一种同轴轮缘推进装置

1.本发明属于水下航行器设备领域，涉及一种轮缘推进装置，具体涉及一种同轴轮缘推进装置。


背景技术：

2.轮缘推进装置也称为无轴推进装置，用于水面航行器或水下航行器的水下动力驱动，与传统的螺旋桨推进装置不同，不使用轴传递扭矩，电动机产生的扭矩传递给喷水轮缘叶片泵的轮缘部，带动轮缘叶片泵旋转，具有体积小和重量轻等特点，喷水出口流动特性佳，特别适用于需要小推力的水面航行器或水下航行器，是目前世界上有关领域内的研发新热点。
3.目前一体化结构的无毂式轮缘推进装置将电机的转子与叶片设计为一体，不可拆卸，如电机转子与叶片发生故障，则需要重新更换整个转子与叶片部分。这使得轮缘推进装置的维修不便，使推进装置的可靠性降低。同时，现有技术的轮缘推进装置采用水润滑轴承进行密封，通过轴承间及定转子间的气隙通道形成水路，从而使用水来保证水润滑轴承的润滑以及对电机的冷却，但是敞开的水路通道也带来了一定的隐患。该密封方式受环境介质影响较大，异物将通过水通道进入轮缘推进装置内部，使得推进装置运转时摩擦力增加，影响推进装置的性能及效率。


技术实现要素：

4.为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种同轴轮缘推进装置，以解决推进装置拆装不便以及密封不可靠的技术难题。
5.为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
6.本发明公开的一种同轴轮缘推进装置，包括电动机、轴套法兰、轮缘叶片泵、轴套、轴套内挡环、四个轴承外挡环、两个对称布置的轴承一和轴承二以及由半外壳一和半外壳二连接形成的环形壳体；
7.电动机的电动机转子与轮缘叶片泵同轴布置，轮缘叶片泵由键与环形的轴套连接，与轴套的环形内凸肩接触定位，轴套内挡环由键与轴套连接，轴套内挡环将轮缘叶片泵挡在轴套的环形内腔中，轴套法兰用于将轴套内挡环和轮缘叶片泵挡在轴套内；轴套由轴套键一和轴套键二与电动机转子连接；轴套与轴承一的内环体和轴承二的内环体连接，轴承一与轴套上的环形外凸肩接触定位，轴承一的外环体和轴承二的外环体固定在半外壳一和半外壳二的轴承座上；四个轴承外挡环包括轴套外挡环一、轴套外挡环二、轴套外挡环三和轴套外挡环四，四个轴承外挡环由轴套键一和轴套键二与轴套连接，轴套外挡环一和轴套外挡环二在轴承一的内环体和电动机转子之间接触定位，轴套外挡环三和轴套外挡环四在轴承二的内环体和电动机转子之间接触定位；在半外壳一和半外壳二上分别连接有外壳法兰一和外壳法兰二；电动机的电动机定子与连接的半外壳一和半外壳二连接。
8.优选地，外壳法兰一将轴承一的外环体接触固定在连接的半外壳一和半外壳二的
轴承座上，外壳法兰二将轴承二的外环体接触固定在连接的半外壳一和半外壳二的轴承座上；
9.外壳法兰一和外壳法兰二分别与连接的半外壳一和半外壳二之间设有密封结构，外壳法兰一和外壳法兰二分别与轴套之间设有密封结构。
10.优选地，轴套外挡环一与轴承一的内环体之间设有密封结构，轴套外挡环三与轴承二的内环体之间设有密封结构，轴套外挡环一和轴套外挡环三分别与连接的半外壳一和半外壳二之间设有密封结构，外壳法兰一与轴承一的内环体之间设有密封结构，外壳法兰二与轴承二的内环体之间设有密封结构。
11.优选地，外壳法兰一与连接的半外壳一和半外壳二之间设有o形密封圈二，外壳法兰二与连接的半外壳一和半外壳二之间设有o形密封圈一，外壳法兰一与轴套之间设有o形密封圈四和o形密封圈五，外壳法兰二与轴套之间设有o 形密封圈六和o形密封圈七；
12.轴套外挡环一与轴承一的内环体之间设有o形密封圈三，轴套外挡环一与连接的半外壳一和半外壳二之间设有迷宫密封，外壳法兰一与轴承一的内环体之间设有迷宫密封，轴套外挡环三与轴承二的内环体之间设有o形密封圈八，轴套外挡环三与连接的半外壳一和半外壳二之间设有迷宫密封，外壳法兰二与轴承二的内环体之间设有迷宫密封。
