Реверсивно-рулевое устройство водометного движителя

Изобретение относится к области судостроения, а именно к реверсивно-рулевым устройствам (РРУ) водометных движителей. РРУ содержит водовод и рабочее колесо с обтекателем ступицы с направляющими стойками, включающее поворотное сопло с вертикально расположенной осью поворота и поворотную заслонку заднего хода, связанную с соплом заднего хода, выполненным в виде канала заднего хода. Поворотное сопло выполнено с двумя проточными каналами, расположенными друг над другом, образованными с внешней стороны стенками контура сопла, а с внутренней стороны - стенками неподвижного обтекателя ступицы рабочего колеса и его направляющих стоек, форма которых от сечения к сечению вдоль оси сопла трансформируется в преимущественно вытянутую в горизонтальном направлении форму каналов на выходном сечении. Параметры каналов в указанном сечении определяются из условия, согласно которому суммарная площадь выходных сечений обоих каналов должна быть меньше площади проходного сечения кольцевого канала водовода непосредственно за рабочим колесом сопла. В обтекателе рабочего колеса и в его стойках выполнены полости, открытые со стороны выходного сечения сопла. РРУ оснащено второй заслонкой заднего хода, обе из которых при этом установлены на горизонтально расположенных в корпусе сопла осях с возможностью поворота вокруг них для перекрывания выходных сечений проточных каналов сопла и направления их исходящих струй в полости обтекателя рабочего колеса и стоек, и дополнено, по меньшей мере, одним каналом заднего хода, которые предназначены для изменения направления выброса струй сопла при реверсе и расположены вдоль боковых стенок поворотного сопла. Входные участки упомянутых каналов сообщены с полостями обтекателя рабочего колеса и стоек через проемы, образованные в боковых наружных стенках сопла, а их выходные участки - с внешней средой и ориентированы преимущественно против внешнего потока. Достигается уменьшение габаритов комплекса при сохранении его гидродинамических характеристик. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области судостроения и касается вопросов разработки реверсивно-рулевых комплексов водометных движителей (РРК ВД).

Для обеспечения маневренности судов их водометные движители снабжают реверсивно-рулевыми устройствами (РРУ), посредством которых изменяют направление действия тяги. Размеры устройств обычно определяются геометрическими параметрами выходного сечения сопла движителя, которые обычно вместе с требованиями к РРУ в части управляемости судна на переднем и заднем ходах обуславливают большие габариты и массы конструкции, достигающие 5% и более от водоизмещения судна.

Известно РРУ водометного движителя, содержащее водовод и рабочее колесо с обтекателем ступицы с направляющими стойками, включающее поворотное сопло с вертикально расположенной осью поворота и заслонку заднего хода, связанную с соплом заднего хода, которое выполнено в виде канала заднего хода (авт. св. 901164, 30.01.1982, бюлл. №4), принятое за прототип.

Однако известное устройство имеет такие недостатки как:

- большие габариты движительно-рулевого комплекса в целом;

- сложность конструкции и технологии изготовления поворотного сопла, обусловленную необходимостью закрепления профилированных направляющих стоек к стенкам водовода и к обтекателю ступицы рабочего колеса.

Задачей предлагаемого изобретения является достижение технического результата, заключающегося в уменьшении габаритов движительно-рулевого комплекса в целом при сохранении его высоких гидродинамических характеристик, а также упрощение конструкции и технологии изготовления поворотного сопла.

Для этого у известного РРУ водометного движителя поворотное сопло движителя выполнено с двумя проточными каналами, расположенными друг над другом, образованными с внешней стороны стенками контура сопла, а с внутренней стороны - стенками неподвижного обтекателя ступицы рабочего колеса и его направляющих стоек, форма которых от сечения к сечению вдоль оси сопла трансформируется в преимущественно вытянутую в горизонтальном направлении форму каналов на выходном сечении, причем параметры каналов в указанном сечении определяются из условия, согласно которому суммарная площадь выходных сечений обоих каналов должна быть меньше площади проходного сечения кольцевого канала водовода непосредственно за рабочим колесом сопла, при этом в обтекателе рабочего колеса и в его стойках выполнены полости, открытые со стороны выходного сечения сопла, причем реверсивно-рулевое устройство оснащено второй заслонкой заднего хода, обе из которых при этом установлены на горизонтально расположенных в корпусе сопла осях с возможностью поворота вокруг них для перекрывания выходных сечений проточных каналов сопла и направления их исходящих струй в полости обтекателя рабочего колеса и стоек, и дополнено по меньшей мере одним каналом заднего хода, которые предназначены для изменения направления выброса струй сопла при реверсе и расположены вдоль боковых стенок поворотного сопла, причем входные участки упомянутых каналов сообщены с полостями обтекателя рабочего колеса и стоек через проемы, образованные в боковых наружных стенках сопла, а их выходные участки - с внешней средой и ориентированы преимущественно против внешнего потока.

