Водометный движитель
WATER JET

Изобретение относится к области судостроения, а именно к водометным движителям, и может быть использовано в качестве привода судов различного назначения для повышения КПД движителя и его работоспособности.
Из уровня техники известен водометный движитель, содержащий корпус, внутри которого расположен водовод, гребной вал с установленным на нем рабочим колесом с лопастями, спрямляющий аппарат и реактивное сопло, при этом корпус включает последовательно соединенные водозаборник, обечайку рабочего колеса и корпус спрямляющего аппарата. Между лопастями рабочего колеса и внутренней цилиндрической поверхностью обечайки существует зазор, позволяющий рабочему колесу свободно вращаться, при этом, чем меньше этот зазор, тем выше эффективность насосной части водометного движителя (см. патент RU 2436706, опубликован 20.12.2011).
Недостатком такой конструкции является значительное снижение эффективности (КПД) водометного движителя при увеличении зазора между лопастями рабочего колеса и обечайкой в процессе эксплуатации, необходимость периодического обслуживания, как правило связанного с переборкой всего водометного движителя и с заменой рабочего колеса.
Наиболее близким к предложенному решения является водометный движитель, содержащий корпус, внутри которого расположен водовод, гребной вал с установленным на нем рабочим колесом с лопастями, спрямляющий аппарат и реактивное сопло, при этом корпус включает последовательно соединенные водозаборник, обечайку рабочего колеса и корпус спрямляющего аппарата. Обечайка выполнена с возможностью осевого перемещения и уменьшения зазора между лопастями рабочего колеса и обечайкой (см. патент RU 2689900, опубликован 29.05.2019).
Недостатком наиболее близкого решения является высокая сложность конструкции, необходимость соблюдения точных размеров посадочных мест обечайки, в результате чего также повышаются затраты на изготовление такого движителя.
Технической проблемой, решаемой изобретением, является повышение надежности работы водометного движителя и его КПД.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности действия водометного движителя и его КПД за счет создания дополнительной осевой силы, повышающей упор, создаваемый рабочим колесом.
Технический результат изобретения достигается благодаря тому, что водометный движитель содержит корпус, внутри которого расположен водовод, гребной вал с установленным на нем рабочим колесом с лопастями, спрямляющий аппарат и реактивное сопло, при этом корпус включает последовательно соединенные водозаборник, обечайку рабочего колеса и корпус спрямляющего аппарата, обечайка рабочего колеса имеет на внутренней поверхности кольцевую канавку, с лопастями рабочего колеса жестко соединено бандажное кольцо, которое охватывает лопасти рабочего колеса и расположено в кольцевой канавке с зазором по отношению к стенкам кольцевой канавки, а обечайка рабочего колеса имеет в зоне канавки по меньшей мере одно дренажное отверстие.
Кроме того, по меньшей мере в одном дренажном отверстии может быть установлена дренажная трубка.
Кроме того, обечайка рабочего колеса и бандажное кольцо имеют, преимущественно, коническую форму.
Кроме того, образующая внутренней поверхности бандажного кольца может быть расположена внутри кольцевой канавки или может лежать на линии, соединяющей в осевом сечении обечайки противоположные края кольцевой канавки, совпадающие с образующей внутренней поверхности обечайки вне кольцевой канавки.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан предложенный водометный движитель (осевой разрез); на фиг. 2 показан вынос А на фиг. 1.
Предложенный водометный движитель содержит корпус, который включает, последовательно и герметично соединенные друг с другом водозаборник 1, обечайку 2 рабочего колеса и корпус 3 спрямляющего аппарата. При этом соединение может быть осуществлено, например, посредством фланцевого соединения.
Внутри корпуса расположены водовод 4, гребной вал 5 с установленным на нем рабочим колесом 6 с лопастями 7, спрямляющий аппарат 8 и реактивное сопло 9.
