RU2585207C1

RU2585207C1 - Water-jet engine-propulsion complex

Info

Publication number: RU2585207C1
Application number: RU2014151818/11A
Authority: RU
Inventors: Владимир Александрович Бушковский; Алексей Юрьевич Яковлев; Николай Владимирович Маринич
Priority date: 2014-12-22
Filing date: 2014-12-22
Publication date: 2016-05-27

Abstract

FIELD: shipbuilding.

SUBSTANCE: water-jet engine-propulsion system comprises axially symmetric body in form of ship annular nozzle accommodating motor stator and movably mounted circular ring. On inner side of circular ring are fixed blades, which are working wheel of propulsor. Circular ring is suspended on protected support-thrust structures. Water-jet engine-propulsion system is equipped with circular blade straightener, which is located after impeller and is installed in housing. Length of vanes is 0.5-0.6 times inner radius of circular ring, and impeller blades have length which is 0.6-0.8 times inner radius of circular ring. Number of vanes is greater than number of impeller blades by at least two units. Generatrix of inner surface of nose part of housing has a profile shape, which provides constant pressure downstream within at least 1/3 length of flow passage of propulsor.

EFFECT: higher efficiency, improved acoustic and vibration characteristics.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области судостроения, а более конкретно к водометным движителям, и касается вопроса повышения их эффективности.The invention relates to the field of shipbuilding, and more specifically to jet propulsion, and relates to the issue of increasing their effectiveness.

Одной из важнейших характеристик движителей является их коэффициент полезного действия (к.п.д.). В то же время одновременно с достижением высокого к.п.д. требуется обеспечить целый ряд других требований, направленных на снижение акустических и вибрационных характеристик. Движитель неизбежно взаимодействует с внешним потоком, что приводит к дополнительным потерям и к снижению к.п.д. Один из путей повышения к.п.д. движителей состоит в использовании схемы движителей так называемого насосного типа. При этом за счет расположения лопастей в канале и применения спрямляющего аппарата можно добиться высокого к.п.д. лопастной системы, а за счет выбора формы корпуса движителя, представляющего собой кольцевую насадку, обеспечить минимальные потери при взаимодействии с внешним потоком.One of the most important characteristics of propulsors is their coefficient of performance (efficiency). At the same time, while achieving high efficiency it is necessary to provide a number of other requirements aimed at reducing acoustic and vibrational characteristics. The mover inevitably interacts with the external flow, which leads to additional losses and to a decrease in efficiency One way to increase efficiency propulsors consists in using a propulsion scheme of the so-called pump type. In this case, due to the location of the blades in the channel and the use of a straightening apparatus, it is possible to achieve high efficiency blade system, and due to the choice of the shape of the housing of the mover, which is an annular nozzle, to ensure minimal loss when interacting with an external stream.

Известен водометный двигательно-движительный комплекс (ВДДК), содержащий осесимметричный корпус в виде судовой кольцевой насадки и размещенные в нем статор электродвигателя и подвижно установленное круговое кольцо с закрепленными на его внутренней стороне лопастями, представляющее собой рабочее колесо движителя и выполненное как единое целое с ротором реверсивного электродвигателя погружного исполнения, закрепленным на круговом кольце с наружной его стороны, причем круговое кольцо подвешено на защищенных опорно-упорных конструкциях. Длина лопастей его рабочего колеса составляет 0,4-0,5 внутреннего радиуса кругового кольца, а образующая внутренней поверхности носовой части корпуса на входе потока имеет синусоидальную форму (Патент РФ №2204502 от 20.05.2003 г.) - прототип.Known water-jet propulsion and propulsion system (VDK), containing an axisymmetric hull in the form of a ship's ring nozzle and placed in it a stator of an electric motor and a movably mounted circular ring with blades fixed on its inner side, which is an impeller of the propeller and made as a unit with the reversing rotor submersible motor mounted on a circular ring from its outer side, and the circular ring is suspended on a protected supporting-thrust structures yah. The length of the blades of its impeller is 0.4-0.5 of the inner radius of the circular ring, and the generatrix of the inner surface of the bow of the body at the inlet of the stream has a sinusoidal shape (RF Patent No. 2204502 from 05.20.2003) - prototype.

