RU227312U1

RU227312U1 - IMPELLER FOR WATER JET NOZZLE WITH CENTRIFUGAL PUMPING DEVICE

Info

Publication number: RU227312U1
Application number: RU2024111314U
Authority: RU
Inventors: Михаил Валентинович Колмыков
Original assignee: Михаил Валентинович Колмыков
Filing date: 2024-04-24
Publication date: 2024-07-16

Abstract

Полезная модель относится к области водометных насадок, оснащенных центробежным насосным устройством и предназначенных для установки на подвесных лодочных моторах, применяемых на маломерных судах в условиях мелководья. В частности, полезная модель относится к импеллерам, используемым в таких водометных насадках. Технический результат, достигаемый при осуществлении настоящей полезной модели, заключается в повышении пропульсивных характеристик водометной насадки с центробежным насосным устройством, имеющей заданные параметры насосного устройства. Предложен импеллер для водометной насадки с центробежным насосным устройством, имеющей вертикальный приводной вал, при этом импеллер выполнен с возможностью размещения в корпусе водометной насадки и содержит втулку, выполненную с возможностью установки на конце вертикального приводного вала, и размещенные на втулке лопастные элементы, причем импеллер также содержит кольцевой корпус, окружающий лопастные элементы и выполненный с ними за одно целое. The utility model relates to the field of water jet nozzles equipped with a centrifugal pumping device and intended for installation on outboard motors used on small vessels in shallow water conditions. In particular, the utility model relates to impellers used in such water jet nozzles. The technical result achieved by implementing this utility model is to increase the propulsive characteristics of a water-jet nozzle with a centrifugal pumping device having the specified parameters of the pumping device. An impeller is proposed for a water-jet nozzle with a centrifugal pumping device having a vertical drive shaft, wherein the impeller is configured to be placed in the body of the water-jet nozzle and contains a sleeve configured to be installed at the end of the vertical drive shaft, and blade elements placed on the sleeve, the impeller also contains an annular housing surrounding the blade elements and made integral with them.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИTECHNICAL FIELD

Полезная модель относится к области водометных насадок, оснащенных центробежным насосным устройством и предназначенных для установки на подвесных лодочных моторах, применяемых на маломерных судах в условиях мелководья. В частности, полезная модель относится к импеллерам, используемым в таких водометных насадках.The utility model relates to the field of water jet nozzles equipped with a centrifugal pumping device and intended for installation on outboard motors used on small vessels in shallow water conditions. In particular, the utility model relates to impellers used in such water jet nozzles.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE ART

Из уровня техники известно использования водометных движителей как альтернативы традиционным гребным винтам при эксплуатации маломерных судов в условиях мелководья. При этом применение водометных движителей не ограничивается только стационарными конструкциями, интегрированными в днище лодки, но и активно применяются как водометная насадка с подвесными лодочными моторами. Импеллер может быть расположен горизонтально или вертикально относительно плоскости воды, что определяет возможности движителя и общие пропульсивные характеристики применения водометных насадок на подвесных лодочных моторах.It is known from the state of the art to use water jet propulsion as an alternative to traditional propellers when operating small vessels in shallow water conditions. At the same time, the use of water-jet propulsion is not limited only to stationary structures integrated into the bottom of the boat, but is also actively used as a water-jet attachment with outboard boat motors. The impeller can be located horizontally or vertically relative to the plane of the water, which determines the capabilities of the propulsion and the general propulsion characteristics of the use of water jet nozzles on outboard boat motors.