Водозаборник 1 выполнен полым и имеет входное водозаборное отверстие 10. Полость водозаборника 1 образует водовод 4. На внешней поверхности водозаборника 1 образован полый цилиндрический выступ 11, являющийся посадочным местом для гребного вала 5. Выступ 11 направлен в сторону от рабочего колеса 6 и расположен соосно гребному валу 5.
Обечайка 2 образует корпус рабочего колеса 6, и она имеет, преимущественно, коническую форму или близкую к ней. Обечайка 2 неподвижно и герметично соединена с водозаборником 1 посредством фланцевого соединения. Внутри обечайки 2 соосно ей расположено рабочее колесо 6, имеющее ступицу 12 (преимущественно, конической формы или близкой к ней), на внешней поверхности которой расположены лопасти 7 (преимущественно, диагонального типа). Рабочее колесо 6 установлено на гребном валу 5 и жестко соединено с ним, например, посредством шпоночного соединения или любого иного соединения, обеспечивающего жесткую связь.
С лопастями 7 рабочего колеса 6 жестко соединено бандажное кольцо 13. Бандажное кольцо 13 охватывает лопасти 7 рабочего колеса 6 (по внешнему диаметру) и имеет, преимущественно, коническую форму или близкую к ней. Торцевые стенки бандажного кольца, преимущественно, параллельны друг другу и лежат, преимущественно, в плоскости, перпендикулярной оси рабочего колеса 6 или близкой к ней.
Обечайка 2 рабочего колеса 6 имеет на внутренней поверхности кольцевую канавку 14. Кольцевая канавка 14 имеет ширину больше, чем ширина бандажного кольца 13. При этом глубина канавки 14 больше толщины бандажного кольца 13. Две торцевые стенки 15 и 16 кольцевой канавки 14, преимущественно, параллельны друг другу и лежат, преимущественно, в плоскости, перпендикулярной оси обечайки 2 или близкой к ней. Стенка 17 кольцевой канавки 14 (соединяющая стенки 15 и 16) имеет коническую форму и, преимущественно, параллельна внешней конической поверхности бандажного кольца 13. Обечайка 2 имеет в зоне канавки 14 дренажное отверстие 21, в котором установлена дренажная трубка 22. Число отверстий 21 с трубками 22 может быть любым от одного и более (два, три, четыре и т.д.). Необходимое число дренажных отверстий 21 зависит от конструкции водометного движителя и выполнение большего числа таких отверстий 21 необходимо для увеличения проходного сечения дренажных отверстий 21.
Торцевые стенки бандажного кольца 13, преимущественно, параллельны стенкам 15, 16 кольцевой канавки 14. При этом бандажное кольцо 13 расположено в кольцевой канавке 14 с зазором по отношению к стенкам 15, 16 и 17 кольцевой канавки 14. Так, между одной торцевой стенкой бандажного кольца 13 и стенкой 15 канавки 14 имеется зазор18, между другой торцевой стенкой бандажного кольца 13 имеется зазор 19, а между внешней конической поверхностью бандажного кольца 13 и конической стенкой 17 канавки 14 имеется зазор 20.
Бандажное кольцо 13 может быть расположено в кольцевой канавке 14 так, что образующая внутренней поверхности бандажного кольца 13 расположена внутри кольцевой канавки 14 или лежит на линии, соединяющей в осевом сечении обечайки 2 противоположные края кольцевой канавки 14, совпадающие с образующей внутренней поверхности обечайки 2 вне кольцевой канавки 14.
Корпус 3 спрямляющего аппарата 8 неподвижно и герметично соединен с обечайкой 2 посредством фланцевого соединения. Внутри корпуса 3 установлен спрямляющий аппарат 8, а за ним (по направлению в сторону от рабочего колеса 6) внутри корпуса 3 образовано реактивное сопло 9.