При этом проточные каналы в выходном сечении поворотного сопла имеют прямоугольную в горизонтальном направлении форму сечения.

Кроме того, заслонки заднего хода внутри имеют преимущественно цилиндрическую форму образующей.

Наряду с этим заслонки заднего хода установлены взаимосвязанными через преимущественно зубчатое зацепление в районе их осей поворота для осуществления взаимного и синхронного разворота заслонок в противоположном направлении, при этом одна из заслонок оснащена тягой для поворота заслонок вокруг своих осей.

Кроме того, каналы заднего хода при реверсе выполнены в виде прикрепленных побортно снаружи к боковым стенкам поворотного сопла патрубков.

Выполнение поворотного сопла с двумя проточными каналами, имеющими в выходном сечении вытянутую в горизонтальном направлении форму, стенки которых образованы с внешней стороны стенами контура сопла, а с внутренней стороны - стенами неподвижного обтекателя ступицы рабочего колеса и его стоек, позволяет существенно упростить конструкцию и уменьшить габариты поворотного сопла и всего устройства в целом, а также упростить технологию его изготовления за счет уменьшения количества деталей направляющего аппарата (имеется только две стойки) и исключения профилировки свода сопла.

Выбор параметров каналов в выходном сечении из условия, при котором их суммарная площадь должна быть меньше площади проходного сечения кольцевого канала водовода непосредственно за рабочим колесом сопла, обеспечивает минимальные гидравлические потери в поворотном сопле и отсутствие отрыва потока в нем за счет поджатая потока, наличие которого приводит к негативным последствиям.

Оснащение РРУ второй заслонкой заднего хода и дополнение его по меньшей мере одним каналом заднего хода обеспечивает повышение эффективности при выполнении судном реверса и его управлении на режиме заднего хода.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема РРУ ВД, на фиг.2 - вид сверху устройства на фиг.1, на фиг.3 - вид устройства на фиг.1 в положении «задний ход» и на фиг.4 - вид А устройства на фиг.1.

РРУ ВД содержит поворотное сопло 1 с вертикально расположенной осью поворота 2, водовод 3, в котором в районе сопла 1 расположено рабочее колесо 4 с неподвижным обтекателем ступицы 5 с направляющими стойками 6, с помощью которых обтекатель ступицы 5 прикреплен к водоводу 3 поворотного сопла 1 (фиг.1, 2 3).

Поворотное сопло 1 выполнено с двумя проточными каналами 7, расположенными друг над другом и имеющими в выходном (выбросном) сечении вытянутую в горизонтальном направлении щелевую форму (фиг.1, 2, 3). За выходным сечением каналов 7 поворотного сопла 1 размещены поворотные заслонки заднего хода 8, имеющие внутри преимущественно цилиндрическую форму образующей. Заслонки 8 установлены на горизонтально расположенных в корпусе сопла 1 осях 9 и связаны с открытыми со стороны заслонок 8 полостями 10, которые выполнены в обтекателе ступицы 5 рабочего колеса 4 и в его направляющих стойках 6 в районе выходного сечения сопла.

Вдоль боковых стенок поворотного сопла 1 размещены, например, побортно каналы заднего хода 11 для изменения направления выброса струй сопла 1 при реверсе, входные участки которых сообщены с полостями 10 обтекателя ступицы 5 рабочего колеса 4 и его направляющих стоек 6 через проемы 12, образованные под входные участки упомянутых каналов в боковых наружных стенках сопла 1 (фиг.1, 2). Выходные участки каналов заднего хода 11 сообщены с внешней средой и ориентированы преимущественно против внешнего потока. Указанные каналы 11 выполнены в виде патрубков, прикрепленных снаружи к боковым стенкам поворотного сопла 1.

При этом поворотные заслонки заднего хода 8 установлены взаимосвязанными преимущественно через зубчатое зацепление 13 в районе их осей поворота 9, которое обеспечивает их взаимный и синхронный разворот в противоположном направлении. Взаимосвязь заслонок 8 может быть осуществлена также и через цевочное зацепление. Одна из заслонок 8 оснащена тягой (не показано) для поворота заслонок вокруг своих осей вращения 9.

РРУ с движительным комплексом обеспечивает движение судна с разными скоростями на переднем ходу, реверсирование судна и положение «Стоп», а также маневрирование судна на всех режимах его движения.

