲸鱼的动静还小，可在水下连续巡航25年，英国新型核潜艇揭开面纱。”报道了英国海军“机敏”级核动力攻击潜艇，是迄今世界上隐蔽性最好的潜艇，排水量达7800吨，能携带38枚战斧式巡航导弹，其射程约为2252公里，要耗资72亿美元，建造3艘。目前世界上只有美、俄、英、法、中五国，拥有战略导弹核潜艇和攻击核潜艇。用泵喷水推进的核潜艇，可获得战术需要的隐蔽机动性，适宜在恶劣海域作低噪音机动。“机敏”级核潜艇的噪声，如此之低是否用泵喷水推进器？又用何种泵？引起我极大兴趣，当然我不可能了解到详细的资料，但引发了自强创新的热切之情，希望本泵，可扩大用于诸多的船舰用的特大型泵喷水推进器。

2.3美国“海狼”级核潜艇泵推进器，“转速在130转/分左右”，并采用七叶侧斜螺旋桨，以提高效率，降低涡流的噪声(美方还提供照片)。桨转速如此之低，却要推进万吨级船高速前进，我推想其桨径势必很巨大。假定配3万匹马力，在130转/分下，桨轴直径按 $D=71.5\sqrt[3]{N/\mathrm{\τ}\×n}$ 推算必很大(可取[τ]＝350kgf/cm²)。整体结构还可通过相关图片上看到，是七叶桨外，增设用于屏蔽噪音的巨大环状导管，有前置定子。它属轴流泵，有导管、定子、转子，结构十分庞大，“其重量更是传统螺旋桨的2至3倍，对船体配平、船尾结构和推进器轴系振动等，都带来较大的影响”。而本泵可在3000至4000转/分下工作(巳知本齿轮最高达到9215转/分，资料又表明：齿轮泵最高可达到8000转/分)。即本泵转速比现高速船用的轴流泵、混流泵可高出20至30倍以上，可以想像在达到相近的泵流量、压力、推进力与船速之下，本泵的体积和重量可降至它的1/20至1/30。即使能降到1/5，也是极其了不起，对船体配平极为有利！这就是本人醉心想通过合作，苦苦去追求用本大流量容积泵，去取代传统的螺旋桨以及轴流泵、混流泵等国外船用新型泵推进器的原因。

2.4船用螺旋桨通常的转速，只能在300转/分以下，转速高了就会产生空泡现象。还有，要提高它的转速，其功率将按三次方函数剧增，以公式表示：N₁/N_O＝(n₁/n_o)³。例如，螺旋桨的转速从n_o＝130转/分，提高3倍至n_1＝390转/分，其功率从N_O要增至N₁ 27倍之多，这是铁律！这也是为什么船用螺旋桨推进，要配强大功率的原因。凡按离心力作用的离心泵、直升机螺旋桨，其功率与转速之间，都是遵照此三次方函数关系剧增，而本泵是容积泵，不受此规律约束，当流量、压力增大，其功率只是按正比例增大。因为，两者泵的工作原理截然不同，因而本人认为：这是本大流量容积泵工作原理上，极其突出的优越性，借此取代，可达到大幅的节能，当在各船上都广泛应用，以本泵取代传统的螺旋桨，其节能意义将极其巨大！！

2.5日本TSL——新型超高速船开发一文指出：“泵喷水推进比螺旋桨效率更高”而开发“高效率大功率喷水泵”是创造新型超高速船的关键所在，但不知用何种泵？根据技术交流中，美方介绍目前世界上船用的泵喷水推进器，都是采用轴流泵、混流泵。估计日本TSL——新型超高速船，也是采用轴流泵或混流泵，属非容泵，本人构想是用本人创新的齿轮大流量容积泵来取代，获高效率，国内外均无此取代的先例。因通常容积泵，如活寒泵、柱塞泵、渐开线齿轮泵，只能制成高压小流量泵。然而，本泵却能制出超大流量的容积泵，是极突出的优点，如再加上齿轮泵能耐高压(常用工作压力P＝12~20Mpa，最高达31。5Mpa)，因而本泵可制成“大流量又高压泵”。齿轮泵的齿隙空间大，“对污染不敏感”，即适于有一定非硬杂质的环境，如海水中含有的杂质；当齿轮选用新型优良塑料，可耐海水腐蚀，运转更无噪声，利于潜水隐蔽。

