喷水推进器.pdf

一 牛 f 喷水推进器 魏 晓巍 6 6 牛 簦垂筻 摘 要 本文主要彳 r 绍俄罗斯 维特 科学生产联合公司在喷水推进器方面的开发情况 文章列出了几型喷 水 推 进 器 的 主 要 性 能 参 数 捻 罨 关 键 词 堕 兰 苎 兰 堡 坠 生 糖 最 喷水推进器如今一致被公认是传统螺旋桨的一 种替代品 其结构简单 布置方便 应用范 围正在不 断扩大 已不仅限于小型浅吃水船 喷水推进船舶具 有高度机动性和 良好的倒航性 能 没有附体 可在最 小吃水时工作 这些特点使 喷水推进器 已成 为高速 船和浅吃水船不可替代 的推进装置 喷水推进器的 水声特性也越来越引起人们的广泛关注 维特 B h 科学 生产联 合公司 的科研 人员 与克雷洛夫 中央科学研究院紧密合作 对俄 罗斯喷 水推进器 的发展作出了突出贡献 克雷洛夫研究院 的著名专家 C B 古利科 夫 M A 马夫留朵 夫 B A 罗季奥诺夫和 A A 鲁谢茨基长期从事喷水推进 器理论 流道和 叶片系统几何尺寸方面的研究工作 维特 公司 自其成立之目起就开始进行 喷水推进方 面的工作 当初 并人设计局 公司的前身 特种科研 实验的建立就是为了解决不用中间换能器而将压缩 气体 燃烧 产物或空气 能量转化为液流 能量 的 问 题 当时的工作成果之一就是为 r 3 5和 2 0 4舰创 制了一种喷水推进器 其是一种管道中装有螺旋桨 靠柴油机驱动的推进装置 还配有包括燃气轮机驱 动的压缩机在内的补充加速级 后来 随着更为经济 的船用燃气轮机动 力装置的 出现 这种双重 工况的 喷水推进器被淘汰 但其研制 时所积 累的经验 为后 来喷水推进器的发展奠定了基础 着重研究了螺旋 桨在水筒 中工作的计算方法和喷水推进器的空泡问 题 还对多种工况喷口装置进行了检验 得到 了有关 进水 口的第一批实际数据 7 0年代初 公司研制 出它的首批 纯 喷水推进 器 见表 维特 科学生产联合公司用于水面舰艇的喷水推进 器主要性能 喷水推进器型式 驱动功率 叶轮直径 转速 使用船 名和 单 级 双 缎 k W r a m r l mi n 已遣数量 供货年份 或 设计号 带直流液压 2 1 9 5 8 m L 2 2 6 马 达 带两圾被压 2 4 2 5 l 5 5 0 5 4 5 l 0 l 9 6 0 兀 r 2 0 4 马 达 3 3 0 0 l 5 5 0 5 2 8 4 0 L 9 6 8 nl 2 O 4 A 同上 4 4 0 0 L 7 5 0 4 5 0 l 8 1 9 6 2 一l 9 7 0 3 5 普 罗米 修斯 啊l 4 7 L 7 3 6 8 L 0 5 3 5 L 5 5 o 1 6 0 0 8 2 L 9 7 2 一l 9 8 5 号 E I P 1 4 7 L 啊1 2 5 9 l 7 3 7 3 5 6 3 6 L 4 l 9 7 3 一 l 9 7 6 nl 1 2 5 9 气垫 艇 R 1 6 2 6 5 0 l L 0 0 1 8 0 0 2 l 9 7 4 R兀 ll r丑 l 2 4 0 7 36 850 5 8 5 3 1 9 75 nP l 2 40 海欧 号 啊4 3 7 5 5 2 5 L 5 0 0 2 1 9 7 5 气垫船 r 丑 11 4 1 7 3 8 8 50 5 8 5 3 L 97 6 r 1 l 海欧 号 B 丑1 8 3 7 5 5 2 5 L 5 0 0 2 L 9 7 8 气垫船 气 垫 艇 B A 2 2 2 6 5 0 9 2 0 l 8 0 0 2 L 9 8 3 B 1 i 加 加 拉 号 B 丑 8 3 5 2 8 0 1 8 0 0 4 l 9 7 5 L 9 8 2 n l l 4l 0 r 1 4 7 M 7 3 6 8 1 0 5 3 5 l 5 5 o