RU202199U1

RU202199U1 - Propeller head

Info

Publication number: RU202199U1
Application number: RU2020130183U
Authority: RU
Inventors: Игорь Сергеевич Ковалев
Original assignee: Игорь Сергеевич Ковалев
Priority date: 2020-09-14
Filing date: 2020-09-14
Publication date: 2021-02-05

Abstract

Полезная модель относится к конструкциям движителей для надводного и подводного транспорта и может быть использована на пассажирских, транспортных и военных кораблях, подводных лодках, катерах, яхтах и торпедах.Насадка с размещенным в ней гребным винтом образована набором колец с осью симметрии, совпадающей с осью вращения гребного винта, соединенных гребенками между собой и с кормовой частью корпуса судна. Каждое кольцо насадки имеет в поперечном сечении профиль подводного крыла или профиль изогнутой пластины или выполнено в виде боковой поверхности усеченного конуса. Насадка создает дополнительный упор для движения корпуса судна и повышает КПД гребного винта. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.The utility model relates to the design of propellers for surface and underwater transport and can be used on passenger, transport and military ships, submarines, boats, yachts and torpedoes. a propeller connected by combs to each other and to the aft part of the ship's hull. Each ring of the nozzle has a cross-sectional profile of a hydrofoil or a profile of a curved plate or is made in the form of a lateral surface of a truncated cone. The nozzle creates an additional support for the movement of the ship's hull and increases the efficiency of the propeller. 2 wp f-ly, 6 dwg

Description

Полезная модель относится к конструкциям движителей для надводного и подводного транспорта и может быть использована на пассажирских, транспортных, военных кораблях, подводных лодках, катерах, яхтах и торпедах.The utility model relates to the design of propellers for surface and underwater transport and can be used on passenger, transport, military ships, submarines, boats, yachts and torpedoes.

Гребной винт является основным из созданных человеком движителей плавательных средств и позволяет перемещать по водной поверхности морей и океанов, занимающих 70% поверхности Земли, суда с водоизмещением в сотни тысяч тонн. Тем не менее КПД гребного винта недостаточно высок (50-60%)и имеет тенденцию к снижению при увеличении скорости движения. Это происходит вследствие неизбежного при вращении лопастей гребного винта центробежного отбрасывания части набегающего на винт потока воды в радиальном направлении и эта часть не создает упора для движения судна, а вся ее кинетическая энергия тратится на бесполезную турбулизацию водного объема и за судном всегда тянется пенная полоса взбаламученной воды, которая сохраняется долго - даже после ухода судна за горизонт.The propeller is the main man-made propulsion system for floating facilities and allows ships with a displacement of hundreds of thousands of tons to move across the water surface of seas and oceans that occupy 70% of the Earth's surface. Nevertheless, the efficiency of the propeller is not high enough (50-60%) and tends to decrease with increasing speed. This is due to the inevitable centrifugal rejection of a part of the water flow on the propeller in the radial direction during the rotation of the propeller blades, and this part does not create a stop for the movement of the vessel, and all its kinetic energy is spent on useless turbulization of the water volume and a foam strip of agitated water always stretches behind the vessel which persists for a long time - even after the vessel leaves the horizon.

Известны насадки гребных винтов, повышающие эффективность их работы, которые устанавливаются перед гребными винтами для снижения потерь мощности и получения эклономии судового топлива. Эти насадки изменяют профиль скоростного поля водного потока перед гребным винтом, создавая более благоприятные условия для его работы, например, насадка Мьюиса или насадка Шнееклюта (1). Однако создаваемая при использовании этих насадок экономия судового топлива невелика и составляет около 3,5%.Known nozzles for propellers, which increase the efficiency of their work, which are installed in front of the propellers to reduce power losses and obtain marine fuel economy. These nozzles change the profile of the velocity field of the water flow in front of the propeller, creating more favorable conditions for its operation, for example, the Mewis nozzle or the Schneeklut nozzle (1). However, the saving of marine fuel created when using these nozzles is small and amounts to about 3.5%.

Наиболее близким к предложенной полезной модели техническим решением, принятым в качестве прототипа, является кольцевая насадка Корта (1), которая закрепляется на корме судна и внутри которой размещается гребной винт. Эта насадка позволяет увеличить силу упора судна на 6% и защитить гребной винт от повреждения посторонними предметами, однако увеличение КПД гребного винта в данном случае отсутствует.The closest technical solution to the proposed utility model, adopted as a prototype, is the Kort annular nozzle (1), which is fixed at the stern of the vessel and inside which the propeller is placed. This nozzle allows you to increase the thrust force of the vessel by 6% and protect the propeller from damage by foreign objects, however, there is no increase in the efficiency of the propeller in this case.

