Устройство для разрушения ледяного покрова



Устройство для разрушения ледяного покрова
Устройство для разрушения ледяного покрова
Устройство для разрушения ледяного покрова

 


Владельцы патента RU 2589235:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Приамурский государственный университет имени Шолом-Алейхема" (ФГБОУ ВПО "ПГУ им. Шолом-Алейхема") (RU)
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Амурский гуманитарно-педагогический государственный университет" (ФГБОУ ВПО "АмГПГУ") (RU)
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Институт машиноведения и металлургии Дальневосточного отделения Российской академии наук" (ФГБУН ИМиМ ДВО РАН) (RU)

Изобретение относится к области судостроения, в частности к подводным судам, разрушающим ледяной покров резонансным методом. Устройство для разрушения ледяного покрова состоит из подводного судна, способного при движении под ледяным покровом возбуждать в нем резонансные изгибно-гравитационные волны. На судне в выполненных между его прочным и легким корпусами водопроточных каналах установлены две крыльчатки, поперечные сечения которых расположены перпендикулярно продольной оси судна, они расположены друг за другом и имеют в верхних частях открытые участки, крыльчатки выполнены с возможностью вращаться в противоположных направлениях, а лопатки крыльчаток в момент окончания прохождения ими открытых участков каналов - отклоняться, т.е. прижиматься к внутренней поверхности крыльчаток, на время, равное времени подхода к закрытым участкам очередных лопаток, после чего возвращаться в исходное положение, при этом открытые участки каналов снабжены заслонками, способными их закрывать и резко открывать. Технический результат заключается в повышении эффективности разрушения ледяного покрова. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Изобретение относится к области судостроения, в частности к подводным судам, разрушающим ледяной покров резонансным методом, т.е. путем возбуждения в ледяном покрове резонансных изгибно-гравитационных волн (ИГВ) (1. Козин В.М. Резонансный метод разрушения ледяного покрова. Изобретения и эксперименты. - М.: Издательство «Академия Естествознания». 2007. - 355 с. ISBN 978-5-91327-017-7).

Известно техническое решение (2. RU 2240252 С2, 28.02.2002), в котором предлагается разрушать ледяной покров подводным судном за счет создания от вращения крыльчатки, расположенной в верхней части корпуса судна, области повышенного давления под возникающей вершиной ИГВ.

Недостатками этого решения являются: наличие на корпусе судна выступающей части в виде крыльчатки, увеличивающей сопротивление воды и, вследствие этого, уменьшающей скорость его хода; громоздкость конструкции крыльчатки, выходящей за габариты корпуса; низкая работоспособность решения из-за гидродинамического несовершенства его осуществления (отсутствие целенаправленного, т.е. фокусированного, воздействия генерируемых гидродинамических сил на вершину ИГВ) и, соответственно, недостаточная высота возбуждаемых ИГВ.

Сущность изобретения заключается в разработке устройства, установленного в корпусе судна и увеличивающего высоту ИГВ, возбуждаемых при движении судна под ледяным покровом.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в увеличении толщины разрушаемого льда.

Существенные признаки, характеризующие изобретение.

Ограничительные: устройство для разрушения ледяного покрова, состоящее из подводного судна, способного при движении под ледяным покровом возбуждать в нем резонансные ИГВ и создающего с помощью вращающейся крыльчатки, расположенной в верхней части корпуса судна, область повышенного давления под ледяным покровом в месте расположения вершины ИГВ.

Отличительные: на судне в выполненных между его прочным и легким корпусами водопроточных каналах установлены две крыльчатки, поперечные сечения которых расположены перпендикулярно продольной оси судна, они расположены друг за другом и имеют в верхних частях открытые участки, крыльчатки выполнены с возможностью вращаться в противоположных направлениях, а лопатки крыльчаток в момент окончания прохождения ими открытых участков каналов - отклоняться, т.е. прижиматься к внутренней поверхности крыльчаток, на время, равное времени подхода к закрытым участкам очередных лопаток, после чего возвращаться в исходное положение, при этом открытые участки каналов снабжены заслонками, способными их закрывать и резко открывать, лопатки отогнуты в направлениях, противоположных направлениям вращения крыльчаток.