l 6 0 0 2 4 l 9 8 0 一L 9 9 5 泥鳅 号 B l 0 0 0 7 3 6 5 3 5 2 4 0 0 l l 9 9 6 喷水推进 器第一级功率 那时的喷水推进器 以 普罗米修斯 型消防滑行 艇上使用的 r 丑1 4 7 1 见图 1 为典型代表 其首制推 柏l L 9 g R 年尊 期 39 1 维普资讯 进器样机 由 维特 公 司的 织女星 试验厂制造 并 在塞瓦斯托波里的海上试验站试验 而批量生产是 在塔干罗戈的 红色水压机 厂进行 图 l 喷水推进器 r 丑1 4 7 1 上图 和 B 丑 1 8 下图 推进器 r 兀1 4 7 1 是双级轴 流泵 流道进 口处有 进水 口 出 口处有倒航操舵装置 其艉轴支承叶轮 通过高弹性联轴器与驱动电动机连接 安装在进 口 管道上的推力轴承承受叶轮的推力 金属橡胶支承 轴承位于整流器的轮毂中 该推进器出流喷 口的锥 管上有开孔 孔外罩有活动锥管 航行状态时开孔封 闭 以保证喷 口出流的预 定速度和在额 定转速下使 用驱动电动机的全功率 在消防工况下 喷口上的开 孔打开 出流速度和使用功率降低 以确保喷水推进 器与艇上的消防泵协同工作时主机不过载 考虑 到捎防船的机动性要求高 其中特 别是对 消防水枪 反作用力的补偿 要求 r 1 4 7 1装备了结 构独特的倒航操舵装置 正车时操舵控制 为把外部 阻力降至最小 将倒航操舵装置的转动喷 口定在通 过导流叶片向船后喷水的位置 当舵转到与船 中线 面垂直的固定位置时 停止向船后直接喷水 整个水 流方向通过转动喷口调节 当喷 口转动时 喷水方向 改变 因而推 力矢量方向也改变 这就保证 了船的操 纵性 并可在消防水枪工作时保持原地不动 当转动 喷 口向与 中线面垂 直的方 向喷水时 船在原地回转 r 1 4 7 1 成功应用的技术方案使其保持 了很长的生 命力 除 普罗米修斯 型艇外 这种推进器的改进型 还用在 泥鳅 型双轴消防船上 当时 按照类似 的水动力和结构型式还刨制 出 4 O 两种低速喷水推进器一 一r 兀l I 4 1和 r 兀1 2 4 o 是在 o f f 系列轴 流泵的水动 力模型基础上 设计 出来 的 使 用通 用工业泵是想最大限度地利用这些泵的设计 经验以改善喷水推进器的推进性能和空泡性能 空 泡延缓问题的解决是依靠当时的传统方法 在一 个轴上依次安装两个带整流器的轴流 泵 7 O年代 新型动力支承船 水翼艇和气垫船 的 出现推动 了对喷水推进器进一步细致深入的研究 特别是侧壁式气垫船 使 喷水推进器从根本 上融 入 了船的整体建造之中 用在这类船上 的首批推进器 原打 算使用 传统结构 的倒 航操舵装 置 例 如 4 及其改进型 B 丑1 8 见图 1 但要想真正改善喷水推 进器 的性 能和 结 构 就 必 须研 制 出专 门 用 于 喷 水 推 进器的专用泵 同时还要解决其它一些问题 例如提 高泵的扬程 根本改善空泡性能 确保转速相对较高 时大功率叶轮的强度和艉部推力轴承的问题 对于高速船 特别是水翼艇来说 喷水推进器的 发展方向之一就是要研制出离心泵喷水推进器 7 O 年代 国外发表了大量关于离 心泵喷水推进水翼艇 的文章 推进器装 在船 体 内部 进 水 口在承翼 系统 中 这种喷水推进器有赦地解决了提高泵扬程的 问 题 如果是双 吸泵 还可将 推力轴 承的载荷 降至最 小 与此同时 喷水推进器安装在船体 内部也存在着 一 些明显的缺陷 即舷外水提升和运送 的额外消耗 而且水管的水力损失较高 因此 维特 公司研制 了 船体外部安装喷水推进器的结构型式 见图 2 双 吸离心泵的叶轮装在固定于水翼支柱上的流线型壳 体 内 壳体前部有平稳通入涡室的进水道 叶轮固定 在通入支柱 内部的垂直轴上 这个结构经过精心研 究并在试验台上进行了试验 研制人员的主要任务 