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喷水推进装置是一种新型的特种动力装置 ,与常见的螺旋桨推进方式不同,喷水推进的推力是通过推进水泵喷出的水流的反作用力来获得的,并通过操纵舵及倒舵设备分配和改变喷流的方向来实现船舶的操纵。在滑行艇、穿浪艇、水翼艇、气垫船等中、高速船舶上得到了应用。
(1)喷水推进装置在加速和制动性能方面具有和变距螺旋桨相同的性能,喷水推进船舶具有卓越的高速机动性, 在回转时喷水推进装置产生的侧向力可使回转半径减小。
(2)喷水推进船舶舱内噪声和振动较小,比具有螺旋桨的船舶低(7-10)dB(A)。
(3)吃水浅、浅水效应小、传动机构简单、附件阻力小、保护性能好。
(4) 日常保养及维护较为容易。
(1) 舰船航速较低时(低于20kn时),喷水推进的效率比螺旋桨要低一些。
(2)由于增加了管路中水的重量,导致航行器的排水量增大(通常占全船排水量的5%左右),效率有所降低。进水 口损失的功率约占主机总功率的7%~9%。
(3)在水草或杂物较多的水域,进口容易出现堵塞现象而影响舰船的航速。
(4)机械传动机构仍然比较复杂,体积庞大。由于增加了外壳体的保护,推进泵叶轮的拆换比螺旋桨复杂。
(5)在航行过程中产生的空气辐射噪声仍较大。
(6)推力矢量化程度低,特别在航行器转弯时其推力会丧失。
(7)缺乏一套操作灵敏、水动力学性能优异的倒车装置。
(8)喷水推进器的浅吃水航行带来了在沙砾较多的水域中碎石和沙砾吸入系统的风险。
国内外水下高速航行器的研究趋势是体积小型化、航行隐形化、进攻高速化、制导精确化。改变传统的轴流泵 推进技术,采用系列模块化制造技术,以使用无轴推进技术为主要趋势。具体来讲采用中高压容积式液压泵作为推进喷射泵符合当前推进技术的发展趋势,成为水下航行器无轴推进技术的最佳选择。
典型的喷水推进装置结构主要由原动机及传动装置、推进水泵、管道系统、舵及倒舵组合操纵设备等组成的。
原动机及传动装置:喷水推进装置最常见的原动机及传动装置配置有燃气轮机与减速齿轮箱驱动、柴油机与减速齿轮箱驱动、燃气轮机或柴油机直接驱动等形式。在采用全电力综合推进的舰船上则一般采用电动机直接驱动推进水泵的形式。
推进水泵:推进水泵是喷水推进装置的核心部件。从推进水泵净功率和效率的要求、舰船布置的需要以及传动机构的合理、方便等方面出发,通常选用叶片泵中的轴流泵和导叶式混流泵,特殊情况下也可以采用离心泵。世界著名的推进水泵生产厂家主要有瑞典的Kamewa公司、新西兰的Hamilton公司、荷兰的Lips Jet、 日本的川崎公司和三菱重工公司、双环公司等。
管道系统:主要包括进水口、进水格栅、扩散管、推进水泵进流弯管和喷口等。管道系统的优劣在很大程度上决定了喷水推进系统效率的高低。
舵及倒舵组合操纵设备:采用喷水推进的船舶不能靠主机、推进水泵的逆转来实现倒航,一般是通过设法使喷射水流反折来实现。由于经喷口喷出的水流相对舵有较大的流速,所以一般采用使喷射水流偏转的方法来实现船舶的转向。常见的舵及倒舵综合操纵设备有外部导流倒放斗、外部转管放罩等。
泵喷水推进器研究进展
分析泵喷水推进器的基本工作原理及其与系统的匹配;重点讨论泵喷水推进器高效率的实现所涉及的设计问题、现代分析方法与结论以及推力计算领域的内容。介绍泵喷水推进器在转向和倒车领域的问题及发展潜力。
混流式喷水推进泵水力设计和性能预报
基于Matlab-Simulink平台开发了一套混流式喷水推进泵参数化水力设计程序,能快速优质完成混流式喷水推进泵设计时轴面投影图绘制、过流面积检查、流网绘制和逐点积分法叶片绘型等环节.采用CFD技术,通过几何建模、网格划分、边界初始和数值计算等步骤实现了对所设计混流式喷水推进泵的扬程、功率、效率和抗汽蚀性能的快速预报,并根据泵内具体流动细节为进一步改善结构、优化性能提供依据.通过实例阐述了混流式喷水推进泵CAD设计和CFD水力性能预报的各个环节,结果表明:基于此程序设计的混流式喷水推进泵达到了设计要求.
