водометный движитель

Формула изобретения

Водометный движитель судна, содержащий водовод, размещенное внутри водовода и установленное на валу с помощью кронштейна рабочее колесо, выходящие кромки лопастей которого расположены в плоскости заднего среза водовода, отличающийся тем, что хвостовая часть водовода выполнена в виде профилированной кольцевой насадки и вместе с рабочим колесом размещена за транцем судна, прикреплена к нему и смещена вниз по транцу судна так, что нижний ее край выступает под днище судна, а внутренняя поверхность насадки выполнена в виде двух следующих одна за другой круглых цилиндрических поверхностей, пересекающихся перед рабочим колесом, с осями, ориентированными под углом друг к другу, причем ось носового цилиндра составляет с основной плоскостью судна угол, равный -3 ... +1^o, а ось кормового цилиндра совпадает с осью вала рабочего колеса, при этом боковая поверхность водовода вверх по потоку от насадки сформирована в виде продолжения цилиндрической поверхности носовой части насадки, а верхний свод водовода имеет криволинейную вдоль продольной оси носового цилиндра насадки поверхность, которая в каждом сечении проходит по линии хорды сегмента окружности поперечного сечения цилиндра, причем на входном сечении водовода линия указанной поверхности совпадает с плоскостью поверхности днища судна, имея в этом месте наибольшее значение по ширине, и уменьшается в направлении к насадке, исчезая у ее входного сечения, при этом форма сечений лопастей рабочего колеса выполнена с утолщением в направлении выходящей кромки лопасти, которая сзади имеет закругление.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области судостроения и касается вопроса создания водометных движителей скоростных судов. Как известно, на скоростных судах в качестве движителей используются гребные винты и осевые водометные движители. Эти движители имеют существенные недостатки. КПД гребных винтов при больших скоростях хода существенно уменьшается. Осевые водометные движители имеют большой вес, а их характеристики нестабильны при попадании воздуха к рабочему колесу.

Известен водометный движитель по патенту РФ N 2096258, В 63 H 11/08, принятый за прототип, который содержит водовод, установленное внутри водовода на валу с кронштейном рабочее колесо, выходящие кромки лопастей которого расположены в плоскости среза водовода, совпадающей с плоскостью транца судна. В торце выходного среза водовода образована кольцевая канавка, соединенная с атмосферным воздухом, например, трубопроводом. Форма сечений лопастей рабочего колеса движителя-прототипа выбрана клиновой со ступенчатым выступом на выходящей кромке со стороны нагнетающей поверхности каждой лопасти. Этот движитель предусматривает отрывное обтекание лопастей рабочего колеса за счет попадания к ним атмосферного воздуха и возникновения на них воздушных каверн, которые позволяют за счет уменьшения профильных потерь достичь высокого КПД и исключить возможность изменения режима работы движителя при попадании в его гидравлическое сечение дополнительного количества воздуха, т.е. обеспечить стабильность его работы.

Однако такая конструкция движителя, предусматривающая размещение всего движительного комплекса в корпусе судна, является сложной, а ее реализация трудоемкой. При этом вследствие того, что выходное сечение водовода с рабочим колесом расположено не ниже плоскости днища судна, на режимах полного хода появляются дополнительные гидравлические потери в водозаборнике, снижающие пропульсивные качества судна, а на режимах разгона из-за небольшого погружения оси рабочего колеса тяговые характеристики водометного движителя могут оказаться недостаточными для преодоления горба кривой сопротивления судна. Клиновая форма сечений лопастей рабочего колеса с тупой задней кромкой существенно снижает тягу движителя на заднем ходу.

Задачей заявляемого изобретения является достижение технического результата, заключающегося в упрощении конструкции движителя и улучшении его пропульсивных характеристик на всех режимах эксплуатации судна, включая задний ход.

Для этого в известном водометном движителе хвостовая часть водовода выполнена в виде профилированной кольцевой насадки и вместе с рабочим колесом, установленным на валу с кронштейном внутри насадки, перемещена за транец судна, прикреплена к нему и смещена вниз по транцу судна так, что нижний ее край выступает под днище судна. Внутренняя поверхность насадки выполнена в виде двух следующих друг за другом круглых цилиндрических поверхностей, пересекающихся перед рабочим колесом, с осями, ориентированными под углом друг к другу, причем ось носового цилиндра составляет с основной плоскостью судна угол, равный -3...+1 градусам, а ось кормового цилиндра совпадает с осью вала рабочего колеса. Боковая поверхность водовода вверх по потоку от насадки сформирована в виде продолжения цилиндрической поверхности носовой части насадки, а верхний свод водовода имеет криволинейную вдоль продольной оси носового цилиндра насадки поверхность, которая в каждом сечении проходит по линии хорды сегмента окружности поперечного сечения цилиндра, причем на входном сечении водовода линия указанной поверхности совпадает с плоскостью поверхности днища судна, имея в этом месте наибольшее значение по ширине, и уменьшается в направлении к насадке, исчезая у ее входного сечения. Форма сечений лопастей рабочего колеса выполнена с утолщением в направлении выходящей кромки лопасти, которая сзади имеет закругление.

