РЕВЕРСИВНО-РУЛЕВОЕ УСТРОЙСТВО ВОДОМЕТНОГО ДВИЖИТЕЛЯ

Полезная модель относится к судостроению и касается реверсивно-рулевых устройств водометных движителей, которые могут быть использованы для управления маломерными судами, используемыми, например, на речном мелководье.
Известно реверсивно-рулевое устройство водометного движителя (см. а.с. СССР №345754, кл. В63Н 11/02, 1977 г.), содержащее установленную за соплом коробчатую камеру с установленным на нижней стенке камеры поворотным барабаном с направляющими лопатками и поворотной заслонкой в виде пластинчатого балансирного руля, перекрывающего выход коробчатой камеры. При реверсном движении за счет перекрытия выхода камеры поворотной заслонкой, струя воды из сопла направляется через поворотный барабан с направляющими лопатками. Поворотом барабана можно управлять направлением выброса воды, а значит, осуществлять разворот судна.
Основным недостатком известного реверсивно-рулевое устройства является сложность его реализации для маломерных мелководных судов. Это связано с тем, при реверсном движении выброс струи воды производится через нижнюю стенку коробчатой камеры, что поднимает со дна песок и различные твердые предметы, в том числе, гальку и бытовой мусор. Поскольку на маломерных судах используются компактные водометные движители, у которых расстояние между водозаборным отверстием и отверстием, используемым для выброса струи не превышает 0.5-1.0 м, происходит интенсивное засасывание взбаламученных донных отложений в водовод движителя, что часто приводит к ликвидации необходимого зазора между рабочим колесом движителя и водоводом. После чего, происходит заклинивание рабочего колеса, что требует последующего разбора движителя и его ремонта, часто очень дорогостоящего.
Наиболее близким к заявляемому устройству (прототипом) является реверсивно-рулевое устройство водометного движителя (см. патент США №3420204, кл. В63Н 11/08, 1969 г.), содержащее установленный за соплом струенаправляющий короб прямоугольного сечения с входным и выходным патрубками, боковыми реверсными каналами с заслонками и рулевым механизмом, выполненным в виде двух поворотных заслонок, установленных на выходе короба и приводимых в движение гидравлическими цилиндрами. При обычном движении поворотные заслонки на выходе струенаправляющего короба открыты, а заслонки, установленные в боковых реверсных каналах - закрыты. При реверсном
движении, заслонки на выходе струенаправляющего короба перекрывают его сечение, а заслонки в боковых каналах открываются, что позволяет изменить направление водяной струи движителя.
Основным недостатком известного устройства являются плохие рулевые качества поворотных заслонок даже при максимальном водяном потоке струи, т.к. они установлены вблизи вертикальных стенок струенаправляющего короба и каждая из них омывается водяной струей только с одной стороны. При работе движителя в режиме швартовки и маневрирования на низкой скорости, приходится сбрасывать обороты создающего давление водяного потока рабочего колеса, что существенно уменьшает давление водяной струи и тем самым дополнительно значительно ухудшает и так не высокую управляемость рулей.
Кроме того, наличие заслонок в боковых каналах требует наличия дополнительного механизма их управления, что усложняет в целом конструкцию известного устройства.
Задачей, решаемой заявляемым техническим устройством является устранение указанных недостатков, а именно повышение эффективности работы рулевого механизма, в том числе при швартовке и маневрировании с одновременным упрощением конструкции реверсивно-рулевого устройства.
Решение указанной задачи в реверсивно-рулевом устройстве водометного движителя, содержащем установленный за соплом струенаправляющий короб с входным и выходным патрубками, боковыми реверсными каналами и рулевым механизмом, установленным у выходного патрубка, достигается тем, что рулевой механизм выполнен в виде нескольких параллельно установленных поворотных лопаток, суммарная площадь которых равна площади выходного патрубка, при этом каждая лопатка снабжена зависимым или независимым или частично зависимым от других лопаток приводом вращения.
Указанное выполнение рулевого механизма позволяет эффективно изменять направление выходной струи за счет синхронного или асинхронного поворота лопаток, а также осуществлять полное или частичное перекрытие выходного патрубка в режиме «задний ход», что позволяет эффективно швартоваться и маневрировать на низкой скорости.
Для упрощения конструкции и уменьшения габаритов устройства, плоскость, в которой установлены поворотные оси лопаток, расположена перпендикулярно продольной оси сопла.
Для уменьшения вращающих моментов, возникающих при повороте лопаток, а значит и уменьшения мощности и габаритов приводов вращения, плоскость, в которой установлены поворотные оси лопаток расположена под острым углом к горизонтальной осевой плоскости сопла.
Для упрощения конструкции устройства, струенаправляющий короб выполнен в форме параллелепипеда или усеченной четырехгранной пирамиды, большим основанием обращенной к соплу. При выполнении короба в виде усеченной четырехгранной пирамиды, можно добиться поджатия водяной струи, а значит, повышения скорости ее истекания из выходного патрубка. Коэффициент поджатия струи определяется как отношение площади большего основания пирамиды к площади ее меньшего основания.
Для уменьшения турбулезации водяной струи вытекающей из сопла, струенаправляющий короб выполнен в форме цилиндра или усеченного конуса, при этом большим основанием он обращен к соплу. При выполнении короба в виде усеченного конуса можно добиться поджатия водяной струи с коэффициентом поджатия равным отношением площади большего основания конуса к площади его меньшего основания.
