Судовая туннельная винтовая водометная движительная система
Изобретение относится к вариантам осуществления судового туннельного винтового водометного движительного устройства. Туннельный винтовой водометный движитель для морского судна содержит диффузор/конфузор, узел управления поворотной направляющей насадкой и скругление. Скругление предусмотрено в точке перехода между диффузором/конфузором и узлом управления поворотной направляющей насадкой. Диффузор/конфузор может управлять формой потока воды, выходящей из движительного комплекса. Достигается возможность управления с ускорением при большой разности давлений, создаваемой широким диапазоном скоростей судна. 5 н. и 19 з.п. ф-лы, 10 ил.
ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет согласно предварительной заявке на патент США № 61/799274, поданной 15 марта 2013 года под названием "MARINE DUCTED PROPELLER JET PROPULSION SYSTEM", содержание которой в полном объеме включено в настоянную заявку посредством ссылки.
ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0002] Настоящее изобретение относится к примерным вариантам осуществления судового туннельного винтового водометного движительного устройства, а более конкретно, к примерным вариантам осуществления узла рабочего колеса и туннельной конструкции для судового туннельного винтового водометного движительного комплексов.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0003] Использование водометных движителей для морских транспортных средств является хорошо известной технологией. Реактивный двигатель имеет много преимуществ по сравнению с простым винтом, в частности, в плане мелководья, маневренности, хотя потребление энергии реактивного двигателя является намного менее эффективным, чем у традиционных винтовых движительных систем. Тем не менее, широкое распространение реактивного двигателя для морских транспортных средств не произошло из-за определенных распространенных проблем, связанных с движением морской струи. Например, судовой реактивный двигатель создает значительные конструктивные проблемы из-за неопределенной производительности в широком диапазоне скоростей, глубин воды, состояния моря, избыточного захвата воды во впускное отверстие водометного движительного комплекса, что может привести к сфероидизации и т. д.
[0004] Кавитация является еще одной распространенной проблемой. Кавитация представляет собой неравномерную нагрузку от давления (допускаемый кавитационный запас) на рабочее колесо. Кавитация может образовываться вследствие чрезмерного радиального ускорения текучей среды, избыточного завихрения и турбулентности столба текучей среды, и изменения давления, которое вызывает частичное непреднамеренного испарение пропускаемой текучей среды, связанное с вакуумом, получаемым под действием рабочего колеса.
[0005] Соответственно, было бы желательно разработать водометный движительный комплекс для морских судов, где каждый элемент синергетически содействует обеспечению постоянного столба воды даже при высокой выходной мощности, и где пропускаемая вода не имеет ни турбулентности, ни завихрений с целью устранения кавитации и воздействий изменения давления. Кроме того, комплекс должен иметь максимальную гибкость, чтобы справиться со всем диапазоном скоростей морского судна и изменяемой нагрузкой на блок ее первичного двигателя, не вызывая вышеупомянутых скомкивающих и кавитационных эффектов.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0006] Водометный движительный комплекс для морского судна, который содержит диффузор/конфузор; узел управления поворотной направляющей насадкой; и скругление. Скругление вводится в точке перехода между диффузором/конфузором и узлом управления поворотной направляющей насадкой таким образом, чтобы диффузор/конфузор мог управлять формой потока воды, выходящей из движительного комплекса и мог управлять соответствующим ускорением при большой разности давлений, создаваемой широким диапазоном скоростей судна, маневрами и состояниями моря.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[0007] Указанные выше и другие объекты настоящего изобретения будут очевидны при рассмотрении следующего подробного описания, выполненного в сочетании с сопровождающим графическим материалом и формулой изобретения, в которых одинаковые ссылочные позиции относятся к одинаковым частям по всему описанию и на которых:
[0008] на фиг. 1 изображено судовое туннельное винтовое водометное движительное устройство в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения;
[0009] на фиг. 2 представлен покомпонентный вид судового туннельного винтового водометного движительного устройства в соответствии с примерным вариантом осуществления, приведенным на фиг. 1;
[0010] на фиг. 3 представлен покомпонентный вид судового туннельного винтового водометного движительного устройства в соответствии с примерным вариантом осуществления, приведенным на фиг. 1;
[0011] на фиг. 4 представлен покомпонентный вид судового туннельного винтового водометного движительного устройства в соответствии с примерным вариантом осуществления, приведенным на фиг. 1;
[0012] на фиг. 5 представлены рабочее колесо и диффузор для судового туннельного винтового водометного движительного устройства в соответствии с примерным вариантом осуществления, приведенным на фиг. 1;
[0013] на фиг. 6 изображены ступица рабочего колеса и ступица диффузора для судового туннельного винтового водометного движительного устройства в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения;
[0014] на фиг. 7 представлены различные виды рабочего колеса для судового туннельного винтового водометного движительного устройства в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения;
[0015] на фиг. 8 представлены различные виды диффузора/конфузора для судового туннельного винтового водометного движительного устройства в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения;
[0016] на фиг. 9 изображено судовое туннельное винтовое водометное движительное устройство в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения; и
[0017] на фиг. 10 представлены различные виды выравнивающих устройств для судового туннельного винтового водометного движительного устройства в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения.
[0018] На всех фигурах одинаковые ссылочные позиции и символы, если не указано иное, используются для обозначения подобных деталей, элементов, компонентов или частей показанных вариантов осуществления. Кроме того, вместе с тем предмет изобретения теперь будет описан более подробно со ссылкой на фигуры, это сделано с использованием поясняющих вариантов осуществления. Предполагается, что в описанные варианты осуществления могут вноситься изменения и модификации без отхода от истинного объема и сущности настоящего предмета изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[0019] Теперь будут описаны примерные варианты осуществления способов и систем настоящего изобретения со ссылкой на фигуры. Заявки на патент США № 5123867 и № 6027383 также описывают общепринятые водометные движительные комплексы, описание которых включено посредством ссылки.
[0020] Настоящее изобретение предлагает движительную систему, которая значительно повышает эффективность движителя. Эффективность можно достичь посредством (1) схождения в одну точку проходящей водной массы на объемной основе как подаваемой потоком текучей среды через направляющую насадку и (2) размещения массы внутренних механизмов системы объемным способом в объеме потока, вследствие чего улучшаются конвергентные свойства, придаваемые корпусом потоку. При использовании, площадь осевого поперечного сечения потока в основном равномерно уменьшается от впускного отверстия до выпускного отверстия без сопротивления массы внутреннего механизма, представляющего сопротивление или препятствие для потока. Кроме того, использование объемной конструкции направляющей насадки в настоящем изобретении уменьшает турбулентность и более эффективно улучшает твердый поршневой режим движения жидкости или твердотельный характер потока воды.
[0021] 1. На фиг. 1 показана схема судового туннельного винтового водометного движительного устройства 100, которое содержит корпус 1 выхлопа, заключенный в кожух. Тепло от выхлопных газов двигателя может нагреть корпус диффузора и узел поворотной направляющей насадки, что в свою очередь может улучшить коэффициент вязкости посредством нагревания внутренних стенок корпуса регулирования потока. Это может передавать тепло воде, уменьшая коэффициент гидравлического сопротивления поверхности материала корпуса и повышая вязкость потока. Преимуществом выхлопной трубы, выходящей вокруг выходящего течения направляющей насадки, может быть то, что она предусматривает карман выхлопа для выходящего столба, снижая потери на трение столба, бьющего сплошную массу воды и улучшая противодействующий эффект потенциальной энергии в столбе к кинетической энергии или тяги.
[0022] Ссылаясь на фиг. 1 и 4, движительная система 10 функционирует подобно осевому потоку, при этом нагнетательный баковый насос или турбонасос содержит водозаборную секцию 100, расположенную между линиями А-А и В-В, секцию 200 рабочего колеса, проходящую между линиями B-B и C-C и нагнетательную секцию 400 между линиями C-C и E-E. Столб воды, затянутый во впускной канал 102 атмосферным давлением, форсируется и ускоряется нагнетательной секцией 400 для обеспечения тяги транспортного средства 12.
