專利名稱：一種泵噴推進(jìn)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種泵噴推進(jìn)器，屬于船舶推進(jìn)領(lǐng)域的機(jī)械裝置。
背景技術(shù)：
超導(dǎo)磁流體推進(jìn)是已有的船舶推進(jìn)方式之一，它是將海水作為導(dǎo)電體，在海水中通以電流，與外加的與電流方向垂直的磁場相互作用，使導(dǎo)電海水受到電磁力——洛侖茲力作用而運(yùn)動，即通過電磁作用把電能轉(zhuǎn)為海水的動能，其反作用力推動船舶前進(jìn)。這種超導(dǎo)磁流體推進(jìn)器的優(yōu)點(diǎn)是取消了傳統(tǒng)的螺旋槳和龐大的減速齒輪和傳動軸等機(jī)件，噪聲低、振動小。但這種推進(jìn)器只能在導(dǎo)電流體如海水中使用，在非導(dǎo)電流體如內(nèi)河淡水中就不能使用了，因此其應(yīng)用與發(fā)展受到限制。而且，對于以海水為工作流體的磁流體推進(jìn)器，為了獲得高效率，就必須建立很強(qiáng)的磁場。目前，利用現(xiàn)有的工業(yè)超導(dǎo)磁體技術(shù)，制造場強(qiáng)超過15T，適于船載的尺寸大、重量輕的強(qiáng)磁體，尚存在較大的困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種新的泵噴推進(jìn)器，采用在工作流體中設(shè)置高電導(dǎo)率的固體導(dǎo)體的方式，大大提高電磁作用的強(qiáng)度和效率。它保持了上述超導(dǎo)磁流體推進(jìn)器沒有螺旋槳和龐大減速齒輪與傳動軸系，以及噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，又克服其不能在非導(dǎo)電流體中使用的缺點(diǎn)，同時，降低了超導(dǎo)磁體制造的困難。
本發(fā)明的技術(shù)要點(diǎn)是超導(dǎo)直線電機(jī)和往復(fù)泵噴技術(shù)的總合，其電機(jī)定子為對極型超導(dǎo)螺管磁體，以提供高的徑向磁場；電機(jī)動子與推水活塞合為一體構(gòu)成電磁活塞；電能轉(zhuǎn)變?yōu)樗膭幽艿倪^程是通過磁場與電磁活塞之間的電磁感應(yīng)作用實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明的工作方式為周期地改變電磁活塞上的常導(dǎo)螺管線圈的電流方向，而改變作用于電磁活塞上的力的方向，使其往復(fù)運(yùn)動，從而推動活塞兩側(cè)的水的運(yùn)動，在水動力腔室和吸排水閥門組的配合動作下，實(shí)現(xiàn)往復(fù)泵噴的吸排水工作過程。
對極型超導(dǎo)螺管磁體由兩組對稱的同軸布置于一個線圈芯筒上的超導(dǎo)螺管線圈組成，每組螺管線圈可以有一個或多個螺管線圈，兩組螺管線圈之間有一定距離，此距離可為0至500mm，兩組螺管線圈分別用相反方向電流勵磁，極性相反，構(gòu)成對極型超導(dǎo)磁體，在其圓筒形溫孔空間產(chǎn)生較高的徑向分布磁場。作為電機(jī)動子的電磁活塞由置于超導(dǎo)磁體溫孔芯筒中同軸的圓盤形活塞和纏繞在圓盤形活塞外圓側(cè)凹槽中的常導(dǎo)螺管線圈組成，圓盤形活塞用非導(dǎo)磁材料制成，在常導(dǎo)螺管線圈中流過的電流方向與其所在位置的徑向磁場方向垂直相交。當(dāng)電流通過電磁活塞的線圈時，由于電磁感應(yīng)作用，電磁活塞要受到一個軸向的電磁力作用，該力可表示為F→=I→×Br→πdN,]]>其中I為電磁活塞中的電流；Br為徑向磁場強(qiáng)度；d為線圈直徑；N為電磁活塞線圈匝數(shù)。在磁場強(qiáng)度，電磁活塞線圈匝數(shù)和直徑一定情況下，電磁推力的大小和方向取決于電磁活塞的電流大小和方向。因此，可以通過調(diào)節(jié)其電流大小和方向來控制電機(jī)動子電磁活塞往復(fù)運(yùn)動。
電磁活塞的另一作用是作為往復(fù)泵噴系統(tǒng)之推水活塞，活塞缸體為構(gòu)成上述超導(dǎo)磁體的溫孔芯筒，該溫孔芯筒的兩端伸出超導(dǎo)磁體外，分別與水動力腔室的兩側(cè)水道連通，兩側(cè)水道前后分別交匯于水動力腔室的吸水和排水口，在吸水口的兩側(cè)水道交匯處，分別設(shè)有各自的進(jìn)水單向閥，并在排水口的兩側(cè)水道交匯處設(shè)有換向閥，這些閥門構(gòu)成往復(fù)泵噴的吸排水閥門組。當(dāng)電磁活塞的電流方向周期地變化，使電磁活塞在活塞缸中作往復(fù)運(yùn)動，在水動力腔室及其吸排水閥門組的配合動作下，實(shí)現(xiàn)不斷地吸排水工作過程，使電能轉(zhuǎn)變?yōu)樗畡幽埽瑖娝姆醋饔昧ν苿哟扒斑M(jìn)。
