专利名称：泵或涡轮,包括这种泵或涡轮的传动装置和舷外马达的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种泵或涡轮，它包括外壳、转子、进口和出口通道，其中，外壳具有至少一个内腔，该转子可旋转地安装在内腔内的轴上，进口至少在轴的位置处与内腔连通，出口通道至少在转子的周缘与内腔连通。
例如，这种以Nikola Tesla命名的泵可从美国专利1,061,142中获知。所述文献公开了这样一种设备，能量可以通过它、即所谓的Tesla泵供给流体，或从那里(涡轮)回收能量。US1,061,142的附图展示的实施例包括一个蜗形壳(在图中用8表示)，在此蜗形壳中有许多平的盘1用键固定到轴2上。当轴旋转时，由于流体与盘之间的粘性和附着性，盘之间的流体沿轴向被抽出，并且沿切线方向和半径方向(即沿着螺旋形路径)朝向远离轴的方向被加速，此后流体通过出口11流出蜗形壳。
US4,218,176公开了一种Tesla泵，它有一个出口，为了提高效率，出口至少包括至少一个“空速管式流程”，在实施例中以两个L形管展示，它的横截面积不超过外壳侧壁和所述流程高度之间的周缘带面积的大约60％。
US3,107,848描述了Tesla泵在推进船只方面的用途。
本发明的目的在于改善第一段涉及的泵和涡轮。
为了实现这个目标，本发明所述的泵和涡轮的特征在于至少有一个旁通道，该旁通道的第一端通向此泵的出口通道，第二端形成进口。
旁通道可以有益地用在许多方面。已经发现，使用相同尺寸的泵，使用旁通道可以大大提高泵的推进力。除此以外，旁通道还可用于泵送那些易遭损坏的材料，如其中有活鱼的水或可能对泵有损坏或磨损的材料，如含沙的泥浆。
优选的是，至少在出口通道位置上，旁通道的横截面积等于或小于由内腔的内壁和与转子周缘横切(即沿轴向)的虚线局部确定的面积。因而，来自内腔的流量足以确保通过旁通道的基本流量。
而且，转子优选包括两个或多个平行的或近似平行的盘，这些盘安装在轴上，且具有布置在所述轴周围的一个或多个孔。这种泵具有高的效率，并且允许相对大的流量通过内腔，因而与其它的离心泵相比，允许大的流量通过旁通道。除此以外，气蚀不会发生在这些泵中，至少在相同程度上不会发生，所以获得高速度是可能的。在2.5-15cm之间的直径相对较小的泵的转速分别超过每分钟100,000和25,000转。
如果前言段所述的泵或相似构造的涡轮包括内腔，该内腔的周缘75％以上是圆柱状的，且内腔直接与环境相通，即没有使用空速管或类似的东西，那么泵或涡轮的生产将会大大地简化。所以，围绕转子周缘的那部分泵壳可以包括一段管子。
优选地，泵或涡轮的外壳在出口或进口处具有插入件，通过该插入件来确定外壳和转子在所述出口或进口处的间距。使用所述插入件可以使外壳适应转子的半径和/或位置。如果希望用一个偏离中心的转子，例如为了使已知的螺旋形内腔尽可能地接近圆柱状内腔，可以选择在内腔中插得更深的插入件，这点将在下文中详细阐述。
此外，本发明还涉及一种用于船舶的传动装置，如舷外马达，其安装有上面所述的泵。在相同尺寸的条件下，与美国专利3,017,848展示和所述的传动装置相比，这种传动装置能提供更大的推动力。
传动装置可以形成为模件，所述模件构造成可以取代船舶的舷外马达的螺旋桨。为此，在螺旋桨移走后，该模件优选包括轴，此轴与模件取代的那种舷外马达的螺旋桨的驱动轴相连接。而且，还优选提供有可以将模件连接到所述舷外马达的下部的装置。为了阻止模件绕舷外马达的转向轴线发生运动，通过模件出口通道的虚拟轴线优选与转向轴线交叉，或模件优选包括至少两个出口通道，两个出口通道在所述转向轴线的任一侧，且等距隔开。
