RU2102278C1 - Marine water-jet propeller - Google Patents

Marine water-jet propeller Download PDF

Info

Publication number
RU2102278C1
RU2102278C1 SU4924555A RU2102278C1 RU 2102278 C1 RU2102278 C1 RU 2102278C1 SU 4924555 A SU4924555 A SU 4924555A RU 2102278 C1 RU2102278 C1 RU 2102278C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
hub
blade
impeller
diameter
profile
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.А. Родионов
В.Ю. Саламатов
Original Assignee
Акционерное общество "Водометные движительные системы и технологии Лтд."
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Водометные движительные системы и технологии Лтд." filed Critical Акционерное общество "Водометные движительные системы и технологии Лтд."
Priority to SU4924555 priority Critical patent/RU2102278C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2102278C1 publication Critical patent/RU2102278C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: shipbuilding. SUBSTANCE: axidiagonal impeller 2 is enclosed in cylindrical ferrule 2. Impeller 1 consists of hub 3 and blades 6 secured to this hub. Hub 3 is made in form of body of revolution of double curvature. Diameter of hub at flow inlet is equal to 0.20-0.25 of impeller diameter and to 0.68-0.72 at outlet. Description contains formula of calculation of hub generatrix and of center line of profile in cylindrical sections of blade 6 of impeller 2. Leading edge of blade is located in line of equal velocities of flow and is made in form of convex curve extended in area of flow inlet. EFFECT: enhanced efficiency. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано в качестве движителя на судах со скоростью хода 25 37 уз. The invention relates to the field of shipbuilding and can be used as a mover on ships with a speed of 25 37 knots.

В водометных движителях судов в качестве рабочего органа используются лопастные системы диагонального и осевого типов. В диагональных лопастных системах диаметр на выходе из рабочего колеса всегда больше, чем на входе. Осевые лопастные системы размещаются, как правило, в цилиндрических каналах. При этом диаметры на входе и выходе рабочих колес равны между собой. Лопастные системы этого типа, используемые в судостроении, по своей геометрии близки к общепромышленным насосам, предназначенным для перекачивания жидкостей. Без снижения лопастного КПД они не могут быть адаптированы к условиям работы рабочего органа водометного движителя, предназначенного для создания скоростного напора рабочей среды на выходе из сопла с целью обеспечения требуемой тяги. In water-jet propulsors of ships, bladed systems of diagonal and axial types are used as a working body. In diagonal blade systems, the diameter at the exit of the impeller is always larger than at the entrance. Axial blade systems are usually located in cylindrical channels. The diameters at the inlet and outlet of the impellers are equal to each other. Vane systems of this type used in shipbuilding are close in geometry to industrial pumps designed for pumping liquids. Without reducing the blade efficiency, they cannot be adapted to the working conditions of the working body of the jet propulsion device, designed to create a high-speed pressure of the working medium at the exit of the nozzle in order to provide the required thrust.

Известен водометный движитель, имеющий лопастную систему осевого типа, размещенную в обечайке цилиндрической формы. Ступица рабочего колеса имеет постоянный диаметр в зоне расположения лопастей. Их входные и выходные кромки расположены нормально к оси его вала. Из-за постоянства диаметра ступицы решетка профиля в сечениях лопасти, прилегающих к ступице, имеет сильно выраженную диффузорность, кроме того, рабочее колесо водомета работает в составе водозаборника, создающего определенную неравномерность потока на входе в колесо. Эти факторы обуславливают относительно низкое значение лопастного КПД (0,8 0,84) такого водометного движителя. Known jet propulsion having an axial-type paddle system located in a cylindrical shell. The impeller hub has a constant diameter in the area of the blades. Their input and output edges are located normally to the axis of its shaft. Due to the constant diameter of the hub, the profile lattice in the sections of the blade adjacent to the hub has a pronounced diffuser; in addition, the impeller of the water cannon operates as part of the intake, creating a certain uneven flow at the entrance to the wheel. These factors determine the relatively low value of the blade efficiency (0.8 0.84) of such a jet propulsion.

