Водометный движитель
WATER-JET PROPULSOR

Изобретение относится к области судостроения, а именно к водометным движителям, и может быть использовано в качестве привода судов различного назначения для повышения КПД движителя и его работоспособности.
Одна из существенных проблем эксплуатации водометных движителей (ВД) заключается в увеличении зазора между лопастями рабочего колеса водометного движителя и обечайкой за счет износов и выработки сопрягаемых деталей. Увеличение этого зазора приводит к значительному уменьшению КПД движителя, снижению кавитационной стойкости лопастной системы. Особенно заметно это проявляется в ВД с диагональной лопастной системой.
Для регулировки указанного зазора, как правило, требуются действия, связанные с переборкой ВД, что в свою очередь требует подъема судна из воды. Если судно достаточно большое, то это часто становится трудно выполнимой задачей.
Регулировочные работы производят как заменой выработанных деталей (в ВД с цилиндрической обечайкой), так и регулировкой осевого положения рабочего колеса в водометном движителе с конической обечайкой. В последнем случае, такая обечайка выполняется конической специально для возможности такой регулировки.
В ВД с диагональной лопастной системой обечайка исходно имеет профиль близкий к конусу, при этом особенностью работы ВД с такой лопастной системой является необходимость точной установки зазора с постоянным его контролем.
Из уровня техники известен водометный движитель, состоящий из водозаборника, гребного вала, рабочего колеса, установленного на гребном валу, корпуса движителя, содержащего спрямляющий аппарат с установленным в нем опорным подшипником, реактивное сопло и опоры реверсивной заслонки, реверсивно-рулевого устройства (см. Патент RU 2436706, опубликован 20.12.2011).
Также из уровня техники известен водометный движитель, содержащий корпус, состоящий из водовода с защитной решеткой, установленной на входе потока, и смотровым лючком, спрямляющий аппарат, поворотное сопло и заслонку заднего хода, соединенные между собой и насаженные на гребной вал, обтекатель и рабочее колесо, расположенные внутри корпуса, а также соосно расположенные валы управления поворотным соплом и заслонкой с закрепленными на них тягами и качалками (см. Патент RU 2256583, опубликован 20.07.2005).
Кроме того, известна водометная движительная установка, содержащая соединенные между собой водозаборник, включающий в себя приемное отверстие и канал, неподвижную обечайку, внутри которой расположено рабочее колесо, спрямляющий аппарат и сопло, причем ступица рабочего колеса установлена на приводном валу и выполнена с плавно увеличивающимся диаметром, а сопло выполнено с плавно уменьшающимся диаметром от входа к выходу, при этом водозаборник выполнен с постоянной в плане шириной канала, равной диаметру неподвижной обечайки, входящая кромка каждой лопасти рабочего колеса имеет форму выпуклой кривой, ориентированной выпуклостью в сторону водозаборника, образующая внутренней поверхности сопла выполнена выпукло- вогнутой идентично образующей ступицы рабочего колеса, а входной диаметр сопла равен диаметру неподвижной обечайки (см. Патент RU 2114761, опубликован 10.07.1998).
Недостатками известных решений являются: снижение КПД при износе лопастей рабочего колеса, необходимость разборки водометного движителя при износе лопастей рабочего колеса, либо необходимость подъема судна из воды для выборки зазора между лопастями рабочего колеса и обечайкой рабочего колеса.
Наиболее близким решением к предложенному изобретению является водометный движитель с диагональной лопастной системой, содержащий корпус, в котором расположен водовод, гребной вал с установленным на нем рабочим колесом с лопастями, и реактивное сопло, при этом обечайка рабочего колеса имеет профиль близкий к конусу (см., например, сайты в Интренет: http://www.katera-lodki.ru/ustrvod,
Недостатками известного решения являются: отсутствие возможности регулировки зазора между лопастями рабочего колеса и обечайкой рабочего колеса, снижение КПД при износе лопастей рабочего колеса, необходимость разборки водометного движителя при износе лопастей рабочего колеса, либо необходимость подъема судна из воды для выборки зазора между лопастями рабочего колеса и обечайкой рабочего колеса.
Технической проблемой, решаемой изобретением, является повышение КПД водометного движителя, повышение кавитационной стойкости, исключение необходимости подъема судна из воды для переборки ВД и самой необходимости его переборки.
