Гидрореактивное устройство
Изобретение относится к устройствам для преобразовния энергии волн, в частности для преобразования энергии колебания судна в гидрореактивную энергию. Гидрореактивное устройство содержит водовод, выполненный в виде расположенных симметрично относительно его продольной оси системы каналов с входными водозаборными отверстиями, общими для всех каналов вертикальными боковыми стенками и горизонтальными в поперечном сечении каналов криволинейными стенками, образующими сужающиеся по ходу потока сопла с выходными отверстиями для преобразования механическую энергию качки судна в гидрореактивную энергию, при этом система содержит две ступени преобразования энергии, расположенные одна за другой, каждая из ступеней выполнена в виде системы каналов, расположенных друг над другом в вертикальной продольной плоскости сечения водовода и симметрично относительно его продольной оси, при этом первая ступень имеет два внешних верхний и нижний канала, по крайней мере, два внутренних верхний и нижний канала и один центральный канал, а вторая ступень имеет два внешних верхний и нижний канала и один центральный канал, вход которого сообщен с выходом каналов первой ступени, горизонтальные стенки каналов образованы криволинейными в продольном направлении пластинами, верхний и нижний внешние и внутренние каналы первой ступени и верхний и нижний внешние каналы второй ступени обращены противоположно друг другу, а входное водозаборное отверстие центрального канала расположено вертикально, перпендикулярно продольной оси водовода, наружные стенки верхнего и нижнего внешних каналов первой и второй ступеней выполнены вогнутыми относительно продольной оси водовода, верхняя и нижняя стенки, соответственно верхнего и нижнего внутренних, каналов первой ступени общие с нижней и верхней стенкой, соответственно верхнего и нижнего внешних каналов первой ступени, а также верхняя и нижняя стенки центрального канала второй ступени, образующие одновременно нижнюю и верхнюю стенки внешних каналов второй ступени, выполнены из прямых пластин с выпуклым относительно продольной оси водовода входным участком, а горизонтальные криволинейные стенки центрального канала первой ступени выполнены из прямых пластин с выпуклым относительно продольной оси водовода участком со стороны входного водозаборного отверстия и одновременно являются стенками верхнего и нижнего внутренних каналов первой ступени, при этом на входе в центральный канал посередине между горизонтальными криволинейными стенками центрального канала первой ступени установлена с возможностью поворота относительно ее входной кромки горизонтальная плоская пластина, передняя кромка которой вынесена вперед и расположена перед входным водозаборным отверстием центрального канала, на выходе из второй ступени на водоводе установлена обечайка, образующая расширяющийся по ходу потока канал с формированием над верхним внешним и под нижним внешним каналами второй ступени водозаборные отверстия, а в вертикальных боковых стенках между задними кромками вертикальных боковых стенок и передними кромками вертикальных стенок обечайки со стороны узкого входного сечения обечайки выполнены вертикальные щелевые отверстия. В результате достигается повышение эффективности использования гидрореактивного устройства при преобразовании энергии волн в гидрореактивную энергию. 4 ил.
Изобретение относится к устройствам для преобразовния энергии волн, в частности для преобразования энергии колебания судна в гидрореактивную энергию, в том числе при штормовых условиях с одновременным уменьшением качки 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 гидрореактивное устройство, содержащее выполненный в носовом бульбе судна водовод, в котором расположено средство преобразования механической энергии качки судна на волне в гидрореактивную (см. патент RU №2338088, кл. F03B 13/14, 10.11.2008).
