Конструкции рабочего колеса водометных движителей (водометов)
В настоящее время разработано и проверено на практике несколько конструкций водометных движителей для различных сочетаний мощности и скорости. Данные по этим водометам могут быть использованы как для проверки результатов расчета по любой методике, так и в качестве прототипа при проектировании нового движителя. В последнем случае общие параметры моторного судна можно определить любым доступным методом.
Однако расчет элементов движителя по известным формулам подобия не всегда возможен, так как эти формулы учитывают, как правило, изменение только одного параметра, в то время как практически изменяются все исходные данные — мощность, число оборотов, скорость. В таких случаях можно пользоваться приведенными ниже формулами, которые были получены на основании известных зависимостей для определения диаметра и шага гребного винта.
Если обозначить все данные мотолодки-прототипа с индексом «О», то для проектируемого судна определяют:
диаметр рабочего колеса
шаг рабочего колеса
Поясним методику использования этих формул на примере. Принимая в качестве прототипа водометный движитель, представленный на рис. 4, определим элементы движителя для катера со скоростью хода v = 50 км/час, двигателем мощностью 52 л. с. с числом оборотов 3600 об/мин:
диаметр рабочего колеса
шаг рабочего колеса
Н = 0,130(50 · 3600/31 · 3500) = 0,215 м.
Реальные величины, принятые для данного катера (мотолодка «Кама», оборудованная двигателем «М-20» мощностью 52 л. с.), равны D = 0,218; Н = 0,210 м, т. е. описанный метод пересчета обеспечивает вполне удовлетворительную точность.
Дисковое отношение рабочего колеса водометного движителя выбирается, в основном, исходя из условий прочности и максимального упора на швартовах, равного 6-8,5 кг/л. с. При обычно принимаемом числе лопастей z = 4 и рекомендуемой ниже относительной толщине их профиля дисковое отношение составляет 0,6-0,8, причем большие значения относятся к более нагруженным движителям. В целях минимизации концевых потерь вследствие перетекания воды через край лопастей и для предотвращения кавитации зазор между краем лопасти и водометной трубой должен быть минимальным (не более 0,5-1,0 мм) по всему периметру края лопасти. Этому условию в наибольшей степени удовлетворяют лопасти в виде симметричного сектора с обработанным по радиусу краем. Такую форму чаще всего и применяют для лопастей рабочего колеса водомета.
Многочисленные теоретические исследования и практика показали, что лучший профиль сечений лопасти — сегментный, в котором максимальная толщина расположена посредине (рис. 6).
Рис. 6. Сегментное сечение лопасти.
Относительную толщину профиля (отношение толщины лопасти к ее ширине на данном радиусе) можно несколько уменьшить по сравнению с гребным винтом: от 0,06-0,08 у корневых сечений до 0,02-0,04 у крайних, в зависимости от материала. Ступица рабочего колеса для обеспечения необходимой скорости протекания воды развита больше, чем у обычных гребных винтов; ее относительный диаметр обычно составляет
dст/D = 0,30 — 0,45,
где меньшие значения относятся к более быстроходным судам. Форма ступицы должна обеспечить плавность перехода от гребного вала к ступице и далее к втулке подшипника и обтекателю (при его наличии).
В качестве примера на рис. 7 приведен чертеж рабочего колеса водометного движителя, показанного на рис. 4.
Рис. 7. Рабочее колесо водометного движителя. D — 0,178 м; Н = 0,130 м; H/D = 0,73; θ = 0,6; z = 4.
Крепление колеса на валу в данном случае осуществляется сквозным штифтом Ø 6 мм (для более мощных двигателей применяется шпонка).
В целях упрощения конструкции колеса переднюю часть его ступицы можно сделать в виде отдельного легкого обтекателя, однако в этом случае на гребном валу должен быть выполнен буртик у носового конца ступицы для восприятия упора рабочего колеса. Материалы и способы изготовления рабочих колес водометных движителей такие же, как и гребных винтов. Следует только учитывать, что в данном случае необходима более высокая точность изготовления, особенно это касается диаметра колеса.