Техническим результатом изобретения, направленным на решение технической проблемы, является обеспечение возможности регулировки зазора между обечайкой и лопастями рабочего колеса без разборки водометного движителя и без подъема судна из воды.
Технический результат изобретения достигается благодаря тому, что водометный движитель содержит корпус, в котором расположен водовод, гребной вал с установленным на нем рабочим колесом с лопастями, и реактивное сопло, при этом лопасти рабочего колеса охватывает обечайка, установленная в корпусе с возможностью осевого перемещения и уменьшения зазора между лопастями рабочего колеса и обечайкой.
Кроме того, обечайка на внешней поверхности может иметь радиально расположенные пальцы, а корпус может иметь пазы, в которых расположены пальцы с возможностью тангенциального и осевого перемещения относительно корпуса.
Кроме того, обечайка установлена герметично относительно корпуса.
Кроме того, на внешней поверхности корпуса может быть шарнирно установлено по меньше мере одно средство перемещения обечайки, связанное по меньшей мере с одним пальцем.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан общий вид водометного движителя; на фиг. 2 - то же, разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 показан вынос Б на фиг. 1 - узел регулировки зазора между лопастями рабочего колеса и обечайкой.
Предложенный водометный движитель содержит корпус 1, который включает, преимущественно, три части (полые части 2, 3, 4), последовательно и герметично соединенные друг с другом посредством, например, фланцевого соединения. Внутри корпуса 1 расположены водовод 5, гребной вал 6 с установленным на нем рабочим колесом 7 с лопастями 8, реактивное сопло 9 и спрямляющий аппарат 23.
Первая часть 2 корпуса 1 образует водозаборник с входным водозаборным отверстием 10. Внутри части 2 корпуса 1 расположен водовод 5 с приемным туннелем, т.е. стенки полости водозаборника образуют водовод 5. На внешней поверхности части 2 корпуса 1 (водозаборника) образован полый цилиндрический выступ 11, направленный в сторону от рабочего колеса 7 и расположенный соосно гребному валу 6. Выступ 11 является посадочным местом для гребного вала 6.
Вторая часть 3 корпуса 1 образует корпус рабочего колеса 7 и имеет, преимущественно, коническую форму или близкую к ней. Часть 3 корпуса 1 неподвижно соединена с частью 2 корпуса 1 посредством фланцевого соединения. Внутри части 3 корпуса 1 соосно ей расположено рабочее колесо 7, включающее ступицу 12 (преимущественно, конической формы или близкой к ней), на внешней поверхности которой расположены лопасти 8 (преимущественно, диагонального типа). Рабочее колесо 7 установлено на гребном валу 6, при этом рабочее колесо 7 жестко соединено с гребным валом 6, например, посредством шпоночного соединения 13 или любого иного соединения, обеспечивающего жесткую связь с гребным валом 6. Лопасти 8 рабочего колеса 7 охватывает с зазором обечайка 14, которая подвижно установлена внутри части 3 корпуса 1 с возможностью осевого и кругового перемещения относительно части 3, а также с возможностью уменьшения зазора между лопастями 8 и внутренней поверхностью обечайки 14. Таким образом, обечайка 14 установлена внутри части 3 корпуса 1 (соосно части 3) с возможностью регулировки зазора между внешними (направленными в сторону части 3 корпуса 1) кромками лопастей 8 и обечайкой 14 (как с возможностью уменьшения такого зазора, так и при необходимости с возможностью увеличения такого зазора). Обечайка 14 имеет, преимущественно, коническую форму или близкую к ней, при этом обечайка 14 установлена герметично относительно части 3 корпуса 1, т.е. часть внешней поверхности обечайки 14 плотно прилегает к внутренней поверхности части 3 корпуса 1. Такая герметичность обеспечивается благодаря выполнению на внешней поверхности обечайки 14 (преимущественно, с противоположных своих торцевых сторон) кольцевых канавок 15 в которых установлены прокладки 16 (обечайка 14 уплотнена по ответным цилиндрическим поверхностям корпуса 1 ВД).
