CN108622359A - 冲压式船舶推进器及大流量正排泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冲压式船舶推进器及大流量正排泵，主要是由活塞在缸体内对水的冲压运动来产生推力或完成泵水的目的。缸体的圆形横截面由隔板等分为若干水腔；冲压水机构包括平行的丝杆‑活塞组，活塞设于水腔内，丝杆的前端连接该装置的动力装置；丝杆‑活塞组作轴向往复运动；丝杆‑活塞组相互交错间隔布置在各自的水腔内；内衬旋阀设于活塞行程末端处；内衬旋阀的后端面交错布置有的出水口和密封板，内衬旋阀的横向壁则对应分别设有横向密封面和横向进水口。本发明避免了螺旋桨的转动产生的水旋转速度造就的能量损耗，推进效率得到提升。本发明也是一个具有线性表现的水动力装置，既可作船舶推进器也可作大流量正排泵使用。

Description

冲压式船舶推进器及大流量正排泵

技术领域

本发明涉及一种新型水动力装置。具体地说是一种冲压式船舶推进器及大流量正排泵。

背景技术

现有船舶通常使用螺旋桨或者由叶轮驱动的泵喷推进装置，而上述两种方式皆依赖于在水中旋转的桨片（叶片）来加速水的轴向速度而产生推力；但是依靠桨片（叶片）在水中的转动来加速水的轴向速度必也造成水的旋转，即水的旋转速度。水的旋转速度并不产生推力，它是一种能量消耗，这是目前的船舶推进器的效率较低，无法接近理想推进效率的根本原因。不仅如此，叶片高速转动还会产生空泡现象，引发水噪音。此外，螺旋桨或者由叶轮驱动的泵喷推进无法在整个工作范围内保持推力和输入功率呈线性关系，因此在其工作点偏离设计点后，其推进效率会大大降低。

WO/2014/065855号专利申请公开了一种侧向进水缸塞式喷水推进器，其采用了侧向进水的结构设计，主要特点是在活塞移动的任何时刻中，将缸体分割为干腔的和湿腔，使得干腔始终处于大气状态，进而活塞在复原回程时只遇到空气阻力。而本专利按照其原理，提出一个更新设计，其关键器件是发明了一个内衬旋阀。此新式设计结构更简单，性能更加优化。

发明内容

本发明为解决现有的问题，旨在提供一种通过活塞在缸体内对水的冲压运动来产生推力或完成泵水功用的冲压式船舶推进器及大流量正排泵。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案包括前、后两端贯通的缸体、两组冲压水机构以及可旋转的内衬旋阀，其中：所述缸体的圆形横截面由隔板等分为若干水腔，所述若干水腔贯通缸体的前、后两端；所述冲压水机构包括若干平行的丝杆-活塞组，所述丝杆-活塞组由前端的丝杆和后端的活塞连接而成；活塞设于水腔内，丝杆的前端连接动力装置；所述丝杆-活塞组在动力装置驱动下作轴向往复运动；两组冲压水机构的丝杆-活塞组相互交错间隔地布置在各自的水腔内；所述内衬旋阀设于缸体后端的活塞行程末端处；内衬旋阀的轴向后端面对应所述若干水腔而交错布置有出水口和密封板，内衬旋阀的横向壁对应水腔横向开口而分别设有密封面和横向进水口；内衬旋阀的位置和设计使活塞在运动过程中始终把缸体隔成一个湿腔和一个和船体或水泵动力机构相通的干腔。由于干腔的存在使活塞的回程能量消耗非常小。

其中，所述两组冲压水机构的往复运动相互保持180度的相位差，以达到连续进水和出水的目的。

其中，缸体的圆形横截面划分为大于二的等分。

其中，所述内衬旋阀的后端设有喷嘴。

其中，还包括整流罩，所述整流罩套于内衬旋阀的外侧，且连接于缸体和喷嘴之间，对应密封面和横向进水口的位置分别设有整流网栅。

其中，所述内衬旋阀由伺服马动使其旋转，伺服马达安置于穿过缸体的中心轴空腔内；内衬旋阀的后端设有封帽，防止水进入中心轴空腔内。

其中，活塞和空间内壁之间为水密结构。

本发明还提供一种大流量正排泵，固定于机架上且包括上述任一所述的缸体、冲压水机构和内衬旋阀，且其缸体后端的出水口连接出水管；在所述内衬旋阀的横向进水口连接进水罩管。