Данное устройство создает гидрореактивную силу. Однако данное устройство не в полной мере использует энергию волн при ее преобразовании в гидрореактивную энергию.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является более полное использование энергии килевой и вертикальной качки, при набегании потока на устройство под углом к 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 водовод, выполненный в виде расположенных симметрично относительно его продольной оси системы каналов с входными водозаборными отверстиями, общими для всех каналов вертикальными боковыми стенками и горизонтальными в поперечном сечении каналов криволинейными стенками, образующими сужающиеся по ходу потока сопла с выходными отверстиями для преобразования механическую энергию качки судна в гидрореактивную энергию, при этом система содержит две ступени преобразования энергии, расположенные одна за другой, каждая из ступеней выполнена в виде системы каналов, расположенных друг над другом в вертикальной продольной плоскости сечения водовода и симметрично относительно его продольной оси, при этом первая ступень имеет два внешних верхний и нижний канала, по крайней мере, два внутренних верхний и нижний канала и один центральный канал, а вторая ступень имеет два внешних верхний и нижний канала и один центральный канал, вход которого сообщен с выходом каналов первой ступени, горизонтальные стенки каналов образованы криволинейными в продольном направлении пластинами, верхний и нижний внешние и внутренние каналы первой ступени и верхний и нижний внешние каналы второй ступени обращены противоположно друг другу, а входное водозаборное отверстие центрального канала расположено вертикально, перпендикулярно продольной оси водовода, наружные стенки верхнего и нижнего внешних каналов первой и второй ступеней выполнены вогнутыми относительно продольной оси водовода, верхняя и нижняя стенки, соответственно верхнего и нижнего внутренних каналов первой ступени общие с нижней и верхней стенкой, соответственно, верхнего и нижнего внешних каналов первой ступени, а также верхняя и нижняя стенки центрального канала второй ступени, образующие одновременно нижнюю и верхнюю стенки внешних каналов второй ступени, выполнены из прямых пластин с выпуклым относительно продольной оси водовода входным участком, а горизонтальные криволинейные стенки центрального канала первой ступени выполнены из прямых пластин с выпуклым относительно продольной оси водовода участком со стороны входного водозаборного отверстия и одновременно являются стенками верхнего и нижнего внутренних каналов первой ступени, при этом на входе в центральный канал посередине между горизонтальными криволинейными стенками центрального канала первой ступени установлена, с возможностью поворота относительно ее входной кромки, горизонтальная плоская пластина, входная кромка которой вынесена вперед и расположена перед входным водозаборным отверстием центрального канала, на выходе из второй ступени на водоводе установлена обечайка, образующая расширяющийся по ходу потока канал с формированием над верхним внешним и под нижним внешним каналами второй ступени водозаборные отверстия, а в вертикальных боковых стенках между задними кромками вертикальных боковых стенок и передними кромками вертикальных стенок обечайки со стороны узкого входного сечения обечайки выполнены вертикальные щелевые отверстия.
В результате достигается повышение эффективности использования гидрореактивного устройства при преобразовании энергии волн в гидрореактивную энергию упора.
В ходе проведенных испытаний было установлено, что выполнение гидрореактивного устройства в виде системы, содержащей две ступени преобразования энергии, которые размещены одна за другой, в сочетании с выполнением каждой из ступеней в виде каналов, расположенных друг над другом в вертикальной продольной плоскости сечения водовода и симметрично относительно его продольной оси, при этом горизонтальные стенки каналов образуют, сужающуюся по ходу потока проточную часть, первая ступень имеет два внешних верхний и нижний каналы, по крайней мере, два внутренних верхний и нижний каналы и один центральный канал, а вторая ступень имеет два внешних верхний и нижний каналы и один центральный канал, а также установка на выходе из второй ступени обечайки, образующей расширяющийся по ходу потока канал с формированием над верхним внешним и под нижним внешним каналами второй ступени водозаборные отверстия в сочетании с выполнением в вертикальных боковых стенках между задними кромками вертикальных боковых стенок и передними кромками вертикальных стенок обечайки со стороны узкого входного сечения обечайки вертикальных щелевых отверстий и установкой на входе в центральный канал посередине между горизонтальными криволинейными стенками центрального канала первой ступени с возможностью поворота относительно ее входной кромки горизонтальной плоской пластины позволяет в полной мере использовать энергию волны и набегающего на устройство потока для их преобразования их энергии в гидрореактивную энергию. Установленное на судне ниже его ватерлинии в носовом бульбе гидрореактивное устройство позволяет преобразовывать энергию вертикальной и килевой качки судна в гидрореактивную энергию, что, в свою очередь, позволяет стабилизировать положение судна в штормовых условиях плавания, и 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 фиг.1 представлен продольный разрез гидрореактивного устройства.
На фиг.2 представлен вид спереди на гидрореактивное устройство.
На фиг.3 представлена установка гидрореактивного устройства в носовой части судна в качестве бульба.
На фиг.4 представлена установка гидрореактивных устройств в кормовой части судна.