由于電磁活塞的常規(guī)螺管線圈的導(dǎo)線一般為銅，電導(dǎo)率為5×107S/m，所以本發(fā)明推進(jìn)器不需要很高的磁場，也可獲得相當(dāng)高的效率。同時，本發(fā)明由于取消了螺旋槳，也沒有龐大的減速齒輪和傳動軸系。因此噪聲低，并且本發(fā)明在電能轉(zhuǎn)化為水動能時并不依賴水的導(dǎo)電性，所以不僅可以用于導(dǎo)電流體中，也可用于非導(dǎo)電流體，再者由于本發(fā)明不存在傳統(tǒng)船舶推進(jìn)中存在的動態(tài)軸封問題，所以能適用于深海推進(jìn)。


圖1為超導(dǎo)電磁活塞泵噴推進(jìn)器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為對極型超導(dǎo)螺管磁體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為電磁活塞結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4為電磁活塞線圈處徑向磁場Br沿軸向距離分布曲線。
圖5為電磁活塞電磁力方向示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1為本發(fā)明具體實(shí)施例之一的超導(dǎo)電磁活塞泵噴推進(jìn)器的結(jié)構(gòu)。它包括對極型超導(dǎo)螺管磁體系統(tǒng)10，電磁活塞20，水動力腔室30，右單向閥40，左單向閥50，換向閥60，吸水口70，排水口80。對極型超導(dǎo)螺管磁體系統(tǒng)10結(jié)構(gòu)如圖2所示，它包括兩組超導(dǎo)螺管線圈101和102，線圈芯筒103，溫孔芯筒104。電磁活塞20的結(jié)構(gòu)如圖3所示，它包括常導(dǎo)螺管線圈201，活塞202。
對極型超導(dǎo)螺管磁體系統(tǒng)10中的兩組超導(dǎo)螺管線圈101和102以相反方向電流勵磁之后，在磁場溫孔芯筒104內(nèi)溫孔空間中產(chǎn)生徑向磁場Br，Br在電磁活塞常導(dǎo)螺管線圈201直徑處沿軸向的典型分布圖如圖4所示。當(dāng)電磁活塞20中常導(dǎo)螺管線圈201通過電流時，沿圓周方向的電流與徑向磁場Br垂直相交，產(chǎn)生一個沿軸向的電磁力F，F(xiàn)＝IBrπdn，I為電磁活塞線圈的電流；Br為電磁活塞線圈所處徑向位置的徑向磁場；d為電磁活塞線圈直徑；n為電磁活塞線圈匝數(shù)。F的方向取決于電磁活塞20的常導(dǎo)線圈201中電流方向，電流方向改變地址發(fā)生器111采用公式(1)的部分比特反向交織算法，生成第一讀地址。由于偏差值，在第一讀地址之間存在著無效地址。這樣，在刪除了無效地址后，需要執(zhí)行連接讀地址的過程。因此，在步驟615，地址發(fā)生器111將第一讀地址與具有偏差值的組閾值進(jìn)行比較，從而確定第一讀地址屬于哪一組。當(dāng)然，已事先將組閾值的數(shù)據(jù)存儲在表中。例如，IMT-2000系統(tǒng)將存儲下面的表3中所示的表。此處，已預(yù)先通過部分比特反向交織算法確定了組閾值。例如，對于568的輸入數(shù)據(jù)大小，當(dāng)?shù)谝蛔x地址小于127時，第一讀地址屬于組0(GHT0)；當(dāng)?shù)谝蛔x地址在127到191之間的范圍內(nèi)時，第一讀地址屬于組1(GHT1)；當(dāng)?shù)谝蛔x地址在191到255之間的范圍內(nèi)時，第一讀地址屬于組2(GHT2)；當(dāng)?shù)谝蛔x地址在255到319之間的范圍內(nèi)時，第一讀地址屬于組3(GHT3)。然后，在步驟617，地址發(fā)生器111從第一讀地址中減去相應(yīng)組的組值，從而計(jì)算出作為最后交織地址的第二讀地址。例如，當(dāng)?shù)谝蛔x地址屬于組0時，地址發(fā)送器111從第一讀地址中減去組0的組值‘0’，而當(dāng)?shù)谝蛔x地址屬于組5時，地址發(fā)送器111從第一讀地址中減去組值‘5’，從而計(jì)算出第二讀地址。然后，在步驟619，地址發(fā)生器111將生成的第二讀地址提供給交織器存儲器112，從而輸出存儲在相應(yīng)地址中的碼元數(shù)據(jù)。最后，在步驟621，地址發(fā)生器11 1將讀序列加‘1’，然后返回到步驟613以計(jì)算下一個讀地址。