[0023] Морское транспортное средство 12 содержит туннельную винтовую водометную движительную систему 10, установленную в задней секции 14 таким образом, что водозаборная секция 100 движительной системы 10 вмонтирована в нижнюю часть корпуса 18 судна с помощью промежуточной пластины 16, и нагнетательная секция 400 движительной системы 10, поддерживаемая транцем 20, выступает на задней части лодки 12 вместо обычного винта. Движительная система 10 схематично показана в двух своих тяговых положениях: F - положение движения вперед и R - положение движения назад. Первичный двигатель 22 непосредственно присоединен к валу 24 рабочего колеса, а рулевой привод 26 прикреплен к рулевому модулю 28 движительного комплекса 10.
[0024] Сменный узел 30 упорного подшипника также предусматривает для упорного подшипника возможность изменения положения в зависимости от того, находится ли судно 12 в воде или нет, посредством отсоединения приводной муфты, расположенной на конце приводного вала, и удаления зажимных болтов, что обеспечивает возможность замены узла 30 упорного подшипника вала. Узел 30 упорного подшипника проектируется самосмазываемым для обеспечения постоянной смазки подшипников и уплотнений.
[0025] Как показано на фиг. 2 и 3, водозаборная секция 100, в частности, определяет впускной канал 102 в корпусе 104, связывающий водозаборное отверстие 106, образованное в нижней поверхности корпуса судна, на одном конце и водозаборный узел 203 рабочего колеса с секцией 200 рабочего колеса на другом конце. Канал 110, первоначально прямоугольной или эллиптической формы, переходит в круглую форму так, чтобы управлять конвергенцией потока к входному сечению рабочего колеса 202 и улучшать характеристики потока. Как показано на фиг. 2, канал 110 может содержать две вертикальные стенки 112, длинную наклонную стенку 114 и короткую наклонную стенку 116, сходящиеся к цилиндрической камере 118 на изгибе 120. После изгиба 120 канал 122 имеет цилиндрическую форму. Сходящиеся стенки канала 122 соответствующим образом сглажены и закруглены в местах пересечения, чтобы способствовать отсутствию турбулентности потока. Как правило, угол изгиба 120 изменяется приблизительно от 30 до приблизительно 45 градусов в зависимости от конкретных требований к конструкции, но не ограничивается этим, а также может регулироваться для согласования объемной массы внутренних рабочих частей водозаборника 203 рабочего колеса.
[0026] Как показано на фиг. 2, водозаборник 203 рабочего колеса может содержать вал 204, спрямляющие лопатки 206 и направляющие лопатки 208, сохраняя при этом число Рейнольдса (Re) между 2300 и 4000, но, как правило, ближе к 2300. Площадь поперечного сечения водозаборника 203 предпочтительно пропорциональна площади поперечного сечения впускного канала 102 к рабочему колесу 202 в соотношении приблизительно от 1,5 до приблизительно 2,5:1, а также может регулироваться для включения объемной вставки в поток массы приводного вала 204, спрямляющих лопаток 206 и направляющих или предварительно закручивающих лопаток 208 посредством соответствующего увеличения внешних размеров.
[0027] Характеристика внутреннего потока верхнего и нижнего водозаборника, 110 и 203, может учитывать впускную решетку 210, вал 204, спрямляющие лопатки 206 и направляющие или препятствующие предварительному закручиванию лопатки 208 по поперечному сечению посредством регулировки формы водозаборного перехода от водозаборного входа к входному сечению рабочего колеса для обеспечения того, чтобы сходящийся в одной точке поток через водозаборный узел 203 к рабочему колесу 202 был свободным. Невыполнение этого может создать ограничение потока, которое может вызвать изменение давления в потоке к рабочему колесу 202 (показанному на фиг. 4 более подробно), что может вызывать аэрацию в потоке, изменение давления и кавитацию.
[0028] Вдоль водозаборных стенок впускного корпуса 104 перед рабочим колесом 202 расположена секция 211 прямого патрубка с минимальной длиной, равной 20% ширины лопасти рабочего колеса, регулируемая для согласования объемной массы внутренних рабочих частей в пределах своих параметров, где поток с помощью одной или нескольких спрямляющих лопаток 208 побуждается к протеканию в твердом состоянии к входному сечению рабочего колеса 202. Другие направляющие лопатки 206 разнесены радиально вдоль боковых поверхностей впускного корпуса 104 так, что равные объемы воды могут направляться посредством спрямляющих лопаток 208 к периферии рабочего колеса 202. Лопатки 208 минимизируют радиальные нагрузки на рабочее колесо 202 для оптимизации эффективности потока, таким образом, текучая среда подается на входное сечение рабочего колеса 202 в твердом состоянии. Лопатки 208 также действуют, чтобы ослабить любое предварительное завихрение или турбулентность в столбе воды, входящим в рабочее колесо 202. Важно, что характеристика внутреннего потока водозаборника 203 учитывает объемное внедрение спрямляющих и направляющих лопаток 206, 208 посредством регулировки поперечного сечения формы водозаборного перехода от водозаборника 203 к входному сечению рабочего колеса для обеспечения того, чтобы поток через водозаборник к рабочему колесу 202 был объемно свободным или ограниченным. Невыполнение этого может создать ограничение потока, которое может вызвать изменение давления в потоке рабочего колеса 202, что может вызвать изменение давления, и аэрацию в потоке, и кавитацию.
[0029] В пределах канала 102 впускная решетка 210 расположена смежно с отверстием в корпусе судна. Масса этой решетки 210 будет объемно перемещаться во впускном канале 102 так, чтобы не представлять собой препятствие для входящего потока. Если этого не сделать, то поток будет испытывать перепад низкого давления на водозаборной стороне решетки 210, вызывая турбулентный поток или аэрированную жидкость пониженного давления, которые будут подаваться к входному сечению рабочего колеса 202. Это приведет к кавитации от входного сечения рабочего колеса вдоль ширины его лопастей. Решетка 210, как правило, представляет собой участок с параллельными стрежнями, расположенными по длине корпуса 18 под углом вниз и к задней части водозаборного корпуса 104. Стержни решетки 210 имеют обтекаемое поперечное сечение или поперечное сечение гидрокрыла в направлении входящего потока для создания минимального сопротивления потоку воды. Расстояние между стрежнями решетки 210 предпочтительно не должно превышать расстояние между лопатками диффузора, так чтобы наибольшие объекты, входящие в рабочее колесо 202 могли проходить через лопатки диффузора.
[0030] Всасывающая пластина водозаборной системы 100 может регулироваться специально для согласования с изменениями килеватости днища корпуса судна, чтобы обеспечить плавное вхождение воды в твердом состоянии в водозаборник 110 под правильным углом и пропорциями потока, максимизирующими скорости потока в твердом состоянии, входящего в рабочее колесо 202. Эта часть также работает в сочетании с обводным клапаном, сбрасывающим давление в водозаборнике, обеспечивающим то, что повышение давления в передней части рабочего колеса 202 не превышает его предусмотренные требования или не вызывает сопротивления под корпусом судна посредством создания противодавления, направленного вниз от водозаборника. Данный сброс давления был определен путем испытаний и должен находиться в диапазоне от 3 до 6 фунтов на квадратный дюйм.
[0031] Водозаборная секция 203 переменного размера может предусматриваться в разных размерах для обеспечения возможности установки движительной системы 10, подходящей для любого типа судна, независимо от формы его корпуса, размера, или килеватости днища, или скорости, и будет соединяться с верхней водозаборной секцией 205 посредством сцепления или болтового соединения. Впускная секция 200 устанавливается в задней части корпуса судна так, чтобы движение судна вперед и последующий подъем с поверхности воды, в случае планирования корпусов судна, позволяло водозаборной секции 200 располагаться немного ниже уровня воды корпуса транспортного средства. Тем не менее, для правильной работы в состоянии покоя или при низкой скорости, комплекс 10 должен устанавливаться таким образом, чтобы погружалось по меньшей мере приблизительно от 60 до 80 процентов площади поперечного сечения рабочего колеса 202. Водозаборная секция 203 крепится болтами, например, к корпусу посредством фланца.