很明显从上面可以看出，本发明所述的泵也适合和气体一起使用。在本发明的框架内，不难理解术语“泵”也包括压缩机。
下面将参考附图更详细地解释本发明，附图简要地展示了本发明的不同实施例。
图1A和1B分别是本发明的泵的第一实施例的横切面视图和纵切面视图。
图1C展示了本发明的泵的另一实施例。
图2和3展示了本发明的泵的另外两个实施例。
图4A和4B分别是本发明的泵的第二实施例的横切面视图和纵切面视图。
图5A和5B分别是本发明所述的舷外马达的侧视图和剖视图。
图6A-6D分别展示了本发明所述的安装有模件的舷外马达的后视图和安装所述模件的三个步骤。
相同的标记表示相同的零件和功能相同或基本相同的零件。
图1A和1B分别是本发明的泵1的横切面视图和纵切面视图。所述泵1包括外壳3，该外壳由3部分组成，即前板3、中间板4和后板5，这三块板例如由钢或塑料制成，通过螺栓(未示出)压合在一起。中间板4具有圆柱形凹槽，它与前板3、后板5一起确定内腔6。后板5包括一个轴承壳7，具有键槽9的复合轴8通过两个轴承10、如双密封的球轴承可旋转地安装在轴承壳7中，所述轴8可以通过键槽9与传动装置(如电动机)相连。轴承10夹持在两个内螺环11之间，其中的内环11由环形垫圈12密封。
安装在轴8的中心部分13上的是转子14，在这个例子中，它由3个例如由钢、不锈钢或塑料(如聚氯乙烯或聚碳酸酯)制成的平的、盘15组成。盘15由环形隔板16相互隔开，并用夹片17将它们压在内环11上，夹片17用螺栓18安装在轴8的中心部分13上。盘15和内腔6一起形成所谓的Tesla泵。关于Tesla泵的具体设计和操作，可以参考美国专利1,061,142。盘的表面积和/或数量越大，所述泵的传输和推进力就越大。
前板3包括与夹片17相配合的圆孔，它与夹片17一起形成一个环形的轴向进口19。正如图1B所示，盘15具有许多孔20，例如8个孔，在假想的圆(用虚线表示)上它们的中心均匀地隔开，且与轴8同心，它们的直径与环状进口19的宽度大致相等。而且，楔形插入件21安装在外壳2上，此插入件与前板3、中间板4和后板5一起形成出口通道22。
本发明的泵具有一个大体上切向的旁通道23，该旁通道的第一端通向泵1的出口通道22，第二端形成进口24。旁通道23在中间板4形成，与内腔6有相同的宽度A。为了确保来自内腔的流动足够强以产生通过旁通道23的大流量，所述通道23的高度B在出口通道22处的等于或小于与转子14周缘横切的虚线和内腔6内壁之间的距离C，在出口通道22处也类似。
图1C显示了本发明的包括二个出口通道22的泵，每个出口通道具有一个旁通道23，在这个实施例中，它们的位置彼此点对称。使用多个出口通道可缩短流体通过内腔的距离，提高泵的效率。出口通道22的流出口相互连接形成一个共同的出口。这可以以总管(未示出)来完成，例如，总管由许多管子组成，管子的数量与出口通道的数量相对应，每根管都与出口通道相连，而且每根管都相互倾斜，可能相互缠绕成一根圈状，这些管子在公共点处或接近公共点时终止或者通向一根共同的管子，如与泵的轴8成一直线的管子。除了别的以外，这种结构能够阻止或至少能降低这种情况发生的程度。
在图1A和1B的具体实例中，内腔6的周缘大约80％以上是圆柱形的，即它不是螺旋状的，例如，这与美国专利1,061,142所述泵的情况相似，这可大大简化泵的制造。如图2所述的Tesla泵，转子14与圆柱状内腔6同心固定，插入件21的顶部或顶角相对较尖。所以，使用图2所述的泵通常可获得更高的流出速度，而图3所述的泵能有较高的压力或较大的扬程。
