ЛОПАСТНАЯ СИСТЕМА ВОДОМЕТНОГО ДВИЖИТЕЛЯ
WATER-JET PROPELLER BLADE SYSTEM

Настоящее изобретение относится устройствам для перемещения окружающей среды - воды, воздуха и предназначено для повышения эффективности и снижения гидро- и аэродинамического шума.
Лопастная система может быть использована с указанными целями в водометных движителях, а также в вентиляторах, осевых насосах.
Известно, что эффективность водометного движителя зависит от параметров помещенной в неподвижный насадок лопастной системы в виде судового винта постоянного или переменного шага. При возрастании скорости, развиваемой судном, упор водометного движителя снижается, так что движитель работает не в режиме максимального КПД.
Известны способы борьбы с этим явлением - помещение лопастной системы (рабочего колеса) водометного движителя в конический насадок. Однако этот способ приводит к некоторому снижению КПД, так как сопротивление конического насадка при увеличении скорости судна существенно возрастает по сравнению с цилиндрическим насадком.
Аналогом изобретения является «Водометный движитель» по патенту РФ №2266231, МПК B63H 11/08, 2004 г. Лопасти выполнены с криволинейной линией профиля и расположены на конической втулке, так что площадь на выходе лопастной системы составляет 0,7 площади на входе.
Прототипом изобретения является патент US 2010/0266428 A1, F04B 17/00, B64C 27/46, F04D 29/42 от 21.10.2010 г. Лопастная система вентилятора по этому патенту помещена в цилиндрический контур и имеет волнистую выходную кромку лопасти, что является известным техническим решением (патент РФ №2317225, B63H 1/26 от 10.10.2006 г.). Новизна состоит в том, что периферийную часть лопасти предлагается выполнить также волнистой, что способствует вихреобразованию в зазоре между лопастью и насадком, что способствует снижению перетекания воздуха с нагнетающей стороны лопасти на подсасывающую.
Недостатком этого конструктивного решения является также увеличение потерь, что приводит к снижению упора и КПД.
Задачей настоящего изобретения является повышение упора движителя и коэффициента полезного действия, а снижение шума и повышение устойчивости работы, в случае применения лопастной системы в качестве водометного движителя, при попадании воздуха и в кавитационных режимах.
Поставленная задача решается специальным конструктивным исполнением лопастной системы. Лопасти системы расположены на цилиндрической ступице и помещены в цилиндрический насадок, в котором расположены неподвижные лопатки. Лопатки имеют противоположное направление, по сравнению с лопастями рабочего колеса. Лопасти на выходе имеют волнистую выходную кромку, форма которой выполняется вокруг идеального расчетного профиля лопасти путем переменного отклонения угла лопасти относительно расчетного значения по высоте
На фиг.1 показан разрез водометного движителя, на фиг.2 - вид по стрелке А. На ступице 1 закреплена лопастная система, состоящая из лопастей 2. В корпусе цилиндрического насадка расположены неподвижные лопатки 3. На фиг.3 стрелкой Б показано направление потока.
2
2
2
2
Фронтальная площадь лопастей - F1=π/4(D-d), а неподвижных лопаток - F2=π/4(D1-D).
Технический результат состоит в том, что помещение лопастной системы в насадок, с лопастями обеспечивает более высокий КПД в широком диапазоне скорости судна, что позволяет при той же мощности двигателя развивать большую скорость.
Эффект достигается за счет более оптимального обтекания лопаток на всех режимах работы движителя по скорости и за счет лучших кавитационных характеристик сохранять высокие значения тяги в широком диапазоне скоростей. А наличие неподвижных лопастей способствует исключению перетекания жидкости и снижению гидродинамического шума.
Водометный движитель работает следующим образом.
Вследствие того, что на выходной части лопасти имеются каналы, поток, сбегающий с периферии лопасти, воздействует на поток в неподвижных каналах, за счет чего возрастает полезная энергия, передаваемая потоку. Скорость потока на выходе будет увеличиваться, что приводит к увеличению реактивной тяги. В итоге возрастает упор по сравнению с другими вариантами исполнения лопастной системы. Наличие неподвижных лопастей в насадке способствует подавлению кавитации в зазоре между лопастями и насадком. Величина фронтальной площади неподвижных лопаток позволяет достигать различных соотношений между упором движителя и КПД. Увеличение фронтальной площади F1 свыше 0,5F2 от фронтальной площади подвижных лопастей, как показывают расчеты, не увеличивает положительный эффект.
Движитель предлагаемой конструкции будет иметь расширенный диапазон работы с более высоким значением упора и КПД и устойчиво работать как при захвате воздуха, так и в режимах кавитации, а волнистая выходная кромка и неподвижные лопатки в насадке позволят максимально снизить структуру вихрей в потоке и будут способствовать снижению шума.