[0032] Если происходит загрязнение внутри корпуса 104, то предусматривается труба 216 с отверстием для рук, чтобы дать возможность быстрого доступа к каналу 212. Труба 216 расположена на изгибе 120 и содержит цилиндрический корпус 220 с внешним фланцем 222 и заглушкой 224. Заглушка 224 предусматривает сплошную секцию 226, прикрепленную к фланцевой крышке 228, которая полностью заполняет корпус 220 трубы. Секция 226 предусматривает гладкую фасонную поверхность, которая соответствует поверхностной секции, удаленной из верхнего водозаборного корпуса 104 на изгибе 120, когда установлена труба 216. Когда в трубу 216 правильно вставлена заглушка, нарушение потока не происходит. Фланец 222 предусматривает вертикальные болты 230 с резьбой, которые вставляют в отверстия для болтов во фланце 222 так, чтобы заглушка 226 могла надлежащим образом быть выровнена при установке. Ручка 232, прикрепленная к крышке 228, предусматривает дополнительные знаки выравнивания. Для активации режима выключения двигателя, при попытке удалить заглушку 224, когда работает первичный двигатель 22, может быть установлен датчик между фланцем 222 и трубой 216.
[0033] Узел обводного клапана (не показан) также может быть устанавлен в корпусе 104 вблизи впускного отверстия 203, показанного на фиг. 1 и 2. Избыток воды выпускается через узел обводного клапана (не показан), если давление воды между корпусом судна 12 и засасывающим впускным отверстием 106 превышает пропускную способность от 3 до 6 фунтов на квадратный дюйм. Увеличение избытка воды, известное в разговорной речи как сфероидизация, является распространенным явлением в морских водомётных движительных комплексах. Происходящее при высоких скоростях судна, когда судно подвергается выполнению резких маневров, и/или во время суровых морских условий, чрезмерная сфероидизация приводит к тормозящей характеристике на корпусе судна 12 и отрицательно сказывается на коэффициенте полезного действия движительной установки 10. Клапанный узел (не показан) функционирует в качестве устройства против сфероидизации для сброса давления. В настоящее время известно, что данное давление не должно превышать от 3 до 6 фунтов на квадратный дюйм. Обводной клапан 232, сбрасывающий давление в водозаборнике, может работать в сочетании с всасывающей пластиной, обеспечивая возможность при повышении избыточного давления в передней части рабочего колеса 202 сброса вокруг рабочего колеса в выхлопной теплообменник 207. Давление обводного клапана сброса давления (не показан) может быть установлено к требуемому сбросу давления, которое может быть необходимым в зависимости от состояния моря или рабочей нагрузки судна для улучшения производительности комплекса. Это автоматически регулируется с помощью датчиков давления, присоединенных к боковой стороне корпуса 104, которые передают рабочее давление перед рабочим колесом 202 так, чтобы клапан мог регулироваться с помощью программируемого контроллера (не показан). Отсутствие способности сброса давления может привести к случаям повышения давления в передней части рабочего колеса 202 и понижению в водозаборнике, вызывая эффект торможения на входе водозаборника и дополнительно влияя на характеристики основного судна. Поток, выходящий из обводного клапана (не показан), будет выходить в корпус 207 выхлопа движительной системы.
[0034] Секция 200 рабочего колеса в соответствии с настоящим изобретением, как видно на фиг. 1 и 3, от линии B-B до линии C-C, показана включающей одноступенчатое рабочее колесо 202. Узел 200 рабочего колеса содержит съемный корпус 236, состоящий из двух меньших секций, корпус 251 рабочего колеса и корпус 242 диффузора/конфузора, содержащие рабочее колесо 202 и диффузор/конфузор 242. Корпус 251 рабочего колеса имеет в основном цилиндрическую форму с постоянным диаметром у впускного отверстия 344 и нагнетательного отверстия 346. Корпус 242 диффузора имеет цилиндрическую форму с внутренней поверхностью, сужающейся внутрь от максимального диаметра вблизи секции 200 рабочего колеса до минимального диаметра вблизи нагнетательной секции 400. Сходящаяся в одной точке внутренняя поверхность корпуса 240 рабочего колеса имеет площадь поперечного сечения выпускной части предпочтительно пропорциональную площади поперечного сечения водозаборного узла секции рабочего колеса в соотношении приблизительно от 0,5 до 0,75:1, регулируемую с учетом объемной массы внутренних рабочих частей рабочего колеса 202 - лопастей 250 и ступицы 252. Предпочтительное соотношение составляет приблизительно от 0,60 до приблизительно 0,70:1, регулируемое с учетом объемной массы внутренних рабочих частей рабочего колеса - лопастей и ступицы, и оптимальное приблизительно 0,64:1, чтобы объемное водоизмещение корпуса 240 диффузора/конфузора было меньше, чем объемное водоизмещение секции 200 рабочего колеса. Объемное водоизмещение секции диффузора составляет приблизительно от 75 до приблизительно 90 процентов, регулируемое для согласования объемной массы внутренних рабочих частей рабочего колеса - лопастей и ступицы, предпочтительно приблизительно от 80 до приблизительно 90 процентов, регулируемое для согласования объемной массы внутренних рабочих частей рабочего колеса - лопастей и ступицы - объемного водоизмещения секции рабочего колеса, и оптимально приблизительно 85 процентов, регулируемое для согласования объемной массы внутренних рабочих частей рабочего колеса - лопастей и ступицы. Кроме того, кольцевой гидроканал, предусмотренный осевой комбинацией ступиц рабочего колеса/диффузора/конфузора в корпусе рабочего колеса имеет гладкие, по существу непрерывные внутренние и наружные поверхности для предотвращения турбулентного завихрения по краям. Важным критерием конструкции секции 200 рабочего колеса является то, что площадь поперечного сечения корпуса 251 рабочего колеса и корпуса 240 диффузора должна быть одинаковой в точке соединения.
[0035] Что касается конкретных частей секции 200 рабочего колеса, узел 202 рабочего колеса имеет уникальную конструкцию, подвергшуюся ранее множеству испытаний и модификаций как участка 252 ступицы, так и лопастей 250. Рабочее колесо со сменным узлом лопастей позволяет легко заменять отдельные лопасти 250 рабочего колеса 202 при повреждении или изменять шаг рабочего колеса 202 для различных применений. Важным аспектом рабочего колеса 202 является то, что лопасти 250 рабочего колеса устанавливаются вдоль внешне сужающейся выпуклой поверхности отсоединяемого участка 252 ступицы, а не плоского сечения, что характерно для конструкции рабочего колеса предыдущего уровня техники.
[0036] Ступица 252 рабочего колеса в собранном виде предпочтительно имеет сужающуюся выпуклую поверхность и кольцевую внутреннюю часть, более предпочтительно ступица 252 имеет наружную поверхность, содержащую вогнутую часть и выпуклую часть, если смотреть в осевом поперечном сечении, и кольцевую внутреннюю часть. Ступица 252 в собранном виде имеет внешнюю поверхность с передним концом узкого диаметра, средней частью увеличивающегося изменяющегося диаметра и задним концом большого диаметра. Дальний конец вала 204 проходит через концентрическое осевое отверстие 266 вдоль ступицы 252. Передний конец имеет поверхность конца с отверстием, примыкающую к заплечику 264 на валу 204, чтобы представлять гладкую, непрерывную поверхность для потока текучей среды. Кольцевые стенки ступицы 252 в собранном виде в основном имеют постоянную толщину за исключением дальнего конца с отверстием, выступающего наружу из отверстия 266, предусматривающего стопорную шайбу секции лопастей с возможностью зацепления с поверхностью, и закрывающей оболочки.
[0037] Рабочее колесо 202 содержит лопасти 250, прикрепленные вдоль фасонной поверхности ступицы 252 под наклоном, предназначенным для максимального воздействия лопасти на проходящую текучую среду и уменьшения составляющей центробежного ускорения, придаваемого рабочим колесом 202. Лопасть 250 имеет выпуклое внешнее скругление 272, вогнутое внутреннее скругление 274, короткую заднюю кромку, длинную переднюю кромку, стороны с широкими поверхностями, имеющие среднюю точку и толщину.
