Устройство снижения гидродинамического сопротивления судна

Изобретение относится к судостроению, в частности к устройствам снижения сопротивления судов путем введения в пограничный слой корпуса судна рабочей среды в виде различного рода веществ. Устройство содержит отверстия или щели с гибким обтекателем по периметру подводной части корпуса судна, соединенные трубопроводом (с дозирующим устройством) через коллектор с выходом смесителя, в качестве которого используется трансзвуковой струйный аппарат - смеситель-насос Фисенко, который вырабатывает рабочую среду в виде однородной двухфазной газоводяной или пароводяной смеси, в которой доля газа (воздуха, пара) от 20 до 90%. Отверстия или щели объединены в автономные секции (днищевые, бортовые, палубные, выступающих частей корпуса), причем каждая секция имеет свой секционный коллектор и секционный трубопровод (с дозирующим устройством). Секционные трубопроводы соединены с общим трубопроводом, соединенным с выходом смесителя, при этом первый вход смесителя через дозирующее устройство соединен с источником воды (например, с забортной), второй вход смесителя соединен трубопроводом (с дозирующим устройством) с источником газа, воздуха или пара. Технический результат заключается в снижении сопротивления движению судов и уменьшении расхода топлива. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к судостроению, в частности к устройствам снижения сопротивления судов путем введения в пограничный слой корпуса судна рабочей среды в виде различного рода веществ (полимеров, газов, воздуха, водоотталкивающей смазки и т.п.). Позволяет упростить устройство, повысить его эффективность.

Известно устройство подачи рабочей среды в виде раствора полимера в пограничный слой корпуса судна, содержащее смеситель, отверстия или щели с обтекателем по периметру корпуса, соединенные через коллектор с трубопроводом, который сообщен со смесителем (авторское свидетельство СССР №1068325, 1984). Принято за прототип.

Недостатки устройства - необходимость возить расходуемый полимер, при этом конструкция устройства достаточно сложная, эффективность подачи раствора вещества сравнительно низкая, так как отсутствует регулировка параметров раствора в зависимости от места подачи по корпусу (борт, днище, верхняя часть корпуса).

Известен способ снижения гидродинамического сопротивления движению тел, состоящий в создании в пограничном слое электромагнитного поля, которое генерирует комплексы молекул (вместо полимеров) (авторское свидетельство СССР №364483, 1972 г.).

Недостаток способа - необходимость наличия расходуемых железных и/или алюминиевых электродов на внешнем корпусе тела.

Известно устройство для снижения сопротивления трения движущегося в воде объекта, содержащее оболочку с ячейками, охватывающую корпус объекта, с отверстиями для выпуска водоотталкивающей смазки на наружную поверхность оболочки (авторское свидетельство СССР №1726308, 1992 г.).

Недостатки устройства - необходимость возить расходуемую водоотталкивающую смазку или ингредиенты смазки для изготовления ее на борту судна, громоздкость конструкции, низкая надежность и живучесть, трудности ремонта.

Технический результат предлагаемого изобретения - упрощение конструкции устройства, повышение эффективности работы устройства, а именно: увеличение степени использования рабочей среды и снижение гидродинамического сопротивления судна, отсутствие необходимости возить расходные вещества, материалы.

Технический результат достигается тем, что в известном устройстве, имеющем смеситель, отверстия или щели с обтекателем по периметру корпуса, соединенные через коллектор со смесителем, в качестве смесителя используется трансзвуковой струйный аппарат - смеситель-насос Фисенко, а в качестве рабочей среды - вырабатываемая в смесителе однородная (гомогенная) газоводяная или пароводяная двухфазная смесь (далее - двухфазная смесь). При этом доля газа (воздуха, пара) составляет от 0,2 до 0,9, что обеспечивает скорость потока двухфазной смеси на выходе аппарата 20-100 м/с. Отверстия или щели по периметру подводной части корпуса в плоскости шпангоута судна объединены в автономные секции (днищевые, бортовые, палубные, выступающих частей корпуса), причем каждая секция имеет свой коллектор и трубопровод с дозирующим устройством. Секционные трубопроводы соединены с общим трубопроводом или с выходом секционного смесителя. Первый вход смесителя соединен трубопроводом, снабженным дозирующим устройством, с источником воды (например, с забортной), второй вход смесителя соединен трубопроводом (с дозирующим устройством) с источником газа или воздуха (пара). Источником пара может быть, например, паровой котел судна.

На фиг.1 представлены конструктивная и гидравлическая схемы предлагаемого устройства, на фиг.2 - расположение секционных коллекторов по периметру подводной части судна с трубопроводами, на фиг.3 - размещение устройства на надводном судне и подводном аппарате.

Устройство подачи двухфазной смеси на поверхность корпуса судна содержит смеситель 1, отверстия или щели 2 с обтекателем 3, расположенные в носовой части судна по периметру погруженной части корпуса 4 и соединенные через коллектор 5 с трубопроводом 6, который соединен с выходом 7 смесителя 1. Первый вход 8 смесителя 1 соединен трубопроводом 9 (с дозирующим устройством 10). Второй вход 11 смесителя 1 соединен трубопроводом 12 (с дозирующим устройством 13) с источником газа или воздуха (пара) 14.

