專利名稱：泵或渦輪,包括這種泵或渦輪的傳動裝置和舷外馬達(dá)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種泵或渦輪，它包括外殼、轉(zhuǎn)子、進(jìn)口和出口通道，其中，外殼具有至少一個(gè)內(nèi)腔，該轉(zhuǎn)子可旋轉(zhuǎn)地安裝在內(nèi)腔內(nèi)的軸上，進(jìn)口至少在軸的位置處與內(nèi)腔連通，出口通道至少在轉(zhuǎn)子的周緣與內(nèi)腔連通。
例如，這種以Nikola Tesla命名的泵可從美國專利1,061,142中獲知。所述文獻(xiàn)公開了這樣一種設(shè)備，能量可以通過它、即所謂的Tesla泵供給流體，或從那里(渦輪)回收能量。US1,061,142的附圖展示的實(shí)施例包括一個(gè)蝸形殼(在圖中用8表示)，在此蝸形殼中有許多平的盤1用鍵固定到軸2上。當(dāng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于流體與盤之間的粘性和附著性，盤之間的流體沿軸向被抽出，并且沿切線方向和半徑方向(即沿著螺旋形路徑)朝向遠(yuǎn)離軸的方向被加速，此后流體通過出口11流出蝸形殼。
US4,218,176公開了一種Tesla泵，它有一個(gè)出口，為了提高效率，出口至少包括至少一個(gè)“空速管式流程”，在實(shí)施例中以兩個(gè)L形管展示，它的橫截面積不超過外殼側(cè)壁和所述流程高度之間的周緣帶面積的大約60％。
US3,107,848描述了Tesla泵在推進(jìn)船只方面的用途。
本發(fā)明的目的在于改善第一段涉及的泵和渦輪。
為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，本發(fā)明所述的泵和渦輪的特征在于至少有一個(gè)旁通道，該旁通道的第一端通向此泵的出口通道，第二端形成進(jìn)口。
旁通道可以有益地用在許多方面。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，使用相同尺寸的泵，使用旁通道可以大大提高泵的推進(jìn)力。除此以外，旁通道還可用于泵送那些易遭損壞的材料，如其中有活魚的水或可能對泵有損壞或磨損的材料，如含沙的泥漿。
優(yōu)選的是，至少在出口通道位置上，旁通道的橫截面積等于或小于由內(nèi)腔的內(nèi)壁和與轉(zhuǎn)子周緣橫切(即沿軸向)的虛線局部確定的面積。因而，來自內(nèi)腔的流量足以確保通過旁通道的基本流量。
而且，轉(zhuǎn)子優(yōu)選包括兩個(gè)或多個(gè)平行的或近似平行的盤，這些盤安裝在軸上，且具有布置在所述軸周圍的一個(gè)或多個(gè)孔。這種泵具有高的效率，并且允許相對大的流量通過內(nèi)腔，因而與其它的離心泵相比，允許大的流量通過旁通道。除此以外，氣蝕不會發(fā)生在這些泵中，至少在相同程度上不會發(fā)生，所以獲得高速度是可能的。在2.5-15cm之間的直徑相對較小的泵的轉(zhuǎn)速分別超過每分鐘100,000和25,000轉(zhuǎn)。
如果前言段所述的泵或相似構(gòu)造的渦輪包括內(nèi)腔，該內(nèi)腔的周緣75％以上是圓柱狀的，且內(nèi)腔直接與環(huán)境相通，即沒有使用空速管或類似的東西，那么泵或渦輪的生產(chǎn)將會大大地簡化。所以，圍繞轉(zhuǎn)子周緣的那部分泵殼可以包括一段管子。
優(yōu)選地，泵或渦輪的外殼在出口或進(jìn)口處具有插入件，通過該插入件來確定外殼和轉(zhuǎn)子在所述出口或進(jìn)口處的間距。使用所述插入件可以使外殼適應(yīng)轉(zhuǎn)子的半徑和/或位置。如果希望用一個(gè)偏離中心的轉(zhuǎn)子，例如為了使已知的螺旋形內(nèi)腔盡可能地接近圓柱狀內(nèi)腔，可以選擇在內(nèi)腔中插得更深的插入件，這點(diǎn)將在下文中詳細(xì)闡述。
