Движитель плавучего средства
Изобретение относится к судостроению, в частности к движителям плавучих средств. Движитель плавучего средства содержит сквозной канал, имеющий форму щели и расположенный вблизи корпуса плавучего средства, установленный в сквозном канале по крайней мере один пластинчатый ротор, привод ротора. Ротор не менее чем на половину углублен в полость одной из стенок канала, а ометаемая ротором поверхность и противоположная стенка сквозного канала имеют зазор. Площадь входного отверстия сквозного канала выполнена больше 1,2 площади выходного отверстия. В корневом сечении пластин ротора выполнены вырезы, ширина которых от оси ротора не более 0,85 радиуса ометаемой поверхности ротором. Достигается снижение энергозатрат при создании тяги движителем. 1 з.п.ф-лы, 4 ил.
Предлагаемое изобретение относится к области судостроения, конкретнее к движителям плавучих средств, позволяющим снизить энергозатраты при создании тяги.
Известен движитель плавучего средства (см. патент Германии N 114798, публ. 08.11.1900), содержащий сквозной канал, имеющий форму щели и расположенный вблизи корпуса плавучего средства, установленный в сквозном канале по крайней мере один пластинчатый ротор, привод ротора, причем ротор не менее чем на половину углублен в полость одной из стенок канала, а ометаемая ротором поверхность и противоположная стенка сквозного канала имеют зазор. Это устройство принято в качестве прототипа. Как следует из описания к данному изобретению, при увеличении зазора, образующегося между ометаемой ротором поверхностью и противоположной стенкой канала, от нуля до удвоенной высоты выступающей из плоскости в канал части ометаемой поверхности ротором тяга движителя увеличивается на 80 - 100%. При дальнейшем увеличении относительной величины зазора повышение тяги движителя не ощущалось. Целью данного изобретения является снижение энергозатрат при создании тяги движителем. Решение этой цели достигается тем, что в движителе плавучего средства, содержащем сквозной канал, имеющий форму щели, и расположенном вблизи корпуса плавучего средства, установленный в сквозном канале по крайней мере один пластинчатый ротор, привод ротора, причем ротор не менее чем на половину углублен в полость одной из стенок канала, а ометаемая ротором поверхность и противоположная стенка сквозного канала имеют зазор, площадь входного отверстия сквозного канала выполнена больше 1,2 площади выходного отверстия канала, а в корневом сечении пластин ротора выполнены вырезы, ширина которых от оси ротора не более 0,85 радиуса ометаемой поверхности ротором. Число лопастей ротора выбирают из условия где n - число лопастей ротора; a - высота лопасти; R - радиус ометаемой поверхности ротором. На противоположных стенках сквозного канала установлены по крайней мере два симметричных ротора, причем расстояние между стенками сквозного канала в районе установки роторов не менее 2,4 высоты выступающей из плоскости в канал части ометаемой поверхности ротором. Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где дано: на фиг.1 - продольный разрез плавучего средства; на фиг.2 - сечение А-А по фиг.1; на фиг.3 - сечение Б-Б по фиг.2; на фиг.4 - сечение Б-Б (вариант) по фиг.2. Плавучее средство содержит корпус 1 и движитель 2, установленный вблизи корпуса 1. Движитель 2 может быть установлен как в носовой части, так и в корме корпуса 1 или совместно, как показано на фиг. 1 и 2. Движитель 2 образует сквозной канал 3, имеющий форму щели, который сообщается с окружающей средой посредством отверстий. Движитель 2 установлен на корпусе 1 со стороны одного из отверстий с зазором, образующим верхнюю и нижнюю щели. Площадь входного отверстия сквозного канала 3 выполнена больше 1,2 площади выходного отверстия. В канале 3 устанавливают пластинчатые роторы 4 для создания потока в канале 3 с реверсом посредством привода (на чертежах не указан). Каждый ротор 4 имеет пластинчатые лопасти 5, которые могут быть различной конфигурации: плоские (как показано на фиг. 4 и 5), S-образные, лопатообразные и т.