Спрямляющий аппарат 8 расположен соосно своему корпусу 3 и рабочему колесу 6. При этом спрямляющий аппарат 8 имеет ступицу 24, преимущественно, конической формы или близкой к ней. Внутри ступицы 24 со стороны рабочего колеса 6 образовано посадочное отверстие 25, в котором установлена подшипниковая опора 26 для гребного вала 5. Подшипниковая опора 26 для гребного вала 6 также установлена внутри выступа 11 водозаборника 1.
Гребной вал 5 с жестко установленным на нем рабочим колесом 6 установлен своими противоположными концами в подшипниковых опорах 26, фиксирующих положение гребного вала 5 и рабочего колеса 6 в осевом направлении.
С корпусом 3 спрямляющего аппарата 8 шарнирно соединено реверсивно-рулевое устройство 27 водометного движителя.
Предложенный водометный движитель работает следующим образом.
Вода поступает через водозаборник 1 к рабочему колесу 6 с неподвижно закрепленным на внешнем диаметре бандажным кольцом 13. При вращении гребного вала 5 и жестко закрепленного на нем рабочего колеса 6 происходит повышение скоростного напора и давления в зоне 23 рабочего колеса 6.  После зоны 23 вода поступает в зону спрямляющего аппарата 8 и в дальнейшем в реактивное сопло 9, где происходит преобразование энергии давления воды в энергию скорости выброса воды из сопла 9. Вода, находящаяся в зоне рабочего колеса 6, через торцевые зазоры 15 и 16, находящиеся перед и за бандажным кольцом 13 рабочего колеса 6, попадает в полость 20 (в зазор 20), из которой через дренажную трубку 22 соединяется с атмосферой. Торцевой зазор 19 за бандажным кольцом 13 рабочего колеса 6 конструктивно выполнен таким образом, чтобы площадь его проходного сечения была меньше площади сечения дренажной трубки 22.
Таким образом, благодаря тому, что рабочее колесо 6 с бандажным кольцом 13 установлено в обечайке 2 со значительным зазором 20 между внешней конической поверхностью бандажного кольца 13 и конической поверхностью стенки 17 канавки 14, а также благодаря наличию дренажного отверстия 21 с установленной в нем дренажной трубкой 22, осуществляется дренаж воды из полости, образованной между двумя этими поверхностями (из зазора 20). Такой дренаж позволяет понизить давление в этой полости (в зазоре 20) до атмосферного. А при работе предложенного водометного движителя за счет разницы давления воды в зоне лопастей 7 рабочего колеса 6 внутри конического бандажного кольца 13 и в полости между бандажным кольцом 13 и стенкой 17 канавки 14 (в зазоре 20), за счет конической формы бандажного кольца 13 появляется дополнительная осевая сила, повышающая упор, создаваемый рабочим колесом 6. А при повышении упора, соответственно, повышается эффективность водометного движителя и его КПД.
Кроме того, благодаря тому, что в конструкции рабочего колеса 6 с бандажным кольцом 13 отсутствует зазор между лопастями 7 рабочего колеса 6 и обечайкой 12 (то есть благодаря тому, что образующая внутренней поверхности бандажного кольца 13 расположена внутри кольцевой канавки 14 или лежит на линии, соединяющей в осевом сечении обечайки 2 противоположные края кольцевой канавки 14, совпадающие с образующей внутренней поверхности обечайки 2 вне кольцевой канавки 14), значительно повышаются эксплуатационные свойства водометного движителя. Отсутствие такого зазора снижает потери, вызванные наличием такого зазора, особенно в случае его увеличения в процессе эксплуатации от эксплуатационного износа.
Лопасти 7 рабочего колеса 6, зафиксированные по внешнему диаметру бандажным кольцом 13, имеют значительно более высокую прочность, в результате чего повышается надежность работы водометного движителя.
Кроме того, вода, выходящая через дренажную трубку 22, может быть использована для охлаждения упорных подшипников 26. Для этого вода должна пройти через теплообменник смазочного масла упорного подшипника 26 и сбрасывается за борт судна, т.е. соединяется с атмосферой.