ВОДОМЕТНЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ
HYDROJET PROPELLING AGENT

Водометный движитель предназначен для привода быстроходных судов, кораблей, яхт.
Известно, что эффективность водометного движителя зависит от параметров помещенной в неподвижный насадок лопастной системы в виде судового винта постоянного или переменного шага и большей густоты l/t, чем у судового винта. Здесь l - длина профиля лопасти на каком либо цилиндрическом сечении, t - шаг в этом же сечении.
Скорость, развиваемая судном, определяется соотношением упора водометного движителя и сопротивления корпуса судна. При постоянной скорости они равны. Как правило, движитель рассчитывается на заданную скорость судна и работает при постоянных оборотах в режиме максимального КПД. При попытке увеличить скорость судна КПД и упор движителя снижаются, поэтому необходимо увеличивать обороты двигателя. При этом ухудшаются кавитационные характеристики движителя, возрастает опасность захвата воздуха. Оба явления приводят к снижению упора винта и не применяются на практике.
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.
Известен также аналог из области насосов «осевихревой насос» - патент РФ 2014509 МПК C1 F04D 3/00 1991 г., при постоянной геометрии рабочего колеса напор насоса - аналог упора для движителя - увеличивается в 1,5-2 раза за счет помещения рабочего колеса-шнека в винтовую втулку.
Прототипом изобретения является «Водометный движитель» по патенту РФ №2266231 МПК В63Н, 11/08, 2004 г. Лопасти 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 снижению упора, и низкий КПД, но способствует устойчивой работе при захвате воздуха.
Задачей настоящего изобретения является повышение упора движителя и коэффициента полезного действия, а также повышение устойчивости работы при попадании воздуха и в кавитационных режимах.
Поставленная задача решается специальным конструктивным исполнением водометного движителя. Рабочее колесо водометного движителя помещается в цилиндрический насадок с лопастями специальной формы, расположенными на внутренней поверхности насадка. На входе и выходе направление лопастей осевое, а над рабочим колесом - с направлением, противоположным направлению лопастей движителя.
расположенных на цилиндрической ступице, и помещенных в насадок.
На фиг.1 показан вид водометного движителя. В насадке 1 размещена ступица 2, на которой закреплены лопасти 3. На внутренней поверхности цилиндрического насадка расположены неподвижные лопатки 4. Стрелкой показано направление потока жидкости.
На фиг.2 тонкими линиями показаны профили лопаток в развертке по трем цилиндрам на диаметрах: около ступицы D1, на среднем диаметре D2, и на периферии D3. Жирными линиями показаны профили лопаток, размещенных на внутренней поверхности насадка.
Технический результат состоит в том, что при постоянной скорости вращения рабочего колеса, помещенного в насадок с лопастями и в гладкий насадок, упор возрастает за счет увеличения расхода, проходящего через водомет. Кроме этого, как показали испытания отдельных рабочих колес, такое исполнение имеет лучшие кавитационные характеристики в широком диапазоне скоростей обтекания и меньшую зависимость упора от количества захваченного воздуха, что обеспечивает большую скорость судна.
Эффект достигается за счет оптимального обтекания лопаток на всех режимах работы движителя по скорости и за счет увеличения потока в выбрасываемой струе.
Водометный движитель работает следующим образом.
Вследствие того, что площадь насадка больше фронтальной площади рабочего колеса, в водомет поступает большее количество среды, которой в районе лопаток передается дополнительная энергия. Осевое направление лопаток на поверхности насадка сводит к минимуму потери и обеспечивает максимальную эффективность, что приводит к увеличению реактивной тяги.
В итоге возрастает упор по сравнению с другими вариантами исполнения лопастной системы. Наличие неподвижных лопастей в насадке не позволяет перетеканию потока на концах лопасти и также способствует подавлению кавитации в зазоре между лопастями и насадком. В случае попадания воздуха упор не падает, а снижается, но водомет продолжает устойчиво работать.