2.6传统的螺旋桨推进系统，是舰船主要噪声源，泵喷水推进器能够在较高速度时减少10～20分贝声信号，同时降低舰船的空气噪声和振动。在海底环境下，每减少20分贝，声呐的测距可减一半。更因本泵是整体安装在船艇之内，齿轮又选用是新型优良塑料，即使有噪声也可屏蔽不外传，还可采用软管连接等减震措施，而不像美国“海狼”级核潜艇推进器有外伸的尾部，噪声无法屏蔽。因而，本人希望船舰上，安装本泵喷水推进器后，可取得类似“机敏”级优良的静音效果。

2.7本泵是整台在船中安装很便捷，没有像螺旋桨那样，要现场安装，精度的要求又很高。因而，本泵安装、保养维修亦方便是突出的优点。如若与螺旋桨对比，本泵与美国高速发动机可直联(最高6000转/分，一般在3000至4000转/分)，不用中间的减速箱、变速箱，可用发动机调速，传动链因而极大的化简，不仅减少气垫船的设备自重，对投资也大幅地节约，加工制造的周期亦缩短。

2.8据相关资料：泵喷水推进可以无级变速和倒航，甚至原地回转，使用双机左右泵双喷，甚至能够使舰船横移，“堪比水中直升机”。更因，可通过遥控左右喷射管的关闭，达到船的快速转向，可以省去了船上的舵机系统，投资也因此很大地节约。

2.9与美方技术交流中了解到，为确保气垫船高速下的适航性，船底气垫是在动态下，不断损失船底的压缩空气，又不断及时的补充，以维持船底一个相对稳定的气压，使船有足够的升力，船好象安在“气弹簧”上，吸收冲波、震荡，人员才感很适应。目前气垫船是用特大型吹风机，形成低压、极大流量的船底气垫，将船升浮海面；又用强力鼓风机，安装于左右船尾，推船高速前进。资料表明：气垫船的尾部，都用鼓风机推进，例如，俄“贼鸥”级气垫船，使用4台NO-10型鼓风机推进；又使用轴向运转2.5米直径的升力风扇，产生船底的空气垫。公知，风扇的风压很低，要极大的流量的低压空气供应船底，风扇的体积势必十分庞大；又因采用鼓风机推进，其风量必须极大极大，但鼓风机的风压也难能很高(通常不超过3kg/cm²)。如改变采用本泵，因属容积式空压机，还可借“多级内串联”及齿轮的齿厚逐级减薄，达到双重增压，即可向船底先提供很高的气压，然后降压，体积涨大，供气垫使用，这样泵的体积小，高速旋转，对船中的安装空间很有限，是很有利的！换言之，采用本气泵有极大的优点：因气泵的转速很高，而体积不大，流量却极大，加之全用铝材、塑料，泵的重量又很轻，很适于船上使用。

2.10现代高速船，诸如气垫船、水翼船、小水线面船、地效翼船、穿浪船、多体船……，当船速超50节(1节＝1.852公里/时)通常称超高速船。这是现代高科技的结晶，多采多姿的高速船型，再配上各种先进机械设备与电子仪器，完全不同于传统常规排水型船。例如，气垫船以40节巡航，60节为高速航行，还有更高达100节。2003年2月26日，美军在伊拉克，就用180多吨气垫登陆艇，飞速运送主战坦克。如果在我国南沙群岛，我军也用千百艘超高速船来保卫海疆，蚕食将获制伏！

综上所述，在全国气垫船专业会议上指出：“气垫船是介于航空和造船两行业之间的边缘科学，没有现成的设计方法和标准规范可以适用”。我所提供的本水泵、气泵，是大流量齿轮容积泵，梦想取代螺旋桨及非容积泵(轴流泵、混流泵)达喷水推进；同样以本泵，取代非容积泵(鼓风机、风扇)达气垫的要求，奠定现代超高速船的创新动力系统的物质基础。本设计还有许多优越性是：水泵和气泵结构完全相同，即反转就可以，给船上备台带来极大的便利。从制造角度看出：单泵结构与多泵结构，仅仅增加中间的分泵，而两个左右传动支承用的“端盖轴承座”的结构相同，因而制造极其方便。一旦合作成功其意义十分重大！通过上述国内外背景技术的详细调查和分析研究，可知本合作开发是船推进动力革命性创举！

