本发明专利技术公开了一种大推力密封轮缘推进器，包括有转轴、壳体、电机定子及电机转子；转轴呈中空、喇叭状结构，通过轴承活动安装在壳体的两侧的端盖中；轴承外侧设有密封组件；转轴大端部内环固定安装有螺旋桨，小端部外环固定安装有电机转子；电机定子固定安装在壳体上，与所述转子相对应；所述螺旋桨后端设有整流片，整流片通过贯穿螺旋桨中心通道的连杆固定在导流罩上；导流罩固定安装在壳体上。本发明专利技术提供了一种密封性能好，且结合了其管道及螺旋桨的结构特点，并利用了文丘里效应，极好地解决了轮缘推进器中大功率驱动装置与有限的安装空间之间的矛盾及管道中涡动能量的利用问题，在保证轮缘推进器小体积的同时，大大提高了其推力及推进效率。
【技术实现步骤摘要】
一种大推力密封轮缘推进器及采用该推进器的行进工具
本专利技术属于流体推进器领域，尤其涉及一种密封性能好、推力大、高效率且运行平稳的轮缘推进器及一种采用该种推进器的行进工具。
技术介绍
近年来，随着海工及水上娱乐事业的发展，对推进器的性能要求也越来愈高，传统的轴驱式推进器的劣势逐渐凸显，已经无法更好地满足工作要求。例如传统轴驱式推进器部件多、结构复杂、船舱占用空间大、能量损耗大，振动和噪声控制困难、建造和维护成本高等，这些缺陷导致人们逐渐将目光转向更加先进的无轴轮缘推进系统。轮缘驱动推进器分为无毂和有毂两种形式，目前为减小阻力和解决杂物或线缆缠绕的问题，多采用无毂的形式。该种轮缘推进器主要包括有电机的定子和转子，转子呈圆柱形，螺旋桨桨叶内置在转子中，转子中的磁极均布在螺旋桨的径向圆周，定子则是直接置于螺旋桨外圈，与磁极相对应，通电后驱动转子带动螺旋桨旋转，这种轮缘推进器从结构上不难发现，其电机定子、转子的安装空间极其有限，而电机的功率与体积有直接的关系，且为了减少水阻，要求导管尽可能薄，又进一步限制了电机部分的安装空间，因此推进器功率也受到极大的限制，成为限制轮缘推进系统大功率化的关键技术瓶颈之一；而在单螺旋桨推进系统中，螺旋桨尾流中的涡动能量没能被利用的，无法转化为有效的推进动力，同时还产生了倾倒力矩，影响推进器的平稳性；再加上轴承作为支撑转轴的主要部件，既提供了极强的载荷能力，又保证了转轴的回转精度，但在水下运转时，为阻止水和其他杂质进入轴承及电机内部，并防止润滑剂流失，轴承一般采用接触式密封，该种密封方式摩擦系数大，导致额外损耗的功比较高，且产生的大量的热量，极其影响电动机的转化效率。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种密封性能好，且结合了其管道及螺旋桨的特点，并利用文丘里效应而设计的大功率、高效率、运行平稳的轮缘推进器。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：一种大推力密封轮缘推进器，包括有转轴、壳体、电机定子及电机转子，所述转轴呈中空、喇叭状结构，通过轴承活动安装在壳体的两侧的端盖中；所述轴承侧边设有密封组件，密封组件包括有外环和内环；所述外环呈环状结构，内侧设有“U”型或“V”型凹槽，由外套及固定在外套两侧的盖板组合而成；所述内环上设有凸极，凸极置于凹槽内，与凹槽之间形成“U”型或“V”型间隙，两侧的间隙中均填充有磁流体，所述磁流体由于磁极的作用，在两侧的间隙中各自形成磁流体密封带；所述磁极由固定在外环或内环上的永磁体提供；在被两侧磁流体密封带所封闭的底部间隙中填充有密度不小于磁流体的过渡流体；过渡流体与磁流体共同组合成一个“U”型或“V”型液态密封带；所述转轴的大端部内环固定安装有螺