多级双圆弧齿轮泵用于舰船喷水推进器制造技术

本发明专利技术“多级双圆弧齿轮泵用于舰船喷水推进器，”其主要技术特征在于：将“多级双圆弧齿轮高压大流量泵”整体安装在大型舰船，供喷水推进取代螺旋桨，尤其使核潜艇改善静音效果、高航速、降能耗，提高隐蔽机动性。传统的螺旋桨推进是舰船的主要噪声源，泵喷水推进器能够在较高速度时减少１０～２０分贝声信号；螺旋桨高速时会发生空泡，且消耗功率随转速提高的三次方函数关系剧增；泵喷水推进是按牛顿第三定理，即推力等阻力，消耗功率与推力成正例增加，两者原理有本质区别，因而喷水推进在高航速下，能达到节能而对航速、航程均有利。创新高效率高压大流量，而结构又十分简单便于制造的多级串联容积泵，为大型舰船喷水推进，成为可普遍采用的崭新的、高效的推进方式。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及将"多级双圆弧轮高压大流量泵，"整体安装在大型舰 船，供喷水推进取代螺旋桨，尤其使核潜艇改善静音效果、高航速、 降能耗，提高隐蔽机动性，使本泵喷水推进器成为可普遍采用的新型 高效、节能的推进方式。二
技术介绍
2.1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？2.2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。桨速为此之 低，却要推进万吨船高速前进，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0=71.5/^77^推算达620毫米(取 [t卜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。螺旋桨要提高转速，其功率按三次方函数剧增，以公式表示N,/N^ (n，/n。) 3。例如， 转速n。从130转/分，提高3倍至iM390转/分，功率从No要增至N, 33=27倍，这是铁律！这也是为什么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，而本泵是容积泵，不受此规律约束，因而可大 幅节能。2.3日本TSL——新型超高速船开发一文指出"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，但不知用何种泵？2.4传统的螺旋桨推进系统，是舰船主要噪声源，喷水推进器泵能 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 本泵是整体安装在潜艇内，噪声可屏蔽不外传，还可采用软管连接等 减震措施，而不像美国"海狼"核潜艇推进器外伸在尾部，噪声无法 屏蔽。因而，安装本泵喷水推进器可取得更好的静音效果。安装亦方 便，保养维修亦方便，与螺旋桨现场安装，安装精度又高相比，简便 得多。2.5据相关资料喷水推进可以无级变速和倒航，甚至原地回转， 使用双机及双桨，甚至能够使舰船横移，"堪比水中直升机。"当然， 要相应设计一套喷射头旋转机构，达高效操纵。综前述，通过国内外
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的调查和分析研究，从噪声、动力 消耗、机动性能诸多方面来看，泵喷水推进器比螺旋桨推进具有优越性，其关键在于泵能否满足"高效率大功率"，即高压又大流量，结构又极其简单可靠等诸多较全面经济技术要求。
技术实现思路