13.优选地，轮缘叶片泵与轴套连接用的键与轮缘叶片泵为分体加工，轮缘叶片泵上加工有相应的键槽。
14.优选地，轴套内挡环与轴套连接用的键与轴套内挡环为分体加工，轴套内挡环上加工有相应的键槽。
15.优选地，轴套与轴套键一和轴套键二为一体加工。
16.优选地，轴套外挡环一与轴套外挡环二为一体加工，轴套外挡环三与轴套外挡环四为一体加工。
17.优选地，电动机定子与连接的半外壳一和半外壳二之间由键连接。
18.优选地，电动机定子与连接的半外壳一和半外壳二之间连接用的键与电动机定子分体加工，电动机定子上加工有相应的键槽。
19.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
20.本发明公开的同轴轮缘推进装置，实现了轮缘推进装置的集成化，轮缘推进泵与电动机转子同轴布置，均与中间的轴套相连。轮缘叶片泵通过轴套、轴套内挡环、轴套法兰固定在环形内腔中；电动机转子通过轴套键与轴套连接。推进装置在保证密封的同时实现了电机转子与轮缘叶片泵的可拆卸化。当发生故障时，可直接对轮缘推进装置其中一部件实现更换，维修成本低。轮缘推进装置设有密封结构，保证推进装置的整体密封，阻止海水及异物进入，降低了各部件之间的摩擦，确保了推进装置结构的可靠性。当电机转子旋转时，轴套与外壳法兰形成动密封结构，轴套外挡环与轴承内环体之间设置o形密封圈，减小了旋转时的摩擦力；外壳法兰与轴承内环体之间设有迷宫密封，轴套外挡环与半外壳之间设有迷宫密封，使得海水不会流入电机内部，同时密封结构阻止海水中异物的进入，保证了推进装置运行时的寿命及可靠性。
附图说明
21.图1为工质从图面左侧流向图面右侧，同轴轮缘推进装置侧视图。
22.图2为顺工质流向，同轴轮缘推进装置前视外形图。
23.图3为图1中同轴轮缘推进装置俯视外形图。
24.图4为图1中同轴轮缘推进装置后视外形图。
25.图5为图2中b-b旋转剖视图。
26.图6为图2中c-c剖视图。
27.图7为图3中d-d旋转剖视图
28.图中：1-支撑一，2-支撑二，3-支撑三，4-支撑四，5-半外壳一，6-半外壳二，7-外壳法兰一，8-轴套法兰，9-轮缘叶片泵，10-外壳法兰二，11-轴承一， 12-轴套，13-轴套内挡环，14-轴套外挡环一，15-轴套法兰垫片，16-轴套外挡环二，17-轴套外挡环三，18-轴套外挡环四，19-轴承二，20-o形密封圈一，21-o 形密封圈二，22-o形密封圈三，23-o形密封圈四，24-o形密封圈五，25-o形密封圈六，26-o形密封圈七，27-o形密封圈八，28-电动机定子，29-电动机转子，30-轴套键一，31-轴套键二，65-螺栓六十五，66-弹簧垫圈六十六，67-平垫圈六十七，68-螺栓六十八，69-弹簧垫圈六十九，70-平垫圈七十，71-螺栓七十一，72-弹簧垫圈七十二，73-平垫圈七十三，74-螺栓七十四，75-弹簧垫圈七十五，76-平垫圈七十六，77-螺栓七十七，78-弹簧垫圈七十八，79-平垫圈七十九， 80-螺栓八十，81-弹簧垫圈八十一，82-平垫圈八十二，83-螺栓八十三，84-弹簧垫圈八十四，85-平垫圈八十五，86-螺栓八十六，87-弹簧垫圈八十七，88-平垫圈八十八，92-螺栓九十二，93-弹簧垫圈九十三，94-平垫圈九十四，95-螺栓九十五，96-弹簧垫圈九十六，97-平垫圈九十七，98-螺栓九十八，99-弹簧垫圈九十九，100-平垫圈一百，101-螺栓一百零一，102-弹簧垫圈一百零二，103-平垫圈一百零三，104-螺栓一百零四，105-弹簧垫圈一百零五，106-平垫圈一百零六，107-螺栓一百零七，108-弹簧垫圈一百零八，109-平垫圈一百零九，110-螺栓一百一十，111-弹簧垫圈一百一十一，112-平垫圈一百一十二，113-螺栓一百一十三，114-弹簧垫圈一百一十四，115-平垫圈一百一十五，116-螺栓一百一十六， 117-弹簧垫圈一百一十七，118-平垫圈一百一十八，119-螺栓一百一十九，120
