一种自调节双向输水叶轮装置的制作方法

本发明涉及一种机械双向输水叶轮装置，尤其是一种可在无液压系统的前提下，通过机械结构或电气元件进行自适应调节，实现高效率输水的自调节双向输水叶轮装置。

背景技术：

1、目前在船舶领域应用的双向输水泵使用的叶轮为了兼顾双向输水要求，一般采用固定式的s形叶片。s形叶片的优缺点都很明显。优点是结构简单，较好的满足了功能要求。缺点是水力设计不够完善，效率很低，振动噪声也很大。s形叶片双向输水泵效率一般为35％～60％左右，而常规单向输水的水泵效率可以达到70％～90％左右。鉴于此，发明一种较高效率的自调节双向输水叶轮装置，是船舶领域亟需解决的现实问题。

2、最基础的想法是采用可调节的叶片，叶片安放角实现180°调节，使进出口边与叶轮轮毂的相对位置得到调换，通过电动机的正转和反转实现高效率的双向输水。可调节的叶片在大型的输水工程中经常应用。这种调节方式需要配置一套复杂的液压驱动装置或电液驱动装置以及自动控制系统，结构复杂，成本高，占地空间大，叶片安放角调节范围一般小于10°，不适应船舶双向调水的使用要求。

3、综上所述，需要设计一种机械自调节双向输水叶轮装置，无需外部液压系统，可实现叶片安放角180°调节，水力输送效率高，结构相对简单，适应船舶应用环境。

技术实现思路

1、本发明是要提供一种机械自调节双向输水叶轮装置，无需外部液压系统，可实现叶片安放角180°调节，水力输送效率高，结构相对简单，适应船舶应用环境。

2、为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种自调节双向输水叶轮装置，包括主动伞齿轮、叶片伞齿轮、从动伞齿轮、限位块、离合机构，主动伞齿轮、从动伞齿轮成对使用，安装在轮毂的轴上，并对称布置在叶片伞齿轮两侧，用于抵消啮合的轴向力；叶片伞齿轮通过叶片轴连接叶片，电动机通过轴连接主动伞齿轮和轮毂，主动伞齿轮、从动伞齿轮分别啮合连接叶片伞齿轮；导叶体与轮毂之间设有用于主动伞齿轮启停的离合机构，从动伞齿轮和轮毂上分别设有相互适配的限位块；在轮毂、轴、离合机构、主动伞齿轮、叶片伞齿轮、从动伞齿轮以及限位块的共同作用下，电动机正转或反转时，能实现叶片安放角度180°自动调节，使水泵实现双向高效率输水；同时，根据不同功能要求，叶片安放角度能实现0°～360°自由调节。

3、进一步，离合机构采用摩擦盘机构或非接触式机构。

4、进一步，摩擦盘机构包括摩擦盘、飞锤、弹簧，摩擦盘设置在导叶体中，飞锤通过销轴安装在主动伞齿轮上，飞锤与主动伞齿轮之间连接有弹簧。

5、进一步，静止状态下，飞锤的端部齿通过弹簧的拉力作用与摩擦盘的齿相啮合，飞锤的中部齿与轮毂的齿相脱开；主动伞齿轮被飞锤啮合固定在摩擦盘上，由摩擦盘提供足够的摩擦力。

6、进一步，在旋转状态下，飞锤通过离心力作用使自身的端部齿与摩擦盘的齿脱开、使自身的中部齿与叶轮轮毂上的齿相啮合。

7、进一步，当电机正向旋转时，电动机将带动轴进行旋转，轴将带动轮毂进行同步旋转，轮毂将带动叶片产生圆周旋转；主动伞齿轮将带动叶片伞齿轮旋转，叶片伞齿轮通过键传动，带动叶片在轮毂上发生相对旋转，最终实现叶片在轮毂上的旋转调节。