本专利技术目的在于将"多级双圆弧齿轮高压大流量泵"整体装在 舰船上，供泵喷水推进器，以取代螺旋桨，获取更高效率节能降低噪 声，对核潜艇能提高隐蔽机动性。本专利技术目的是通过以下方法来实施3.1首先涉及本喷水推进器的原理，是按牛顿第三定律，即舰船产 生的推力等于阻力，达匀速前进，以公式表示F=75N/V，式中F 为推力，吨，N马力，V为船速、米/秒。从式中可知功率与推力是 正比例，不是螺旋桨其功率是转速三次方函数关系。两者原理有本质 区别，也是以本泵喷水推进器，取代螺旋桨达节能的关键所在。3.2螺旋桨高速时会发生空泡现象，泵喷水推进器是借射流喷射， 不存在此现象，即船速不受此现象的限制，可达更高航速。在相关本 泵的专利中，已详细介绍本泵有高速和超高速(最高达9215转/分) 的特点，借此达到泵的体积小，工作效率很高。本齿轮有不会发生根 切的突出优点，因而减少齿数至8 12齿，增大齿隙空间，以增大泵 的流量。齿轮泵是容积泵有压力高的特点，效率比离心多级泵(效率 约40%左右)高出一倍的宝贵优点，今又用多级分泵并联装之后， 将输出流体再串联起来增压；以及用次级分泵的齿厚，比前一级逐级 再减薄，来双倍增压，使本泵可以获得高效率高压又大流量。即泵的 这些突出独创性优点，为本专利技术的实施取代螺旋桨奠定了物质基础。3.3本专利技术目的在实施中，通常用二台大泵安装在舰船尾部，吸入水流，产生左右二股强大向后推进的射流。射流还可以任意转向，达 到很快改变舰船的航向，并省去舵机。大泵连同发动机，可安装在液 压减震床上，通过减震软管将射流输出，特别是用于潜艇，可提高静 音的效果。此外，泵是装在潜艇舱内、便于噪音屏蔽，不像螺旋桨暴 露在外，噪声无法屏蔽。四附图说明附图1为本"多级双圆弧齿轮泵舰船喷水推进器"的结构示意图。 如图所示(1)为"多级双圆弧齿轮高压大流量泵"安装在液压减震 垫(2)上；减震垫固定在舰船(3)的后舱；舰船的尾部设有可控转 向的喷射头(4);泵(1)的流体出口与喷射头之间有减震软管(5) 连接，通常舰船后舱左右各置一泵，通过左右二个喷射头产生二股强 大的射流，也可在舰船中轴线上仅置一泵一喷射头。附图l所示编号1、多级双圆弧齿轮高压大流量泵 2、减震垫3、舰船 4、喷射头 5、减震软管五、 实施方案本专利的实施方以实际的核潜艇参数为实例。假定，某最新型的攻击核潜艇水下排水量12125吨，潜艇长167米，艇体采用钛合金， 最大潜深达500米，配二座压水核反应堆，轴功率达61200匹马力， 噪音量级巳降至98.9分贝。这是采用大量高新技术，但本人认为 如再采用本泵喷水推进器，还可以进一步提高静音效果和效率，减少 动力的消耗，延长航程和潜航期。可进行以下的计算5、 1假设采用二级至三级串联增压的双圆弧齿轮泵，其压力强度达100公斤/平方厘米，取齿轮的模数为52，齿数为12，节径为624 毫米，取齿宽为380毫米，泵的工作转速为1500转/分，相当于四极 电机的转速。5、 2以下进行泵的流量计算齿顶高hh46.8，齿根深112=57.2， 全齿高h404，齿顶园Dl-717.6，齿根园02=509.2，齿环截面积S= 兀/4 (Df國D" =Ji/4X (717. 62-509.22) =200000mm2=0.2m2，今取 齿宽B=380mm ，代入V=S.B=0.2 X 0.38=0.076m3 ，取n=l 500r/min ， 再代入Q-1500X 0.076=114 m3/min=6840m3/h 。假定p=100kgf/cm2， 这是一台高压很大流量泵，当转速再提高流量还可按正比例提高。上 巳述这种齿轮最高转速已达9215转/分，但必须考虑泵所需的功率将 更大，可按下式来计算功率5、 3计算方法之一，按日本，机械设计列线图集，木村，章著， 第l 8 l图，流量、压力与功率的关系有理论功率N-实际功率X 0.83，压力为P=100kgf/cm2，流量Q-114. m3/min=-114000I/min， 代入N=10 X P X Q /60 X 75 X 0.83=10 X 100 X 114000/60 X 75 X 0.83=30522HP。('式中泵效率P取0.83)5、 4计算方法之二，按第本文档来自技高网...

【技术保护点】
本专利技术涉及“多级双圆弧齿轮泵用于舰船喷水推进器”，其特征在于：取代舰船螺旋浆推进方式，在舰船内整体安装泵推进器；将流体通过减震软管与船尾喷射头相连接，泵和发动机安装在液压减震床上。本推进器泵属多级容积泵串联增压喷水推进。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵明，
申请(专利权)人：赵明，
类型：发明
国别省市：33[中国|浙江]