Лопатева система водометного рушія
Власники патенту UA 2510357:
Винахід відноситься до пристроїв для переміщення навколишнього середовища води, повітря. Лопатева система водометного рушія поміщена в нерухомий циліндричний насадок і містить маточину і розташовані на ній лопаті. Вихідні ділянки лопаті мають хвилясту структуру вихідної кромки. У насадці розташовані нерухомі лопатки протилежного напрямку, порівняно з напрямком профілю лопаті. Фронтальна площа нерухомих лопат складає 0,1. 0,5 фронтальної площі лопатей, що обертаються. Досягається підвищення упору рушія та коефіцієнта корисної дії, а також зниження шуму та підвищення стійкості роботи. 3 іл.
Даний винахід відноситься до пристроїв для переміщення навколишнього середовища - води, повітря і призначене для підвищення ефективності та зниження гідро- та аеродинамічного шуму.
Лопатева система може бути використана із зазначеними цілями у водометних рушіях, а також у вентиляторах, осьових насосах.
Відомо, що ефективність водометного рушія залежить від параметрів поміщеної в нерухомий насадок лопатевої системи у вигляді гвинта судового постійного або змінного кроку. У разі зростання швидкості, що розвивається судном, упор водометного рушія знижується, отже рушій працює над режимі максимального ККД.
Відомі способи боротьби з цим явищем - приміщення лопатевої системи (робочого колеса) водометного рушія в конічний насадок. Однак цей спосіб призводить до деякого зниження ККД, так як опір конічного насадка зі збільшенням швидкості судна суттєво зростає в порівнянні з циліндричним насадком.
Аналогом винаходу є «Водометний рушій» за патентом №2266231, МПК B63H 11/08, 2004м. Лопаті виконані з криволінійною лінією профілю та розташовані на конічній втулці, так що площа на виході лопатевої системи становить 0,7 площі на вході.
Недоліком цього конструктивного рішення є збільшення втрат, що призводить до зниження упору і ККД.
Завданням цього винаходу є підвищення упору рушія та коефіцієнта корисної дії, а зниження шуму і підвищення стійкості роботи, у разі застосування лопатевої системи в якості водометного рушія, при попаданні повітря та в кавітаційних режимах.
Поставлене завдання вирішується спеціальним конструктивним виконанням лопатевої системи. Лопаті системи розташовані на циліндричній маточині і поміщені в циліндричний насадок, в якому розташовані нерухомі лопатки. Лопатки мають протилежний напрямок, порівняно з лопатями робочого колеса. Лопаті на виході мають хвилясту вихідну кромку, форма якої виконується навколо ідеального розрахункового профілю лопаті шляхом змінного відхилення кута лопаті щодо розрахункового значення по висоті.
На фіг.1 показаний розріз водометного рушія, на фіг.2 - вид по стрілці А. На ступиці 1 закріплена лопатева система, що складається з лопат 2. У корпусі циліндричного насадка розташовані нерухомі лопатки 3. На фіг.3 стрілкою Б показано напрямок потоку.
Фронтальна площа лопатей - F1=π/4(D 2 -d 2 ), а нерухомих лопаток - F2=π/4(D1 2 -D 2 ).
Технічний результат полягає в тому, що приміщення лопатевої системи в насадок, з лопатями забезпечує більш високий ККД у широкому діапазоні швидкості судна, що дозволяє при тій потужності двигуна розвивати велику швидкість.
Ефект досягається за рахунок більш оптимального обтікання лопаток на всіх режимах роботирушія за швидкістю і за рахунок кращих кавітаційних характеристик зберігати високі значення тяги в широкому діапазоні швидкостей. А наявність нерухомих лопатей сприяє виключенню перетікання рідини та зниження гідродинамічного шуму.
Водометний двигун працює наступним чином.
Внаслідок того, що на вихідній частині лопаті є канали, потік, що збігає з периферії лопаті, впливає на потік у нерухомих каналах, за рахунок чого зростає корисна енергія, що передається потоку. Швидкість потоку на виході збільшуватиметься, що призводить до збільшення реактивної тяги. Через війну збільшується наголос проти іншими варіантами виконання лопатевої системи. Наявність нерухомих лопатей у насадці сприяє придушенню кавітації у зазорі між лопатями та насадком. Величина фронтальної площі нерухомих лопаток дозволяє досягати різних співвідношень між упором рушія та ККД. Збільшення фронтальної площі F1 понад 0,5F2 від фронтальної площі рухомих лопат, як показують розрахунки, не збільшує позитивний ефект.
Двигун пропонованої конструкції буде мати розширений діапазон роботи з більш високим значенням упору та ККД і стійко працювати як при захопленні повітря, так і в режимах кавітації, а хвиляста вихідна кромка та нерухомі лопатки у насадці дозволять максимально знизити структуру вихорів у потоці та сприятимуть зниженню шуму .
Лопатева система водометного рушія, що містить маточину і розташовані на ній лопаті з вхідними та вихідними ділянками, вихідні ділянки лопаті мають хвилясту структуру вихідної кромки, поміщена в нерухомий циліндричний насадок, що відрізняється тим, що в насадці розташовані нерухомі лопатки протилежного напрямкулопаті, і фронтальна площа нерухомих лопатей становить 0,1..0,5 фронтальної площі лопатей, що обертаються.