Водометный движитель с крыльчатым обтекателем

Авторы патента:

Коршунов Александр Владимирович (RU)

B63H5/14 - устанавливаемых в невращающихся трубах или кольцах, которые, например с целью управления судном могут переставляться (бандажные кольца, прикрепляемые к лопастям B63H 1/16; реактивные движители B63H 11/00)

B63H1/00 - Судовые движители и управление судами (движители для подводных лодок, приводимые в действие иначе, чем атомной энергией B63G; для торпед F42B 19/00)

Владельцы патента RU 2750561:

Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (RU)

Изобретение относится к области судостроения и касается вопросов создания водометных движителей всех типов судов и кораблей. Водометный движитель с крыльчатым обтекателем содержит водовод, выполненный в виде осесимметричной профилированной кольцевой насадки, внутри которой соосно размещено установленное на валу рабочее колесо, имеющее ступицу с закрепленными на ней лопастями. За рабочим колесом устанавливается крыльчатый обтекатель, который состоит из ступицы и лопастной системы малого диаметра. Число лопастей в лопастной системе малого диаметра равно числу лопастей рабочего колеса. Диаметр лопастной системы крыльчатого обтекателя составляет 0,7 от диаметра рабочего колеса. Форма и шаговые углы лопастей крыльчатого обтекателя определяются в зависимости от геометрии рабочего колеса и неоднородности натекающего потока. Достигается улучшение акустических характеристик при одновременном сохранении КПД, а также снижение массогабаритных характеристик. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области судостроения и касается вопросов создания водометных движителей всех типов судов и кораблей.

Известен легконагруженный водометный движитель с коротким водоводом и спрямляющим аппаратом (патент №2537351, МПК В63Н 11/00, 07.05.2013), который содержит рабочее колесо, спрямляющий аппарат, водовод, выполненный в виде кольцевого крыла с цилиндрической или конической внутренней поверхностью, и центральное тело, образованное носовым обтекателем, ступицей рабочего колеса, ступицей спрямляющего аппарата и обтекателем ступицы спрямляющего аппарата.

Недостатком упомянутого водометного движителя является наличие спрямляющего аппарата, установка которого и приводит к ухудшению виброакустических характеристик движителя по следующим причинам:

- высокие уровни шума, обусловленные динамическими нестационарными силами, возникающими при взаимодействии вращающихся лопастей рабочего колеса с неподвижными лопастями спрямляющего аппарата;

- установка спрямляющего аппарата, приводит к увеличению массы водометного движителя, что негативно сказывается на характеристиках судна или корабля, связанных с переизлучением корпуса в низкочастотном диапазоне.

В качестве ближайшего аналога (прототипа) выбран указанный легконагруженный водометный движитель, поскольку он наиболее близок к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату. Вместе с тем он имеет ряд недостатков, к которым следует отнести повышенные массогабаритные и виброакустические характеристики.

Задачей изобретения является:

- улучшение акустических характеристик водометного движителя;

- снижение массогабаритных характеристик;

- сохранение к.п.д. движителя.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в водометном движителе с крыльчатым обтекателем, содержащем водовод, выполненный в виде осесимметричной профилированной кольцевой насадки, внутри которой соосно размещено установленное на валу рабочее колесо, имеющем ступицу с закрепленными на ней лопастями, имеются следующие отличия: что за рабочим колесом устанавливается крыльчатый обтекатель, состоящий из ступицы и лопастной системы малого диаметра, число лопастей в лопастной системе малого диаметра равно числу лопастей рабочего колеса, диаметр лопастной системы крыльчатого обтекателя составляет 0,7 от диаметра рабочего колеса, форма и шаговые углы лопастей крыльчатого обтекателя определяются в зависимости от геометрии рабочего колеса и неоднородности натекающего потока, чтобы обеспечить утилизацию энергии закрученной струи за лопастями рабочего колеса.

