Лопастная система водометного движителя
WATER-JET PROPELLER BLADE SYSTEM

Изобретение относится к судовым движителям, а также к устройствам для перемещения окружающей среды - воды и предназначено для снижения степени неоднородности поля скоростей в кормовой оконечности подводного объекта. Лопастная система может быть использована в водометных движителях, а также в осевых насосах.
Известно, что характеристики работающих движителей подводных объектов определяются степенью неоднородности поля скоростей набегающего потока в кормовой оконечности. Набегающий поток в месте расположения движителя пространственно неоднороден и из-за наличия в нем турбулентных пульсаций нестационарен (Книга Ю.Л. Левковский. Шум гребных винтов, УДК: 629.5.015.6, ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова, с. 67, С.-Пб. 2005 г.). При обводах кормовой оконечности, близких к осесимметричным, учитывая достаточно быстрое затухание потенциальных возмущений при удалении их от источника, структура поля скоростей течения жидкости в диске рабочего колеса будет зависеть в основном от степени воздействия вязкостных эффектов. Последние связаны либо с особенностями развития пограничного слоя корпуса и вязкостными гидродинамическими следами от потерь энергии потока в пограничных слоях выступающих частей корпуса подводного объекта, либо с формированием свободных вихревых систем в результате обтекания конструктивных элементов архитектуры подводного объекта. Специальные устройства корректируют вихревые возмущения посредством создания дополнительной искусственной системы вихрей, с помощью которой обеспечивается взаимодействие созданной новой системы вихрей с системой вихрей, возбуждаемых изначальными обводами корпуса и выступающими частями. Это приводит к сглаживанию степени окружной неоднородности итогового поля скоростей в районе кормовой оконечности (в диске рабочего колеса), определяющим условия работы движителя.
Известны устройства, уменьшающие неоднородность потока в диске рабочего колеса - вихрегенераторы, представляющие собой небольшие крылья малого удлинения, устанавливаемые на поверхности корпуса подводного объекта под некоторым углом атаки (Книга П. Чжен. Отрывные течения, УДК: 532.51:532.526:533.601.1, Москва, Мир, 1974, Т. 3, с. 207-210).
Недостатком подобных устройств является уменьшение эксплуатационной надежности вихрегенераторов из-за повышенной вероятности их повреждения вследствие консольного крепления к корпусу, необходимость гашения их собственного шумоизлучения, которое определяется особенностями их геометрии и конструкции, а также увеличение гидродинамического сопротивления подводного объекта в связи с установкой вихрегенераторов.
Известен «Водометный движитель» (пат. RU №2427498, опубл. 27.08.2011, кл. МПК: В63Н 11/08, В63Н 1/20). Водометный движитель содержит размещенное в водоводе и установленное на валу осевое рабочее колесо, имеющее ступицу с закрепленными на ней лопастями, при этом в теле лопастей рабочего колеса, в их периферийном участке, выполнена простирающаяся по ширине лопасти полость, которая сообщена с набегающим на нагнетающую поверхность лопасти потоком с помощью образованных в ее теле входных каналов, имеющих водозаборные отверстия, расположенные на нагнетающей поверхности лопасти, а на периферийном сечении лопасти указанная полость имеет щелевое отверстие, простирающееся также по ширине лопасти, выход которого ориентирован в сторону ее нагнетающей поверхности, при этом водозаборные отверстия входных каналов размещены по ширине лопасти на ее относительном радиусе, равном 0,55-0,8 от оси рабочего колеса. Входные сечения водозаборных отверстий лопастей ориентированы навстречу направлению вращения рабочего колеса.
Выполнение в теле каждой лопасти рабочего колеса полости указанным образом позволяет подать в область щелевого зазора, между торцом лопасти и стенкой водовода, часть жидкости из упомянутой полости в лопастях рабочего колеса и обеспечить снижение тем самым интенсивности течения, имеющего место обычно в указанном зазоре. Достигается снижение интенсивности образования щелевой кавитации в щелевом зазоре, образованном между концевыми сечениями лопастей рабочего колеса и стенкой водовода и, тем самым, снижение степени неоднородности потока в районе рабочего колеса водометного движителя.