三、发明内容

本发明目的在于：将本“卧式多级双圆弧齿轮大流量泵”整体装在舰船上，用高速发动机直联本泵，形成高效泵喷气的船底气垫，将船悬浮于海面，取代巨形风扇，稳定供气适航性好；又用高速发动机直联本泵喷水推进，形成船巳在气垫升下，船尾左右多股极强大的射流推船前进，以取代螺旋桨、轴流泵，化简传动链，取得更高效率节能、安装方便、体积小重量轻适船用、达降低噪声提高隐蔽机动性的效果。这种泵喷水推进器，不仅适于气垫船，也适用于：水翼船、小水线面船、地效翼船、穿浪船、多体船、常规船，达到节能。

本发明目的是通过以下方法来分步实施：其一是卧式多级双圆弧齿轮泵的创新设计；其二是气泵、水泵在船上安装使用。

3.1卧式多级双圆弧齿轮大流量泵的创新设计

卧式配置泵好处是：当本齿轮泵供水泵使用时，其吸入的水口，在泵下侧的正中心，即朝向船底。显然，垂直向上吸入海水，极其方便，不增加弯管等阻力，十分适于船上安装。当本齿轮泵反向供气泵用时，吸气口在船的正上方，即垂直向船上方吸进空气，又垂直向船下方送出压缩空气，经降压供气垫之用。现具体详述卧式多级双圆弧齿轮泵的结构：

3.1.1在两根水平配置的平行传动轴上，装有多对相互啮合传动的本双圆弧齿轮。在双圆弧齿轮外是泵壳，每对齿轮外均有独立的泵壳，构成各分泵，各泵壳之间则用“串隔板”串联成一个整体。这时各分泵的泵壳呈均呈卧式串联，区别于“多级内串联双重增压双圆弧齿轮泵”的立式配置的单一泵壳结构。每只卧式水分泵的下侧正中心，均有吸水口，以方接圆与进水管相接；上侧正中心，有出水口，以方接圆与出水管相接；出水管的上方有横卧的大管，将各分水泵的出水汇合成巨大的水流，送向船尾方向，达喷水推进。从结构上，可以概括：多分泵卧式串联装，流体并联。这种结构可使泵的横截面尺寸外型缩小，适于气垫船狭窄的左右双体内安装，泵的纵向尺寸外型因而加长，但船体长，不会造成安装的问题。这种喷水推进器，也适用于其它高速船中，供产生推进的喷射流。

3.1.2将上述多级卧式串联分泵，用螺栓联成一个整体，又在巳联成整体的左右端面，再各加上一只悬臂式“端盖轴承座”，内置轴承、密封件，即可达到以传动轴驱动本泵。

3.1.3为了提高本泵的使用性能，适应高速(及超高速6000转/分)，本泵又采取一系列的创新措施。因为，本泵工作环境条件苛刻：a、因泵是在海水中喷水推进，受腐蚀作用，有耐腐蚀使用寿命的要求，海水中还有杂质。b、泵还要成为气泵，在气体压缩中，会产生大量的热，使塑料齿轮啮合传动磨擦中也产生热加剧，造成软化失去功效。c、气垫船要求用泵轻巧，体积小。d、泵要求在3000至4000转/分，甚至更高达6000转/分下旋转，当采用320型轴承(内径为100毫米)最高许用也只有3200转/分，即工作转速，早巳超过轴承的最高许用转速……。对工作环境条件如此苛刻，本泵能否适应？提出了严峻考验！当然，一切设想都还要通过实际的试验。美国福特汽车创始人福特说：“干我们这一行，除了试验没有其他办法”。如何通过创新设计，把握先机，想方设法改善本泵性能，去适应如此苛刻的工作环境条件，是极为必要。

