Многолопастный водомётный движитель

Полезная модель относится к области судостроения и касается вопросов создания рабочих колес (РК) водометных движителей (ВД) для всех типов судов и кораблей.
Из существующих технических решений известны ВД, содержащие водовод и размещенное в нем рабочее колесо с четырьмя лопастями, имеющими профилировку сечений и плавную форму контура (М.А. Мавлюдов, Ю.М. Садовников и др. Движители быстроходных судов, Л.: Судостроение, 1982).
Известен также ВД (являющийся прототипом настоящего предложения) с РК, установленным в водоводе, имеющим 9 лопастей с профилем сечений NACA-66 с сегментной формой контура и с цилиндрическим, периферийным сечением лопастей (см. там же, стр. 94).
Недостатком известного ВД является наличие в процессе его работы перетекания жидкости со стороны нагнетающей поверхности лопастей в область их засасывающей поверхности, имеющее место в щелевом канале (зазоре), через образованное между стенками водовода и торцевыми сечениями лопастей РК. В процессе течения жидкости в указанном щелевом зазоре, она испытывает достаточно сильное разрежение. В результате такого перетекания, происходящего вблизи стенок водовода и торцевых сечений лопастей РК на эксплуатационных режимах ВД, может возникать разрыв сплошности жидкости, так называемая, щелевая кавитация. Эта кавитация ухудшает акустические качества ВД и может вызывать эрозионные повреждения стенок водовода в месте расположения РК, а также лопастей РК в районах их торцевых сечений.
Задачами, на решение которой направлена заявленная полезная модель, являются:
устранение щелевой кавитации в щелевом зазоре, образованном между торцевыми сечениями лопастей РК и стенкой водовода ВД;
снижение уровня виброактивности движителя;
повышение эксплуатационных характеристик ВД и его надежности.
Это достигается тем, что у предлагаемого ВД на концах лопастей РК (Патент на полезную модель №206479 от 13.09.2021 г.) закреплена кольцевая обечайка, утопленная заподлицо с внутренней стенкой водовода. Таким образом, кольцевая обечайка устраняет щелевой зазор между стенкой водовода и концами лопастей РК, а, следовательно, и щелевую кавитацию. При этом между стенкой водовода и кольцом обечайки предусматривается некоторый зазор для нормальной эксплуатации ВД.
Это достигается за счет существенного увеличения количества лопастей на РК, более или равное 15, что приводит к значительному уменьшению величины переменных гидродинамических сил (один из основных источников виброактивности), действующих на каждую отдельную лопасть РК ВД, и, как следствие, ведет к снижению уровня виброактивности движителя и его акустического излучения.
Сущность полезной модели поясняется фигурами и графиками. На фиг. 1 представлен общий вид РК со ступицей 1, лопастями 2 и обечайкой 3. На фиг. 2 показан фрагмент ВД с установленным РК, с зазором 4 между телом ВД и обечайкой и местом 5 крепления лопасти к обечайке. На фиг. 3 и 4 - результаты сравнительных испытаний в кавитационной трубе (см. «Разработка методологии проектирования нетрадиционного рабочего колеса с обечайкой водометного движителя с улучшенными кавитационными характеристиками», Вып. 48367, 2015, ФГУП «Крыловский государственный научный центр»). На фиг. 5 показано сечение лопасти РК с формой, выходящей и входящей кромок.
Работа предлагаемого ВД происходит следующим образом. Из-за отсутствия зазора между стенкой водовода и концами лопастей РК в ВД отсутствует течение (перетекание) и, как следствие, отсутствует щелевая кавитация (см. фиг. 3, где по оси ординат приведены значения критических чисел кавитации РК, а по оси абсцисс - относительная поступь J, являющаяся функцией скорости набегающего потока, оборотов и диаметра РК). Увеличенное число лопастей снижает виброактивность РК при работе его в неравномерном потоке (в месте расположения РК) и ведет к понижению уровней шума ВД в области низких и средних частот (см. фиг. 4, где по оси ординат приведены значения уровней шума I, а по оси абсцисс - значения частоты шумоизлучения f).
Придание выходящим кромкам сечения заостренной формы соответственно обеспечивает плавное их обтекание и отсутствие акустического пения (см. фиг. 5).