CN121376112B - 一种舷外机用水泵补偿系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种舷外机用水泵补偿系统，涉及舷外机技术领域，包括上水管，所述上水管的底部设置有水泵外壳件，所述水泵外壳件的内部安装有两个水泵内壳，两个所述水泵内壳的内部均设置有水泵叶轮，所述水泵外壳的底端设置有水泵外壳密封垫，所述水泵外壳密封垫的底端设置有水泵垫板。本发明通过设置有一系列的结构，避免了因工况变化导致的冷却效率下降或发动机过热风险，显著提升了系统的可靠性，整体提升了泵水能力，降低了叶轮的磨损，延长了高压腔水泵叶轮乃至整个系统的使用寿命，确保了传动部件的润滑与耐用，也优化了泵水的密封性，提升了整体效率并降低了维护需求。

Description

一种舷外机用水泵补偿系统

技术领域

本发明涉及舷外机技术领域，具体为一种舷外机用水泵补偿系统。

背景技术

在船舶推进领域，舷外机是一种广泛使用的动力装置，其冷却系统的性能直接关系到发动机的可靠性和寿命。

目前舷外机水泵冷却系统，通过发动机，带动驱动轴转动，水泵叶轮与水泵内壳存在偏心距，水泵叶轮旋转时，水泵内壳与水泵叶轮组成的储水腔有压力差，可持续吸入冷却水流。由于水泵叶轮在高转速时，叶轮叶片受到水压的高冲击力后，高压腔内的水泄到后面一个中低压腔内，造成高压腔区室的储水量不够，在排出时，出现打空气、出水变弱的现象，引起发动机快速升温。若盲目提高水泵叶轮硬度来提升水泵压力，会造成水泵叶轮叶片崩掉损坏，损坏后的叶轮叶片残渣碎片，极有可能随冷却水路进入发动机，造成发动机水路堵塞。而且发动机的冷却水道通路弯道错综复杂，如果冷却水压力较低，无法克服发动机内部的弯道阻力，冷却水上不去，发动机温度升高，或冷却水路堵塞，清洗困难，而且有些零部件的使用是一次性，若拆卸，需更换大量新零部件，整个维修周期变长。

发明内容

本发明的目的在于提供一种舷外机用水泵补偿系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种舷外机用水泵补偿系统，包括上水管，所述上水管的底部设置有水泵外壳件，所述水泵外壳件的内部安装有两个水泵内壳，两个所述水泵内壳的内部均设置有水泵叶轮，所述水泵外壳的底端设置有水泵外壳密封垫，所述水泵外壳密封垫的底端设置有水泵垫板，所述水泵垫板的底端设置有第一油封外壳密封垫，所述第一油封外壳密封垫的底端设置有油封外壳件，靠近所述上水管位置处的水泵叶轮中间位置处安装有主动轴，另一个所述水泵叶轮的中间位置处安装有从动轴，所述主动轴和从动轴与两个水泵叶轮之间均分别通过半圆键进行传动连接，所述主动轴和从动轴的顶部均延伸出水泵外壳件，所述主动轴和从动轴的底部均延伸出油封外壳件，所述油封外壳件的底端设置有第二油封外壳密封垫，所述主动轴和从动轴之间水泵外壳件的顶部安装有U型补偿管，所述油封外壳件底端靠近主动轴位置处设置有高压腔抽水区，所述油封外壳件底端靠近从动轴位置处设置有中低压抽水区。

优选的，所述上水管底部外表面与水泵外壳件的顶部之间共同连接有水管密封圈，所述U型补偿管的底部外表面与水泵外壳件顶部之间共同连接有两个补偿管密封圈，水管密封圈确保上水管与水泵外壳件连接处的密封，防止冷却水在进入发动机前的最后环节发生泄漏，保证水压，补偿管密封圈确保U型补偿管与水泵外壳件连接处的密封，使中低压腔的冷却水能全部通过补偿管有效输送至高压腔，避免泄压和流量损失。

优选的，所述主动轴和从动轴底部延伸端外表面的第二油封外壳密封垫的内部设置有两个O型圈，两个所述O型圈底端主动轴和从动轴的外表面均设置有两个油封件，O型圈和油封件构成多级密封系统，其主要功能是防止水下壳体腔内的齿轮油沿着主动轴和从动轴向上泄漏，同时防止外部水倒灌入齿轮箱，确保传动系统润滑可靠，并与水系统完全隔离。

