[发明专利]五元组合船用泵喷水推进器系统

说明书

一、技术领域

本发明涉及提供一个五元组合船用(超强)泵喷水推进器系统的构造。“五元”是指：在申请号2010102804444.7《四元组合船用泵喷水推进器系统》的基础上再增加第五元，构成新系统，以满足现代高速船大型化、高速化，需极强劲推进力的要求和节能，合理设计结构工艺性好，取代现在极广泛采用的船用单一轴流泵或混流泵喷水推进器。

二、背景技术

2.1《泵喷推进器》一文中指出“采用泵喷推进的潜艇与采用大侧斜螺旋桨推进的潜艇相比，最大的优点是可以大幅降低潜艇推进器的辐射噪声，提高潜艇的低噪声航速”。潜艇向高航速、安静方向发展之后：“如果仍旧采用传统的单七叶大侧斜螺旋桨推进，则由于螺旋桨的负荷过大，桨叶将提前出现空化，使核潜艇的低噪声航速下降；另外，如果为了推迟空泡现象的产生，必须加大螺旋桨的面积，则导致螺旋桨的效率下降，噪声增大”。从正反二个方面，都深刻分析传统的螺旋桨，在高航速下存在的难题，极其难以解决。于是，国外创新了“泵喷推进器”。(王天奎唐登海文)

2.2《泵喷推进器》上述一文中，也指出美国用这种创新泵，难解决的问题还很多：“构造复杂、重量大，……是普通螺旋桨的2～3倍，对艇体配平、艇体尾部的结构强度和推进器轴系的震动等带来较大的影响”；更因结构比螺旋桨复杂得多，必须“应用新材料和先进的制造技术，造成制造成本高，是泵喷推进器的最大缺陷。”最最值得关注是：其转速仅仅只有130转/分，极低极低，因而泵体势必十分庞大！上述种种情况表明：美国最先进的《泵喷推进器——低噪声的核潜艇推进方式》还有重大的缺陷！(王天奎 唐登海文)

2.3泵喷水推进船的优越性引述。“传统的螺旋桨推进系统是舰艇的主要噪声源，喷水推进器泵能够在较高速度时减少数10-20dB声信号，同时还可降低舰艇的空气噪声和振动等。高速航行可消除空泡影响，显著降低油耗。在制造、保养、维修等方面，喷水推进装置也具有优势。”“比如喷水推进可以无级变速，驻航和倒航，甚至可以原地回转，使用双机双桨甚至船舶横移，堪比水中直机……凡要求高航速，喷水推进比螺旋桨合适。喷水推进符合隐身的要求。喷水推进更适合近海复杂区域的高度灵活操纵需要。”

2.4《船舶推进器水动力学》(董世汤等4人编著)指出：“螺旋桨因在水中旋转会出现空化问题”“桨运转在复杂的伴流中”，其171页进而指出：“近几十年来，船舶向大型化和高速化方向发展，使螺旋桨和舵的空泡、空泡剥蚀和船舶的振动问题日益变得突出。”第224页指出：“螺旋桨空泡还是强大的噪声源，这对军用舰艇的隐蔽性是一项重要的挑战。”第287页对船舶尾部复杂的外流场又作出许多分析。而喷水推进原理与之截然不同，从船前方吸水向后方喷出，借水流反作用力推船前进，因而不存在桨周围复杂的外流场。从中可见，以创新的泵喷水推进器取代传统螺旋桨的重要性。

2.5《日本TSL——新型超高速船开发》一文指出：“喷水推进比螺旋桨效率更高”而开发“高效率大功率喷水泵”是创造新型超高速船关键所在。这是日本七大造船巨头企业，联合攻关长达6年之久，所得出的极其宝贵结论！美方公司在2009年11月26日的电子邮件中说：“不要以为我们用了几百年的螺旋桨已经很完美了。其实效能非常低……尤其在高速的时候，螺旋桨简直成了卡住船舶往前进的阻力！”电子邮件中还说：“用于船舶的轴流推进器，也就是目前较为通用的水喷射泵。”此外，近年也采用混流泵。另见国内最最著名喷水推进专家王立祥论文，也指出“用于喷水推进的泵型主要是轴流泵和导叶式混流泵，离心泵用得很少。”(引自《喷水推进及喷水推进泵》一文)

2.6单一轴流泵的缺陷：它“只能产生较小压力，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，而流体就是沿着这些表面流动的，所以离心力不做功。”“轴流式泵在低压力的条件下，能保证有大的排量”(引自《泵与通风机》李有章译16页及120页)。另外，日本·小河内美男著《机械设计图表集》第图表3-11表明：当混流泵的比转速为85时，泵扬程才8米，而轴流泵的比转速更大，在125～300之间，扬程更低。换言之：泵出口的流速很慢而流量则很大。但按船推力方程，推力与流速的平方成正比剧增，所以轴流泵出口的流速慢，极不利船获取高航速。这些资料与本系统，只所以采用多级轴流泵串接相关。