本發(fā)明涉及一種機(jī)械雙向輸水葉輪裝置，尤其是一種可在無(wú)液壓系統(tǒng)的前提下，通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)或電氣元件進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)高效率輸水的自調(diào)節(jié)雙向輸水葉輪裝置。

背景技術(shù)：

1、目前在船舶領(lǐng)域應(yīng)用的雙向輸水泵使用的葉輪為了兼顧雙向輸水要求，一般采用固定式的s形葉片。s形葉片的優(yōu)缺點(diǎn)都很明顯。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，較好的滿(mǎn)足了功能要求。缺點(diǎn)是水力設(shè)計(jì)不夠完善，效率很低，振動(dòng)噪聲也很大。s形葉片雙向輸水泵效率一般為35％～60％左右，而常規(guī)單向輸水的水泵效率可以達(dá)到70％～90％左右。鑒于此，發(fā)明一種較高效率的自調(diào)節(jié)雙向輸水葉輪裝置，是船舶領(lǐng)域亟需解決的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。

2、最基礎(chǔ)的想法是采用可調(diào)節(jié)的葉片，葉片安放角實(shí)現(xiàn)180°調(diào)節(jié)，使進(jìn)出口邊與葉輪輪轂的相對(duì)位置得到調(diào)換，通過(guò)電動(dòng)機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)高效率的雙向輸水?？烧{(diào)節(jié)的葉片在大型的輸水工程中經(jīng)常應(yīng)用。這種調(diào)節(jié)方式需要配置一套復(fù)雜的液壓驅(qū)動(dòng)裝置或電液驅(qū)動(dòng)裝置以及自動(dòng)控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，占地空間大，葉片安放角調(diào)節(jié)范圍一般小于10°，不適應(yīng)船舶雙向調(diào)水的使用要求。

3、綜上所述，需要設(shè)計(jì)一種機(jī)械自調(diào)節(jié)雙向輸水葉輪裝置，無(wú)需外部液壓系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)葉片安放角180°調(diào)節(jié)，水力輸送效率高，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，適應(yīng)船舶應(yīng)用環(huán)境。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明是要提供一種機(jī)械自調(diào)節(jié)雙向輸水葉輪裝置，無(wú)需外部液壓系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)葉片安放角180°調(diào)節(jié)，水力輸送效率高，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，適應(yīng)船舶應(yīng)用環(huán)境。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種自調(diào)節(jié)雙向輸水葉輪裝置，包括主動(dòng)傘齒輪、葉片傘齒輪、從動(dòng)傘齒輪、限位塊、離合機(jī)構(gòu)，主動(dòng)傘齒輪、從動(dòng)傘齒輪成對(duì)使用，安裝在輪轂的軸上，并對(duì)稱(chēng)布置在葉片傘齒輪兩側(cè)，用于抵消嚙合的軸向力；葉片傘齒輪通過(guò)葉片軸連接葉片，電動(dòng)機(jī)通過(guò)軸連接主動(dòng)傘齒輪和輪轂，主動(dòng)傘齒輪、從動(dòng)傘齒輪分別嚙合連接葉片傘齒輪；導(dǎo)葉體與輪轂之間設(shè)有用于主動(dòng)傘齒輪啟停的離合機(jī)構(gòu)，從動(dòng)傘齒輪和輪轂上分別設(shè)有相互適配的限位塊；在輪轂、軸、離合機(jī)構(gòu)、主動(dòng)傘齒輪、葉片傘齒輪、從動(dòng)傘齒輪以及限位塊的共同作用下，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)時(shí)，能實(shí)現(xiàn)葉片安放角度180°自動(dòng)調(diào)節(jié)，使水泵實(shí)現(xiàn)雙向高效率輸水；同時(shí)，根據(jù)不同功能要求，葉片安放角度能實(shí)現(xiàn)0°～360°自由調(diào)節(jié)。

3、進(jìn)一步，離合機(jī)構(gòu)采用摩擦盤(pán)機(jī)構(gòu)或非接觸式機(jī)構(gòu)。

4、進(jìn)一步，摩擦盤(pán)機(jī)構(gòu)包括摩擦盤(pán)、飛錘、彈簧，摩擦盤(pán)設(shè)置在導(dǎo)葉體中，飛錘通過(guò)銷(xiāo)軸安裝在主動(dòng)傘齒輪上，飛錘與主動(dòng)傘齒輪之間連接有彈簧。

