CN106218845A - 一种喷水推进装置的吸入流道 - Google Patents

Abstract

一种喷水推进装置的吸入流道，属于船舶工程或水力机械技术领域。该吸入流道包括出口截面、流道后段、流道过渡段、流道前段、进口截面、流动控制环和整流板；吸入流道的截面从进口截面至出口截面逐渐减小。流动控制环沿着流道后段的流道内壁全周布置，而整流板则设置在流道前段，且均匀地分割流道的每个截面。本发明的吸入流道中自进口截面至出口截面的水流均匀性可得到很大的改善，且能有效抑制流道后段中存在的回流、漩涡等不良流动现象，降低吸入流道中的水力损失，优化喷水推进装置的入流条件，进而提高喷水推进装置的水力性能，增强运行的稳定性与安全性，最终改善喷水推进装置的综合性能。

Description

一种喷水推进装置的吸入流道

技术领域

本发明涉及一种喷水推进装置的吸入流道，特别涉及船舶喷水推进装置的吸入流道，属于船舶工程和水力机械技术领域。

背景技术

喷水推进是适用于高速船舶的一种水下推进方式，具有启动快速、工况机动、适应性强、应用面广等优点。喷水推进装置一般固定安装在船舶底部，从装置的垂直下方(即垂直于船体运动的方向)吸入水流，经喷水推进泵叶轮对水流增压后朝平行船体运动方向喷出，从而使船舶获得推进力。由于喷水推进装置中的水流需要经历从垂直船体运动方向到平行船体运动方向的改变，通常采用喷水推进装置的吸入流道将水流从船体下方引入喷水推进泵进口，所以喷水推进装置的吸入流道设计就非常重要，决定了喷水推进装置的水力性能及运行稳定性。目前常用的喷水推进装置吸入流道在出口截面上的流动均匀性差，在靠近船体的一侧具有较低流速，而在远离船体处的流速较高，使得从吸入流道出口截面进入喷水推进泵进口的流动速度分布不均匀，不仅造成喷水推进泵内的漩涡、回流等不良流动现象，也影响喷水推进泵出口的水流能量及其均匀性。为了改善喷水推进泵出口的水流均匀性来达到优化喷水推进装置工作性能的目的，中国专利CN201410713229.X公布了一种安装在喷水推进泵出口与喷嘴之间的整流部件。但这种方法一方面增加了装置流道中的水力损失，另一方面也增加了装置的复杂性，使得喷水推进装置的综合性能受到影响。中国专利CN201010227295.8则采用了一种参数化设计方法，通过确定流道轮毂的18个参数实现船舶喷水推进器吸入流道的快速设计，以达到较好的流体动力性能。然而，该专利提供的设计方法没能从根本上改变喷水推进装置的吸入流道的设计优化问题，所以无法有效改善吸入流道出口截面上的流动均匀性。

发明内容

本发明的目的是提出一种喷水推进装置的吸入流道，通过结构设计改变吸入流道中的流速分布和湍流强度分布，达到改善喷水推进装置吸入流道出口截面上流动均匀性的效果，从整体上改善喷水推进装置的水力性能、运行的稳定性和可靠性。

本发明的技术方案如下：

一种喷水推进装置的吸入流道，包括出口截面、流道后段、流道过渡段、流道前段、进口截面、流道前段与流道过渡段之间的第一分界截面、流道过渡段与流道后段之间的第二分界截面，其特征在于：在所述的流道后段的进口处设有一个流动控制环，流动控制环沿着流道后段的流道内壁周向布置。所述的流动控制环的截面由流动控制环截面的第一直线段、流动控制环截面的圆弧段和流动控制环截面的第二直线段构成，且流动控制环截面的第一直线段与流道后段的上轮廓线之间的夹角α为3-10度之间。

本发明的技术特征还在于：在所述的流道前段设有整流板，即在靠近流道前段的上轮廓线处布置第一整流板，在靠近流道前段的下轮廓线处布置第二整流板，且第一整流板和第二整流板均匀分割流道前段中每一个横截面的面积。

本发明的另一技术特征是：从进口截面至第一分界截面之间流道前段的所有截面均为矩形，且截面面积逐渐减小；从第二分界截面至出口截面之间流道后段的所有截面均为圆形，且截面面积逐渐减小；流道过渡段的截面面积从第一分界截面至第二分界截面应依次减小。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及技术效果：①由于在喷水推进装置吸入流道的后段设有一个流动控制环，有利于抑制回流和漩涡的发生区域，从而改善吸入流道出口截面上流动分布的均匀性，优化喷水推进装置的性能；②流动控制环与喷水推进装置吸入流道的后段内壁有一定的夹角(3-10°)，可以增加来自于进口截面的来流湍动能，促进流道后段的湍流发展和流动混合，从而改善吸入流道中的流动均匀性。③在流道前段设置整流板(如第一整流板、第二整流板)，而这些整流板相对于每一个截面均匀布置并按照等面积原则分割各截面，所以可以将吸入流道进口的水流均匀地导入流道前段，改善第一分界截面处水流的均匀性。④从进口截面至出口截面，吸入流道的截面积逐渐减小，有助于降低吸入流道中的水力损失。为了便于制作，从进口截面至第一分界截面之间流道前段的所有截面均采用矩形，而从第二分界截面至出口截面之间流道后段的所有截面均为圆形。在流道过渡段，截面形状从第一分界截面的矩形渐变为第二分界截面的圆形。

