RU2540188C2

RU2540188C2 - Hydrojet propelling agent

Info

Publication number: RU2540188C2
Application number: RU2012112909/11A
Authority: RU
Inventors: Андрей Викторович Аринушкин; Игорь Викторович Дроздов; Алексей Николаевич Зотов; Борис Николаевич Зотов; Марат Сайфудинович Касымов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "НПО "Гидродинамика"
Priority date: 2012-04-04
Filing date: 2012-04-04
Publication date: 2015-02-10
Also published as: RU2012112909A

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: hydrojet propelling agent is designed to drive high-speed vessels, ships, boats. A hydrojet propelling agent comprises a cylindrical hub with blades on it having inlet and outlet sections and a fixed cylindrical attachment. In the attachment there are fixed blades. At the inlet to the attachment the blades have axial direction in the area of blades of the hydrojet impeller - direction opposite to the blades, and at the outlet downstream the impeller they smoothly change into axial direction.

EFFECT: invention provides for higher thrust of a propelling agent and utility factor, increased stability of operation in case of air ingress and in cavitation modes.

2 dwg

Description

Водометный движитель предназначен для привода быстроходных судов, кораблей, яхт.The jet propulsion device is designed to drive high-speed vessels, ships, yachts.

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.It is known that the efficiency of a water-jet propulsion device depends on the parameters of a blade system placed in a fixed nozzle in the form of a ship propeller of constant or variable pitch and a greater density l / t than that of a ship propeller. Here l is the length of the profile of the blade in any cylindrical section, t is the step in the same section.

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.The speed developed by the vessel is determined by the ratio of the thrust of the jet propulsion and the resistance of the hull. At a constant speed, they are equal. As a rule, the propulsion device is calculated for a given speed of the vessel and operates at constant speed in maximum efficiency mode. When you try to increase the speed of the vessel, the efficiency and thrust of the mover are reduced, so it is necessary to increase the engine speed. At the same time, the cavitation characteristics of the propulsion system deteriorate, and the risk of air entrapment increases. Both phenomena lead to a decrease in screw stop and are not applied in practice.

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.Known methods of dealing with this phenomenon are the placement of the impeller of a water-jet propulsion device in a conical nozzle. However, this method leads to a certain decrease in efficiency, since the resistance of the conical nozzle with increasing vessel speed increases significantly compared with the cylindrical nozzle.

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.An analogue of the invention is RF patent No. 2031051 IPC B63H 11/08, 11/03, 1/14, 1992. "Rotor of a water-jet propulsion". In the design of the rotor, the blade system is placed on a cylindrical sleeve, and the area of the medium inlet to the channel is made smaller than the exit area. According to the author, this leads to a decrease in jet velocity and an increase in efficiency.

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.Also known is an analogue from the field of pumps “axial vortex pump” - RF patent 2014509 IPC C1 F04D 3/00 1991, with a constant impeller geometry, the pump head - an analogue of the stop for the propulsion - increases by 1.5-2 times due to the placement of the impeller screw in the screw sleeve.

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.The prototype of the invention is the "Water-jet propulsion" according to the patent of the Russian Federation No. 2266231 IPC V63H, 11/08, 2004. The blades are made with a curved profile line and are located on a conical sleeve, so that the area at the exit of the blade system is 0.7 at the entrance.

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.The disadvantage of this design solution is also a significant increase in losses from the flow around the conical sleeve, which leads to a decrease in the stop and low efficiency, but contributes to stable operation during air capture.

Задачей настоящего изобретения является повышение упора движителя и коэффициента полезного действия, а также повышение устойчивости работы при попадании воздуха и в кавитационных режимах.The objective of the present invention is to increase the thrust of the propulsion device and the efficiency, as well as increasing the stability of operation when air enters and in cavitation modes.

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.The problem is solved by a special design of the water-jet propulsion. The impeller of a water-jet propulsion device is placed in a cylindrical nozzle with special-shaped blades located on the inner surface of the nozzle. At the inlet and outlet, the direction of the blades is axial, and above the impeller, with the direction opposite to the direction of the propeller blades.

расположенных на цилиндрической ступице, и помещенных в насадок.located on a cylindrical hub, and placed in nozzles.

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.Figure 1 shows a view of a water-jet propulsion. In the nozzle 1 there is a hub 2 on which the blades 3 are fixed. Fixed blades 4 are located on the inner surface of the cylindrical nozzle 4. The arrow shows the direction of fluid flow.

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.In Fig. 2, thin lines show the profiles of the blades in a scan along three cylinders at diameters: near the hub D1, at the average diameter D2, and at the periphery D3. Bold lines show the profiles of the blades placed on the inner surface of the nozzle.

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.The technical result consists in the fact that at a constant speed of rotation of the impeller, placed in nozzles with blades and in a smooth nozzle, the emphasis increases due to an increase in flow rate passing through the water jet. In addition, as shown by tests of individual impellers, this design has better cavitation characteristics in a wide range of flow rates and a smaller dependence of the stop on the amount of trapped air, which ensures a high speed of the vessel.

Эффект достигается за счет оптимального обтекания лопаток на всех режимах работы движителя по скорости и за счет увеличения потока в выбрасываемой струе.The effect is achieved due to the optimal flow around the blades at all modes of operation of the propulsion in speed and by increasing the flow in the ejected stream.

Водометный движитель работает следующим образом.Water jet propulsion operates as follows.

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.Due to the fact that the nozzle area is larger than the front area of the impeller, a larger amount of medium enters the water jet, which additional energy is transferred to the blades. The axial direction of the blades on the surface of the nozzle minimizes losses and provides maximum efficiency, which leads to an increase in jet thrust.

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.As a result, the emphasis increases in comparison with other versions of the blade system. The presence of fixed blades in the nozzle does not allow the flow to flow at the ends of the blade and also helps to suppress cavitation in the gap between the blades and the nozzle. In case of air ingress, the emphasis does not fall, but decreases, but the water cannon continues to work stably.

Claims

Водометный движитель, содержащий цилиндрическую ступицу и расположенные на ней лопасти с входными и выходными участками, помещенными в неподвижный цилиндрический насадок, отличающийся тем, что в насадке расположены неподвижные лопатки, причем на входе в насадок лопасти имеют осевое направление в районе лопаток рабочего колеса водомета - противоположное с лопатками направление, а на выходе за рабочим колесом плавно переходят в осевое направление. A water-jet propulsion device containing a cylindrical hub and blades located on it with inlet and outlet sections placed in a fixed cylindrical nozzle, characterized in that the stationary blades are located in the nozzle, and at the entrance to the nozzle the blades have an axial direction in the region of the blades of the water jet impeller - the opposite with blades the direction, and at the exit behind the impeller smoothly pass in the axial direction.