旋桨，小端部外环固定安装有电机转子；所述电机定子固定安装在壳体上，与所述电机转子相对应；所述螺旋桨后端设有整流片，所述整流片通过贯穿螺旋桨中心通道的连杆固定在导流罩上；所述导流罩固定安装在壳体上；其有益效果在于：所述轴承保证了密封组件各个部件旋转过程中相对位置的稳定性，并提供了极强的承载能力，且所述内环及外环的结构形式共同营造了一个截面呈“U”型的间隙，磁流体被填充在两侧的间隙中；永磁体侧边的磁极近距离地对磁流体提供一个磁场，而磁极作为永磁体中磁力最强的部位，使得磁流体被聚集在磁极周围，在两侧的间隙中各自形成磁流体密封带，在被两侧磁流体密封带所封闭的底部间隙中填充有密度不小于磁流体的过渡流体，一般磁流体的密度在1.2×103Kg/m3～1.35×103Kg/m3之间,过渡流体可选择饱和盐水、甘油等难容于磁流体的液体；过渡流体与磁流体在凹槽底部共同组合成一个“U”型或“V”型的、连续的液态密封带；静密封状态下，两侧的磁流体密封带在起到密封作用的同时又将过渡流体封存在磁流体密封带之间，共同组成液态密封带，实现流体在U型管中的静压平衡，当液态密封带两端存在压力差的情况下，磁流体与过渡流体组成的液态密封带会整体偏移达到新的平衡，密封面不会被破坏，密封效果不受影响；动密封状态下，当处于旋转状态下的内环或外环带动磁流体和过渡流体旋转时，会使磁流体和过渡流体同时产生离心力，由于过渡流体的密度不小于磁流体，因此，过渡流体始终处于磁流体的底部，再根据流体在U型管中静压平衡的原理，密封两端压差为零时，两端液面高度差为零，当压差不为零时，磁流体与过渡流体组成的液态密封带在间隙中会整体发生偏移使两端形成液面高度差，以此平衡压差，转速越高，离心力越大，极小的液面高度差就能抵抗极强地外部压差，既能保证极好的动密封效果，还不用担心高速状态下，磁流体因离心力的影响而导致密封厚度拉伸变薄被击穿而导致密封失效的问题，特别是转速越高时，离心力越大，抵抗外部压差的能力越强，适合外界压差随转速增加而增大的工况，自我调节能力强；根据压力、压强及面积之间的物理关系，为进一步增加磁流体在磁力影响下抵御外部压差的能力，“U”型间隙处的流通面积越到底部越小；若轴承外圈与内圈间距足够大，为简化结构，所述的密封组件可直接集成在轴承的外圈与内圈之间，组合成密封轴承使用；所述转轴呈中空、喇叭状的结构，在运行过程中，流体从大端部进入，经过渐变部，速度因为涌流截面积变化地关系而上升，在最窄处时，速度达到最大值，静态压力达到最小值，使得流体从小端部高速喷出，通过利用文丘里效应增大了出水口的喷射速度，提高了推进效率，特别需要指出的是转轴的喇叭状结构，极大地增大了电机部分的安装空间，转子固定安装在小端部，定子固定安装在壳体上，与转子相对应，众所周知，电机的功率与电机的体积有很大的关系，电机体积越大，所能提供的功率也就越大。该轮缘推进器突破常规设计，合理布局，极好地解决了轮缘推进器中大功率定、转子与狭小的安装空间之间的矛盾，在保证轮缘推进器小体积的同时，大大提高了其推进功率及推进效率；由于经过螺旋桨的流体除了向后的运动以外，还有一个相对于转轴中心旋转的运动，这种流体的旋转运动是有害的，使得船体有一个倾倒力矩，而且旋转运动也会消耗电机的一部分功率，所述整流片结合螺旋桨中空的结构特征，巧妙地在螺旋桨后端与转轴之间布置，使得流体的旋转动能转换为向后运动的动能，进一步增大了推进器的推进动力力，提高了推进效率，同时消除了倾倒力矩，保证推进器运行的平稳性。