用于水上航行器的水喷射推进单元的制作方法

本发明总体上涉及用于推进船只和其他水上航行器的水喷射推进装置。

背景技术：

1、在加拿大专利2,698,429(戴维斯(davies))中描述了一种喷水推进泵，该泵可被构造成一种舷外从动配置，其中，舷外动力头外部固定至水上航行器的横梁，或者可替换地，该推进泵可被构造成船尾驱动器装置，其中，锥齿轮直角驱动器的附接允许驱动发动机安装在水上航行器内部。还描述了一些先前获得专利的机器，由于低效率以及未能满足基本功能问题(诸如修整和可维修性)，这些机器未在商业上成功。先前已获得专利的舷外设计，美国专利3,082,732(斯塔尔曼(stallman))，描述了一种固定在动力头上的离心泵，该泵仍是可商购的。该喷射泵满足了客户所要求的许多实际要求，但缺乏用于更广泛的应用于大型水上航行器所需的效率。该装置具有转向和修整能力，并且作为舷外配置安装在船尾。在美国专利5,769,674(斯塔尔曼)中描述了另一种舷外安装的喷射泵，但在这种情况下，该喷射泵具有部分地类似于插入外壳中的舷外下支腿的区段的轴流配置。该装置的问题在于，流的上游的结构使其总效率降低到商业上不可接受的程度，并因此目前没有市场存在。在美国专利4,281,996(毛斯利特(mouselet))中示出了一种简单的舷外喷射泵设计，该舷外喷射泵设计具有在流动路径内部的齿轮区段，其中竖直驱动轴穿透至定子区段下游的驱动齿轮。该专利未能解决与这种类型的布置相关联的流体动力要求，并且当处于倾斜位置中时，固定到主中心区段上的进入口随着整个区段而远离横梁旋转。在这个位置中，在流动路径中看到多个方向变化，并且当船处于滑行模式中时，喷嘴被提升至远高于水位，从而导致泵的不必要的水头损失。在美国专利6,267,632b1(布兰查德(blanchard))中描述的一种喷射泵具有市场所需的许多特征，但未能解决泵效率的主要问题，特别是就定子设计而言，如在上述加拿大专利中所见。美国专利6,776,674b2(布兰查德)试图提高舷外喷射泵概念的效率，但其基本上是通过单个旋转接头固定至船横梁的常规轴流喷射泵。该概念缺乏包括修整和转向功能的常规舱外螺旋桨系统的紧凑性。此外，其主输入驱动轴位于进入区段流动路径内部。在下文中，描述了额外的改进，其允许比先前描述的更可靠和更高的功率输入，包括更简化的修整系统。进一步描述了混流式叶轮的使用，该混流式叶轮由于更有效地回收径向诱导能量以及更好地控制通过进入区段的流量的方式而得到改进。这是通过调节叶轮入口面积与其下游出口面积的比率来校准喷射泵的能力来实现的。这提供了一种用于对从该进入区段输送的流量进行设计的方式，该方式涉及减小该叶轮的上游直径，并由此还减小该进入区段出口本身的尺寸或截面积。该进入区段的尺寸减小，并因此该进入区段在舷内空间上的侵占，同时在水上航行时，减少了其中夹带的水的体积。这种明显简单的改变意味着，叶轮的几何形状(特别是关于螺距)可以被更有利地配置成允许叶轮的前缘与后缘之间的螺距的更大变化，其中叶轮的上游直径比其下游端的上游直径减小。混流式设计原理目前被喷射泵制造商采用，但其中主输入驱动轴通过进入区段轴向地插入。在加拿大专利中示出了穿过喷射泵的定子区段的单个竖直布置的驱动轴，其中喷射泵的直径必然受限制。这在一定程度上是由于需要保持定子叶片(轴穿过该定子叶片)尽可能薄，同时保持流体动力上适合的几何形状。这种限制因此影响了穿过该泵的流的流体动力和能够安全地施加到该轴上的功率或扭矩。为了克服这两个问题，示出了由两个啮合齿轮互连的两个竖直且相对旋转的输入驱动轴，其中，两个轴穿过相同的单个定子叶片。如图1所示，锥齿轮固定至它们下端。因此，这两个输入轴各自接受由驱动发动机递送的大约50％的功率，由此允许增加的功率输入，同时保持定子叶片的总宽度而不引入额外的流体动力损失。双轴改进的使用允许更高的功率输入，并因此在更大的船只中使用。例如，图3中看到的喷射泵可被构造成作为舷外单元附接至例如商用30米滑行艇的船尾，该商用30米滑行艇使用燃气轮机作为其动力头或大型电动机。就图1中所见的喷射泵而言，示出了如何通过修改叶轮壳体和叶轮以使它们具有“混流式”几何结构来改善泵的效率，即，叶轮具有与外壳或叶轮壳体的几何结构相配合的渐缩周边。在进一步的改进中，叶轮壳体具有两个安装销，这两个安装销被定位在位于两个横梁壁凹口内的两个可枢转的安装点内。第三附接件由固定至直角驱动器和横梁的柱塞提供。柔性套筒将进入区段连接至叶轮壳体，从而允许叶轮壳体/变速箱定子区段组件因此独立于进入壳体向上和向下旋转。套筒保持夹具、槽锁定板和柱塞连接件中的一个的移除，允许整个叶轮壳体/变速箱定子区段组件和动力头作为用于维护目的的一整个单元的移除。图8中所示的这种布置允许有效的修整系统，但不允许实现在上述加拿大专利中的转向能力。固定至横梁、直角变速箱或舷外支腿外壳的电动或液压柱塞可远程启动，从而允许整个组件独立于进入区段旋转，从而有助于水上航行器的修整。推力指向横梁而不是进入，这明显地意味着在进入不再接收推力的情况下，该进入的构造可以轻得多。通过提供简单的相对无损失的进入清洁系统，还解决了将碎屑夹带在进入格栅中的问题，在该进入清洁系统中，进入清洁机构放置为在进入流动路径外。进入清洁系统的概念不是新的，并且这种系统目前已经在清洁杆安装到进入格栅本身的市场中使用。在美国专利11,097,821b1(舒尔茨(schultz))中描述了一种进入清洁系统的示例，其中，一组互连的格栅清洁杆可以通过固定至“斯塔尔曼”舷外式离心喷射泵的固定进入格栅杆下降。清洁杆在未启动时设置在固定杆之间，因此仍然放置在主进入流内部，但同时也提供了格栅污垢的解决方案。在当前情况下的差异在于，清洁叶片位于进入区段流的外部，这在具有轴向放置的轴的喷射泵中或者在用于斯塔尔曼式离心式舷外喷射泵的格栅清洁系统的上述示例中不能令人满意地实现。