Известен водометный движитель с рабочим колесом диагонального типа. Он состоит из ступицы переменного сечения, лопастной системы и конической обечайки канала. Смонтированные на ступице лопасти имеют прямолинейные кромки как со стороны входа в рабочее колесо, так и на выходе из него. Диаметр диагонально рабочего колеса на выходе потока жидкости всегда больше, чем диаметр на входе. Known jet propulsion with an impeller of a diagonal type. It consists of a hub of variable cross section, a blade system and a conical shell of the channel. The blades mounted on the hub have straight edges both from the entrance to the impeller and at the exit from it. The diameter of the diagonal impeller at the outlet of the fluid flow is always larger than the diameter at the inlet.

Недостатком лопастной системы этого водометного движителя является то, что для достижения одинакового с лопастной системой осевого типа расчетного числа кавитации первая имеет большие радиальные размеры и массу. The disadvantage of the blade system of this jet propulsion is that to achieve the same axial type of the calculated cavitation number with the blade system, the first has large radial dimensions and mass.

За прототип принимается водометный судовой движитель, у которого лопастная система расположена в цилиндрической обечайке, а ступица рабочего колеса имеет переменный диаметр. Входная и выходная кромки лопастей рабочего колеса выполнены прямолинейными. Этот движитель обладает повышенными кавитационными свойствами, также как и движители с диагональными лопастными системами, но относительно низкий КПД, не более 0,84. Тогда как КПД лопастных систем диагонального типа достигает значения 0,86 0,88. The prototype is taken as a jet propulsion ship, in which the blade system is located in a cylindrical shell, and the impeller hub has a variable diameter. The input and output edges of the impeller blades are made rectilinear. This mover has enhanced cavitation properties, as well as movers with diagonal blade systems, but a relatively low efficiency, not more than 0.84. Whereas the efficiency of blade systems of a diagonal type reaches a value of 0.86 0.88.

Целью изобретения является повышение КПД. The aim of the invention is to increase efficiency.

Эта цель достигается тем, что образующая ступицы описывается формулой:
ri dвых/2 1,5(dвых - dвх)•(xi/L)2 + (dвых - dвх)•(xi/L)3, при этом ступица имеет диаметр на входе, составляющий 0,20 0,25, а на выходе 0,68 0,72 от диаметра рабочего колеса соответственно, а входная кромка лопасти расположена на линии равных скоростей потока жидкости и выполнена в виде выпуклой кривой, выдвинутой в область входа потока, причем средняя линия профиля в цилиндрических сечениях лопасти описывается зависимостями:

Figure 00000002

где ri текущая координата цилиндрического сечения по оси "r";
dвых, dвх диаметры ступицы рабочего колеса на выходе и входе соответственно;
xi текущая координата образующей ступицы по оси x;
L длина ступицы рабочего колеса;
D диаметр рабочего колеса;
Hi шаг лопасти в цилиндрическом сечении по оси "r";
bi величина хорды в этом сечении;
fi стрелка прогиба средней линии профиля в этом сечении;
K1 коэффициент шага профиля, равный 0,97 1,03;
K2 коэффициент хорды профиля, равный 0,95 1,05;
K3 коэффициент стрелки прогиба профиля, равный 0,97 1,03.This goal is achieved by the fact that the forming hub is described by the formula:
r i d out / 2 1.5 (d out - d in ) • (x i / L) 2 + (d out - d in ) • (x i / L) 3 , while the hub has an inlet diameter of 0.20 0.25, and at the outlet 0.68 0.72 of the diameter of the impeller, respectively, and the input edge of the blade is located on the line of equal velocities of the fluid flow and is made in the form of a convex curve extended to the region of the flow inlet, with the middle profile line in cylindrical sections, the blades are described by the dependencies:
Figure 00000002