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弹簧垫圈一百二十，121-平垫圈一百二十一，122-螺栓一百二十二，123-弹簧垫圈一百二十三，124-平垫圈一百二十四，125-螺栓一百二十五，126-弹簧垫圈一百二十六，127-平垫圈一百二十七，128-螺栓一百二十八，129-弹簧垫圈一百二十九，130-平垫圈一百三十，131-平垫圈一百三十一，132-螺母一百三十二，133
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螺栓一百三十三，134-弹簧垫圈一百三十四，135-平垫圈一百三十五，136-平垫圈一百三十六，137-螺母一百三十七，138-螺栓一百三十八，139-弹簧垫圈一百三十九，140-平垫圈一百四十，141-平垫圈一百四十一，142-螺母一百四十二， 143-螺栓一百四十三，144-弹簧垫圈一百四十四，145-平垫圈一百四十五，146
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平垫圈一百四十六，147-螺母一百四十七，148-螺栓一百四十八，149-弹簧垫圈一百四十九，150-平垫圈一百五十，151-平垫圈一百五十一，152-螺母一百五十二，153-螺栓一百五十三，154-弹簧垫圈一百五十四，155-平垫圈一百五十五， 156-平垫圈一百五十六，157-螺母一百五十七。
具体实施方式
29.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人
员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
30.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
31.下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
32.实施例1
33.一种同轴轮缘推进装置，包括电动机、轴套法兰8、轮缘叶片泵9、轴套12、轴套内挡环13、四个轴承外挡环、两个对称布置的轴承一11和轴承二19以及由半外壳一5和半外壳二6连接形成的环形壳体；
34.电动机的电动机转子29与轮缘叶片泵9同轴布置，轮缘叶片泵9由键与环形的轴套12连接，与轴套12的环形内凸肩接触定位，轴套内挡环13由键与轴套12连接，轴套内挡环13将轮缘叶片泵9挡在轴套12的环形内腔中，轴套法兰8用于将轴套内挡环13和轮缘叶片泵9挡在轴套12内；轴套12由轴套键一30和轴套键二31与电动机转子29连接；轴套12与轴承一11的内环体和轴承二19的内环体连接，轴承一1与轴套12上的环形外凸肩接触定位，轴承一11的外环体和轴承二19的外环体固定在半外壳一5和半外壳二6的轴承座上；四个轴承外挡环包括轴套外挡环一14、轴套外挡环二16、轴套外挡环三 17和轴套外挡环四18，四个轴承外挡环由轴套键一30和轴套键二31与轴套 12连接，轴套外挡环一14和轴套外挡环二16在轴承一11的内环体和电动机转子29之间接触定位，轴套外挡环三17和轴套外挡环四18在轴承二19的内环体和电动机转子29之间接触定位；在半外壳一5和半外壳二6上分别连接有外壳法兰一7和外壳法兰二10；电动机的电动机定子28与连接的半外壳一 5和半外壳二6连接。
35.顺着工质的流向，本发明中同轴轮缘推进装置的前视外形图如图2所示，图3为图1中同轴轮缘推进装置俯视外形图，图4为图1中同轴轮缘推进装置后视外形图，图5为图2中b-b旋转剖视图，图6为图2中c-c剖视图，图7 为图3中d-d旋转剖视图。
