[发明专利]船用高效轴流螺杆组合泵

说明书

一、技术领域

本发明涉及提供一种船用高效轴流螺杆优化组合泵的构造，用于现代高速船泵喷水推进器，也可以单独螺杆泵或单独轴流泵使用。本容积泵也可压缩空气，形成气垫船的气垫。

二、背景技术

2.1、本人巳申请有发明名称为“卧式双圆弧齿轮泵用于高速船”，专利申请号为2009101732167。这是根据与美国某船用高速动力系统技术驻华公司，反复技术交流后的创新设计，业巳获好评。而美方更提供诸多现在国际上广泛采用轴流泵的资料及最新高速、高效螺旋桨的照片，希望我能在轴流泵方面也有所创新，这是真诚合作开发的共同愿望。

2.2、本人巳申请有发明名称为“浮动啮合双螺杆粉丝食品挤压机”，专利申请号200510133961.0，因为这是螺杆泵，是容积泵，具有高效率、高压的优点，巳被生产实践所证实。资料表明，螺杆泵可制成300立方米/时，压力高达200大气压，个别水泵转数高者可达10000转/分。鉴于本人对螺杆泵的设计经验，自然想将它引入本创新的设计中。

2.3、本人根据美国方面提供船用轴流泵的资料，进行深入分析，认为从轴流泵的原理上看出：与离心泵比较轴流泵有较高的效率，更紧凑，但只能产生较小的压力，“因为这里几何没有辐向的流体流动，并且，离心力是位在垂直于表面的平面上的，流体就是沿着这些表面流动的，所以离心力不做功”(引自《泵与通风机》李有章译第16页)。因为，认识这一点极其重要，只有从泵的工作原理上去了解轴流泵的缺陷，才奠定本创新的价值。现在全世界都热衷于在高速船上，使用轴流泵为高速船的泵喷水推进器，其实缺陷很大。只是因为其优点也不少：“同一输水量时其形状较离心泵要小得很多”；构造简单；轮叶的间隙大，对含杂物的海水，无阻塞之虞。

轴流泵又名“螺桨式水泵，是水泵的动叶轮与船舶的螺旋桨相似，液体在叶道中沿着泵轴而流动”，由于轴流水泵中翼栅的每个翼形与飞机的机翼相似，而栅距相当大，所以应用机翼的理论亦可求得动轮传给水的能量。因此轴流式水泵的理论应由动量矩理论及机翼理论两方面综合加以讨论。将螺旋桨的轮叶，切出“基元轮翼”，可根据动量矩理论，求出相关方程，进行夭量分析与计算，求出基元轮翼对水流产生的举力及阻力分夭量。其实基元轮翼的形状，在理论设计的的基础上，离不开实物的试制与反复的试验！

2.4“不要以为我们用了几百年的螺旋桨巳经很完美了。其实效能非常低，比如我们平时乘船，在船尾看到螺旋桨搅动的水花大量翻腾，用空气动力学的术语这就是乱流。尤其在高速的时候，螺旋桨简直成了卡住船舶往前的阻力。”这是美国方面的电子邮件，进一步说“在叶轮设计上能有自己的想法，吸收各家之长，然后有自己的特点。”多么诚恳的相互启发，共同突破难题！

2.5本人在“卧式双圆弧齿轮泵用于高速船”的专利申请“说明书”的“背景技术”中，也巳谈及螺旋桨的缺陷与轴流泵的缺点。今略加修改引述于下：

2.5.1美国“海狼”级核潜艇泵推进器，“转速在130转/分左右”，并采用七叶侧斜螺旋桨，以提高效率，降低涡流的噪声(美方还提供照片)。整体结构还可通过相关图片上看到，是七叶桨外，增设用于屏蔽噪音的巨大环状导管，有前置定子。它属轴流泵，有导管、定子、转子，结构十分庞大，“其重量更是传统螺旋桨的2至3倍，对船体配平、船尾结构和推进器轴系振动等，都带来较大的影响”。而本泵可盼在3000至4000转/分下工作。即本泵转速可比现高速船用的轴流泵高，这就是本人醉心想通过合作，苦苦去追求用本泵，去取代传统的螺旋桨以及轴流泵等国外船用泵的原因。

2.5.2进一步分析，船用螺旋桨通常的转速，只能在300转/分以下，转速高了就会产生空泡现象。如要提高它的转速，其功率将按三次方函数剧增，以公式表示：N₁/N_O＝(n₁/n_o)³。例如，螺旋桨的转速从n_o＝130转/分，提高3倍至n₁＝390转/分，其功率从N_O要增至N₁27倍之多，这是铁律！这也是为什么船用螺旋桨推进，要配强大功率的原因。凡按离心力作用的离心泵、直升机螺旋桨，其功率与转速之间，都是遵照此三次方函数关系剧增，而本轴流螺杆泵，以螺杆泵增压是容积泵，不受此规律约束，当流量、压力增大，其功率只是按正比例增大，可达到大幅的节能，当在各船上都广泛应用，以本泵取代传统的螺旋桨，其节能意义将极其巨大！