RU119711U1

RU119711U1 - Water jet

Info

Publication number: RU119711U1
Application number: RU2011151884/11U
Authority: RU
Inventors: Марина Александровна Синюкова; Григорий Михайлович Мандровский; Екатерина Григорьевна Мандровская
Priority date: 2011-12-19
Filing date: 2011-12-19
Publication date: 2012-08-27

Abstract

Водомет, содержащий водометный движитель с осевым насосом, включающий в себя двигатель, статор которого обеспечивает вращение ротора водометного движителя, вращающийся полый ротор, установленный соосно в статоре с зазорной полостью и несущий на внутренней поверхности гребные лопасти, контрпропеллеры, установленные на центральном валу, патрубок камеры всасывания и сопло камеры нагнетания, установленные на центральном валу, отличающийся тем, что в зазорную полость введен пароподводящий патрубок, на наружной поверхности ротора в зазорной полости смонтированы рабочие лопатки паровой турбины, на внутренней поверхности статора в зазорной полости в порядке чередования с рабочими лопатками установлены спрямляющие лопатки паровой турбины, центральный вал выполнен составным, его центральная часть установлена с возможностью вращения на опорах в неподвижных ступицах, которые смонтированы в контрпропеллерах, несущих на себе патрубок камеры всасывания, сопло камеры нагнетания и статор. A water cannon containing a water jet with an axial pump, including an engine, the stator of which ensures the rotation of the rotor of the jet, a rotating hollow rotor mounted coaxially in the stator with a gap cavity and bearing rowing blades on the inner surface, counter propellers mounted on the central shaft, a chamber pipe suction and discharge chamber nozzle installed on the central shaft, characterized in that a steam supply pipe is introduced into the gap cavity, steam turbine rotor blades are mounted on the outer surface of the rotor in the gap cavity, and straightening blades are installed on the inner surface of the stator in the gap cavity in an alternating order with the rotor blades steam turbine blades, the central shaft is made composite, its central part is installed with the possibility of rotation on supports in stationary hubs, which are mounted in counter-propellers carrying the suction chamber nozzle, the discharge chamber nozzle and the stator.

Description

Разработанное решение относится к устройствам для движения судна по воде, в частности, к устройством типа «водомет», у которых гребной винт заключен внутри полости, например, внутри трубы. Решение применимо в качестве основного движителя на маломерных судах или в. качестве подруливающих устройств на крупных судах.The developed solution relates to devices for moving a vessel through water, in particular, to a device of the "water cannon" type, in which the propeller is enclosed inside a cavity, for example, inside a pipe. The decision is applicable as the main mover on small vessels or in. as thrusters on large vessels.