5、進(jìn)一步，靜止?fàn)顟B(tài)下，飛錘的端部齒通過(guò)彈簧的拉力作用與摩擦盤(pán)的齒相嚙合，飛錘的中部齒與輪轂的齒相脫開(kāi)；主動(dòng)傘齒輪被飛錘嚙合固定在摩擦盤(pán)上，由摩擦盤(pán)提供足夠的摩擦力。

6、進(jìn)一步，在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，飛錘通過(guò)離心力作用使自身的端部齒與摩擦盤(pán)的齒脫開(kāi)、使自身的中部齒與葉輪輪轂上的齒相嚙合。

7、進(jìn)一步，當(dāng)電機(jī)正向旋轉(zhuǎn)時(shí)，電動(dòng)機(jī)將帶動(dòng)軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，軸將帶動(dòng)輪轂進(jìn)行同步旋轉(zhuǎn)，輪轂將帶動(dòng)葉片產(chǎn)生圓周旋轉(zhuǎn)；主動(dòng)傘齒輪將帶動(dòng)葉片傘齒輪旋轉(zhuǎn)，葉片傘齒輪通過(guò)鍵傳動(dòng)，帶動(dòng)葉片在輪轂上發(fā)生相對(duì)旋轉(zhuǎn)，最終實(shí)現(xiàn)葉片在輪轂上的旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)。

8、進(jìn)一步，當(dāng)葉片旋轉(zhuǎn)到合適角度后，從動(dòng)傘齒輪上的限位塊與輪轂上的限位塊接觸，接觸后從動(dòng)傘齒輪與輪轂停止相對(duì)旋轉(zhuǎn)，在從動(dòng)傘齒輪的約束下，葉片傘齒輪將與輪轂、主動(dòng)傘齒輪相對(duì)靜止，并同步作高速圓周旋轉(zhuǎn)，同時(shí)帶動(dòng)摩擦盤(pán)和飛錘高速旋轉(zhuǎn)；在離心力作用下，飛錘的端部齒與摩擦盤(pán)的齒脫開(kāi)，摩擦盤(pán)停止旋轉(zhuǎn)，飛錘的中部齒與輪轂的齒相嚙合，飛錘的中部齒與從動(dòng)傘齒輪的限位塊共同作用實(shí)現(xiàn)的葉輪調(diào)節(jié)完成后的最終定位，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)方的流體輸送。

9、進(jìn)一步，非接觸式機(jī)構(gòu)包括做功線圈、永磁體，變頻器，做功線圈安裝在導(dǎo)葉體中，并與變頻器相連接，永磁體固定連接在主動(dòng)傘齒輪上。

10、進(jìn)一步，在電機(jī)啟動(dòng)前，變頻器輸出一個(gè)閉合的開(kāi)關(guān)量信號(hào)，使做功線圈在外部形成閉合回路或串入適配的電阻，獲得電磁力使永磁體處于靜止?fàn)顟B(tài)，從而主動(dòng)傘齒輪處于靜止?fàn)顟B(tài)；電動(dòng)機(jī)正向旋轉(zhuǎn)時(shí)，變頻器輸出閉合的開(kāi)關(guān)量信號(hào)變?yōu)殚_(kāi)路，整個(gè)裝置隨軸旋轉(zhuǎn)，完成葉片調(diào)節(jié)。電動(dòng)機(jī)反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，調(diào)節(jié)原理相同。

11、進(jìn)一步，輪轂外部輪廓為球形，泵體內(nèi)輪廓為球形，并且兩球形同心，葉片軸心線過(guò)球形球心點(diǎn)；葉片軸所用的軸承由徑向?qū)лS承和推力軸承組成，能保證葉片繞軸自由旋轉(zhuǎn)；葉片傘齒輪與葉片軸之間、主動(dòng)傘齒輪與軸之間以及從動(dòng)傘齒輪與軸之間分別設(shè)有滑動(dòng)軸承。

12、本發(fā)明的有益效果是：

13、本發(fā)明的自調(diào)節(jié)雙向輸水葉輪裝置，在輪轂、軸、摩擦盤(pán)、飛錘、彈簧、主動(dòng)傘齒輪、葉片傘齒輪、從動(dòng)傘齒輪的共同作用下，在電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)時(shí)，葉片安放角180°自動(dòng)調(diào)節(jié)，水泵可實(shí)現(xiàn)雙向高效率輸水。

