RU2533952C2

RU2533952C2 - Method for creation of vessel water-jet propeller

Info

Publication number: RU2533952C2
Application number: RU2013105780/11A
Authority: RU
Inventors: Константин Александрович Батышев; Георгий Михайлович Георгиевский; Мирослав Георгиевич Георгиевский; Руслан Георгиевич Георгиевский
Original assignee: Мирослав Георгиевич Георгиевский
Priority date: 2013-02-12
Filing date: 2013-02-12
Publication date: 2014-11-27
Also published as: RU2013105780A

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: invention relates to ship building and may be used as propulsor for various overwater and underwater vessels. To create water-jet propeller reversible gear pump. Outside water is delivered to each pump section via suction channels in vessel hull which channels are changed to be water-jet in reverse mode. Discharge channels of sections are combined into at least one water-jet nozzle and changed into suction channel for outside water in reverse mode, and the water-jet nozzle is equipped with adjustable head piece to change reaction force of water-jet stream. To accelerate executed manoeuvre the vessel fore end has additional gear pump which has discharge water-jet trumpets positioned perpendicular to vessel axis.

EFFECT: high travel speed and manoeuvrability, lower acoustic power, higher vessel survivability.

2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области судостроения и может быть использовано в качестве движителя надводных и подводных судов различного назначения вместо традиционных гребных винтов для повышения КПД двигателя и движителя, скорости хода судна, маневренности, живучести судна и расширения зоны его плавания.The present invention relates to the field of shipbuilding and can be used as a mover of surface and underwater vessels for various purposes instead of traditional propellers to increase the efficiency of the engine and propulsion, the speed of the vessel, maneuverability, survivability of the vessel and the expansion of its navigation zone.

Принцип действия гребного винта состоит в том, что при вращении винта каждая лопасть захватывает массу воды из набегающего потока и отбрасывает ее назад, сообщая ей дополнительную осевую и окружную скорость. Сила реакции этой отбрасываемой воды и заставляет корабль двигаться вперед или назад, в зависимости от направления вращения гребного винта. Известно, что гребной винт имеет очень низкий КПД из-за больших гидрообъемных и гидродинамических потерь на осевом входе и выходе. Фактически винт работает как движитель только при непрерывном или возрастающем темпе вращения, в остальных случаях - как тормоз. Реально достижимый КПД винта не превышает 45%, идеальный - 75%. Практически невозможно сделать «идеальный» винт ввиду постоянного изменения условий его работы, кроме того, винт подвержен кавитации.The principle of operation of the propeller is that when the screw rotates, each blade captures a mass of water from the incoming flow and throws it back, giving it additional axial and peripheral speed. The reaction force of this discarded water makes the ship move forward or backward, depending on the direction of rotation of the propeller. It is known that the propeller has a very low efficiency due to large hydrostatic and hydrodynamic losses at the axial inlet and outlet. In fact, the screw works as a propulsion device only at a continuous or increasing pace of rotation, in other cases - like a brake. Really achievable screw efficiency does not exceed 45%, ideal - 75%. It is almost impossible to make an “ideal” screw due to the constant change in its operating conditions, in addition, the screw is subject to cavitation.

Авторы предлагают рассмотреть в качестве альтернативы гребному винту водометный реактивный движитель гидрообъемного принципа действия в виде шестеренного насоса, в несколько раз меньше винта по габаритам, но способного при меньшей мощности привода создать такой же водяной поток, что и гребной винт, или, при той же мощности, создать водяной поток с большей кинетической энергией.The authors propose to consider, as an alternative to a propeller, a water-jet propulsion hydro-volumetric principle of operation in the form of a gear pump, several times smaller than the propeller in size, but capable of creating the same water flow with a lower drive power as the propeller, or, at the same power , create a water stream with greater kinetic energy.

Для подтверждения этого рассмотрим параметры водяного потока, создаваемого шестеренным насосом особой конструкции, многосекционным моноблочным шестеренным насосом планетарной компоновки, мощностью 28.000 кВт, где центральной или солнечной шестерней является ведущая шестерня, а ведомыми, планетарные, расположенными по окружности от солнечной на равном угловом расстоянии друг от друга, образующими в зацеплении друг с солнечной отдельные независимые по давлению нагнетания и производительности секции в многосекционном моноблочном насосе. Количество ведомых шестерен определяет количество секций в моноблочном насосе.To confirm this, we consider the parameters of the water flow created by a gear pump of a special design, a multi-section monoblock gear pump of a planetary arrangement, with a power of 28,000 kW, where the central gear or the sun gear is the drive gear, and the driven ones, planetary, located at a uniform angular distance from the sun at an equal angular distance from each other, forming in meshing with each other, solar sections, independent in discharge pressure and productivity, in a multisection monoblock pump . The number of driven gears determines the number of sections in a monoblock pump.

