ВОДОМЕТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬНО-ДВИЖИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС
WATER-JET ENGINE-PROPULSION COMPLEX

Изобретение относится к области судостроения, а более конкретно к водометным движителям, и касается вопроса повышения их эффективности.
Одной из важнейших характеристик движителей является их коэффициент полезного действия (к.п.д.). В то же время одновременно с достижением высокого к.п.д. требуется обеспечить целый ряд других требований, направленных на снижение акустических и вибрационных характеристик. Движитель неизбежно взаимодействует с внешним потоком, что приводит к дополнительным потерям и к снижению к.п.д. Один из путей повышения к.п.д. движителей состоит в использовании схемы движителей так называемого насосного типа. При этом за счет расположения лопастей в канале и применения спрямляющего аппарата можно добиться высокого к.п.д. лопастной системы, а за счет выбора формы корпуса движителя, представляющего собой кольцевую насадку, обеспечить минимальные потери при взаимодействии с внешним потоком.
Известен водометный двигательно-движительный комплекс (ВДДК), содержащий осесимметричный корпус в виде судовой кольцевой насадки и размещенные в нем статор электродвигателя и подвижно установленное круговое кольцо с закрепленными на его внутренней стороне лопастями, представляющее собой рабочее колесо движителя и выполненное как единое целое с ротором реверсивного электродвигателя погружного исполнения, закрепленным на круговом кольце с наружной его стороны, причем круговое кольцо подвешено на защищенных опорно-упорных конструкциях. Длина лопастей его рабочего колеса составляет 0,4-0,5 внутреннего радиуса кругового кольца, а образующая внутренней поверхности носовой части корпуса на входе потока имеет синусоидальную форму (Патент РФ №2204502 от 20.05.2003 г.) - прототип.
Однако наличие у известного ВДДК лопастной системы, состоящей из одного рабочего колеса, без направляющих и спрямляющих поток лопастных систем, приводит к неизбежной закрутке потока за рабочим колесом, являющимся негативным фактором, приводящим к потерям энергии на закрутку потока.
Из-за относительно малой длины лопастей рабочего колеса (0,4-0,6 внутреннего радиуса кольца) имеют место заметные потери энергии при обтекании концов лопастей.
Кроме того, синусоидальная форма образующей внутренней поверхности носовой части корпуса на входе потока не обеспечивает однородности потока и, как следствие, безотрывности потока, что негативно сказывается на начале момента возникновения кавитации.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение к.п.д. ВДДК при одновременном улучшении его кавитационных и акустических характеристик.
Для этого предлагаемый водометный двигательно-движительный комплекс оснащен расположенным за рабочим колесом и установленным в корпусе круговым лопастным спрямляющим аппаратом, длина лопаток которого составляет 0,5-0,6 внутреннего радиуса кругового кольца рабочего колеса. Лопасти рабочего колеса при этом имеют длину 0,6-0,8 внутреннего радиуса кругового кольца. Число лопаток спрямляющего аппарата превышает число лопастей рабочего колеса по меньшей мере на две единицы. При этом образующей внутренней поверхности носовой части корпуса придана форма профиля, позволяющего обеспечить постоянство давления вниз по потоку в пределах, по меньшей мере, 1/3 длины канала движителя.
Оснащение ВДДК расположенным за рабочим колесом и установленным в корпусе круговым лопастным спрямляющим аппаратом, длина лопаток которого составляет 0,5-0,6 внутреннего радиуса кругового кольца рабочего колеса, предотвращает закрутку потока за рабочим колесом и соответственно исключает потери энергии на указанную закрутку, что повышает к.п.д. движителя.
Приданием лопастям рабочего колеса длины, равной 0,6-0,8 внутреннего радиуса кругового кольца, обеспечивается снижение потерь энергии при обтекании концов лопастей, что также способствует повышению к.п.д. движителя.
Форма образующей внутренней поверхности носовой оконечности, обеспечивающая постоянство давления вниз по потоку, позволяет осуществить выравнивание потока в диске рабочего колеса и отдаление момента возникновения кавитации, что способствует снижению акустических и вибрационных характеристик. Этому способствует также и согласованный выбор числа лопаток спрямляющего аппарата, превышающего не менее чем на два число лопастей рабочего колеса. В зависимости от количества лопастей рабочего колеса и количества лопаток спрямляющего аппарата это превышение может быть и более двух.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого водометного двигательно-движительного комплекса, на фиг. 2 - вид по А-А на фиг. 1 и на фиг. 3 - вид по В-В на фиг. 1.
ВДДК имеет осесимметричный корпус 1 в виде судовой кольцевой насадки, в проточном канале 2 которого размещено подвижно установленное круговое кольцо 3 с закрепленными на его внутренней стороне лопастями 4, представляющее собой рабочее колесо движителя (фиг. 1). В корпусе 1 размещен статор электродвигателя 5, а на круговом кольце 3 с наружной его стороны закреплен ротор 6 реверсивного электродвигателя погружного исполнения, выполненный как единое целое с рабочим колесом движителя. Круговое кольцо 3 подвешено на защищенных опорно-упорных конструкциях (не показано). В корпусе 1 за рабочим колесом - круговым кольцом 3 установлен спрямляющий поток аппарат 7, имеющий лопатки 8, длина которых составляет 0,5-0,6 внутреннего радиуса кругового кольца 3 рабочего колеса (фиг. 1, 3), а их число превышает число лопастей рабочего колеса по меньшей мере на две. Лопасти 4 рабочего колеса движителя имеют длину, равную 0,6-0,8 внутреннего радиуса кругового кольца 3 (фиг. 2). Образующей внутренней поверхности носовой части 9 корпуса 1 придана форма профиля, позволяющего обеспечить постоянство давления вниз по потоку в пределах по меньшей мере 1/3 длины проточного канала 2 движителя (фиг. 1).
Работа ВДДК осуществляется следующим образом.
В статор электродвигателя 5 подается электропитание, который приводит во вращение ротор 6 вместе с рабочим колесом движителя. Лопастная система 4 рабочего колеса отбрасывает поток назад, при этом на лопастях ротора создается полезный упор. Поток за рабочим колесом закручивается, что является негативным фактором, свидетельствующим о потерях энергии и, как следствие, о пониженном к.п.д. движителя. Проходя через систему лопаток 8 расположенного за рабочим колесом спрямляющего аппарата 7, закрутка потока существенно уменьшается, и при этом спрямляющий аппарат 7 аккумулирует часть потерянной на рабочем колесе энергии, и в результате на его лопатках также создается полезный упор. В совокупности все это приводит к увеличению к.п.д. ВДДК. Кроме того, на носовой части проточного канала 2 движителя (примерно на 1/3 его длины) происходит выравнивание потока в диске рабочего колеса, в результате чего отдаляется момент возникновения кавитации, что благоприятно сказывается на акустических и вибрационных характеристиках ВДДК.
В настоящее время изготовлена модель предлагаемого ВДДК и проверена ее работа, в результате которой подтверждено повышение к.п.д. движителя на 10-12% и улучшение его кавитационных характеристик.
Применение предлагаемого ВДДК позволяет в зависимости от решаемой задачи снизить энергопотребление или увеличить скорость движения при одновременном обеспечении хороших акустических и вибрационных характеристик, что выгодно отличает его от прототипа.