Википедия глаголит:
Водометный движитель (водомет) — это движитель, у которого сила, движущая судно, создается выталкиваемой из него струей воды (реактивная тяга). По сути это водяной насос, который работает под водой. Применяются обычно на судах, плавающих на мелководье.
Водометные движители используются в мире уже с 1950-х годов. Это новозеландцы изобрели лодочный мотор, который можно было использовать безопасно и надежно на мелководных реках для доставки в труднодоступные места разнообразных грузов. Но для более менее коммерческого и повсеместного применения водометов ждали около 50 лет.
Достоинства водометного движителя |
| Хорошо защищён от механических повреждений и кавитации (процесс парообразования и последующего схлопывания пузырьков пара с одновременным конденсированием пара в потоке жидкости ) |
| Хорошо плавает по мелководью (можно спокойно передвигаться по мелководным горным рекам и озерам с каменным дном), преодолевает засоренные участки водоёмов и даже перекаты и мели ( в отличие от винтового мотора, в котором такие штуки могут можно разрушить и винт, и сам мотор) |
| Безопасен для людей, которые находятся рядом в воде, т.к. импеллер находится внутри. Для применения в спасательной техники это очень актуально, т.к. спасательное судно должно быть как можно ближе к спасаемому человеку. И, кстати, глушить водомет нет необходимости |
| На больших скоростях КПД лучше, чем у винтовых. Тут на выбор: либо увеличенная максимальная скорость, либо экономия топлива |
| Водомётные катера более устойчивы и управляемы (даже при резких виражах на высокой скорости), потому что водомёт как бы «присасывает» катер к воде, за счет чего он устойчиво ведет себя. Можно совершить разворот практически на месте и двигаться бортом вперёд. Не требуется использование реверс-редуктора, торможение с полного хода, выбег судна при экстренном торможении наиболее короткий |
| Тише по сравнению с винтовыми движителями |
Недостатки водометного движителя |
| Меньший, по сравнению с винтом, КПД на небольшой скорости из-за необходимости перевозки, помимо собственно полезного груза, также и воды, находящейся в трубопроводе; трения воды в трубопроводах;турбулентных завихрений потока воды в каналах водомёта |
| Затруднительность подачи воды сквозь днище судна к насосу, на эффективность которого будет влиять скорость движения судна относительно воды |
| Водозабор работает также как помпа и может затянуть со дна камни, песок, мусор. Это может забить систему охлаждения либо повредить импеллер и водовод |
| Высока степень износа пары ротор-статор, так как эксплуатация производится на мелководье. |
| Cвоеобразное поведение водомётного катера на малом ходу |
Мы используем водометные двигатели фирм Mercury и Weber, потому что они и мощные, и надежные, и крутые, что отлично соответствует нашим катерам.
Для тех, кто хочет досконально разобраться как работает водометный движитель
Импеллер (или винт, или рабочее колесо) - это лопаточная машина, заключенная в кольцо, снижает потери мощности и шумность. Импеллер является главным элементом водометного движителя, преобразующим энергию двигателя в энергию поступательного движения судна. Гидродинамически импеллеры бывают: осевые с цилиндрической и конической ступицей, осе-диагональные, диагональные и шнековые. Каждый из типов имеет свою область использования.Осевые импеллеры являются предшественниками всех типов импеллеров водометных двигателей. Отличаются высокими значениями упора на низких скоростях движения. Имеют достаточно низкий кпд и небольшой запас по кавитации, что определяет применение низкооборотных двигателей. Просты в изготовлении.Осе-диагональные импеллеры характеризуются достаточно высокими значениями кпд, способны эффективно работать на любых скоростях движения судна. Могут быть применены в компоновке со среднеоборотными двигателями.Диагональные и шнековые импеллеры – это наиболее современные импеллеры, проектирование которых могут себе позволить только фирмы, имеющие базу разработки гидродинамики. У таких импеллеров максимальные значения кпд находятся в зонах высоких оборотов двигателей и скоростей движения судна. Вообще, импеллер самая сложная деталь в составе водометного движителя, обычно они изготавливаются литыми с последующей механической обработкой лопастей. Некоторые производители изготавливают сварные импеллеры, заранее обработанные лопасти привариваются к ступице. Такая технология допустима в случае с низкооборотными осевыми импеллерами и совершенно не допустима для высокооборотных движителей. Значительный дисбалансы таких импеллеров, переменные силы действующие на лопасти неизменно приводят к отрыву лопастей, что может в свою очередь привести к разрушению всего движителя. Большинство производителей водометов для малого судостроения изготавливают импеллеры методом точного литья с минимальной последующей обработкой. Такая технология дает значительное снижение стоимости изготовления при соблюдении высокой точности геометрии. Импеллеры изготавливаются из нержавеющей стали или коррозионно-стойких бронз и латуней.
Водовод (или водометная труба, или водозаборник) - обычно это профилированная труба. Водяной поток ускоряется либо лопастным механизмом, либо энергией сгорания топлива или давлением сжатого газа, что и обеспечивает направленный выброс струи через выпускное отверстие в корме. Отбрасываемая масса воды создает упор движителя, что и приводит судно в движение. Водовод с точки зрения гидродинамики очень важная деталь любого водомета. Кроме этого конструктивно водозаборник, как правило, является несущей силовой деталью водометного движителя.Именно в водозаборнике происходит «подготовка» воды перед импеллером. Очень важно, чтобы течение жидкости подошедшей к импеллеру было максимально равномерным и ламинарным по всему сечению. Кроме того законом изменения сечений водозаборника можно добиться минимального разрежения на входе водозаборника, что положительно сказывается на способности водомета не «засасывать» в себя посторонние предметы. Многие разработчики и производители недооценивают значения этого важного элемента водометного движителя, считая, что основная задача просто подвести воду к импеллеру. В угоду технологичности и компактности, водозаборники делают зачастую из листового материала, с очень крутыми подъемами свода водозаборника.
