ВОДОМЕТНЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ

Полезная модель относится к области судостроения и касается разработки водометного движителя водоизмещающего надводного судна.
Известен водометный движитель с реверсивно-рулевым комплексом (ВДРК) (Патент РФ №2205774, МПК В63Н 11/08, 11/10, 11/103, 06.05.2002). В состав ВДРК входит водовод, рабочее колесо с обтекателем ступицы, установленное на валу с подшипниками, спрямляющий аппарат и реверсивно-рулевое устройство с поворотным дефлектором за соплом. За входным круговым сечением сопла его поперечные сечения имеют вытянутую в горизонтальном направлении форму. Отношение ширины к высоте вытянутых в горизонтальном направлении поперечных сечений сопла составляет 2÷10. Профиль поперечных сечений обтекателя рабочего колеса повторяет профиль поперечных сечений внутреннего контура сопла. Спрямляющий аппарат образован стенками сопла, обтекателем и профилированными стойками.
Известный ВДРК имеет ряд недостатков, к которым следует отнести: большие вес и габариты конструкции реверсивно-рулевого устройства; при работе ВДРК на стоповом режиме реверсивная заслонка направляет поток воды вперед вниз, что может приводить к размыву дна водоема, и в результате чего может происходить всплытие затопленных предметов; наличие выступающих частей в тракте водовода за рабочим колесом (спрямляющие лопатки, рули) может привести к застреванию на их кромках попавших в движитель предметов (обрывки кабелей, тросов, рыболовных сетей, водорослей и т.д.) в результате засорения гидравлического сечения может возникнуть аварийная ситуация. Для предотвращения засорения гидравлического сечения водометного движителя на судне устанавливается защитная решетка, которая приводит к резкому росту буксировочного сопротивления и следовательно падению эффективности движителя.
Известно также техническое решение «Судно с движителем» (Ship having а drive, международный заявка на патент №WO 2012052155 A1, МПК В63Н 23/32; В63Н 5/15, 18.10.2010), в котором описан водометный движитель судна, состоящий из рабочего колеса со ступицей и носовым обтекателем, спрямляющего аппарата со ступицей, направляющей насадки с соплом, окружающей рабочее колесо и спрямляющий аппарат, кормового обтекателя спрямляющего аппарата, центрального
тела, образованного носовым обтекателем рабочего колеса, ступицами рабочего колеса и спрямляющего аппарата и кормовым обтекателем спрямляющего аппарата.
Известный движитель характеризуется следующими свойствами: направляющая насадка состоит из носовой части, жестко закрепленной на корпусе, и кормовой части насадки, закрепленной на корпусе с возможностью ее снятия; насадка поддерживает подшипник, в котором вращается гребной вал, через который приводится в движение рабочее колесо; движитель расположен на судне так, что на стопе он полностью погружен в воду (под свободную поверхность воды).
Движитель обеспечивает передний и задний ход судна за счет реверса направления вращения гребного винта и достаточную тягу на швартовых режимах вперед и назад.
Указанное устройство - движитель принято в качестве прототипа, как наиболее близкое к предлагаемой полезной модели по технической сущности.
Недостатком движителя - прототипа является его низкая эффективность на переднем ходу, обусловленная его расположением на судне, при котором сопло движителя полностью погружено под воду.
При большом погружении движителя под свободную поверхность воды его эффективность резко падает, а при малом погружении - отсутствует тяга вперед на швартовом режиме.
Для повышения эффективности водометного движителя на переднем ходу его устанавливают на судне так, что часть его сопла и рабочего колеса располагаются над водой, однако такое расположение водометного движителя приводит к тому, что при реверсе течения внутри него через часть сопла, расположенную над водой, засасывается воздух, и тяга на задний ход отсутствует.
Задачей заявляемой полезной модели является повышение эффективности водометного движителя, заключающееся в повышении его эффективности на переднем ходу и уменьшении потребной мощности главного двигателя судна на переднем ходу с обеспечением достаточной тяги водометного движителя на заднем ходу.
Поставленная задача решается за счет того, что водометный движитель, состоящий из рабочего колеса со ступицей и носовым обтекателем, спрямляющего аппарата со ступицей, направляющей насадки, окружающей рабочее колесо и спрямляющий аппарат и образующей водовод с соплом, имеющим форму кольца, кормового обтекателя спрямляющего аппарата, центрального тела, образованного носовым обтекателем рабочего колеса, ступицами рабочего колеса и спрямляющего аппарата и кормовым обтекателем спрямляющего аппарата, расположен на корпусе
судна так, что не более 1/3 диаметра рабочего колеса и соответствующая часть сопла находятся выше действующей ватерлинии судна, и за счет оснащения водометного движителя заслонкой, установленной в корпусе судна с возможностью ее выдвижения из корпуса судна и в выдвинутом положении закрывающей часть сопла, расположенную выше действующей ватерлинии и имеющую форму части кольца, причем центральная часть нижней границы заслонки выполнена повторяющей форму центрального тела и прилегает к нему в выдвинутом положении заслонки, кроме того в выдвинутом положении заслонки боковые части ее нижней границы погружены в воду ниже действующей ватерлинии судна на 0,1-0,3 диаметра рабочего колеса водометного движителя, а верхняя граница заслонки расположена выше кромки сопла не менее чем на 0,05-0,1 диаметра рабочего колеса.
