一种船用电磁无轴缘轮喷水泵的制作方法

本发明涉及船舶推进泵技术领域，尤其涉及一种船用电磁无轴缘轮喷水泵。

背景技术：

随着船舶推进装置性能的要求越来越高，传统的轴式驱动器部件多，船舱占用空间大、能量损耗大、轴系振动和噪声控制困难。尤其是船艇、潜艇等紧凑型船舶，其船舱空间有限，同时要求机动性高、轴系稳定可靠等。而喷水泵具有回转半径小，船舶舱内噪声和振动低，以及结构简单等一系列优点。因此，喷水泵在潜艇、游艇等紧凑型船舶上得到了广泛应用。现有的喷水泵多采用泵轴驱动形式，泵轴在转动时，仍然不可避免的产生振动和噪音。同时，由于桨叶是固定在泵轴的轴毂上，轴毂的中心轴线与泵体中心轴线重合，一旦有异物被进入泵体，打弯桨叶或者泵轴，都会引起高速旋转的桨叶撞击泵体内腔，造成桨叶甚至船体的损坏，使得舰船完全丧失动力。

目前无轴缘轮螺旋桨装置还未应用到喷水泵上，对于已公开的一些无轴缘轮螺旋桨装置都是采用吊舱形式，悬挂在船舶尾部。公开号cn104326073a公开了一种船用永磁电机泵螺旋桨，这种推进装置将电机定子设置在圆柱形壳体内，螺旋桨桨叶与电机转子相连后安装在壳体中空部位，电机通电后带动桨叶旋转产生推力。该装置是安装在船尾，并没有与喷水泵相结合，未能充分利用喷水泵的优点。而传统喷水泵多采用泵轴驱动形式，公开号cn102285441a描述了喷水推进泵的一般结构：包括泵体，泵体由圆筒状中间段和分置于其两端的与其固接的喷口段和进流段组成，泵内内置与泵体同轴设置的泵轴，依靠泵轴转动带动叶轮旋转，起到抽吸、喷出流体作用，产生推力。cn203604267公开了一种喷绘推进泵，其转动叶轮固定在泵轴上，以叶轮为界将推进泵划分为联通泵体进水口的进水区和用于出水的出水区，进一步整合泵内流道，以达到优化泵内流场，提高推进效率的目的。但是其固有的泵轴决定了其泵内流场受到严重扰乱，推进效率难以得到大幅度提升，且水草等杂物容易缠绕甚至打坏泵轴及桨叶，安全性差。中国实用新型专利cn200992297y，提出了一种船舶喷水推进系统的杂物清除装置，使用可拆卸格栅来阻挡杂物，操作人员可以在船体内打开格栅。但是在航行中，尤其是螺旋桨还在运转的情况下，打开格栅是很危险的。而且一旦格栅部件出现掉落等意外，容易被吸进螺旋桨，并打坏螺旋桨，影响船舶安全。

上述公开专利针对喷水泵内部结构做了优化，却一直未从根本上解决水草缠绕、打坏泵轴、桨叶这几个根本问题。有专利公开了电磁无轴轮缘螺旋桨泵，但又由于防护、密封、结构强度等原因，一直未在喷水泵上得以应用。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中占用空间大、能量损耗大、轴系振动和噪声控制困难的缺陷，提供一种船用电磁无轴缘轮喷水泵。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种船用电磁无轴缘轮喷水泵，包括：喷水泵、定子部件、转子部件和轴承组件；其中，喷水泵包括壳体和设置在壳体两端的出水口和进水口；定子部件和转子部件设置在壳体上靠近出水口的位置；定子部件为环形结构，转子部件设置在定子部件的环内，定子部件和转子部件之间通过轴承组件相互连接；定子部件内部设置有电机线圈绕组，转子部件内部设置有转子环、永磁铁和桨叶；定子部件内部的电机线圈绕组通电后产生旋转磁场，永磁铁在旋转磁场的作用下带动转子环转动，桨叶与转子环相连转动并产生推力，推动船舶前进。

进一步地，本发明的定子部件包括定子铁芯环、电机线圈绕组、固定外板和定子不锈钢防护层；定子铁芯环的外壁固定在固定外板上，固定外板与船体固定连接；定子铁芯环内部设置有中空的腔室，电机线圈绕组设置在该腔室中；定子不锈钢保护层通过黏贴的方式固定设置在定子铁芯环的内壁上。