技术实现思路

1、本发明旨在进一步改进喷射泵效率并允许比在以上提及的加拿大专利中描述功率输入的更大的功率输入，同时保持耐用性以及易于附接至任何水上航行器的优点。为了提供增加的功率输入，描述了双输入轴系统，其中主传动系被分成两个，其中叶轮轴由两个锥齿轮组驱动，每个锥齿轮组在相同的方向上被驱动。这通过使两个竖直轴穿过单个改进的定子叶片而不过度地增加任何流体动力损失，因此仍然保持直角驱动器和舷外形式。在另一的变形中，描述了双竖直轴解决方案，该方案降低了用于较高功率输入的能力，但通过允许改变两个成对的齿轮的比率，允许改变叶轮驱动轴速度。这意味着可以在不需要改变叶轮驱动轴锥齿轮比率的情况下改变主驱动输入齿轮比率。重要的是，该特征因此允许叶轮驱动轴锥齿轮的齿轮尺寸最大化，而不需要例如具有较少齿的较小和较少负载的锥齿轮。关于泵效率，叶轮和叶轮壳体还采用了混流式几何结构。这个概念同样不是新的，但在喷射泵的进入区段中不存在主轴向驱动输入轴的这个背景下，有可能使用混流式几何形状来获得更大的效果。这是因为叶轮的前缘可以延伸到叶轮轮毂的最上游的尖端。这种能力允许通过具有更大的自由度来调整叶轮直径和叶轮叶片前缘位置来更容易地校准进入的上游流。与例如舷外螺旋桨驱动器等的螺旋桨驱动器相比，喷射泵的主要缺点之一是进入区段堵塞的风险。传统上，这个问题通过在进入区段中插入固定的格栅杆而被一定程度地克服。事实证明，这在处理水生杂草方面是无效的，许多制造商采用了下拉式格栅清洁杆的解决方案(drop-down through grill cleaning bar solution)，但由于在进入区段中存在轴向轴，因此这具有一些限制。在本发明中不存在穿过进入区段的轴向轴，因此允许安装下拉式清洁筛，该下拉式清洁筛具有中心固定至摆动格栅的启动杆或塞，该摆动格栅没有驱动轴干涉。在缩回位置中，格栅杆或指状件位于铸造在进入区段顶部中的单独的凹部内部。这提供了相对平滑的表面，因为杆从进入的流中完全移除。

2、在下面描述的机器中，为了简化对每个装置的描述，排除了目前制造的喷嘴转向和基于导流板的换向系统。

3、总之，提出以下内容：

4、(i)在保持泵效率的同时，使用更坚固的传动系来增加功率输入负载的能力。

5、(ii)通过对叶轮和叶轮壳体使用混流式几何结构来改进泵效率和输入流速。

6、(iii)在不改变锥齿轮的情况下改变叶轮驱动速度的能力。

7、(iv)简化的修整系统。

8、(v)提供改进的进入格栅清洁系统。