Недостатки данного водометного движителя связаны с уменьшением эксплуатационной надежности из-за конструктивного ослабления лопасти рабочего колеса полостью с входными каналами, и увеличением гидродинамического сопротивления из-за водозаборных отверстий, расположенных на нагнетающей поверхности лопасти.
Известна также «Лопастная система водометного движителя» (пат. RU №2510357, опубл. 27.03.2014, кл. МПК: В63Н 1/26), принимаемая за прототип, содержащая ступицу и расположенные на ней лопасти с входными и выходными участками, выходные участки лопасти имеют волнистую структуру выходной кромки, помещенную в неподвижный цилиндрический насадок при этом в насадке расположены неподвижные лопатки противоположного направления по сравнению с направлением профиля лопасти, и фронтальная площадь неподвижных лопастей составляет 0,1…0,5 фронтальной площади вращающихся лопастей.
Наличие неподвижных лопастей способствует исключению перетекания жидкости и снижению степени неоднородности потока в районе водометного движителя.
Недостатки данной лопастной системы связаны с уменьшением эксплуатационной надежности из-за повышенной вероятности повреждения вследствие циклических гидродинамических нагрузок, обусловленных взаимодействием вихревых систем, сходящих с корпуса подводного объекта, с лопастями, имеющими волнистую структуру выходной кромки. Кроме того, волнистая структура выходной кромки лопасти из-за интенсивного вихреобразования увеличивает гидродинамическое сопротивление.
Задача изобретения заключается в разработке новой лопастной системы водометного движителя, в которой без уменьшения эксплуатационной надежности и увеличения гидродинамичесого сопротивления снижена степень неоднородности поля скоростей в кормовой оконечности подводного объекта.
Технический результат изобретения заключается в снижении степени неоднородности поля скоростей в кормовой оконечности подводного объекта без уменьшения эксплуатационной надежности и увеличения гидродинамического сопротивления.
Сущность изобретения заключается в том, что лопастная система водометного движителя включает ступицу и расположенные на ней лопасти, помещенную в неподвижный цилиндрический насадок, в котором расположены неподвижные лопатки противоположного направления по сравнению с направлением профиля лопасти. При этом неподвижный цилиндрический насадок закреплен к кормовой оконечности подводного объекта с помощью неподвижных лопаток и на каждой задней кромке которых расположено, как минимум, одно отверстие для подачи струи воды, служащее для компенсации искажений и неоднородностей потока, связанных с гидродинамическими вихревыми следами от обтекания неподвижных лопаток, и снижения степени неоднородности поля скоростей в кормовой оконечности подводного объекта.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где
на фиг. 1 - показана схема, отражающая лопастную систему водометного движителя с отверстиями на задней кромке неподвижных лопаток для подачи струй воды.
Лопастная система водометного движителя включает ступицу 1, расположенные на ступице 1 лопасти 2. Неподвижный цилиндрический насадок 3, который с помощью неподвижных лопаток 4 закреплен к кормовой оконечности подводного объекта 5. На задней кромке неподвижных лопаток 4 расположены отверстия 6 для подачи струй воды 7.
Лопастная система водометного движителя работает следующим образом. Осуществляется вращение лопастей 2, расположенных на ступице 1, внутри неподвижного цилиндрического насадка 3. Подача струй воды 7 из отверстий 6, расположенных на задней кромке неподвижных лопаток 4, компенсирует искажения и неоднородности потока, связанные с гидродинамическими вихревыми следами от обтекания неподвижных лопаток 4, и обеспечивает более однородный поток, который взаимодействует с лопастями 2. Такое снижение степени неоднородности поля скоростей способствует уменьшению пульсаций упора на лопастях 2. Таким образом, снижается степень неоднородности поля скоростей в кормовой оконечности подводного объекта за счет снижения окружной неоднородности поля скоростей потока, натекающего на лопасти 2, без уменьшения эксплуатационной надежности и увеличения буксировочного сопротивления подводного объекта.
Благодаря предложенному техническому решению без уменьшения эксплуатационной надежности и увеличения гидродинамического сопротивления будет снижена степень неоднородности поля скоростей в кормовой оконечности подводного объекта.