Вспомогательное гидрореактивное устройство
Изобретение относится к устройствам преобразования энергии волн и предназначено для преобразования энергии колебания судна в гидрореактивную энергию. Устройство содержит выполненный в носовом бульбе судна водовод. В нем расположено средство преобразования механической энергии в гидрореактивную. Последнее выполнено в виде камер. Камеры расположены друг над другом в вертикальной продольной плоскости сечения водовода и симметрично относительно его продольной оси. Каждая камера выполнена с входным водозаборным отверстием. Стенки камер образуют сужающиеся по ходу потока сопла с выходными отверстиями. Устройство содержит одну центральную камеру, две наружных - верхнюю и нижнюю камеры и, по крайней мере, две внутренних - верхнюю и нижнюю камеры. Боковые стенки камер водовода образованы боковыми стенками бульба. Верхняя и нижняя стенки камер водовода образованы выполненными криволинейными в продольном направлении и горизонтальными в поперечном сечении пластинами. В центральной камере на входном ее участке установлены симметрично относительно продольной оси водовода две вогнутые криволинейные пластины. На входе в каждую внутреннюю камеру установлена криволинейная вогнутая относительно продольной оси водовода пластина. Использование изобретения позволяет преобразовывать энергию вертикальной и килевой качки судна в гидрореактивную энергию, а также стабилизировать положение судна в штормовых условиях плавания. 1 ил.
Изобретение относится к устройствам для преобразования энергии волн, в частности для преобразования энергии колебания судна в гидрореактивную энергию, в том числе и при штормовых условиях с одновременным уменьшением качки вспомогательного гидрореактивного устройства вместе с устройством, на котором оно установлено, например судна.
Известно устройство для уменьшения скорости дрейфа судна, содержащее расположенные в носовом бульбе симметрично относительно диаметральной плоскости судна вертикальные входные каналы, соединенные посредством поворотных колен с соответствующими горизонтальными выходными каналами для создания при килевой качке судна тяговой силы, уменьшающей скорость дрейфа судна (см. патент RU №2184047, 27.06.2002).
Данное устройство позволяет использовать энергию волн только при килевой качке, что сужает его возможности.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является вспомогательное гидрореактивное устройство, расположенное в носовом бульбе судна и выполненное в виде водометного движителя, расположенного симметрично диаметральной плоскости судна и содержащего боковые обтекатели, при этом между обтекателями расположен канал, в котором установлен рабочий орган движителя, а сам канал разветвлен на два симметричных водопротока, направленных в корму судна и выходящих между бортами и боковыми обтекателями, причем канал выполнен в виде щелей с вертикальными стенками, а рабочий орган состоит из роторов с возможностью их вращения с реверсом (см. патент RU №2228874, 20.05.2004).
Данное устройство создает гидрореактивную силу. Однако для привода устройства требуется использовать часть энергии двигательной установки судна, что снижает эффективность от использования данного устройства.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является использование всей энергии волн, независимо от угла набегания потока на устройство вдоль его продольной оси.
Техническим результатом, достигаемым при реализации изобретения, является повышение эффективности его использования при преобразовании энергии волн в гидрореактивную энергию.
Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что гидрореактивное устройство содержит выполненный в носовом бульбе судна водовод, в котором расположено средство преобразования механической энергии в гидрореактивную, причем последнее выполнено в виде камер, расположенных друг над другом в вертикальной продольной плоскости сечения и симметрично относительно продольной оси водовода, каждая камера выполнена с входным водозаборным отверстием, а стенки камер образуют сужающиеся по ходу потока сопла с выходными отверстиями, при этом устройство содержит одну центральную камеру, две наружных - верхнюю и нижнюю камеры и, по крайней мере, две внутренних - верхнюю и нижнюю камеры, боковые стенки камер водовода образованы боковыми стенками бульба, а верхняя и нижняя стенки камер водовода образованы выполненными криволинейными в продольном направлении и горизонтальными в поперечном сечении пластинами, входные водозаборные отверстия верхней и нижней наружных камер выполнены соответственно одно в верхней, а другое - в нижней стенках бульба и обращены противоположно друг другу, входные водозаборные отверстия верхней и нижней внутренних камер наклонены к продольной оси водовода, а входное водозаборное отверстие центральной камеры расположено вертикально перпендикулярно продольной оси водовода, причем входные водозаборные отверстия внутренних и центральной камер выполнены спереди бульба, верхняя и нижняя стенки соответственно верхней и нижней наружных камер выполнены вогнутыми относительно продольной оси водовода, верхняя и нижняя криволинейные стенки соответственно верхней и нижней внутренних камер, общие с нижней и верхней стенкой соответственно верхней и нижней наружных камер, выполнены из плавно изогнутых пластин с выпуклым относительно продольной оси водовода участком со стороны входного водозаборного отверстия каждой из камер, нижняя и верхняя криволинейные стенки соответственно верхней и нижней внутренних камер образуют соответственно верхнюю и нижнюю стенки центральной камеры и выполнены из плавно изогнутых пластин с выпуклым относительно продольной оси водовода участком со стороны входного водозаборного отверстия, при этом в центральной камере на входном ее участке установлены симметрично относительно продольной оси водовода две вогнутые криволинейные пластины, а на входе в каждую внутреннюю камеру установлена криволинейная вогнутая относительно продольной оси водовода пластина.
В ходе проведенных испытаний было установлено, что сочетание водозаборных отверстий, выполненных в верхней, нижней и передней стенках, и выполненных между ними спереди носового бульба наклонных входных водозаборных отверстий, расположенных симметрично относительно продольной оси водовода устройства, позволяет в полной мере использовать энергию волны и набегающего на устройство потока для их преобразования в гидрореактивную энергию. Установленное на судне ниже его ватерлинии в носовом бульбе устройство позволяет преобразовывать энергию вертикальной и килевой качки судна в гидрореактивную энергию, что, в свою очередь, позволяет стабилизировать положение судна в штормовых условиях плавания, а также уменьшить качку судна. Кроме того, устройство в сочетании с положительными качествами бульба по снижению гидравлического сопротивления движению судна преобразует энергию волн в гидрореактивную энергию струи воды, которая при переднем ходе судна способна компенсировать часть потери скорости при движении судна в штормовых условиях против волны, без увеличения оборотов винта, что позволяет уменьшить расход топлива.
На чертеже представлено аксонометрическое изображение гидрореактивного устройства с условно прозрачной боковой стенкой бульба (контур «прозрачной» боковой стенки бульба и контур носовой части судна показаны тонкими линиями).