3.1.3.1本齿轮对齿轮副啮合时，中心距的变化极其敏感，即对安装精度要求极高，是区别于渐开线齿轮。因而，对多对齿轮分泵的啮合传动的结构合理设计，提出难度很大、要求很高的要求。本人吸收前五次改进创新本泵的经验，采用精加工泵壳内孔，又按完全相尺寸用数控铣床，加工“端盖轴承座”(即轴承座连端盖)，使位于左右端盖上，呈外伸状的轴承孔，与泵壳内壁有很高的安装同心度。对比“多级内串联双重增压双圆弧齿轮泵”，不是采用这种结构外伸状的轴承孔。

3.1.3.2本呈外伸状的轴承孔结构，很大的好处是：因轴承孔呈外伸状，输海水时齿轮的端面即使泄漏，也不可能进入轴承室腐蚀轴承。本泵在齿轮啮合传动的端面，为防泄漏，巳设有轴向和径向齿状无接触油封，再加上橡胶骨架式油封及外泄通孔，即有三重防泄漏组合密封及排泄的措施，确保轴承寿命。因为，防泵端面泄漏往往是一个难题，困扰设计，当端面泄漏，海水进入轴承室会很快腐蚀轴承。

3.1.3.3本齿轮有“对中心距的变化极其敏感，对安装精度要求极高”的特殊要求。对比之下，渐开线齿轮对中心的变化不极其敏感，这在设计及制造上必须引起高度的重视，也可以说是本泵的设计难度。总安装后，能达到：在多级齿轮分泵齿轮的顶部与泵壳内壁之间的间隙均匀又极小，因而能获高压，回流小效率高；达多级齿轮分泵的同轴度很高，适应高速旋转。总之，这是一项难度很大的设计、制造、安装要求。数控机床的出现，标志着智能化生产工具方兴未艾，本泵关键件均采用它，否则无法达到精度。泵壳内壁用数控机床精加工，是精基准，又用精加工的“串隔板”来串联，使整体总装后泵壳内孔的精度亦很高。加上“端盖轴承座”是用数控机床精加工，通过精加工的“侧隔板”与泵壳相联，即保证“端盖轴承座”中心的轴承座孔，有很高的位置度。因而，整只泵组装后，能满足：本齿轮有“对中心距的变化极其敏感，对安装精度要求极高”的特殊要求。

3.1.3.4上述将位于左右端盖上，呈外伸状的“端盖轴承座”，与泵壳内壁分离，其好处还有：端盖连轴承座，形成一个独立的外伸状的铸件的整体，可使位于二侧面的分泵，不受轴承座的牵连，形成各分泵完全相同的结构，极便制造；采用本结构后，泵壳长度因而大大缩短，便于精加工。各泵壳的结构因而也完全相同，极便生产与管理。对比区别于“多级内串联双重增压双圆弧齿轮泵”，只有一只整体的泵壳，轴承座不外伸，即在泵壳之内定位，也不会出现前述的诸多安装精度的问题。

3.1.3.5轴承座内有润滑油循环润滑与冷却，以适用高速旋转的要求。相比之下，仅仅在轴承室内放些固态润滑油脂，很难适应3000-4000转/分或更高的泵，在高速下长期运转。正因为端盖连轴承座，形成一个独立的外伸状的整体，才创造本轴承座内有润滑油循环润滑与冷却的条件，以满足高速旋转的要求。换言之，如“多级内串联双重增压双圆弧齿轮泵”，只有一只整体的泵壳，轴承座不外伸，是极难去实现轴承座内有润滑油循环润滑与冷却。

3.1.3.6被动轴是中空，能放油棉及进润滑油，并从轴上微孔送油至齿轮的根部微孔，再达到润滑齿面。因为，齿面相互啮合中压缩气体时，处于干磨擦状态，进极微薄的润滑油，通过齿轮啮合，再传递给主动齿轮，以达改善干磨擦状态，可延长齿轮副的工作寿命，是独创设计构想。供水泵用时，被动轴内孔，用塞头堵塞即可。