Водометный движитель представляет собой водовод, выполненный в виде осесимметричной профилированной кольцевой насадки, внутри которой соосно размещено установленное на валу рабочее колесо, имеющее ступицу с закрепленными к ней лопастями, в водометный движитель за рабочим колесом вместо спрямляющего аппарата устанавливается крыльчатый обтекатель, состоящий из ступицы и лопастной системы малого диаметра.

Число лопастей в лопастной системе малого диаметра крыльчатого обтекателя равно числу лопастей рабочего колеса. Лопасти обтекателя полностью находятся внутри водовода. Диаметр лопастной системы крыльчатого обтекателя составляет 0,7 от диаметра рабочего колеса.

Форма и шаговые углы лопастей крыльчатого обтекателя определяются в зависимости от геометрии рабочего колеса и неоднородности натекающего потока, чтобы обеспечить утилизацию энергии закрученной струи за лопастями рабочего колеса.

Техническая сущность и принцип действия предложенного устройства поясняются чертежом, на котором изображен вариант исполнения водометного движителя с крыльчатым обтекателем.

На Фиг. 1 представлена схема водометного движителя с крыльчатым обтекателем.

Водометный движитель имеет водовод (1) в виде осесимметричной кольцевой насадки. Внутри водовода (1) соосно размещено установленное на валу (2) рабочее колесо, имеющее ступицу (3), на которой прикреплены лопасти (4). К кормовому срезу ступицы (3) прикреплен крыльчатый обтекатель, имеющий ступицу (5) и лопастную систему малого диаметра (6) (Фиг. 1).

Эффективность работы водометного движителя с крыльчатым обтекателем объясняется следующим образом.

По формуле - установка крыльчатого обтекателя, состоящего из ступицы (5) и лопастной системы малого диаметра (6).

Вал (2) двигателя приводит во вращение рабочее колесо со ступицей (3) и лопастями (4) вместе со ступицей (5) крыльчатого обтекателя и его лопастями (6). В данной компоновке лопасти рабочего колеса (4) и лопастной системы (6) крыльчатого обтекателя вращаются с одинаковой частотой. А число лопастей в лопастной системе (6) равно числу лопастей рабочего колеса (4). Поэтому между лопастной системой (6) и лопастями (4) не образуется динамических нестационарных сил, негативно влияющих на акустическое излучение движителя. Поскольку лопасти крыльчатого обтекателя в лопастной системе (6) на 25% короче лопастей традиционного спрямляющего аппарата, а число лопастей спрямляющего аппарата обычно больше числа лопастей рабочего колеса (4), то сам крыльчатый обтекатель имеет меньшие массогабаритные характеристики по сравнению со спрямляющим аппаратом. Таким образом, общее акустическое излучение движителя снизится, включая характеристики, связанные с переизлучением корпуса в низкочастотном диапазоне. В совокупности все это приводит к улучшению акустических характеристик водометного движителя с сохранением его к.п.д.

Предлагаемое техническое решение водометного движителя с крыльчатым обтекателем основано на результатах расчетных (численных) исследований.

Были проведены расчетные (численные) исследования предлагаемого водометного движителя и водометного движителя прототипа. При сравнении результатов численного моделирования работы водометного движителя со спрямляющим аппаратом, и результатов численного моделирования работы водометного движителя с крыльчатым обтекателем (таблица 1), подтверждено улучшение акустических и массогабаритных характеристик водометного движителя с крыльчатым обтекателем по сравнению с прототипом, имеющим в составе спрямляющий аппарат.

Таким образом, за счет замены спрямляющего аппарата на крыльчатый обтекатель, предлагаемый водометный движитель позволяет обеспечить улучшение акустических характеристик при одновременном сохранении к.п.д., и как следствие - скорости движения судна, а также снижение массогабаритных характеристик, что выгодно отличает его от прототипа.