Гидрореактивное устройство содержит выполненный в носовом бульбе 1 судна 2 водовод 3, в котором расположено средство преобразования механической энергии в гидрореактивную. Последнее выполнено в виде камер 4, 5, 6, 7 и 8, расположенных друг над другом в вертикальной продольной плоскости сечения водовода 3 и симметрично относительно его продольной оси. Каждая камера 4, 5, 6, 7 и 8 выполнена с входным водозаборным отверстием соответственно 9, 10, 11, 12 и 13, а стенки камер 4, 5, 6, 7 и 8 образуют сужающиеся по ходу потока сопла с выходными отверстиями 14, 15, 16, 17 и 18, при этом устройство содержит одну центральную камеру 6, две наружных верхнюю 4 и нижнюю 8 камеры и, по крайней мере, две внутренних верхнюю 5 и нижнюю 7 камеры. Боковые стенки камер 4, 5, 6, 7 и 8 водовода 3 образованы боковыми 19 и 20 стенками бульба 1, а верхняя и нижняя стенки камер 4, 5, 6, 7 и 8 водовода 3 образованы выполненными криволинейными в продольном направлении и горизонтальными в поперечном сечении пластинами. Входные водозаборные отверстия 9 и 13 верхней 4 и нижней 8 наружных камер выполнены соответственно одно в верхней 21, а другое - в нижней 22 стенках бульба 1 и обращены противоположно друг другу. Входные водозаборные отверстия 10 и 12 верхней 5 и нижней 7 внутренних камер наклонены к продольной оси водовода 3, а входное водозаборное отверстие 11 центральной камеры 6 расположено вертикально перпендикулярно продольной оси водовода 3, причем входные водозаборные отверстия 10, 12 и 11 внутренних 5, 7 и центральной 6 камер выполнены спереди бульба 1. Верхняя и нижняя стенки соответственно верхней 4 и нижней 8 наружных камер выполнены вогнутыми относительно продольной оси водовода 3, верхняя и нижняя криволинейные стенки соответственно верхней 5 и нижней 7 внутренних камер, общие с нижней и верхней стенкой соответственно верхней 4 и нижней 8 наружных камер, выполнены из плавно изогнутых пластин с выпуклым относительно продольной оси водовода 3 участком со стороны входного водозаборного отверстия 10 и 12 каждой из камер 5 и 7. Нижняя и верхняя криволинейные стенки соответственно верхней 5 и нижней 7 внутренних камер образуют соответственно верхнюю и нижнюю стенки центральной камеры 6 и выполнены из плавно изогнутых пластин с выпуклым относительно продольной оси водовода 3 участком со стороны входного водозаборного отверстия 11, при этом в центральной камере 6 на входном ее участке установлены симметрично относительно продольной оси водовода 3 две вогнутые криволинейные пластины 23, а на входе в каждую внутреннюю камеру 5 и 7 установлена криволинейная вогнутая относительно продольной оси водовода пластина 24.
Гидрореактивное устройство расположено ниже ватерлинии в носовом бульбе и ориентировано в направлении движения судна на переднем ходу.
Гидрореактивное устройство может быть изготовлено из того же материала, из которого изготавливается корпус судна (сталь, легкий сплав, стеклопластик и т.п.) по одинаковым технологиям, на том же оборудовании и тем же составом работников судостроительного или судоремонтного предприятия.
Гидрореактивное устройство способно реализовывать свои возможности при колебаниях судна в направлении вертикальной оси (всплывание) и угловых колебаниях вокруг поперечной оси (килевая качка).
Преобразование энергии качки в реактивный упор происходит в результате наполнения камер 4, 5, 6, 7 и 8 устройства водой и проталкивания потоков воды напором набегающей воды через сопла, образованные указанными камерами 4, 5, 6, 7 и 8, и выхода потоков через выходные отверстия 14, 15, 16, 17 и 18 и далее через выходные отверстия водовода 3 со скоростью большей, чем при входе в камеры 4, 5, 6, 7 и 8, и в направлении, противоположном движению судна на переднем ходу, создавая гидродинамический упор.
По существу устройство, закрепленное на корпусе судна, работает как дополнительный гидрореактивный движитель, утилизируя энергию колебаний массы судна в набегающей волне и придавая судну дополнительный «упор» при движении передним ходом вразрез волны.
В качестве примера предлагается более подробное описание работы гидрореактивного устройства по варианту колебаний судна вокруг поперечной оси (килевая качка).
При движении бульба 1 и носовой оконечности судна 2 вперед и вверх в толще воды происходит движение установленного в бульбе 1 гидрореактивного устройства вперед и вверх. В верхние (наружную и внутреннюю) камеры 4 и 5 и в центральную камеру 6 интенсивно поступает вода. Частично вода поступает в нижние (внутреннюю и наружную) камеры 7 и 8.
При входе в камеры 4, 5 и 6 через входные водозаборные отверстия 9, 10 и 11 потоки воды находятся под напором воды, набегающей на устройство со стороны входных водозаборных отверстий 9, 10 и 11. Интерцепторы, образованные выпуклыми входными участками пластин на стенках камер 5, 6 и 7 и образующими входную поперечную кромку, удерживая поступающую воду на входе центральной камеры 6 и внутренней камеры 5, способствуют сохранению напора в центральной камере 6 и внутренней камере 5.