其中，所述进水罩管包括环形罩，所述环形罩包裹及连通内衬旋阀的所有横向进水口，且固定于水泵外机壳上，环形罩另通过进水管接通水源。

和现有技术相比，本发明利用活塞冲压缸体内的水体从喷嘴后端射出以产生船舶前进所需要的推力，避免了螺旋桨自转所导致的能量损失，推进效率得到提升；另外，利用活塞冲压缸体内的水体产生推力或䂞水，属于正排量泵水原理，这决定了该装置的线性表现特性。通过可旋转的内衬旋阀来完成向后方射流的输出、及重新从横向填补水流进入，完成装置的水动力循环；缸体中心轴留出空腔放置伺服马达完成内衬旋阀的开关、切换；整流罩套在内衬旋阀的外部，既可以调稳水流，亦可防止大型杂物进入缸体内部；缸体内部等分成若干水腔，每个水腔内设有一具活塞、丝杆；活塞和空间内壁之间的水密结构防止水进入船体或泵的动力装置内。

附图说明

图1为本发明一个实施例的结构拆分示意图；

图2为本发明的一个实施例的结构示意图；

图3为内衬旋阀的正视图；

图4为内衬旋阀的后视图；

图5为内衬旋阀的结构示意图；

图6为内衬旋阀的结构示意图；

图7为本发明一个实施例的安装使用示意图，即作为推进器和船舶结合的一个实施例；

图8为本发明另一个实施例的结构示意图，作为大流量正排泵；

图9为本发明另一个实施例的结构示意图；

图10为进水罩管的结构示意图；

参见附图，封帽1，喷嘴2，内衬旋阀3，出水口31，密封板32，横向密封面33，横向进水口34，整流罩4，缸体5，中心轴空腔51，活塞6，丝杆7，进水罩管8，环形罩9，进水管10。

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步地说明。

参见图1至图7，图1至图7展示的是本发明的一个实施例，作为船舶推进器，包括前、后两端贯通的缸体5（所述前、后方位的表述和船舶一致，即船首方向为前，船尾方向为后）、两组冲压水机构以及可旋转的内衬旋阀3，其中：

本实施例中缸体5横截面为圆形，缸体5的圆形横截面由隔板等分为若干水腔，所述若干水腔贯通缸体5的前、后端；本实施例中，缸体5内为六等分，并形成六个扇形截面的柱状水腔；缸体5的前端和船舶内部连通，其后端接内衬旋阀3和喷水口。

本实施例为冲压式推进器，每个水腔的后部通过喷水口和外部水体接通，其内部的水被活塞6向后冲压射出时，船舶获得水的反作用力进而朝前推进；因而一般缸体5内部等分数量，为便喷水柱稳定，不宜少于四。

本实施例每组冲压水机构包括三具沿轴向平行的丝杆-活塞组，丝杆-活塞组由前端的丝杆7和后端的活塞6连接而成；活塞6设于水腔内，丝杆7的前端连接电机（图中未示出）；所述三具丝杆-活塞组在电机驱动下作同步的往复运动；本实施例中，两组冲压水机构的不同丝杆-活塞组相互交错、间隔地布置在缸体5经过六等分而得的六个水腔内，并且两组冲压水机构交替向后冲压。

内衬旋阀3设于缸体5后端的活塞6行程末端处；参见图3至图6，内衬旋阀3的后端面对应空间而交错布置有的出水口31和密封板32，内衬旋阀3的横向侧壁则对应出水口31和密封板32而分别设有横向密封面33和横向进水口34。其中，出水口31和密封板32的几何造型和空间横截面相同，分别可以完成通水和密闭；而对应的横向密封面33和横向进水口34则能分别完成横向关阀和横向开阀进水流的目的。内衬旋阀3使活塞6在运动过程中始终把缸体5隔成一个湿腔和一个与船体或水泵动力机构相通的干腔，且由于干腔的存在使活塞6的回程能量消耗非常小。

此外，内衬旋阀3由伺服马达驱动，伺服马达安置于中心轴空腔51内；内衬旋阀3的末端设有封帽1。并且中心轴空腔51的外壁和隔板的内端连接。

参见图7，图7中船舶的尾部设有两个本实施例。本实施例产生推力或泵水的原理是由两组冲压水机构作往复运动，并配合内衬旋阀3开闭轴向出水口、横向进水口来完成的。

二组冲压水机构由动力装置（电机）驱动各作往复运动，但二组冲压水机构的往复运动其相位差半个周期（180度），其目的是：一组冲压水机构在对应内衬旋阀3横向密闭轴向开通的位置（出水口31），进行向前的冲压运动，产生轴向推力（或喷射水流完成泵水）；此过程同时，另一组冲压水机构，正对应内衬旋阀3横向开通轴向密闭的位置（密封板32），作向后的活塞6返程，并完成水腔内注水（横向进水口34）。其后，内衬旋阀3通过快速转动（60度）切换上述横向密闭轴向开通位置，两组冲压水机构连续地作各自的往复运动，循环往复地完成连续进水和出水，达成船舶推进（或泵水）的功用。本实施例采用两组冲压水机构，因为如只用单组冲压水机构，会造成出水不连续的缺点。

