ВОДОМЕТНЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ
WATER-JET PROPELLER

Водометный движитель предназначен для привода быстроходных судов, кораблей, яхт.
Известно, что эффективность водометного движителя зависит от параметров лопастной системы судового винта постоянного или переменного шага, помещенного в неподвижный насадок. При возрастании скорости, развиваемой судном, упор водометного движителя снижается, так что движитель работает не в режиме максимального КПД.
Известны способы борьбы с этим явлением - помещение рабочего колеса водометного движителя в конический насадок. Однако этот способ приводит к некоторому снижению КПД, так как сопротивление конического насадка при увеличении скорости судна существенно возрастает по сравнению с цилиндрическим насадком.
Аналогом изобретения является патент РФ №2031051 МПК В63Н 11/08, 11/03, 1/14, 1992 г., «Ротор водометного движителя». В конструкции ротора лопастная система размещается на цилиндрической втулке, а площадь входа среды в канал выполнена меньше площади выхода. По мнению автора это приводит к уменьшению скорости реактивной струи и увеличению КПД.
Прототипом изобретения является «Водометный движитель» по патенту РФ №2266231 МПК В63Н, 11/08, 2004 г. Лопасти движителя выполнены с криволинейной линией профиля и расположены на конической втулке, так что площадь на выходе лопастной системы составляет 0,7 площади на входе.
Недостатком этого конструктивного решения является также значительное увеличение потерь от обтекания конической втулки, что приводит к уменьшению упора и низкому КПД, но способствует устойчивой работе при захвате воздуха лопастями движителя.
Задачей настоящего изобретения является повышение упора движителя и коэффициента полезного действия, а также повышение устойчивости работы при попадании воздуха в лопастную систему движителя и в кавитационных режимах.
Поставленная задача решается специальным конструктивным исполнением лопастной системы водометного движителя. Рабочее колесо (винт) имеет цилиндрическую ступицу и помещено в цилиндрический насадок. Конструкция лопасти выполнена постоянного или переменного шага. При этом кольцевая площадь F1, сметаемая лопастью на входе, в 1,5-2 раза больше площади F2, сметаемой лопастью на выходе. Лопасть помещена в цилиндрический насадок диаметра D, внутри которого расположены неподвижные лопатки, причем угол установки неподвижных лопаток на входе β1 равен углу установки лопастей рабочего колеса (винта) α, а на выходе угол установки неподвижных лопаток β2 равен 90°. Такое исполнение неподвижных лопаток обеспечивает больший упор водометного движителя в стоповом режиме и больший упор при максимальных оборотах.
На фиг.1 показан разрез водометного движителя. В насадке 1 размещена ступица 2, на которой закреплены лопасти 3. В корпусе цилиндрического насадка расположены неподвижные лопатки 4. Их высота на входе минимальна (равна нулю) и плавно увеличивается к выходу, обеспечивая постоянный зазор с лопастями рабочего колеса. Стрелкой «А» показано направление набегающего потока.
На фиг.2 в развертке по диаметру D показаны профили лопастей рабочего колеса (винта), а сплошными линиями - профили лопаток в насадке. Стрелкой показано направление вращения лопастей.
Технический результат состоит в том, что такое исполнение водомета обеспечивает более высокий КПД в широком диапазоне скорости судна, что позволяет при той же мощности двигателя развивать большую скорость.
Эффект достигается за счет более оптимального обтекания лопаток на всех режимах работы движителя по скорости, так как половина жидкости выбрасывается всегда в осевом направлении и обеспечивает большую реактивную тягу водомета, и за счет лучших кавитационных характеристик позволяет сохранять высокие значения тяги в широком диапазоне скоростей.
Водометный движитель работает следующим образом.
Вследствие большего диаметра лопастей на входе, чем на выходной части лопасти, поток на выходе из неподвижной решетки всегда направлен в осевом направлении. Исполнение профиля лопаток неподвижной решетки обеспечивает увеличение напора рабочего колеса, при этом в стоповом режиме упор возрастает в 1,5-2 раза по сравнению с упором рабочего колеса диаметра D с такой же геометрией лопастей, размещенного в гладком цилиндрическом насадке. Наличие неподвижных лопаток в насадке препятствует перетеканию потока на концах лопасти с нагнетательной стороны на всасывающую и способствует подавлению кавитации в зазоре между лопастями винта и насадка.
Водометный движитель предлагаемой конструкции будет иметь расширенный диапазон работы с более высоким значением упора и КПД и устойчиво работать как при захвате воздуха, так и в режимах кавитации.