[0038] Наклон лопастей 250 рабочего колеса определяется как среднее значение наклона или степень кручения по длине лопастей 250, определяемая от перпендикуляра по отношению к касательной к наружной поверхности ступицы 252 в собранном виде на передней кромке и на задней кромке. Если смотреть вдоль либо внутреннего скругления 274, либо внешнего скругления 272 или если смотреть вниз либо передней, либо задней кромки лопасти, средний угол наклона обеих передней или задней кромок предпочтительно находится в диапазоне от приблизительно 20 до 40 градусов от перпендикуляра, более предпочтительно приблизительно 30 градусов от перпендикуляра с одной кромкой, наклоненной противоположно другой, как этого требует лопасть 250 для продолжения контура поверхности ступицы 252. Передняя кромка закручивается в направлении движения вперед рабочего колеса 202. Следует понимать, что передняя кромка соответствует переднему концу ступицы 252, который имеет узкий диаметр, а задняя кромка соответствует заднему концу ступицы 252, и что радиальная ширина средней части лопасти 250 зависит от скругления средней части ступицы 252, так что диаметр рабочего колеса является в основном постоянным. Общая длина лопасти 250 равна длине ступицы 252 в собранном виде плюс угловая компонента.
[0039] В результате улучшенной конструкции в радиальном направлении толщина 284 лопасти 250 является низкопрофильной крыловидной по конструкции, вместо по существу постоянной, определенной ранее. Передняя кромка по существу равномерно сужающаяся с максимальной толщиной в средней точке приблизительно на равном расстоянии от обеих кромок. Угол входа передней кромки должен находиться между 13 и 15 градусами по отношению к скорости вращения рабочего колеса 202.
[0040] На фиг. 7 показано типовое винтовое устройство из пяти лопастей, проходящее вдоль ступицы 252 в собранном виде. Количество лопастей, диаметр рабочего колеса и степень наклона могут быть оптимизированы в отношении мощности, подаваемой первичным двигателем 22, и требуемого конструктивного решения рассматриваемого судна.
[0041] Внутренняя характеристика потока корпуса 251 рабочего колеса может удовлетворять объемному водоизмещению лопастей 250 рабочего колеса и ступицы 252 по поперечному сечению посредством регулировки формы корпуса 251 рабочего колеса и размеров ступицы 252 рабочего колеса. Это обеспечит ничем не ограниченное перемещение потока от водозаборного узла 203 через рабочее колесо 202 к диффузору/конфузору 242, и поддержит правильную объемную скорость потока к направляющей насадке 400. Невыполнение этого может создать изменение в характеристике потока в системе, влекущее кавитацию на передней кромке лопастей рабочего колеса или изменение наведенного давления в потоке к диффузору/конфузору и в узле 400 поворотной направляющей насадки, что может вызвать турбулентный поток или затор потока и в результате противодавления, снижая эффективность и, в конечном счете, вызывая эффект гидравлического тормоза.
[0042] Эффект шага лопасти(ей) 250 рабочего колеса на ускоренный поток может быть увеличен путем удлинения ширины лопасти сверх требуемой длины шага посредством добавления продолженной параллельной секции к концу ступицы 252 рабочего колеса в собранном виде и к ширине лопастей, представляющих собой продолжение выходящего шага лопасти 250. Проектный шаг лопасти 250 рабочего колеса может быть комбинированным толкованием требуемой эффективности скорости вытекания и мощности, доступной от источника энергии, приводящего в движение рабочее колесо 202. Данный источник энергии может относиться к любому типу привода, будь то электрический, бензиновый, дизельный, газовый или работающий от альтернативного топлива. Эффект дополнительной ширины лопасти может приводить к работе со сменным компонентом лопасти диффузора для улучшения эффективности передачи вращающих выходящий поток скоростей задней части лопастей 250 рабочего колеса к линейному, ламинарному типу потока через диффузор 242 к узлу 400 поворотной направляющей насадки. Подобно способности соответствовать традиционным винтам для потребностей судна посредством регулировки диаметра к отношениям шага винта, регулировка расширения добавленной ширины лопасти обеспечивает возможность улучшения производительности и эффективности выходной мощности рабочего колеса по отношению к приводу. Характеристика внутреннего потока корпуса 251 рабочего колеса может удовлетворять объемному водоизмещению лопастей 250 рабочего колеса и расширению дополнительного шага в поперечном сечении посредством регулировки диаметра корпуса рабочего колеса или посредством регулировки водоизмещения ступицы рабочего колеса в объеме потока. Это может обеспечить ничем не ограниченное перемещение потока от водозаборника через рабочее колесо 202 к диффузору 242 скорости потока и поддержание правильного объема потока и скоростей через диффузор/конфузор 242 к поворотной направляющей насадке 400. Невыполнение этого может создать изменение в характеристике потока в системе, приводящее к падению коэффициента полезного действия движителя, пропорционально к несообразному завершению при надлежащей скорости, и к отказу системы.
[0043] Износостойкая пластиковая съемная и сменная втулка 260 износа рабочего колеса может предусматриваться для того, чтобы приостановить износ корпуса 251 рабочего колеса. Размер промежутка между вершинами лопастей и внутренней стенкой съемной и сменной втулки износа рабочего колеса является критическим и не должен быть больше чем и не меньше чем точечный контакт.
[0044] Характеристика внутреннего потока корпуса 242 диффузора/конфузора может удовлетворять объемному водоизмещению лопастей диффузора 242 и ступицы 243 по поперечному сечению посредством регулировки формы корпуса 242 диффузора/конфузора. Это может обеспечить ничем не ограниченное перемещение потока назад для лопастей 250 рабочего колеса через диффузор 242 к верхней направляющей насадке узла 400 направляющей насадки и поддерживание правильного объема потока и скоростей в верхней поворотной направляющей насадке 401. Невыполнение этого может создать изменение в характеристике потока в системе, приводящее к турбулентному потоку или затору потока в результате противодавления. Это может привести к кавитации на передней кромке лопастей 250 рабочего колеса, что может вызвать надлежащее изменение давления в потоке к диффузору и на узле 401 поворотной направляющей насадки, приводящее к снижению эффективности и возможному отказу системы.
[0045] Сменный компонент 245 лопасти диффузора/конфузора может обеспечить возможность замены лопастей передних кромок к диффузору 242, которые должны быть заменены в случае повреждения, или изменения шага передней кромки лопаток 244a диффузора, если они должны регулироваться для удовлетворения потребности скоростей вращения задней кромки рабочего колеса 202, или изменения шага лопастей 250 рабочего колеса.
[0046] Скругления передней кромки лопастей 244 диффузора к их прямой задней секции может быть больше скругления в предыдущих конструкциях для обеспечения перемещения потока с меньшей турбулентностью от лопасти 250 рабочего колеса, что может обеспечить менее резкое изменение потока от вращающегося до линейного/ламинарного типа потока, уменьшая турбулентный поток. Угол входа лопатки 244 диффузора/конфузора должен соответствовать скорости потока задней кромки рабочего колеса 202. Переднее скругление каждой лопасти может проходить вниз приблизительно на половину длины лопасти диффузора/конфузора. Изменение скругления и обусловленное этим изменение формы лопасти может включаться в объемные характеристики потока характеристик внутреннего потока корпусов диффузора/конфузора и/или ступицы, поддерживающей лопатку 244 диффузора, поддерживающую более точный эффект сходящегося в одной точке потока на последующую характеристику потока, что было достижимо ранее.
[0047] Скругление 246 выхода к диффузору/конфузору 242 может регулироваться с целью увеличения. Остроугольный переход от выхода диффузора/конфузора к узлу 400 поворотной направляющей насадки может быть причиной побуждения турбулентности потока в качестве перехода от ламинарного течения в турбулентное от диффузора/конфузора 242 к узлу 400 поворотной направляющей насадки. Это резкое и внезапное изменение угла, как показано в патентах США №№ 5123867 и 6027383, вызывает турбулентность потока при более высоких скоростях потока на выходе диффузора, ограничивающем поток и создающим противодавление, которое может влиять на эффективность рабочего колеса 202, создавая сопротивление потоку с задней части лопастей 250 рабочего колеса. Увеличение данного скругления предусматривает снижение ускорения потока пропорционально к ускорению постоянной скорости, приданному потоку рабочим колесом 202 в соответствии с мощностью и характеристикой сходящегося в одной точке потока, предусмотренной конструкцией. Поток необходимо контролировать посредством ускорения надлежащего потока, за исключением потока, становящегося турбулентным по характеру, который вызывает турбулентность, приводящую к противодавлению. Посредством применения скругления в точке перехода от диффузора/конфузора 242 к узлу 401 управления поворотной направляющей насадкой, было обнаружено уменьшение турбулентного потока с целью уменьшения надлежащим образом и пропорционально увеличению радиальной длины, предусмотренной скруглением в точках контакта диффузора/конфузора 242 и узла 400 управления поворотной направляющей насадкой.