8、进一步，当叶片旋转到合适角度后，从动伞齿轮上的限位块与轮毂上的限位块接触，接触后从动伞齿轮与轮毂停止相对旋转，在从动伞齿轮的约束下，叶片伞齿轮将与轮毂、主动伞齿轮相对静止，并同步作高速圆周旋转，同时带动摩擦盘和飞锤高速旋转；在离心力作用下，飞锤的端部齿与摩擦盘的齿脱开，摩擦盘停止旋转，飞锤的中部齿与轮毂的齿相啮合，飞锤的中部齿与从动伞齿轮的限位块共同作用实现的叶轮调节完成后的最终定位，从而实现一个方的流体输送。

9、进一步，非接触式机构包括做功线圈、永磁体，变频器，做功线圈安装在导叶体中，并与变频器相连接，永磁体固定连接在主动伞齿轮上。

10、进一步，在电机启动前，变频器输出一个闭合的开关量信号，使做功线圈在外部形成闭合回路或串入适配的电阻，获得电磁力使永磁体处于静止状态，从而主动伞齿轮处于静止状态；电动机正向旋转时，变频器输出闭合的开关量信号变为开路，整个装置随轴旋转，完成叶片调节。电动机反向旋转时，调节原理相同。

11、进一步，轮毂外部轮廓为球形，泵体内轮廓为球形，并且两球形同心，叶片轴心线过球形球心点；叶片轴所用的轴承由径向导轴承和推力轴承组成，能保证叶片绕轴自由旋转；叶片伞齿轮与叶片轴之间、主动伞齿轮与轴之间以及从动伞齿轮与轴之间分别设有滑动轴承。

12、本发明的有益效果是：

13、本发明的自调节双向输水叶轮装置，在轮毂、轴、摩擦盘、飞锤、弹簧、主动伞齿轮、叶片伞齿轮、从动伞齿轮的共同作用下，在电动机正转或反转时，叶片安放角180°自动调节，水泵可实现双向高效率输水。

14、同时，本发明采用一种自调节双向输水叶轮装置的变体结构，摩擦盘由做功线圈和永磁体替代，可实现非接触式调节。

15、综上，本发明的机械自调节双向输水叶轮装置，无需外部液压系统，可实现叶片安放角180°调节，水力输送效率高，结构相对简单，适应船舶应用环境。

技术特征：

1.一种自调节双向输水叶轮装置，其特征在于：包括主动伞齿轮、叶片伞齿轮、从动伞齿轮、限位块、离合机构，主动伞齿轮、从动伞齿轮成对使用，安装在轮毂的轴上，并对称布置在叶片伞齿轮两侧，用于抵消啮合的轴向力；叶片伞齿轮通过叶片轴连接叶片，电动机通过轴连接主动伞齿轮和轮毂，主动伞齿轮、从动伞齿轮分别啮合连接叶片伞齿轮；导叶体与轮毂之间设有用于主动伞齿轮启停的离合机构，从动伞齿轮和轮毂上分别设有相互适配的限位块；在轮毂、轴、离合机构、主动伞齿轮、叶片伞齿轮、从动伞齿轮以及限位块的共同作用下，电动机正转或反转时，能实现叶片安放角度180°自动调节，使水泵实现双向高效率输水；同时，根据不同功能要求，叶片安放角度能实现0°～360°自由调节。

2.根据权利要求1所述的自调节双向输水叶轮装置，其特征在于：离合机构采用摩擦盘机构或非接触式机构。

3.根据权利要求2所述的自调节双向输水叶轮装置，其特征在于：摩擦盘机构包括摩擦盘、飞锤、弹簧，摩擦盘设置在导叶体中，飞锤通过销轴安装在主动伞齿轮上，飞锤与主动伞齿轮之间连接有弹簧。

4.根据权利要求3所述的自调节双向输水叶轮装置，其特征在于：静止状态下，飞锤的端部齿通过弹簧的拉力作用与摩擦盘的齿相啮合，飞锤的中部齿与轮毂的齿相脱开；主动伞齿轮被飞锤啮合固定在摩擦盘上，由摩擦盘提供足够的摩擦力。