3.1.3.7泵壳体外面，左右二侧，设有制冷液、冷却水夹套，将气体压缩时产生的热及时带走。显然，供水泵用时，不必用此冷却。

综上述，以上创新的结构适应：以二根平行轴为总承，将多对齿轮副、多只串隔板，加上轴上的键，构成组件，先进行检验调试，然后整体移入泵壳之内，最后将左右端盖固定。这种组件式安装极方便，也利于拆开修理。在装好左右端盖，配上定位销紧固之后，再依次向轴承座的内孔中放入密封件、轴承等，盖上小轴盖，安装便捷。

当齿轮用含MoS2的尼龙棒料加工，能耐腐蚀，无噪声，自润滑，低转动惯量，重量轻等突出优点。更因巳采取上述，进极微薄的润滑油于齿面的措施，使本齿轮能满足高速下与海水腐蚀及改用于气泵等苛刻的工作要求。

此外，泵壳与泵壳之间，及泵壳与轴承座之间的连接，有很多螺孔。今设计有钻模板，给钻孔加工，带来极方便且十分准确。这属于工装、夹具设计与制造，以提高制造的精度。

四、附图说明

4.1如附图1所示，主动轴2与被动轴14上，有多对相互啮合传动的双圆弧齿轮副3，齿轮副外有多只卧式泵壳4(ABCD剖面的示图中NM为安装平面)，泵壳之间用串隔板1相互串联，并用螺栓13连成整体。泵壳的外端面，通过端面板5，将端盖轴承座8连接在泵壳上，；端盖轴承座的二个内孔，是用于安装轴承组9，再通过轴承及轴，使齿轮啮合传动。因泵壳内孔、串隔板的外廓、端面板外廓、端盖轴承座的内孔，均是用数控机床精密加工出来，因而组装起来可达到很高的位置度，确保齿轮很高的啮合传动精度，以及齿轮的齿顶与泵壳之间的间隙。

4.2附图1所示的泵壳宽度S，各分泵均相同，其余各部结构亦相同，因而制造方便；同样各分泵的齿轮结构相同，因而制造亦方便；左右端盖轴承座的结构相同，长度同为K，制造亦方便；因而本泵化简为只有制造：多只卧式泵壳、多只串隔板、二只端盖轴承座、二只端面板、及主被动轴、轴盖11、齿轮副等为数极其少的专用零件，此外只有外购轴承、橡胶密封件、螺栓、键12等，批量生产组织工作就方便多了。纵观国内外，没有如此化简的多级泵，符合“现代机器合理设计原理及结构工艺性”的设计原则。(本人撰写的百万字书稿的题目)

4.3端面板与齿轮端面之间，有齿形相互插入的密封，轴外也有齿形的密封及橡胶密封构成组合密封6，轴承端面有密封件7，而6、7件之间的端盖轴承座的厚壁上，设有排水孔，并外联接管，使齿轮端面渗透出来的水能外排。

4.4所述气泵是高速下，齿轮的齿面处干磨擦，加润滑油可改善磨擦状态。因而本泵用中空被动轴14的内孔进润滑油，轴孔盖15可进油，置有小塑料引进润滑油。中空被动轴内还可放置油棉之类储油。在齿轮的根部开有微孔，用于接受来自中空轴上，所开设的微孔，流通过来的润滑油。

4.5因气体压缩产生热，泵壳外设有冷却液夹套E。

4.6轴承组用润滑油循环冷却，设有油进出管接头16及油管。

如图1中所示：1.串隔板；2.主动轴；3.双圆弧齿轮副；4.泵壳；5.端面板；6.组合密封；7.轴承密封；8.端盖轴承座；9.轴承组；10.油管接头；11.轴盖；12.键；13.连接螺栓；14.被动轴；15.轴孔盖；16.进出接管；NM为卧式安装基面，S为分泵宽，K为端盖轴承座的长度，E为冷却夹套，“ABCD”为半剖视图。

五、具体实施方式

设想气垫船的中部，装有二台气泵，其中一台为备台；气垫船的左右双船体内，各装一台水泵，供船喷水推进，今分述水泵及气泵的具体实施方式。

5.1作为水泵用，单泵作用于船，相关数据的初算

5.1.1泵整体配置：今设由三只卧式分泵，经串联合装构成一台泵，三只分泵各自从下侧吸进流体，经齿轮的加压，其流体由上侧输出，并汇合(即并联)至总管形成合流，简称为“卧式多级”。