图4A和4B分别是本发明的泵1的另一优选实施例的横切面视图和纵切面视图，该泵包括两个内腔6A、6B和两个转子14A、14B。内腔6A、6B与共同的出口通道22相通，此出口通道与单独的旁通道23对齐。泵1与共同的传动装置相连，在这个实例中，该传动装置例如通过两个齿轮25A和25B与其中一个轴8A相啮合，并与另一个轴8B相连接，这样转子14A和14B可以在相反的方向上被驱动。
也是在这个实施例中，旁通道23的横截面积(A×2B)至少在出口通道22上优选等于或小于由内腔6A、6B的相应内壁和与每个转子14A、14B的周缘横切的虚线局部确定的总面积(A×2C)。
上述的旁通道有很多优点。已经发现，对相同尺寸的泵，使用旁通道可以大大提高泵的推进力。例如，这使得泵很适合推进船只。
除此以外，旁通道还可以用于泵送易于损坏的材料(如要运到水坝对面的活鱼)或者可能对泵有损坏或磨损的材料(如含沙泥浆，例如清淤)。在后两个实例中，必须使用大尺寸的泵，例如内腔直径3m的泵。
图5A-6D展示了船舶的传动装置的两个例子。
图5A和5B分别是商用的舷外马达26的侧视图和剖视图，其中螺旋桨、螺旋桨外壳和减速装置已经换成本发明所述的模件27，其中减速装置可将螺旋桨速度减到发动机速度的一半。所述模件27包括二个水平的、使用中的泵壳28A、28B，其中一个外壳位于另一个上面。每个泵壳都由具有内腔6的相对较厚的板4和两个盖在厚板4上面和下面的相对较薄的板3、5限定而成。泵壳28A、28B由进口外壳或进口板29相互隔开。所述板29包括半圆形凹槽30，此凹槽充当模件27的进口，此凹槽前面有一个筛子31，可阻止太大的颗粒进入模件27。半圆凹槽30经由薄板3上邻近进口外壳29的孔与泵壳28A、28B内的内腔6相连通。而且，每个泵壳28A、28B都包括一个出口通道22，此出口通道通向出口，出口的轴线32与发动机26的转向轴线S交叉。既然本发明泵对气蚀相对不敏感，因此可以去掉最初的舷外马达的减速装置，这样转子14的速度对应于发动机速度。
图6A-6D分别显示了安装有本发明所述的模件的舷外马达的后视图和仅将商用的舷外马达26的螺旋桨换成本发明所述的模件27的三个步骤。在这个实施例中，模件27包括2个垂直的、使用中的泵壳28A、28B，这两个泵壳彼此相邻，每个泵壳都由具有内腔6的相对较厚的板4和盖在厚板4两侧的两块相对较薄的板3、5限定而成。泵壳28A、28B由开口的进口外壳29相互隔开，进口和泵壳28A、28B的轴8的两端在此进口外壳29处终止。所述的每一端都具有伞齿轮33。出口通道22位于发动机26的转向轴线S的任意一侧且与该轴线等距隔开。
图6A-6C连续显示了如何从舷外马达26的驱动轴34上取下螺旋桨以及如何将适配器35安装到所述轴上。所述适配器35在远离舷外马达26的一端具有伞齿轮36。所述伞齿轮36的齿数是前述齿轮33齿数的两倍。这样可获得一个可抵消舷外马达26上的减速装置的减速的传动装置。伞齿轮33、36可适合任何一个期望的传动比，当然，此传动比在很多情况下取决于舷外马达的类型和模件中转子上的盘的数量和尺寸。为了给前述的模件空出空间，一部分图5A-6D所述的舷外马达的冷却水抽吸管需移走。以这种方式处理，在使用时可将所述管子的流入口设置在水面下。
当然，本发明并不局限在上述的实施例中，它可在权利要求书限定的发明范围内做一些变动。因此，旁通道可三维地扩展，这样其进口就与泵的轴向进口相符。
权利要求
1.一种泵(1)或涡轮，包括外壳(2)、转子(14)、进口(19)和出口通道(22)，其中外壳(2)具有至少一个内腔(6)，转子(14)可旋转地安装在内腔(6)内的轴(8)上，进口(19)至少在轴(8)的位置处与内腔(6)连通，出口通道(22)至少在转子(14)的周缘与内腔(6)连通，其特征在于至少有一个旁通道(23)，该旁通道的第一端通向泵(1)的出口通道(22)，其第二端形成进口(24)。
