ВОДОМЕТНЫЙ ДВИЖИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС
WATER-JET PROPULSION SYSTEM

Изобретение относится к области судостроения, а именно к водометным движителям (далее по тексту ВД), и может быть использовано на всех типов судов и кораблей.
Известны ВД, содержащие водовод и размещенное в нем рабочее колесо с лопастями, имеющими профилировку сечений с плавным контуром (М.А. Мавлюдов, Ю.М. Садовников и др. Движители быстроходных судов. Л.: Судостроение, 1973).
Наиболее близким техническим решением является водометный движитель с рабочим колесом (далее по тексту - РК), установленным в водоводе, имеющим лопасти с профилем сечений NACA-66 с сегментной формой контура и с цилиндрическим периферийным сечением лопастей (М.А. Мавлюдов, Ю.М. Садовников и др. Движители быстроходных судов. Л.: Судостроение, 1973, стр. 94).
Недостатком упомянутого ВД является наличие в процессе его работы перетекания жидкости со стороны нагнетающей поверхности лопастей в область их засасывающей поверхности, имеющей место в щелевом канале, образованном между стенками водовода и торцевым сечением лопастей рабочего колеса. Жидкость, протекающая в указанном месте, испытывает достаточно сильное разрежение. В результате наличия такого разрежения вблизи стенок водовода в определенном диапазоне режимов работы ВД из-за резкого снижения местного давления возникает разрыв сплошности жидкости или так называемая щелевая кавитация, которая ухудшает акустические качества ВД. Кроме того, щелевая кавитация инициирует эрозионные повреждения стенок водовода в области рабочего колеса.
Задачей изобретения является улучшение кавитационных и акустических характеристик ВД путем ликвидации щелевой кавитации при одновременном сохранении кпд движителя.
Для этого в водометном движительном комплексе, содержащем водовод, выполненный в виде осесимметричной профилированной кольцевой насадки, внутри которой соосно размещено установленное на валу рабочее колесо, имеющее ступицу с закрепленными к ней лопастями. Рабочее колесо оснащено прикрепленной к торцам лопастей кольцевой обечайкой, а в корпусе водовода образована ответная под упомянутую обечайку круговая ниша, в которую подвижно помещена кольцевая обечайка и расположена заподлицо с внутренней поверхностью корпуса водовода, тем самым обеспечивая создание необходимого кпд движителя. Кроме того, форма спрямленного контура лопасти рабочего колеса в районе притыкания лопасти к кольцевой обечайке имеет серповидную наделку в сторону натекающего потока, радиус скругления которой составляет 4-5% от радиуса рабочего колеса.
Оснащение РК кольцевой обечайкой, прикрепленной к торцам лопастей, которая подвижно помещена в образованную в корпусе водовода круговую нишу, позволяет исключить щелевую кавитацию и избежать затрат энергии на обтекание концов лопастей.
Однако в такой конструкции в месте притыкания концов лопастей к обечайке формируется пограничный слой сложной конфигурации и, как следствие, возникает подковообразный (подпорный) вихрь по форме, близкой к подкове, плоскость которой перпендикулярна радиусу. Кавитация такого вихря наступает существенно позже, чем щелевая кавитация в отсутствии обечайки, однако она также ухудшает акустические качества движителя. Для уменьшения интенсивности указанного подпорного вихря и тем самым отдаляя момент возникновения его кавитации, форма спрямленного контура лопасти в районе концевых радиусов задается следующим образом: на контуре смонтирована серповидная наделка в сторону натекающего потока, а средняя линия ее профиля является продолжением средней линии профиля сечения лопасти. Серповидная наделка представляет собой изменение формы выходящей кромки спрямленного контура лопасти в районе притыкания лопасти к обечайке. Радиус скругления серповидной наделки принимается 4-5% от радиуса рабочего колеса.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется рисунками, где на фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого водометного движительного комплекса, на фиг. 2 - вид по А-А на фиг. 1 и на фиг. 3 - фрагмент места крепления лопасти к обечайке на фиг. 2.
Водометный движительный комплекс (далее по тексту - ВДК) имеет водовод 1 в виде осесимметричной кольцевой насадки. Внутри водовода 1 соосно размещено установленное на валу 2 рабочее колесо, имеющее ступицу 3, на которой прикреплены лопасти 4. На торцах лопастей 4 закреплена круговая обечайка 5, которая подвижно размещена в нишу 6 и расположена заподлицо с внутренней поверхностью водовода 1 (фиг. 1).
На спрямленном контуре лопасти РК в районе притыкания лопасти к кольцевой обечайке смонтирована серповидная наделка 7 в сторону натекания потока (фиг. 1, 2, 3). Радиус скругления серповидной наделки 7 составляет 4-5% от радиуса рабочего колеса.
Работа ВДК по ликвидации щелевой кавитации осуществляется следующим образом.
Вал двигателя 2 приводит во вращение рабочее колесо со ступицей 3 и лопастями 4 вместе с обечайкой 5. В результате устраняется щелевая кавитация между концами лопастей 4 и корпусом водовода 1, и на концах лопастей 4 рабочего колеса создается дополнительный полезный упор без потерь на обтекание концов лопастей. Образующийся при этом подковообразный вихрь теряет свою интенсивность благодаря серповидной наделке 7. В совокупности все это приводит к улучшению акустических и кавитационных характеристик ВДК при сохранении кпд движителя.
К настоящему времени изготовлена модель предлагаемого ВДК и проверена ее работа, в результате чего подтверждено улучшение кавитационных характеристик при неизменном кпд.
Предлагаемый ВДК позволяет обеспечить его повышенные акустические и кавитационные характеристики при одновременном сохранении кпд, и как следствие - скорости движения судна, что его выгодно отличает от прототипа.