专利名称：喷水式自行船的制作方法
技术领域：
本发明所属技术领域为人力船舶。
现有的人力船舶，一般是靠摇大橹或荡双桨前进的，不但难于操作、易致疲劳，而且速度慢，不灵活。虽然也有踏动脚蹬，通过锥齿轮带动螺旋桨或叶轮转动的自行船，但是须用舵来转向，速度低，转向能力小。现有机动船舶的推进方式中，集推进与转向于一体的尾部挂机型只能用于小型快艇，具有转向功能的双机双桨型只适于大吨位的船舶。用得最多最广的是单螺旋桨推进、转向舵转向的“螺旋桨-转向舵”推进系统。即使是所谓船舶电力推进方式，以及德国贾斯特兰公司新近提出的电动螺旋桨的概念，都跳不出“螺旋桨+转向舵”的老框框。当今的船舶设计师，大都把心思用在如何设计出“最佳螺旋桨+最佳转向舵”的推进系统的问题上。
螺旋桨一般是悬臂梁，在快速旋转的过程中与复杂的水流相作用，必须引起振动和噪声，而且是不能从根本上消减的。伸出于船体之外的舵，不仅转向能力有限，而且增加了航行阻力。所有装备螺旋桨和转向舵的船舶，对海藻、破网、芦苇等水下软障碍都显得无可耐何，船内机组、设备的布置也受到限制。
本发明的目的，是研制出由独创的水泵和调节阀组成的船舶“泵-阀”喷水推进系统，开拓消减现代船舶的振动和噪声的新途径;采用双底流线型船体，制造出高性能的喷水式自行船。
本发明所提供的喷水式自行船，主要由船体、驾驶架、水泵、调节阀、吸水管、连接水管、喷水管等所构成。
玻璃钢船体包括一个平底船形的母体和两个封闭的潜艇形子体。母体安放在子体上面，子体对称地布置在母体下方的左右，成“品”字形。母体的底面与子体的顶面相贴合，使子体成封闭状态。每个子体的顶部开有一个大孔和两个小孔，供布置吸水管和前、后喷水管用，孔径略大于管的外径。每个子体的前端开有一大孔一小孔，大孔靠内侧，是吸水管的管口连接吸水罩的地方;小孔靠下，是前喷水管的管口。每个子体的后端也开有一小孔，靠下，是后喷水管的管口。水管穿过船体所产生的缝隙，用可靠的密封消除。
驾驶架布置在母体的舱内中后部(也可在中、前部)，用地脚螺丝固定在母体的底部地板上。驾驶架包括架体、龙头、鞍座、脚蹬、初级链轮、二级链轮、初级链条、二级链条等。架体有三条腿，前面两条，后面一条，腿上有地脚螺丝孔。架体前腿上方有装配龙头的前管、前腿前方有装配水泵的悬臂结构，两条前腿之间有装配调节阀的横梁。
水泵水平安装在架体前腿的悬臂结构上，包括泵壳、叶轮轴、泵密封圈、挡环、泵轴承座、7000型轴承、侧盖等，主要零件都以玻纤增强聚酯塑料注塑而成。泵壳呈圆筒形，内表面的尺寸公差、形状公差、表面粗糙度要求较高。泵壳侧面中部开有一个出水口，对侧两头对称地开有两个直径相同的吸水口。叶轮轴的中部有两个圆片夹着三条叶片，每条叶片分三段，中段是直的，正对着泵壳出水口，左段和右段相反的方向，相同的螺旋角形成螺旋，在任一横断面上，三条叶片均匀辐状布置。圆片垂直于轴中心线，和三条叶片都相连。圆片的外圆表面、三条叶片的外包络面和泵壳内表面之间，是间隙配合的配合面，尺寸公差、形位公差和表面粗糙度的要求均较高。叶轮轴的轴芯、三条叶片、两个圆片和泵壳，围成了三个相互隔开的空腔。叶轮轴有两个轴颈，配两个7000型轴承支承在轴承座上，轴承座用螺钉套装在泵壳外面，这样，叶轮轴成了一个双支梁。叶轮轴有两个轴伸，轴伸上装链传动的飞轮，以适应不同的动力输入(人力、机力)。叶轮轴的圆片外，有橡胶密封圈及压住密封圈的挡环，圆片本身也兼起密封的作用。所以水泵不泄漏。侧盖用螺钉固定在轴承座端面，起抵住轴承外圈及遮灰挡油的作用。当驱动叶轮快速旋转时，螺旋段叶片将不断地把从吸水口进入的流体强制压住出水口，使吸水口产生负压。水流被压往中段后，直段叶片将以离心力进一步对水流加速，故该水泵兼有螺杆泵和离心泵的双重优点，能自吸;扬程大，吸程也大，能输出高压高速的水流。两个吸水口不仅保证了流量的需要，还消除了叶轮轴的轴向窜动。