进一步地，本发明的转子部件包括转子环、永磁铁、转子环不锈钢保护层、桨叶板和桨叶；转子环的外壁内部设置有椭圆槽，永磁体设置在该椭圆槽内；转子环不锈钢保护层通过黏贴的方式固定设置在转子环的外壁上；桨叶的叶梢指向转子环的圆心方向，其叶根焊接在桨叶板上，每个桨叶板均通过多个螺栓与转子环的内壁固定连接。

进一步地，本发明的转子环不锈钢保护层和定子不锈钢保护层之间设置有间隙，通电后，定子部件和转子部件之间相互旋转，定子部件和转子部件之间在该间隙处形成动压水膜，动压水膜用于润滑定子部件和转子部件，且能冷却电机线圈绕组。

进一步地，本发明的定子部件和转子部件的两端分别设置有前盖板和后盖板。

进一步地，本发明的轴承组件包括后推力轴承、后压力承载件、前推力轴承和前压力承载件；后推力轴承通过螺栓与后盖板相连，前推力轴承通过螺栓与前盖板相连；后压力承载件和前压力承载件通过螺栓与转子环相连。

进一步地，本发明的壳体一端为水平设置，另一端弯曲设置；出水口设置在水平端，进水口设置在弯曲端，进水口的截面为矩形；进水口上设置有进口固定格栅。

进一步地，本发明的桨叶设置有4片，桨叶与转子环内壁连接部位设置有过度倒角，桨叶的剖面为翼型剖面。

本发明产生的有益效果是：本发明的船用电磁无轴缘轮喷水泵，首次在喷水泵上采用了无轴缘轮螺旋桨装置，用无轴缘轮螺旋桨取代了传统泵轴驱动形式，采用了桨叶可拆卸设计，并设计了详细的防护、密封等装置，在有效提高推进效率的同时，极大地降低了水草等杂物缠绕甚至打坏泵轴的几率，保证了舰船安全性；

1、现有喷水泵多采用泵轴驱动形式，桨叶固定在轴毂上。在浅水域或者杂物多的流域，水草等杂物容易进入喷水泵，缠绕在轴毂和桨叶上，影响推进效率。而本发明采用的无轴轮缘螺旋桨，不含轴系，大大减少了水草等杂物缠绕的可能性。

2、现有喷水泵多采用格栅来阻挡水草等杂物，操作复杂，其部件损坏掉落容易打伤螺旋桨和轴，一旦轴被打弯或者打断，或者高速旋转的桨叶撞击泵体内腔，到会造成船舶丧失驱动力。本发明采用的无轴轮缘螺旋桨，其桨叶分别固定在转子内壁。在遇到外来杂物打伤某个桨叶时，其他桨叶仍可进行工作，安全可靠。

3、现有喷水泵多采用泵轴驱动形式，桨叶固定在轴毂上。其在转动时由于轴系转速较高，振动和噪声严重，且轴毂的存在严重影响了喷水泵内部的流场，影响其推进效率。本发明采用采用的无轴轮缘螺旋桨，不含轴系，具有振动小，噪音低，推进效率高等特点。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的船用电磁无轴轮缘喷水泵安装图；

图2是本发明实施例的船用电磁无轴轮缘喷水泵径向剖面图；

图3是本发明实施例的螺旋桨桨叶图；

图中：1-喷水泵；11-喷水泵出水口；12-喷水泵进水口；13-喷水泵壳体；2-进水口格栅；3-定子部件；31-定子铁芯环；32-电机线圈绕组；33-固定外板；34-定子不锈钢防护层；4-转子部件；41-转子环；42-永磁体；43-转子不锈钢防护层；44-桨叶板；45-桨叶；5-轴承组件；51-后推力轴承；52-后压力承载件；53-前推力轴承；54-前压力承载件；6-前盖板；7-后盖板。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实施例的船用电磁无轴缘轮喷水泵，包括：喷水泵1、定子部件3、转子部件4和轴承组件5；其中，喷水泵1包括壳体13和设置在壳体13两端的出水口11和进水口12；定子部件3和转子部件4设置在壳体13上靠近出水口11的位置；定子部件3为环形结构，转子部件4设置在定子部件3的环内，定子部件3和转子部件4之间通过轴承组件5相互连接；定子部件3内部设置有电机线圈绕组32，转子部件4内部设置有转子环41、永磁铁42和桨叶45；定子部件3内部的电机线圈绕组32通电后产生旋转磁场，永磁铁42在旋转磁场的作用下带动转子环41转动，桨叶45与转子环41相连转动并产生推力，推动船舶前进。