Из уровня развития техники известно решение [рис.18 на странице 27 работы Куликова С.В., Храмкина М.Ф., Водометные двигатели. Л., Рудостроение, 1970, - 251 с.], в котором движитель-двигатель содержит полый корпус (обечайку), внутри которого закреплен статор электродвигателя, состоящий из набора пластинчатых колец и обмоток. В статоре с зазором расположен вращающийся полый ротор электродвигателя. На внутренней поверхности ротора закреплены лопасти. С ротором соединены патрубки, заканчивающиеся чашеобразными опорами, соединенными с упомянутом выше полым корпусом. Опоры содержат внутри патрубков ребра (направляющие лопатки движителя), несущие центральный вал, на котором неподвижно установлен контрпропеллер. Центральный вал выполнен сборным, не имеющим вращения. Он проходит через камеру всасывания и камеру нагнетания. Со стороны камеры всасывания имеется заборное отверстие, камера нагнетания оканчивается соплом. Камеры условно разделяются контрпропеллером. По сути решение является водометным движителем с осевым насосом, являющимся одновременно ротором электродвигателя. Работает устройство следующим образом. При подводе электрического тока к обмоткам статора ротор получает вращение с постоянной частотой. Лопасти камеры всасывания через патрубок всасывания захватывают воду и тем самым создают некоторую осевую силу тяги, которая через чашеобразные опоры передается на корпус (он может быть прикреплен к судну и т.д.). Усиление силы тяги происходит в нагнетательной части движителя за счет того, что вода, вытесняемая лопастями из камеры всасывания, проходит через контрпропеллер (он выпрямляет направление потока воды), подхватывается следующими лопастями ротора и вытесняется через сопло наружу образуя дополнительную осевую силу тяги. Сила тяги пропорциональна напору воды, создаваемому во всасывающей и нагнетательной камерах. Напор пропорционален числу оборотов лопастей.From the level of technological development, a solution is known [Fig. 18 on page 27 of the work of Kulikov S.V., Khramkina M.F. L., Ore-building, 1970, 251 pp.], In which the propulsive motor contains a hollow body (shell), inside which a stator of an electric motor is fixed, consisting of a set of plate rings and windings. A rotating hollow rotor of the electric motor is located in the stator with a gap. The blades are fixed on the inner surface of the rotor. Pipe ends are connected to the rotor, ending in cup-shaped supports connected to the aforementioned hollow body. The supports contain ribs inside the nozzles (guide vanes of the propeller), bearing a central shaft on which the counter-propeller is fixedly mounted. The central shaft is prefabricated without rotation. It passes through the suction chamber and the discharge chamber. There is an intake hole on the side of the suction chamber, the discharge chamber ends with a nozzle. The cameras are conventionally divided by a counter-propeller. In essence, the solution is a water-jet propulsion with an axial pump, which is also the rotor of an electric motor. The device operates as follows. When applying electric current to the stator windings, the rotor receives rotation with a constant frequency. The blades of the suction chamber through the suction pipe capture water and thereby create some axial thrust, which is transmitted through the cup-shaped supports to the hull (it can be attached to the vessel, etc.). Strengthening the thrust force occurs in the discharge part of the mover due to the fact that the water displaced by the blades from the suction chamber passes through the counter-propeller (it straightens the direction of the water flow), is picked up by the following rotor blades and is forced out through the nozzle to form additional axial thrust force. The traction force is proportional to the pressure of the water created in the suction and discharge chambers. The pressure is proportional to the number of revolutions of the blades.

Недостатком решения является его ограниченные технологические возможности, связанные с отсутствием возможности регулирования числа оборотов гребного винта. Дополнительным недостатком устройства является вид используемого энергоносителя, а именно необходимость выработки на судне электрического тока промышленной частоты.The disadvantage of this solution is its limited technological capabilities associated with the lack of the ability to control the speed of the propeller. An additional disadvantage of the device is the type of energy carrier used, namely the need to generate an electric current of industrial frequency on the ship.

Техническим результатом разработанного решения является расширение технологических возможностей водомета (движителя-двигателя, т.е. движителя с осевым насосом) за счет обеспечения возможности регулирования величины тяги путем регулирования числа оборотов винтов. Дополнительным техническим результатом разработанного решения является использование энергоносителя, являющегося обычно неиспользуемым продуктом на силовых двигательных установках судна, например, пара.The technical result of the developed solution is to expand the technological capabilities of the water jet (propulsion engine, i.e. propulsion with an axial pump) by providing the ability to control the thrust by adjusting the number of revolutions of the screws. An additional technical result of the developed solution is the use of an energy carrier, which is usually an unused product on a power plant of a vessel, for example, steam.

Технический результат достигается тем, что в разработанном решении используется двигательно-движительный комплекс без промежуточного гребного вала, где в качестве двигателя используется паровая турбина, содержащая паропровод, подводящий пар в полость между ротором и статором, и полый ротор которой, несущий на внутренней поверхности гребные лопасти, установлен на вращающемся центральном валу, смонтированном в опорах, взаимодействующих с контрпропеллерами движителя, а на наружной поверхности ротора установлены рабочие лопатки турбины, взаимодействующие с потоком пара, подаваемого в полость турбины, образованную наружной поверхностью ротора и внутренней поверхностью статора, несущей спрямляющие лопатки турбины.The technical result is achieved by the fact that the developed solution uses a propulsion and propulsion system without an intermediate propeller shaft, where a steam turbine is used as the engine, containing a steam line supplying steam to the cavity between the rotor and the stator, and whose hollow rotor is carrying propeller blades on the inner surface mounted on a rotating central shaft mounted in bearings interacting with propeller counterpropellers, and turbine blades mounted on the outer surface of the rotor Interacting with the flow of steam supplied to the turbine cavity formed by the outer rotor surface and the inner surface of the stator bearing rectifying turbine blades.