调节阀竖直安装在架体两条前腿之间的横梁上，包括阀壳、阀芯、阀座、阀轴承座、顶盖、转套、1000型轴承、托环、弹簧、阀芯方头、阀芯圆头、阀芯密封圈、压盖、转套密封圈、限位螺钉、遮灰环、推杆、拉丝及联接螺钉等，主要零件都以玻纤增强聚酯塑料注塑而成。阀壳呈圆筒形，内表面的尺寸公差、形状公差(圆柱度)和表面粗糙度要求较高。阀壳侧面中部开有一个入水口，其下方对称地开有前左喷水口、前右喷水口，再正下方有一个螺纹孔，装限位螺钉用的。前左、右喷水口的对侧稍下处，对应地开有后左、后右喷水口。入水口和螺纹孔的中心连线和阀壳中心轴线在同一平面内，前左、右喷水口和后左、右喷水口位于入水口和螺纹孔之间，且对于上述平面成面对称。入水口内圆下边沿到前左、右喷水口内圆上公切线的垂直距离，和前左、右喷水口中心线的公共面到后左、右喷水口中心线的公共面的距离相等。阀芯被套在阀壳内，其外圆表面与阀壳内圆成间隙配合。其几何形状是被局部切除了的圆柱体，侧面上部切去中心角为280°的扇形柱体，形成入水腔，扇形柱体正下方，切去中心角为100°的小扇形体，形成前喷水腔;前喷水腔对侧，切出同样大小的后喷水腔，前、后喷水腔之间被左、右两个唇部相隔。再把入水腔顶部以下、前后喷水腔底部以上的区域，切去一个以阀芯中心线为轴，半径小于阀芯的圆柱体，使入水腔和前后喷水腔相互沟通，形成一个空心腔。入水腔底线与喷水腔顶线的距离等于喷水腔的高度，都等于喷水口的内径。在前喷水腔的正下方，铣去一个对应中心角为100°，厚度较小，高度比喷水腔略大的环扇形柱体，形成一个环扇形槽。装在阀壳上的限位螺钉伸入槽中，限制阀芯相对于阀壳转动和移动的范围。阀芯上端有方头，下端有圆头，长度略大于阀芯允许的轴向行程。为了防止泄漏，阀芯上部、下部都装有“0”型橡胶密封圈-阀芯密封圈，并用压盖压住，压盖用螺钉固定在阀芯上。阀座套在阀壳的下部，用螺钉相联，其间夹有遮灰环。阀座上通过铰链装有推杆，推杆中间离铰链1/3的位置，安装有拉丝来拉动推杆。阀轴承座套在阀壳的上部，以螺钉相联，其间夹有托环，支承1000型轴承的外圈，还压住转套密封圈。1000型轴承安装在轴承座的中心孔中，其上有自带的中心孔的顶盖，与轴承座间用螺钉联接在一起，并伸向轴承座的中心孔中，起压住轴承外圈的作用。转套装在轴承内圈的孔中，上有短方头与龙头的下方套相配合，下有方孔套在阀芯的方头上，成间隙配合。转套的腰部有腰环，压住弹簧。弹簧压在阀芯上，使阀芯总趋向于下滑。
水泵与调节阀间用连接水管连通。吸水管上接水泵的吸水口，穿过船体的子体顶部，和子体内侧的吸水罩相连。吸水罩是个网状结构，起防止杂质进入的作用。喷水管上接调节阀的喷水口，穿过子体顶部，通子体下侧，并用小法兰盘固定在子体侧面。
上述结构的喷水式自行船，其工作原理为驾驶者坐在鞍座上，手扶龙头，象踩自行车一样踩脚蹬，通过二级链传动，初级链轮的回转运动经增速后，传递给装在水泵叶轮轴上的小飞轮，从而使水泵叶轮轴快速转动，将水流通过左、右吸水管自吸水罩不断吸入泵中，增加水流的压力和流速。高压高速水流自水泵的出水口经连接水管进入调节阀的入水口。用拉丝拉动推杆，可以控制阀芯的轴向位置，从而改变水流对前后的分配量;当阀芯处最低位置时，前喷水口被关闭，水流只能从后喷水口，通过后喷水管喷出;当拉丝拉动推杆上移到最高位置时，后喷水口被关闭，水流只能从前喷水口通过前喷水管喷出。龙头与调节阀转套相连，摆动龙头，就可以通过转套带动阀芯在100°的角度范围内转动，从而改变水流对左右喷水口的分配量。当龙头往左转，则阀芯左唇部封住左喷水口，水流向右喷水口喷出，龙头往右转，则阀芯右唇部封住右喷水口，水流向左喷水口喷出。这样，通过拉动拉丝和转动龙头，可以调节水流对前左、前右、后左、后右四个喷水口的喷水量，从而获得相应的反冲力，使自行船前进、变速、转向、制动和倒车。