Исполнение хвостовой части водовода в виде кольцевой профилированной насадки с установленным на валу с кронштейном рабочим колесом и ее крепление к транцу судна, а также выполнение внутренней поверхности насадки в виде двух пересекающихся перед рабочим колесом цилиндрических поверхностей, одна из которых (носовая) одновременно является продолжением боковой поверхности водовода, расположенного перед насадкой в днище судна, с верхним сводом этой части водовода, имеющим криволинейную вдоль продольной оси поверхность, существенно упрощает конструкцию водометного движительного комплекса и технологию его изготовления, не требующую обеспечения двойной кривизны внутренней поверхности водовода.

Перемещение насадки водовода за транец судна обеспечит гарантированное поступление атмосферного воздуха к выходящим кромкам лопастей рабочих колес, необходимого для их вентиляции. В связи с этим отпадает потребность в изготовлении в торце водовода кольцевой канавки, что также упрощает конструкцию водометного движителя. Форма сечений лопастей рабочих колес в этом случае принимается с утолщением в направлении к закругленной выходящей кромке, что приводит к улучшению условий вентиляции лопастей атмосферным воздухом, засасываемым с плоскости среза насадки, и к улучшению обтекания лопастей при реверсе и, следовательно, к увеличению тяги движителя на заднем ходу судна.

Смещение насадки водовода с рабочим колесом по транцу судна частично ниже основной плоскости днища судна позволяет повысить КПД движителя на расчетных режимах вследствие уменьшения гидравлических потерь за счет выравнивания потока вдоль продольной оси водовода и снижения неравномерности в диске рабочего колеса. Кроме этого, в предложенной конструкции водометного движителя за счет смещения насадки вниз на режимах разгона возрастает и величина погружения оси рабочего колеса, что из-за влияния сил тяжести приводит к уменьшению попутного потока, а следовательно, к росту разгонных тяговых характеристик водометного движителя, играющих для вентилируемого водометного движителя существенную роль.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан предлагаемый движитель, на фиг. 2 - поперечное сечение водовода перед насадкой и на фиг. 3 - профиль рабочего колеса и направление его обтекания на заднем ходу.

Хвостовая часть водовода 1 имеет кольцевую профилированную насадку 2, установленную за корпусом судна 3 (фиг. 1). На валу 4 с помощью кронштейна 5 установлено рабочее колесо 6. Выходящие кромки 7 лопастей 8 рабочего колеса 6 расположены в плоскости среза 9 насадки 2. Форма сечений лопастей рабочего колеса 6 выполнена с утолщением в направлении выходящей кромки 7, лопасти 8 имеют на задней кромке закругление (фиг. 3). Внутренняя часть насадки 2 сформирована с помощью круглых цилиндрических поверхностей - носовой 10 с геометрической осью 11, направленной под углом в диапазоне -3...+1 градусов к основной плоскости (ОП) судна и кормовой 12, ось 13 которой совпадает с осью 14 вала 4 движителя. Плоскость 15 пересечения цилиндрических поверхностей 10 и 12, образующих внутреннюю часть насадки 2, расположена перед рабочим колесом 6. Насадка 2 закреплена за транцем 16 с помощью фланца 17 так, что нижний край насадки 2 выступает под днищем 18 судна. Водовод 1 в корпусе судна 3 выполнен в виде тоннеля, боковые стенки 19 которого сформированы цилиндрической поверхностью, являющейся продолжением по направлению в нос судна передней части 10 внутренней поверхности насадки 2, а верхний свод 20 образован криволинейной вдоль продольной оси 11 поверхностью, касательная плоскость к которой содержит хорду сегмента окружности поперечного сечения цилиндра (фиг. 2). При приближении к транцу ширина полки верхнего свода 20 уменьшается и у входа в насадку сечение водовода превращается в окружность.

Устройство работает следующим образом. При движении судна водоводом осуществляются прием воды из свободного потока и ее подача к рабочему колесу. Конструкция движителя обеспечивает попадание атмосферного воздуха в зону лопастной системы рабочего колеса, в результате чего образуются воздушные каверны, примыкающие к выходящим кромкам или засасывающей стороне лопастей. Эти воздушные каверны, разделяя струю движителя на отдельные части, уменьшают гидравлическое сечение движителя и выполняют функцию поджимающего сопла. Тяга движителя реализуется на рабочем колесе и водоводе. Разгон судна при помощи вентилируемого водометного движителя обеспечивается обтеканием рабочего колеса при малых скоростях хода без вентиляции при максимально возможном заглублении рабочего колеса под свободную поверхность воды.

Предлагаемая конструкция водометного движителя отличается простотой, выдвижение насадки водовода за транец судна обеспечивает вентиляцию лопастной системы движителя, а частичное заглубление насадки водовода ниже плоскости днища судна и форма сечений лопастей рабочего колеса с утолщением и закруглением выходящей кромки позволяет повысить пропульсивные качества движителя на всех режимах эксплуатации судна, включая задний ход.