RU2538748C1

RU2538748C1 - Water-jet propeller

Info

Publication number: RU2538748C1
Application number: RU2013133464/11A
Authority: RU
Inventors: Алексей Николаевич Зотов; Тимур Маратович Касымов
Original assignee: ООО Научно-производственное объединение "Гидродинамика"
Priority date: 2013-07-19
Filing date: 2013-07-19
Publication date: 2015-01-10
Also published as: RU2013133464A

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: water-jet propeller comprises working wheel with cylindrical hub with constant or variable pitch blades with leading and trailing edges fitted in cylindrical adapter. Diameter of working wheel blades at inlet is larger than that at outlet to make frontal area is smaller than that at inlet by 1.5-2 times. Said case accommodates fixed blades of opposite direction relative to blade profile direction. Height of blades varies along the flow from minimum to maximum to make constant clearance with working wheel blades. Blades are smoothly curved to axial direction at outlet.

EFFECT: higher thrust and efficiency, better stability under cavitation.

2 dwg

Description

Водометный движитель предназначен для привода быстроходных судов, кораблей, яхт.The jet propulsion device is designed to drive high-speed vessels, ships, yachts.

Известно, что эффективность водометного движителя зависит от параметров лопастной системы судового винта постоянного или переменного шага, помещенного в неподвижный насадок. При возрастании скорости, развиваемой судном, упор водометного движителя снижается, так что движитель работает не в режиме максимального КПД.It is known that the efficiency of a water-jet propulsion device depends on the parameters of the blade system of a ship propeller of constant or variable pitch placed in a fixed nozzle. As the speed developed by the vessel increases, the thrust of the water-jet propulsion device decreases, so that the propulsion device does not work in the maximum efficiency mode.

Известны способы борьбы с этим явлением - помещение рабочего колеса водометного движителя в конический насадок. Однако этот способ приводит к некоторому снижению КПД, так как сопротивление конического насадка при увеличении скорости судна существенно возрастает по сравнению с цилиндрическим насадком.Known methods of dealing with this phenomenon are the placement of the impeller of a water-jet propulsion device in a conical nozzle. However, this method leads to a certain decrease in efficiency, since the resistance of the conical nozzle with increasing vessel speed increases significantly compared with the cylindrical nozzle.

Аналогом изобретения является патент РФ №2031051 МПК В63Н 11/08, 11/03, 1/14, 1992 г., «Ротор водометного движителя». В конструкции ротора лопастная система размещается на цилиндрической втулке, а площадь входа среды в канал выполнена меньше площади выхода. По мнению автора это приводит к уменьшению скорости реактивной струи и увеличению КПД.An analogue of the invention is RF patent No. 2031051 IPC B63H 11/08, 11/03, 1/14, 1992, "Rotor of a water-jet propulsion". In the design of the rotor, the blade system is placed on a cylindrical sleeve, and the area of the medium inlet to the channel is made smaller than the exit area. According to the author, this leads to a decrease in jet velocity and an increase in efficiency.

Прототипом изобретения является «Водометный движитель» по патенту РФ №2266231 МПК В63Н, 11/08, 2004 г. Лопасти движителя выполнены с криволинейной линией профиля и расположены на конической втулке, так что площадь на выходе лопастной системы составляет 0,7 площади на входе.The prototype of the invention is the "Water-jet propulsion" according to the patent of the Russian Federation No. 2266231 IPC V63H, 11/08, 2004. The propeller blades are made with a curved profile line and are located on a conical sleeve, so that the area at the exit of the blade system is 0.7 at the entrance.

Недостатком этого конструктивного решения является также значительное увеличение потерь от обтекания конической втулки, что приводит к уменьшению упора и низкому КПД, но способствует устойчивой работе при захвате воздуха лопастями движителя.The disadvantage of this design solution is also a significant increase in losses from the flow around the conical sleeve, which leads to a decrease in stop and low efficiency, but contributes to stable operation when trapping air by the propeller blades.

Задачей настоящего изобретения является повышение упора движителя и коэффициента полезного действия, а также повышение устойчивости работы при попадании воздуха в лопастную систему движителя и в кавитационных режимах.The objective of the present invention is to increase the emphasis of the mover and the efficiency, as well as increasing the stability when air enters the blade system of the mover and in cavitation modes.

Поставленная задача решается специальным конструктивным исполнением лопастной системы водометного движителя. Рабочее колесо (винт) имеет цилиндрическую ступицу и помещено в цилиндрический насадок. Конструкция лопасти выполнена постоянного или переменного шага. При этом кольцевая площадь F1, сметаемая лопастью на входе, в 1,5-2 раза больше площади F2, сметаемой лопастью на выходе. Лопасть помещена в цилиндрический насадок диаметра D, внутри которого расположены неподвижные лопатки, причем угол установки неподвижных лопаток на входе β1 равен углу установки лопастей рабочего колеса (винта) α, а на выходе угол установки неподвижных лопаток β2 равен 90°. Такое исполнение неподвижных лопаток обеспечивает больший упор водометного движителя в стоповом режиме и больший упор при максимальных оборотах.The problem is solved by a special design of the blade system of the water-jet propulsion. The impeller (screw) has a cylindrical hub and is placed in a cylindrical nozzle. The blade design is made of constant or variable pitch. In this case, the annular area F1 swept away by the inlet blade is 1.5-2 times larger than the area F2 swept away by the outlet blade. The blade is placed in a cylindrical nozzle of diameter D, inside which there are fixed blades, and the angle of installation of the fixed blades at the input β1 is equal to the angle of installation of the blades of the impeller (screw) α, and at the output, the angle of installation of the fixed blades β2 is 90 °. This design of the fixed blades provides a greater emphasis of the jet propulsion in stop mode and greater emphasis at maximum speed.

