водометный движительно-рулевой комплекс

Формула изобретения

Водометный движительно-рулевой комплекс, содержащий водовод, водозаборник, рабочее колесо с обтекателем ступицы, установленное на валу, сопло с круговым входным сечением, спрямляющий аппарат, включающий гидродинамические обтекаемые профилированные стойки, посредством которых обтекатель ступицы прикреплен к соплу, и реверсивно-рулевое устройство, состоящее из поворотного дефлектора, расположенного за соплом, отличающийся тем, что нижняя часть водозаборника выполнена в виде полукольцевого профилированного насадка, а у сопла за его входным круговым сечением поперечные сечения на каждом участке вдоль оси вниз по потоку имеют форму сегментов круга, нижняя часть которых представляет собой дугу окружности диаметром, равным диаметру входного сечения сопла, а верхняя часть поперечных сечений - хорды сегментов круга, при этом постепенный переход от круговой формы сечения сопла на его входе к сегментному виду на его выходе осуществлен за счет увеличения стрелки прогиба, отсекаемого в каждом сечении сегмента, по мере продвижения к выходному сечению сопла, причем продольное сечение стенок полукольцевой части водозаборника и нижней части сопла, являющейся продолжением водозаборника, имеет гидродинамически обтекаемую форму в виде крыльевого профиля, прямолинейная сторона которого обращена внутрь полости водовода, при этом у обтекателя ступицы диаметр входного сечения равен диаметру круга выходного сечения ступицы рабочего колеса, профиль поперечных сечений внешнего контура обтекателя ступицы рабочего колеса на каждом участке по длине сопла в своей нижней части имеет горизонтальную линию, в верхней части - горизонтальную линию, параллельную хорде поперечных сечений внутреннего контура сопла на тех же участках, при этом боковые части представляют собой дуги окружности диаметром, равным диаметру выходного сечения ступицы рабочего колеса, а в районе выходного сечения сопла профиль сечения обтекателя ступицы рабочего колеса трансформируется в горизонтальную линию, причем спрямляющий аппарат образован стенками этого сопла, упомянутым обтекателем и профилированными стойками, а реверсивно-рулевое устройство оборудовано ограничительной плитой, расположенной горизонтально непосредственно за срезом сопла на уровне его верхней стенки и являющейся ее продолжением вдоль по потоку воды, причем свободные кромки ограничительной плиты примыкают к внутренней поверхности поворотного дефлектора, и снабжено по крайней мере двумя оборудованными приводом и вертикально расположенными побортно в пределах ширины выходного сечения сопла рулями, размещенными под упомянутой ограничительной плитой, на которой установлены их баллеры.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области судостроения и касается вопросов разработки водометных движителей с реверсивно-рулевым комплексом (ВДРК).

Для обеспечения маневренности судов водометные движители (ВД) снабжают реверсивно-рулевыми устройствами (РРУ), посредством которых изменяют направление действия тяги движителя. Обычно РРУ имеют большие габариты и массу конструкции, обуславливаемые размерами круглого выходного сечения сопла движителя. Масса ВДРК достигает 5-7% от водоизмещения судна. Кроме того, громоздкие плохо обтекаемые элементы РРУ имеют большое внешнее гидродинамическое сопротивление, чем ограничивают область применения водометных движителей. В частности, не представляется возможным рассматривать ВД в качестве альтернативных движителей на скоростные водоизмещающие суда с обтекаемой кормовой оконечностью. В случае установки ВД под днищем судна возникают дополнительные гидравлические сопротивления, создаваемые конструкцией РРУ, а при размещении движителя внутри корпуса судна он не может забрать воду для подачи ее на рабочее колесо.

Для снижения весогабаритных параметров ВДРК иногда сокращают длину движителя, совмещая сопло со спрямляющим аппаратом.

Известен ВДРК для двухвального судна (патент Великобритании № 1332787, М. кл. B 7 V, B 63 H 11/46, В 60 3/00, 03.10.1973), содержащий водомет, в который входит сопло кругового сечения с установленным в него спрямляющим аппаратом и дефлекторное устройство, поворотом которого вокруг оси обеспечивается управление судна, а при крайнем положении - задний ход. При этом струя движителя, выходя из дефлектора, попадает в канал заднего хода.

Указанный ВДРК наиболее близок к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату, поэтому принят за прототип. Вместе с тем, он имеет ряд недостатков, к которым следует отнести:

- большие габариты и вес конструкции РРУ, обусловленные круговой формой выбросного сопла движителя;

- ограниченная область применения ВД (отсутствие возможности применения ВД на скоростных водоизмещающих судах)

- из-за большего гидродинамического сопротивления.