Напор набегающей воды обеспечивает прохождение потоков через камеры 4, 5 и 6, которые изменяют в заданном направлении вдоль судна движение потоков воды, а также создавая условия для прохождения потоков воды через сужающиеся (конфузорные) сопла для поддержания вследствие сжатия более высокой, чем при входе, скорости движения потока на выходе из камер 4, 5 и 6.
При прохождении потоков воды через камеры 4, 5 и 6 энергия качки судна 2 в сочетании с энергией набегающей волны обеспечивает продвижение потоков и поддерживание напора, что и позволяет преобразовать энергию волн в гидрореактивную силу, направленную горизонтально по ходу движения судна 2.
При движении носовой оконечности судна вперед и вниз происходит движение установленного на носовой оконечности судна гидрореактивного устройства вперед и вниз. В центральную камеру 6, а также в нижние (наружную и внутреннюю) камеры 7 и 8 интенсивно поступает вода. Частично вода поступает в верхние (внутреннюю и наружную) камеры 4 и 5. В остальном происходят те же процессы преобразования энергии волн в гидрореактивную энергию на выходе из камер 6, 7 и 8 устройства и, соответственно, на выходе из водовода 3, что описаны выше в отношении камер 4, 5 и 6.
Кроме того, гидрореактивное устройство, демпфируя возмущающие силы, раскачивающие судно, способствует стабилизации положения судна и уменьшению качки судна, особенно в штормовых условиях эксплуатации.
Настоящее изобретение может быть использовано везде, где есть необходимость преобразования энергии волн в гидрореактивную энергию, в первую очередь в судостроительной промышленности.
Гидрореактивное устройство, содержащее выполненный в носовом бульбе судна водовод, в котором расположено средство преобразования механической энергии в гидрореактивную, отличающееся тем, чтосредство преобразования механической энергии в гидрореактивную выполнено в виде камер, расположенных друг над другом в вертикальной продольной плоскости сечения водовода и симметрично относительно его продольной оси, каждая камера выполнена с входным водозаборным отверстием, а стенки камер образуют сужающиеся по ходу потока сопла с выходными отверстиями, при этом устройство содержит одну центральную камеру, две наружных - верхнюю и нижнюю камеры и, по крайней мере, две внутренних - верхнюю и нижнюю камеры, боковые стенки камер водовода образованы боковыми стенками бульба, а верхняя и нижняя стенки камер водовода образованы выполненными криволинейными в продольном направлении и горизонтальными в поперечном сечении пластинами, входные водозаборные отверстия верхней и нижней наружных камер выполнены соответственно одно - в верхней, а другое - в нижней стенках бульба и обращены противоположно друг другу, входные водозаборные отверстия верхней и нижней внутренних камер наклонены к продольной оси водовода, а входное водозаборное отверстие центральной камеры расположено вертикально перпендикулярно продольной оси водовода, причем входные водозаборные отверстия внутренних и центральной камер выполнены спереди бульба, верхняя и нижняя стенки соответственно верхней и нижней наружных камер выполнены вогнутыми относительно продольной оси водовода, верхняя и нижняя криволинейные стенки соответственно верхней и нижней внутренних камер, общие с нижней и верхней стенкой соответственно верхней и нижней наружных камер выполнены из плавно изогнутых пластин с выпуклым относительно продольной оси водовода участком со стороны входного водозаборного отверстия каждой из камер, нижняя и верхняя криволинейные стенки соответственно верхней и нижней внутренних камер образуют соответственно верхнюю и нижнюю стенки центральной камеры и выполнены из плавно изогнутых пластин с выпуклым относительно продольной оси водовода участком со стороны входного водозаборного отверстия, при этом в центральной камере на входном ее участке установлены симметрично относительно продольной оси водовода две вогнутые криволинейные пластины, а на входе в каждую внутреннюю камеру установлена криволинейная вогнутая относительно продольной оси водовода пластина.