Известны водометные насадки с центробежным насосным устройством, оснащенные вертикальным приводным валом, и, соответственно, вертикальным расположением оси импеллера, например, водометная насадка компании «Outboard Jets» (https://www.outboardjets.com/download/jet_kit_instructions/A,%20H%20FINAL.pdf). В известной конструкции используется принцип центробежного насоса, согласно которому при вращении, импеллер втягивает воду в корпус движителя через водозаборник, разгоняет поток по спирали, который на выходе из зауженного сопла создает упор водяной струи необходимый для движения лодки. Известная водометная насадка имеет неподвижные узлы: корпус, кольцевой корпус для размещения импеллера или обечайку, водозаборник и сопло, и подвижный узел в виде импеллера и приводного вала. Неподвижные узлы имеют жесткую конструкцию и, следовательно, постоянное суммарное гидравлическое сопротивление, обусловленные их формой и размерами, т.е. потери давления в этих элементах, заложенные при проектировании, постоянны и неизменны в одинаковой внешней среде. Импеллер установлен на конце вертикального приводного вала и расположен с возможностью вращения внутри кольцевого корпуса, который, в свою очередь, расположен внутри водозаборного патрубка. Импеллер преобразовывает энергию двигателя путем вращения лопастных элементов и проталкивания воды, тем самым создавая и регулируя реактивную тягу, необходимую для перемещения маломерного судна. Для поддержания максимального возможных пропульсивных качеств водометной насадки необходимо обеспечить идеальные настройки сопряжения импеллера с кольцевым корпусом. Другими словами, минимальный зазор между лопастными элементами импеллера и внутренней поверхностью кольцевого корпуса позволяет сформировать необходимое давление для получения максимальной тяги. Водометные насадки данного типа имеют высокую надежность, ресурс и простоту конструкции, благодаря чему они широко используются на подвесных лодочных моторах. Однако в конструкции такой водометной насадки существуют потери на раскручивание водного потока, а также существует постоянная необходимость контролировать рабочий зазор между лопастными элементами импеллера и кольцевым корпусом во избежание еще больших гидравлических потерь. В то же время, при эксплуатации в условиях мелководья, в условиях агрессивной среды (песок, камни, мусор и т.д.), происходит износ элементов водометной насадки, в особенности кольцевого корпуса, что приводит к увеличению зазора и потери давления в насосном устройстве. При этом замена или настройка импеллера с кольцевым корпусом трудоемка, затратна и не всегда возможна во время эксплуатации на воде в силу отсутствия квалифицированных специалистов, необходимого оборудования, оснастки, запасных деталей, технических помещений и т.д.There are known water-jet nozzles with a centrifugal pumping device, equipped with a vertical drive shaft, and, accordingly, a vertical arrangement of the impeller axis, for example, a water-jet nozzle from the Outboard Jets company (https://www.outboardjets.com/download/jet_kit_instructions/A,%20H %20FINAL.pdf). The well-known design uses the principle of a centrifugal pump, according to which, when rotating, the impeller draws water into the propulsion body through the water intake, accelerates the flow in a spiral, which, at the exit from the narrowed nozzle, creates a stop of the water jet necessary for the movement of the boat. The known water-jet nozzle has fixed components: a housing, an annular housing for housing an impeller or shell, a water intake and a nozzle, and a movable assembly in the form of an impeller and a drive shaft. Fixed units have a rigid structure and, therefore, a constant total hydraulic resistance, due to their shape and size, i.e. The pressure losses in these elements, assumed during the design, are constant and unchanged in the same external environment. The impeller is mounted at the end of a vertical drive shaft and is rotatably located inside an annular housing, which, in turn, is located inside the water intake pipe. The impeller converts engine energy by rotating the blade elements and pushing water, thereby creating and regulating the jet thrust necessary to move the small boat. To maintain the maximum possible propulsive qualities of the water jet nozzle, it is necessary to ensure ideal settings for the interface between the impeller and the annular housing. In other words, the minimum gap between the impeller blade elements and the inner surface of the annular housing allows the necessary pressure to be generated to obtain maximum thrust. Jet nozzles of this type have high reliability, service life and simplicity of design, due to which they are widely used on outboard boat motors. However, in the design of such a water-jet nozzle, there are losses due to the spin-up of the water flow, and there is also a constant need to control the working gap between the blade elements of the impeller and the annular housing in order to avoid even greater hydraulic losses. At the same time, when operating in shallow water, in an aggressive environment (sand, stones, debris, etc.), wear occurs on the elements of the jet nozzle, especially the annular housing, which leads to an increase in the gap and pressure loss in the pumping device . At the same time, replacing or adjusting an impeller with an annular housing is labor-intensive, costly and not always possible during operation on water due to the lack of qualified specialists, necessary equipment, accessories, spare parts, technical premises, etc.