[0048] Диффузор/конфузор 242 расположен непосредственно смежно с рабочим колесом 202 и предназначен для работы в сочетании с рабочим колесом 202 для достижения нескольких важных функций производительности: (1) затухания компонента радиального ускорения, придаваемого рабочим колесом 202; (2) распространения траектории пропускаемой воды по всей площади поперечного сечения рабочего колеса; (3) предотвращения частичного испарения проходящей текучей среды, возникающего вследствие вакуума, обусловленного работой рабочего колеса посредством предусмотрения низкого искусственного созданного противодавления на рабочем колесе 202; и (4) обеспечения возможности максимальной реакции рабочего колеса 202 и обеспечения более эффективной переноса доступной энергии первичных двигателей 22 в потенциальную энергию. Любая степень паров представляла бы предоставление неравномерной нагрузки на рабочее колесо 202 и кавитации. Эти функции производительности улучшаются объемной характеристикой потока диффузора/конфузора 242, регулируемой для согласования объемной массы внутренних рабочих частей диффузора/конфузора 242.
[0049] Ступица 243 диффузора/конфузора предпочтительно имеет внутрь сужающуюся выпуклую поверхность и кольцевую внутреннюю часть, расположенную противоположно в отношении к ступице рабочего колеса 252. Ступица 243 содержит передний конец с большим плоским диаметром, среднюю часть с уменьшающимся переменным диаметром и задний конец с малым диаметром, образующий закругленную носовую часть с полостью 246 концентрического отверстия, просверленного через свою середину, и расширение конца с отверстием. Концентрическая внешняя кольцевая полость 246 предназначена в первую очередь для снижения избыточного веса, придаваемого ступице 252b стенками по существу постоянной толщины. Концентрическое внутреннее кольцевое отверстие 246 определяет цилиндрический корпус для опорного подшипника для вала 204 рабочего колеса, несущего рабочее колесо 202. Отверстие 246 имеет уменьшенный диаметр в носовой секции ступицы 243 в соответствии с требованиями критериев прочности конструкции.
[0050] Конструкция лопасти диффузора/конфузора, как правило, исходит из стандартной конструкции прямой лопатки за исключением значительных изменений, внесенных в лопатки 244, обусловленных контуром поверхности ступицы 252b диффузора. Лопатки 244 имеют радиальную ширину, которая зависит от диаметра ступицы 243, таким образом, диффузор 242 имеет постоянный диаметр. Толщина каждой лопатки 244 может иметь форму аэродинамического профиля или, как правило, может иметь равномерную толщину на всем протяжении за исключением стороны кромки, которая может быть тупой или заостренной, как требует точная настройка конструкции. Лопатки 244 имеют сменный канал передней кромки сменной секции 245, который изогнут в направлении, противоположном направлению движения вперед рабочего колеса 202, и прямую секцию, которая, как правило, перпендикулярна к поверхности ступицы, впрочем, может также наклоняться под углом до приблизительно 10 градусов от ортогональной плоскости, делящей пополам ступицу 243 в точке соединения, и противоположна направлению движения вперед рабочего колеса 202 в зависимости от точной настройки производительности. Изогнутый конец съемного участка лопасти диффузора/конфузора обычно наклонен под углом от приблизительно 10 до приблизительно 40 градусов от продольной плоскости, делящей пополам ступицу 243a сменной секции лопатки и включающей прямую часть. Лопатки 244 надежно прикреплены в продольном направлении на одном конце к контурной поверхности ступицы 243, а на другом к внутренним стенкам корпуса и обеспечивают поддержку по окружности для работы подшипника ступицы 243. Количество лопаток 244 диффузора/конфузора выбрано с учетом количества лопастей рабочего колеса 250 в таком соотношении, чтобы критерии производительности секции диффузора/конфузора, например, обеспечивали противодавление и таким образом, чтобы достигалось затухание радиального ускорения, и чтобы минимизировались резонансные колебания и уровень шума. В качестве важного конструктивного признака отношение количества лопастей рабочего колеса к количеству лопаток диффузора/конфузора представляет собой отношение нечетного числа к четному числу или наоборот. Например, если имеется 3, 5 или 7 лопастей рабочего колеса, то соответствующее число лопаток диффузора было бы предпочтительно 6, 8 или 10.
[0051] В целом, диффузор/конфузор 242 предназначен для управления формой потока воды и соответствующего ускорения при большой разности давлений, создаваемой широким диапазоном скоростей судна, маневрами и состояниями моря.
[0052] Узел 200 рабочего колеса расположен в осевом направлении симметрично в цилиндрическом корпусе 251 рабочего колеса с устройством 242 диффузора/конфузора, прикрепленном сзади в непосредственной близости к аппарату 202 рабочего колеса. Внешняя поверхность заднего конца на вращающейся ступице 252 по существу непрерывна с наружной поверхностью переднего конца на неподвижной ступице 243. Узел 200 рабочего колеса расположен таким образом, чтобы сделать эту сборку простой и быстрореализуемой и обеспечить возможность соединения рабочего колеса 202 и соответствующего диффузора 242 с первичным двигателем 22 и выполнение конструктивных требований транспортного средства. Корпус 251 рабочего колеса может иметь съемную втулку, обеспечивающую возможность уменьшения диаметра корпуса, соответствующего уменьшению диаметра рабочего колеса. Таким образом, компоновка рабочего колеса с меньшим диаметром может применяться для небольших лодок. Не существует, однако, никаких ограничений в отношении мощности в лошадиных силах или размера судна, и движительная система 10 может иметь пропорционально расширяемую производительность для больших судов или для больших скоростей.
[0053] Вал 204 рабочего колеса, проходящий в осевом направлении через движительную систему 10, предусматривает первую опору подшипника, закрепленную посредством сменного подшипникового узла 30, установленного на впускном корпусе 203, и вторую опору 247 подшипника на неподвижной ступице 243. Подшипниковый узел 30 содержит корпус, роликовый подшипник и стопорное кольцо. Подшипниковый узел 30 может также содержать картер редуктора (не показан) для блока, входящего в зацепление в соответствии с требованиями конкретного первичного двигателя.
[0054] Вал 204 предусматривает заплечик и концентрическую дальнюю секцию, которая имеет последовательные секции с более маленькими концентрическими диаметрами. Рабочее колесо 202 скользит в секции вала 204 таким образом, чтобы конец с отверстием передней кромки на ступице 252 упирался в заплечик для создания гладкой непрерывной поверхности для потока текучей среды. Кольцевая стопорная втулка с ближним концом с отверстием, имеющим больший диаметр, чем минимальный диаметр дальнего конца с отверстием, и выступающая наружу от отверстия 266 ступицы входит в зацепление с концом с отверстием, надежно удерживающим рабочее колесо 202 вплотную к заплечику на валу 204. Шайба и стопорная гайка, таким образом, крепят втулку. Дальняя секция вала 204 имеет резьбу для стопорной гайки таким образом, чтобы стандартный ключ (не показан) и комбинация пазов синхронно входили в зацепление с рабочим колесом 202 на валу 204.
[0055] Втулка подшипника вставляется в центральную кольцевую часть корпуса 252 ступицы. Сборка завершается посредством вставки части вала, имеющего втулку, проходящей через подшипник так, чтобы зазор между ступицами 252 и 243 составлял приблизительно 1/8 дюйма. Отверстие 266 в носовом конце неподвижной ступицы 243 предусматривает выход для воды, промывающей вокруг внешнюю часть подшипника. Подшипник является самосмазывающимся, самоохлаждающимся и самопромывающимся, типичным для подшипников, используемых в применении для судов.