36.三相交流异步电动机的电动机转子29与不锈钢制轮缘叶片泵9同轴布置，轮缘叶片泵9由与其一体的对称键与环形的不锈钢制轴套12连接，与轴套12 的环形内凸肩接触定位，不锈钢制轴套内挡环13由与其一体的对称键与轴套 12连接，轴套12加工有内环对称键槽，轴套内挡环13将轮缘叶片泵9挡在轴套12的环形内腔中，不锈钢制轴套法兰8由不锈钢制紧固件螺栓一百一十六 116、弹簧垫圈一百一十七117、平垫圈一百一十八118、螺栓一百一十九119、弹簧垫圈一百二十120、平垫圈一百二十一121、螺栓一百二十二122、弹簧垫圈一百二十三123、平垫圈一百二十四124、螺栓一百二十五125、弹簧垫圈一百二十六126和平垫圈一百二十七127并橡胶制轴套法兰垫片15将轴套内挡环13和轮缘叶片泵9挡在轴套12内，轴套12环后端面上加工有相应的螺纹孔；轴套12由不锈钢制轴套键一30和不锈钢制轴套键二31与电动机转子29 连接，轴套12加工有外环对称键槽，外环对称键槽与内环对称键
槽垂直布置；轴套12与轴承一11的内环体过盈配合固定连接，轴承一11与轴套12上的环形外凸肩接触定位，轴套12的另一端与轴承二19的内环体过盈配合固定连接，轴承一11和轴承二19为不锈钢制深沟球轴承，轴承一11的外环体和轴承二 19的外环体连接在连接的不锈钢制半外壳一5和不锈钢制半外壳二6的轴承座上；不锈钢制轴套外挡环一14和工程塑料制轴套外挡环二16皆加工有对称键槽，由轴套键一30和轴套键二31与轴套12连接，与轴承一11的内环体和电动机转子29接触定位；不锈钢制紧固件螺栓九十二92、弹簧垫圈九十三93、平垫圈九十四94、螺栓九十五95、弹簧垫圈九十六96、平垫圈九十七97、螺栓九十八98、弹簧垫圈九十九99、平垫圈一百100、螺栓一百零一101、弹簧垫圈一百零二102、平垫圈一百零三103、螺栓一百零四104、弹簧垫圈一百零五105、平垫圈一百零六106、螺栓一百零七107、弹簧垫圈一百零八108、平垫圈一百零九109、螺栓一百一十110、弹簧垫圈一百一十一111、平垫圈一百一十二112、螺栓一百一十三113、弹簧垫圈一百一十四114和平垫圈一百一十五115将不锈钢制外壳法兰一7固定在连接的半外壳一5和半外壳二6上，不锈钢制紧固件螺栓六十五65、弹簧垫圈六十六66、平垫圈六十七67、螺栓六十八68、弹簧垫圈六十九69、平垫圈七十70、螺栓七十一71、弹簧垫圈七十二72、平垫圈七十三73、螺栓七十四74、弹簧垫圈七十五75、平垫圈七十六 76、螺栓七十七77、弹簧垫圈七十八78、平垫圈七十九79、螺栓八十80、弹簧垫圈八十一81、平垫圈八十二82、螺栓八十三83、弹簧垫圈八十四84、平垫圈八十五85、螺栓八十六86、弹簧垫圈八十七87和平垫圈八十八88将不锈钢制外壳法兰二10固定在连接的半外壳一5和半外壳二6上；半外壳一5和半外壳二6由不锈钢制紧固件螺栓一百二十八128，弹簧垫圈一百二十九129，平垫圈一百三十130，平垫圈一百三十一131，螺母一百三十二132，螺栓一百三十三133，弹簧垫圈一百三十四134，平垫圈一百三十五135，平垫圈一百三十六136，螺母一百三十七137，螺栓一百三十八(138)，弹簧垫圈一百三十九 