Обечайка 14 имеет на внешней своей поверхности радиально направленные (радиально расположенные) пальцы 17 и 18 (стержневые выступы, шпильки, штифты), которые одним своим концом жестко соединены с обечайкой 14 и установлены симметрично относительно оси обечайки 14 (диаметрально противоположно). При этом палец 17 является, например, исполнительным (т.е., воздействуя на него, осуществляется перемещение обечайки 14 внутри части 3 корпуса 1), а палец 18 является, например, направляющим. Пальцы 17 и 18 обеспечивают осевое и круговое перемещение обечайки 14 внутри части 3 корпуса 1. В данном случае часть 3 корпуса 1 имеет пазы 19 (например, винтовые, т.е. направленные от части 2 корпуса 1 к части 4 и расположенные в этом направлении под углом к оси части 3), образованные в зоне расположения пальцев 17 и 18. При этом пазы 19 образованы в части 3 корпуса 1 диаметрально противоположно с одинаковым направлением и шагом винтовой поверхности. Пальцы 17 и 18 проходят через пазы 19 (расположены в них) с возможностью тангенциального и осевого перемещения относительно части 3 корпуса 1. При этом при перемещении пальцев 17, 18 относительно неподвижной части 3 корпуса 1 в тангенциальном направлении происходит перемещение пальцев 17, 18 в том числе и в осевом направлении и, соответственно, происходит перемещение обечайки 14 в осевом направлении (при одновременном круговом перемещении). Количество пальцев 17, 18 может быть любым, но не менее двух (один палец 17 и один палец 18), при этом количество пазов 19 всегда равно общему количеству пальцев 17, 18.
Для выборки зазора между рабочим колесом 7 и обечайкой 14, обечайка 14 принудительно сдвигается в осевом направлении. Для обеспечения такого перемещения предназначен специальный механизм, который включает средство 20 перемещения обечайки 14 (линейный привод), пальцы 17, 18 и пазы 19. Перемещение пальцев 17, 18 в тангенциальном направлении можно обеспечить любым типом линейного привода, в том числе винтовой пары, при этом, для обеспечения работоспособности закрепление такого линейного привода (винтовой пары) на корпусе 1 должно быть осуществлено шарнирно на сферических опорах 21, 22, одна из которых (21) жестко установлена и закреплена на внешней поверхности корпуса 1 (на части 3) водометного движителя, а другая (22) на исполнительном пальце 17. Количество средств 20, закрепленных на корпусе 1, преимущественно, равно количеству исполнительных пальцев 17, с которыми связаны средства 20.
Третья часть 4 корпуса 1 неподвижно соединена со второй частью 3 корпуса 1 посредством фланцевого соединения. Внутри части 4 корпуса 1 образовано реактивное сопло 9, а также установлен спрямляющий аппарат 23. Спрямляющий аппарат 23 расположен соосно части 4 корпуса 1 и рабочему колесу 7. При этом спрямляющий аппарат 23 имеет ступицу 24, преимущественно, конической формы или близкой к ней. Внутри ступицы 24 со стороны рабочего колеса 4 образовано посадочное отверстие 25, в котором установлена подшипниковая опора 26 для гребного вала 6. Подшипниковая опора 26 для гребного вала 6 также установлена внутри выступа 11 водозаборника.
Гребной вал 6 с жестко установленным на нем рабочим колесом 7 установлен своими противоположными концами в подшипниковых опорах 26, фиксирующих положение гребного вала 6 и рабочего колеса 7 в осевом направлении.
С третьей частью 4 корпуса 1 шарнирно соединено реверсивно-рулевое устройство 27 водометного движителя.
Благодаря вышеописанному выполнению изобретения, а именно наличию обечайки 14 с радиально направленными пальцами 17, 18, охватывающей лопасти 8 и установленной подвижно в части 3 корпуса 1, обеспечивается возможность проведения регулировочных работ без разборки ВД и в том числе без обязательного подъема судна из воды. При износе внешних кромок лопастей 8 и, соответственно, увеличении зазора между лопастями 8 и внутренней поверхностью обечайки 14, последняя посредством средства 20, воздействуя на пальцы 17, перемещается в осевом направлении (в сторону от части 2 корпуса 1). В результате такого осевого перемещения обечайки 14 указанный зазор уменьшается до необходимой величины, и нет необходимости разбирать водометный движитель для такой регулировки, а также нет необходимости поднимать все судно из воды.