На переднем ходу судна заслонка находится в убранном положении. Для получения тяги на задний ход выдвигают заслонку, чтобы закрыть часть сопла расположенную выше действующей ватерлинии, и обращают направление потока жидкости внутри водовода реверсом направления вращения рабочего колеса либо перекладкой лопастей рабочего колеса на задний ход.
Следует отметить, что суда оснащенные данным типом водометного движителя проектируются таким образом, что при перемене загрузки судна уровень действующей ватерлинии в районе расположения движителя остается неизменным или, по крайней мере, не уменьшается.
Выполнение заслонки с возможностью ее выдвижения из корпуса судна, и в выдвинутом положении закрывающей часть сопла, расположенную выше действующей ватерлинии судна, обеспечивает наличие тяги движителя на заднем ходу (в выдвинутом положении заслонки) и не снижает эффективности водометного движителя на переднем ходу (при убранной заслонке).
Размещение водометного движителя на корпусе судна так, чтобы часть рабочего колеса и соответствующая часть сопла были расположены выше действующей ватерлинии судна обеспечивает высокую эффективность движителя на переднем ходу, а ограничение расположенной над действующей ватерлинией части движителя - не более 1/3 диаметра его рабочего колеса, обеспечивает наличие тяги на переднем ходу на швартовых.
Расположение верхней границы заслонки в выдвинутом положении выше верхней кромки сопла не менее чем на 0,05-0,1 диаметра рабочего колеса и расположение боковых частей нижней границы заслонки ниже действующей
ватерлинии судна на 0,1-0,3 диаметра рабочего колеса обеспечивают отсутствие прососа воздуха через водовод движителя при его работе на заднем ходу.
Т
Q
E
Сущность полезной модели поясняется рисунками, на которых схематично изображен вариант исполнения водометного движителя, где на Фиг. 1 представлен вид сбоку водометного движителя, на Фиг. 2 - вид сзади. Кроме того, представлены результаты модельных испытаний демонстрирующих наличие тяги на задний ход: на Фиг. 3 изображены графики зависимостей коэффициента упора К, коэффициента момента К и коэффициента полезной тяги К от числа оборотов модели рабочего колеса п.
Водометный движитель состоит из рабочего колеса 1 со ступицей и носовым обтекателем 2, спрямляющего аппарата 3 со ступицей, направляющей насадки 4, окружающей рабочее колесо и спрямляющий аппарат и образующей водовод с соплом 5, имеющим форму кольца, кормового обтекателя 6 спрямляющего аппарата, центрального тела, образованного носовым обтекателем 2 рабочего колеса 1, ступицами рабочего колеса 1 и спрямляющего аппарата 3 и кормовым обтекателем 6 спрямляющего аппарата.
Рабочее колесо 1 приводится в движение через вал 7 имеет диаметр D и вращается внутри направляющей насадки 4. Водометный движитель закреплен в кормовой оконечности судна 8 в специальном туннеле (на рисунке не показан) для подвода воды. Часть рабочего колеса 1 и соответствующая часть его сопла 5 расположены над действующей ватерлинией 9 судна.
Верхняя часть направляющей насадки 4 закреплена на корпусе судна 8. За рабочим колесом 1 располагается неподвижный спрямляющий аппарат 3, имеющий лопасти, соединенные с кольцом направляющей насадки 4. Центральное тело водометного движителя образовано носовым обтекателем 2, ступицами рабочего колеса 1 и спрямляющего аппарата 3 и кормовым обтекателем 6. Диаметр центрального тела увеличивается от носовой плоскости к кормовой плоскости водовода. Зазор между центральным телом и кормовой кромкой направляющей насадки 4 представляет собой сопло 5, имеющее форму кольца.
Для повышения эффективности водометного движителя часть рабочего колеса 1 и соответствующая часть сопла 5 расположены выше ватерлинии 9 судна 8. Для обеспечения наличия тяги на швартовых на задний ход у водометного движителя имеется заслонка 10, установленная в корпусе судна 8 с возможностью ее выдвижения, и в выдвинутом положении закрывающая часть сопла 5, расположенную над водой и имеющую форму части кольца.
Водометный движитель обеспечивает движение судна 8 с разными скоростями на переднем ходу с убранной заслонкой 10. При работе движителя поток воды сначала проходит через рабочее колесо 1, к которому осуществляется подвод энергии через вал 7, а затем спрямляется, проходя через спрямляющий аппарат 3, и отбрасывается через сопло 5 в виде струи поджатой в спрямляющем аппарате 3. Для реверсирования движения судна 8 в водометном движителе меняется направление вращения рабочего колеса 1 или регулируется шаг его лопастной системы, при этом поток воды принимает обратное направление - сначала вода проходит через сопло 5, затем через спрямляющий аппарат 3, а потом попадает в рабочее колесо 1. Для обеспечения тяги на задний ход из корпуса судна 8 выдвигается заслонка 10, которая предотвращает просос воздуха через часть сопла 5, расположенную над действующей ватерлинией 9 судна 8.
Т
Q
E
Предполагаемый технический эффект, заключающийся в повышении эффективности водометного движителя, основан на результатах модельных испытаний, приведенных на Фиг. 3 (графики зависимостей коэффициента упора К, коэффициента момента К и коэффициента полезной тяги К от числа оборотов модели рабочего колеса n).
E
Результаты испытаний показывают, что при работе на задний ход коэффициент полезной тяги К водометного движителя составляет величину примерно равную 0,13-0,16.