139，平垫圈一百四十140，平垫圈一百四十一141，螺母一百四十二142，螺栓一百四十三143，弹簧垫圈一百四十四144，平垫圈一百四十五145，平垫圈一百四十六146，螺母一百四十七147，螺栓一百四十八148，弹簧垫圈一百四十九149，平垫圈一百五十150，平垫圈一百五十一151，螺母一百五十二152，螺栓一百五十三153，弹簧垫圈一百五十四154，平垫圈一百五十五155，平垫圈一百五十六156，螺母一百五十七157连接形成环形外壳体，半外壳一5和半外壳二6上皆加工有具有相应通孔的连接法兰体；三相交流异步电动机的电动机定子28由与其一体的对称键与连接的半外壳一5和半外壳二6连接，连接的半外壳一5和半外壳二6上加工有相应对称键槽；外壳法兰一7的凸出环体和外壳法兰二10的凸出环体分别将轴承一11的外环体和轴承二19的外环体压紧固定在连接的半外壳一5和半外壳二6的轴承座上，外壳法兰一7和外壳法兰二10分别被压紧固定在连接的半外壳一5和半外壳二6的相应端面上，半外壳一5和半外壳二6上加工有相应螺纹孔；轴套外挡环一14与轴承一11 的内环体之间设有橡胶制o形密封圈三22，轴套外挡环一14与连接的半外壳一5和半外壳二6之间设有迷宫密封；轴套外挡环三17与轴承二19的内环体之间设有橡胶制o形密封圈八27，轴套外挡环三17与连接的半外壳一5和半外壳二6之间设有迷宫密封；外壳法兰一7与连接的半外壳一5和半外壳6之间设有o形密封圈二21,外壳法兰二10与连接的半外壳一5和半外壳6之间设有橡胶制o形密封圈一20；外壳法兰一7与轴套12之间设有动密封，橡胶制 o形密封圈四23和橡胶制o形密封圈五24；外壳法兰二10与轴套12之间设有动密封，橡胶制o形密封圈六25和橡胶制o形密封圈七26；外壳法兰一7 和外壳法兰二10分别与轴承一11的内环体和轴承二
19的内环体之间设有迷宫密封；不锈钢制支撑一1和不锈钢制支撑二2对称焊接在半外壳二6的圆形外表面上，不锈钢制支撑三3和不锈钢制支撑四4对称焊接在半外壳一5的圆形外表面上，支撑一1、支撑二2、支撑三3和支撑四4的四个圆形通孔的轴线皆与半外壳一5和半外壳二6的连接面垂直；半外壳一5与半外壳二6的连接处外表面涂抹防水密封胶。
37.本发明的同轴轮缘推进装置，工作过程如下：
38.轮缘推进装置工作时，与半外壳一5和半外壳二6连接的电动机定子28通入正弦交流电后会产生旋转磁场，电动机转子29在旋转磁场下受力开始旋转。电动机转子29与轴套外挡环一14、轴套外挡环二16、轴套外挡环三17、轴套外挡环四18通过轴套键一30、轴套键二31连接在一起共同旋转。同轴的轴套12、轮缘叶片泵9、轴套内挡环13和轴套法兰8形成水工质流道，轴套内挡环 13和轴套法兰8将轮缘叶片泵固定在轴套内。轮缘叶片泵9通过键被电动机转子29带动旋转做功，从而为推进装置提供推力。该推力由轴套12的环形内凸肩传递给轴套12，由轴套12的环形外凸肩再传递给轴承一11和轴承二19的内环体，再传递给轴承一11和轴承二19的外环体，最终传递给同轴轮缘推进装置的半外壳一5和半外壳二6，提供机体所需要的推力。
39.当轮缘叶片泵9旋转做功时，轴套12与外壳法兰一7、外壳法兰二10间通过两层o形密封圈进行动密封。当轮缘叶片泵9旋转时，推进装置将与外部的海水将形成压力差，海水将通过o形密封圈五24和o形密封圈六25与轴套 12之间的通道进入，形成一层水膜，起到润滑的作用；同时流体每经过一层密封圈，就产生一次节流，保证推进装置的密封。外壳法兰一7与外壳法兰二10 与轴承一11和轴承二19的内环体之间设有迷宫密封结构。外壳法兰一7与外壳法兰二10上分别开有锯齿形的小室，齿与齿之间形成一系列截流间隙与膨胀空腔，从而实现轴承处密封，确保只会有少量海水会经过小室流入轴承一11和轴承二19。轴承依靠自带的润滑油进行润滑。轴承一11和轴套外挡环一14，轴承二19与轴套外挡环三17之间均存在o形密封圈，用于减小轴套外挡环与轴承之间摩擦。轴套外挡环三17与轴套外挡环一14分别于与连接的半外壳一 5和半外壳二6之间设有迷宫密封，海水经过锯齿形小室的一系列截流间隙与膨胀空腔，最终不会有海水流入电机部分，确保了电机运行时安全可靠。电动机定子28与电动机转子29依靠外壳周围不断冲刷的海水进行冷却。
40.以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。