На фиг.1 показан разрез водометного движителя. В насадке 1 размещена ступица 2, на которой закреплены лопасти 3. В корпусе цилиндрического насадка расположены неподвижные лопатки 4. Их высота на входе минимальна (равна нулю) и плавно увеличивается к выходу, обеспечивая постоянный зазор с лопастями рабочего колеса. Стрелкой «А» показано направление набегающего потока.Figure 1 shows a section of a water-jet propulsion. In the nozzle 1 there is a hub 2 on which the blades 3 are fixed. Fixed blades are located in the body of the cylindrical nozzle 4. Their height at the inlet is minimal (equal to zero) and gradually increases towards the exit, providing a constant gap with the impeller blades. Arrow “A” shows the direction of the oncoming flow.

На фиг.2 в развертке по диаметру D показаны профили лопастей рабочего колеса (винта), а сплошными линиями - профили лопаток в насадке. Стрелкой показано направление вращения лопастей.Figure 2 in a scan along the diameter D shows the profiles of the blades of the impeller (screw), and solid lines show the profiles of the blades in the nozzle. The arrow shows the direction of rotation of the blades.

Технический результат состоит в том, что такое исполнение водомета обеспечивает более высокий КПД в широком диапазоне скорости судна, что позволяет при той же мощности двигателя развивать большую скорость.The technical result consists in the fact that such a performance of a water cannon provides a higher efficiency in a wide range of the vessel’s speed, which makes it possible to develop greater speed at the same engine power.

Эффект достигается за счет более оптимального обтекания лопаток на всех режимах работы движителя по скорости, так как половина жидкости выбрасывается всегда в осевом направлении и обеспечивает большую реактивную тягу водомета, и за счет лучших кавитационных характеристик позволяет сохранять высокие значения тяги в широком диапазоне скоростей.The effect is achieved due to a more optimal flow around the blades at all speeds of the propulsion engine, since half of the liquid is always ejected in the axial direction and provides a large jet thrust of the water jet, and due to the best cavitation characteristics, it allows maintaining high thrust values in a wide speed range.

Водометный движитель работает следующим образом.Water jet propulsion operates as follows.

Вследствие большего диаметра лопастей на входе, чем на выходной части лопасти, поток на выходе из неподвижной решетки всегда направлен в осевом направлении. Исполнение профиля лопаток неподвижной решетки обеспечивает увеличение напора рабочего колеса, при этом в стоповом режиме упор возрастает в 1,5-2 раза по сравнению с упором рабочего колеса диаметра D с такой же геометрией лопастей, размещенного в гладком цилиндрическом насадке. Наличие неподвижных лопаток в насадке препятствует перетеканию потока на концах лопасти с нагнетательной стороны на всасывающую и способствует подавлению кавитации в зазоре между лопастями винта и насадка.Due to the larger diameter of the blades at the inlet than at the outlet of the blade, the flow at the exit from the fixed grid is always directed in the axial direction. The execution of the profile of the blades of the fixed lattice provides an increase in the pressure of the impeller, while in stop mode the stop increases 1.5-2 times in comparison with the stop of the impeller of diameter D with the same geometry of the blades placed in a smooth cylindrical nozzle. The presence of fixed blades in the nozzle prevents the flow from flowing at the ends of the blade from the discharge side to the suction side and helps to suppress cavitation in the gap between the rotor blades and the nozzle.

Водометный движитель предлагаемой конструкции будет иметь расширенный диапазон работы с более высоким значением упора и КПД и устойчиво работать как при захвате воздуха, так и в режимах кавитации.The water jet propeller of the proposed design will have an extended range of operation with a higher stop and efficiency value and will work stably both when capturing air and in cavitation modes.

Claims

A water-jet propulsion device containing an impeller (screw) with a cylindrical hub and fixed on it impeller blades of constant or variable pitch with input and output sections placed in a cylindrical nozzle, characterized in that the diameter of the impeller blades (screw) at the entrance is larger than the diameter of the blades at the exit so that the frontal area at the exit is 1.5-2 times smaller than the area at the entrance; fixed blades of the opposite direction are located in the nozzle in comparison with the direction of the profile of the working blade Wheel (screw) at the inlet, the height of the blades is formed downstream of the variable flow from a minimum to a maximum, forming a constant gap with the impeller blades and vanes smoothly curved to the axial direction of the output.