| Основные правила проектирования водозаборников |
| Свод водозаборника не должен быть крутым, должно быть соблюдено условие безотрывности течения потока воды от днища катера к своду водозаборника. |
| Входящая кромка, так называемая «губа» должна иметь профиль максимально приближенный к гидродинамическому. |
| Сечения водозаборника должны быть максимально приближены к форме трубы. Плоские поверхности образующие вход водозаборника, за два калибра от импеллера должны плавно перейти к форме круга. |
Спрямляющий аппарат создает на пути движения воды определенное сопротивление. Что бы это сопротивление уменьшить, в идеале профиль лопаток спрямляющего аппарата должен быть правильного гидродинамического профиля, при этом сама конструкция спрямляющего аппарата не имеет большого значения с точки зрения гидродинамики. Гидродинамические схемы исполнения спрямляющего аппарата. Лопаточное поджатие. Это когда лопатки спрямляющего аппарата выполняют одновременно и функцию соплового аппарата. В этом случае профиль лопаток имеет форму клина. У такого спрямляющего аппарата имеется одно преимущество – уменьшение осевого габарита всего водометного движителя. Но недостатков больше, чем преимуществ. Потери КПД достаточно велики, благодаря профилю лопаток. О недостатках такого сопла будет сказано ниже в разделе Сопловой аппарат.Щелевой водомет. Собственно самого спрямляющего аппарата в такой схеме нет. Функцию спрямления струи выполняет сжатое в прямоугольник сопло. Авторство этого типа водометного движителя принадлежит ЦНИИ им. Акад. А.Н.Крылова. Разрабатывалось это щелевое сопла для водометов большой мощности, для водоизмещающих судов с частично напорным водозаборником. Для глиссирующих судов этот тип ВД не эффективен. Пропульсивный КПД такого движителя не более 0,46, тогда как у традиционных ВД не менее 0,6, а у лучших образцов до 0,65. Такая разница в КПД дает потерю скорости катера более 40%.
Сопловой аппарат (или просто сопло) – элемент гидродинамической части водометного движителя, формирующий струю, которая выходя из сопла обеспечивает реактивную тягу. Задача соплового аппарата произвести поджатие воды на выходе из водомета. Уменьшение в сопле проходного сечения преобразует давление воды в ее скорость. Наибольшая эффективность сопла достигается его точной, правильной профилировкой. Уменьшая или увеличивая поджатие сопла, можно менять характеристики водометного движителя.
| Виды сопловых аппаратов |
| В сопле размещен спрямляющий аппарат. Это значительно экономит осевой размер водомета, но требует очень дорогостоящего производства. |
| Сопло с лопаточными поджатием. В этом случае, так же спрямляющий аппарат расположен в сопле, но само сопло не имеет поджатия, эту функцию выполняют клиновые лопатки спрямляющего аппарата. Из недостатков конструктивных и практических: трудность организации реверсивно-рулевого устройства. Диаметр струи равен диаметру импеллера, соответственно увеличиваются и размеры реверсивного устройства. Струя на выходе из такого сопла рваная и неравномерная, единственный вариант рулевого устройства – рули в потоке – не самый лучший вариант. |
| Щелевое сопло. В таком сопле, в угоду технологичности (можно все сделать из листового металла) и стремлению к уменьшению габаритов, некоторые изготовители водометов существенно пренебрегают эксплуатационными и техническими параметрами водометных движителей. Как было сказано выше, пропульсивный кпд такого движителя не более 0,46, что ведет к недобору скорости и перерасходу топлива. Как и для сопла с лопаточным поджатием, на водомете с щелевым соплом не возможно организовать эффективное реверсивно-рулевое устройство. Этот тип водометного движителя предложен в ЦНИИ им. Акад. А.Н.Крылова и разрабатывался специально для водометов большой мощности, с частично напорным водозаборником. |
РРУ обеспечивает поворот судна, а при перекрытии потока из сопла, струя воды поворачивается обратно, что дает судну задний ход.
| Задачи реверсивно-рулевого устройства |
| Максимально эффективно, без значительных усилий управлять судном на всех режимах переднего хода |
| Максимально эффективно использовать энергию водометного движителя на режиме заднего хода |
| Обеспечить хорошую управляемость судна при движении и маневрировании на заднем ходу |
Наибольшее количество патентов, касающихся водометных движителей, относится именно к РРУ. Практически все ведущие фирмы, производителей водометной техники имеют свои, отличающиеся от других производителей, схемы РРУ.
Для управления на переднем ходу большинство производителей применяют различные конструкции поворотных насадок.
Существует, так называемое полноповоротное сопло, устройство, которое не воздействует на сформированную в сопле струю, поворачивая ее, а само поворачивается вместе со струей. То есть такое сопло по праву может называться устройством управления вектором тяги водометного движителя. Эффективность такого поворотного сопла чрезвычайно высока. На водометах на малом ходу для улучшения управляемости необходимы «подгазовки», а при использовании полноповоротного сопла, такая необходимость отпадает, судно одинаково эффективно управляется как на полном, таки на малом ходу. Конечно, конструкция такого рулевого устройства более сложная, чем у поворотной насадки.
В качестве рулевого устройства иногда используют рули в потоке. Такие устройства имеют целый ряд недостатков таких как: худшая управляемость, нагруженность конструкции, потери эффективности до 5 % кпд движителя, повышенные усилия на штурвальном устройстве.
Известны схемы РРУ, когда рули в потоке при повороте на 90 градусов перекрывают весь поток струи водомета и вода начинает поступать в реверсивную камеру для обеспечения заднего хода, и при осуществлении реверса управляемость судном отсутствует.
Недостатком многих РРУ является нарушение мнемоники управления на режимах заднего хода (это когда при ходе назад, для поворота направо, штурвал необходимо крутить налево). Неэффективные реверсивные устройства – один из главных аргументов не в пользу водометных движителей при сравнении различных типов движителей.
Существует великое множество приводов РРУ водометных движителей. Как правило каждая модель водомета любой фирмы имеет свой привод РРУ. Для водометов большой мощности (более 250-300 л.с.), как правило, применяются приводы, использующие гидравлические исполнительные механизмы. Такие приводы достаточно дороги, так как требуют насосных станций, трубопроводов, исполнительных механизмов. Если исполнительные гидроцилиндры привода РРУ вынесены за борт судна, нужно быть готовым к тому, что он потребует очень внимательного отношения при эксплуатации. Совершенно не допустимо, что бы исполнительные гидроцилиндры находились под водой. Для водометов малой мощности (до 150 л.с.), как правило приводы исключительно механические, так как нагрузки на элементы привода незначительны.