此外，本發(fā)明還涉及一種用于船舶的傳動裝置，如舷外馬達(dá)，其安裝有上面所述的泵。在相同尺寸的條件下，與美國專利3,017,848展示和所述的傳動裝置相比，這種傳動裝置能提供更大的推動力。
傳動裝置可以形成為模件，所述模件構(gòu)造成可以取代船舶的舷外馬達(dá)的螺旋槳。為此，在螺旋槳移走后，該模件優(yōu)選包括軸，此軸與模件取代的那種舷外馬達(dá)的螺旋槳的驅(qū)動軸相連接。而且，還優(yōu)選提供有可以將模件連接到所述舷外馬達(dá)的下部的裝置。為了阻止模件繞舷外馬達(dá)的轉(zhuǎn)向軸線發(fā)生運(yùn)動，通過模件出口通道的虛擬軸線優(yōu)選與轉(zhuǎn)向軸線交叉，或模件優(yōu)選包括至少兩個(gè)出口通道，兩個(gè)出口通道在所述轉(zhuǎn)向軸線的任一側(cè)，且等距隔開。
很明顯從上面可以看出，本發(fā)明所述的泵也適合和氣體一起使用。在本發(fā)明的框架內(nèi)，不難理解術(shù)語“泵”也包括壓縮機(jī)。
下面將參考附圖更詳細(xì)地解釋本發(fā)明，附圖簡要地展示了本發(fā)明的不同實(shí)施例。


圖1A和1B分別是本發(fā)明的泵的第一實(shí)施例的橫切面視圖和縱切面視圖。
圖1C展示了本發(fā)明的泵的另一實(shí)施例。
圖2和3展示了本發(fā)明的泵的另外兩個(gè)實(shí)施例。
圖4A和4B分別是本發(fā)明的泵的第二實(shí)施例的橫切面視圖和縱切面視圖。
圖5A和5B分別是本發(fā)明所述的舷外馬達(dá)的側(cè)視圖和剖視圖。
圖6A-6D分別展示了本發(fā)明所述的安裝有模件的舷外馬達(dá)的后視圖和安裝所述模件的三個(gè)步驟。
相同的標(biāo)記表示相同的零件和功能相同或基本相同的零件。
圖1A和1B分別是本發(fā)明的泵1的橫切面視圖和縱切面視圖。所述泵1包括外殼3，該外殼由3部分組成，即前板3、中間板4和后板5，這三塊板例如由鋼或塑料制成，通過螺栓(未示出)壓合在一起。中間板4具有圓柱形凹槽，它與前板3、后板5一起確定內(nèi)腔6。后板5包括一個(gè)軸承殼7，具有鍵槽9的復(fù)合軸8通過兩個(gè)軸承10、如雙密封的球軸承可旋轉(zhuǎn)地安裝在軸承殼7中，所述軸8可以通過鍵槽9與傳動裝置(如電動機(jī))相連。軸承10夾持在兩個(gè)內(nèi)螺環(huán)11之間，其中的內(nèi)環(huán)11由環(huán)形墊圈12密封。
安裝在軸8的中心部分13上的是轉(zhuǎn)子14，在這個(gè)例子中，它由3個(gè)例如由鋼、不銹鋼或塑料(如聚氯乙烯或聚碳酸酯)制成的平的、盤15組成。盤15由環(huán)形隔板16相互隔開，并用夾片17將它們壓在內(nèi)環(huán)11上，夾片17用螺栓18安裝在軸8的中心部分13上。盤15和內(nèi)腔6一起形成所謂的Tesla泵。關(guān)于Tesla泵的具體設(shè)計(jì)和操作，可以參考美國專利1,061,142。盤的表面積和/或數(shù)量越大，所述泵的傳輸和推進(jìn)力就越大。
前板3包括與夾片17相配合的圓孔，它與夾片17一起形成一個(gè)環(huán)形的軸向進(jìn)口19。正如圖1B所示，盤15具有許多孔20，例如8個(gè)孔，在假想的圓(用虛線表示)上它們的中心均勻地隔開，且與軸8同心，它們的直徑與環(huán)狀進(jìn)口19的寬度大致相等。而且，楔形插入件21安裝在外殼2上，此插入件與前板3、中間板4和后板5一起形成出口通道22。
本發(fā)明的泵具有一個(gè)大體上切向的旁通道23，該旁通道的第一端通向泵1的出口通道22，第二端形成進(jìn)口24。旁通道23在中間板4形成，與內(nèi)腔6有相同的寬度A。為了確保來自內(nèi)腔的流動足夠強(qiáng)以產(chǎn)生通過旁通道23的大流量，所述通道23的高度B在出口通道22處的等于或小于與轉(zhuǎn)子14周緣橫切的虛線和內(nèi)腔6內(nèi)壁之間的距離C，在出口通道22處也類似。