Общеизвестно, что при вращательном движении среды на ее массу неизбежно будут действовать центробежные силы. Эту очевидную закономерность можно использовать для повышения эффективности разрушения ледяного покрова резонансным методом с помощью предложенного устройства. Для этого эти силы следует направить под вершину возбуждаемых ИГВ, что повысит в этой области гидродинамическое давление, т.е. увеличит высоту ИГВ.

Также известно (3. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. - М.: Дрофа. 2003. - 842 с.), что при взаимодействии потоков жидкости с различными скоростями на границе их раздела возникает пограничный слой, в пределах толщины которого из-за вязкости жидкости скорости в потоках резко изменяются в поперечных к ним направлениях. Таким образом, при встречном движении двух потоков жидкости с одинаковыми скоростью и вязкостью, которые будет создавать предложенное устройство, на границе их раздела будет происходить их взаимное торможение с интенсивным вихреобразованием. Тогда в соответствии с законом Бернулли давление на этой границе будет возрастать и в результате возникнет своеобразный гидродинамический барьер (гидродинамическое сопротивление), препятствующий протеканию через него набегающего внешнего потока (в нашем случае при рассмотрении для лучшего понимания обращенного движения (см. [3])), т.е. когда судно считают неподвижным, а вода и ледяной покров как бы надвигаются на него, скорость внешнего потока будет равна скорости судна, что приведет к повышению давления перед ним. Кроме этого, на пути внешнего потока в месте расположения устройства при его работе между корпусом судна и нижней поверхностью ледяного покрова возникнет область завихренной жидкости, что повысит степень турбулентности не только пограничного слоя, возникающего на поверхности самого судна, но приведет и к турбулизации всего внешнего потока между его корпусом и льдом. Вязкостное сопротивление судна возрастет, что, в свою очередь, увеличит давление в этой области (см. [3]).

Также известно (4. Д.Е. Хейсин. Динамика ледяного покрова. - Л.: Гидрометеоиздат, 1967. - 218 с.), что приложение динамической нагрузки увеличивает деформации ледяного покрова по сравнению с такой же по интенсивности нагрузкой, но приложенной стационарно.

Изобретение осуществляется следующим образом.