Многие производители существенно экономят на стоимости производства водометной техники и устанавливают опорные подшипники скольжения и дейдвудные уплотнения – сальниковые набивки. Применение подшипника скольжения в водометном движителе с технической точки зрения абсолютно не оправдано. Одним из главных параметров водометного двигателя является величина зазора между импеллером и обечайкой. При значительном увеличении этого зазора кпд движителя может существенно упасть. Подшипник скольжения из-за своих свойств не может обеспечить постоянный зазор. Импеллер начинает задевать за обечайку, изнашиваться и в конечном счете зазор увеличивается. Некоторые производители для уменьшения этого эффекта используют коническую обечайку и рабочее колесо, требующее в процессе эксплуатации регулировки в осевом направлении.При использовании подшипников качения таких проблем не существует. Безусловно, подшипниковые узлы должны быть надежно защищены от попадания в них воды. Эту функцию выполняет, в том числе, дейдвудное уплотнение.Идеальным типом дейдвудного уплотнения является торцевое уплотнение. Такое уплотнение требует обязательного использования шарикоподшипниковых опор вала водомета. Торцевое уплотнение при эксплуатации неприхотливо, не требует обслуживания и единственное чего «не любит» - работы без воды.
Водомет подвержен забиванию водорослями, которые, наматываясь на вал с импеллером, могут его заклинить. В случае заклинивания водомета, для предотвращения поломки стационарного двигателя, на валу предусмотрена срезаемая шпонка. Очистить от водорослей можно, открыв смотровой лючок и убрав их. Смотровой лючок находится в своеобразном «колодце», края которого подняты выше ватерлинии, что позволяет иметь доступ к водоводу на плаву. От попадания в водомет крупных камней предохраняет решетка во впускном отверстии.
rosomahaboat.ru
Представляем водометный движитель специально разработанный для индивидуальной установки в корпуса из алюминия, фанеры или пластика. Водомет построен из расчета на энтузиастов-водномоторников, кто своими силами конвертирует автомобильные двигатели для установки на катера с приводом на водометный движитель. Расчетная выходная мощность двигателя 70-150 л.с. Простой в установке водометный движитель может быть в варен в корпус, при установке на алюминиевый катер, либо посажен на болты через уплотнение специальным герметиком. Конструкция водомета имеет забор воды для системы охлаждения двигателя. Привод реверса разработан с наилучшим показателем изменения вектора реактивной тяги, что позволяет наиболее эффективно двигаться задним ходом.Корпус водомета изготовлен из алюминиевого сплава, что позволяет не корродировать поверхности проточной части даже в соленой воде и наилучшим образом сочетаться с материалом корпуса алюминиевых лодок. Импеллер водометного движителя изготовлен из нержавеющей стали диаметром 155 мм. Габаритные размеры: максимальная длина 880 мм, ширина 500 мм, высота 270 мм. Вес водомета 25 кг.В наличии.Стоимость водомета 100 000 руб.Водомет в 3D фото
Водометные катера с нашими водометамиКатер с двухмоторной компоновкой, изготовлен в 2000 годуКатер на основе корпуса Bombardier SpeedsterВодометный Днепр, двигатель 2108Как установить водовод водометного движителя в стеклопластиковый корпусАрхивное видео первой установки водометного движителя 155 мм в стеклопластиковый катер "Ладога-2". Двигатель НИССАН, одноконтурное охлаждение, выхлопной коллектор не охлаждаемый.Съемка 1999 г.Архивное видео водометного катера ДНЕПР с двигателем ФОРД 2.0ЛУстановленный водомет 155 мм в катер "Темп" 1974 г.в. с двигателем ВАЗ-21083Катер "Темп" с водометом 155 мм. Ходовые испытания.Катер с двигателем AUDIКатер с двигателем ВАЗ 21083
td-power.ru
Для активных водномоторников и для организаций, профессиональная деятельность которых напрямую связана с использование лодок под моторами зачастую встает выбор, какой купить лодочный мотор, чтобы он был надежным, неприхотливым и его можно было бы использовать в любой местности и при любых условиях. Частично мы уже давали ответ на этот вопрос в статье Лодочный мотор для мелководья. Сегодня мы продолжим освещать эту тему и поговорим о водометных лодочных моторах.
На наш взгляд, беспроигрышным вариантом для всех рек России, будет использование водометного мотора в качестве тягового двигателя для большинства лодок, будь то надувная или каркасная лодка. Водометные моторы выпускают мощностью от 18 до 150 л.с., что вполне хватит для большинства задач большинству лодочников. Но водометы раза в 1,5 дороже аналогичных винтовых моторов и немного тяжелее, т.к. КПД самого водомета ниже чем у винта из-за применение осевого центробежного насоса. И вот чтобы компенсировать низкую тягу используется силовая головка большей мощности, которая соответственно и тяжелее и дороже. В итоге у водомета мы имеем всего два минуса, это цена и вес, но все это окупается удобством его использования. Проходимость лодки с водометным мотором просто замечательная. Ходить с ним можно везде. Это объясняется тем, что приемная кромка водомета находится практически на уровне транца, выступает они ниже всего на пару сантиметров. Можно спокойно ходить по перекатам и топлякам, повредить мотор вы вряд ли сможете. В плюсы можно записать еще и отсутствие редуктора и шестеренок. Даже мелкая галька, которая проходит через решетку водозаборника не может повредить центробежный насос. В обычном же водомете с рабочим колесом галка может нанести вред мотору.
Единственная проблема - это купить такой мотор бу в России. Выпускаются водометные моторы в США, в т.ч. и японцы размещают заказы на американских заводах. Покупают такие моторы обычно для себя и на долго, поэтому предложение на рынке очень ограничено. А вот новый купить не такая большая проблема. Только обязательно нужно покупать мотор целиком, а не только водометную насадку. По деньгам вы не много проиграете, а вот в гарантии с новой насадкой на старом моторе вы точно "пролетите".
Такие моторы отлично подойдут для активистов водномоторников или для организаций типа МЧС или Рыбнадзора. Финансирование у таких организаций не плохое, а проходимость и надежность ставиться во главу угла. А водометные лодочные моторы смогут обеспечить как проходимость, так и надежность. Ну и на винтах будет еще не плохая экономия.
spyship.ru
Впечатление, производимое случайным повреждением тела человека вращающимся винтом лодочного мотора, заставляет нас обратить внимание на возможностях других способов приведения судов в движение и, прежде, всего, сочетающихся с подвесными лодочными моторами. Разумеется, если судоводитель не прикрепит к себе страховочный шнур, то мотор не выключится при падении человека за борт со всеми очевидными последствиями. И в то же время, корявая фраза "благодаря тому, что на судне был установлен водометный подвесной мотор, несчастье было предотвращено".