因此，采用本发明提供的喷水推进装置的吸入流道可有效缓解或解决出口截面上的流动非均匀性问题，改善喷水推进装置的入流条件，进而提高喷水推进装置的水力性能、运行稳定性与工作可靠性。

附图说明

图1为本发明提供的喷水推进装置的吸入流道结构原理示意图(主剖视图)。

图2为图1的I局部放大图，表示流动控制环的截面形状。

图3为第一分界截面的断面图。

图4为第二分界截面的断面图。

图中：1－出口截面；2－流道后段；3－流道后段的上轮廓线；4－出口截面的轴心线；5－流动控制环；6－流道过渡段；7－第一分界截面；8－流道前段；9－第一整流板；10－流道前段的上轮廓线；11－进口截面；12－第二整流板；13－流道前段的下轮廓线；14－第二分界截面；15－流道后段的下轮廓线；16－流动控制环截面的第一直线段；17－流动控制环截面的圆弧段；18－流动控制环截面的第二直线段。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的原理、结构及工作过程作进一步的说明。

图1为本发明提供的喷水推进装置吸入流道的主剖视图，该喷水推进装置吸入流道包括出口截面1、流道后段2、流道过渡段6、流道前段8和进口截面11，流道前段8与流道过渡段6之间的第一分界截面7、流道过渡段6与流道后段2之间的第二分界截面14，在所述的流道后段的进口处设有一个流动控制环5，流动控制环沿着流道后段2的流道内壁周向布置。流动控制环5的截面由流动控制环截面的第一直线段16、流动控制环截面的圆弧段17和流动控制环截面的第二直线段18构成，且流动控制环截面的第一直线段16与流道后段的上轮廓线3之间的夹角α位于3-10度之间(如图2所示)。

在所述的流道前段8内设有整流板，即在靠近流道前段的上轮廓线10处布置第一整流板9，在靠近流道前段的下轮廓线13处布置第二整流板12。第一整流板9和第二整流板12应均匀分割流道后段2中每一个横截面的面积。

在所述的进口截面11至第一分界截面7之间流道前段的所有截面均为矩形(参见图3)，且截面面积逐渐减小。采用形状简单的矩形，非常便于整流板在流道中的准确布置，以达到等面积均匀分割流道截面的目的；从第二分界截面14至出口截面1之间流道后段的所有截面均为圆形(参见图4)，且截面面积逐渐减小。所述流道过渡段6的截面面积从第一分界截面7至第二分界截面14应依次减小，其截面形状从矩形渐变为圆形。

从进口截面11进入吸入流道的水流在第一、第二整流板的导流作用下，在流道前段8中形成均匀流动，并到达第一分界截面7处。水流在流道过渡段6中混合，并运动至第二分界截面14。进入流道后段2的水流在流动控制环5的作用下，进一步发生混合，且流道内壁附近的流体由于受到流动控制环5扰动，流速有所增大，促进了湍流发展，流体的湍动能增大，有利于流道中水流能量与动量的均匀化，并抑制吸入流道中的流动分离以及由于喷水推进泵作用产生的回流与预旋，使得到达出口截面1处的流动均匀性得到很大改善。

流动控制环截面的第一直线段16与流道后段的上轮廓线3之间的夹角α为3-10度之间，其取值可依据流道后段2的水流湍动能大小、喷水推进泵前的回流与预旋发生的规模与强度确定或调整。

这样，不仅喷水推进装置的吸入流道中自进口截面11至出口截面1的水流均匀性可以得到很大的改善，而且能有效抑制流道后段中存在的回流、漩涡等不良流动现象，降低吸入流道中的水力损失，优化喷水推进装置的入流条件，进而提高喷水推进装置的水力性能，增强运行的稳定性与安全性，最终改善喷水推进装置的综合性能。

Claims (4)

1.一种喷水推进装置的吸入流道，包括出口截面(1)、流道后段(2)、流道过渡段(6)、流道前段(8)和进口截面(11)，流道前段(8)与流道过渡段(6)之间为第一分界截面(7)，流道过渡段(6)与流道后段(2)之间为第二分界截面(14)，其特征在于：在所述的流道后段(2)的进口处设有一个流动控制环(5)，该流动控制环沿着流道后段(2)的流道内壁周向布置；所述的流动控制环(5)的截面由流动控制环截面的第一直线段(16)、流动控制环截面的圆弧段(17)和流动控制环截面的第二直线段(18)构成，且流动控制环截面的第一直线段(16)与流道后段的上轮廓线(3)之间的夹角α为3-10度之间。

2.按照权利要求1所述的一种喷水推进装置的吸入流道，其特征在于：在所述的流道前段(8)设有整流板，即在靠近流道前段的上轮廓线(10)处布置第一整流板(9)，在靠近流道前段的下轮廓线(13)处布置第二整流板(12)，且第一整流板(9)和第二整流板(12)均匀分割流道前段(8)中每一个横截面的面积。

3.按照权利要求1或2所述的一种喷水推进装置的吸入流道，其特征在于：从进口截面(11)至第一分界截面(7)之间流道前段的所有截面均为矩形，且截面面积逐渐减小；从第二分界截面(14)至出口截面(1)之间流道后段的所有截面均为圆形，且截面面积逐渐减小。

4.按照权利要求3所述的一种喷水推进装置的吸入流道，其特征在于：所述流道过渡段(6)的截面面积从第一分界截面(7)至第二分界截面(14)依次减小。