5.根据权利要求3所述的自调节双向输水叶轮装置，其特征在于：在旋转状态下，飞锤通过离心力作用使自身的端部齿与摩擦盘的齿脱开、使自身的中部齿与叶轮轮毂上的齿相啮合。

6.根据权利要求3所述的自调节双向输水叶轮装置，其特征在于：当电机正向旋转时，电动机将带动轴进行旋转，轴将带动轮毂进行同步旋转，轮毂将带动叶片产生圆周旋转；主动伞齿轮将带动叶片伞齿轮旋转，叶片伞齿轮通过键传动，带动叶片在轮毂上发生相对旋转，最终实现叶片在轮毂上的旋转调节。

7.根据权利要求6所述的自调节双向输水叶轮装置，其特征在于：当叶片旋转到一定角度后，从动伞齿轮上的限位块与轮毂上的限位块接触，接触后从动伞齿轮与轮毂停止相对旋转，在从动伞齿轮的约束下，叶片伞齿轮将与轮毂、主动伞齿轮相对静止，并同步作高速圆周旋转，同时带动摩擦盘和飞锤高速旋转；在离心力作用下，飞锤的端部齿与摩擦盘的齿脱开，摩擦盘停止旋转，飞锤的中部齿与轮毂的齿相啮合，飞锤的中部齿与从动伞齿轮的限位块共同作用实现的叶轮调节完成后的最终定位，从而实现一个方的流体输送。

8.根据权利要求2所述的自调节双向输水叶轮装置，其特征在于：非接触式机构包括做功线圈、永磁体，变频器，做功线圈安装在导叶体中，并与变频器相连接，永磁体固定连接在主动伞齿轮上。

9.根据权利要求8所述的自调节双向输水叶轮装置，其特征在于：在电机启动前，变频器输出一个闭合的开关量信号，使做功线圈在外部形成闭合回路或串入适配的电阻，获得电磁力使永磁体处于静止状态，从而主动伞齿轮处于静止状态；电动机正向旋转时，变频器输出闭合的开关量信号变为开路，整个装置随轴旋转，完成叶片调节。电动机反向旋转时，调节原理相同。

10.根据权利要求1所述的自调节双向输水叶轮装置，其特征在于：轮毂外部轮廓为球形，泵体内轮廓为球形，并且两球形同心，叶片轴心线过球形球心点；叶片轴所用的轴承由径向导轴承和推力轴承组成，能保证叶片绕轴自由旋转；叶片伞齿轮与叶片轴之间、主动伞齿轮与轴之间以及从动伞齿轮与轴之间分别设有滑动轴承。

技术总结
本发明涉及一种自调节双向输水叶轮装置，包括主动伞齿轮、叶片伞齿轮、从动伞齿轮、离合机构，主动伞齿轮、从动伞齿轮成对使用，安装在轮毂的轴上，并对称布置在叶片伞齿轮两侧；叶片伞齿轮通过叶片轴连接叶片，电动机通过轴连接主动伞齿轮和轮毂，主动伞齿轮、从动伞齿轮分别啮合连接叶片伞齿轮；导叶体与轮毂之间设有用于主动伞齿轮启停的离合机构，从动伞齿轮和轮毂上分别设有相互适配的限位块；在轮毂、轴、离合机构、主动伞齿轮、叶片伞齿轮、从动伞齿轮以及限位块的共同作用下，电动机正转或反转时，能实现叶片安放角度180°自动调节，使水泵实现双向高效率输水；同时，根据不同功能要求，叶片安放角度能实现0°～360°自由调节。

技术研发人员：李长江,龚卫锋,张文斌,张扬,张志刚
受保护的技术使用者：中国船舶集团有限公司第七〇四研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/12/23