Задачей заявляемого изобретения является достижение технического результата, заключающегося:

- в уменьшении весогабаритных параметров ВДРК и снижении объема воды в движителе, т.е. в создании малогабаритного водометного движителя (МГВД);

- в расширении области применения ВД, в частности на надводных судах и кораблях (скоростных контейнеровозах, корветах, фрегатах и т.п.);

- в повышении технологичности конструкции движителя.

Для решения этой задачи у ВДРК, имеющего водовод, водозаборник, рабочее колесо с обтекателем ступицы, установленное на валу, сопло с круговым входным сечением, спрямляющий аппарат, включающий гидродинамические обтекаемые профилированные стойки, посредством которых обтекатель ступицы прикреплен к соплу, и реверсивно-рулевое устройство, состоящее из поворотного дефлектора, расположенного за соплом, нижняя часть водозаборника выполнена в виде полукольцевого профилированного насадка. У сопла за его входным круговым сечением поперечные сечения на каждом участке вдоль оси вниз по потоку имеют форму сегментов круга, нижняя часть которых представляет собой дугу окружности диаметром, равным диаметру входного сечения сопла, а верхняя часть поперечных сечений - хорды сегментов круга. При этом постепенный переход от круговой формы сечения сопла на его входе к сегментному виду на его выходе осуществлен за счет увеличения стрелки прогиба, отсекаемого в каждом сечении сегмента, по мере продвижения к выходному сечению сопла. Продольное сечение стенок полукольцевой части водозаборника и нижней части сопла, являющейся продолжением водозаборника, имеет гидродинамически обтекаемую форму в виде крыльевого профиля, прямолинейная сторона которого обращена вовнутрь полости водовода. При этом диаметр входного сечения обтекателя ступицы равен диаметру круга выходного сечения ступицы рабочего колеса. Профиль поперечных сечений внешнего контура обтекателя ступицы рабочего колеса на каждом участке по длине сопла в своей нижней части имеет горизонтальную линию, в верхней части – также горизонтальную линию, параллельную хорде поперечных сечений внутреннего контура сопла на тех же участках. Боковые части представляют собой дуги окружности диаметром, равным диаметру выходного сечения ступицы рабочего колеса. В районе выходного сечения сопла профиль сечения обтекателя трансформируется в горизонтальную линию. Спрямляющий аппарат образован стенками сопла движителя, упомянутым обтекателем и профилированными стойками. Реверсивно-рулевое устройство оборудовано ограничительной плитой, расположенной горизонтально непосредственно за срезом сопла на уровне его верхней стенки и являющейся ее продолжением вдоль по потоку воды. Свободные кромки ограничительной плиты примыкают к внутренней поверхности поворотного дефлектора. РРУ снабжено, по крайней мере, двумя оборудованными приводами и вертикально расположенными побортно в пределах ширины выходного сечения сопла рулями, размещенными под упомянутой ограничительной плитой, на которой установлены их баллеры.

Выполнение нижней части водозаборника в виде полукольцевого профилированного насадка обуславливает его обтекание потоком воды с незначительным внешним сопротивлением.

Придание сечениям сопла вытянутой в горизонтальном направлении формы позволяет значительно уменьшить габариты всего РРУ за счет формирования плоской струи, которая имеет толщину в направлении поворота при реверсировании меньшую, чем диаметр круглой струи. Уменьшение габаритов РРУ и предлагаемая конструкция сопла вместе с водозаборником, выполненным в виде полукольцевого профилированного насадка, позволяют компоновать движитель выступающим под днищем судна, поскольку плохообтекаемые части РРУ могут быть размещены внутри корпуса судна, а под днищем выступает только обтекаемая часть движителя, без заметного сопротивления при внешнем обтекании и, соответственно, без падения КПД. Такое расположение позволяет существенно (в 3-4 раза) сократить объем воды в водоводе, приводящей к потере водоизмещения судна. Размещение нижней части водозаборника в виде полукольцевого профилированного насадка ниже уровня поверхности днища судна обеспечивает необходимый забор воды и работу движителя при всех скоростях его движения.