圖1C顯示了本發(fā)明的包括二個(gè)出口通道22的泵，每個(gè)出口通道具有一個(gè)旁通道23，在這個(gè)實(shí)施例中，它們的位置彼此點(diǎn)對稱。使用多個(gè)出口通道可縮短流體通過內(nèi)腔的距離，提高泵的效率。出口通道22的流出口相互連接形成一個(gè)共同的出口。這可以以總管(未示出)來完成，例如，總管由許多管子組成，管子的數(shù)量與出口通道的數(shù)量相對應(yīng)，每根管都與出口通道相連，而且每根管都相互傾斜，可能相互纏繞成一根圈狀，這些管子在公共點(diǎn)處或接近公共點(diǎn)時(shí)終止或者通向一根共同的管子，如與泵的軸8成一直線的管子。除了別的以外，這種結(jié)構(gòu)能夠阻止或至少能降低這種情況發(fā)生的程度。
在圖1A和1B的具體實(shí)例中，內(nèi)腔6的周緣大約80％以上是圓柱形的，即它不是螺旋狀的，例如，這與美國專利1,061,142所述泵的情況相似，這可大大簡化泵的制造。如圖2所述的Tesla泵，轉(zhuǎn)子14與圓柱狀內(nèi)腔6同心固定，插入件21的頂部或頂角相對較尖。所以，使用圖2所述的泵通常可獲得更高的流出速度，而圖3所述的泵能有較高的壓力或較大的揚(yáng)程。
圖4A和4B分別是本發(fā)明的泵1的另一優(yōu)選實(shí)施例的橫切面視圖和縱切面視圖，該泵包括兩個(gè)內(nèi)腔6A、6B和兩個(gè)轉(zhuǎn)子14A、14B。內(nèi)腔6A、6B與共同的出口通道22相通，此出口通道與單獨(dú)的旁通道23對齊。泵1與共同的傳動裝置相連，在這個(gè)實(shí)例中，該傳動裝置例如通過兩個(gè)齒輪25A和25B與其中一個(gè)軸8A相嚙合，并與另一個(gè)軸8B相連接，這樣轉(zhuǎn)子14A和14B可以在相反的方向上被驅(qū)動。
也是在這個(gè)實(shí)施例中，旁通道23的橫截面積(A×2B)至少在出口通道22上優(yōu)選等于或小于由內(nèi)腔6A、6B的相應(yīng)內(nèi)壁和與每個(gè)轉(zhuǎn)子14A、14B的周緣橫切的虛線局部確定的總面積(A×2C)。
上述的旁通道有很多優(yōu)點(diǎn)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對相同尺寸的泵，使用旁通道可以大大提高泵的推進(jìn)力。例如，這使得泵很適合推進(jìn)船只。
除此以外，旁通道還可以用于泵送易于損壞的材料(如要運(yùn)到水壩對面的活魚)或者可能對泵有損壞或磨損的材料(如含沙泥漿，例如清淤)。在后兩個(gè)實(shí)例中，必須使用大尺寸的泵，例如內(nèi)腔直徑3m的泵。
圖5A-6D展示了船舶的傳動裝置的兩個(gè)例子。
圖5A和5B分別是商用的舷外馬達(dá)26的側(cè)視圖和剖視圖，其中螺旋槳、螺旋槳外殼和減速裝置已經(jīng)換成本發(fā)明所述的模件27，其中減速裝置可將螺旋槳速度減到發(fā)動機(jī)速度的一半。所述模件27包括二個(gè)水平的、使用中的泵殼28A、28B，其中一個(gè)外殼位于另一個(gè)上面。每個(gè)泵殼都由具有內(nèi)腔6的相對較厚的板4和兩個(gè)蓋在厚板4上面和下面的相對較薄的板3、5限定而成。泵殼28A、28B由進(jìn)口外殼或進(jìn)口板29相互隔開。所述板29包括半圓形凹槽30，此凹槽充當(dāng)模件27的進(jìn)口，此凹槽前面有一個(gè)篩子31，可阻止太大的顆粒進(jìn)入模件27。半圓凹槽30經(jīng)由薄板3上鄰近進(jìn)口外殼29的孔與泵殼28A、28B內(nèi)的內(nèi)腔6相連通。而且，每個(gè)泵殼28A、28B都包括一個(gè)出口通道22，此出口通道通向出口，出口的軸線32與發(fā)動機(jī)26的轉(zhuǎn)向軸線S交叉。既然本發(fā)明泵對氣蝕相對不敏感，因此可以去掉最初的舷外馬達(dá)的減速裝置，這樣轉(zhuǎn)子14的速度對應(yīng)于發(fā)動機(jī)速度。
