СПОСОБ СОЗДАНИЯ ВОДОМЕТНОГО ДВИЖИТЕЛЯ СУДНА
METHOD FOR CREATION OF VESSEL WATER-JET PROPELLER

Предлагаемое изобретение относится к области судостроения и может быть использовано в качестве движителя надводных и подводных судов различного назначения вместо традиционных гребных винтов для повышения КПД двигателя и движителя, скорости хода судна, маневренности, живучести судна и расширения зоны его плавания.
Принцип действия гребного винта состоит в том, что при вращении винта каждая лопасть захватывает массу воды из набегающего потока и отбрасывает ее назад, сообщая ей дополнительную осевую и окружную скорость. Сила реакции этой отбрасываемой воды и заставляет корабль двигаться вперед или назад, в зависимости от направления вращения гребного винта. Известно, что гребной винт имеет очень низкий КПД из-за больших гидрообъемных и гидродинамических потерь на осевом входе и выходе. Фактически винт работает как движитель только при непрерывном или возрастающем темпе вращения, в остальных случаях - как тормоз. Реально достижимый КПД винта не превышает 45%, идеальный - 75%. Практически невозможно сделать «идеальный» винт ввиду постоянного изменения условий его работы, кроме того, винт подвержен кавитации.
Авторы предлагают рассмотреть в качестве альтернативы гребному винту водометный реактивный движитель гидрообъемного принципа действия в виде шестеренного насоса, в несколько раз меньше винта по габаритам, но способного при меньшей мощности привода создать такой же водяной поток, что и гребной винт, или, при той же мощности, создать водяной поток с большей кинетической энергией.
Для подтверждения этого рассмотрим параметры водяного потока, создаваемого шестеренным насосом особой конструкции, многосекционным моноблочным шестеренным насосом планетарной компоновки, мощностью 28.000 кВт, где центральной или солнечной шестерней является ведущая шестерня, а ведомыми, планетарные, расположенными по окружности от солнечной на равном угловом расстоянии друг от друга, образующими в зацеплении друг с солнечной отдельные независимые по давлению нагнетания и производительности секции в многосекционном моноблочном насосе. Количество ведомых шестерен определяет количество секций в моноблочном насосе.
Рассмотрим пример расчета трехсекционного насоса мощностью 24000-25000 кВт.
Потребляемая мощность шестеренного насоса определяется по формуле:
N=Q х Р х КПД: 612,
где N - мощность в кВт,
Q - производительность в л/мин,
2
Р - давление нагнетания насоса в кг/см.
Пример расчета насоса мощностью 28.000 кВт:
Параметры зацепления:
Модуль - 50 мм.
Ведущая шестерня:
Число зубьев - 12. Диаметр вершин зубьев - 70 см. Диаметр впадин зубьев - 50 см.
Ведомая шестерня (3 шт.):
Модуль - 50 мм.
Число зубьев - 8.
Диаметр вершин зуба - 50 см.
Диаметр впадин зубьев - 30 см.
Передаточное отношение между ведущей и ведомыми - 1.5.
Ширина венца шестерни - 25 см.
3
Удельный рабочий объем зацепления насоса- 141.300 см/об=141,3 л/об.
Коэффициент гидрообъемной подачи, не менее - 0,94.
Коэффициент механический, не менее - 0.9.
Скорость вращения ведущей шестерни - 2000 об/мин.
Производительность насоса-265.644 л/мин.
2
Давление нагнетания насоса - 5,0 МПа=50 кг/см.
Мощность привода - 24.111 кВт.
Чтобы изменить мощность водяного потока в большую или меньшую сторону необходимо или изменить скорость вращения шестерен, или давление нагнетания шестерен, зависимость в этом случае прямо пропорциональная, или изменить параметры зубчатого зацепления шестерен.
Цель предполагаемого изобретения - увеличение скорости перемещения судна, маневренности, снижение звуковой мощности, расширение зоны плавания и повышение живучести судна.
Поставленная цель достигается тем, что в качестве движителя применяют односекционный или многосекционный шестеренный насос, подводят к каждой секции забортную воду через радиальные всасывающие каналы в корпусе судна, превращающиеся в водометные при реверсе, объединяют нагнетательный канал каждой секции в общее водометное сопло, превращающееся при реверсе во всасывающий канал для забортной воды, оснащают водометное сопла регулируемой насадкой для изменения вектора реактивной силы водометного потока. В носовой части судна можно установить дополнительный шестеренный насос, односекционный или многосекционный, оснастив его перпендикулярно оси судна нагнетательными водометными раструбами для ускорения выполняемого маневра.
Многосекционный шестеренный насос может иметь планетарную компоновку, центральная шестерня которого образует с ведомыми шестернями отдельные секции многосекционного насоса согласно техническому решению по Патенту РФ на изобретение №2300019 «Способ перекачки несмазывающих жидкостей шестеренным насосом).
Общий вид движителя представлен на фиг.1 и 2.
В хвостовом отсеке судна 1 с приводом от силовой установки 2 установлен шестеренный многосекционный моноблочный насос 3 с водозаборными каналами 4 к всасывающим полостям секций насосов и нагнетательными каналами 5 от каждой секции насоса, соединенных в сопло Лаваля 6, снабженное насадкой 7, регулирующей вектор направленности водяного потока.
В носовом отсеке судна может также размещаться дополнительно к маршевому движителю на корме судна аналогичный шестеренный насос, но меньшей мощности с автономным приводом от электродвигателя и с такими же водозаборными каналами и с 4-мя водометными каналами, расположенными диаметрально друг другу и регулируемыми для ускорения горизонтального или вертикального маневров.
Еще один вариант применения многосекционного моноблочного насоса кроме основного маршевого движителя - это дополнительное размещение его водометных каналов по обе стороны судна для создания поперечного перемещения (движения крабом) судна при сложных маневрах, что практически невозможно при винтовых движителях.
Работа движителя.
При вращении ведущей шестерни насоса 3 забортная вода по всасывающим каналам 4 поступает в зону всасывания каждой секции и нагнетается по каналам 5 в объединяющее их водометное сопло, например, Лаваля 6, где ускоряется и направляется регулируемой насадкой 7 для прямолинейного движения или горизонтального маневра судна.
При реверсе, а остановка шестеренного насоса осуществляется при отключении привода мгновенно, т.к. в насосе нет свободно вращающихся инерционных масс, происходит все наоборот. Сопло 6 и входящие в него каналы 5 превращаются в каналы всасывания забортной воды, а каналы 4 становятся, соответственно, водометными.
Таким образом, получается реверсивный водометный движитель реактивного типа совершенно защищенный от внешних разрушающих его воздействий поскольку находится внутри корпуса судна. На этот движитель не влияет скорость забортной воды, нет потерь мощности привода на скольжение. Лодка может ложиться на грунт, передвигаться боком, двигаться задним ходом.