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. Гидрореактивная энергия струи воды при переднем ходе судна способна компенсировать часть потери скорости. Для стабилизации положения судна при сильном боковом ветре на каждой боковой стенке бульба с наружной его стороны выполнена вертикальная камера с входным отверстием со стороны передней части бульба. Образующиеся по ходу потока сопла направляют истекающий поток в стороны от наружной боковой стенки бульба, создавая реакцию струи в направлении, противоположном направлению смещения судна. За каждой вертикальной камерой в боковой стенке бульба выполнены выходные отверстия водовода. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к устройствам для преобразовния 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, содержащее выполненный в носовом бульбе судна водовод, в котором расположено средство преобразования механической энергии в гидрореактивную (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, а также сбоку.
Техническим результатом, достигаемым при реализации изобретения, является повышение эффективности его использования при преобразовании энергии волн в гидрореактивную энергию и стабилизация положения судна при набегании волны сбоку и при сильном боковом ветре.
Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что вспомогательное гидрореактивное устройство содержит выполненный в носовом бульбе судна водовод, в котором расположено средство преобразования механической энергии в гидрореактивную, которое выполнено в виде камер, расположенных друг над другом в продольной плоскости вертикального сечения водовода и симметрично относительно его продольной оси, каждая камера выполнена с входным водозаборным отверстием, а стенками камер образованы сужающиеся по ходу потока сопла с выходными отверстиями, при этом устройство содержит одну центральную камеру, две наружные верхнюю и нижнюю камеры и, по крайней мере, две внутренние 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, 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 выполнено перпендикулярно продольной оси водовода и расположено 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 плоских пластин с плавно изогнутым 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 общие соответственно с верхней и нижней стенками центральной камеры выполнены из плоских пластин с плавно изогнутыми выпуклыми относительно продольной оси водовода участками: одним со стороны входного водозаборного отверстия и другим со стороны выхода из центральной камеры, каждая внутренняя камера выполнена с наружной и внутренней промежуточными пластинами, образованными плоскими пластинами с входными плавно изогнутыми выпуклыми относительно продольной оси водовода участками, при этом одна внутренняя промежуточная пластина расположена над центральной камерой с образованием сужающегося по ходу потока сопла, а другая - под центральной камерой с образованием аналогичного сужающегося сопла с формированием за выходным сечением центральной камеры второй ступени разгона воды после ее разгона в центральной камере, наружные промежуточные пластины смещены вдоль продольной оси водовода вглубь бульба с образованием внутри водовода сужающегося по ходу потока сопла и формированием таким образом третьей ступени разгона воды после ее выхода из второй ступени разгона, при этом входные выпуклые участки этих пластин расположены над выходными участками стенок, образующих центральную камеру, причем на входном участке центральной камеры установлены симметрично относительно продольной оси водовода две вогнутые пластины, в каждой наружной камере, а также в каждой внутренней камере между промежуточными пластинами и между внутренней промежуточной пластиной и стенкой центральной камеры установлены симметрично относительно продольной оси водовода по одной вогнутой криволинейной пластине, причем внутренняя стенка вертикальной камеры, примыкающая к наружной боковой стенке бульба, выполнена вогнутой по отношению к продольной оси бульба с образованием сужающегося по ходу потока сопла с направлением истекающего из него потока в стороны от наружной боковой стенки бульба, со стороны входа в вертикальную камеру в ней установлена изогнутая направляющая поток пластина, а за каждой вертикальной камерой в боковой стенке бульба выполнены выходные отверстия водовода.
Верхняя и нижняя внутренние камеры могут быть снабжены дополнительными вогнутыми криволинейными платинами, расположенными по ходу потока воды со стороны входа в указанные внутренние камеры.
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.
Одновременно решается задача стабилизации положения судна при боковой волне и при сильном боковом ветре, приводящих к сносу судна и развороту судна, что особенно опасно во время шторма, когда боковая волна может опрокинуть судно. Для стабилизации положения судна в направлении поперек волны и снижения сноса судна при сильном боковом ветре на каждой боковой стенке бульба с наружной его стороны выполнена вертикальная камера с входным отверстием со стороны передней части бульба, причем внутренняя стенка вертикальной камеры, примыкающая к наружной боковой стенке бульба, выполнена вогнутой по отношению к продольной оси бульба с сужающегося по ходу потока сопла с направлением истекающего из него потока в стороны от наружной боковой стенки бульба, со стороны входа в вертикальную камеру в ней установлена изогнутая направляющая поток пластина, а за каждой вертикальной камерой в боковой стенке бульба выполнены выходные отверстия водовода. В результате при набеге боковой волны и/или при боковом ветре последний начинает смещать обладающее парусностью судно. В результате со стороны противоположного борта судна в вертикальную камеру начинает поступать вода, которая разгоняется в сопле вертикальной камеры и истекает, создавая реакцию струи в направлении, противоположном направлению смещения судна, что позволяет уменьшить воздействие на судно бокового ветра и боковой волны.