本发明的优点是由于采用了“泵-阀”喷水推进系统，提高了效率和速度，操作灵活自如。双支梁的水泵与悬臂梁的螺旋桨相比，振动和噪声大大减小。主要零、部件用玻纤增强聚酯塑料注塑而成，能自润消、耐磨、耐腐，而且重量轻。以小巧的调节阀代替凸出的舵，使得双底流线型船体的外凸部分少，利于抗水下软障碍和提高航速。密封设置合理，无泄漏。
图1为喷水式自行船的主剖视图及其左视中1-船体，2-吸水管，3-水泵，4-调节阀，5-龙头，6-架体，7-鞍座，8-脚蹬，9-初级链轮，10-后喷水管，11-初级链条，12-二级链轮，13-前喷水管，14-连接水管，15-二级链轮，16-前喷水管管口，17-吸水罩。
图2为喷水式自行船的“泵-阀”喷水推进系统图3为水泵的主剖视图及其剖面中18-泵壳，19-叶轮轴，20-泵密封圈，21-挡环，22-泵轴承座，23-7000型轴承，24-泵侧盖。
图4为调节阀的主剖视图及其部分剖面中25-阀座，26-推杆，27-阀芯圆头，28-遮灰环，29-限位螺钉，30-阀芯密封圈，31-阀芯，32-阀壳，33-弹簧，34-阀芯方头，35-转套密封圈，36-托环，37-阀轴承座，38-顶盖，39-转套，40-1000型轴承，41-压盖，42-拉丝。
本发明的最佳实现方式是，除了轴承，螺钉等标准件外，零、部件采用玻纤增强的聚酯塑料注塑而成。其中，水泵叶轮轴采用“二次冷却法”注成，即先在注模中注出没有螺旋的带三条叶片的初胚;待其流动性刚好消失，可塑性仍然存在的时候，用特殊的夹具夹住两头并固定，再以宽度和水泵叶轮轴中间直段相同的中间夹具夹紧中间，相对两头转动180°，并让其完全凝固即可。
权利要求
1.喷水式自行船，由船体、驾驶架、水泵、调节阀、吸水管、连接水管和喷水管等组成，其特征在于采用了“泵-阀”喷水推进系统驱动水泵，对水流加压加速；操纵调节阀改变高压高速水流的流向和流量，水流向水下预定方向喷射，获得反冲力。
2.按权利要求1所述的喷水式自行船，其特征在于采用了“双底流线型”船体。
3.按权利要求1所述的喷水式自行船，其特征在于水泵的泵壳呈双吸口圆筒形结构，水泵叶轮轴中部是两个圆片夹着三条叶片，每条叶片分三段，中段是直的，正对泵壳出水口，左段左旋，右段右旋;在任一横断面上，三条叶片均匀辐状布置。
4.按权利要求1所述的喷水式自行船，其特征在于调节阀的阀壳呈圆筒形结构，侧面有一个入水口和四个喷水口;阀芯上部有一个入水腔对着入水口，中下部有相对的前喷水腔、后喷水腔，前、后喷水腔之间被左、右唇部相隔。
5.按权利要求1所述的喷水式自行船，其特征在于可用为喷气式自行船，吸水管改自空中吸气，向水下喷射高压高速气流获得反冲力。
6.按权利要求1所述的喷水式自行船，其特征在于水泵和驾驶架可以组成人力脚踏水泵。
7.按权利要求1所述的喷水式自行船，其特征在于水泵叶轮轴是用“二次冷却法”注塑而成的。
全文摘要
喷水式自行船是人力船舶，通过二级链传动，用脚蹬驱使水泵叶轮轴快速转动，对水流加压加速，龙头和拉丝控制的调节阀改变高压高速水流的流向和流量后，使水流在水下喷出，获得相应的反冲力，来控制船舶航行的速度和方向。该船采用“泵—阀”喷水推进系统，“双底流线型”船体，驾驶轻松，操纵灵活，航速快、抗水下软障碍。主要零、部件用玻纤增强聚酯塑料注塑而成，自润滑、重量轻、耐磨、耐腐。是现代理想的人力水上交通、运输工具。
文档编号B63H11/04GK1062875SQ9011022
公开日1992年7月22日 申请日期1990年12月25日 优先权日1990年12月25日
发明者伍刚 申请人:伍刚