优选的，所述油封件下方主动轴和从动轴的外表面均安装有轴向限位圈，所述主动轴的轴向限位圈外表面安装有主动齿轮，所述从动轴的轴向限位圈外表面设置有从动齿轮，所述主动齿轮和从动齿轮之间共同啮合连接有中间齿轮，轴向限位圈用于对齿轮进行精确的轴向定位，确保齿轮啮合位置稳定，传动平稳，主动齿轮、从动齿轮和中间齿轮构成减速传动系统，主动轴的动力通过主动齿轮传递给中间齿轮，再驱动从动齿轮，从而带动从动轴旋转，此齿轮组的设计决定了从动轴的转速低于主动轴，实现了中低压腔叶轮持续保持中低速运行的功能要求。

优选的，所述中间齿轮的内部设置有第一防磨片，所述中间齿轮的底部设置有圆锥滚子轴承，第一防磨片减少中间齿轮与其他接触部件之间的磨损，提高传动部件的使用寿命，圆锥滚子轴承用于承受中间齿轮传来的径向和轴向载荷，确保其转动平稳，并配合工装压装实现轴向完全限位。

优选的，所述主动轴的底部延伸端外表面和从动轴的底端均设置有第一滚针轴承，所述从动轴的底部与对应第一滚针轴承之间共同连接有第二防磨片，所述从动轴的顶部延伸端外表面设置有第二滚针轴承，第一滚针轴承和第二滚针轴承分别支撑主动轴和从动轴的底部和顶部，承受径向载荷，保证双轴旋转的同轴度和稳定性，减少摩擦，第二防磨片安装在从动轴底部与轴承之间，防止轴端与轴承座之间的磨损。

优选的，所述主动轴的底部安装有驱动齿轮，驱动齿轮将动力源的动力通过花键连接输入到主动轴，是整个水泵系统的动力输入端，同时，驱动齿轮也与舷外机的换挡机构啮合，实现推进功能。

优选的，所述U型补偿管的底部和上水管的底部均与水泵外壳件呈连通状态，补偿水通过此U型补偿管进入水泵外壳件内的高压水流汇集区，上水管与水泵外壳件连通，表明汇集后的冷却水最终通过此路径被压送至发动机，这两处连通是确保冷却水按设计路径流动的结构基础。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本舷外机用水泵补偿系统，通过设置高压储水腔和中低压储水腔的双腔室协同工作与压力补偿机制，有效解决了高转速下单一水泵系统出水压力不稳定的问题，当高压储水腔因高转速运行导致水压有下降趋势时，中低压储水腔能通过内部连通的补偿管自动提高其水泵叶轮的吸水速率，向高压腔补充冷却水。这种动态补偿确保了流向发动机的冷却水总量和压力保持稳定，避免了因工况变化导致的冷却效率下降或发动机过热风险，显著提升了系统的可靠性。

本舷外机用水泵补偿系统，通过双水泵叶轮的协同运行与独特的传动设计，实现了系统出力的动态平衡与自适应，并提升了泵水能力，高压腔叶轮由主动轴直接驱动高速运转，提供主要冷却流量；中低压腔叶轮则通过齿轮组减速后由从动轴驱动，维持中低速运行以提供补偿流量，两股水流最终汇合，使水泵系统整体保持动态稳定。若高压腔缺水，中低压腔便提高补水速率；待高压腔稳定后，中低压腔即恢复常态运行。这种设计不仅保证了持续稳定的冷却水供应，也通过双叶轮分担负荷，整体提升了泵水能力。

本舷外机用水泵补偿系统，通过中低压储水腔对高压储水腔的持续补偿作用，有效均衡了高压腔水泵叶轮的受力，延长了其使用寿命，中低压腔的补偿水流介入后，有助于平衡高压腔叶轮两侧的压力差，使得叶轮叶片受力更为均匀。这减少了叶片因长时间承受单边高压而产生的应力和变形，降低了叶轮的磨损，延长了高压腔水泵叶轮乃至整个系统的使用寿命。

本舷外机用水泵补偿系统，通过集成化的传动与密封设计，在实现复杂功能的同时，保证了结构紧凑性与运行可靠性，采用主动轴、从动轴及中间齿轮构成的减速传动机构，结构紧凑高效，同时，多层次密封件（如O型圈、油封及各密封垫）的运用，有效隔离了水流通道与齿轮传动腔，既防止了齿轮油泄漏和外部水侵入，确保了传动部件的润滑与耐用，也优化了泵水的密封性，提升了整体效率并降低了维护需求。