where r i is the current coordinate of the cylindrical section along the axis "r";
d o , d in the diameters of the impeller hub at the outlet and inlet, respectively;
x i is the current coordinate of the generatrix of the hub along the x axis;
L impeller hub length;
D impeller diameter;
H i the pitch of the blade in a cylindrical section along the axis "r";
b i the value of the chord in this section;
f i arrow deflection of the midline of the profile in this section;
K 1 the coefficient of the step of the profile, equal to 0.97 1.03;
K 2 is the coefficient of the chord of the profile, equal to 0.95 1.05;
K 3 the coefficient of the arrow deflection profile equal to 0.97 1.03.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что предлагаемое оседиагональное рабочее колесо водометного движителя отличается относительной величиной диаметров на входе и выходе потока, геометрией лопастей: кривизной средней линии и хорды профиля сечений лопастей вдоль радиуса, шагом и кривизной выходящей кромки. Таким образом, заявляемое рабочее колесо водометного движителя отвечает критерию "новизна". A comparative analysis of the proposed solution with the prototype shows that the proposed axial-diagonal impeller of the jet propulsion device differs in the relative diameters at the inlet and outlet of the stream, the geometry of the blades: the curvature of the midline and the chord of the profile of the sections of the blades along the radius, pitch and curvature of the outgoing edge. Thus, the claimed impeller of a water-jet propulsion meets the criterion of "novelty."

Сравнение технического решения не только с прототипом, но и с другими известными техническими решениями в данной области техники позволяет сделать выход, что заявляемые отличия дают возможность направить поток рабочей водной среды как в осевом направлении на периферии лопасти, так и в диагональном направлении в сечениях, прилегающих к ступице, т.е. используют положительные качества как диагонального (высокие КПД и кавитационные свойства), так и осевого (малый вес и габариты) движителей, а предлагаемое геометрическое исполнение элементов рабочего колеса повышает лопастной КПД рабочего колеса до величины 0,89. На этом основании можно сделать вывод о соответствии заявляемой конструкции критерию "существенные отличия". A comparison of the technical solution not only with the prototype, but also with other well-known technical solutions in this technical field allows us to conclude that the claimed differences make it possible to direct the flow of the working aqueous medium both in the axial direction on the periphery of the blade and in the diagonal direction in sections adjacent to the hub, i.e. they use positive qualities of both diagonal (high efficiency and cavitation properties) and axial (low weight and dimensions) propellers, and the proposed geometric design of the impeller elements increases the blade efficiency of the impeller to 0.89. On this basis, we can conclude that the claimed design meets the criterion of "significant differences".

На чертежах изображено:
на фиг.1 меридианное сечение оседиагонального рабочего колеса; на фиг.2 решетка профиля лопастей.The drawings show:
figure 1 meridian section osediagonalheskogo impeller; figure 2 lattice profile blades.

В обечайке 1 расположено оседиагональное рабочее колесо 2, состоящее из ступицы 3 с двойной кривизной образующей 4, установленной на валу 5, и лопастей 6. Входные 7 и выходные 8 кромки лопастей на меридианном сечении колеса располагаются по линиям равных скоростей потока жидкости так, что входная кромка выдвинута в область входа 9 потока в оседиагональное колесо. An annular impeller 2 is located in the shell 1, consisting of a hub 3 with a double curvature generatrix 4 mounted on the shaft 5 and blades 6. The input 7 and output 8 edges of the blades on the meridian section of the wheel are located along lines of equal fluid flow rates so that the input the edge is extended into the region of the entrance 9 of the flow into the axial wheel.

Ступица представляет собой тело вращения, образующая 4 которого описывается выражением:
ri dвых/2 1,5(dвых - dвх)•(xi/L)2 + (dвых - dвх)•(xi/L)3,
при этом ступица имеет диаметр на входе, составляющий 0,20 0,25, а на выходе 0,68 0,72 от диаметра рабочего колеса соответственно, а входная кромка лопасти расположена на линии равных скоростей потока жидкости и выполнена в виде выпуклой кривой, выдвинутой в область входа потока, причем средняя линия профиля в цилиндрических сечениях лопасти описывается зависимостями:

Figure 00000003

где ri текущая координата цилиндрического сечения по оси "r";
dвых, dвх диаметры ступицы рабочего колеса на выходе и входе соответственно;
xi текущая координата образующей ступицы по оси "x";
L длина ступицы рабочего колеса;
D диаметр рабочего колеса;
Hi шаг лопасти в цилиндрическом сечении по оси "r";
bi величина хорды в этом сечении;
fi стрелка прогиба средней линии профиля в этом сечении;
K1 коэффициент шага профиля, равный 0,93 1,07;
K2 коэффициент хорды профиля, равный 0,95 1,05;
K3 коэффициент стрелки прогиба профиля, равный 0,93 1,07.The hub is a body of revolution, forming 4 of which is described by the expression:
r i d out / 2 1.5 (d out - d in ) • (x i / L) 2 + (d out - d in ) • (x i / L) 3 ,
the hub has an inlet diameter of 0.20 0.25 and 0.68 0.72 at the outlet of the impeller diameter, respectively, and the inlet edge of the blade is located on the line of equal fluid flow rates and is made in the form of a convex curve extended in the flow inlet region, and the middle profile line in the cylindrical sections of the blade is described by the relationships
Figure 00000003

where r i is the current coordinate of the cylindrical section along the axis "r";
d o , d in the diameters of the impeller hub at the outlet and inlet, respectively;
x i current coordinate of the forming hub on the axis "x";
L impeller hub length;
D impeller diameter;
H i the pitch of the blade in a cylindrical section along the axis "r";
b i the value of the chord in this section;
f i arrow deflection of the midline of the profile in this section;
K 1 the coefficient of the step of the profile, equal to 0.93 1.07;
K 2 is the coefficient of the chord of the profile, equal to 0.95 1.05;
K 3 the coefficient of the arrow deflection profile equal to 0.93 1.07.

Геометрические параметры рабочего колеса водометного движителя получены экспериментальным путем и позволяют обеспечить КПД рабочего колеса до 0,89 при высоких кавитационных качествах, а также при сохранении весовых и габаритных характеристиках, свойственных осевым насосам. The geometrical parameters of the impeller of a water-jet propulsion device have been obtained experimentally and can provide an impeller efficiency of up to 0.89 with high cavitation qualities, as well as while maintaining the weight and overall characteristics inherent in axial pumps.

Claims (1)

Судовой водометный движитель, содержащий цилиндрическую обечайку с осевым колесом, ступица которого установлена на валу и выполнена в виде тела вращения с образующей двойной кривизны и меньшим диаметром на входе в осевое колесо, а лопасти колеса выполнены с криволинейной средней линией профиля в цилиндрических сечениях, отличающийся тем, что ступица осевого колеса выполнена с образующей, выбранной в соответствии с соотношением
Figure 00000004

при этом диаметр на входе упомянутой ступицы выбран из соотношения (0,20 0,25) • D, а диаметр на выходе (0,68 0,82) • D,
где ri текущая координата цилиндрического сечения по оси r;
dв ы х, dв х диаметры ступицы осевого колеса на выходе и входе соответственно;
xi текущая координата образующей ступицы по оси x;
L длина ступицы;
D диаметр рабочего колеса,
причем каждая лопасть осевого колеса выполнена с входной кромкой в виде выпуклой кривой, ориентированной выпуклостью в сторону входа в осевое колесо, а средняя линия профиля в цилиндрических сечениях лопасти выбирается из следующих соотношений
Figure 00000005