5.1.2取本分泵的双圆弧齿轮的模数m＝25毫米，取齿轮的齿数z＝14，齿轮的节圆直径d＝350毫米。又选齿轮的齿宽b＝320毫米。在泵1500转/分下，每分钟理论流量Q＝2∏m²bzn＝2×3.14×2.5²×32×12×1500＝26376000cm³＝26.34m³

实际上每只分泵的流量，约在每分钟20多立方米，每小时1200立方米。上巳述今结构上，由三分泵构成一台泵，即合并流量为3600立方米/时。符合美方每小时3600至4000立方米大流量的使用要求。从上面泵流量的公式可知，本泵的流量与齿轮的模数平方成正比剧增，如还要加大泵的流量，可取更大的模数，例如取模数m＝50，则流量可增至4倍。但是，大流量绝非本容积泵的唯一优势。即本容积泵有获高压(及超高压)的特点，尚隐藏着未用，只要发动机的动力还有余地，可以再发挥高压的双重优越性，喷射出“大流量又高压”极强大的射流，使航速进一步获得极大的提高，达到超高速船的要求。

5.1.3取本分泵下侧进水管的下口为方形，长270毫米×宽250毫米，其中长270毫米略小于齿轮的宽度320毫米；以方接圆管口外联，外口管子的直径为￠250毫米。即以￠250毫米直径向船底下侧吸水，三分泵均相同。换言之有三根￠250毫米直径向船底吸入水，其总截面S＝3×￠250＝3×490＝1472cm²，相当于一根￠433毫米直径的大管子向船底下吸入水。

5.1.4.本分泵上侧出水管直径，亦略小于齿轮的宽度320毫米，与壳体连接取方口，长270毫米×宽230毫米；以方接圆的管口向上方伸出，外口连接的管子直径为￠230毫米。即以￠230毫米直径向船上侧输水，三分泵均相同。换言之有三根￠230毫米直径向船上方送水，其总截面S＝3×￠230＝3×415.3＝1246cm²，相当于一根￠398.4毫米直径大管子向船上方输出水。为此在泵上方，横有一根￠400毫米直径大管子，通过大月弯输向船后方喷出水。此泵即满足了美方提出：一根￠400直径大管子向船后方喷射输出水的要求。船体的左右双体尾部，各有一台泵在工作，即形成二条￠400毫米直径大管子向船后喷出强大的射流，在推动船高速前进！对射流的压强要求，本容积泵都能满足，最高甚至达到30Mpa。绝非轴流泵、混流泵所能达到的超高压！

5.1.5泵功率的测算。今以很低的压强输出要求，在3-5kg/cm²，今取3kg/cm²。巳知一台分泵理论流量Q＝2∏m²bzn＝26.34m³’由三台分泵构成总泵理论流量Q＝3×26.34＝79m³＝79000l/min，实际流量约67000l/min。

5.1.6由日本·木村章〖机械设计列线图集〗第181图：《流量、压力与理论功率的关系》有N＝10PQ/60×75＝10×3×67000/60×75＝446Hp，应配备500Hp。据此推算，如P＝12kg/cm²则要配备2000Hp。这样才能稍稍显示出本容积泵的优越性！

5.1.7测算射流的喷射速度。巳知单泵流量约79000l/min＝1.3167m³/s；今巳知喷管直径￠400毫米，总截面S＝0.1256m²；V＝Q/S＝1.3167/0.1256＝10.5m/s＝629m/min＝37.34Km/h，表明￠400毫米的喷射管，必须收缩直径，否则航速达不到74Km/h巡航速的要求。如果进而按推进力F＝S q＝0.1256m²×3kg/cm²＝3768kg二台合并推力2F＝7536kg，如果按推重比取1∶7，则可大约与50吨船相匹配。这是很复杂的，一切要实际上要试验。

5.2作为气泵用，单泵作用于船，形成船底气垫，相关数据

本水泵反转，类似罗茨鼓风机，其风压亦设定与罗茨鼓风机相同为0.9kg/cm²’风量与水泵流量相似，总泵理论流量Q＝3×26.34＝79m³＝79000l/min，实际流量约67000l/min＝1.1167m³/s。

