ЭЖЕКТОРНЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ

Полезная модель относится к судостроению, в частности к конструкции водометного движителя для различного типа судов.
Известен движитель подводной лодки, представленный в патенте №2612044, включающий жестко закрепленную на корпусе в кормовой части подводной лодки кольцевую диафрагму и электрогидравлический насос, установленный в вакуумной камере с возможностью подачи воды в кольцевую диафрагму, при этом водозаборник насоса расположен в носовой части подводной лодки. Недостатком данной конструкции является сложность установки насоса и протяженность водозаборной системы, что уменьшает КПД движителя в целом.
Эжекторный двухконтурный водометный движитель для подводных аппаратов по патенту №2647406 содержит основной кольцеобразный корпус с кольцеобразным внутренним контуром для движения водных потоков, в котором последовательно расположены водозаборник с аэродинамическими направляющими лопатками, гребной винт, спрямляющие профилированные лопатки и реактивное сопло. Водометный движитель снабжен дополнительным кольцеобразным корпусом с кольцеобразным наружным контуром для движения водных потоков жестко соединенным с внешней поверхностью основного кольцеобразного корпуса разделительными ребрами аэродинамического профиля и установленным соосно основному кольцеобразному корпусу со смещением введенного в устройство водозаборника дополнительного кольцеобразного корпуса относительно водозаборника основного кольцеобразного корпуса с образованием после гребного винта общего среза реактивного сопла основного кольцеобразного корпуса и введенного в устройство реактивного сопла дополнительного кольцеобразного корпуса, а также установлена ирисовая диафрагма и на выходе регулируемого реактивного сопла по оси симметрии закреплен каплевидный обтекатель. Недостатком данного движителя является чрезмерная сложность его конструкции, хотя и достигается увеличение тяги при сохранении затрат энергии на гребном винте.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемой конструкции движителя является эжекторный водометный движитель (фиг. 3), представленный в книге Куликова С.В. и Храмкина М.Ф. «Судовые движители (теория и расчет)» П.: Судостроение, 1980, 312 с, выполненный в форме кольцевой насадки грушевидной формы, во внутреннюю полость которой подается сжатый воздух или другой газ, выходящий с большой скоростью через отверстие в хвостовой части насадки увлекая за собой воду из внутреннего канала. Недостатком этой конструкции движителя является вероятность возникновения неоднородности водопотока при насыщении его газом под давлением, что вызывает повышенную вибрацию двигателя и, как следствие, уменьшение его КПД и тяги.
Технический результат предлагаемой конструкции эжекторного движителя заключается в повышении КПД и тяги водометного движителя на малых скоростях хода судна и в снижении виброактивности движителя за счет обеспечения и сохранения однородности водопотока в его канале.
Технический результат достигается тем, что конструкция движителя выполнена в форме кольцевого крыла с конфигурацией входной конфузорной части водозаборника в виде широкой воронки с криволинейной поверхностью и с протяженно расширяющимся каналом в его диффузорной части. В месте наименьшего диаметра канала, конструктивно находящегося ближе к входной части движителя, то есть перед ожидаемой точкой отрыва пограничного слоя, размещено кольцевое щелевое сопло, установленное с возможностью управления пограничным слоем направляемого вдоль внутренних стенок канала потока воды в сторону выхода его диффузорной части. В качестве рабочей среды используется вода, которая под давлением через щелевое сопло, попадая на внутренние стенки канала, обеспечивает однородность и безотрывное течение водопотока в диффузорной его части в результате чего на выходе повышается тяга движителя и, следственно, его КПД. Подача воды к кольцевому соплу осуществляется через улитку, конструкция которой обеспечивает одинаковую скорость истечения воды во всех сечениях сопла. Форма широкой воронки во входной конфузорной части кольцевого крыла и форма протяженного расширяющегося сопла в выходной диффузорной части обеспечивают максимальное взаимодействие струи, истекающей из сопла с внешним потоком, повышая тем самым КПД эжекторного движителя.