圖6A-6D分別顯示了安裝有本發(fā)明所述的模件的舷外馬達(dá)的后視圖和僅將商用的舷外馬達(dá)26的螺旋槳換成本發(fā)明所述的模件27的三個(gè)步驟。在這個(gè)實(shí)施例中，模件27包括2個(gè)垂直的、使用中的泵殼28A、28B，這兩個(gè)泵殼彼此相鄰，每個(gè)泵殼都由具有內(nèi)腔6的相對較厚的板4和蓋在厚板4兩側(cè)的兩塊相對較薄的板3、5限定而成。泵殼28A、28B由開口的進(jìn)口外殼29相互隔開，進(jìn)口和泵殼28A、28B的軸8的兩端在此進(jìn)口外殼29處終止。所述的每一端都具有傘齒輪33。出口通道22位于發(fā)動機(jī)26的轉(zhuǎn)向軸線S的任意一側(cè)且與該軸線等距隔開。
圖6A-6C連續(xù)顯示了如何從舷外馬達(dá)26的驅(qū)動軸34上取下螺旋槳以及如何將適配器35安裝到所述軸上。所述適配器35在遠(yuǎn)離舷外馬達(dá)26的一端具有傘齒輪36。所述傘齒輪36的齒數(shù)是前述齒輪33齒數(shù)的兩倍。這樣可獲得一個(gè)可抵消舷外馬達(dá)26上的減速裝置的減速的傳動裝置。傘齒輪33、36可適合任何一個(gè)期望的傳動比，當(dāng)然，此傳動比在很多情況下取決于舷外馬達(dá)的類型和模件中轉(zhuǎn)子上的盤的數(shù)量和尺寸。為了給前述的模件空出空間，一部分圖5A-6D所述的舷外馬達(dá)的冷卻水抽吸管需移走。以這種方式處理，在使用時(shí)可將所述管子的流入口設(shè)置在水面下。
當(dāng)然，本發(fā)明并不局限在上述的實(shí)施例中，它可在權(quán)利要求書限定的發(fā)明范圍內(nèi)做一些變動。因此，旁通道可三維地?cái)U(kuò)展，這樣其進(jìn)口就與泵的軸向進(jìn)口相符。
權(quán)利要求
1.一種泵(1)或渦輪，包括外殼(2)、轉(zhuǎn)子(14)、進(jìn)口(19)和出口通道(22)，其中外殼(2)具有至少一個(gè)內(nèi)腔(6)，轉(zhuǎn)子(14)可旋轉(zhuǎn)地安裝在內(nèi)腔(6)內(nèi)的軸(8)上，進(jìn)口(19)至少在軸(8)的位置處與內(nèi)腔(6)連通，出口通道(22)至少在轉(zhuǎn)子(14)的周緣與內(nèi)腔(6)連通，其特征在于至少有一個(gè)旁通道(23)，該旁通道的第一端通向泵(1)的出口通道(22)，其第二端形成進(jìn)口(24)。
2.如權(quán)利要求1所述的泵(1)或渦輪，其特征在于所述旁通道的橫截面積(A×B)至少在出口通道(22)的位置處等于或小于由內(nèi)腔(6)的內(nèi)壁和橫向于轉(zhuǎn)子的周緣的虛線局部限定的面積(A×C)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的泵(1)或渦輪，其特征在于轉(zhuǎn)子(14)包括兩個(gè)或多個(gè)平行的或近似平行的盤(15)，該盤安裝在軸(8)上，且具有布置在所述軸(8)周圍的孔(20)。
4.如前述的權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的泵(1)或渦輪，其特征在于包括二個(gè)內(nèi)腔(6A、6B)，轉(zhuǎn)子(14A、14B)可旋轉(zhuǎn)地安裝在每一個(gè)內(nèi)腔內(nèi)，且該二個(gè)內(nèi)腔與共同的出口通道(22)連通。
5.如權(quán)利要求4所述的泵(1)或渦輪，其特征在于其與單獨(dú)的傳動裝置(25)連接，所述轉(zhuǎn)子(14A、14B)通過該傳動裝置可以在相反的方向上被驅(qū)動。