Рассмотрим пример расчета трехсекционного насоса мощностью 24000-25000 кВт.Consider an example of calculating a three-section pump with a capacity of 24000-25000 kW.

Потребляемая мощность шестеренного насоса определяется по формуле:The power consumption of the gear pump is determined by the formula:

N=Q х Р х КПД: 612,N = Q x P x Efficiency: 612,

где N - мощность в кВт,where N is the power in kW,

Q - производительность в л/мин, Q - productivity in l / min,

Р - давление нагнетания насоса в кг/см².P is the discharge pressure of the pump in kg / cm ² .

Пример расчета насоса мощностью 28.000 кВт:An example of calculating a pump with a power of 28,000 kW:

Параметры зацепления:Gearing Parameters:

Модуль - 50 мм.The module is 50 mm.

Ведущая шестерня:Pinion gear:

Число зубьев - 12. Диаметр вершин зубьев - 70 см. Диаметр впадин зубьев - 50 см. The number of teeth is 12. The diameter of the tips of the teeth is 70 cm. The diameter of the cavities of the teeth is 50 cm.

Ведомая шестерня (3 шт.):Driven gear (3 pcs.):

Модуль - 50 мм.The module is 50 mm.

Число зубьев - 8.The number of teeth is 8.

Диаметр вершин зуба - 50 см.The diameter of the tooth peaks is 50 cm.

Диаметр впадин зубьев - 30 см.The diameter of the tooth cavities is 30 cm.

Передаточное отношение между ведущей и ведомыми - 1.5.The gear ratio between the master and the followers is 1.5.

Ширина венца шестерни - 25 см.The width of the gear crown is 25 cm.

Удельный рабочий объем зацепления насоса- 141.300 см³/об=141,3 л/об.The specific working volume of the gearing of the pump is 141.300 cm ³ / rev = 141.3 l / rev.

Коэффициент гидрообъемной подачи, не менее - 0,94.The ratio of hydrostatic supply, not less than 0.94.

Коэффициент механический, не менее - 0.9.The coefficient is mechanical, not less than 0.9.

Скорость вращения ведущей шестерни - 2000 об/мин.The drive gear rotation speed is 2000 rpm.

Производительность насоса-265.644 л/мин.Pump productivity is 265.644 l / min.

Давление нагнетания насоса - 5,0 МПа=50 кг/см².Pump discharge pressure - 5.0 MPa = 50 kg / cm ² .

Мощность привода - 24.111 кВт.Drive power - 24.111 kW.

Чтобы изменить мощность водяного потока в большую или меньшую сторону необходимо или изменить скорость вращения шестерен, или давление нагнетания шестерен, зависимость в этом случае прямо пропорциональная, или изменить параметры зубчатого зацепления шестерен.To change the power of the water flow up or down, it is necessary either to change the speed of rotation of the gears or the pressure of the gears, the dependence in this case is directly proportional, or change the parameters of the gearing of the gears.

Цель предполагаемого изобретения - увеличение скорости перемещения судна, маневренности, снижение звуковой мощности, расширение зоны плавания и повышение живучести судна.The purpose of the proposed invention is to increase the speed of the vessel, maneuverability, lower sound power, expansion of the navigation area and increase the survivability of the vessel.

Поставленная цель достигается тем, что в качестве движителя применяют односекционный или многосекционный шестеренный насос, подводят к каждой секции забортную воду через радиальные всасывающие каналы в корпусе судна, превращающиеся в водометные при реверсе, объединяют нагнетательный канал каждой секции в общее водометное сопло, превращающееся при реверсе во всасывающий канал для забортной воды, оснащают водометное сопла регулируемой насадкой для изменения вектора реактивной силы водометного потока. В носовой части судна можно установить дополнительный шестеренный насос, односекционный или многосекционный, оснастив его перпендикулярно оси судна нагнетательными водометными раструбами для ускорения выполняемого маневра.This goal is achieved by the fact that a single-section or multi-section gear pump is used as a propeller, outboard water is supplied to each section through radial suction channels in the ship’s hull, which turn into water-jet when reversing, and the discharge channel of each section is combined into a common water-jet nozzle, which turns into a suction channel for sea water; the jet nozzle is equipped with an adjustable nozzle to change the reactive force vector of the jet stream. In the bow of the vessel, you can install an additional gear pump, single-section or multi-section, equipping it perpendicular to the axis of the vessel with discharge jets to accelerate the maneuver.