附图说明

图1为本发明的整体结构拆分状态示意图；

图2为本发明整体的立体结构示意图；

图3为本发明的整体结构仰视立体示意图；

图4为本发明的油封外壳件结构示意图；

图5为本发明的油封外壳件结构俯视结构示意图；

图6为本发明的水泵垫板结构示意图；

图7为本发明的水泵外壳密封垫和水泵叶轮结构组合状态示意图；

图8为本发明的水路流通原理简图。

图中：1、上水管；2、水管密封圈；3、水泵外壳件；4、水泵内壳；5、水泵叶轮；6、油封外壳件；7、O型圈；8、油封件；9、主动齿轮；10、轴向限位圈；11、圆锥滚子轴承；12、第一滚针轴承；13、主动轴；14、驱动齿轮；15、第二滚针轴承；16、U型补偿管；17、补偿管密封圈；18、水泵外壳密封垫；19、水泵垫板；20、第一油封外壳密封垫；21、第二油封外壳密封垫；22、从动齿轮；23、中间齿轮；24、第一防磨片；25、从动轴；26、第二防磨片；27、高压腔抽水区；28、中低压抽水区；29、半圆键。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1至图8所示，本实施例舷外机用水泵补偿系统，包括上水管1，上水管1是作为冷却水输送至发动机的最终通道，上水管1的底部设置有水泵外壳件3，水泵外壳件3作为水泵系统的主要承压和集水壳体，将两个水泵腔的水流汇集并导向发动机，水泵外壳件3的内部安装有两个水泵内壳4，水泵内壳4与水泵叶轮5配合形成密闭的泵腔，其偏心设计是产生吸水压差的关键，两个水泵内壳4的内部均设置有水泵叶轮5，水泵叶轮5是核心做功部件，通过旋转产生吸力和压力，实现抽水和泵水，水泵外壳的底端设置有水泵外壳密封垫18，水泵外壳密封垫18的底端设置有水泵垫板19，水泵垫板19的底端设置有第一油封外壳密封垫20，这些叠层的密封和间隔部件共同作用，用于分隔高压水流通道和下方的齿轮传动腔，同时其上设计的孔道构成了冷却水从泵腔流向水泵外壳件3的特定排水路径，第一油封外壳密封垫20的底端设置有油封外壳件6，油封外壳件6内部形成了高压和中低压两个独立的储水腔，并集成了吸水口和内部的排水通道，靠近上水管1位置处的水泵叶轮5中间位置处安装有主动轴13，另一个水泵叶轮5的中间位置处安装有从动轴25，主动轴13和从动轴25与两个水泵叶轮5之间均分别通过半圆键29进行传动连接，主动轴13和从动轴25的顶部均延伸出水泵外壳件3，主动轴13和从动轴25的底部均延伸出油封外壳件6，主动轴13和从动轴25设计是实现双腔独立及联动传动的核心，主动轴13直接传递动力驱动高压腔叶轮，从动轴25通过齿轮组减速后驱动中低压腔叶轮，实现补偿功能，油封外壳件6的底端设置有第二油封外壳密封垫21，第二油封外壳密封垫21用于密封油封外壳件6的底部，防止齿轮油泄漏，并将传动部件封闭在其腔内，主动轴13和从动轴25之间水泵外壳件3的顶部安装有U型补偿管16，U型补偿管16作为专用通道，将中低压腔泵出的冷却水定向输送至高压腔，以备高压腔需求增加时进行补水，油封外壳件6底端靠近主动轴13位置处设置有高压腔抽水区27，油封外壳件6底端靠近从动轴25位置处设置有中低压抽水区28，高压腔抽水区27和中低压抽水区28是油封外壳件6上的吸水口，分别对应于高压储水腔和中低压储水腔，直接从外界水源吸水。

具体的，上水管1底部外表面与水泵外壳件3的顶部之间共同连接有水管密封圈2，U型补偿管16的底部外表面与水泵外壳件3顶部之间共同连接有两个补偿管密封圈17，水管密封圈2确保上水管1与水泵外壳件3连接处的密封，防止冷却水在进入发动机前的最后环节发生泄漏，保证水压，补偿管密封圈17确保U型补偿管16与水泵外壳件3连接处的密封，使中低压腔的冷却水能全部通过补偿管有效输送至高压腔，避免泄压和流量损失。