"Почему?" - спросите Вы. А потому, что у водомета нет открытых вращающихся лопастей винта.
Многие новозеландцы, и, в частности, Билл Гамильтон в начале 50-х годов выдвинули идею о необходимости создания мотора для безопасного плавания по мелководным речкам для снабжения отдаленных поселений. Вскоре эта мысль превратилась в идею водомета. В основе этой идеи лежал известный закон Ньютона о том, что действие и противодействие равны по величине и направлению, и что если выбрасывать с большой силой струю воды через транец судна, то судно начнет двигаться в обратном направлении. Спустя 50 лет мы можем наблюдать великое множество реализаций этой мысли, в том числе на спасательных судах, больших плоскодонных паромах и скоростных судах типа "JetSprint" с новозеландских верфей. Новейшие модели таких судов способны нести моторы мощностью 1500 л.с. со скоростями, превосходящими достижения болидов автомобильной "Формулы-1"!
Около 6 лет назад была опубликована первая статья о появлении водометного подвесного мотора на выставке "Boat Show" в Бельгии. Мотор можно было увидеть на стенде компании "Marine Power" (торговые марки "Mercury" и "Mariner"), соединившейся с "OMC" (торговая марка "Johnson"), каждая из которых предлагала 4 мотора мощностью от 20 до 100 л.с., в то время бывших исключительно двухтактными.
БЕЗОПАСНОСТЬ: достоинство альтернативы винту очевидно, особенно когда вокруг судна в воде находятся плавающие люди. Обычная практика спасания людей на воде состоит в том, чтобы спасательное судно было как можно ближе к плавающим в воде людям, а водометный двигатель безопасен на любом расстоянии от плавающего человека. Кроме того, мотор можно не глушить и судно все время остается управляемым и не требует перезапуска на высоких оборотах!
УПРАВЛЕНИЕ: великолепная маневренность, позволяющая развернуть судно на радиусе не более длины самого судна. Если требуется аварийная остановка, достаточно повернуть ручку управления на обратный ход (это невозможно на винтовых моторах из-за слишком больших нагрузок на приводной вал), после чего судно полностью остановится на своей полной длине, на самой большой скорости. И если кто-то подумает, что от такого тормоза судно должно просто опрокинуться, то он будет не прав.
УНИВЕРСАЛЬНОСТЬ: невозможно повредить лопасти винта на водометном моторе, поэтому можно спокойно направлять свое судно в самые мелкие воды. Изготовители водометных моторов рекомендуют, чтобы от дна до всаса водометного мотора было не менее 100 мм пространства для обеспечения свободного движения потока воды. Недостатком водометного мотора можно назвать необходимость пожертвовать свободным пространством внутри судна, ничем не занятым в случае использования обычного подвесного мотора, чтобы разместить стационарный водометный мотор, если такой мотор лучше соответствует потребностям судовладельца.
МОНТАЖ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ: Водометы "Mercury" используют блок "JetPump", производимый "Speciality Manufacturing". Вода проходит сквозь горловину всасывающего отверстия под давлением, создаваемым радиальной крыльчаткой (работает как центробежный насос) и струей поступает к тороидной (баранкообразной) камере уменьшенного сечения, увеличивающей скорость и давление струи воды, затем поступает к выпускному соплу и выбрасывается наружу. Через это же отверстие выбрасываются выхлопные газы мотора. Движение воды по водоводам внутри мотора управляется централизованно, что позволяет полностью обратить поток воды и пустить его под днищем судна, если требуется создать обратный ход, а во время поворота водовод разворачивается так, чтобы половина струи воды шла к носу судна, а половина - по-прежнему в сторону кормы. Когда потребуется полный ход вперед, то водовод открывает свободное движение воды к корме и в этом случае управление осуществляется только скоростью выбрасывания воды.
Установка водометного мотора требует аккуратной регулировки, чтобы плоскость днища совпадала с кромкой горловины всаса. Несколько заглубленное днище может срывать поток воды с всаса водомета, поэтому в идеальном случае хотелось бы видеть треугольное крыло перед самым транцем на днище таких судов. Поскольку нет никаких противопоказаний установке водометного двигателя на судах с любой формой днища, то важно руководствоваться инструкциями, предоставляемыми изготовителем судна. Треугольное кормовое крыло легче всего крепится к алюминиевым днищам, хотя правильнее всего сразу же устанавливать такую пластину при изготовлении судна. Хорошим примером может быть "Thanetcraft ALUSTAR RBB", который может быть установлен сразу же или просто будет предусмотрено место для его установки.
ВЫВОДЫ: все размышления о необходимости покупки того или иного устройства сводятся к анализу улучшений или ухудшений качества жизни, которые привнесет это устройство. И водометный мотор не является исключением!
Изготовители меряют мощность своих моторов в точке приложения мощности. Поэтому для уподобления подвесному винтовому мотору, водометный двигатель для достижения той же самой скорости движения судна с одинаковым профилем днища должен иметь более мощный моторный блок, поскольку водометный двигатель менее эффективен.
Водометы могут притягивать к своим входным отверстиям всякий плавающий мусор, он благодаря очень мелкой решетке на входном отверстии эта проблема решается. К сожалению, решетка, как конструктивное не решение не спасает лопатки водомета от песка и мелкой гальки. В результате, периодически водомет необходимо выводить из воды, чтобы очистить от загрязнений, чтобы предотвратить самые признаки возникновения кавитации. Разумеется, у винтовых подвесных моторов также могут засоряться всасы системы водяного охлаждения.
Для обычных условий эксплуатации, где нет мелководья и безопасность нахождения на воде не является ключевым фактором, винтовые подвесные моторы лучше по всем показателям, даже если не учитывать их лучшую топливную эффективность. Цена установки водометного мотора также выше, чем у сопоставимого двухтактного двигателя и близка к стоимости установки четырехтактных моторов, однако есть много случаев, когда решение, принимаемое на основании меньших капиталовложений, может оказаться совершенно неприемлемым по другим факторам.
ПОЛЬЗОВАТЕЛИ И РЫНОК: нет сомнения, что основными потребителями водометов могут быть ныряльщики и водные спасатели, а также другие пользователи, работающие на мелководье, где винт просто не может быть использован.