Целью предложенной полезной модели является повышение эффективности работы гребного винта путем создания дополнительного упора в результате преобразования радиального потока воды, создаваемого при вращении гребного винта, в соостный поток, создающий дополнительный упор и повышающий КПД гребного винта.The purpose of the proposed utility model is to increase the efficiency of the propeller by creating an additional stop as a result of converting the radial flow of water created during the rotation of the propeller into a coaxial flow, which creates an additional stop and increases the efficiency of the propeller.

Поставленная цель достигается в конструкции насадки для гребного винта, внутри которой размещен гребной винт и которая закреплена на кормовой части корпуса судна, тем, что насадка образована набором установленных друг за другом параллельных колец, оси симметрии которых совпадают с осью гребного винта, соединенных гребенками, выполненными в виде полос, размещенных параллельно оси вращения гребного вала. При этом каждое кольцо насадки в поперечном сечении имеет профиль подводного крыла или профиль изогнутой пластины или является боковой поверхностью усеченного конуса.This goal is achieved in the design of the propeller nozzle, inside which the propeller is located and which is fixed on the aft part of the ship's hull, in that the nozzle is formed by a set of parallel rings installed one after another, the axes of symmetry of which coincide with the axis of the propeller, connected by combs made in the form of strips located parallel to the axis of rotation of the propeller shaft. In this case, each nozzle ring in cross section has a hydrofoil profile or a curved plate profile or is a lateral surface of a truncated cone.

Предложенная полезная модель поясняется схематическими чертежами, где на фиг. 1 представлена конструкция насадки (вид сбоку), на фиг. 2 - вид по стрелке А фиг. 1, на фиг. 3-поперечный разрез кольца насадки в виде подводного крыла, на фиг. 4 -поперечный разрез кольца насадки в виде изогнутой пластины, на фиг. 5 - поперечный разрез кольца насадки в виде боковой поверхности конуса и на фиг. 6 представлена гребенка для крепления колец насадки.The proposed utility model is illustrated by schematic drawings, where FIG. 1 shows the design of the nozzle (side view), FIG. 2 is a view along arrow A of FIG. 1, FIG. 3 is a cross-section of the hydrofoil nozzle ring, FIG. 4 is a cross-section of a nozzle ring in the form of a curved plate, FIG. 5 is a cross-section of a nozzle ring in the form of a lateral surface of a cone, and FIG. 6 shows a comb for attaching the nozzle rings.

Гребной винт 1 находится внутри насадки 2, закрепленной на кормовой части 3 судна и состоящей из колец 4, соединенных гребенками 5.The propeller 1 is located inside the nozzle 2, fixed on the stern 3 of the vessel and consisting of rings 4, connected by combs 5.

Предложенная конструкция полезной модели работает следующим образом.The proposed construction of the utility model works as follows.