优选地，所述导流罩与端盖的接触端端面上设有泄压槽；其有益效果在于：在推进器在行进过程中，由于前端的水流冲击，会使推进器端头的水压增大，对密封组件产生强大的冲击，特别是在高速行进时，而所述泄压槽作为一个开口回路，能将推进器行进过程中端头的水冲压引流至外部，进而减轻密封组件的压力，保证推进器良好的密封性能，且泄压槽中的水流还能带走一部热量，提高推进器的散热效果。优选地，所述整流片与连杆一体化加工；其有益效果在于：简化生产加工流程，可采用浇铸的方式制作。优选地，所述转轴上设有散热结构；其有益效果在于，在电机定子运行过程需要散发大量的热量，若不及时散热，为影响电机的性能，严重的情况下可能会绕掉线圈，正好在电机运转时，转轴会高速旋转带动螺旋桨，在螺旋桨的作用，大量流体会从流道中经过，可带走大部分热量，渐变部作为完成文丘里本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种大推力密封轮缘推进器，包括有转轴、壳体、电机定子及电机转子，其特征在于：所述转轴呈中空、喇叭状结构，通过轴承活动安装在壳体的两侧的端盖中；所述轴承侧边设有密封组件，密封组件包括有外环和内环，分别固定在端盖及转轴上；所述外环呈环状结构，内侧设有“U”型或“V”型凹槽，由外套及固定在外套两侧的盖板组合而成；所述内环上设有凸极，凸极置于凹槽内，与凹槽之间形成“U”型或“V”型间隙，两侧的间隙中均填充有磁流体，所述磁流体由于磁极的作用，在两侧的间隙中各自形成磁流体密封带；所述磁极由固定在外环或内环上的永磁体提供；在被两侧磁流体密封带所封闭的底部间隙中填充有密度不小于磁流体的过渡流体；过渡流体与磁流体共同组合成一个“U”型或“V”型液态密封带；所述转轴的大端部内环固定安装有螺旋桨，小端部外环固定安装有电机转子；所述电机定子固定安装在壳体上，与所述电机转子相对应；所述螺旋桨后端设有整流片，所述整流片通过贯穿螺旋桨中心通道的连杆固定在导流罩上；所述导流罩固定安装在壳体上。/n
【技术特征摘要】
1.一种大推力密封轮缘推进器，包括有转轴、壳体、电机定子及电机转子，其特征在于：所述转轴呈中空、喇叭状结构，通过轴承活动安装在壳体的两侧的端盖中；所述轴承侧边设有密封组件，密封组件包括有外环和内环，分别固定在端盖及转轴上；所述外环呈环状结构，内侧设有“U”型或“V”型凹槽，由外套及固定在外套两侧的盖板组合而成；所述内环上设有凸极，凸极置于凹槽内，与凹槽之间形成“U”型或“V”型间隙，两侧的间隙中均填充有磁流体，所述磁流体由于磁极的作用，在两侧的间隙中各自形成磁流体密封带；所述磁极由固定在外环或内环上的永磁体提供；在被两侧磁流体密封带所封闭的底部间隙中填充有密度不小于磁流体的过渡流体；过渡流体与磁流体共同组合成一个“U”型或“V”型液态密封带；所述转轴的大端部内环固定安装有螺旋桨，小端部外环固定安装有电机转子；所述电机定子固定安装在壳体上，与所述电机转子相对应；所述螺旋桨后端设有整流片，所述整流片通过贯穿螺旋桨中心通道的连杆固定在导流罩上；所述导流罩固定安装在壳体上。
2.根据权利要求1所述的一种大推力密封轮缘推进器，其特征在于：所述导流罩与端盖的接触端端面上设有泄压槽。
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【专利技术属性】
技术研发人员：王前进，
申请(专利权)人：武汉波依迈科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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