就是在保持叶轮直径 也就是保持泵效率的情况下 尽可能地缩小壳体直径 结果得到的推进性 能考虑 到 了转角齿轮传动推进器水平面上的外部阻力 喷 水推进 器的这种 结构 既保证了生态安全 又非常 简 单 无需减速器 推 力轴承和 舷外 区的密封 系统 此沿用至今 然而 研 制人员的主要 力量还是放在以叶片式 轴 流泵为基础来完善喷水推进器的结构上 在研制 新概念喷水推进器的叶轮时 利用了通风管鼓风机 火箭发 动机燃油泵和高速 航空泵的设计思想 还有 造船的经验 在相 当短的时间内 这种泵组的首批摸 型在克雷洛夫研究院的实验室和公司在 塞瓦斯托波 里的海上试验站进行 了试验 这种泵的叶轮具有足 够大盘面比 叶片系统入 口部分的设计保证了较高 的空泡性能 而主要荷载部分 由于轮 毂扩大而 具有 一 种 斜向 流动的特点 象轴流泵一样 其泵室为 筒形 这对保证叶轮与泵室壳体之间留有必要空隙 维普资讯 图 2 双吸离心式喷水推进器 l 一离心泵叶轮 j 2 一推进器外 壳 3 一水翼 支柱 4 一进水 口 5 一尾轴 6 一喷口 是很重要的 这种叶轮的水动 力型式改善了空泡性 能 提高了扬程 并保证 叶 片系统的强度 降低尾轴 的轴 向载荷 于是 叶轮轮毂直径顺 流沿轴向加大 一 方面减 小作用在叶片上的力臂 以保证 必要的储 备强度 另一方面减小反作 用系数 降低尾轴受 力 轮毂出口处相对较大的直径确保水流加速达到叶片 系统内的预定值 同时降低叶片间流道的扩散性 对 效率产生积极影响 8 o年代初 维特 公司面临要为动力装置功率 2 9 4 1 2 k W 左右 的高速船制造喷水推 进器 的任务 在这种喷水推进器上打算要实现泵组与喷水推进器 一 体设计的新思路 选 择钛作为喷水推进器的主要 材料 特别注意到设计的工艺性研究 施工图纸完成 后投入试生产 并在塞瓦斯托波里海上试验站的 奥 加 号浮动装置上准备好用于实机试验的试验台 遗憾 的是 这种推进器的制造 由于造 船计划暂 停而中断 但在这项工作进行的过程中解决了许多 方面的问题 其中包括 水动 力 强度 直径较大和几 何尺寸复杂的叶轮用特种台金制造的问题 推 力卸 载装置和倒航操舵装置结构等方面 为研制任何实 际所需功率的喷水推进器奠定了基础 精心研 究的结构型式和技术方案被应用在一系 列喷水推进器的设计上并成功地进行了试验 其 中 特别是安装在气垫艇 K B H 1 1 上的 B 丑2 2 推进器叶 轮直径为 9 2 0 h i m 由两台 M5 1 2柴油机驱动 图 3 所示为带倒航操舵装置气垫艇的艉端面视 图 推进 器及其倒航操舵装置保证了艇的特性 因采用带转 动喷 口的倒航操舵装置 艇在航行 中表现出良好的 操纵性和倒航性能 并且保证 了叶轮较高的空泡性 能 而从根本上不再采用那种两级结构 今天的客户更喜欢由同一家厂商提供发动机和 推进器组台装置而不用分别购买主机 推进器 控制 系统并单独进行对接 这从技术维 护保养的角度来 船帖 L 0 9 8年第 4期 图 3 带有倒航操舵 装置 由 B 2 2推进 的 气垫艇 艉 端面视 图 说也很方便 因此 维特 公司就象对其它类型的推进器 一 样 与柴油机公司协调好关系 与在高速船柴油机制 造方面领先的 明星 公司保持合作 图 4所示为发 动机推进器组台装置 主机功率 1 1 0 0 k W 与 明星 公 司合作研制 用于航速 3 o 4 o k n的高速船 艇 这 种装置的主要特点就是不用装倒顺车减速器或转角 齿轮 传动装置 这就从根本上简化了结构和制造工 艺 提高了可靠性 此 外 还 与 雷宾 马达 公 司 合作 利 用功 率为 4 0 k W 和 5 5 k W 的 兀 6 5 c和 且 7 5 c 柴油机 为小 型船队研制了类似的方案 这种推进装 置由柴油机 直接 驱 动 其它国家对 喷水推进