[0056] Альтернативным применением подшипников для больших судов является установка подшипника в направляющих лопатках и использование рабочего колеса, расположенного в секции контр-рычага вала, проходящего за корпусом подшипника, расположенного в опоре направляющих лопаток.
[0057] Вал также может быть размещен в корпусе вала в форме крыловидного профиля для обеспечения минимального сопротивления потоку на входе водозаборника, поддерживаемого направляющими лопатками перед рабочим колесом, образующими опорную конструкцию. Масса этого корпуса, предусмотренного в характеристике потока водозаборника может обеспечить меньшее сопротивление потоку на входе водозаборника, чем неподкрепленный вал, так как он останавливает воздействия скоростей вращения вала, предварительно вращающего поток, к переднему сечению рабочего колеса.
[0058] Средство для соединения кожуха секции рабочего колеса с корпусом 104 водозаборника и корпуса 401 верхней направляющей насадки с направляющей насадкой 402 нагнетательного корпуса содержит идентичные зажимные кольца или фланцы под болты, которые затягиваются болтами без зажима, насаженного на сопряженные фланцы, прикрепленные к соответствующим секциям. Зажим обычно содержит две полукруглых рифленые детали, скрепленные на шарнире. Дополнительные соединяющие средства содержат соответствующие соединители фланцев между рабочим колесом 251 и корпусом 242 диффузора, использующие фланцы и кожух диффузора и нагнетательный кожух, использующий фланцы. Между ними используется предпочтительно резиновый уплотнитель, прокладка или уплотнительное кольцо. Предпочтительно, конструкция движительной системы 10 такова, что рулевое средство 28 с корпусом находится в центре поверх секции корпуса насоса. Секции корпуса также соединяются посредством фланцев.
[0059] Выпускная или нагнетательная секция 400, проходящая от линии C-C до линии E-E состоит из трех цилиндрических секций и обеспечивает две основные функции: ускорение текучей среды и средство для направления выходящего течения с возможностью поворота для обеспечения средства управления. Нагнетательная секция 400 включает дополнительные углы предпочтительно в 60 градусов для того, чтобы точка выхода была горизонтально выровнена с нижней частью корпуса транспортного средства 12.
[0060] Первая секция, проходящая посредине от линии C-C, представляет собой наклонный цилиндрический корпус 291. Корпус 400 содержит часть 293, выполненную с возможностью поворота, которая может поворачиваться горизонтально на 360 градусов. Вторая секция 293 с возможностью поворота и наклонная секция соединены подшипниковым узлом. Подшипниковый узел содержит внутреннее кольцо, прикрепленное к наружной поверхности корпуса 291, наружное кольцо, прикрепленное к внешней поверхности секции и опорное кольцо между ними.
[0061] Рулевое устройство 28 связывает колонку управления на морском судне с секцией, выполненной с возможностью поворота, водометного движительного комплекса согласно настоящему изобретению. Рулевой привод содержит рулевую тягу, содержащую втулочный подшипник и первый и второй универсальный шарнир. Второй универсальный шарнир, установленный сверху рулевой тяги под углом, проходящим через внутреннюю часть корпуса 291, функционально связан с поворачивающейся секцией посредством лопаточных спиц. Угол лопаточных спиц рассчитан и установлен таким образом, чтобы не создавать препятствия потоку.
[0062] Третья секция нагнетателя 400 представляет собой корпус с дополнительным углом, прикрепленный к секции, упоминаемой ранее, и выходящий за линию E-E. Корпус 291 содержит нижнюю направляющую насадку 402 и спроектирован сменным для обеспечения возможности выбора направляющей насадки, определенного эксплуатационными параметрами. Площадь поперечного сечения рулевого узла 291 в нагнетательном участке 400 предпочтительно пропорциональна площади поперечного сечения впускного отверстия рабочего колеса в соотношении приблизительно от 0,25 до приблизительно 0,50:1. Регулируя входной диаметр рулевого узла 291 для согласования объемной массы внутренних механизмов вала рулевого привода, лопаточных спиц и лопаток управления потоком в объеме потока, предпочтительно в соотношении приблизительно от 0,30 до приблизительно 0,40:1, но оптимально приблизительно 0,35:1, внутренние поверхности нагнетательной направляющей насадки являются гладкими и сходятся к площади поперечного сечения выпускного отверстия.
[0063] Нижняя направляющая насадка 402 содержит одну или несколько спрямляющих лопаток, предпочтительно прикрепленных перпендикулярно к внутренней поверхности секции. Спрямляющие лопатки предназначены для ослабления завихрения и обеспечения условий для устойчивого ламинарного столба пропускаемой воды для нагнетания из комплекса 10. Кроме того, направляющая насадка 402 содержит кольцо, прикрепленное к наружному краю направляющей насадки. Кольцо искусственно усиливает движущую реакцию воды, нагнетаемой через направляющую насадку 401 посредством завихрений по краям кольца для обеспечения плавного перемещения выходящей воды.
[0064] Внутренняя характеристика потока верхней поворотной направляющей насадки 401 может согласовывать объемное водоизмещение вала 501 рулевого привода по поперечному сечению посредством регулировки формы верхней направляющей насадки 401. Это может обеспечить ничем не ограниченное перемещение потока с задней части лопатки диффузора 244 через верхнюю направляющую насадку 401 к нижней направляющей насадке 402 узла направляющей насадки и поддерживание правильного объема потока и скорости к поворотной направляющей насадке. Невыполнение этого может создать изменения в характеристике потока в системе, приводящее к турбулентному потоку, вызывающему противодавление. Это может вызвать изменение надлежащего давления в потоке к поворотной направляющей насадке, приводящее к созданию турбулентного потока и противодавления, влияющих на эффективность диффузора 242, что будет снижать общую эффективность системы и вызовет возможный отказ системы. Благодаря введению скругления верхней направляющей насадки 401, будут уменьшены сопротивление потока и работа с измененным выходным скруглением диффузора/конфузора для повышения эффективности потока посредством верхней направляющей насадки 401. Увеличение эффективности непосредственно связано с радиальной длиной коленчатой формы верхней направляющей насадки 401 и улучшенными скоростями внутреннего потока, полученными посредством увеличения радиальной длины.
[0065] Внутренняя характеристика потока рулевого подшипникового узла 291 поворотной направляющей насадки может согласовываться с объемным водоизмещением вала 501 рулевого привода и ребер крестовины по поперечному сечению посредством регулировки формы рулевого подшипникового узла. Это может обеспечить ничем не ограниченное перемещение потока из верхней направляющей насадки 401 через подшипниковый узел к нижней направляющей насадке 402 узла направляющей насадки и поддерживание правильного объема потока и скоростей к поворотной направляющей насадке. Невыполнение этого может создать изменение в характеристике потока в системе, приводящее к турбулентному потоку, вызывающему противодавление. Это может вызвать изменение надлежащего давления в потоке к поворотной направляющей насадке, приводящее к созданию турбулентного потока и противодавления, и снижению эффективности.
[0066] Внутренняя характеристика потока нижней направляющей насадки 402 может согласовывать объемное водоизмещение спрямляющих лопаток по поперченному сечению посредством регулировки формы нижней направляющей насадки. Это может обеспечить ничем не ограниченное перемещение потока из подшипникового узла к точке выхода нижней направляющей насадки и поддерживание правильного объема потока и скорости к поворотной направляющей насадке. Невыполнение этого может создать изменение в характеристике потока в системе, приводящее к снижению эффективности.