《喷水推进及推进泵设计理论和技术》是一本系统阐述喷水推进和推进泵理论及工程设计技术的论著。全书共10章,前4章讨论了喷水推进与舰船总体性能匹配优化的相关内容,重点论述了喷水推进的理论、喷水推进装置的分类及其适用范围和喷水推进主要参数与舰船总体性能匹配优化技术。后6章介绍了喷水推进装置分系统,重点论述了喷水推进轴流泵环量理论设计方法、喷水推进混流泵三元可控速度矩设计理论和方法,前瞻性地对两种新泵型———高比转速前置导叶喷水推进轴流泵及低比转速喷水推进轴流泵进行了探讨。
有关喷水推进的专著国内外较为罕见,作者将四十余年专业从事喷水推进和推进泵理论研究、技术设计、试验以及工程应用的积累和心得,总结归纳撰写成本书,提出了喷水推进的新思想与新技术,把握了喷水推进技术的发展方向,可供舰船科研设计单位、船舶工业主管部门、舰船使用单位的科技人员以及高等院校船舶专业的广大师生参考。
1 概论
1.1 喷水推进的基本概念
1.2 喷水推进装置和喷水推进泵
1.3 喷水推进技术的发展趋势
2 喷水推进的适用范围及应用情况
2.1 喷水推进的关键技术
2.2 不同喷水推进装置的结构类型和适用范围
2.3 喷水推进技术应用情况
3 喷水推进的基础理论
3.1 理想喷水推进器和实际喷水推进器
3.2 喷水推进系统平衡方程
3.3 喷水推进系统的设计理论和处理方法
3.4 喷水推进系统与船体相互作用
3.5 对影响喷水推进系统效率诸因素的分析与探讨
4 喷水推进主要参数的优化与航行特性计算
4.1 概述
4.2 喷水推进系统定义
4.3 基本方程
4.4 喷水推进主要参数优化
4.5 推进泵的选择原则
4.6 喷水推进船舶的航行特性计算及航速预报
5 喷水推进装置的分系统 91
5.1 概述
5.2 喷水推进管道系统
5.3 喷水推进方向舵与倒航斗系统
5.4 喷水推进操纵特性
5.5 喷水推进操纵的液压系统
5.5 喷水推进控制系统
6 喷水推进泵系统概述
6.1 推进泵分类
6.2 喷水推进泵水动力设计理论介绍
6.3 液体在泵内流动的运动学分析
6.4 推进泵的效率和损失
6.5 推进泵水动力基本方程———欧拉方程
6.6 有限叶片数的影响———滑移系数
6.7 推进泵相似理论
6.8 推进泵的空化与汽蚀
7 喷水推进轴流泵环量理论设计方法
7.1 概述
7.2 喷水推进轴流泵的原理
7.3 工作叶轮参数的选择
7.4 轴流泵的空泡校核
7.5 叶轮的剖面设计
7.6 强度校核
7.7 计算实例
7.8 导叶的设计
7.9 双级轴流泵的设计
8 喷水推进混流泵三元可控速度矩设计理论与方法
8.1 概述
8.2 原理
8.3 叶轮设计方法
8.4 导叶设计原理和方法
8.5 混流泵可控速度矩设计流程
8.6 设计案例
9 前置导叶喷水推进轴流泵
9.1 前置导叶喷水推进轴流泵概述
9.2 前置导叶喷水推进轴流泵二元理论设计方法———环量理论设计法
9.3 前置导叶喷水推进泵三元理论设计方法———定常数值模拟方法
9.4 试验方法
9.5 结论
10 低比转速喷水推进轴流泵设计方法
10.1 概述
10.2 低比转速喷水推进轴流泵设计方法
10.3 数值模拟与优化
10.4 试验方法
10.5 结论
参考文献
索引
符号术语对照表2100433B
《喷水推进泵及泵装置水动力特性》介绍了喷水推进泵及泵装置的水动力特性,优化了格栅、进水流道、喷口等部件,着重从流动和水力特性等方面阐述格栅、进水流道、推进泵、喷口等部件对水动力特性的影响,并较为系统地介绍了喷水推进泵及泵装置的汽蚀空化特性。
《喷水推进泵及泵装置水动力特性》可供水利、船舶、机械、海洋、动力等相关专业的师生、丁程技术人员和科研人员阅读和参考。