Также известны водометные насадки прямоточного действия с горизонтальным валом, и, соответственно, горизонтально расположенной осью импеллера, например, водометная насадка компании «American Turbine», используемый для стационарных моторов (http://www.americanturbine.com, SERVICE MANUALS) или водометная насадка компании «Berkeley pump company» (патент US3250069, публ. 10.05.1966). Импеллер, используемый в конструкции данных водометных насадок, жестко соединен с кольцевым корпусом и при прокачивании набегающего водного потока, проходящего через водоводный канал, создает избыточное давление и выбрасывает воду через сопло в направлении за кормой лодки. Гидродинамическая схема, используемая в данных водометных насадках, позволяет значительно снизить уровень потерь при захвате и покачивании водного потока, а также исключить необходимость регулировки зазора между лопастными элементами импеллера и кольцевым корпусом или его замены. Однако ряд конструктивных особенностей, в частности выполнение области сопряжения кольцевого корпуса импеллера с уплотнительным кольцом на входном конце импеллера не позволяет использовать такой импеллер в центробежных водометных насадках с вертикально установленным импеллером без соответствующей модификации.Direct-flow water-jet nozzles with a horizontal shaft and, accordingly, a horizontal impeller axis are also known, for example, a water-jet nozzle from the American Turbine company, used for stationary engines (http://www.americanturbine.com, SERVICE MANUALS) or a water-jet nozzle Berkeley pump company (patent US3250069, published 05/10/1966). The impeller used in the design of these water jet nozzles is rigidly connected to the annular housing and, when pumping the incoming water flow passing through the water channel, creates excess pressure and throws water through the nozzle in the direction behind the stern of the boat. The hydrodynamic scheme used in these water-jet nozzles can significantly reduce the level of losses when capturing and pumping the water flow, and also eliminate the need to adjust the gap between the impeller blade elements and the annular housing or replace it. However, a number of design features, in particular the interface between the annular impeller housing and the sealing ring at the inlet end of the impeller, does not allow the use of such an impeller in centrifugal water-jet nozzles with a vertically mounted impeller without appropriate modification.

Техническая проблема заключается в необходимости создания импеллера для водометной насадки с центробежным насосным устройством для подвесных лодочных моторов, при использовании которого обеспечиваются улучшенные пропульсивные характеристики существующих водометных насадок с центробежным насосным устройством.The technical problem lies in the need to create an impeller for a water-jet nozzle with a centrifugal pumping device for outboard boat motors, the use of which provides improved propulsion characteristics of existing water-jet nozzles with a centrifugal pumping device.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИDISCLOSURE OF THE ESSENCE OF THE UTILITY MODEL

Технический результат, достигаемый при осуществлении настоящей полезной модели, заключается в повышении пропульсивных характеристик водометной насадки с центробежным насосным устройством, имеющей заданные параметры насосного устройства. Кроме того, технический результат заключается в снижении регламента технического обслуживания водометной насадки при длительной эксплуатации в условиях мелководья.The technical result achieved by implementing this utility model is to increase the propulsive characteristics of a water-jet nozzle with a centrifugal pumping device having the specified parameters of the pumping device. In addition, the technical result consists in reducing the maintenance schedule for the water jet nozzle during long-term operation in shallow water conditions.

Указанный технический результат достигается благодаря созданию импеллера для водометной насадки с центробежным насосным устройством, имеющей вертикальный приводной вал, при этом импеллер выполнен с возможностью размещения в корпусе водометной насадки и содержит втулку, выполненную с возможностью установки на конце вертикального приводного вала, и размещенные на втулке лопастные элементы, причем импеллер также содержит кольцевой корпус, окружающий лопастные элементы и выполненный с ними за одно целое.The specified technical result is achieved by creating an impeller for a water-jet nozzle with a centrifugal pumping device having a vertical drive shaft, wherein the impeller is designed to be placed in the body of the water-jet nozzle and contains a sleeve configured to be installed at the end of the vertical drive shaft, and blades placed on the sleeve elements, and the impeller also contains an annular housing surrounding the blade elements and made integral with them.

Применение в существующих водометных насадках с центробежным насосным устройством, используемых с подвесными лодочными моторами, импеллера, в конструкции которого отсутствует зазор между кольцевым корпусом и лопастными элементами, позволяет повысить пропульсивные характеристики таких водометных насадок при сохранении принципа их работы, формы и габаритов.The use of an impeller in existing water-jet nozzles with a centrifugal pumping device, used with outboard boat motors, the design of which has no gap between the annular body and the blade elements, makes it possible to increase the propulsive characteristics of such water-jet nozzles while maintaining the principle of their operation, shape and dimensions.

