Двухрежимный водозаборник водометного движителя судна на подводных крыльях

Изобретение относится к судостроению и, в частности к водометным движителям высокоскоростных судов. Водозаборник содержит водовод с выходным отверстием и входным отверстием, по периметру которого установлен трубопровод с пористыми элементами, соединенный с оборудованием для получения рабочей среды. В оборудовании в качестве смесителя использован трансзвуковой струйный аппарат-смеситель-насос Фисенко, в который подаются вода и газ (пар, воздух), а в качестве рабочей среды - вырабатываемая в смесителе аппарата однородная (гомогенная) газоводяная или пароводяная двухфазная смесь. В смеси газ (воздух, пар) составляет 20-90%. Первый вход аппарата соединен трубопроводом, снабженным дозирующим устройством, с источником воды (например, с забортной). Второй его вход соединен трубопроводом (с дозирующим устройством) с источником газа или воздуха (пара). С выхода аппарата двухфазная смесь поступает по автономным трубопроводам к трубопроводу с пористыми элементами на входном отверстии водовода и трубопроводу с пористыми элементами, идущему вдоль внешней обшивки водозаборника. Нижняя часть трубопровода, идущего к входному отверстию водовода, может иметь пористые элементы ниже ватерлинии в режиме хода судна на подводных крыльях. Трубопровод, идущий вдоль внешней обшивки водозаборника, может быть снабжен пористыми элементами от днища судна до ватерлиний на режиме хода его на подводных крыльях. Изобретение упрощает оборудование для получения рабочей среды, уменьшает его массогабаритные характеристики, устраняет необходимость возить для этого какие-либо вещества, материалы, обеспечивает неограниченные по времени возможности применения рабочей среды, повышает упор для преодоления «горба» сопротивления и КПД движителя и увеличивает скорость хода, чем уменьшает время доставки грузов и пассажиров в порты назначения или достигает экономии топлива. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к судостроению и, в частности к водометным движителям высокоскоростных судов.

Известны водозаборники водометного движителя с регулируемыми параметрами, обеспечивающими большую площадь входного отверстия водозаборника в процессе разгона и меньшую - для полного хода [1]. Недостатки таких водозаборников - наличие специальных механических приводов для управления регулируемыми элементами и подвижных деталей, которые снижают надежность конструкции устройства; возможность появления кавитации с наружной стороны водозаборника на полном ходу и с внутренней стороны - в процессе разгона.

Известны водозаборники с двумя патрубками (входными отверстиями), один - для полного хода судна, второй - дополнительный для процесса его разгона [2, 3].

Недостатки подобных водозаборников - наличие механических приводов для закрытия-открытия дополнительного патрубка, что снижает надежность устройств; сравнительная сложность и громоздкость устройств.

Известен двухрежимный водозаборник водометного движителя высокоскоростного судна, содержащий водовод с входным и выходным отверстиями, причем по периметру входного отверстия установлен трубопровод с пористыми элементами, который соединен с оборудованием для получения рабочей среды (патент РФ №2184678, опубл. 2002 г.). Принят за прототип.

Недостатки прототипа: в качестве рабочей среды используется водный раствор высокомолекулярного полимера, который надо возить и запасы которого на борту судна ограничены; сравнительно сложное оборудование для производства рабочей среды.

Технический результат изобретения: упрощение оборудования для получения рабочей среды, уменьшение его массогабаритных характеристик; отсутствие необходимости возить для этого какие-либо вещества, материалы; неограниченные по времени возможности применения рабочей среды; повышение упора для преодоления «горба» сопротивления и КПД движителя.

Технический результат достигается тем, что в известном устройстве, содержащем водовод с выходным отверстием и входным отверстием, по периметру которого установлен трубопровод с пористыми элементами, соединенный с оборудованием для получения рабочей среды, в оборудовании используется трансзвуковой струйный аппарат - смеситель-насос Фисенко (ТСАФ), в который подается вода и газ (пар или воздух), а в качестве рабочей среды - вырабатываемая в трансзвуковом струйном аппарате однородная (гомогенная) газоводяная или пароводяная двухфазная смесь. Причем доля газа (воздуха, пара) от 20 до 90%, что обеспечивает скорость потока двухфазной смеси на выходе аппарата 20-100 м/с. При этом первый вход (ТСАФ) соединен трубопроводом, снабженным дозирующим устройством, с источником воды (например, с забортной), второй его вход соединен трубопроводом (с дозирующим устройством) с источником газа или воздуха (пара). С выхода ТАСФ рабочая среда поступает по автономным трубопроводам к трубопроводу с пористыми элементами на входном отверстии и трубопроводу с пористыми элементами по высоте внешней обшивки водозаборника.

На фиг.1 изображена общая схема устройства, на фиг.2 - схема оборудования для получения рабочей среды.

Устройство включает: водовод водометного движителя 1 с входным отверстием 2 и выходным отверстием 3, трубопровод 4 с пористыми элементами по периметру входного отверстия 2, трубопровод 5 для подачи рабочей среды от оборудования 6 по приготовлению рабочей среды в трубопровод 4, трубопровод 7 с пористыми элементами, идущими вниз от днища судна 8. Оборудование 6 по приготовлению рабочей среды состоит из трансзвукового струйного аппарата Фисенко 9 с двумя входами 11 и 14 и одним выходом 10, при этом на вход 11 подается вода по трубопроводу 12, а на вход 14 по трубопроводу 15 подается газ (пар, воздух) от источника газа 16, где 13 - дозирующие устройства.