定子部件3包括定子铁芯环31、电机线圈绕组32、固定外板33和定子不锈钢防护层34；定子铁芯环31的外壁固定在固定外板33上，固定外板33与船体固定连接；定子铁芯环31内部设置有中空的腔室，电机线圈绕组32设置在该腔室中；定子不锈钢保护层34通过黏贴的方式固定设置在定子铁芯环31的内壁上。

转子部件4包括转子环41、永磁铁42、转子环不锈钢保护层43、桨叶板44和桨叶45；转子环41的外壁内部设置有椭圆槽，永磁体42设置在该椭圆槽内；转子环不锈钢保护层43通过黏贴的方式固定设置在转子环41的外壁上；桨叶45的叶梢指向转子环41的圆心方向，其叶根焊接在桨叶板44上，每个桨叶板44均通过多个螺栓与转子环41的内壁固定连接。

转子环不锈钢保护层43和定子不锈钢保护层34之间设置有间隙，通电后，定子部件3和转子部件4之间相互旋转，定子部件3和转子部件4之间在该间隙处形成动压水膜，动压水膜用于润滑定子部件3和转子部件4，且能冷却电机线圈绕组32。

定子部件3和转子部件4的两端分别设置有前盖板6和后盖板7。

轴承组件5包括后推力轴承51、后压力承载件52、前推力轴承53和前压力承载件54；后推力轴承51通过螺栓与后盖板7相连，前推力轴承53通过螺栓与前盖板6相连；后压力承载件52和前压力承载件54通过螺栓与转子环41相连。

壳体13一端为水平设置，另一端弯曲设置；出水口11设置在水平端，进水口12设置在弯曲端，进水口11的截面为矩形；进水口11上设置有进口固定格栅2。

桨叶45设置有4片，桨叶45与转子环41内壁连接部位设置有过度倒角，桨叶45的剖面为naca翼型剖面。

在本发明的另一个具体实施例中：船用电磁无轴轮缘喷水泵，主要由喷水泵1、进口格栅2、定子部件3、转子部件4、轴承组件5、前盖板6、后盖板7组成。

喷水泵1包含出喷水泵出水口11、喷水泵进水口12、喷水泵壳体13，进水口格栅2固定在喷水泵进水口12处。

定子部件3包含定子铁芯环31、线圈绕组32、定子不锈钢防护层34，定子铁芯环通过固定外板33固定在船体上，线圈绕组32缠绕在定子铁芯环31上，定子铁芯环31内壁涂有定子不锈钢防护层34。

转子部件4包含转子环41、永磁体42、转子不锈钢防护层43、桨叶板44、桨叶45，永磁体42镶嵌在转子环41的凹槽内，桨叶45通过桨叶板44固定在转子环41内壁。转子环41外壁涂有转子不锈钢防护层43，与定子不锈钢防护层34相对，两者间含有一定间隙，方便水流润滑。

轴承组件5包含水润滑后推力轴承51、后压力承载件52、水润滑前推力轴承53、前压力承载件54，其中后压力承载件52和前压力承载件54主要起压力承载的作用，分别固定在定子环41两侧；水润滑后推力轴承51、水润滑前推力轴承53分别与压力承载件52、前压力承载件54相对，起到支撑转子部件和传递推力的作用。

工作时，定子上的线圈绕组32通电，产生旋转磁场，转子环41在磁场中受力旋转，带动桨叶45旋转，将水流从进水口吸入，出水口喷出形成压力差，推动船舶前进。同时水流被吸入水润滑后推力轴承51与水润滑前推力轴承51的间隙内以及定子不锈钢防护层34与转子不锈钢防护层43的间隙内，形成动压水膜，一方面可以起到润滑作用，不至于导致干摩擦，以保护定子部件3和转子部件4另一方面可以冷却电机。

转子部件包含转子环、永磁体和桨叶，转子环设置在喷水泵内腔，永磁体镶嵌在转子环的外壁的凹槽中，内壁上固定四片桨叶，桨叶叶梢向内部伸出，指向转子中心。其与转子内壁连接部位具有一定过度倒角。桨叶剖面为naca剖面，推力大，可反转；定子部件包含固定外板、定子环和线圈绕组，定子环设置在喷水泵泵外，通过固定外板固定在船体上，定子环上缠绕着线圈绕组。转子和定子不相连，中间具有一定间隙，转子内壁和与之相对的转子外壁均设有防护层。

轴承组件包括前轴承和后轴承，分别位于转子两侧，限定转子轴向位移并提供支撑作用。其特征在于：定子通电产生磁场，转子上的永磁体驱动转子转动，转子带动桨叶转动，将水流从喷水泵进口吸入，并从出口喷水，由此产生推力，推动船舶前进。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。