进一步的，主动轴13和从动轴25底部延伸端外表面的第二油封外壳密封垫21的内部设置有两个O型圈7，两个O型圈7底端主动轴13和从动轴25的外表面均设置有两个油封件8，O型圈7和油封件8构成多级密封系统，其主要功能是防止水下壳体腔内的齿轮油沿着主动轴13和从动轴25向上泄漏，同时防止外部水倒灌入齿轮箱，确保传动系统润滑可靠，并与水系统完全隔离。

进一步的，油封件8下方主动轴13和从动轴25的外表面均安装有轴向限位圈10，主动轴13的轴向限位圈10外表面安装有主动齿轮9，从动轴25的轴向限位圈10外表面设置有从动齿轮22，主动齿轮9和从动齿轮22之间共同啮合连接有中间齿轮23，轴向限位圈10用于对齿轮进行精确的轴向定位，确保齿轮啮合位置稳定，传动平稳，主动齿轮9、从动齿轮22和中间齿轮23构成减速传动系统，主动轴13的动力通过主动齿轮9传递给中间齿轮23，再驱动从动齿轮22，从而带动从动轴25旋转，此齿轮组的设计决定了从动轴25的转速低于主动轴13，实现了中低压腔叶轮持续保持中低速运行的功能要求。

进一步的，中间齿轮23的内部设置有第一防磨片24，中间齿轮23的底部设置有圆锥滚子轴承11，第一防磨片24减少中间齿轮23与其他接触部件之间的磨损，提高传动部件的使用寿命，圆锥滚子轴承11用于承受中间齿轮23传来的径向和轴向载荷，确保其转动平稳，并配合工装压装实现轴向完全限位。

进一步的，主动轴13的底部延伸端外表面和从动轴25的底端均设置有第一滚针轴承12，从动轴25的底部与对应第一滚针轴承12之间共同连接有第二防磨片26，从动轴25的顶部延伸端外表面设置有第二滚针轴承15，第一滚针轴承12和第二滚针轴承15分别支撑主动轴13和从动轴25的底部和顶部，承受径向载荷，保证双轴旋转的同轴度和稳定性，减少摩擦，第二防磨片26安装在从动轴25底部与轴承之间，防止轴端与轴承座之间的磨损。

进一步的，主动轴13的底部安装有驱动齿轮14，驱动齿轮14将动力源的动力通过花键连接输入到主动轴13，是整个水泵系统的动力输入端，同时，驱动齿轮14也与舷外机的换挡机构啮合，实现推进功能。

更进一步的，U型补偿管16的底部和上水管1的底部均与水泵外壳件3呈连通状态，补偿水通过此U型补偿管16进入水泵外壳件3内的高压水流汇集区，上水管1与水泵外壳件3连通，表明汇集后的冷却水最终通过此路径被压送至发动机，这两处连通是确保冷却水按设计路径流动的结构基础。