Устройство работает следующим образом.

Для запуска устройства в трансзвуковой струйный аппарат Фисенко 9 (авт. свидетельство №966326, публ. 1982 г.; авт. свид. №1699564, публ. 1991 г.; патент РФ №2016261, публ. 1994 г.; патент РФ №2155280, публ. 2000 г.), который одновременно выполняет функции смесителя и насоса, через первый вход 11 подается вода (например, забортная) по трубопроводу 12. Регулировка расхода воды осуществляется дозирующим устройством 13. Через второй вход 14 в аппарат 9 поступает газ или воздух (пар) от источника газа или воздуха 16 по трубопроводу 15. Регулировка расхода и давления газа или воздуха производится дозирующим устройством 13. В случае использования пара его источником 16 может быть паровой котел судна. В смесителе аппарата 9 вода и газ поступают в камеру смешения, где создается поток двухфазной смеси, который в аппарате 9 тормозится, при этом повышается давление в потоке до определенной величины, при которой на выходе 10 аппарата 9 сохраняется его двухфазность.

В смесителе аппарата 9 образуется однородная (гомогенная) газоводяная (пароводяная) смесь с микроскопическими газовыми (паровыми, воздушными) включениями, которая транспортируется по трубопроводу 5 в трубопровод 4 с пористыми элементами, из которого через пористые элементы двухфазная смесь поступает в пограничный слой на поверхности внутренней обшивки водовода. Нижняя часть трубопровода 5 также имеет пористые элементы, из которых двухфазная смесь поступает на погруженную в воду переднюю часть внешней обшивки водовода после выхода судна на подводные крылья. Трубопровод 7 имеет пористые элементы, начиная от ватерлинии судна в водоизмещающем положении, до ватерлинии судна, идущего на подводных крыльях. Подача в него двухфазной смеси производится только на режиме разгона.

Свойства двухфазной смеси определяются объемными соотношениями ее составляющих. При равенстве объемов воды и газа (пара) и скорости движения двухфазной смеси на выходе смесителя, превышающей скорость распространения звука в двухфазной смеси, имеет место минимальное (практически нулевое) сопротивления трения этой смеси о поверхности корпуса и в трубопроводах (Фисенко В.В. Сжимаемость теплоносителя и эффективность работы контуров циркуляции ЯЭУ». М.: Энергоатомиздат, 1987).

Двухфазная смесь, поступая в пограничный слой обтекаемых водой поверхностей, снижает в первую очередь сопротивление трения как внешней обшивки водозаборника, погруженной в воду, так и гидравлическое сопротивление в самом водоводе. Известно, что применение раствора полимера приводит к снижению сопротивления трения до 50%. Использование двухфазной смеси с практически нулевым гидравлическим сопротивлением должно дать более высокие результаты. Необходимое для производства двухфазной смеси оборудование надежно и имеет малые массогабаритные характеристики.

Таким образом, предлагаемое устройство позволит существенно снизить гидравлическое сопротивление в водоводе и сопротивление внешней обшивки водозаборника, тем самым упростить устройства для выхода СПК на крылья, повысить скорость хода судна и КПД водометного движителя надводных судов, подводных аппаратов, при этом уменьшится расход топлива или время доставки грузов и пассажиров в порты назначения.

Литература

1. С.В.Куликов, М.Ф.Храмкин. Водометные движители. - Л.: Судостроение, 1980, с.41, рис.1.35

2. М.А.Мавлюдов, А.А.Русецкий, Ю.М.Садовников, Э.А.Фишер. Движители быстроходных судов. 2-ое изд. - Л.: Судостроение, 1982, с.183, рис.5.27

3. Авт. свид. №548486, МКИ В6311/04, СССР, 1977.

4. Патент РФ №2184678, опубл. 2002 г.

1. Двухрежимный водозаборник водометного движителя судна на подводных крыльях, содержащий водовод с выходным отверстием и входным отверстием, по периметру которого установлен трубопровод с пористыми элементами, соединенный с оборудованием для получения рабочей среды, отличающийся тем, что в оборудовании используется трансзвуковой струйный аппарат - смеситель-насос Фисенко, в который подается вода и газ (пар, воздух), а в качестве рабочей среды - вырабатываемая в аппарате однородная (гомогенная) газоводяная или пароводяная двухфазная смесь, доля газа (воздуха, пара) в которой от 20 до 90%, при этом первый вход аппарата соединен трубопроводом, снабженным дозирующим устройством, с источником воды (например, с забортной), второй вход аппарата соединен трубопроводом (с дозирующим устройством) с источником газа или воздуха (пара), с выхода аппарата двухфазная смесь поступает по автономным трубопроводам к трубопроводу с пористыми элементами на входном отверстии водовода и к трубопроводу с пористыми элементами, идущему вдоль внешней обшивки водозаборника.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что нижняя часть трубопровода, идущего от трансзвукового струйного аппарата Фисенко к трубопроводу с пористыми элементами, установленному по периметру входного отверстия водовода, снабжена пористыми элементами ниже ватерлинии судна в режиме хода на подводных крыльях.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что трубопровод, идущий вдоль внешней обшивки водозаборника, снабжен пористыми элементами от днища судна до ватерлинии судна в режиме хода на подводных крыльях.