Перевод статьи "Cut or Thrust" из журнала RIB выполнен Павлом Дмитриевым
www.boatportal.ru
Водомётный двигатель (водомёт) — двигатель, у которого сила, движущая судно, создаётся выталкиваемой из него струёй воды.
Представляет собой водяной насос, работающий под водой.
Идея о самом принципе отброса воды, на основе архимедова винта, известна по двум изобретатениям 1661 года в Англии, но только с изобретением Уаттом парового двигателя в 1765 году были достигнуты осязаемые результаты, когда Рарриси и Мейен создали насос с паровым приводом для откачки воды из трюмов судов с выбросом струи воды через корму, а за период с 1830 по 1860 год только в одной Англии было выдано не менее 35 патентов на реализацию таких устройств.
Наиболее совершенный тип насоса был создан в Лондоне Генри Бессемером в 1849 году.
Это был осевой насос с одной трубой на всосе в передней части судна и с двумя патрубками с тыльной стороны.
Бессемер даже поставил крыльчатки перед и за винтом подачи воды для спрямления струи и для компенсации потерь, вызываемых вращением струи воды.
Александр Хедьярд в 1852 году предложил другую конструкцию: здесь имелось поворотное сопло, которое можно было направлять вперед или назад.
Этот насос всасывал воду через отверстие в днище судна и выбрасывал ее сквозь корму.
Поворот струи приводил к повороту судна.
К концу XIX века, в эпоху королевы Виктории, водомёты были опробованы на самых разных судах.
Так, британское Адмиралтейство приняло проект водомёта с крыльчаткой, который в конце 1860-х гг. был заменен обычным винтом.
Адмиралтейство зашло так далеко, что даже согласилось провести натурные испытания двух типов двигателей.
Были построены две совершенно одинаковых канонерки длиной 4,2 метра, на одной из которых был установлен водомёт, а на другой – обычный винтовой двигатель.
«Реактивная» канонерка с центробежным насосом, который выбрасывал воду через два отверстия в корме, при мощности мотора в 760 л.с., развила скорость 17 км/ч, что слегка уступало показателям традиционного винта, с которым мотор мощностью 696 л.с. развил скорость 18 км/ч.
Примерно в то же самое время в нескольких европейских странах была проявлена заинтересованность к водомётному принципу движения морских судов.
В 1878 году, то есть лишь 12 лет после экспериментов в Англии, шведское правительство провело серию аналогичных экспериментов по внедрению водомётного принципа движения на торпедных катерах.
Винтовые суда (с моторами в 90 л.с.) показали скорость 18,5 км/час, тогда как водомётные (с моторами в 78 л.с.) развили скорость 15 км/ч.
Годом позже в Германии были организованы аналогичные испытания судна с водомётом, названным «Hydro»-мотором.
Также как и их предшественники, немцы быстро разочаровались в возможностях водомётного принципа движения.
Во всех сравнительных испытаниях винтовых двигателей против водомётов с центробежными насосами, первые показали себя хуже.
В последующем, многие люди не оставляли попыток найти водомёту подобающее применение в конкретных задачах.
В 1888 году Британский Национальный институт спасательных судов разместил первый в мире заказ на постройку лодки с водомётом.
Этот паровой катер был оснащен водомётом с центробежным насосом и должен был заменить винтовые судна при проведении спасательных операций на мелководье или в заиленных водоемах.
В 1900 году классическая книга Сиднея Барнаби по кораблестроению подробно описала водомётный принцип движения.
Хотя официально считается, что новозеландский овцевод и изобретатель Крис Уильям Файлден («Билл») Гамильтон (Bill Hamilton, 1899 г. р.) является изобретателем современного водомётного мотора, сам он, однако, с этим не согласен, в 1962 году ответив на прямой вопрос по этому поводу: «Я не претендую на авторство изобретения судового водомёта»
Водомётный двигатель состоит, как правило, из импеллера (винта) с валом, водовода (водомётной трубы), спрямляющего аппарата и реверсивно-рулевого устройства (РРУ).
В водоводе, представляющем собой профилированную трубу, водяной поток ускоряется либо лопастным механизмом (гребной винт, крыльчатка насоса), либо энергией сгорания топлива или давлением сжатого газа, что и обеспечивает направленный выброс струи через выпускное отверстие в корме.
Отбрасываемая масса воды создает упор движителя, что и приводит судно в движение.
Водоводы располагаются внутри или снаружи корпуса судна.
Эффективность водомётного движителя зависит от формы водоводов, места расположения и конструкции водозаборников, и обычно меньше, чем у гребного винта.
Если водяной поток ускоряется лопастным механизмом:
в нижней части днища имеется отверстие, через которое вода попадает в водоток (представляющий собой изогнутую трубу) в котором находится импеллер, при вращении которого возникает разрежение, благодаря чему вода движется по водозаборнику (приемной трубе).
Получив некоторое ускорение, она выбрасывается через сопло, выходное сечение которого меньше, чем диаметр водовода.
В передней части водовод имеет гнездо для крепления опорного узла гребного вала; в противоположной части водовода имеется фланец для крепления обечайки импеллера, который передним концом опирается на подшипники опорного узла.
Крутящий момент на импеллер передается через штифт предохранительной муфты.
На заднем конце гребного вала установлены обтекатель и импеллер.
Втулка скольжения вращается в резинометаллическом подшипнике спрямляющего аппарата (втулка Гудрича, такой резинометаллический подшипник работает только в водной среде), запрессованного в бронзовую втулку спрямляющего аппарата.
Герметичность полости подшипников обеспечивают манжеты и прокладки.
РРУ, при повороте в горизонтальной плоскости потока, обеспечивает поворот судна.
При перекрытии потока из сопла, струя воды поворачивается обратно, что даёт судну задний ход.
Водомёт, как и подвесной мотор, так же подвержен забиванию водорослями, которые, наматываясь на вал с импеллером, могут его заклинить.
В случае заклинивания водомёта, для предотвращения поломки стационарного двигателя, на валу предусмотрена срезаемая шпонка.
Очистить от водорослей можно, открыв смотровой лючок и убрав их.
От попадания в водомёт крупных камней предохраняет решётка во впускном отверстии.
Водомётные двигатели применяются обычно на судах, плавающих на мелководье, или служат в качестве подруливающего устройства для улучшения поворотливости судов.