本实施例的使用方法为：该系统主要由冷却水通路、双泵腔结构、传动补偿机构和密封系统构成，冷却水通路始于油封外壳件6底部的两个独立吸水口：高压腔抽水区27和中低压抽水区28，水流最终经由上水管1输送至发动机，双泵腔结构是系统的核心，系统包含两个由水泵内壳4和水泵叶轮5构成的泵腔，它们分别位于油封外壳件6内部的高压储水腔和中低压储水腔内，传动补偿机构的关键在于主动轴13和从动轴25的双轴设计，主动轴13由底部的驱动齿轮14输入动力，直接驱动高压腔叶轮高速旋转，提供主冷却流，同时，主动轴13通过其上的主动齿轮9、中间齿轮23和从动齿轮22组成的减速齿轮组，带动从动轴25以较低速度旋转，从而驱动中低压腔叶轮持续以中低速运行，中低压腔泵出的水不直接参与冷却，而是通过连接在两腔之间的U型补偿管16，作为补水被导入高压腔的出水区域，其工作原理是动态自适应的：当发动机负荷增大，高压腔水压有下降趋势时，两腔间的压力差会使中低压腔的泵水阻力减小，自动提高其抽水速率，通过U型补偿管16向高压腔补充更多冷却水；当高压腔压力稳定时，补偿流量则维持基础水平，这种设计实现了对高压腔的按需补水，有效避免了缺水情况，两股水流在水泵外壳件3内汇合后，压力稳定的充足冷却水通过水泵垫板19上特定的排水孔道，经密封良好的上水管1被压送至发动机，水管密封圈2和补偿管密封圈17确保了关键连接处的防泄漏，而多层叠放的水泵外壳密封垫18、水泵垫板19、第一油封外壳密封垫20和第二油封外壳密封垫21，则共同作用，有效隔离了上方的高压水流区域和下方包含齿轮的传动腔，传动腔的密封由O型圈7和油封件8构成的多级密封系统保障，防止齿轮油泄漏和外部水倒灌，主动轴13和从动轴25由第一滚针轴承12、第二滚针轴承15和圆锥滚子轴承11支撑以确保稳定转动，轴向限位圈10、第一防磨片24和第二防磨片26则用于精确的轴向定位和减少磨损。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种舷外机用水泵补偿系统，包括上水管（1），其特征在于：所述上水管（1）的底部设置有水泵外壳件（3），所述水泵外壳件（3）的内部安装有两个水泵内壳（4），两个所述水泵内壳（4）的内部均设置有水泵叶轮（5），所述水泵外壳件（3）的底端设置有水泵外壳密封垫（18），所述水泵外壳密封垫（18）的底端设置有水泵垫板（19），所述水泵垫板（19）的底端设置有第一油封外壳密封垫（20），所述第一油封外壳密封垫（20）的底端设置有油封外壳件（6），靠近所述上水管（1）位置处的水泵叶轮（5）中间位置处安装有主动轴（13），另一个所述水泵叶轮（5）的中间位置处安装有从动轴（25），所述主动轴（13）和从动轴（25）与两个水泵叶轮（5）之间均分别通过半圆键（29）进行传动连接，所述主动轴（13）和从动轴（25）的顶部均延伸出水泵外壳件（3），所述主动轴（13）和从动轴（25）的底部均延伸出油封外壳件（6），所述油封外壳件（6）的底端设置有第二油封外壳密封垫（21），所述主动轴（13）和从动轴（25）之间水泵外壳件（3）的顶部安装有U型补偿管（16），所述油封外壳件（6）底端靠近主动轴（13）位置处设置有高压腔抽水区（27），所述油封外壳件（6）底端靠近从动轴（25）位置处设置有中低压抽水区（28）；所述主动轴（13）的轴向限位圈（10）外表面安装有主动齿轮（9），所述从动轴（25）的轴向限位圈（10）外表面设置有从动齿轮（22），所述主动齿轮（9）和从动齿轮（22）之间共同啮合连接有中间齿轮（23）；所述U型补偿管（16）的底部和上水管（1）的底部均与水泵外壳件（3）呈连通状态。

2.根据权利要求1所述的舷外机用水泵补偿系统，其特征在于：所述上水管（1）底部外表面与水泵外壳件（3）的顶部之间共同连接有水管密封圈（2），所述U型补偿管（16）的底部外表面与水泵外壳件（3）顶部之间共同连接有两个补偿管密封圈（17）。

3.根据权利要求1所述的舷外机用水泵补偿系统，其特征在于：所述主动轴（13）和从动轴（25）底部延伸端外表面第二油封外壳密封垫（21）的内部设置有两个O型圈（7），两个所述O型圈（7）底端主动轴（13）和从动轴（25）的外表面均设置有两个油封件（8）。

4.根据权利要求3所述的舷外机用水泵补偿系统，其特征在于：所述油封件（8）下方主动轴（13）和从动轴（25）的外表面均安装有轴向限位圈（10）。

5.根据权利要求4所述的舷外机用水泵补偿系统，其特征在于：所述中间齿轮（23）的内部设置有第一防磨片（24），所述中间齿轮（23）的底部设置有圆锥滚子轴承（11）。

6.根据权利要求1所述的舷外机用水泵补偿系统，其特征在于：所述主动轴（13）的底部延伸端外表面和从动轴（25）的底端均设置有第一滚针轴承（12），所述从动轴（25）的底部与对应第一滚针轴承（12）之间共同连接有第二防磨片（26），所述从动轴（25）的顶部延伸端外表面设置有第二滚针轴承（15）。

7.根据权利要求1所述的舷外机用水泵补偿系统，其特征在于：所述主动轴（13）的底部安装有驱动齿轮（14）。