6.如權(quán)利要求4或5所述的泵(1)或渦輪，其特征在于一單獨(dú)的旁通道(23)通向出口通道(22)，該旁通道(23)的橫截面積(2A×B)至少在出口通道(22)處等于或小于由相應(yīng)的內(nèi)腔(6A、6B)的內(nèi)壁和橫向于每個(gè)轉(zhuǎn)子(14A、14B)的周緣的虛線局部限定的面積(A×2C)。
7.如前述的權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的泵，其特征在于包括兩個(gè)或多個(gè)出口通道(22)，每個(gè)出口通道都具有一旁通道(23)。
8.如權(quán)利要求7所述的泵，其特征在于包括一根具有多根管子的總管，這些管子的數(shù)量對應(yīng)于出口通道的數(shù)量，并且每根管子都與出口通道(22)相連。
9.如權(quán)利要求7所述的泵，其特征在于所述管子相互傾斜，優(yōu)選相互盤繞成圈狀，這些管子終止于公共點(diǎn)處或公共點(diǎn)附近處或通向共同的管子。
10.如權(quán)利要求1的前敘部分所述的泵(1)或渦輪，其特征在于內(nèi)腔(6)的周緣的75％以上是圓柱形的，且直接與環(huán)境連通。
11.如權(quán)利要求10所述的泵(1)或渦輪，其特征在于外殼在出口通道(22)或進(jìn)口處具有插入件(21)，通過該插入件來確定外殼(2)和轉(zhuǎn)子在所述出口(22)或進(jìn)口處的間距。
12.一種用于船舶的傳動裝置，比如舷外馬達(dá)(26)，其安裝有前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的泵。
13.一種舷外馬達(dá)(26)或模件(27)，其構(gòu)造成可以取代舷外馬達(dá)的螺旋槳，該發(fā)動機(jī)(26)或模件(27)安裝有包括外殼(28)、轉(zhuǎn)子、進(jìn)口(19)和出口通道(22)的泵，其中外殼(28)具有至少一個(gè)內(nèi)腔(6)，轉(zhuǎn)子可旋轉(zhuǎn)地安裝在內(nèi)腔(6)內(nèi)的軸(8)上，進(jìn)口(19)至少在軸(8)的位置處與內(nèi)腔(6)連通，出口通道(22)至少在轉(zhuǎn)子(14)的周緣處與內(nèi)腔(6)連通。
14.如權(quán)利要求13所述的舷外馬達(dá)或模件，其特征在于轉(zhuǎn)子(14)包括兩個(gè)或多個(gè)平行的或近似平行的的盤(15)，該盤安裝在軸(8)上，且具有布置在所述軸(8)周圍的孔(20)。
15.如權(quán)利要求13或14所述的舷外馬達(dá)(26)或模件(27)，其特征在于所述泵包括至少一個(gè)旁通道，該旁通道的第一端通向泵(1)的出口通道(22)，其第二端形成一進(jìn)口。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種泵或渦輪，它包括外殼、轉(zhuǎn)子、進(jìn)口和出口通道，其中外殼具有至少一個(gè)內(nèi)腔，轉(zhuǎn)子可旋轉(zhuǎn)地安裝在內(nèi)腔內(nèi)的軸上，進(jìn)口至少在軸的位置處與內(nèi)腔相通，出口通道至少在轉(zhuǎn)子周緣與內(nèi)腔相通。而且，此泵或渦輪還包括至少一個(gè)旁通道，該旁通道的第一端通向此泵的出口通道，第二端形成進(jìn)口。例如，旁通道可用于提高推進(jìn)力或用于泵送泥漿。
文檔編號F04D5/00GK1754045SQ200480005346
公開日2006年3月29日 申請日期2004年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月26日
發(fā)明者T·W·尼布, J·H·斯克勒德 申請人:泰德里斯解決方案有限公司