Устройство работает следующим образом (см. фиг.1, 3)

Поток воды, поступающий через водовод 3, ускоряется рабочим колесом 4 и, проходя через проточные каналы 7 поворотного сопла 1, которые ограничены внутренней поверхностью сопла 1 и стенками неподвижного обтекателя ступицы 5 рабочего колеса 4 и направляющих стоек 6, спрямляется и отбрасывается из выходного сопла 1 в виде двух струй, не имеющих закрутку (фиг.1).

При повороте сопла 1 вокруг оси вращения 2 возникает боковая сила, осуществляющая поворот судна и управление им при движении.

Для реверсирования судна поворачивают заслонки заднего хода 8 вокруг осей их вращения 9. В результате чего направляющая цилиндрическая поверхность заслонок 8 перекрывает исходящие из каналов 7 сопла 1 струи и направляет их в открытые со стороны заслонок 8 полости 10 обтекателя 5 рабочего колеса 4 и его направляющих стоек 6, откуда поток упомянутых струй через проемы 12 в боковых стенках сопла 1 направляется в каналы заднего хода 11. Вследствие этого изменяется направление выброса струй в сторону, преимущественно противоположную направлению движения судна, и происходит движение судна задним ходом. При этом маневрирование судном осуществляется также за счет поворота сопла (фиг.3).

При неполном частичном повороте заслонок заднего хода 8 достигается такое их положение, при котором работающий водометный движитель не будет создавать тягу, поскольку струи, истекающие из каналов 7 сопла 1, раздваиваются на направления переднего и заднего хода и суммарная тяга от составляющих реакций будет равна нулю, в результате чего будет создан «стоповый» режим судна.

Технический результат предлагаемого РРУ ВД в части упрощения конструкции, уменьшения габаритов комплекса и улучшения технологичности изготовления был подтвержден изготовлением модели устройства и результатами его высоких гидродинамических характеристик, полученными в процессе его испытаний в лабораторных условиях.

1. Реверсивно-рулевое устройство водометного движителя, содержащего водовод и рабочее колесо с обтекателем ступицы с направляющими стойками, включающее поворотное сопло с вертикально расположенной осью поворота и поворотную заслонку заднего хода, связанную с соплом заднего хода, выполненным в виде канала заднего хода, отличающееся тем, что поворотное сопло выполнено с двумя проточными каналами, расположенными друг над другом, образованными с внешней стороны стенками контура сопла, а с внутренней стороны - стенками неподвижного обтекателя ступицы рабочего колеса и его направляющих стоек, форма которых от сечения к сечению вдоль оси сопла трансформируется в преимущественно вытянутую в горизонтальном направлении форму каналов на выходном сечении, причем параметры каналов в указанном сечении определяются из условия, согласно которому суммарная площадь выходных сечений обоих каналов должна быть меньше площади проходного сечения кольцевого канала водовода непосредственно за рабочим колесом сопла, при этом в обтекателе рабочего колеса и в его стойках выполнены полости, открытые со стороны выходного сечения сопла, причем реверсивно-рулевое устройство оснащено второй заслонкой заднего хода, обе из которых при этом установлены на горизонтально расположенных в корпусе сопла осях с возможностью поворота вокруг них для перекрывания выходных сечений проточных каналов сопла и направления их исходящих струй в полости обтекателя рабочего колеса и стоек, и дополнено по меньшей мере одним каналом заднего хода, которые предназначены для изменения направления выброса струй сопла при реверсе и расположены вдоль боковых стенок поворотного сопла, причем входные участки упомянутых каналов сообщены с полостями обтекателя рабочего колеса и стоек через проемы, образованные в боковых наружных стенках сопла, а их выходные участки - с внешней средой и ориентированы преимущественно против внешнего потока.

2. Водометный движитель по п.1, отличающийся тем, что проточные каналы в выходном сечении поворотного сопла имеют прямоугольную в горизонтальном направления форму сечения.

3. Водометный движитель по п.1, отличающийся тем, что поворотные заслонки заднего хода внутри имеют преимущественно цилиндрическую форму образующей.

4. Водометный движитель по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что поворотные заслонки заднего хода установлены взаимосвязанными через преимущественно зубчатое зацепление в районе их осей поворота для осуществления взаимного и синхронного разворота заслонок в противоположном направлении, при этом одна из заслонок оснащена тягой для поворота заслонок вокруг своих осей.

5. Водометный движитель по п.1, отличающийся тем, что каналы заднего хода при реверсе выполнены в виде прикрепленных побортно снаружи к боковым стенкам поворотного сопла патрубков.