表1至3顯示了當(dāng)在IMT-2000系統(tǒng)中應(yīng)用新的偏差控制的部分比特反向交織方案時，按照輸入數(shù)據(jù)大小而定義的參數(shù)。更具體地說，表1顯示了基于輸入數(shù)據(jù)大小的偏差值、應(yīng)用于部分比特反排序算法的交織器大小、以及在執(zhí)行部分比特反排序算法時所需的第一和第二變量m和J。



從表中可以看出，本發(fā)明超導(dǎo)電磁活塞泵噴推進(jìn)器效率高(總推進(jìn)效率為57.6％)，而且由于其沒有轉(zhuǎn)動部件和傳動機(jī)構(gòu)，噪聲小，也沒有傳動軸的動態(tài)軸封問題，因此，特別適合于作為潛艇的推進(jìn)器，尤其是深海推進(jìn)，以增強(qiáng)潛艇的隱蔽性和安全性，提高其作戰(zhàn)能力。另一方面，該推進(jìn)器不受水域?qū)щ娦缘挠绊?，即它既可以作為海洋的船舶推進(jìn)，又可用于內(nèi)陸河流、湖泊的船舶推進(jìn)，尤其在旅游風(fēng)景區(qū)使用更能體現(xiàn)其高效率、低噪聲的特點(diǎn)，減少對周圍生態(tài)環(huán)境的影響。
權(quán)利要求
1.一種泵噴推進(jìn)器，包括水動力腔室、吸排水閥門組、超導(dǎo)磁體，其特征在于超導(dǎo)磁體溫孔芯筒兼作活塞缸，其中設(shè)有往復(fù)運(yùn)動的電磁活塞，電磁活塞由圓盤形活塞和螺管線圈構(gòu)成，并連為一體。
2.按照權(quán)利要求1所述的泵噴推進(jìn)器，其特征在于其工作方式為周期地改變電磁活塞上的常導(dǎo)螺管線圈的電流方向，而改變作用于電磁活塞上的力的方向，使其往復(fù)運(yùn)動，從而推動活塞兩側(cè)的水的運(yùn)動，在水動力腔室和吸排水閥門組的配合動作下，實(shí)現(xiàn)往復(fù)泵噴的吸排水工作過程。
3.按照權(quán)利要求1所述的泵噴推進(jìn)器，其特征在于電磁活塞的圓盤形活塞由非導(dǎo)磁材料制成，其圓形外側(cè)設(shè)有凹形槽，在凹形槽中纏繞常規(guī)導(dǎo)線繞制的螺管線圈。
4.按照權(quán)利要求1所述的泵噴推進(jìn)器，其特征在于其中的超導(dǎo)磁體由兩組超導(dǎo)螺管線圈同軸裝配在一個線圈芯筒上，兩組超導(dǎo)螺管線圈之間的距離為0至500mm，兩組超導(dǎo)螺管線圈的勵磁電流方向相反。
5.按照權(quán)利要求1所述的泵噴推進(jìn)器，其特征在于超導(dǎo)磁體溫孔芯筒置于往復(fù)泵噴水動力腔室之間，其兩端分別與往復(fù)泵噴的兩側(cè)水道相連通，兩側(cè)水道分別交匯于進(jìn)水口和排水口，在進(jìn)水口兩側(cè)水道交匯處分別設(shè)有進(jìn)水單向閥，并在排水口兩側(cè)水道交匯處設(shè)有一個排水換向閥。
全文摘要
一種泵噴推進(jìn)器，屬于船舶推進(jìn)領(lǐng)域的機(jī)械裝置。包括水動力腔室、吸排水閥門組、對極型超導(dǎo)螺管磁體和置于超導(dǎo)磁體溫孔芯筒中的電磁活塞，電磁活塞是由產(chǎn)生電磁推力的螺管線圈與推水的圓盤形活塞連為一體。周期地改變電磁活塞上常導(dǎo)螺管線圈的電流方向，周期地改變作用在電磁活塞上的電磁力而驅(qū)動活塞作往復(fù)運(yùn)動，通過水動力腔室和吸排水閥門組實(shí)現(xiàn)往復(fù)泵噴的吸排水工作過程，噴水的反作用力產(chǎn)生向前推力。本發(fā)明沒有轉(zhuǎn)動部件和傳動機(jī)構(gòu)，噪聲小，效率高，在導(dǎo)電流體和非導(dǎo)電流體中均能使用，而且由于沒有傳動軸的動態(tài)軸封問題，適用于深海推進(jìn)。
文檔編號F04B17/04GK1506267SQ0215535
公開日2004年6月23日 申請日期2002年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月11日
發(fā)明者沙次文, 彭燕, 周適, 凌金福, 鄭毅, 趙凌志, 李然, 楊愛華 申請人:中國科學(xué)院電工研究所