参见图2，本实施例还包括整流罩4，整流罩4固定并套于内衬旋阀3的外侧，且对应横向密封面33和横向进水口34的位置分别设有整流网栅，既可以调稳水流，亦可防止大型杂物进入缸体5内部；整流罩4的开口应尽可能大，以利于活塞6复位操作时的水体补入；而较小的杂物会在冲压水机构的推动下从后方排出。

参见图1、图2，本实施例还包括喷嘴2，喷嘴2设于内衬旋阀3后端外部。

本实施例选用较为优选的六等分的缸体5；在设计时需要考虑隔板的体积问题，因为等分数量越多，实施虽然和上述六等分的缸体5中的结构雷同，但是所需要的隔板则越多，占去水腔的体积也就越大——这样会降低水流量密度，则同时降低装置的能量密度。

参见图8和图9，为本发明的另一个实施例，用于作为大流量正排泵，包括了上述缸体5、冲压水机构和内衬旋阀3。将本实施例固定于基座上，缸体5的后端连接出水管（图中未示出），即可作水泵使用。其结构、原理与船舶推进装置雷同，故不赘述。

作为优选，在内衬旋阀3的横向进水口34分别连接进水罩管8。进一步地，进水罩管8还包括环形罩9，所述环形罩9的罩体包裹及连通内衬旋阀3的所有横向进水口34，且固定于水泵外机壳上，环形罩9的罩体另通过进水管10接通水源，本实施例具自吸能力，只要进水管10接至水源即可。使用时通过前述冲压水机构的反复操作来实现将水输出的目的。

上面结合附图及实施例描述了本发明的实施方式，实施例给出的结构并不构成对本发明的限制，本领域内熟练的技术人员可依据需要做出调整，在所附权利要求的范围内做出各种变形或修改均在保护范围内。

Claims (9)

1.一种冲压式船舶推进器，其特征在于：包括前、后两端贯通的缸体、两组冲压水机构以及可旋转的内衬旋阀，其中：

所述缸体的圆形横截面由隔板等分为若干水腔，所述若干水腔贯通缸体的前、后两端；

所述冲压水机构包括若干平行的丝杆-活塞组，所述丝杆-活塞组由前端的丝杆和后端的活塞连接而成；活塞设于水腔内，丝杆的前端连接动力装置；所述丝杆-活塞组在动力装置驱动下作轴向往复运动；两组冲压水机构的丝杆-活塞组相互交错间隔地布置在各自的水腔内；

所述内衬旋阀设于缸体后端的活塞行程末端处；内衬旋阀的后端面对应所述若干水腔而交错布置有出水口和密封板，内衬旋阀的横向壁对应水腔横向开口而分别设有横向密封面和横向进水口；

内衬旋阀使活塞在运动过程中始终把缸体隔成一个湿腔和一个和船体或水泵动力机构相通的干腔。

2.根据权利要求1所述的一种冲压式船舶推进器，其特征在于：所述两组冲压水机构的往复运动相互保持180度的相位差。

3.根据权利要求1所述的一种冲压式船舶推进器，其特征在于：缸体的圆形横截面划分为大于二的等分。

4.根据权利要求1所述的一种冲压式船舶推进器，其特征在于：所述内衬旋阀的后端设有喷嘴。

5.根据权利要求1所述的一种冲压式船舶推进器，其特征在于：还包括整流罩，所述整流罩套于内衬旋阀的外侧，且连接于缸体和喷嘴之间；对应横向密封面和横向进水口的位置分别设有整流网栅。

6.根据权利要求1所述的一种冲压式船舶推进器，其特征在于：所述内衬旋阀由伺服马动使其旋转，伺服马达安置于缸体的中心轴空腔内；内衬旋阀末端设有防止水进入中心轴空腔内的封帽。

7.根据权利要求1所述的一种冲压式船舶推进器，其特征在于：活塞和空间内壁之间为水密结构。

8.一种大流量正排泵，固定于机架上，其特征在于：包括权利1-7任一所述的缸体、冲压水机构和内衬旋阀，且其缸体后端的出水口连接出水管；在所述内衬旋阀的横向进水口分别连接进水罩管。

9.根据权利要求8所述的大流量正排泵，其特征在于：所述进水罩管包括环形罩，所述环形罩包裹及连通所有横向进水口，且固定于水泵外机壳上，环形罩另通过进水管接通水源。