[0067] Спрямляющие лопатки 403 нижней поворотной направляющей насадки 402 могут выполняться по всей длине скругления для размещения в этом же скруглении в качестве наружных стенок направляющей насадки. Это может обеспечить более плавный переход для направления выходящего перемещения потока через скругление направляющей насадки и снижает создание турбулентности в повороте скругления направляющей насадки, улучшая проточную эффективность. Характеристика внутреннего потока направляющей насадки может учитывать любую из спрямляющих лопаток по поперечному сечению посредством регулировки формы направляющей насадки для обеспечения свободного потока через направляющую насадку. Как и в случае верхней направляющей насадки 401, увеличение скругления нижней направляющей насадки 402 снизит сопротивление потоку и повысит эффективность потока через нижнюю направляющую насадку. Увеличение эффективности напрямую связано с радиальной длиной коленчатой формы нижней натравляющей насадки 402 и со скоростями внутреннего потока. Возможность замены нижней направляющей насадки 402 обеспечивает возможность регулирования высоты выходящего истечения посредством применения направляющих насадок с различной длиной скругления, что в свою очередь поднимает или опускает точку выхода истечения, изменяя точку тяги и ее воздействие на судно по отношению к изменению радиальной длины нижней направляющей насадки.
[0068] Убирающаяся поворотная лопатка 405 в нижней направляющей насадке 402 может помочь в выдерживании курса и лучшем управлении морскими судами с корпусами с малым углом килеватости. Убирающаяся поворотная лопатка 405 будет убираться в поворотную направляющую насадку при своем столкновении с любыми препятствиями в воде, будь то животное или минерал. Диаметр корпуса нижней поворотной направляющей насадки согласуется по размеру с объемной массой внутренних механизмов убирающейся повторной лопатки 305 в объеме потока.
[0069] Нагнетательный корпус 400 также содержит воздухоотводное отверстие, высверленное на одной линии с концом ступицы 243 диффузора, так что захваченный воздух, введенный в комплекс 10, может выйти, и комплекс 10 может быть самозаполняющимся. Поток из воздухоотводного отверстия может выйти в атмосферу или в корпус 500 выхлопа.
[0070] Функция управления нагнетательной секцией 400 выполняется посредством направления тяги направляющей насадки, как это предусмотрено в рулевом устройстве 28. Элементы, задающие направление, связаны с работой направляющей насадки в положении F, R, и радиальных положениях между ними.
[0071] Реверсивный бампер 700 с резиновым протектором 701 может предназначаться для защиты узла 409 поворотной направляющей насадки от повреждения сзади, или при движении судна в обратном направлении, или в качестве крепления для буксировки.
[0072] Гидравлическое выравнивающее устройство 600, включающее компоненты 601, 602 и 603 гидравлического шарикового шарнира, показанное на фиг. 9 и 10, может обеспечить возможность выравнивания судна вверх или вниз без чрезмерного влияния на эффективность потока привода. Имеющееся в наличии выравнивающее устройство 600 может допускать изменение приблизительно на 20 градусов вверх или вниз в позиционировании выходящей струи направляющей насадки. Внутренняя характеристика потока гидравлического выравнивающего устройства 600 может быть параллельной, а скорости входящего и выходящего потока выравнивающего устройства могут быть равными, насколько это возможно. Выравнивающее устройство 600 может быть предусмотрено с кожухом выходного устройства или без него.
[0073] Судовой водометный движительный комплекс 10 согласно настоящему изобретению предпочтительно изготавливается и собирается из нержавеющей стали, выбираемой для его прочности и стойкости к свойствам коррозии, однако, некорродирующий инженерный алюминий или пластмасса, имеющая хорошую силу сцепления, ударную вязкость и конструкционную прочность, также пригодны для одной или нескольких частей движительного комплекса 10.
[0074] Следует иметь в виду, что эффективность судовой водометной движительной системы 10 зависит от синергетической взаимосвязи функции от каждого конкретного участка. Каждая секция должна изготавливаться и собираться пропорционально и симметрично с учетом заданного требуемого давления и уравновешивания потока, необходимых для того, чтобы позволить водометному движительному комплексу 10 функционировать эффективно.
[0075] Предсказуемость эксплуатационных параметров в отношении требуемой мощности водометного движительного комплекса 10 позволяет комплексу точно регулировать конкретный первичный двигатель, соблюдая критерии проектирования лопастей рабочих колес, соответствующих лопаток диффузора и направляющей насадки.
[0076] Вышеприведенное описание изобретения является иллюстративным и поясняющим. Специалисты в данной области техники могут сталкиваться с различными изменениями в материалах, устройствах и конкретных применяемых частях. Предполагается, что все такие вариации в пределах объема и сущности прилагаемой формулы изобретения охватываются ею.
1. Туннельный винтовой водометный движитель для морского судна, содержащий:
впускной корпус;
корпус рабочего колеса;
корпус диффузора/конфузора;
нагнетательный корпус;
поворотную направляющую насадку; и
несколько внутренних компонентов корпуса,
при этом впускной корпус, корпус рабочего колеса, корпус диффузора/конфузора, нагнетательный корпус и поворотная направляющая насадка создают путь потока для течения воды на основе объемной массы, при этом путь потока имеет длину и площадь осевого поперечного сечения, причем площадь осевого поперечного сечения пути потока варьируется по всей длине для согласования объемной массы нескольких внутренних компонентов корпуса, выполняя одновременно с этим регулярное снижение объема воды, поступаемого из впускного корпуса к нагнетательному корпусу, при этом путь потока уменьшает турбулентность и улучшает характер твердого состояния при истечении для течения воды.
2. Туннельный винтовой водометный движитель для морского судна по п.1, отличающийся тем, что несколько внутренних компонентов корпуса содержат лопасти рабочего колеса, лопатки диффузора/конфузора, спрямляющие поток лопатки, приводной вал и поворотный вал с расположением лопаток.
3. Туннельный винтовой водометный движитель для морского судна по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит
увеличенное скругление, при этом увеличенное скругление предусмотрено в точке перехода между корпусом диффузора/конфузора и поворотной направляющей насадкой, обеспечивая таким образом менее угловатый переход от корпуса диффузора/конфузора к верхнему участку поворотной направляющей насадки.
4. Туннельный винтовой водометный движитель для морского судна по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит
корпус выхлопа, при этом корпус выхлопа представляет собой наружный корпус, окружающий корпус рабочего колеса, корпус диффузора, верхний участок нагнетательного корпуса и нижний участок поворотной направляющей насадки, при этом корпус выхлопа направляет выхлопы от источника энергии, передавая таким образом остаточное тепло из корпуса диффузора/конфузора к верхнему участку поворотной направляющей насадки.
5. Туннельный винтовой водометный движитель для морского судна по п.1, отличающийся тем, что поворотная направляющая насадка является сменной для обеспечения регулировок поворотной направляющей насадки.
6. Туннельный винтовой водометный движитель для морского судна по п.1, отличающийся тем, что поворотная направляющая насадка содержит убирающуюся определяющую направление лопатку, поддерживающую поворотную направляющую насадку в прямом положении, когда морское судно находится в движении.
7. Туннельный винтовой водометный движитель для морского судна по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит
впускные спрямляющие лопатки, при этом впускные спрямляющие лопатки расположены на любой стороне впускного корпуса, причем впускные спрямляющие лопатки направляют течение воды из впускного входного отверстия к корпусу рабочего колеса.
8. Туннельный винтовой водометный движитель для морского судна по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит
сменную направляющую насадку истечения, при этом сменная направляющая насадка истечения прикреплена с возможностью снятия к концу поворотной направляющей насадки, при этом сменная направляющая насадка истечения имеет диаметр от входного сечения к выходному сечению, пропорциональный необходимому отношению объемной скорости, регулируемой так, чтобы точно контролировать требуемое истечение.
9. Туннельный винтовой водометный движитель для морского судна по п.8, отличающийся тем, что дополнительно содержит
спрямляющие лопатки сменной направляющей насадки, при этом спрямляющие лопатки сменной направляющей насадки расположены вокруг внутренней части сменной направляющей насадки истечения, контролируя таким образом течение воды через скругление поворотной направляющей насадки.
10. Туннельный винтовой водометный движитель для морского судна, содержащий
секцию рабочего колеса, при этом секция рабочего колеса имеет первую ступицу и несколько лопастей рабочего колеса, причем каждая из нескольких лопастей рабочего колеса закреплена с возможностью снятия вдоль наружу сужающейся выпуклой поверхности первого участка ступицы.
11. Туннельный винтовой водометный движитель для морского судна по п.10, отличающийся тем, что наружная сужающаяся выпуклая поверхность первого участка ступицы содержит стопорную шайбу лопастей для прикрепления лопастей рабочего колеса к первому участку ступицы.