Таким образом, разработанное решение, как и прототип, содержит:Thus, the developed solution, like the prototype, contains:

а) водометный движитель с осевым насосом, в состав движителя входит:a) a water-jet propulsion device with an axial pump; the propulsion system includes:

- вращающийся полый ротор, установленный соосно с зазорной полостью в статоре, и несущий на внутренней поверхности гребные лопасти,- a rotating hollow rotor mounted coaxially with the clearance cavity in the stator, and carrying rowing blades on the inner surface,

- контрпропеллеры, установленные на центральном валу,- counterpropellers mounted on the central shaft,

- патрубок камеры всасывания и сопло камеры нагнетания, установленные на центральном валу;- the nozzle of the suction chamber and the nozzle of the discharge chamber mounted on the central shaft;

б) двигатель, статор которого обеспечивает вращение ротора водометного движителя.b) an engine, the stator of which provides the rotation of the rotor of the jet propulsion.

Однако заявляемое решение отличается тем, чтоHowever, the claimed solution is characterized in that

- в зазорную полость введен пароподводящий патрубок,- a steam supply pipe is introduced into the gap cavity,

- на наружной поверхности ротора в зазорной полости смонтированы рабочие лопатки паровой турбины,- on the outer surface of the rotor in the clearance cavity mounted working blades of a steam turbine,

- на внутренней поверхности статора в зазорной полости в порядке чередования с рабочими лопатками установлены спрямляющие лопатки паровой турбины,- on the inner surface of the stator in the gap cavity in the order of alternation with the working blades installed straightening blades of a steam turbine,

- центральный вал выполнен составным, его центральная часть установлена с возможностью вращения на опорах в неподвижных ступицах, которые смонтированы в контрпропеллерах, несущих на себе патрубок камеры всасывания, сопло камеры нагнетания и статор.- the central shaft is made integral, its central part is mounted to rotate on supports in fixed hubs, which are mounted in counterpropellers that carry a suction chamber pipe, a discharge chamber nozzle and a stator.

Указанные отличия являются новыми существенными признаками устройства, достаточными для квалифицирования решения как объекта полезной модели.These differences are new significant features of the device, sufficient to qualify the solution as an object of a utility model.

На фигуре 1 показана принципиальная схема водомета с продольным осевым сечением.The figure 1 shows a schematic diagram of a water jet with a longitudinal axial section.

Устроен водомет следующим образом. Статор 1, являющийся корпусом водомета, и ротор 2 выполнены полыми в виде цилиндров и установлены соосно с образованием зазорной полости 3. В зазорную полость введен пароподводящий (пар берется от судовой установки как утилизируемый продукт) патрубок 4. На наружной поверхности ротора по ее окружности в пределах зазорной полости 3 смонтированы рабочие лопатки 5 паровой турбины. Вслед за ними в пределах зазорной полости 3 на внутренней поверхности статора по его окружности смонтированы спрямляющие лопатки 6 (лопатки, профиль которых спрямляет поток пара, выходящий из под профиля рабочих лопаток 5). Число чередований рабочих и спрямляющих лопаток по длине окружностей ротора и статора не имеет принципиального значения, это лишь влияет на выходные параметры двигателя (паровой турбины) водомета. Также принципиального значения не имеет число чередований рабочих и спрямляющих лопаток по длине двигателя (на фигуре показан пример двигателя с тремя рядами рабочих лопаток, позиции 5, 5/1 и 5/2, и двумя рядами спрямляющих лопаток, позиции 6 и 6/1). Между рабочими лопатками и внутренней поверхностью статора имеется радиальный зазор. Радиальный зазор также имеется между спрямляющими лопатками и наружной поверхностью ротора. Статор установлен на контрпропеллере 7 и через патрубок 8 (патрубок камеры всасывания осевого насоса) на контрпропеллере 9. Контрпропеллеры 7 и 9 несут на себе ступицы 10 и 11. В ступицах установлены опоры 12, обеспечивающие возможность вращения центрального вала 13. Между центральным валом 13 и внутренней поверхностью ротора смонтированы лопасти 14 гребного винта (или лопасти нескольких гребных винтов, например, на фигуре показаны лопасти 14 одного винта и лопасти 14/1 второго винта). На контрпропеллере 7 установлено также сопло 15. Снаружи водомет может быть помещен в корпус 1, взаимодействующий с контрпропеллером 7 и патрубком 8. Корпус 8 может закрепляться на судне, его колонке и т.д.The water cannon is arranged as follows. The stator 1, which is the body of the water cannon, and the rotor 2 are hollow in the form of cylinders and mounted coaxially with the formation of a clearance cavity 3. A steam supply pipe (steam is taken from the ship’s installation as a utilized product) is introduced into the clearance cavity 4. pipe 4. On the outer surface of the rotor around its circumference in Within the gap 3 mounted working blades 5 of the steam turbine. Following them within the gap of the cavity 3 on the inner surface of the stator around its circumference are mounted straightening blades 6 (blades, the profile of which straightens the steam flow coming out from under the profile of the working blades 5). The number of alternations of working and straightening blades along the circumference of the rotor and stator does not matter, it only affects the output parameters of the jet engine (steam turbine). Also, the number of alternations of the working and straightening vanes along the length of the engine does not matter of principle (the figure shows an example of an engine with three rows of working blades, positions 5, 5/1 and 5/2, and two rows of straightening blades, positions 6 and 6/1) . Between the blades and the inner surface of the stator there is a radial clearance. There is also a radial clearance between the straightening blades and the outer surface of the rotor. The stator is mounted on the counter-propeller 7 and through the nozzle 8 (the nozzle of the suction chamber of the axial pump) on the counter-propeller 9. The counter-propellers 7 and 9 bear the hubs 10 and 11. The hubs are equipped with bearings 12, which enable rotation of the central shaft 13. Between the central shaft 13 and the propeller blades 14 are mounted on the inner surface of the rotor (or the blades of several propellers, for example, the blades 14 of one screw and the blades 14/1 of the second screw are shown in the figure). A nozzle 15 is also installed on the counter-propeller 7. Outside, the water cannon can be placed in the housing 1, interacting with the counter-propeller 7 and the nozzle 8. The housing 8 can be fixed on the vessel, its column, etc.