Водомёты применяются на катерах (так, катера «Амур» ранее некоторое время выпускались серийно на заводе в Комсомольске-на-Амуре; современные алюминиевые катера «Казанка 5М», «Томь»[3]), гидроциклах, которые используются при буксировке воднолыжников и вейкбордистов.
Например, прототип водометного катера Maximog® Jet компании Riddle Marine (г. Люистон, штат Айдахо) разгоняется от 0 до 100 км/ч за 4 секунды, благодаря сдвоенному судовому водомётному бензиновому двигателю мощностью 450 л. с.
Военная техника
Водометный двигатель активно используется на плавающей бронетанковой технике СССР и России.
В часности на плавающем танке ПТ-76 (снят с вооружения), бронетранспортерах БТР-50, БТР-60, БТР-70, БРДМ-2 (сняты с вооружения), БТР-80 (состоит на вооружении), БТР-90 «Росток» (принят на вооружение)
machinepedia.org
Водометные движители Водометные движители, как и гребные винты, относятся к числу гидрореактивных движителей, создающих упор за счет реакции отбрасываемой с некоторым ускорением массы воды. В отличие от гребного винта, движущиеся части водомета находятся внутри корпуса судна и надежно защищены от повреждений при встрече с подводными препятствиями, что и определяет основное преимущество этого вида движителей. Моторные суда с водометами могут проходить по мелководью с глубинами, почти равными осадке корпуса, т. е. до 0,1—0,2 м, преодолевать засоренные и заросшие участки водоемов и даже отдельные препятствия, выступающие из воды. Кроме того, к преимуществам водометного движителя относятся: — уменьшение сопротивления воды движению судна вследствие отсутствия выступающих частей; — относительная простота изготовления реверсивно-рулевого устройства взамен более сложных реверс-редукторов; — высокая маневренность, обеспечиваемая реверсивно-рулевым устройством, воздействующим непосредственно на выбрасываемую струю воды; — значительное укорочение и упрощение линии валопровода; — менее шумная работа движительной установки; — возможность установки двигателя горизонтально или с минимальным наклоном, что улучшает его работу и ликвидирует потери, связанные с наклонным валопроводом. Основной недостаток водометного движителя — более низкий по сравнению с гребными винтами пропульсивный к. п. д., равный 0,35—0,5. Это вызвано потерями мощности на подъем струи воды выше ватерлинии и преодоление дополнительного сопротивления в трубе водомета. Однако отсутствие выступающих частей в значительной степени компенсирует этот недостаток, так что в конечном итоге эффективность водомета иногда оказывается выше, чем обычного гребного винта. Любой водометный движитель состоит, как правило, из насоса (винта) с валом, водометной трубы (водовода), спрямляющего аппарата (контрпропеллера) и реверсивно-рулевого устройства. При вращении насоса на засасывающей стороне его лопастей, как и гребного винта, возникает разрежение, благодаря которому вода по приемной трубе (водозаборнику) поднимается к диску насоса. Здесь, получив некоторое ускорение, вода выбрасывается через сопло, выходное сечение которого меньше, чем диаметр трубы насоса. В силу неразрывности потока для прохода той же массы воды через меньшее сечение за одинаковое время скорость потока должна быть больше; таким образом, суженное сопло увеличивает скорость выбрасываемой струи воды. Как известно, реакция отбрасываемой массы воды создает упор движителя. В данном случае полезный упор, равный сопротивлению воды, определяют по формуле Pe = m(u – vp), где т — масса воды, отбрасываемой движителем в 1 сек; и — скорость струи за соплом, м/сек; vp = v (1 - w) — скорость моторного судна с учетом попутного потока Из этой формулы следует, что упор водометного движителя увеличивается с увеличением отбрасываемой массы воды и сообщенной ей скорости w = u - vp К. п. д. водометного движителя складывается из следующих составляющих: h = hи hн hм hт где hи — так называемый идеальный к. п. д. любого движителя, учитывающий потери мощности, связанные с перемещением отбрасываемых масс воды, не считая потерь на трение жидкости, закручивание потока и т. п.; hн — к. п. д. насоса; hм — механический к. п. д. валопровода; hт — условный к. п. д. водометной трубы, учитывающий потери мощности на трение жидкости в трубе, на местные сопротивления и т. п. Из теории известно, что к. п. д. идеального движителя hи = 2 / ( 1 + ½ x u / v ) откуда следует, что чем больше разность между и и v( скорость хода судна ), тем ниже hи . Возвращаясь к формуле полезного упора, видим, что более высокую эффективность будет иметь водомет, отбрасывающий большие массы воды с меньшей скоростью. Если перейти к насосным характеристикам, то массу воды можно выразить т = pQ, а сообщенная струе воды скорость, эквивалентная напору, создаваемому насосом, равна w = и — vp. Следовательно, водометный движитель может быть эффективным только при условии, что его насос будет создавать малый напор при большом расходе воды. Этому условию в наибольшей степени соответствуют осевые насосы пропеллерного типа, выпускаемые по ГОСТ 9366—60; их преимущественно и используют на рассматриваемых моторных судах. В некоторых случаях, например в подвесных моторах с водометными движителями, применяют центробежные насосы, однако это диктуется, в основном, стремлением упростить конструкцию за счет ликвидации конической передачи. Конструкция водометного движителя для серийного двигателя СМ-557-Л приведена на фото 1.Водометный движитель. / — реверсивно-рулевое устройство, 2 — сопло, 3 — спрямляющий аппарат; 4 — рабочее колесо (ротор), 5 — водометная труба; 6 — гребной вал, 7 — сальниковое уплотнение Этот комплекс разработан для установки на мотолодке Казанка, но его можно применить на любой другой подобной мотолодке водоизмещением 500—600 кг. Элементы движителя могут быть использованы также в качестве прототипа при проектировании водометов и для других судов и двигателей. Ниже приведены основные рекомендации по проектированию и изготовлению элементов водометного движителя. Рабочее колесо (ротор). Рабочее колесо водометного движителя в принципе работает как гребной винт, поэтому расчет его основных характеристик можно производить методом эквивалентного винта по диаграммам для изолированных винтов, но с учетом специфических условий работы в трубе и взаимодействия с корпусом моторного судна. Не вдаваясь в теоретическую часть, поясним использование метода профессора А. М. Басина на примере расчета рабочего колеса водомета, изображенного на рис. 1. Исходные величины: мощность двигателя Ne = 13,5 л. с., число оборотов п = 3500 об/мин, или пс — 58,3 об/сек, скорость хода лодки v = 31 км/ч = 8,62 м/сек, сопротивление корпуса при этой скорости RK = 52 кг, с учетом 3—4% надбавки на сопротивление трубы водомета общее сопротивление R = 54 кг. Скорость хода судна и сопротивление корпуса определяют любым из изложенных ранее методов: расчетом по прототипу или, лучше всего, буксировкой корпуса за достаточно мощным моторным судном. При наличии кривой сопротивления в зависимости от скорости хода расчет производят для нескольких значений скорости. Если известна только скорость хода, то сопротивление определяют по формуле R = Pe = ( 75 Ne / v ) x h К. п. д. водометного движителя составляет 0,35—0,50 в зависимости от скорости. В первом приближении можно принять h = 0,45, тогда для нашего случая Pe = ( 75 х 13,5 х 0,45 ) / 8.62 = 53 кГ Небольшое расхождение, практически не влияет на точность расчета, получается из – за приближенного значения h . В действительности для данного случая h = 0,46 и Pe = 54 кг. В началоПРОДОЛЖЕНИЕКАТЕР АМУР (водомет) |
katera1.narod.ru
Масса воды, отброшенная движителем в корму, создает в виде реакции упорное давление, движущее судно вперед. Создает ли масса воды большое или малое ускорение, безразлично. В обоих случаях расходуется одинаковая мощность и возникает одинаковый упор винта. К сожалению, это отражает лишь физический принцип. В действительности имеется совершенно определенное, наиболее благоприятное соотношение между массой воды и ускорением.