В корпусе судна в наиболее вероятном месте расположения вершины ИГВ выполнены два водопроточных канала с открытыми в верхних частях участками. В каналах установлены крыльчатки, выполненные с возможностью вращаться в противоположных направлениях и оснащенные лопатками, отогнутыми в направлениях, противоположных направлениям вращения крыльчаток. Такая форма лопаток так же, как и форма лопастей рабочих колес центробежных насосов увеличивает эффективность их работы. В нашем случае - создает при заданных энергозатратах максимальные центробежные силы, возникающие при выбросе крыльчатками через открытые участки водопроточных каналов масс воды. Габариты каналов и крыльчаток не превышают габаритов судна в месте их расположения, что, в отличие от аналога, не приведет к появлению дополнительного сопротивления в виде сопротивления выступающих частей. Вертикальное расположение стенок каналов обеспечит строгое направление (фокусированное воздействие) выбрасываемых потоков воды, под вершину ИГВ. Кроме повышения давления под вершиной ИГВ за счет создаваемых устройством центробежных сил и области завихренной жидкости, его работа за счет близости расположения (друг за другом) водопроточных каналов приведет к гидродинамическому взаимодействию возбуждаемых крыльчатками потоков воды. Вращение крыльчаток в противоположных направлениях не только исключит возникновение кренящего момента, ухудшающего поперечную остойчивость судна, но приведет и к возникновению перпендикулярно расположенного к направлению движения судна гидродинамического барьера, увеличивающего работоспособность предложенного устройства. Для обеспечения возможности заполнения рабочего объема крыльчаток забортной водой после выброса через открытые участки водопроточных каналов масс воды за счет центробежных сил лопатки в момент окончания прохождения ими открытых участков каналов отклоняются, т.е. прижимаются к внутренней поверхности крыльчаток. За отклоненными лопатками вследствие оттеснения воды возникнут области пониженного давления [3], куда устремится забортная вода, обеспечивая тем самым заполняемость данных частей рабочих объемов крыльчаток. После истечения времени, равного времени подхода к закрытым участкам каналов очередных лопаток, они возвращаются в исходное положение. В результате весь рабочий объем крыльчаток, кроме открытых участков каналов, будет заполнен забортной водой. Работа устройства обеспечит более высокое по сравнению с аналогом увеличение давления под вершиной ИГВ. Если этого окажется недостаточно для разрушения ледяного покрова, то вращение крыльчаток прекращается на время, необходимое для заполнения забортной водой рабочих объемов крыльчаток в открытых участках каналов. Затем открытые участки водопроточных каналов при помощи предварительно установленных заслонок закрываются и крыльчатки вновь начинают вращаться, вовлекая в круговое движение воду, заполнившую водопроточные каналы. В момент достижения крыльчатками их рабочей частоты вращения заслонки резко открывают участки каналов. В результате внезапного появления потока воды из-за появления центробежных сил под вершиной ИГВ возникнет гидроудар, высота волн возрастет, что позволит достичь заявленный технический результат.

Изобретение поясняется чертежами, где: на фиг.1 показан вид на устройство сбоку при открытом положении заслонок; на фиг. 2 и 3 - сечения по А-А и В-В на фиг. 1; на фиг. 4 - вид на устройство сбоку при закрытом положении заслонок; на фиг. 5 и 6 - сечения по С-С и D-D на фиг. 4.

В корпусе судна 1 выполнены водопроточные каналы 2 с открытыми участками 3 (фиг. 1-6). В каналах 2 установлены крыльчатки 4, оснащенные лопатками 5, которые способны вращаться в противоположных направлениях (фиг. 2, 3, 5, 6). Если при движении судна 1 с резонансной скоростью up под ледяным покровом 6 высота возбуждаемых ИГВ 7 окажется недостаточной для разрушения ледяного покрова, то крыльчатки начинают вращаться с угловыми скоростями ±ω соответственно, что приведет к выбросу через открытые участки 3 водопроточных каналов 2 масс воды 8 и 9 (фиг. 2, 3), которые будут иметь как радиальные составляющие 10 (за счет центробежных сил), так и окружные составляющие 11 скорости (за счет закручивания воды в каналах 2 (фиг. 2, 3)). Возникший за счет центробежных сил поток воды (составляющие 10) приведет к увеличению давления под вершиной ИГВ 7. Окружные составляющие 11 вызовут возникновение гидродинамического барьера 12 и турбулизацию внешнего потока 13. Лопатки 14 в момент окончания прохождения ими открытых участков 3 каналов 2 отклоняются, т.е. прижимаются к внутренней поверхности крыльчаток 4, что приведет к возникновению областей пониженного давления 15 и, вследствие этого, - потоков забортной воды 16 (фиг. 2, 3). Открытые участки каналов 3 снабжены заслонками 17 в открытом положении (фиг. 1) и 18 - в закрытом положении (фиг. 4-6). В результате работы устройства произойдет увеличение высоты от ИГВ 7 до ИГВ 19.

