ВОДОМЕТНЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ
WATER-JET PROPELLER

Изобретение относится к области судостроения и касается вопросов создания водометных движителей (ВД) всех типов судов и кораблей.
Известны водометные движители, 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).
Известен также водометный движитель (являющийся прототипом настоящего предложения) с рабочим колесом, установленным в водоводе, имеющим лопасти 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 под некоторым углом, имеющее место в щелевом канале, образованном между стенками водовода и торцевым сечением лопастей рабочего колеса. В процессе течения жидкости в указанном месте, она испытывает достаточно сильное разрежение. В результате наличия таких концевых (торцевых) течений вблизи стенок водовода на определенном диапазоне режимов эксплуатации ВД из-за резкого снижения местного давления возникает разрыв сплошности жидкости или так называемая щелевая кавитация, которая ухудшает акустические качества ВД и вызывает, кроме того, эрозионные повреждения стенок водовода в области рабочего колеса.
Задачей предлагаемого изобретения является снижение интенсивности образования щелевой кавитации в щелевом зазоре, образованном между концевыми сечениями лопастей рабочего колеса и стенкой водовода ВД, путем уменьшения течения в указанном зазоре.
Это достигается тем, что у известного ВД, содержащего размещенное в водоводе и установленное на валу рабочее колесо, имеется ступица с закрепленными на ней лопастями. В теле лопастей рабочего колеса, в их периферийном сечении, выполнена простирающаяся по их ширине лопасти полость. Она сообщена с набегающим потоком с помощью образованных в теле лопасти входных каналов с водозаборными отверстиями, расположенными на нагнетающей поверхности лопасти. На периферийном сечении лопасти указанная полость имеет щелевое отверстие, простирающееся также по ширине лопасти, выход которого ориентирован в сторону ее нагнетающей поверхности. При этом водозаборные отверстия входных каналов размещены по ширине лопасти на ее относительном радиусе, равном 0,55-0,8, от оси рабочего колеса.
Кроме того, входные сечения водозаборных отверстий лопастей ориентированы по направлению вращения рабочего колеса.
Выполнение в теле каждой лопасти рабочего колеса полости указанным образом позволяет подать в область щелевого зазора, между торцом лопасти и стенкой водовода, часть жидкости из упомянутой полости в лопастях рабочего колеса и обеспечить снижение тем самым интенсивности течения, имеющего место обычно в указанном зазоре. А ориентация выхода упомянутого щелевого отверстия в сторону нагнетающей поверхности лопасти, то есть навстречу набегающему потоку, позволяет притормозить течение в зазоре и тем самым существенно умерить образование щелевой кавитации в нем.
Размещение водозаборных отверстий входных каналов на относительном радиусе, равном 0,55 - 0,8 от оси рабочего колеса, объясняется тем, что в этом месте повышенное давление по сравнению с давлением на засасывающей стороне лопасти, способствует наиболее эффективному перетеканию попадающей в полость жидкости в область периферийного сечения лопасти.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид фрагмента ВД; на фиг.2 - часть рабочего колеса; на фиг.3 - сечение А-А, показанное на фиг.2, и на фиг.4 - результаты сравнительных модельных испытаний.
Водометный движитель содержит водовод 1, в котором на валу установлено рабочее колесо 2 (фиг.1), имеющее ступицу 3 (фиг.2) с закрепленными на ней профилированными лопастями 4 (фиг.1 и 2). В теле лопастей 4, в их периферийном участке по радиусу выполнена простирающаяся по ширине лопасти полость 5. Она сообщена с набегающим на нагнетающую поверхность 6 лопастей 4 потоком жидкости с помощью образованных в теле лопастей 4 входных каналов 7. Входные каналы 7 имеют водозаборные отверстия 8, выполненные на нагнетающей стороне 6 лопастей 4 (фиг.2). Указанная полость 5 сообщена с щелевым отверстием 9, образованным на периферийном (концевом) сечении лопастей 4 и простирающимся по их ширине (фиг.3). Выход щелевого отверстия 9 ориентирован в сторону нагнетающей поверхности 6 лопастей 4, то есть против набегающего на рабочее колесо 2 потока (фиг.2). Между концевыми сечениями лопастей 6 рабочего колеса 2 и стенкой водовода 1 имеется щелевой зазор 10. Водозаборные отверстия 8 входных каналов размещены по ширине лопасти 4 на относительном радиусе, равном 0,55-0,8 от оси рабочего колеса 2 (фиг.2).
Кроме того, входные сечения водозаборных отверстий 8 ориентированы по направлению вращения рабочего колеса для более эффективного захвата жидкости набегающего потока.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
При вращении рабочего колеса 2 на его лопастях 4 возникает перепад давления, направленный со стороны нагнетающей поверхности 6 на засасывающую противоположную поверхность лопасти 4. В результате этого в щелевом зазоре 10 образуется направленное течение потока жидкости и на определенных режимах работы ВД возникает разрыв сплошности жидкости между стенками водовода 1 и концевыми сечениями 9 лопастей 4. Наряду с этим в образованных в теле лопастей 4 полостях 5 под действием набегающего потока и центробежной силы в упомянутых щелевых зазорах образуется течение, направленное в противоположную набегающему потоку сторону, то есть течение, обратное описанному выше, а именно со стороны засасывающей поверхности лопастей к нагнетающей 6. В итоге результирующее течение в щелевом зазоре 10 уменьшается, что и приводит к умерению или исключению образования в упомянутой области щелевой кавитации.

На фиг.4 представлены результаты сравнительных испытаний в кавитационной трубе. По оси ординат приведены значения критических чисел кавитации , а по оси абсцисс - относительная поступь J, являющаяся функцией скорости набегающего потока, оборотов и диаметра рабочего колеса. Обозначения относятся соответственно:  - к рабочему колесу с обычными лопастями и - к рабочему колесу с лопастями, имеющему полость 5 с каналами 7 и водозаборными отверстиями 8. Как видно из представленных результатов, значение критического числа кавитации у лопастей с лопастями уменьшается. Это объясняется созданием направленного течения в щелевом зазоре 10, приводящего к уменьшению перетекания потока с нагнетающей поверхности на засасывающую поверхность лопастей. Это, в свою очередь, в результате приводит к снижению критического числа кавитации, при котором возникает щелевая кавитация в зазоре, то есть к снижению интенсивности образования кавитации в указанном месте, приводящей, как было отмечено выше, к ухудшению акустических качеств ВД и к механическим повреждениям стенок водовода.