Водометный движитель действует так же, как гребной винт: вода засасывается спереди, лопатки насоса, подобно лопастям гребного винта, придают ей ускорение, после чего вода выталкивается в корму. От гребного винта он отличается лишь внешним видом-винт, точнее колесо насоса установлено в трубе внутри катера, кроме того, водяная струя не уходит незаметно под воду, а выбрасывается из сопла, установленного над водой. Действие выбрасываемой за корму струи воды вызывает равную по величине и направлению в нос реакцию, благодаря которой катер получает движение вперед.
Нередко считают, что водометный движитель позволяет развить гораздо большую скорость, чем гребной винт. Что бы определить достоинства и недостатки водометного движителя, необходимо рассмотреть два фактора: его расположение на катере и К.П.Д.
Есть что-то заманчивое в идее установить высокоэффективный насос внутри судна. Идея создания водометного движителя появилась значительно раньше, чем был изобретен гребной винт. Еще в 1784 г. Джемс Рамсей продемонстрировал на реке Потомак в США первый пароход с водометным движителем. В 1867 г. английский военно-морской флот проводил опыты с центробежными насосами в качестве движителя для канонерской лодки «Уотервич» длиной 50 м. Паровая машина мощностью 760 л. с. при частоте вращения 40 об/мин приводила в действие центробежный насос. Ротор насоса имел диаметр около 4,25 м. Канонерская лодка с водометным движителем развивала скорость 17,2 км/ч.
Последнее звено в длинной цепи исследований замкнулось в Новой Зеландии, где Гамильтон попытался создать маленький катер для плавания по каменистому мелкому горному ручью. С обычным гребным винтом это было невозможно, так как части, выступающие под днищем, получали повреждения из-за ударов о камни. Вначале Гамильтон установил внутри катера обычный центробежный насос, в результате чего водяная струя выходила в корме под катером. Выходное отверстие было выполнено поворотным, т. е. управляемым, поскольку под днищем катера нельзя было установить даже маленького пера руля. В 1953 г. Гамильтон решил подводное выпускное отверстие вывести на транец над водой, обеспечив выброс водяной струи в воздух. Это как будто незначительное изменение, по утверждению Гамильтона, оказалось весьма эффективным. Если экспериментальный катер раньше развивал скорость 18 км/ч, то при выбросе струи в воздух была достигнута скорость 27 км/ч. 
В 1956 центробежный насос был заменен двухступенчатым, а затем трехступенчатым насосом. В настоящее время применяют не только осевые насосы но и одноступенчатые диагональные насосы.
Преимущества водометного движителя:
1. Отсутствуют выступающие части под днищем катера. В результате исключена опасность ранения пловцов и водных лыжников,
2. Не возникает кренящий момент, вызываемый вращением обычного судового гребного винта.
3. Небольшая осадка дает возможность использовать катера с водометными движителями в мелких водоемах. Правда, при небольшой скорости катера водоросли могут засосаться внутрь, но они достаточно просто удаляются.
4. Катер легко спускается с трейлера и поднимается на него.
5. Для катеров, участвующих в специальном виде гонок «с ускорением», с успехом используется высокое начальное ускорение.
6. При установке на небольших быстроходных пожарных катерах движитель можно применять в качестве пожарного насоса.
Например, в Новой Зеландии, где реки в основном мелководные, с каменистым дном, используется около 3000 малых спортивных катеров (длиной 4—8 м) с водометными движителями. К недостаткам водометов относятся значительные потери мощности от трения воды, так как она проходит длинный путь по узким впускным и выпускным каналам, внутренние поверхности которых бывают не совсем гладкими. Лопатки насоса также иногда шлифуются недостаточно хорошо. Кроме того, трение возникает в неподвижных направляющих аппаратах. Значительное сопротивление вызывается и решеткой всасывания, что приводит к завихрению потока и может преждевременно вызвать кавитацию.
В насос даже на самых высоких скоростях должна поступать вода, а не смесь воды с воздухом. Если днище слишком плоское или имеет обратную килеватость, наподобие морских саней, то воздух засасывается очень легко. При наличии пузырей воздуха в воде упор резко уменьшается.
Остановимся на проблеме коррозии. Многие водометы находятся под угрозой коррозии, так как для изготовления корпусов, лопаток, приводных валов, впускных решеток применяют разнородные металлы. Но поскольку водометные движители предпочитают устанавливать на малых быстроходных катерах, то их можно хорошо защитить от коррозии. Для этого необходимо после каждого плавания поднимать катер на берег или на прицеп.
Малые легкие спортивные катера с двигателем большой мощности развивают при помощи водометных движителей высокие скорости. Это вызвало несколько преждевременное увлечение ими вплоть до утверждения, что будущее принадлежит водометам. Тем временем выявились как достоинства, так и недостатки этой системы. Теперь можно быть уверенным, что катер с обычным имеющимся в продаже водометным движителем достигнет хорошего общего эффекта.