1. Устройство для разрушения ледяного покрова, состоящее из подводного судна, способного при движении под ледяным покровом возбуждать в нем резонансные изгибно-гравитационные волны и создающего с помощью вращающейся крыльчатки, расположенной в верхней части корпуса судна, область повышенного давления под ледяным покровом в месте расположения вершины изгибно-гравитационной волны, отличающееся тем, что на судне в выполненных между его прочным и легким корпусами водопроточных каналах установлены две крыльчатки, поперечные сечения которых расположены перпендикулярно продольной оси судна, они расположены друг за другом и имеют в верхних частях открытые участки, крыльчатки выполнены с возможностью вращаться в противоположных направлениях, а лопатки крыльчаток в момент окончания прохождения ими открытых участков каналов - отклоняться, т.е. прижиматься к внутренней поверхности крыльчаток, на время, равное времени подхода к закрытым участкам очередных лопаток, после чего возвращаться в исходное положение, при этом открытые участки каналов снабжены заслонками, способными их закрывать и резко открывать.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что лопатки отогнуты в направлениях, противоположных направлениям вращения крыльчаток.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области судостроения, в частности к подводным судам, разрушающим ледяной покров резонансным методом. Устройство для разрушения ледяного покрова состоит из подводного судна, способного при движении под ледяным покровом возбуждать в нем резонансные изгибно-гравитационные волны.

Изобретение относится к области судостроения, в частности к подводным судам, разрушающим ледяной покров резонансным методом. Устройство для разрушения ледяного покрова состоит из подводного судна, способного при движении под ледяным покровом возбуждать в нем резонансные изгибно-гравитационные волны.

Изобретение относится к области судостроения, в частности к подводным судам, разрушающим ледяной покров резонансным методом. Устройство для разрушения ледяного покрова состоит из подводного судна, способного при движении под ледяным покровом возбуждать в нем резонансные изгибно-гравитационные волны.

Изобретение относится к области судостроения, в частности к подводным судам, разрушающим ледяной покров резонансным методом. Устройство для разрушения ледяного покрова состоит из подводного судна, способного при движении под ледяным покровом возбуждать в нем резонансные изгибно-гравитационные волны.

Изобретение относится к области судостроения и касается конструкции подводных технических средств. Предложена межотсечная переборка подводного технического средства, которая содержит безнаборное полотно, прикрепленное к прочному корпусу и состоящее из внутреннего сферического участка и наружного тороидального участка, причем выпуклость внутреннего и наружного участков полотна переборки направлена в разные стороны.

Изобретение относится к подводному судостроению, а более конкретно к конструкции корпуса подводных технических средств. Предложена межотсечная переборка подводной лодки, которая содержит два безнаборных полотна со сферической поверхностью, прикрепленные к прочному корпусу с образованием между ними цистерны вспомогательного балласта, и снабжена системой наддува с баллоном сжатого воздуха, связанным посредством трубопровода с запорной арматурой с внутренней полостью, образованной полотнами переборки.

Изобретение относится к области судостроения, в частности к подводным судам, разрушающим ледяной покров резонансным методом. Устройство для разрушения ледяного покрова состоит из подводного судна, способного при движении под ледяным покровом возбуждать в нем резонансные изгибно-гравитационные волны.

Изобретение относится к области удаленной беспилотной доставки технических средств, оборудования, машин, механизмов, конструкций и материалов к месту проведения работ по суше, под водой и над водой и может быть использовано в военных и гражданских целях.

Изобретение относится к области судостроения и касается подводных аппаратов, которые могут быть использованы для выполнения транспортировки углеводородов из донных поверхностей морей и океанов.

Изобретение относится к области судостроения, в частности к подводным судам, разрушающим ледяной покров резонансным методом. Устройство для разрушения ледяного покрова состоит из подводного судна, способного при движении под ледяным покровом возбуждать в нем резонансные изгибно-гравитационные волны.

Изобретение относится к области судостроения, в частности к подводным судам, разрушающим ледяной покров резонансным методом. Устройство для разрушения ледяного покрова состоит из подводного судна, способного при движении под ледяным покровом возбуждать в нем резонансные изгибно-гравитационные волны.