5.2.1先按10T气垫船，设船长10米，宽5米，船下形成0.3米的气垫，气垫体积为15立方米，要求每秒钟补充1/3，即5立方米＝5m³/s；船底面积50平方米，当气垫压强为0.02kg/cm²时，每平方米升力为200公斤，全船刚好升力为10T。

5.2.2将0.9kg/cm²”气压，降至0.02kg/cm²时，降压到1/45，换言之体积扩大45倍。将1.1167m³/s扩大45倍，达到50m³/s(风压巳降至0.02kg/cm²)，现要求补充为5m³/s(风压亦为0.02kg/cm²)，即泵供量是所要求补充量的10倍。因而可推算可扩大应用于50吨的气垫船，也还有一倍的余地，美方要求余地大为好。这是船中安装一台气泵时，求出所述的数据。本人也设想，船中可装一备台。当两台同时开动，其气量除供应气垫外，多余的还可向后喷气。即在船后形成：船底下左右喷水，海面上另有喷气管在推进，使船达超高速。

5.2.3将0.9kg/cm²”气压(或较高气压，本泵均能实现)先送至储藏罐，后供船底使用，有利于稳定船底的气体补充。美方介绍：很稳定、足量的补充，适航性才好。当储藏气罐改用水泵适当进水，船体势必略下沉处半潜，继续喷水可达隐蔽前进。

5.2.4气垫船供游艇还可上岸，这时船下的喷水管收起，当然无法再喷水。可借两台气泵，以短时超高速运转(如4000至6000转/分，美国发动机最高达6000转/分，只要用发动机就可变速)，其供气量比一台泵1500转/分下，可高出6到8倍，即能满足气垫船还可上岸的需要，达贴地面近距离飞行。无疑，当供游艇使用可增添乐趣，也极具潜在的军事意义！

5.2.5气泵功率概算N＝QP/102η式中Q＝79m³×60＝4740m³/h P＝0.9kg/cm²”＝0.9×10000＝9000kg/m²，取效率η＝0.7，代入N＝QP/102η＝4740×0.9/102×0.7＝60kw＝81.6Hp，推算气泵应配备100匹马力。

5.3轴及泵壳机械强度校核

轴机械强度校核 $d=71.5\sqrt[3]{\frac{N}{\mathrm{\τn}}}=71.5\×0.1025=7.3\mathrm{cm},$ 式中许用剪切应力，仅仅取310kg/cm²。今d＝10cm足够，又选用2C r 13(不锈钢，适于水泵轴)，其抗拉强度为66kg/mm²，延伸率为16％，硬度HB＝197-248。按交变载荷安全系数n＝10，即许用抗拉强度为6.6kg/mm²＝660kg/cm²。对比上述直径计算中，许用剪切应力仅仅取310kg/cm²是很安全的。当然也可反求d＝10cm下，又选用2C r 13，在n＝1500转/分或n＝3000转/分时，本轴能承受最大的功率。

5.4泵壳机械强度校核  本结构属仅仅受内压薄壁容器，今最大内径D＝745mm薄壁的壁厚t＝12mm，内压强p＝10kg/cm²”(考虑升压)今按图42有δ＝Dp/2t＝745×10/2×12＝310kg/cm²’。因壳体选用铸造铝合金(YB143-65)ZL5(应用于：受重大冲击负荷耐蚀的零件)其抗拉强度为20kg/mm²，延伸率为2％，硬度HB＝60。按IV-V级压力容器，安全系数n＝4，即许用抗拉强度为5kg/mm²＝500kg/cm²，大于本计算所得310kg/cm²’，表明本泵在内压强p＝10kg/cm²”(考虑升压)下仍很安全。本泵壳外，还有加强筋，因而强度很足够。当然，选取壁厚时，还要兼顾铸造铝合金的工艺，因而取壁厚为12mm是合适的。