Придание указанной формы сечений сопла и обтекателя ступицы рабочего колеса на каждом участке сопла, а также наличие профилированных стоек, крепящих обтекатель ступицы рабочего колеса к стенкам сопла и выполняющих роль традиционно громоздкого спрямляющего аппарата, препятствует вращательному движению струи и способствует спрямлению потока за рабочим колесом. Это уменьшает смоченную поверхность комплекса сопло-спрямляющий аппарат и, соответственно, гидравлические потери, в результате чего повышается КПД движителя, а также упрощается конструкция и снижается трудоемкость изготовления сопла-спрямляющего аппарата.

Оборудование РРУ ограничительной плитой и двумя рулями, расположенными под ней за соплом движителя, позволяет исключить потери давления в верхней части рулей и тем самым способствует повышению величины боковой силы, создаваемой при заданном угле перекладки рулей.

Кроме того, обводы сопла движителя с вытянутой формой выходного сечения выбраны исходя из условия упрощения технологии его изготовления: все детали сопла имеют плоскую развертку и при сборке сопла предусматривается их сварное соединение без последующей механической обработки (кроме зачистки сварных швов).

Сущность изобретения поясняется рисунками, где на фиг.1 представлена боковая проекция ВДРК, на фиг.2 - вид сзади, а на фиг.3 - поперечное сечение по А-А сопла движителя.

Здесь (фиг.1, 2) ВДРК имеет водовод 1 с водозаборником 2, рабочее колесо 3 с обтекателем 4 ступицы 5, установленное на валу 6, сопло 7 с круговым входным сечением 8, профилированные стойки 9, выполняющие совместно с соплом 7 и обтекателем 4 ступицы 5 функцию спрямляющего аппарата, и РРУ, состоящее из поворотного дефлектора 10, расположенного за соплом 7, и горизонтальной ограничительной плиты 11, являющейся продолжением верхней стенки сопла 7, на которой установлены баллеры (на рисунке не показаны) рулей 12, вертикально расположенных под ограничительной пластиной 11 побортно за соплом 7 в пределах его ширины выходного сечения с рулевыми приводами (на рисунке не показаны). Нижняя часть водозаборника 2 выполнена в виде полукольцевого профилированного насадка 13. У сопла 7 за его входным круговым сечением 8 поперечные сечения на каждом участке вдоль оси вниз по потоку имеют форму сегментов круга 14, нижняя часть которых представляет собой дугу окружности 15 диаметром, равным диаметру входного сечения сопла 7, а верхняя часть поперечных сечений - хорды сегментов круга 16. Профиль поперечных сечений внешнего контура обтекателя 4 ступицы 5 рабочего колеса 3 на каждом участке по длине сопла 7 в своей нижней части имеет горизонтальную линию 17, в верхней части - горизонтальную линию 18, параллельную хорде 16 поперечных сечений внутреннего контура сопла 7 на тех же участках, при этом его боковые части 19 представляют собой дуги окружности диаметром, равным диаметру выходного сечения ступицы 5 рабочего колеса 3, а в районе выходного сечения сопла профиль сечения обтекателя 4 ступицы 5 рабочего колеса 3 трансформируется в горизонтальную линию 20 (см. фиг.3).

ВДРК обеспечивает движение судна с разными скоростями на переднем ходу, реверсирование судна и положение "стоп", а также маневрирование судна на всех режимах движения. При этом устройство работает следующим образом.

Поток воды, поступающий через водозаборник 2 в водовод 1, проходит через рабочее колесо 3, которое приводится во вращение с помощью вала 6, спрямляется, проходя через сопло 3 с обтекателем 4 ступицы 5 с профилированными стойками 9, отбрасывается из его выбросного щелевого патрубка в виде вытянутой струи, при этом обтекая вертикально расположенные побортно за соплом 7 рули 12 и ограничительную плиту 11, на которой установлены их баллеры.

На режиме переднего хода при обтекании потоком воды, поступающего из выходного сечения сопла 7, рулей 12 при малых углах их перекладки поддерживается прямолинейное движение судна на курсе, а при больших углах перекладки рулей 12 производится поворот судна в ту или иную сторону в соответствии с направлением перекладки рулей.

Для реверсирования судна при повороте дефлектор 10 входит в струю, истекающую из сопла 7, перекрывает ее и изменяет направление струи на противоположное. Причем при одном из положений дефлектора 10 создается "столовый" режим судна.

Технический эффект предлагаемого ВДРК в части повышения пропульсивных характеристик достигает по данным модельных испытаний 5-10%. При этом габаритные параметры реверсивно-рулевого устройства снижаются на 50%, а вес водометного движителя - на 10-20%.