Гидрореактивное устройство, содержащее водовод 1, выполненный в виде расположенных симметрично относительно его продольной оси системы каналов с входными водозаборными отверстиями, общими для всех каналов вертикальными боковыми стенками 2 и горизонтальными в поперечном сечении каналов криволинейными стенками, образующими сужающиеся по ходу потока сопла с выходными отверстиями для преобразования механическую энергию качки судна в гидрореактивную энергию. Система содержит две ступени преобразования энергии, расположенные одна за другой. Каждая из ступеней выполнена в виде системы каналов, расположенных друг над другом в вертикальной продольной плоскости сечения водовода 1 и симметрично относительно его продольной оси.
Первая ступень имеет два внешних верхний 3 и нижний 4 канала, по крайней мере, два внутренних верхний 5 и нижний 6 канала и один центральный канал 7.
Вторая ступень имеет два внешних верхний 8 и нижний 9 канала и один центральный канал 10, вход которого сообщен с выходом каналов 3, 4, 5, 6, и 7 первой ступени.
Горизонтальные стенки каналов образованы криволинейными в продольном направлении пластинами. Верхний 3, 5 и нижний 4, 6 внешние и внутренние каналы первой ступени и верхний 8 и нижний 9 внешние каналы второй ступени обращены противоположно друг другу. Входное водозаборное отверстие 11 центрального канала 7 расположено вертикально, перпендикулярно продольной оси водовода 1.
Наружные горизонтальные стенки 12, 13 верхнего 3, 8 и нижнего 4, 9 внешних каналов соответственно первой и второй ступеней выполнены вогнутыми относительно продольной оси водовода.
Верхняя 14 и нижняя 15 горизонтальные стенки соответственно верхнего 5 и нижнего 6 внутренних каналов первой ступени общие с нижней и верхней стенкой соответственно верхнего 3 и нижнего 4 внешних каналов первой ступени, а также верхняя 16 и нижняя 17 стенки центрального канала 10 второй ступени, образующие одновременно нижнюю и верхнюю стенки внешних каналов 8 и 9 второй ступени, выполнены из прямых пластин с выпуклым относительно продольной оси водовода 1 входным участком.
Горизонтальные криволинейные стенки 18 центрального канала 7 первой ступени выполнены из прямых пластин с выпуклым относительно продольной оси водовода 1 участком со стороны входного водозаборного отверстия и одновременно являются стенками верхнего 5 и нижнего 6 внутренних каналов первой ступени.
На выходе из второй ступени на водоводе 1 установлена обечайка 19, образующая расширяющийся по ходу потока канал с формированием над верхним 8 внешним и под нижним 9 внешним каналами второй ступени водозаборные отверстия 20.
На входе в центральный канал 7 посередине между горизонтальными криволинейными стенками 18 центрального канала 7 первой ступени установлена с возможностью поворота относительно ее входной кромки 21 на угол ±45° от продольной оси горизонтальная плоская пластина 22, входная кромка 21 которой вынесена вперед и расположена перед входным водозаборным отверстием центрального канала 7.
В вертикальных боковых стенках 2 между задними кромками вертикальных боковых стенок 2 и передними кромками вертикальных стенок обечайки 19 со стороны узкого входного сечения обечайки 19 выполнены вертикальные щелевые отверстия 23.
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 центральных каналов 7 и 10, внутренних каналов 5 и 6 и внешних каналов 3, 4, 8 и 9, а также через водозаборные отверстия 20 и вертикальные щелевые отверстия 23 устройства водой и проталкивания потоков воды напором набегающей воды через указанные каналы и выхода потоков воды со скоростью большей, чем при входе в эти каналы и в направлении, противоположном движению судна на переднем ходу, создавая гидродинамический упор.
По существу (см. фиг.3 и 4) устройство или устройства, закрепленное на корпусе судна, работают 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 гидрореактивного устройства, установленного в носовой оконечности судна вперед и вверх в толще воды происходит движение гидрореактивного устройства вперед и вверх, В верхние внешние каналы 3 и 8, верхний внутренний канал 5 и в центральный канал 7 интенсивно поступает вода. Частично вода поступает в аналогичные нижние каналы 4, 6 и 9. Причем под действием потока воды горизонтальная плоская пластина 21 отклоняется вниз, что позволяет поступить потоку воды в центральный канал 7 с меньшими гидравлическими потерями и, как следствие, увеличить скорость потока воды на выходе из гидрореактивного устройства.