5.5轴承选用320型一只(滚珠)，与2320型(滚柱)一只，并排装构成轴承组，使工作能力系数c大大加强，并用润滑油循环，以适应高速重载。

综上述，如何充分发挥本大流量容积泵的优点，取代现高速船上所有非容泵，是本人苦苦创新的目的，节能则是最最重要的追求；泵转速高，体积小，采用新材料，重量轻，极适于高速气垫船上应用。借泵达喷气垫升，又达泵喷水推进，更有改变储气罐的用途进水，可使船体下沉，浅潜隐蔽前进，具潜在军事意义。本泵相应采取前述结构上的创新，化简结构，适应高速，有气泵水泵结构完全相同，多级泵比单级泵仅增加中间级，极便于制造和船上使用。当增大本泵齿轮的模数，能极大地增加泵的流量，因为泵的流量随模数的平方成正比剧增，以适用于万吨级巨轮。盼望应用本泵，极大地化简船传动链，大幅减少造船的投资，提高船的航速、推进效率及机动性、适航性，收到长期节能的良好效果，为现代海上高速交通服务，为提高国防实力服务，因为我是退伍军人，一天也没忘记国防！践行科学发展观，坚持一切都要实际试验。

Claims (6)

1.本发明涉及一种卧式多级双圆弧齿轮大流量泵应用于高速船中：达泵喷气垫升，形成船底气垫，船上浮后，再以泵喷水推进，形成尾部极强大的射流，使船介于航空飞行器与传统船之间高速前进；当改变泵储气罐的用途，进水使船体浅潜，可隐蔽前进；全力喷气还可上岸；卧式多级双圆弧齿轮轮泵，比立式泵，更适船中安装；有水泵与气泵结构相同，反转即可改用；供水泵时，吸口在下侧正中向船底，垂直吸进海水，方便适船上安装；供气泵用时，吸气口在上方，又向船下方送气，经储罐降压供气垫用；本卧式泵的结构是：在水平配置的二平行传动轴上，装有多对相互啮合传动的本双圆弧齿轮，齿外是分泵壳，壳间用“串隔板”成整体；呈卧式串联，区别于“多级内串联双重增压双圆弧齿轮泵”单一立式泵壳；在整体壳外，再加呈悬臂的“端盖轴承座”，内置轴承、密封件，即可达到以传动轴驱动本泵；齿轮端面有组合密封；齿啮合面能加入润滑油；壳外有冷却液夹套；轴承组用油循环冷却。

2.根据权利要求1所述的卧式多级双圆弧齿轮轮大流量泵，在船上安装使用的特征在于：船中安装本泵为气泵，形成船气垫；船中安装本泵为水泵，供喷水推进；当所用于储气的罐进水，船可浅潜前进；多台气泵，除供气垫外，可分流供向船后喷气，可提航速，船也可上岸。

3.根据权利要求1所述的卧式多级双圆弧大流量齿轮轮泵，其泵的特征在于：卧式多级双圆弧齿轮泵的结构：在两根水平配置的平行传动轴上，装有多对相互啮合传动的本双圆弧齿轮，齿轮外是分泵壳，属卧式，它区别于“多级内串联双重增压双圆弧齿轮泵”，专利申请号2008100901799的立式单一泵壳，是配置创新。

4.根据权利要求1所述的卧式多级双圆弧齿轮轮大流量泵，其泵壳的特征在于：多分泵卧式串联装，各分泵的结构相同，用螺栓联成一个整体，在整体的端面，再加悬臂的“端盖轴承座”，内置轴承、密封件；多级泵，比单级仅增中间级的泵壳、齿轮、中隔板及相应加长轴的长度。将“端盖轴承座”从“多级内串联双重增压双圆弧齿轮泵”，原先在单一泵壳内配置，分离出来呈悬臂，是配置创新。

5.根据权利要求1所述的卧式多级双圆弧齿轮轮大流量泵，其齿轮的特征在于：齿轮借减少齿数，增大模数及高转速，来提高泵的流量，当多级分泵流体输出并联，达合并达大流量；齿轮用新型塑料具自润滑性；用于气泵时，齿面能加入润滑油；壳外有冷却夹套。

6.根据权利要求1所述的卧式多级双圆弧齿轮轮大流量泵，其轴承的特征在于：用组合轴承，通过油循环润滑，提高轴承的寿命和极限转速。

Images