2.如权利要求1所述的泵(1)或涡轮，其特征在于所述旁通道的横截面积(A×B)至少在出口通道(22)的位置处等于或小于由内腔(6)的内壁和横向于转子的周缘的虚线局部限定的面积(A×C)。
3.如权利要求1或2所述的泵(1)或涡轮，其特征在于转子(14)包括两个或多个平行的或近似平行的盘(15)，该盘安装在轴(8)上，且具有布置在所述轴(8)周围的孔(20)。
4.如前述的权利要求中任一项所述的泵(1)或涡轮，其特征在于包括二个内腔(6A、6B)，转子(14A、14B)可旋转地安装在每一个内腔内，且该二个内腔与共同的出口通道(22)连通。
5.如权利要求4所述的泵(1)或涡轮，其特征在于其与单独的传动装置(25)连接，所述转子(14A、14B)通过该传动装置可以在相反的方向上被驱动。
6.如权利要求4或5所述的泵(1)或涡轮，其特征在于一单独的旁通道(23)通向出口通道(22)，该旁通道(23)的横截面积(2A×B)至少在出口通道(22)处等于或小于由相应的内腔(6A、6B)的内壁和横向于每个转子(14A、14B)的周缘的虚线局部限定的面积(A×2C)。
7.如前述的权利要求中任一项所述的泵，其特征在于包括两个或多个出口通道(22)，每个出口通道都具有一旁通道(23)。
8.如权利要求7所述的泵，其特征在于包括一根具有多根管子的总管，这些管子的数量对应于出口通道的数量，并且每根管子都与出口通道(22)相连。
9.如权利要求7所述的泵，其特征在于所述管子相互倾斜，优选相互盘绕成圈状，这些管子终止于公共点处或公共点附近处或通向共同的管子。
10.如权利要求1的前叙部分所述的泵(1)或涡轮，其特征在于内腔(6)的周缘的75％以上是圆柱形的，且直接与环境连通。
11.如权利要求10所述的泵(1)或涡轮，其特征在于外壳在出口通道(22)或进口处具有插入件(21)，通过该插入件来确定外壳(2)和转子在所述出口(22)或进口处的间距。
12.一种用于船舶的传动装置，比如舷外马达(26)，其安装有前述权利要求中任一项所述的泵。
13.一种舷外马达(26)或模件(27)，其构造成可以取代舷外马达的螺旋桨，该发动机(26)或模件(27)安装有包括外壳(28)、转子、进口(19)和出口通道(22)的泵，其中外壳(28)具有至少一个内腔(6)，转子可旋转地安装在内腔(6)内的轴(8)上，进口(19)至少在轴(8)的位置处与内腔(6)连通，出口通道(22)至少在转子(14)的周缘处与内腔(6)连通。
14.如权利要求13所述的舷外马达或模件，其特征在于转子(14)包括两个或多个平行的或近似平行的的盘(15)，该盘安装在轴(8)上，且具有布置在所述轴(8)周围的孔(20)。
15.如权利要求13或14所述的舷外马达(26)或模件(27)，其特征在于所述泵包括至少一个旁通道，该旁通道的第一端通向泵(1)的出口通道(22)，其第二端形成一进口。
全文摘要
本发明涉及一种泵或涡轮，它包括外壳、转子、进口和出口通道，其中外壳具有至少一个内腔，转子可旋转地安装在内腔内的轴上，进口至少在轴的位置处与内腔相通，出口通道至少在转子周缘与内腔相通。而且，此泵或涡轮还包括至少一个旁通道，该旁通道的第一端通向此泵的出口通道，第二端形成进口。例如，旁通道可用于提高推进力或用于泵送泥浆。
文档编号F04D5/00GK1754045SQ200480005346
公开日2006年3月29日 申请日期2004年2月25日 优先权日2003年2月26日
发明者T·W·尼布, J·H·斯克勒德 申请人:泰德里斯解决方案有限公司