Многосекционный шестеренный насос может иметь планетарную компоновку, центральная шестерня которого образует с ведомыми шестернями отдельные секции многосекционного насоса согласно техническому решению по Патенту РФ на изобретение №2300019 «Способ перекачки несмазывающих жидкостей шестеренным насосом).A multi-section gear pump can have a planetary arrangement, the central gear of which forms separate sections of a multi-section pump with driven gears according to the technical solution according to RF Patent for invention No. 2300019 “Method for pumping non-lubricating liquids by a gear pump).

Общий вид движителя представлен на фиг.1 и 2.A general view of the mover is shown in FIGS. 1 and 2.

В хвостовом отсеке судна 1 с приводом от силовой установки 2 установлен шестеренный многосекционный моноблочный насос 3 с водозаборными каналами 4 к всасывающим полостям секций насосов и нагнетательными каналами 5 от каждой секции насоса, соединенных в сопло Лаваля 6, снабженное насадкой 7, регулирующей вектор направленности водяного потока.In the aft compartment of the vessel 1 with a drive from the power plant 2 there is a gear multi-section monoblock pump 3 with water intake channels 4 to the suction cavities of the pump sections and discharge channels 5 from each pump section connected to the Laval nozzle 6, equipped with a nozzle 7 that controls the directional vector of the water flow .

В носовом отсеке судна может также размещаться дополнительно к маршевому движителю на корме судна аналогичный шестеренный насос, но меньшей мощности с автономным приводом от электродвигателя и с такими же водозаборными каналами и с 4-мя водометными каналами, расположенными диаметрально друг другу и регулируемыми для ускорения горизонтального или вертикального маневров.In the bow compartment of the vessel, a similar gear pump can also be placed in addition to the main propulsion at the stern of the vessel, but of a lower capacity, with an independent drive from an electric motor and with the same intake channels and 4 water-jet channels located diametrically to each other and adjustable to accelerate horizontal or vertical maneuvers.

Еще один вариант применения многосекционного моноблочного насоса кроме основного маршевого движителя - это дополнительное размещение его водометных каналов по обе стороны судна для создания поперечного перемещения (движения крабом) судна при сложных маневрах, что практически невозможно при винтовых движителях.Another option for the use of a multi-section monoblock pump in addition to the main propulsion engine is the additional placement of its water-jet channels on both sides of the vessel to create lateral movement (crab movement) of the vessel during complex maneuvers, which is almost impossible with screw propellers.

Работа движителя.The work of the mover.

При вращении ведущей шестерни насоса 3 забортная вода по всасывающим каналам 4 поступает в зону всасывания каждой секции и нагнетается по каналам 5 в объединяющее их водометное сопло, например, Лаваля 6, где ускоряется и направляется регулируемой насадкой 7 для прямолинейного движения или горизонтального маневра судна.When the drive gear of the pump 3 is rotated, the seawater through the suction channels 4 enters the suction zone of each section and is pumped through the channels 5 into the jet nozzle uniting them, for example, Laval 6, where it is accelerated and guided by an adjustable nozzle 7 for rectilinear movement or horizontal maneuver of the vessel.

При реверсе, а остановка шестеренного насоса осуществляется при отключении привода мгновенно, т.к. в насосе нет свободно вращающихся инерционных масс, происходит все наоборот. Сопло 6 и входящие в него каналы 5 превращаются в каналы всасывания забортной воды, а каналы 4 становятся, соответственно, водометными.When reversing, and the gear pump is stopped when the drive is switched off instantly, because there are no freely rotating inertial masses in the pump; the opposite happens. The nozzle 6 and the channels 5 included therein turn into outboard water suction channels, and the channels 4 become, respectively, water-jet.

Таким образом, получается реверсивный водометный движитель реактивного типа совершенно защищенный от внешних разрушающих его воздействий поскольку находится внутри корпуса судна. На этот движитель не влияет скорость забортной воды, нет потерь мощности привода на скольжение. Лодка может ложиться на грунт, передвигаться боком, двигаться задним ходом.Thus, a jet-type reversible jet propulsion device is completely protected from external damaging effects because it is located inside the ship's hull. This mover is not affected by the speed of sea water, there is no loss of drive power to slip. The boat can lie down on the ground, move sideways, move in reverse.

Claims

A method of creating a water-jet propulsion device, consisting in the fact that a reversible gear pump, single-section or multi-section, is used as a propulsion device, outboard water is supplied to each pump section through the suction channels in the ship’s hull, which turn into water-jet when reversing, and the discharge channels of the sections are combined, at least into one water jet nozzle, which turns into a suction channel for overboard water when reversing, and the water jet nozzle is equipped with an adjustable nozzle to change the jet reactive force vector flow, while to accelerate the maneuver performed in the bow of the vessel can be installed an additional gear pump equipped with discharge water-jet sockets perpendicular to the axis of the vessel.