При входе в указанные каналы потоки воды находятся под напором воды, набегающей на устройство.
Напор набегающей воды обеспечивает прохождение потоков через указанные выше каналы 3, 8 и 7, которые изменяют в заданном направлении вдоль судна движение потоков воды, а также создают условия для прохождения потоков воды через указанные сужающиеся каналы 3, 8, и 7 для создания вследствие сжатия, более высокой, чем при входе скорости движения потока на выходе из устройства, что позволяет преобразовать энергию волн в гидрореактивную силу, направленную горизонтально по ходу движения судна 2. Одновременно вода поступает через водозаборные отверстия 20 и через вертикальные щелевые отверстия 23 в образованный на выходе водовода 1 расширяющийся канал, формируя поток воды, усиливающий вытекающий из водовода 1 поток воды и таким образом создавая дополнительную гидрореактивную силу.
При движении носовой оконечности судна вперед и вниз происходит движение установленного на носовой оконечности судна гидрореактивного устройства вперед и вниз. В центральный канал 7, а также в нижние каналы 4, 6, 9 интенсивно поступает вода. Частично вода поступает в верхние каналы 3, 5, 8. В остальном происходят те же процессы преобразования энергии волн в гидрореактивную энергию, как описано выше.
Кроме того, гидрореактивное устройство, демпфируя возмущающие силы, раскачивающие судно, способствуют 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 водовод, выполненный в виде расположенных симметрично относительно его продольной оси системы каналов с входными водозаборными отверстиями, общими для всех каналов вертикальными боковыми стенками и горизонтальными в поперечном сечении каналов криволинейными стенками, образующими сужающиеся по ходу потока сопла с выходными отверстиями для преобразования механическую энергию качки судна в гидрореактивную энергию, отличающееся тем, что система содержит две ступени преобразования энергии, расположенные одна за другой, каждая из ступеней выполнена в виде системы каналов, расположенных друг над другом в вертикальной продольной плоскости сечения водовода и симметрично относительно его продольной оси, при этом первая ступень имеет два внешних, верхний и нижний, канала, по крайней мере, два внутренних, верхний и нижний, канала и один центральный канал, а вторая ступень имеет два внешних, верхний и нижний, канала и один центральный канал, вход которого сообщен с выходом каналов первой ступени, горизонтальные стенки каналов образованы криволинейными в продольном направлении пластинами, верхний и нижний внешние и внутренние каналы первой ступени и верхний и нижний внешние каналы второй ступени обращены противоположно друг другу, а входное водозаборное отверстие центрального канала расположено вертикально, перпендикулярно продольной оси водовода, наружные стенки верхнего и нижнего внешних каналов первой и второй ступеней выполнены вогнутыми относительно продольной оси водовода, верхняя и нижняя стенки соответственно верхнего и нижнего внутренних каналов первой ступени общие с нижней и верхней стенкой соответственно верхнего и нижнего внешних каналов первой ступени, а также верхняя и нижняя стенки центрального канала второй ступени, образующие одновременно нижнюю и верхнюю стенки внешних каналов второй ступени, выполнены из прямых пластин с выпуклым относительно продольной оси водовода входным участком, а горизонтальные криволинейные стенки центрального канала первой ступени выполнены из прямых пластин с выпуклым относительно продольной оси водовода участком со стороны входного водозаборного отверстия и одновременно являются стенками верхнего и нижнего внутренних каналов первой ступени, кроме того, на выходе из второй ступени на водоводе установлена обечайка, образующая расширяющийся по ходу потока канал с формированием над верхним внешним и под нижним внешним каналами второй ступени водозаборные отверстия, на входе в центральный канал посередине между горизонтальными криволинейными стенками центрального канала первой ступени установлена с возможностью поворота относительно ее входной кромки горизонтальная плоская пластина, входная кромка которой вынесена вперед и расположена перед входным водозаборным отверстием центрального канала, а в вертикальных боковых стенках между задними кромками вертикальных боковых стенок и передними кромками вертикальных стенок обечайки со стороны узкого входного сечения обечайки выполнены вертикальные щелевые отверстия.