Водометный движитель с крыльчатым обтекателем, содержащий водовод, выполненный в виде осесимметричной профилированной кольцевой насадки, внутри которой соосно размещено установленное на валу рабочее колесо, имеющее ступицу с закрепленными на ней лопастями, отличающийся тем, что за рабочим колесом устанавливается крыльчатый обтекатель, состоящий из ступицы и лопастной системы малого диаметра, число лопастей в лопастной системе малого диаметра равно числу лопастей рабочего колеса, диаметр лопастной системы крыльчатого обтекателя составляет 0,7 от диаметра рабочего колеса, форма и шаговые углы лопастей крыльчатого обтекателя определяются в зависимости от геометрии рабочего колеса и неоднородности натекающего потока.

Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано в конструкциях судовых движителей и устройствах активного управления плавательными средствами. Кольцевое электро-двигательно-движительное устройство включает электродвигатель, который состоит из кольцевого статора и кольцевого ротора, а также лопасти, установленные на роторе с организацией их поворота вокруг собственных осей.

Движительная установка // 2629812

Изобретение относится к судостроению, а именно к движительной установке. Движительная установка содержит несущую стойку, кожух, на конце которого расположен гребной винт, кольцевую насадку.

Рулевое устройство // 2629476

Изобретение относится к судостроению, а именно к управлению судами с помощью рулевых устройств. Рулевое устройство содержит водоходный канал, неподвижный насадок круглого поперечного сечения с помещенным внутри него гребным винтом, балансирными рулями, рулевую коробку с вертикальными боковыми стенками и горизонтальными перемычками.

Кольцевая насадка для гребного винта плавучих средств // 2626423

Изобретение относится к судостроению, а именно к конструкции винтового привода судов. Кольцевая насадка для гребного винта плавучего средства имеет цилиндрическую форму с увеличенной шириной.

Водометный движительный комплекс // 2617622

Изобретение относится к области судостроения, а именно к водометным движителям. Водометный движительный комплекс содержит водовод, который выполнен в виде осесимметричной профилированной кольцевой насадки, внутри которой соосно размещено установленное на валу рабочее колесо.

Комбинированный двигательно-движительный комплекс судна // 2617310

Изобретение относится к области судостроения и касается вопроса повышения эффективности использования водометных движителей для водоизмещающих судов. Комбинированный двигательно-движительный комплекс судна содержит корпус в виде осесимметричной судовой кольцевой насадки с размещенным в нем реверсивным электродвигателем погружного исполнения и оснащен размещенным вниз по потоку за рабочим колесом, соосно с ним, гребным винтом.

Водометный двигательно-движительный комплекс // 2585207

Изобретение относится к области судостроения, а именно к водометным движителям. Водометный двигательно-движительный комплекс включает осесимметричный корпус в виде судовой кольцевой насадки, в котором размещены статор электродвигателя и подвижно установленное круговое кольцо.

Движительно-рулевое устройство // 2556817

Изобретение относится к области морской подводной техники, а именно к конструкциям движительно-рулевых устройств подводных аппаратов. Движительно-рулевое устройство содержит гребной винт, который размещен в направляющей насадке.

Судовая винто-рулевая колонка для движения и маневрирования судна в ледовых условиях // 2540200

Изобретение относится к области судостроения, а именно к созданию движительно-рулевых комплексов, обеспечивающих движение и маневрирование судна в ледовых условиях. Судовая винто-рулевая колонка для движения и маневрирования судна в ледовых условиях содержит обтекаемую стойку, гондолу с размещенными внутри них элементами приводного механизма и гребной вал, который консольно выступает с противоположных концов гондолы и на котором с кормового и носового концов закреплены соответственно кормовой и носовой гребные винты.

Узел двигателя и способ установки такого узла // 2540039

Изобретение относится к области судостроения и касается конструкции, а также технологии монтажа и демонтажа узла пропульсивной установки судна. Судно содержит корпус и двигатель, причем двигатель включает по меньшей мере один туннельный элемент и по меньшей мере один узел движителя.

Гребной винт плавучего средства // 2750507

Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано в конструкциях винтовых движителей. Гребной винт плавучего средства содержит ступицу с лопастями.