12. Туннельный винтовой водометный движитель для морского судна по п.10, отличающийся тем, что лопасти рабочего колеса содержат выпуклую наружную поверхность, выпуклую внутреннюю поверхность, короткую заднюю кромку, длинную переднюю кромку, стороны с широкими поверхностями, имеющие среднюю точку и толщину, обеспечивая максимальное воздействие на проходящую текучую среду.
13. Туннельный винтовой водометный движитель для морского судна по п.10, отличающийся тем, что дополнительно содержит:
лопасти диффузора/конфузора и
удлинение ширины лопасти, при этом удлинение ширины лопасти проходит лопасти рабочего колеса сверх требуемой длины шага, увеличивая таким образом эффект шага лопастей рабочего колеса, стабилизируя одновременно с этим перемещение потока назад к лопастям рабочего колеса в подготовке к подхватыванию передними кромками лопастей диффузора/конфузора, при этом лопасти диффузора/конфузора предназначены для принятия потока при изменяющихся ускоряющихся скоростях от удлинения ширины лопасти.
14. Туннельный винтовой водометный движитель для морского судна по п.10, отличающийся тем, что дополнительно содержит
секцию диффузора/конфузора, при этом секция диффузора/конфузора имеет второй участок ступицы и несколько лопаток диффузора, причем каждая из нескольких лопаток диффузора закреплена с возможностью снятия к фасонной поверхности второго участка ступицы.
15. Туннельный винтовой водометный движитель для морского судна по п.10, отличающийся тем, что дополнительно содержит:
впускной корпус;
корпус рабочего колеса, при этом секция рабочего колеса содержит корпус рабочего колеса;
корпус диффузора/конфузора;
нагнетательный корпус;
поворотную направляющую насадку; и
несколько внутренних компонентов корпуса,
при этом впускной корпус, корпус рабочего колеса, корпус диффузора/конфузора, нагнетательный корпус и поворотная направляющая насадка создают путь потока для течения воды на основе объемной массы, при этом путь потока имеет длину и площадь осевого поперечного сечения, причем площадь осевого поперечного сечения пути потока варьируется по всей длине для согласования объемной массы нескольких внутренних компонентов корпуса, выполняя одновременно с этим регулярное снижение объема воды, поступаемого из впускного корпуса к нагнетательному корпусу, при этом путь потока уменьшает турбулентность и улучшает характеристику твердого состояния при истечении для течения воды.
16. Туннельный винтовой водометный движитель для морского судна, содержащий:
секцию рабочего колеса, при этом секция рабочего колеса имеет участок ступицы, несколько лопастей рабочего колеса и удлинение ширины лопасти, при этом удлинение ширины лопасти проходит лопасти рабочего колеса сверх требуемой длины шага, увеличивая таким образом эффект шага лопастей рабочего колеса, при этом удлинение ширины лопасти стабилизирует перемещение проходящего назад потока удлинения ширины лопасти для улучшения характеристики твердого состояния проходящего потока.
17. Туннельный винтовой водометный движитель для морского судна по п.16, отличающийся тем, что дополнительно содержит:
впускной корпус;
корпус рабочего колеса, при этом секция рабочего колеса содержит корпус рабочего колеса;
корпус диффузора/конфузора;
нагнетательный корпус;
поворотную направляющую насадку; и
несколько внутренних компонентов корпуса,
при этом впускной корпус, корпус рабочего колеса, корпус диффузора/конфузора, нагнетательный корпус и поворотная направляющая насадка создают путь потока для течения воды на основе объемной массы, при этом путь потока имеет длину и площадь осевого поперечного сечения, причем площадь осевого поперечного сечения пути потока варьируется по всей длине для согласования объемной массы нескольких внутренних компонентов корпуса, выполняя одновременно с этим регулярное снижение объема воды, поступаемого из впускного корпуса к нагнетательному корпусу, при этом путь потока уменьшает турбулентность и улучшает характеристику твердого состояния при истечении для течения воды.
18. Туннельный винтовой водометный движитель для морского судна, содержащий:
секцию рабочего колеса, при этом секция рабочего колеса имеет участок ступицы, несколько лопастей рабочего колеса, при этом несколько лопастей рабочего колеса имеют заднюю кромку и выходной угол; и
секцию диффузора/конфузора, при этом секция диффузора/конфузора имеет участок ступицы и несколько съемных и сменных лопаток диффузора, причем несколько лопаток диффузора имеют переднюю кромку и входной угол, при этом выходной угол задней кромки лопастей рабочего колеса соответствует входному углу передней кромки лопаток диффузора, обеспечивая меньшую турбулентность потока воды при перемещении от лопастей рабочего колеса к лопаткам диффузора, улучшая характеристику твердого состояния течения воды.
19. Туннельный винтовой водометный движитель для морского судна по п.18, отличающийся тем, что лопатки диффузора имеют форму аэродинамического профиля с увеличенным скруглением для обеспечения менее угловатого перемещения потока назад к лопастям рабочего колеса, снижая турбулентность и улучшая характер твердого состояния для течения потока.
20. Туннельный винтовой водометный движитель для морского судна по п.18, отличающийся тем, что лопатки диффузора содержат первый участок и сторону кромки, при этом первый участок везде имеет равномерную толщину, а сторона кромки является тупой или заостренной и имеет разную толщину от первого участка.
21. Туннельный винтовой водометный движитель для морского судна по п.18, отличающийся тем, что дополнительно содержит:
впускной корпус;
корпус рабочего колеса, при этом секция рабочего колеса содержит корпус рабочего колеса;
корпус диффузора/конфузора;
нагнетательный корпус;
поворотную направляющую насадку; и
несколько внутренних компонентов корпуса,
при этом впускной корпус, корпус рабочего колеса, корпус диффузора/конфузора, нагнетательный корпус и поворотная направляющая насадка создают путь потока для течения воды на основе объемной массы, при этом путь потока имеет длину и площадь осевого поперечного сечения, причем площадь осевого поперечного сечения пути потока варьируется по всей длине для согласования объемной массы нескольких внутренних компонентов корпуса, выполняя одновременно с этим регулярное снижение объема воды, поступаемого из впускного корпуса к нагнетательному корпусу, при этом путь потока уменьшает турбулентность и улучшает характер твердого состояния при истечении для течения воды.
22. Туннельный винтовой водометный движитель для морского судна по п.18, отличающийся тем, что дополнительно содержит:
увеличенное скругление, при этом увеличенное скругление предусмотрено в точке перехода между корпусом диффузора/конфузора и узла управления поворотной направляющей насадкой, обеспечивая таким образом менее угловатый переход турбулентного потока воды от диффузора/конфузора к верхнему участку поворотной направляющей насадки.
23. Туннельный винтовой водометный движитель для морского судна, содержащий:
корпус диффузора/конфузора;
нагнетательный корпус;
поворотную направляющую насадку; и
гидравлическое выравнивающее устройство, при этом гидравлическое выравнивающее устройство выровнено между корпусом диффузора и верхним участком выпускного корпуса поворотной направляющей насадки, при этом гидравлическое выравнивающее устройство содержит гидравлические шариковые шарниры для обеспечения выравнивания морского судна выше и ниже.
24. Туннельный винтовой водометный движитель для морского судна по п.23, отличающийся тем, что дополнительно содержит:
впускной корпус;
корпус рабочего колеса, при этом секция рабочего колеса содержит корпус рабочего колеса; и
несколько внутренних компонентов корпуса,
при этом впускной корпус, корпус рабочего колеса, корпус диффузора/конфузора, нагнетательный корпус и поворотная направляющая насадка создают путь потока для течения воды на основе объемной массы, при этом путь потока имеет длину и площадь осевого поперечного сечения, причем площадь осевого поперечного сечения пути потока варьируется по всей длине для согласования объемной массы нескольких внутренних компонентов корпуса, выполняя одновременно с этим регулярное снижение объема воды, поступаемого из впускного корпуса к нагнетательному корпусу, при этом путь потока уменьшает турбулентность и улучшает характер твердого состояния при истечении для течения воды.