Изобретение относится к области ледотехники, в частности к средствам разрушения ледяного покрова. Способ разрушения ледяного покрова осуществляется судном на воздушной подушке при его движении по льду с резонансной скоростью.

Изобретение относится к области судостроения, в частности к подводным судам, разрушающим ледяной покров резонансным методом. Устройство для разрушения ледяного покрова состоит из подводного судна, способного при движении под ледяным покровом возбуждать в нем резонансные изгибно-гравитационные волны.

Изобретение относится к области судостроения, в частности к подводным судам, разрушающим ледяной покров резонансным методом. Устройство для разрушения ледяного покрова состоит из подводного судна, способного при движении под ледяным покровом возбуждать в нем резонансные изгибно-гравитационные волны.

Изобретение относится к области судостроения, в частности к подводным судам, разрушающим ледяной покров резонансным методом. Устройство для разрушения ледяного покрова состоит из подводного судна, способного при движении под ледяным покровом возбуждать в нем резонансные изгибно-гравитационные волны.

Изобретение относится к области судостроения, а именно к ледокольным судам и судам ледового класса. Предложено ледокольное судно, содержащее охлаждающий его энергетическую установку контур и корпус с ледовым поясом, также в него включены тепловые трубы и тепловой насос, содержащий заполненный хладагентом контур с последовательно включенными конденсатором, регулирующим вентилем, испарителем и компрессором, причем конденсатор своим входом обращен в сторону носа судна и выполнен в виде набора плоских коробов с тепловым экраном на одной своей плоскости, противоположная плоскость которого присоединена с внутренней стороны к корпусу судна вдоль его ледового пояса через внедренные в корпус судна тепловые трубы, при этом высота конденсатора соответствует высоте ледового пояса, длина короба конденсатора соответствует шпации корпуса, общая длина конденсатора соответствует длине ледового пояса, испаритель выполнен в виде теплообменника с возможностью его включения противотоком в охлаждающий энергетическую установку контур.

Изобретение относится к области судостроения и касается вопроса создания ледокольных судов, предназначенных для прокладки широкого канала, обеспечивающего безопасную проводку крупнотоннажных судов во льдах.

Изобретение относится к области судостроения и касается конструкции полупогружных судов, предназначенных для эксплуатации в ледовых условиях Арктики и в незамерзающих морях.

Изобретение относится к области судостроения, в частности к подводным судам, разрушающим ледяной покров резонансным методом. Устройство для разрушения ледяного покрова состоит из подводного судна, способного при движении под ледяным покровом возбуждать в нем резонансные изгибно-гравитационные волны.

Изобретение относится к области судостроения, в частности к подводным судам, разрушающим ледяной покров резонансным методом. Устройство для разрушения ледяного покрова состоит из подводного судна, способного при движении под ледяным покровом возбуждать в нем резонансные изгибно-гравитационные волны.
Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при сейсморазведке подводных месторождений нефти и газа в арктических морях. Предложено судно с конструкцией, объединяющей преимущества надводного корабля и преимущества многоцелевой подводной станции в части применения гидроакустических излучателей и буксируемых в толще воды подо льдом сейсмокос для 3D технологии сейсморазведки. Выпуск буксируемой сейсмокосы и гидроакустических излучателей осуществляется при помощи выдвижных конструкций, установленных в вертикальных шахтах в днищевой части судна вне зоны воздействия льда. Для приема отраженных от грунта сейсмоволн бортовые линейные приемные антенны установлены на выдвижных конструкциях. При этом формируют из приемников две навигационные базы с общим центром базы, располагая их в плоскости, параллельной плоскости палубы судна. Ось одной базы направлена вдоль осевой линии судна, а ось другой базы направлена по траверзу вправо. Сейсмокосы выполнены из гидросенсорного кабеля. Технический результат - повышение надежности проведения сейсморазведки в ледовых условиях, уменьшении отрицательного влияния сейсморазведки на окружающую среду и экологию моря. 1 з.п. ф-лы.
Наверх