В любом случае двигатель без реверсивной передачи с водоструйным насосом обойдется дороже, чем обычный катерный двигатель с реверсивной передачей, валопроводом и гребным винтом или с поворотно-откидной колонкой. Эта чисто коммерческая точка зрения, от которой зависит возможный сбыт движителей, привела к тому, что в основном изготовляют лишь небольшие высокооборотные водоструйные насосы, так как их можно подсоединять к современным катерным двигателям без промежуточного редуктора. Поэтому водометы используют преимущественно на легких быстроходных катерах, где большая мощность сочетается с малым весом катера.
Фирма «Гамильтон» выпускает инструкцию, в которой указано, что водометный движитель может быть установлен на катере только в том случае, если выдержаны определенные соотношения между весом катера, включая вес экипажа, и мощностью двигателя. Так, максимальный вес малого быстроходного катера длиной 4—6 м должен быть от 12 до 16 кг на каждую лошадиную силу мощности двигателя, а катера длиной 6—9 м — не более 9 кг. Очень высокие скорости и хороший к. п. д. достигаются в том случае, если вес катера составляет не более 5—7 кг на каждую лошадиную силу мощности двигателя.
У приводимого в движение при помощи водомета легкого быстроходного катера, аналогично катеру с гребным винтом, имеются два состояния равновесия: первое — между мощностью двигателя на валу и мощностью, используемой насосом, второе — между реакцией водяной струи и сопротивлением катера. Третье состояние, свойственное лишь водомету, — равновесие между потребным количеством воды и диаметром выпускного сопла.
Итак, имеется шесть переменных величин. Если удается их хорошо согласовать между собой, то катер с водометным движителем достигнет той же скорости, что и катер с обычным гребным винтом. Конструкции, вызывающие дополнительное сопротивление обеих систем, можно считать равноценными: у водометного движителя — решетку водозаборника и поверхность водоводов, а у гребного винта — выступающие части (вал, кронштейн гребного вала и руль).
Если катер с водометным движителем показывает большую скорость, чем такой же катер с гребным винтом, то это значит, что при оборудовании катера гребным винтом были допущены ошибки (возможно, плохо подобран гребной винт или выступающие части недостаточно отшлифованы). Часто попадаются кронштейны гребного вала неудачной конструкции, слишком толстые гребные валы и большое необработанное перо руля. В лучшем случае скорость катера с водометным движителем будет такой же, как и катера с гребным винтом.
До сих пор ни разу не упоминалось о своеобразном поведении водометного движителя на малом и среднем ходу. Увеличение и снижение скорости катера с обычным гребным винтом происходит почти пропорционально частоте вращения двигателя. Совсем по-другому ведет себя водометный движитель. Высокая скорость выброса струи достигается благодаря создаваемому в насосе давлению, а также правильно подобранному диаметру выпускного сопла. Чтобы струя создавала наибольшую реакцию, вся установка, состоящая из двигателя, насоса и выпускного сопла, должна быть рассчитана на максимальные мощность и частоту вращения двигателя. Как только частота вращения снижается и катер теряет скорость, начинает уменьшаться давление в системе, так как диаметр сопла отрегулирован на максимальную частоту вращения. При этом скорость снижается в значительно большей степени, чем частота вращения двигателя.
Например, при 4000 об/мин катера как с гребным винтом, так и с водометом имеют скорость примерно 60 км/ч, при 2000 об/мин скорость катера с гребным винтом равна 27 км/ч, а катера с водометным движителем — лишь 14 км/ч.
Небольшая скорость катера с водометным движителем при пониженной частоте вращения двигателя получается в результате несоответствия между подаваемым количеством воды и сечением выпускного сопла. Чтобы развить скорость, которую имеет винтовой катер при 2000 об/мин, катеру с водометным движителем необходимо увеличить частоту вращения винта до 3000 об/мин и более.
Основные выводы:
На малых легких катерах с водометом можно получить такую же скорость, как на катерах с гребным винтом (при одинаковых частоте вращения и мощности).
Малооборотный большой гребной винт нельзя заменить высокооборотным малым водоструйным насосом.
Различные водометные установки неодинаково эффективно изменяют направление струи для получения заднего хода.
Управляемость и маневренность катера, оборудованного водометом, очень хороши на больших скоростях.
Недостатком водометного движителя является непропорциональное по отношению к частоте вращения увеличение и уменьшение скорости.
У катеров с малокилеватыми обводами или резкими изгибами формы корпуса воздух может попасть в водозаборник водомета, что немедленно приведет к уменьшению тяги.
Проблемы кавитации у водометных движителей возникают чаще, чем у обычного гребного винта, отчасти из за решетки во всасывающем отверстии, которая образует завихрения во входящем потоке.
Коррозия водометных движителей, особенно в морской воде, представляет большую опасность, чем коррозия гребного винта.
В мелких водоемах в движители засасывается песок, ил, мелкие камни, которые могут нанести повреждения лопаткам насоса.
Энергетическая установка с водометом дороже, чем установка с реверсивной передачей, гребным валом, винтом и рулем или с поворотно откидной колонкой.
Энергетическая установка с водометом незаменима в водоемах, где невозможна эксплуатация судов с выступающими частями под днищем судна.
Энергетическая установка с водометом незаменима для судов специального назначения эксплуатирующихся на мелководье и в условиях засоренного фарватера.
Мировые производители водометов.
Hamilton Jet - мировой лидер в области проектирования и производства водометных движителей. Став пионером более 50 лет назад, компания продолжает свои инновационные традиции и по сей день.
Водометные движители ALAMARIN JET.
Компания Alamarin-Jet Oy производит водометные движители в Финляндии с 1976 года. Водометы Alamarin используются производителями полицейских и военных катеров, катеров береговой охраны, таможенной службы. Также водометы Alamarin популярны среди производителей спасательных и прогулочных катеров.
Rolls-Royce – глобальная мировая корпорация производитель различных систем для судов и в том числе водометов kamewa.
Фирма C.M.D. Costruzioni Motori Diesel (Производство дизельных двигателей) - это предприятие, расположенное в Италии и производящее судовые дизельно - водометные комплексы в составе дизелей FNM и водометов ALAMARINE JET
www.pri4al.com