q
0
q
0
Наличие широкой воронкообразной входной части крыла обеспечивает реализацию подсасывающей силы при засасывании воды. Диаметр входной части крыла зависит от нагрузки движителя - он может изменяться в диапазоне от 3-4 диаметров узкой части канала D (для тяжелонагруженного движителя), до величин близких к D (при малой нагрузке). Диаметр выходной части кольцевого крыла определяется из условия восстановления давления и зависит от скорости вдува струи - его величина составляет порядка V/V*D. Поскольку скорость вдува струи V превышает скорость набегающего потока V, диаметр выходного сечения должен быть существенно больше D. Длина кольцевого крыла при этом составляет от 0,5 до 4 величин D, что позволяет реализовать ненулевую циркуляцию вокруг меридионального сечения крыла и увеличить объем всасываемой воды. Тяга, развиваемая движителем, определяется как формой кольцевого крыла, так и особенностями вдува струи. Для вдува струи используется узкое кольцевое сопло, располагаемое в наиболее узкой части кольцевого крыла и направляющее поток вдоль его внутренних стенок. Площадь сечения сопла составляет не более 0,01 площади поперечного сечения канала в месте его расположения. Тяга движителя при постоянной площади сопла и форме кольцевого крыла пропорциональна квадрату скорости вдува струи.
Конструкция предлагаемого эжекторного движителя представлена на
Фиг. 1 - эжекторный движитель в разрезе;
Фиг. 2 - вид по сечению А-А;
Фиг. 3 - прототип.
Эжекторный движитель (фиг. 1) включает кольцеобразное крыло 1, которое крепится стойкой 2 к корпусу судна 3, в котором установлен насос 4 для подачи рабочей среды по трубопроводу 5 к соплу 6 на внутреннюю поверхность 7 канала 8.
Движитель работает следующим образом. Рабочая среда от насоса 4 под повышенным давлением подается по трубопроводу 5 через улитку 9 на сплошное щелевое сопло, расположенное по окружности внутренней поверхности крыла 6, на внутреннюю поверхность 7 канала 8 кольцеобразного крыла 1 вдоль этой поверхности в направлении обратном направлению движения судна 3 и придает ускорение водопотоку в момент его выхода на поверхность крыла. В результате возникающего при такой подаче рабочей среды эжектирующего эффекта, внешний поток воды, увлекаемый через раструб-воронку конфузорной части кольцеобразного крыла 1, образует на выходе диффузорной части его канала ускоренную струю, что увеличивает тягу движителя, повышая тем самым КПД движителя. Максимальное повышение величины КПД движителя при обозначенном эффекте достигается при выполнении соотношения ширины сопла равным порядка 0,04 радиуса крыла и при отношении диаметра выходной диффузорной части к минимальному диаметру канала, равным 1, 2.
Повышенное, по отношению к давлению внешней среды, давление рабочей среды в питающем движитель трубопроводе снижает потери энергии связанные с протяженностью трубопровода. Подача рабочей среды на внутреннюю поверхность канала кольцевого крыла обеспечивает увеличение площади взаимодействия подводимой и увлекаемой воды в канале движителя и, Как результат, удается добиться больших величин расхода воды через движитель. Конструкция улитки выполняется из условия обеспечения постоянства скорости истечения рабочей среды - воды из сопла на его окружном протяжении.
Достоинством предлагаемого эжекторного движителя является возможность варьирования размерами конструкции для повышения КПД и тяги движителя. В случае установки кольцевого крыла большого диаметра можно создать большой расход воды, при относительно малой средней скорости судна, в отбрасываемой струе, что обеспечивает повышение КПД движителя и гарантирует его работу на малых скоростях хода при одновременном развитии большой тяги. Для создания максимальной тяги при малых скоростях движения судна входную часть кольцевого крыла выполняют в виде широкого раструба плавных очертаний. Форма кольцевого крыла может быть специально спроектирована под конкретный режим работы движителя. Отсутствие каких-либо лопастей или иных устройств в канале движителя и возможность варьирования места размещения движителя на корпусе судна в местах с наименьшей неоднородностью потока обтекания корпуса последнего обеспечивают снижение виброактивности движителя. Подача рабочей среды через щелевое сопло вдоль внутренней поверхности канала кольцевого крыла исключает отрыв пограничного слоя и делает возможным конструктивное увеличение угла раствора кольцевого крыла, что, в свою очередь, повышает КПД движителя.