п. В корневом сечении пластин 5 выполнены вырезы, ширина которых от оси ротора 4 не более 0,85 радиуса R ометаемой поверхности ротором 4. Число n лопастей 5 на каждом роторе 4 может быть два и более, причем число n выбирают из условиягде a - высота лопасти 5 от радиуса R до кромки выреза (фиг. 3 и 4). На противоположных стенках сквозного канала 3 могут быть установлены два симметричных ротора 4, причем расстояние H между стенками канала 3 в районе установки роторов 4 не менее 2,4 высоты h выступающей из плоскости в канал 3 части ометаемой поверхности ротором 4 (фиг.1). Стрелками на чертежах показаны направления набегающего потока и потока внутри канала 3, а также направление вращения роторов 4. Движитель 2 плавучего средства работает следующим образом. Для создания движения плавучего средства роторы 4 вращают, как показано стрелками на фиг. 1, посредством приводов (на чертежах не показаны). При вращении роторы 4 создают поток в каналах 3 посредством забора воды из окружающей среды через входные отверстия и выброса ее через выходные отверстия. В результате каждый движитель 2 создает тягу, приводящую в движение плавучее средство. Как показали эксперименты, проводимые в Санкт-Петербургском государственном морском техническом университете (СПбГМТУ), целесообразно площадь входного отверстия сквозного канала 3 выполнять более 1,2 площади выходного отверстия. Это позволяет более эффективно использовать канал 3 при создании тяги, а следовательно, снижает энергозатраты. Также целесообразно в корневом сечении пластин 5 выполнить вырезы, ширина которых от оси ротора 4 не более 0,85 радиуса R ометаемой поверхности ротором 4. Как показали эксперименты в гидродинамической трубе СПбГМТУ, при вращении роторов 4 с увеличением ширины вырезов в лопастях 5 происходило увеличение удельной тяги движителя 2 (т.е. отношение тяги движителя 2 к мощности, затрачиваемой на вращение роторов 4). Это объясняется тем, что при вращении ротора 4 лопасть 5 проходит как снаружи от стенки канала 3, создавая тягу движителя 2, так и внутри ниши стенки, где реализуются только затраты энергии на преодоление гидравлического сопротивления в нише, которая имеет минимальный зазор к ометаемой поверхности ротором 4. Кроме того, при выполнении вырезов в лопастях 5 осуществляется перетекание воды через них, уменьшая тем самым подпор, что снижает существенно энергозатраты на вращение ротора 4. В дополнение к этому, как показали эксперименты в СПбГМТУ, целесообразно число n лопастей 5 выбирать из условия
При увеличении числа n эффективность начинает резко падать. Это вызвано тем, что при большем числе n происходит взаимовлияние лопастей 5 друг на друга при вращении ротора 4, приводящее к снижению эффективности движителя 2. Следует отметить, что при установке двух симметричных роторов 4 на противоположных стенках сквозного канала 3 с расстоянием H между стенками сквозного канала 3 в районе установки роторов 4 не менее 2,4 высоты h, выступающей из плоскости в канал 3 части ометаемой поверхности ротором 4, может быть еще больше повышена эффективность предлагаемого движителя 2. Как показали эксперименты в СПбГМТУ, движитель 2 с двумя симметричными роторами 4 эффективен с отношения h/H 2,4 по сравнению с прототипом, где это отношение при одном роторе 4 h/H 3. Причем тяга, создаваемая двумя симметричными роторами 4, больше, чем удвоенная величина тяги одиночного ротора 4 при одинаковых энергозатратах. Это вызвано тем, что при вращении двух симметричных роторов 4 повышается влияние эжекции, а также снижается влияние противоположной стенки канала 3 для каждого ротора 4, что повышает эффективность движителя 2 по сравнению с прототипом. В результате при равных основных геометрических и кинематических параметрах предложенный движитель плавучего средства позволяет получать необходимую тягу для движения при меньших затратах энергии по сравнению с прототипом.
Формула изобретения
где n - число лопастей ротора;
a - высота лопасти;
R - радиус ометаемой поверхности ротором.
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4