В варианте выполнения полезной модели на выходном конце кольцевого корпуса на его внешней стороне выполнен проходящий по окружности участок поверхности, выполненный с возможностью сопряжения со скользящей посадкой с корпусом водометной насадки.In an embodiment of the utility model, at the output end of the annular housing, on its outer side there is a surface section running along the circumference, designed to mate with a sliding fit to the body of the water-jet nozzle.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Далее полезная модель описывается более подробно со ссылкой на фигуры чертежей, на которых:Next, the utility model is described in more detail with reference to the figures of the drawings, in which:

фиг. 1 изображает вид сбоку в разрезе импеллера в соответствии с настоящей полезной моделью;fig. 1 is a cross-sectional side view of an impeller in accordance with the present utility model;

фиг. 2 схематически изображает вид сбоку с частичным вырезом водометной насадки, установленной на подвесной лодочный мотор.fig. 2 is a schematic partial cut-away side view of a jet attachment mounted on an outboard motor.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИIMPLEMENTATION OF THE UTILITY MODEL

На фиг. 1 показан импеллер 1 согласно предлагаемой полезной модели, предназначенный для использования с водометной насадкой с центробежным насосным устройством, имеющей вертикальный приводной вал. Импеллер 1 содержит втулку 2, на которой размещены лопастные элементы 3. Вокруг лопастных элементов 3 размещен кольцевой корпус 4, выполненный с ними за одно целое, например отлит в виде единой детали. На выходном конце 5 кольцевого корпуса 4 на его внешней стороне расположен проходящий по окружности участок 6 поверхности, выполненный с формой и размерами, которые обеспечивают его сопряжения со скользящей посадкой с корпусом водометной насадки 7, показанной на фиг. 2.In fig. 1 shows an impeller 1 according to the proposed utility model, intended for use with a water-jet nozzle with a centrifugal pumping device having a vertical drive shaft. The impeller 1 contains a sleeve 2 on which the blade elements 3 are placed. Around the blade elements 3 there is an annular housing 4 made with them in one piece, for example cast in the form of a single part. At the output end 5 of the annular housing 4, on its outer side there is a surface section 6 running along the circumference, made with a shape and dimensions that ensure its mating with a sliding fit with the body of the jet nozzle 7, shown in FIG. 2.

Выполнение импеллера 1 в виде единой детали позволяет обеспечить идеальные настройки сопряжения лопастных элементов с кольцевым корпусом уже на этапе производства и, следовательно, обеспечить достижение и поддержание необходимого давления в насосном узле водометной насадки путем исключения образования зазоров и износа трущихся элементов.Making the impeller 1 in the form of a single part makes it possible to ensure ideal settings for pairing the blade elements with the annular housing already at the production stage and, therefore, to ensure the achievement and maintenance of the required pressure in the pumping unit of the water-jet nozzle by eliminating the formation of gaps and wear of the rubbing elements.

На фиг. 2 показан подвесной лодочный мотор 8 в сборе с водометной насадкой 7. Водометная насадка 7 содержит корпус 9, образующий водовод для прохождения воды. В корпусе 9 установлен вертикальный приводной вал 10. В нижней части корпуса 9 на входной стороне водовода выполнено отверстие 11, на которое установлен водозаборный патрубок 12, на входной стороне которого установлена съемная защитная решетка. На свободном конце вала 10 посредством подшипникового узла 13 установлен импеллер 1.In fig. Figure 2 shows an outboard motor 8 assembled with a water-jet nozzle 7. The water-jet nozzle 7 contains a housing 9 that forms a conduit for the passage of water. A vertical drive shaft 10 is installed in the housing 9. In the lower part of the housing 9, on the inlet side of the water conduit, there is a hole 11, onto which a water intake pipe 12 is installed, on the inlet side of which a removable protective grille is installed. An impeller 1 is installed at the free end of the shaft 10 by means of a bearing unit 13.

Водометная насадка 7 оснащена уплотнительной втулкой 14, предназначенной для создания области сопряжения между вращающимися и неподвижными частями водометной насадки. Уплотнительная втулка 14 установлена в отверстии 11 и имеет фланец 15 с отверстиями для крепежных элементов, который крепится между корпусом 9 и водозаборным патрубком 12. Уплотнительная втулка 14 может быть выполнена из антифрикционных материалов.The jet nozzle 7 is equipped with a sealing sleeve 14, designed to create a mating area between the rotating and stationary parts of the jet nozzle. The sealing sleeve 14 is installed in the hole 11 and has a flange 15 with holes for fasteners, which is attached between the housing 9 and the water intake pipe 12. The sealing sleeve 14 can be made of anti-friction materials.