На фиг.1 представлено аксонометрическое изображение вспомогательного гидрореактивного устройства с условно прозрачной боковой стенкой бульба (контур «прозрачной» боковой стенки бульба и контур носовой части судна показаны тонкими линиями).
На фиг.2 представлен разрез А-А вертикальной камеры на фиг.1.
На фиг.3 представлен продольный разрез варианта выполнения водовода бульба с дополнительными вогнутыми криволинейными пластинами.
Вспомогательное 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 продольной плоскости вертикального сечения водовода 3 и симметрично относительно его продольной оси. Каждая камера 4, 5, 6, 7 и 8 выполнена с входным водозаборным отверстием 9, 10, 11, 12 и 13 соответственно, а стенками камер 4, 5, 6, 7 и 8 образованы сужающиеся по ходу потока сопла с выходными отверстиями. Устройство содержит одну центральную камеру 6, две наружные верхнюю 4 и нижнюю 8 камеры и, по крайней мере, две внутренние верхнюю 5 и нижнюю 7 камеры. Боковые стенки камер 4, 5, 6, 7 и 8 водовода образованы боковыми стенками 14 и 15 бульба 1. Верхняя и нижняя стенки камер 4, 5, 6, 7 и 8 водовода 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 16, а другое - в нижней (не показана) 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 12 центральной камеры 6 выполнено перпендикулярно продольной оси водовода 3 и расположено спереди бульба 1. Верхняя 17 и нижняя 18 стенки соответственно верхней 4 и нижней 8 наружных камер выполнены вогнутыми относительно продольной оси водовода 3. Верхняя 19 и нижняя 20 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 плоских пластин с плавно изогнутым выпуклым относительно продольной оси водовода 3 участком со стороны входного водозаборного отверстия, соответственно отверстий 10 и 12 каждой из камер 5 и 7. Нижняя 21 и верхняя 22 криволинейные стенки соответственно верхней 5 и нижней 7 внутренних камер общие соответственно с верхней и нижней стенками центральной камеры 6 выполнены из плоских пластин с плавно изогнутыми выпуклыми относительно продольной оси водовода 3 участками: одним со стороны входного водозаборного отверстия 11 и другим - со стороны выхода из центральной камеры 6. Каждая внутренняя камера 5 и 7 выполнена с наружной 23 и внутренней 24 промежуточными пластинами, образованными плоскими пластинами с входными плавно изогнутыми выпуклыми относительно продольной оси водовода 3 участками, при этом одна внутренняя промежуточная пластина 24 расположена над центральной камерой 6 с образованием сужающегося по ходу потока сопла, а другая 24 - под центральной камерой 6 с образованием аналогичного сужающегося сопла с формированием за выходным сечением центральной камеры 6 второй ступени разгона воды после ее разгона в центральной камере 6, наружные промежуточные пластины 23 смещены вдоль продольной оси водовода вглубь бульба 1 с образованием внутри водовода 3 сужающегося по ходу потока сопла и формированием таким образом третьей ступени разгона воды после ее выхода из второй ступени разгона, при этом входные выпуклые участки этих пластин 23 расположены над выходными участками стенок 21, образующих центральную камеру 6, а на входном участке центральной камеры 6 установлены две, в каждой наружной камере 4 и 8, а также в каждой внутренней камере 5 и 7, между промежуточными пластинами 23 и 24 и между внутренними промежуточными пластинами 24 и стенками 21 и 22 соответственно центральной камеры 6 установлены по одной симметрично относительно продольной оси водовода 3 вогнутой криволинейной пластине 25. На каждой боковой стенке 14 и 15 бульба 1 с наружной его стороны выполнена вертикальная камера 26 с входным отверстием со стороны передней части бульба 1, причем внутренняя стенка вертикальной камеры 26, примыкающая к наружным боковым стенкам 14 и 15 бульба 1, выполнена вогнутой по отношению к продольной оси бульба 1 с образованием сужающегося по ходу потока сопла с направлением истекающего из него потока в стороны от наружных боковых стенок 14 и 15 соответственно бульба 1. Со стороны входа в каждую вертикальную камеру 26 в ней установлена изогнутая направляющая поток пластина 27, а за каждой вертикальной камерой 26 в боковой стенке бульба 1 выполнены выходные отверстия 28 водовода 3.