Принцип работы устройство основан на следующем. Ротор 2 с гребным винтом (гребными винтами) образует осевой насос с камерой всасывания на входе (область патрубка 8) и камерой нагнетания (область сопла 15) на выходе. Пароподводящий патрубок 4, статор 1 с ротором 2 и установленными на них лопатками 5 и 6 образуют паровую турбину, преобразующую энергию пара во вращение ротора. Ротор, в свою очередь, преобразует вращение закрепленных на нем лопастей в поступательное движение воды в осевом насосе, в результате чего создается тяговое усилие Р водомета. Если корпус 1 (или иной элемент, например, патрубок 8) закреплен на корпусе судна, на его колонке или траверсе, то тяговое усилие приводит в движение судно (обеспечивает подруливание и т.д.). Работает устройство следующим образом. Пар через патрубок 4 подается на рабочие лопатки 5, взаимодействует с их профилем, что обуславливает возникновение на роторе 2 крутящего момента некоторой величины М_кр5. Далее пар проходит через спрямляющие лопатки 6, это выравнивает направление потока пара, пар попадает на следующие рабочие лопатки 5/1, взаимодействует с их профилем, что обуславливает возникновение на роторе 2 крутящего момента некоторой величины М_кр5/1. Далее пар опять попадает на спрямляющие лопатки 6/1, затем на рабочие лопатки 5/2, что обуславливает возникновение на роторе 2 крутящего момента некоторой величины М_кр5/2. Под воздействием суммы крутящих моментов М_кр5+М_кр5/1+М_кр5/1 ротор 2 получает вращение вокруг своей оси с некоторой угловой скоростью (с некоторым числом оборотов в минуту). Вместе с ротором, соответственно, вращаются закрепленные на нем и на центральном вале 13 лопасти 14 и 14/1 гребных винтов. При этом вода через патрубок 8 проходит через контрпропеллер 9 и вытесняется через контрпропеллер 7 в сопло 15 и далее за пределы водомета. Возникающая при этом сила тяги Р направлена вдоль оси водомета, воспринимается центральным валом 13 и через ступицу 11 (и ступицу 10), контрпропеллер 9 (и контрпропеллер 7), патрубок 8 передается на корпус 1 водомета. Взаимодействие корпуса 1 водомета с судном обеспечивает движение судна в направлении действия вектора тяги Р. Скорость движения судна будет пропорциональна величине тяги Р, будет определяться величиной угловой скорости вращения ротора с лопастями гребных винтов (числом оборотов ротора в минуту) и зависеть от величины давления пара, подаваемого через патрубок 4 на рабочие лопатки 5, 5/1 и 5/2 паровой турбины. При необходимости снизить скорость движения судна необходимо снизить величину тяги Р. Это достигается снижением давления пара (часть пара сбрасывается через регулировочный клапан, остальной пар под сниженным давлением попадает на лопасти турбины и формирует меньший по величине крутящий момент). При необходимости, повысить скорость движения судна соответственно необходимо повысить давление пара.The principle of operation of the device is based on the following. The rotor 2 with a propeller (propellers) forms an axial pump with a suction chamber at the inlet (nozzle region 8) and a discharge chamber (nozzle region 15) at the outlet. The steam supply pipe 4, the stator 1 with the rotor 2 and the blades 5 and 6 mounted on them form a steam turbine that converts the energy of the steam into rotation of the rotor. The rotor, in turn, converts the rotation of the blades fixed on it into the translational movement of water in the axial pump, as a result of which the traction force P of the water jet is created. If the hull 1 (or other element, for example, pipe 8) is mounted on the hull of the vessel, on its column or traverse, then the pulling force sets the vessel in motion (provides taxiing, etc.). The device operates as follows. Steam through the pipe 4 is fed to the working blades 5, interacts with their profile, which causes the appearance on the rotor 2 of a torque of a certain value M _cr5 . Next, the steam passes through the straightening blades 6, this aligns the direction of the steam flow, the steam enters the next working blades 5/1, interacts with their profile, which causes the appearance on the rotor 2 of a torque of a certain value M _{cr5 / 1} . Then the steam again falls on the straightening blades 6/1, then on the working blades 5/2, which causes the appearance on the rotor 2 of a torque of a certain value M _{cr5 / 2} . Under the influence of the sum of the torques M _cr5 + M _{cr5 / 1} + M _{cr5 / 1,} rotor 2 receives rotation around its axis with a certain angular speed (with a certain number of revolutions per minute). Together with the rotor, respectively, the blades 14 and 14/1 of the propellers fixed on it and on the central shaft 13 rotate. When this water through the pipe 8 passes through the counterpropeller 9 and is displaced through the counterpropeller 7 into the nozzle 15 and beyond the water jet. The resulting thrust force P is directed along the axis of the jet, is perceived by the central shaft 13 and through the hub 11 (and the hub 10), the counter-propeller 9 (and the counter-propeller 7), the nozzle 8 is transmitted to the body 1 of the jet. The interaction of the body 1 of the jet with the vessel provides the vessel in the direction of the thrust vector R. The speed of the vessel will be proportional to the magnitude of the thrust P, will be determined by the value of the angular velocity of rotation of the rotor with the propeller blades (number of rotor revolutions per minute) and depend on the value of steam pressure, fed through the pipe 4 to the working blades 5, 5/1 and 5/2 of the steam turbine. If it is necessary to reduce the speed of the vessel, it is necessary to reduce the thrust R. This is achieved by reducing the vapor pressure (part of the vapor is discharged through the control valve, the rest of the steam under reduced pressure enters the turbine blades and generates a lower torque). If necessary, increase the speed of the vessel, respectively, it is necessary to increase the vapor pressure.