Участок 6 поверхности кольцевого корпуса 4 размещен с минимальным зазором внутри уплотнительной втулки 14 таким образом, что обеспечивается сопряжение со скользящей посадкой кольцевого корпуса 4 и уплотнительной втулки 14. Поскольку область сопряжения кольцевого корпуса 4 и уплотнительной втулки 14 в рабочем состоянии располагается в воде, не требуется дополнительное использование смазочных материалов для обеспечения скольжения их поверхностей относительно друг друга в процессе вращения импеллера. Учитывая тот факт, что основной поток воды, насыщенный песком, камнями и мусором, проходит в полости межу импеллером 1 и кольцевым корпусом 4 и не попадает непосредственно в зону их сопряжения, то износ этих сопрягаемых деталей незначителен. Кроме того, поскольку поверхности кольцевого корпуса 4 и уплотнительной втулки 14 находятся в зоне повышенного давления, в области их сопряжения обеспечивается создание гидравлических сил, которые позволяют стабилизировать положение вертикального вала 10 в процессе эксплуатации. Выполнение области сопряжения кольцевого корпуса 4 и уплотнительной втулки 14 на выходном конце кольцевого корпуса 4 также позволяет стабилизировать зону повышенного давления в корпусе водометной насадки.Section 6 of the surface of the annular body 4 is placed with a minimum gap inside the sealing sleeve 14 in such a way that a sliding fit between the annular body 4 and the sealing sleeve 14 is ensured. additional use of lubricants to ensure the sliding of their surfaces relative to each other during the rotation of the impeller. Considering the fact that the main flow of water, saturated with sand, stones and debris, passes through the cavity between the impeller 1 and the annular housing 4 and does not fall directly into the area of their interface, the wear of these mating parts is insignificant. In addition, since the surfaces of the annular housing 4 and the sealing sleeve 14 are in a zone of increased pressure, in the area of their interface, hydraulic forces are created that allow the position of the vertical shaft 10 to be stabilized during operation. Providing a mating area between the annular housing 4 and the sealing sleeve 14 at the outlet end of the annular housing 4 also makes it possible to stabilize the high-pressure zone in the body of the water-jet nozzle.

Предлагаемый импеллер может быть легко приспособлен для использования в водометных насадках с разными габаритными характеристиками только за счет изменения собственных размеров, что позволяет сохранить форму и габариты этих водометных насадок, а также принцип их работы. При использовании импеллера предлагаемой конструкции, в которой отсутствует зазор между кольцевым корпусом и лопастными элементами, обеспечивается повышение пропульсивных характеристик существующих водометных насадок с центробежным насосным устройством. Кроме того, использование импеллера предлагаемой конструкции позволяет уменьшить необходимость в техническом обслуживании водометной насадки непосредственно в процессе ее эксплуатации.The proposed impeller can be easily adapted for use in water-jet nozzles with different dimensional characteristics only by changing its own dimensions, which allows maintaining the shape and dimensions of these water-jet nozzles, as well as the principle of their operation. When using an impeller of the proposed design, in which there is no gap between the annular housing and the blade elements, the propulsive characteristics of existing water-jet nozzles with a centrifugal pumping device are improved. In addition, the use of an impeller of the proposed design makes it possible to reduce the need for maintenance of the water-jet nozzle directly during its operation.

В настоящем описании представлены предпочтительные варианты осуществления настоящей полезной модели. Однако заявляемая полезная модель не ограничивается приведенными вариантами реализации, наилучшим образом поясняющими принципы и практическое применение полезной модели. Другие модификации и изменения могут быть выполнены специалистами в данной области техники, не отступая от сущности и объема полезной модели, которая определена приложенной формулой полезной модели.The present description presents preferred embodiments of the present utility model. However, the claimed utility model is not limited to the given implementation options, which best explain the principles and practical application of the utility model. Other modifications and changes may be made by those skilled in the art without departing from the spirit and scope of the utility model as defined by the appended claims.

Claims

1. An impeller for a water-jet nozzle with a centrifugal pumping device having a vertical drive shaft, wherein the impeller is designed to be placed in the body of the water-jet nozzle and contains a sleeve configured to be installed at the end of the vertical drive shaft, and blade elements placed on the sleeve, characterized in that that the impeller also contains an annular housing surrounding the blade elements and made integral with them.

2. The impeller according to claim 1, characterized in that at the output end of the annular housing, on its outer side there is a surface section running along the circumference, designed to mate with a sliding fit to the body of the water-jet nozzle.