Для управления лопатками большой площади и преодоления значительных поворотных моментов, механизм поворота лопатки может быть выполнен на базе механического рычага, приводимого в движение, например, штоком гидроцилиндра. Для обеспечения независимого управления лопатками необходимо каждую лопатку соединить со своим штоком, а для зависимого управления - достаточно подключить к штоку гидроцилиндра одну ведущую лопатку, а остальные (ведомые лопатки) соединить с ведущей через механическую передачу, например, цепную или зубчатую.
Для управления большим количеством поворотных лопаток малой площади, механизм поворота лопатки может быть выполнен на базе индивидуального электромеханического привода, например, при помощи электродвигателя-редуктора. Для этого вал редуктора соединяют с поворотной осью лопатки. При различных режимах движения (повороты на переднем или заднем ходу, швартовка боком, носом или кормой и т.п.) находят оптимальное положение лопаток, при котором наиболее эффективно осуществлять данный маневр и эти значения используют в качестве «микрокоманд», которые могут быть внесены в память электронного или механического управляющего устройства.
Для. уменьшения влияния на переднем ходу не закрытых заглушками боковых реверсивных каналов, связанных с боковыми патрубками, их выполняют с повышенным гидродинамическим сопротивлением. С этой целью боковые патрубки выполнены с сужающимся поперечным сечением в направлении от сопла.
Сущность полезной модели поясняется чертежами. На фиг.1 представлен вариант выполнения заявляемого реверсивно-рулевого устройства водометного движителя с пятью поворотными лопатками; фиг.2а представлен вариант продольного разреза устройства, когда плоскость, в которой установлены поворотные оси лопаток, расположена перпендикулярно продольной оси сопла; фиг.2б представлен вариант продольного разреза устройства, когда плоскость, в которой установлены поворотные оси лопаток, расположена под острым углом к горизонтальной осевой плоскости сопла; на фиг.3 - вид в плане реверсивно-рулевого устройства в режиме «передний ход»; на фиг.3-5 - вид в плане реверсивно-рулевого устройства в режиме маневрирования на «заднем ходу»; на фиг.6 - вид в плане реверсивно-рулевого устройства в режиме разворота на месте.
Реверсивно-рулевое устройство водометного движителя содержит: сопло 1; струенаправляющий короб 2 с входным патрубком 3, выходным патрубком 4 и боковыми патрубками, переходящими в сужающиеся реверсивные каналы 5а и 56; поворотные лопатки 6 с механизмами привода 7 их вращения (электродвигателями-редукторами).
Заявленное устройство работает следующим образом. На переднем ходу (см. фиг.3а и 3б) водяная струя, вытекающая из сопла 1 через выходной патрубок 4 струенаправляющего короба 2 проходит через открытые 6а или приоткрытые поворотные лопатки 6в. Количество одновременно открытых поворотных лопаток 6а определяется режимом работы рабочего колеса движителя, создающего давление водяного потока через выходной патрубок 4. На малых и средних оборотах рабочего колеса движителя достаточно открыть только часть поворотных лопаток (фиг.3а). При полностью открытых поворотных лопатках 6а (плоскости лопаток параллельны диаметральной плоскости судна), создается только передняя тяга, двигающая судно строго вперед. В случае установки одной или нескольких лопаток в положение 6в (плоскость поворотной лопатки установлена под острым углом к диаметральной плоскости судна (см. фиг.3в) возникает боковая составляющая силы, которая создает вращательный момент на корме судна, используемый для его разворота. При этом скорость разворота определяется скоростью потока воды из сопла 1, количеству участвующих в изменении струи лопаток 6в, а также углу их поворота. Поскольку основной
водяной поток беспрепятственно выходит из патрубка 4, движение воды через боковые реверсивные каналы 5а и 5б - практически отсутствует. Поэтому наличие заглушек в заявляемом устройстве - нецелесообразно. Это позволяет существенно упростить управление заявляемым устройством, снизить его стоимость и уменьшить эксплуатационные расходы, связанные с обслуживанием поворотных механизмов заглушек. Для полной гидравлической развязки боковых реверсивных каналов 5а и 5б, они могут быть выполнены с сужающимся поперечным сечением в направлении от сопла.
Теперь рассмотрим реверсивное движение судна. При движении судна строго задним ходом, все поворотные лопатки устанавливают в положение 6б и полностью перекрывают выходной патрубок 4 (см. фиг.4а и 5а). Водяной поток из сопла 1 при этом преодолевает гидродинамическое сопротивление реверсивных каналов 5а и 5б и начинает толкать судно строго назад. При небольшом повороте одной или нескольких лопаток (см. фиг.4б и 5б) возникает боковая составляющая силы, которая создает вращательный момент на корме судна и позволяет маневрировать на заднем ходу. Плавность разворота при этом определяется соотношением водяных потоков протекающих через выходное сопло 4 и реверсивные каналы 5а и 5б. На фиг.6а и 6б представлены схемы, поясняющие осуществление поворота судна практически на месте. Для этого при нормальных оборотах рабочего колеса движителя, выставляют положение поворотных лопаток 6в (фиг.6а) таким образом, чтобы уравновесить силы потоков воды через реверсивные каналы 5а и 5б и выходное сопло 4. После этого можно либо задействовать дополнительную поворотную лопатку 6г (фиг.6б) и создать через нее дополнительный разворачивающий поток воды, либо разворотом поворотом лопаток 6в (фиг.6а) на разные углы, создать неравновесные потоки воды через выходное сопло 4.
Таким образом, заявляемое устройство позволяет эффективно осуществлять руление и маневрирование судна на всех режимах движения, включая малые и сверхмалые скорости движения, осуществляемые при любых оборотах рабочего колеса движителя.