Однако наличие у известного ВДДК лопастной системы, состоящей из одного рабочего колеса, без направляющих и спрямляющих поток лопастных систем, приводит к неизбежной закрутке потока за рабочим колесом, являющимся негативным фактором, приводящим к потерям энергии на закрутку потока.However, the presence of the known VDK vane system, consisting of one impeller, without guiding and directing the flow of vane systems, leads to the inevitable swirling of the flow behind the impeller, which is a negative factor leading to energy losses in the swirling flow.

Из-за относительно малой длины лопастей рабочего колеса (0,4-0,6 внутреннего радиуса кольца) имеют место заметные потери энергии при обтекании концов лопастей.Due to the relatively small length of the impeller blades (0.4-0.6 of the inner radius of the ring), noticeable energy losses occur when flowing around the ends of the blades.

Кроме того, синусоидальная форма образующей внутренней поверхности носовой части корпуса на входе потока не обеспечивает однородности потока и, как следствие, безотрывности потока, что негативно сказывается на начале момента возникновения кавитации.In addition, the sinusoidal shape of the generatrix of the inner surface of the bow of the body at the inlet of the flow does not ensure flow uniformity and, as a consequence, flow continuity, which negatively affects the onset of cavitation.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение к.п.д. ВДДК при одновременном улучшении его кавитационных и акустических характеристик.The task of the invention is to increase the efficiency VDK while improving its cavitation and acoustic characteristics.

Для этого предлагаемый водометный двигательно-движительный комплекс оснащен расположенным за рабочим колесом и установленным в корпусе круговым лопастным спрямляющим аппаратом, длина лопаток которого составляет 0,5-0,6 внутреннего радиуса кругового кольца рабочего колеса. Лопасти рабочего колеса при этом имеют длину 0,6-0,8 внутреннего радиуса кругового кольца. Число лопаток спрямляющего аппарата превышает число лопастей рабочего колеса по меньшей мере на две единицы. При этом образующей внутренней поверхности носовой части корпуса придана форма профиля, позволяющего обеспечить постоянство давления вниз по потоку в пределах, по меньшей мере, 1/3 длины канала движителя.To do this, the proposed water-jet propulsion and propulsion system is equipped with a circular blade rectifier located behind the impeller and installed in the housing, the length of the blades of which is 0.5-0.6 of the inner radius of the circular impeller ring. The blades of the impeller have a length of 0.6-0.8 of the inner radius of the circular ring. The number of blades of the straightening apparatus exceeds the number of blades of the impeller by at least two units. In this case, the profile shape is given to the generatrix of the inner surface of the bow of the hull, which allows to ensure the constancy of pressure downstream within at least 1/3 of the length of the channel of the mover.

Оснащение ВДДК расположенным за рабочим колесом и установленным в корпусе круговым лопастным спрямляющим аппаратом, длина лопаток которого составляет 0,5-0,6 внутреннего радиуса кругового кольца рабочего колеса, предотвращает закрутку потока за рабочим колесом и соответственно исключает потери энергии на указанную закрутку, что повышает к.п.д. движителя.Equipping the VDK located behind the impeller and installed in the casing of a circular vane rectifier, the length of the blades of which is 0.5-0.6 of the inner radius of the circular ring of the impeller, prevents swirling of the flow behind the impeller and, accordingly, eliminates energy loss for the specified swirl, which increases efficiency mover.

Приданием лопастям рабочего колеса длины, равной 0,6-0,8 внутреннего радиуса кругового кольца, обеспечивается снижение потерь энергии при обтекании концов лопастей, что также способствует повышению к.п.д. движителя.Giving the impeller blades a length equal to 0.6-0.8 of the inner radius of the circular ring reduces energy losses during flow around the ends of the blades, which also helps to increase the efficiency mover.