Таким образом, заявленный технический результат достигается тем, что:Thus, the claimed technical result is achieved by the fact that:

- регулирование величины тягового усилия Р обеспечивается управлением величиной давления пара, подаваемого в патрубок 4 из внутрисудовой энергетической установки;- regulation of the magnitude of the pulling force P is provided by controlling the magnitude of the vapor pressure supplied to the pipe 4 from the onboard power plant;

- в качестве энергоносителя используется пар, который обычно во внутрисудовых установках утилизируется.- steam is used as an energy carrier, which is usually utilized in onboard installations.

Claims

A water cannon containing a water-jet propulsion device with an axial pump, including a motor, the stator of which provides rotation of the rotor of the water-jet propulsion device, a rotating hollow rotor mounted coaxially in the stator with a clearance cavity and carrying propeller blades on the inner surface, counter-propellers mounted on the central shaft, and a chamber pipe the suction and the nozzle of the discharge chamber mounted on the central shaft, characterized in that a vapor supply pipe is introduced into the gap cavity, on the outer surface of the rotor into the gap of the first cavity, the working blades of a steam turbine are mounted, on the inner surface of the stator in the gap cavity, in order of rotation with the working blades, straightening blades of the steam turbine are installed, the central shaft is made integral, its central part is mounted for rotation on supports in fixed hubs that are mounted in counterpropellers, bearing a suction chamber pipe, a discharge chamber nozzle and a stator.