14、同時(shí)，本發(fā)明采用一種自調(diào)節(jié)雙向輸水葉輪裝置的變體結(jié)構(gòu)，摩擦盤(pán)由做功線圈和永磁體替代，可實(shí)現(xiàn)非接觸式調(diào)節(jié)。

15、綜上，本發(fā)明的機(jī)械自調(diào)節(jié)雙向輸水葉輪裝置，無(wú)需外部液壓系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)葉片安放角180°調(diào)節(jié)，水力輸送效率高，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，適應(yīng)船舶應(yīng)用環(huán)境。

技術(shù)特征：

1.一種自調(diào)節(jié)雙向輸水葉輪裝置，其特征在于：包括主動(dòng)傘齒輪、葉片傘齒輪、從動(dòng)傘齒輪、限位塊、離合機(jī)構(gòu)，主動(dòng)傘齒輪、從動(dòng)傘齒輪成對(duì)使用，安裝在輪轂的軸上，并對(duì)稱(chēng)布置在葉片傘齒輪兩側(cè)，用于抵消嚙合的軸向力；葉片傘齒輪通過(guò)葉片軸連接葉片，電動(dòng)機(jī)通過(guò)軸連接主動(dòng)傘齒輪和輪轂，主動(dòng)傘齒輪、從動(dòng)傘齒輪分別嚙合連接葉片傘齒輪；導(dǎo)葉體與輪轂之間設(shè)有用于主動(dòng)傘齒輪啟停的離合機(jī)構(gòu)，從動(dòng)傘齒輪和輪轂上分別設(shè)有相互適配的限位塊；在輪轂、軸、離合機(jī)構(gòu)、主動(dòng)傘齒輪、葉片傘齒輪、從動(dòng)傘齒輪以及限位塊的共同作用下，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)時(shí)，能實(shí)現(xiàn)葉片安放角度180°自動(dòng)調(diào)節(jié)，使水泵實(shí)現(xiàn)雙向高效率輸水；同時(shí)，根據(jù)不同功能要求，葉片安放角度能實(shí)現(xiàn)0°～360°自由調(diào)節(jié)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自調(diào)節(jié)雙向輸水葉輪裝置，其特征在于：離合機(jī)構(gòu)采用摩擦盤(pán)機(jī)構(gòu)或非接觸式機(jī)構(gòu)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自調(diào)節(jié)雙向輸水葉輪裝置，其特征在于：摩擦盤(pán)機(jī)構(gòu)包括摩擦盤(pán)、飛錘、彈簧，摩擦盤(pán)設(shè)置在導(dǎo)葉體中，飛錘通過(guò)銷(xiāo)軸安裝在主動(dòng)傘齒輪上，飛錘與主動(dòng)傘齒輪之間連接有彈簧。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自調(diào)節(jié)雙向輸水葉輪裝置，其特征在于：靜止?fàn)顟B(tài)下，飛錘的端部齒通過(guò)彈簧的拉力作用與摩擦盤(pán)的齒相嚙合，飛錘的中部齒與輪轂的齒相脫開(kāi)；主動(dòng)傘齒輪被飛錘嚙合固定在摩擦盤(pán)上，由摩擦盤(pán)提供足夠的摩擦力。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自調(diào)節(jié)雙向輸水葉輪裝置，其特征在于：在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，飛錘通過(guò)離心力作用使自身的端部齒與摩擦盤(pán)的齒脫開(kāi)、使自身的中部齒與葉輪輪轂上的齒相嚙合。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自調(diào)節(jié)雙向輸水葉輪裝置，其特征在于：當(dāng)電機(jī)正向旋轉(zhuǎn)時(shí)，電動(dòng)機(jī)將帶動(dòng)軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，軸將帶動(dòng)輪轂進(jìn)行同步旋轉(zhuǎn)，輪轂將帶動(dòng)葉片產(chǎn)生圓周旋轉(zhuǎn)；主動(dòng)傘齒輪將帶動(dòng)葉片傘齒輪旋轉(zhuǎn)，葉片傘齒輪通過(guò)鍵傳動(dòng)，帶動(dòng)葉片在輪轂上發(fā)生相對(duì)旋轉(zhuǎn)，最終實(shí)現(xiàn)葉片在輪轂上的旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的自調(diào)節(jié)雙向輸水葉輪裝置，其特征在于：當(dāng)葉片旋轉(zhuǎn)到一定角度后，從動(dòng)傘齒輪上的限位塊與輪轂上的限位塊接觸，接觸后從動(dòng)傘齒輪與輪轂停止相對(duì)旋轉(zhuǎn)，在從動(dòng)傘齒輪的約束下，葉片傘齒輪將與輪轂、主動(dòng)傘齒輪相對(duì)靜止，并同步作高速圓周旋轉(zhuǎn)，同時(shí)帶動(dòng)摩擦盤(pán)和飛錘高速旋轉(zhuǎn)；在離心力作用下，飛錘的端部齒與摩擦盤(pán)的齒脫開(kāi)，摩擦盤(pán)停止旋轉(zhuǎn)，飛錘的中部齒與輪轂的齒相嚙合，飛錘的中部齒與從動(dòng)傘齒輪的限位塊共同作用實(shí)現(xiàn)的葉輪調(diào)節(jié)完成后的最終定位，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)方的流體輸送。