Поток воды, создаваемый гребным винтом в осевом направлении, получает кинетическую энергию от гребного винта и создает упор для движения судна. На это расходуется полезная часть энергии, подводимой к гребному винту. При вращении лопастей гребного винта часть потока воды получает действием центробежных сил ускорение в радиальном направлении, перпендикулярном направлению осевого потока. Эта часть затраченной энергии гребного винта не создает полезной работы и расходуется только на турбулизацию объема воды. Проходя через насадку, образованную кольцами 4, эта часть потока воды меняет свое направление и отдает при этом значительную часть своей кинетической энергии кольцам 4 (фиг. 1 и 3), создавая на кольцах 4, имеющих в сечении профиль подводного крыла, подъемную силу Fyп., образующую дополнительный упор для судна. Этот дополнительный упор создается не только при выполнении колец 4 в поперечном сечении в виде подводного крыла, но и при выполнении колец 4 в поперечном сечении в виде изогнутой пластины (фиг. 4) или боковой поверхности конуса (фиг. 5). Дополнительная сила упора передается от колец 4 через гребенки 5 корпусу судна 3 (фиг. 1). Использование насадки предложенной конструкции позволяет существенно уменьшить долю энергии, которая тратилась бесполезно на перемешивание объема воды, окружающей гребной винт 1, что увеличивает КПД гребного винта. Конструкция предложенной насадки может быть значительно упрощена, если кольца 4 изготавливать в поперечном сечении в виде изогнутой пластины (фиг. 4) или в виде боковой поверхности конуса (фиг. 5). Получаемый при этом дополнительный упор будет меньше, чем в случае сечения колец 4 в виде подводного крыла (фиг. 3), но упрощение конструкции и трудоемкости изготовления колец 4 компенсирует этот недостаток.The flow of water created by the propeller in the axial direction receives kinetic energy from the propeller and creates a stop for the movement of the vessel. This consumes a useful part of the energy supplied to the propeller. When the propeller blades rotate, part of the water flow is accelerated by centrifugal forces in the radial direction perpendicular to the direction of the axial flow. This part of the spent energy of the propeller does not create useful work and is spent only on turbulization of the water volume. Passing through the nozzle formed by the rings 4, this part of the water flow changes its direction and at the same time gives up a significant part of its kinetic energy to the rings 4 (Figs. 1 and 3), creating on the rings 4, which have a hydrofoil profile in section, the lifting force Fyp. forming an additional emphasis for the vessel. This additional stop is created not only when the rings 4 are made in the cross section in the form of a hydrofoil, but also when the rings 4 are made in the cross section in the form of a curved plate (Fig. 4) or the side surface of a cone (Fig. 5). Additional thrust force is transmitted from the rings 4 through the combs 5 to the ship's hull 3 (Fig. 1). The use of the nozzle of the proposed design can significantly reduce the share of energy that was wasted on mixing the volume of water surrounding the propeller 1, which increases the efficiency of the propeller. The design of the proposed nozzle can be greatly simplified if the rings 4 are made in cross-section in the form of a curved plate (Fig. 4) or in the form of a lateral surface of a cone (Fig. 5). The resulting additional stop will be smaller than in the case of the section of the rings 4 in the form of a hydrofoil (Fig. 3), but the simplification of the design and the complexity of manufacturing the rings 4 compensates for this disadvantage.

Предложенная конструкция насадки гребного винта обладает преимуществами решетчатых крыльев (2), хорошо изученных и используемых в авиации и ракетной технике. К этим преимуществам можно отнестиThe proposed design of the propeller nozzle has the advantages of lattice wings (2), which are well studied and used in aviation and rocket technology. These benefits include

- плавное безотрывное обтекание крылового профиля на больших углах атаки (40-50 град.),- smooth continuous flow around the airfoil at high angles of attack (40-50 degrees),

- возможность получения большой суммарной площади контакта колец 4 с радиальным потоком воды в малом объеме. Установка колец 4 предложенной насадки друг за другом при их параллельном размещении не создает существенного увеличения сопротивления формы насадки в целом. При этом поступательное движение корпуса судна генерирует эффект «сдува пограничного слоя» с верхней поверхности профиля лопаток 4 (фиг. 3).- the possibility of obtaining a large total area of contact of rings 4 with a radial flow of water in a small volume. The installation of the rings 4 of the proposed packing one after the other with their parallel placement does not create a significant increase in the resistance of the shape of the packing as a whole. In this case, the translational movement of the ship's hull generates the effect of "blowing off the boundary layer" from the upper surface of the blade profile 4 (Fig. 3).

Предложенная насадка гребного винта является несложной по конструкции и может быть смонтирована и установлена на гребной винт в течении 1-2 дней без захода судна в сухой док.The proposed propeller nozzle is simple in design and can be mounted and installed on the propeller within 1-2 days without the ship entering the dry dock.

В итоге эффективность использования предложенной насадки выше в сравнении с известными конструкциями насадок и прототипа.As a result, the efficiency of using the proposed packing is higher in comparison with the known designs of the packing and the prototype.

ЛитератураLiterature

1. http://sudostroenie.info/novosti/24255.html статья «Устройства, улучшающие эффективность работы гребных винтов.1. http://sudostroenie.info/novosti/24255.html article “Devices that improve the efficiency of propellers.

2. С.М. Белоцерковский, А.А. Одновол, Ю.З. Сафин и др. Решетчатые крылья, М., Машиностроение, 1985 год, стр. 4-5.2.S.M. Belotserkovsky, A.A. Odnovol, Yu.Z. Safin et al. Lattice wings, M., Mechanical Engineering, 1985, pp. 4-5.

Claims

1. A propeller nozzle, inside which a propeller is placed, fixed on the stern of the ship, characterized in that the nozzle is formed by a set of parallel rings installed one after another, the axes of symmetry of which coincide with the axis of symmetry of the propeller, connected by combs made in the form of strips, placed parallel to the axis of rotation of the propeller.

2. A propeller nozzle according to claim 1, characterized in that each nozzle ring has a hydrofoil profile in cross-section.

3. A propeller nozzle according to claim 1, characterized in that each nozzle ring is made in the form of a lateral surface of a truncated cone.