На фиг.2а коллектор 5 у надводного судна разделен для примера на 3 автономные секции (две бортовые и одна днищевая). Каждая секция имеет секционный трубопровод 15 (15а, 15б) с дозирующими устройствами 16 (16а, 16б). Секционные трубопроводы 15 соединены с общим трубопроводом 6. Устройство имеет один общий смеситель с оборудованием 17, показанным на фиг.1.

В варианте 2 компоновки устройства каждая секция имеет свой смеситель со всем необходимым оборудованием 17.

При варианте 3 бортовые секции могут иметь общий смеситель, а днищевая секция свой смеситель, с необходимым оборудованием 17.

Для подводного аппарата (фиг.2б) возможны 4 варианта компоновки устройства. В варианте 1 коллектор может состоять из 4-х секций: двух бортовых 5а, днищевой 5б и верхней секции 5в. При этом используется один комплект оборудования 17 и четыре секционных трубопровода с дозирующими устройствами.

В варианте 2 каждая из секций имеет свой смеситель с соответствующим оборудованием 17.

В варианте 3 коллекторы бортовых секций имеют один общий трубопровод с дозирующим устройством. Трубопроводы бортовых секций, днищевой и верхней секции соединяются с трубопроводом 6.

В варианте 4 бортовые секции с общим трубопроводом с дозирующим устройством днищевая и верхняя секции имеют самостоятельный смеситель.

Устройство работает следующим образом.

Для запуска устройства в смеситель 1 через первый вход 8 подается вода (например, забортная) по трубопроводу 9. Регулировка расхода воды осуществляется дозирующим устройством 10. Через второй вход 11 смесителя поступает газ или воздух (пар) от источника газа или воздуха 14 по трубопроводу 12. Регулировка расхода и давления газа или воздуха производится дозирующим устройством 13. В случае использования пара его источником 14 может быть паровой котел судна. В качестве смесителя используется трансзвуковой струйный аппарат Фисенко (авт. св. №966326, опубл. 1982 г.; авт. св. №1699564, опубл. 1991 г.; патент РФ №2016261, опубл. 1994 г.; патент РФ №2155280, опубл. 2000 г.), являющийся одновременно смесителем и насосом. В смесителе 1 вода и газ поступают в камеру смешения, где получается поток двухфазной смеси, который далее тормозится с возрастанием давления в потоке до определенной величины, которая при сохранении двухфазного состояния обеспечивает на выходе смесителя заданную скорость потока.

В смесителе 1 образуется однородная (гомогенная) газоводяная (пароводяная) двухфазная смесь с микроскопическими газовыми (паровыми, воздушными) включениями, которая транспортируется по трубопроводу 6 в коллектор 5 и из него через отверстия (щели) 3 в пограничный слой на корпусе судна 4. 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).

Наличие нескольких самостоятельных секций коллекторов позволяет повысить эффективность использования потока двухфазной смеси, особенно для надводного судна. При качке судна и наличии одного коллектора двухфазная смесь, имея меньшую плотность, чем забортная вода, будет стремиться всплыть, при этом появятся оголенные (без обтекания двухфазной смесью) участки корпуса судна, снизится эффективность снижения сопротивления судна в целом. Увеличение скорости подачи двухфазной смеси через бортовые секции, оставляя прежней подачу через днищевую секцию, позволит компенсировать указанное влияние качки.

Единый коллектор совершенно непригоден для судов (например, танкеров), у которых на переходе морем большая разница в осадке в нагруженном состоянии и порожнем.

Предлагаемое устройство позволит существенно снизить сопротивление движению надводных судов, подводных аппаратов, тем самым уменьшить расход топлива и время доставки грузов и пассажиров в порты назначения.

1. Устройство снижения гидродинамического сопротивления судна, содержащее смеситель для выработки рабочей среды, отверстия или щели с обтекателем по периметру корпуса, соединенные трубопроводом через коллектор со смесителем, отличающееся тем, что в качестве смесителя используется трансзвуковой струйный аппарат - смеситель-насос Фисенко, а рабочая среда - в виде вырабатываемой в смесителе однородной двухфазной газоводяной или пароводяной смеси, в которой доля газа (воздуха, пара) от 20 до 90%, отверстия или щели с обтекателем по периметру подводной части корпуса объединены в автономные секции (днищевые, бортовые, палубные, выступающих частей корпуса), каждая секция имеет свой секционный коллектор и секционный трубопровод с дозирующим устройством, причем секционные трубопроводы соединены с общим трубопроводом, соединенным с выходом смесителя, при этом первый вход смесителя через дозирующее устройство соединен с источником воды (например, с забортной), второй вход смесителя соединен трубопроводом через дозирующее устройство с источником газа, воздуха или пара.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что обтекатель выполнен из гибких материалов более живучим при эксплуатации, чем из твердых материалов.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что коллектор надводного судна выполнен из двух связанных между собой трубопроводом бортовых секций и днищевой секции, при этом бортовые и днищевая секции имеют общий или раздельные смесители.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что коллектор подводного судна (аппарата) выполнен из двух связанных между собой трубопроводом бортовых секций, днищевой и палубной секций, при этом все или отдельные секции имеют свои смесители.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отверстия или щели с коллектором размещены в носу выступающей части подводного судна (аппарата) и подсоединены к общему трубопроводу или имеют свой смеситель.