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自調(diào)節(jié)雙向輸水葉輪裝置，其特征在于：非接觸式機(jī)構(gòu)包括做功線圈、永磁體，變頻器，做功線圈安裝在導(dǎo)葉體中，并與變頻器相連接，永磁體固定連接在主動(dòng)傘齒輪上。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的自調(diào)節(jié)雙向輸水葉輪裝置，其特征在于：在電機(jī)啟動(dòng)前，變頻器輸出一個(gè)閉合的開(kāi)關(guān)量信號(hào)，使做功線圈在外部形成閉合回路或串入適配的電阻，獲得電磁力使永磁體處于靜止?fàn)顟B(tài)，從而主動(dòng)傘齒輪處于靜止?fàn)顟B(tài)；電動(dòng)機(jī)正向旋轉(zhuǎn)時(shí)，變頻器輸出閉合的開(kāi)關(guān)量信號(hào)變?yōu)殚_(kāi)路，整個(gè)裝置隨軸旋轉(zhuǎn)，完成葉片調(diào)節(jié)。電動(dòng)機(jī)反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，調(diào)節(jié)原理相同。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自調(diào)節(jié)雙向輸水葉輪裝置，其特征在于：輪轂外部輪廓為球形，泵體內(nèi)輪廓為球形，并且兩球形同心，葉片軸心線過(guò)球形球心點(diǎn)；葉片軸所用的軸承由徑向?qū)лS承和推力軸承組成，能保證葉片繞軸自由旋轉(zhuǎn)；葉片傘齒輪與葉片軸之間、主動(dòng)傘齒輪與軸之間以及從動(dòng)傘齒輪與軸之間分別設(shè)有滑動(dòng)軸承。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種自調(diào)節(jié)雙向輸水葉輪裝置，包括主動(dòng)傘齒輪、葉片傘齒輪、從動(dòng)傘齒輪、離合機(jī)構(gòu)，主動(dòng)傘齒輪、從動(dòng)傘齒輪成對(duì)使用，安裝在輪轂的軸上，并對(duì)稱(chēng)布置在葉片傘齒輪兩側(cè)；葉片傘齒輪通過(guò)葉片軸連接葉片，電動(dòng)機(jī)通過(guò)軸連接主動(dòng)傘齒輪和輪轂，主動(dòng)傘齒輪、從動(dòng)傘齒輪分別嚙合連接葉片傘齒輪；導(dǎo)葉體與輪轂之間設(shè)有用于主動(dòng)傘齒輪啟停的離合機(jī)構(gòu)，從動(dòng)傘齒輪和輪轂上分別設(shè)有相互適配的限位塊；在輪轂、軸、離合機(jī)構(gòu)、主動(dòng)傘齒輪、葉片傘齒輪、從動(dòng)傘齒輪以及限位塊的共同作用下，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)時(shí)，能實(shí)現(xiàn)葉片安放角度180°自動(dòng)調(diào)節(jié)，使水泵實(shí)現(xiàn)雙向高效率輸水；同時(shí)，根據(jù)不同功能要求，葉片安放角度能實(shí)現(xiàn)0°～360°自由調(diào)節(jié)。

技術(shù)研發(fā)人員：李長(zhǎng)江,龔衛(wèi)鋒,張文斌,張揚(yáng),張志剛
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)船舶集團(tuán)有限公司第七〇四研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23