Вспомогательное гидрореактивное устройство расположено ниже ватерлинии в носовом бульбе 1 и ориентировано в направлении движения судна на переднем ходу.
Вспомогательное 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.
Верхняя 5 и нижняя 7 внутренние камеры снабжены дополнительными вогнутыми криволинейными платинами 29, расположенными по ходу потока воды со стороны входа в указанные внутренние камеры 5 и 7.
Вспомогательное 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 указанных камер в водоводе 3 и далее через выходные отверстия 28 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 создают 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.
При набеге боковой волны и/или при боковом ветре последние начинает смещать обладающее парусностью судно 2. В результате со стороны противоположного борта судна 2 в вертикальную камеру 26 начинает поступать вода, которая разгоняется в сопле вертикальной камеры 26 и истекает, создавая реакцию струи в направлении, противоположном направлению смещения судна 2, что позволяет уменьшить воздействие на судно 2 бокового ветра и боковой волны.
Настоящее изобретение может быть использовано везде, где есть необходимость преобразования энергии волн в гидрореактивную энергию, в первую очередь в судостроительной промышленности.
1. Вспомогательное гидрореактивное устройство, содержащее выполненный в носовом бульбе судна водовод, в котором расположено средство преобразования механической энергии в гидрореактивную, отличающееся тем, что средство преобразования механической энергии в гидрореактивную выполнено в виде камер, расположенных друг над другом в продольной плоскости вертикального сечения водовода и симметрично относительно его продольной оси, каждая камера выполнена с входным водозаборным отверстием, а стенками камер образованы 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, 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 выполнено перпендикулярно продольной оси водовода и расположено 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 плоских пластин с плавно изогнутым 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 общие соответственно с верхней и нижней стенками центральной камеры выполнены из плоских пластин с плавно изогнутыми выпуклыми относительно продольной оси водовода участками: одним со стороны входного водозаборного отверстия и другим со стороны выхода из центральной камеры, каждая внутренняя камера выполнена с наружной и внутренней промежуточными пластинами, образованными плоскими пластинами с входными плавно изогнутыми выпуклыми относительно продольной оси водовода участками, при этом одна внутренняя промежуточная пластина расположена над центральной камерой с образованием сужающегося по ходу потока сопла, а другая - под центральной камерой с образованием аналогичного сужающегося сопла с формированием за выходным сечением центральной камеры второй ступени разгона воды после ее разгона в центральной камере, наружные промежуточные пластины смещены вдоль продольной оси водовода вглубь бульба с образованием внутри водовода сужающегося по ходу потока сопла и формированием таким образом третьей ступени разгона воды после ее выхода из второй ступени разгона, при этом входные выпуклые участки этих пластин расположены над выходными участками стенок, образующих центральную камеру, причем на входном участке центральной камеры установлены симметрично относительно продольной оси водовода две вогнутые пластины, а в каждой наружной камере, а также в каждой внутренней камере между промежуточными пластинами и между внутренней промежуточной пластиной и стенкой центральной камеры установлены симметрично относительно продольной оси водовода по одной вогнутой криволинейной пластине, при этом на каждой боковой стенке бульба с наружной его стороны выполнена вертикальная камера с входным отверстием со стороны передней части бульба, причем внутренняя стенка вертикальной камеры, примыкающая к наружной боковой стенке бульба, выполнена вогнутой по отношению к продольной оси бульба с образованием сужающегося по ходу потока сопла с направлением истекающего из него потока в стороны от наружной боковой стенки бульба, со стороны входа в вертикальную камеру, в ней установлена изогнутая направляющая поток пластина, а за каждой вертикальной камерой в боковой стенке бульба выполнены выходные отверстия водовода.
2. Вспомогательное гидрореактивное устройство по п.1, отличающееся тем, что верхняя и нижняя внутренние камеры снабжены дополнительными вогнутыми криволинейными пластинами, расположенными по ходу потока воды со стороны входа в указанные внутренние камеры.