Форма образующей внутренней поверхности носовой оконечности, обеспечивающая постоянство давления вниз по потоку, позволяет осуществить выравнивание потока в диске рабочего колеса и отдаление момента возникновения кавитации, что способствует снижению акустических и вибрационных характеристик. Этому способствует также и согласованный выбор числа лопаток спрямляющего аппарата, превышающего не менее чем на два число лопастей рабочего колеса. В зависимости от количества лопастей рабочего колеса и количества лопаток спрямляющего аппарата это превышение может быть и более двух.The shape of the generatrix of the inner surface of the nasal extremity, which ensures constant pressure downstream, makes it possible to equalize the flow in the impeller disk and to remove the moment of cavitation, which helps to reduce acoustic and vibration characteristics. This is also facilitated by a coordinated choice of the number of blades of the straightening apparatus, which exceeds at least two the number of blades of the impeller. Depending on the number of impeller blades and the number of blades of the rectifier, this excess can be more than two.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого водометного двигательно-движительного комплекса, на фиг. 2 - вид по А-А на фиг. 1 и на фиг. 3 - вид по В-В на фиг. 1.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a General view of the proposed water-jet propulsion system, in FIG. 2 is a view along AA in FIG. 1 and in FIG. 3 is a view along BB in FIG. one.

ВДДК имеет осесимметричный корпус 1 в виде судовой кольцевой насадки, в проточном канале 2 которого размещено подвижно установленное круговое кольцо 3 с закрепленными на его внутренней стороне лопастями 4, представляющее собой рабочее колесо движителя (фиг. 1). В корпусе 1 размещен статор электродвигателя 5, а на круговом кольце 3 с наружной его стороны закреплен ротор 6 реверсивного электродвигателя погружного исполнения, выполненный как единое целое с рабочим колесом движителя. Круговое кольцо 3 подвешено на защищенных опорно-упорных конструкциях (не показано). В корпусе 1 за рабочим колесом - круговым кольцом 3 установлен спрямляющий поток аппарат 7, имеющий лопатки 8, длина которых составляет 0,5-0,6 внутреннего радиуса кругового кольца 3 рабочего колеса (фиг. 1, 3), а их число превышает число лопастей рабочего колеса по меньшей мере на две. Лопасти 4 рабочего колеса движителя имеют длину, равную 0,6-0,8 внутреннего радиуса кругового кольца 3 (фиг. 2). Образующей внутренней поверхности носовой части 9 корпуса 1 придана форма профиля, позволяющего обеспечить постоянство давления вниз по потоку в пределах по меньшей мере 1/3 длины проточного канала 2 движителя (фиг. 1).VDDK has an axisymmetric case 1 in the form of a ship's annular nozzle, in the flow channel 2 of which a movable circular ring 3 is placed with blades 4 fixed on its inner side, which is the impeller of the propulsion device (Fig. 1). The stator of the electric motor 5 is placed in the housing 1, and the rotor 6 of a submersible reversible electric motor mounted on a circular ring 3 on its outer side is made as a unit with the impeller of the propulsion device. The circular ring 3 is suspended on protected supporting-thrust structures (not shown). In the housing 1 behind the impeller, a circular ring 3, a straightening flow apparatus 7 is installed, having blades 8, the length of which is 0.5-0.6 of the inner radius of the circular ring 3 of the impeller (Fig. 1, 3), and their number exceeds the number at least two impeller blades. The blades 4 of the impeller of the mover have a length equal to 0.6-0.8 of the inner radius of the circular ring 3 (Fig. 2). The generatrix of the inner surface of the nose part 9 of the housing 1 is shaped into a profile that makes it possible to ensure constant pressure downstream within at least 1/3 of the length of the flow channel 2 of the propulsion device (Fig. 1).

Работа ВДДК осуществляется следующим образом.The work of the VDK is as follows.

