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内置式无轴泵喷进水流道参数化设计与校核分析

时间:2023-09-29 理论教育 版权反馈
【摘要】:如前文所述,无轴泵喷内置时进水流道采用被动引流式结构较为适宜。图7.10航速12 kn、转速330 r/min、水深15 m时泵喷的空化形态KaMeWa公司的进水流道;MJP公司的进水流道参数化设计得到进水流道几何参数并且与潜器完成装配后系统几何形状如图7.11所示,直观上看,可以满足流道最矮、最短化的设计要求,有利于减轻潜器的配重压力。若系统的匹配性能较优,则可以反证进水流道设计的成效为优。

内置式无轴泵喷进水流道参数化设计与校核分析

如前文所述,无轴泵喷内置时进水流道采用被动引流式结构较为适宜。此时,进水流道相当于典型喷水推进器的进水流道水平放置,而出水流道可直接在泵喷出口轴向下游方向等直径延伸,核心部件仍然是推进泵本体和进水流道。但是,与典型喷水推进器的进水流道不同的是,因水下潜器的平行中体直径限制,进水流道的出口中心高度受到严格约束,相当于径向安装空间明显变小,并且在推进器轻量化设计的要求下,流道轴向长度也不宜过大,总体上不仅使得进水流道的设计难度大大增加,而且缺少参照对象。

第2章中已述,无论是喷泵还是内置式泵喷,进水流道的关键作用都在于为推进泵提供进流的同时竭力改进进流品质,维持泵高效率、抗空化和低噪声性能,并且保障其运转性能平稳,是连接船体外部流动和泵叶栅内部流动的桥梁。换句话说,进水流道的设计目标如下:在保证泵产生额定推力所需足够进流品质(流量和速度分布)的条件下,使得流道内的能量损失尽可能小,并且在消除自身流动分离和空化的基础上,尽可能阻止或者是延迟泵空化初生,以改善泵推进系统的推进性能。因此,流道出口的轴向速度不均匀度以及正则度系数是衡量流道设计品质的关键参数,设计校核时应尤其重视。

根据第3章所述的“基于单一几何参数控制的泵推系统进水流道参数化设计方法”,经过十多年的经验积累,课题组已经完成了多型高性能进水流道的设计,并且开发完成了完整的进水流道参数化设计程序,同时适用于长高形流道和短矮形流道,且均满足高航速(25 kn以上)和低航速推进的进流需求。鉴于本潜器的设计航速处于中低速范围,为保证流道内流体流动的优质性能,结合安装空间的实际限制,宜采用短矮形流道,以将径向安装空间需求压缩到极致,与典型喷水推进器厂商KaMeWa公司的长高形流道以及某海警船所引进的MJP公司的长高形流道(见图7.10)均不相同,尚无直接经验可供借鉴。

图7.10 航速12 kn、转速330 r/min、水深15 m时泵喷的空化形态(www.xing528.com)

(a)KaMeWa公司的进水流道;(b)MJP公司的进水流道

参数化设计得到进水流道几何参数并且与潜器完成装配后系统几何形状如图7.11所示,直观上看,可以满足流道最矮、最短化的设计要求,有利于减轻潜器的配重压力。此时,流道出口的轴向速度分布云图对应的不均匀度为0.14,且仅有靠近管道壁面的周向区域表现出速度不均匀性,已经极为接近理想进水流道的设计状态,可以在此基础上进行“潜器+内置式泵喷”系统的推进性能评估。若系统的匹配性能较优,则可以反证进水流道设计的成效为优。

图7.11 航速12 kn、转速330 r/min、水深15 m时泵喷的空化形态

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