Figure 00000006

Figure 00000007

где Hi шаг лопасти в цилиндрическом сечении по оси r;
D диаметр осевого колеса;
ri- текущая координата цилиндрического сечения по оси r;
Bi величина хорды в данном сечении;
fi стрелка прогиба средней линии профиля;
K1 коэффициент шага профиля лопасти, равный 0,27 1,03;
K2 коэффициент хорды профиля равный 0,95 1,05;
K3 коэффициент стрелки прогиба профиля, равный 0,97 1,03.A ship’s jet propulsion device containing a cylindrical shell with an axial wheel, the hub of which is mounted on the shaft and made in the form of a body of revolution with a double curvature generatrix and a smaller diameter at the entrance to the axial wheel, and the wheel blades are made with a curved middle profile line in cylindrical sections, characterized in that the hub of the axle wheel is made with a generatrix selected in accordance with the ratio
Figure 00000004

the diameter at the inlet of the said hub is selected from the ratio (0.20 0.25) • D, and the diameter at the outlet (0.68 0.82) • D,
where r i is the current coordinate of the cylindrical section along the r axis;
a s d x, d x in the diameters of the axial wheel on the outlet and inlet respectively;
x i is the current coordinate of the generatrix of the hub along the x axis;
L hub length;
D impeller diameter
moreover, each blade of the axial wheel is made with an input edge in the form of a convex curve oriented convex towards the entrance to the axial wheel, and the middle profile line in the cylindrical sections of the blade is selected from the following relations
Figure 00000005

Figure 00000006

Figure 00000007

where H i the pitch of the blade in a cylindrical section along the axis r;
D axle wheel diameter;
r i is the current coordinate of the cylindrical section along the r axis;
B i the value of the chord in a given section;
f i arrow deflection of the midline of the profile;
K 1 the coefficient of the pitch profile of the blade, equal to 0.27 1.03;
K 2 profile chord coefficient equal to 0.95 1.05;
K 3 the coefficient of the arrow deflection profile equal to 0.97 1.03.
SU4924555 1991-04-17 1991-04-17 Marine water-jet propeller RU2102278C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4924555 RU2102278C1 (en) 1991-04-17 1991-04-17 Marine water-jet propeller

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU4924555 RU2102278C1 (en) 1991-04-17 1991-04-17 Marine water-jet propeller

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2102278C1 true RU2102278C1 (en) 1998-01-20

Family

ID=21568107

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU4924555 RU2102278C1 (en) 1991-04-17 1991-04-17 Marine water-jet propeller

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2102278C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2538748C1 (en) * 2013-07-19 2015-01-10 ООО Научно-производственное объединение "Гидродинамика" Water-jet propeller
RU2718823C1 (en) * 2019-10-08 2020-04-14 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный морской технический университет" (ФГБОУ ВО СПбГМТУ) Method for production of topologically optimized water-jet propellers impeller by direct laser growth method

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2538748C1 (en) * 2013-07-19 2015-01-10 ООО Научно-производственное объединение "Гидродинамика" Water-jet propeller
RU2718823C1 (en) * 2019-10-08 2020-04-14 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный морской технический университет" (ФГБОУ ВО СПбГМТУ) Method for production of topologically optimized water-jet propellers impeller by direct laser growth method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6692318B2 (en) Mixed flow pump
JP7368008B2 (en) Propulsion device with outboard water jet for maritime vessels
EP2547904B1 (en) Propeller blade
US6135831A (en) Impeller for marine waterjet propulsion apparatus
US4213736A (en) Turbomachinery and method of operation
JP2020114732A (en) Marine ducted propeller jet propulsion system
US4137709A (en) Turbomachinery and method of operation
JP3508811B2 (en) Duct propeller device
US4672807A (en) Wall thruster and method of operation
RU2102278C1 (en) Marine water-jet propeller
RU2317225C2 (en) Marine propeller
CN110594199A (en) Water jet propulsion pump with variable cross-section water inlet pipeline type water inlet flow channel
RU2266231C2 (en) Water-jet propeller
RU2782398C2 (en) Power plant with outboard water cannon for marine vehicles
WO1990013746A1 (en) Propeller
RU2114761C1 (en) Water-jet propulsion plant
RU2540188C2 (en) Hydrojet propelling agent
RU2168443C1 (en) Ship's water-jet propeller
RU2538748C1 (en) Water-jet propeller
RU2109171C1 (en) Fluid medium stream shaping device
RU2523720C2 (en) Water-jet propeller
RU1801867C (en) Water-jet propeller