В статор электродвигателя 5 подается электропитание, который приводит во вращение ротор 6 вместе с рабочим колесом движителя. Лопастная система 4 рабочего колеса отбрасывает поток назад, при этом на лопастях ротора создается полезный упор. Поток за рабочим колесом закручивается, что является негативным фактором, свидетельствующим о потерях энергии и, как следствие, о пониженном к.п.д. движителя. Проходя через систему лопаток 8 расположенного за рабочим колесом спрямляющего аппарата 7, закрутка потока существенно уменьшается, и при этом спрямляющий аппарат 7 аккумулирует часть потерянной на рабочем колесе энергии, и в результате на его лопатках также создается полезный упор. В совокупности все это приводит к увеличению к.п.д. ВДДК. Кроме того, на носовой части проточного канала 2 движителя (примерно на 1/3 его длины) происходит выравнивание потока в диске рабочего колеса, в результате чего отдаляется момент возникновения кавитации, что благоприятно сказывается на акустических и вибрационных характеристиках ВДДК.An electric power is supplied to the stator of the electric motor 5, which drives the rotor 6 together with the impeller of the propeller. The impeller system 4 of the impeller throws the flow back, while a useful emphasis is created on the rotor blades. The flow behind the impeller spins, which is a negative factor indicating energy loss and, as a consequence, a reduced efficiency mover. Passing through the system of blades 8 of the straightening apparatus 7 located behind the impeller, the flow swirl is significantly reduced, while the straightening apparatus 7 accumulates part of the energy lost on the impeller, and as a result, a useful emphasis is also created on its blades. Together, all this leads to an increase in efficiency. VDK. In addition, on the bow of the flow channel 2 of the mover (approximately 1/3 of its length), the flow is evened out in the impeller disk, as a result of which the moment of occurrence of cavitation moves away, which favorably affects the acoustic and vibrational characteristics of the VDK.

В настоящее время изготовлена модель предлагаемого ВДДК и проверена ее работа, в результате которой подтверждено повышение к.п.д. движителя на 10-12% и улучшение его кавитационных характеристик.At present, the model of the proposed VDK is manufactured and its work is checked, as a result of which the increase in efficiency is confirmed. mover by 10-12% and improving its cavitation characteristics.

Применение предлагаемого ВДДК позволяет в зависимости от решаемой задачи снизить энергопотребление или увеличить скорость движения при одновременном обеспечении хороших акустических и вибрационных характеристик, что выгодно отличает его от прототипа.The application of the proposed VDK allows, depending on the problem to be solved, to reduce energy consumption or increase the speed while ensuring good acoustic and vibration characteristics, which distinguishes it from the prototype.

Claims

Водометный двигательно-движительный комплекс, включающий осесимметричный корпус в виде судовой кольцевой насадки и размещенные в нем статор электродвигателя и подвижно установленное круговое кольцо с закрепленными на его внутренней стороне лопастями, представляющее собой рабочее колесо движителя и выполненное как единое целое с ротором реверсивного электродвигателя погружного исполнения, закрепленным на круговом кольце с наружной его стороны, причем круговое кольцо подвешено на защищенных опорно-упорных конструкциях, отличающийся тем, что он оснащен расположенным за рабочим колесом и установленным в корпусе круговым лопастным спрямляющим аппаратом, длина лопаток которого составляет 0,5-0,6 внутреннего радиуса кругового кольца рабочего колеса, а лопасти рабочего колеса имеют длину 0,6-0,8 внутреннего радиуса кругового кольца, причем число лопаток спрямляющего аппарата превышает число лопастей рабочего колеса, по меньшей мере, на две единицы, при этом образующей внутренней поверхности носовой части корпуса придана форма профиля, позволяющего обеспечить постоянство давления вниз по потоку в пределах по меньшей мере 1/3 длины проточного канала движителя. A water-jet propulsion system comprising an axisymmetric hull in the form of a ship’s ring nozzle and an electric motor stator placed in it and a movable circular ring with blades fixed on its inner side, which is the impeller of the propulsion unit and made as a unit with the rotor of a submersible reversible electric motor, fixed on a circular ring from its outer side, the circular ring being suspended on protected supporting-thrust structures, characterized in I mean that it is equipped with a circular blade rectifier located behind the impeller and installed in the housing, the length of the blades of which is 0.5-0.6 of the inner radius of the circular ring of the impeller, and the impeller blades have a length of 0.6-0.8 the inner radius of the circular ring, and the number of blades of the straightening apparatus exceeds the number of blades of the impeller by at least two units, while the profile of the nose is formed on the inner surface of the nose of the casing, which ensures constancy The pressure in the downstream direction over at least 1/3 of the length of the flow channel propulsor.