Изобретение относится к судостроению, а именно к водозаборникам движительных установок судов с водометными и гидрореактивными движителями, гребными винтами. Может быть использовано на быстроходных судах на подводных крыльях, СВП скегового типа, полупогружных, водоизмещающих и глиссирующих судах. Имеет более высокий коэффициент полезного действия. Может быть использовано для конструирования водозаборников с регулируемыми характеристиками.
Известны водозаборники судовых движительных установок, содержащие водоприемный патрубок (водоприемное отверстие)) и проточный трубопровод (водоводную трубу) с поворотными коленами (а.с. N 391004, B 63 H 11/02, СССР, 1973; а.с. N 423702, B 63 H 11/00, СССР, 1974; а.с. N 548486, B 63 H 11/04, СССР, 1977, а.с. N 931588, B 63 H 11/08, СССР, 1982; заявка Японии N 60-35689, B 63 B 39/08, 1985; заявка Японии N 1-50639, B 63 H 11/04, 1989 и др. ). Основной недостаток этих устройств сравнительно небольшой коэффициент полезного действия, не превышающий 0,60.
В качестве прототипа использован водозаборник судовой движительной установки (1, с 170 173, рис. 5.8 и 5.12). Он состоит из водоприемного патрубка (водоприемного отверстия) и проточного трубопровода (водопроводной трубы) с поворотным коленами (одним, двумя).
Недостаток прототипа сравнительно небольшой КПД при скорости хода менее 60 65 узлов.
Для увеличения КПД судовой движительной установки в известном устройстве, содержащем водоприемный патрубок и проточный трубопровод с поворотными коленами, внутри проточного трубопровода перпендикулярно диаметральной плоскости судна размещены по высоте (длине) трубопровода один или несколько цилиндров с возможностью вращения, причем в местах размещения цилиндров цилиндрические поверхности носовой и кормовой частей трубопровода выполнены по форме, соответствующей продольным линиям тока воды при работе установки в режиме крейсерской скорости.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявленное устройство отличается от прототипа тем, что
внутри проточного трубопровода перпендикулярно диаметральной плоскости судна по высоте трубопровода размещены один или несколько цилиндров с возможностью вращения;
в местах размещения цилиндров цилиндрические поверхности носовой и кормовой частей трубопровода выполнены по форме, соответствующей продольным линиям тока воды при работе установки в режиме крейсерской скорости.
Из близких аналогов рассмотрен водозаборник водометного движителя по а. с. N 391004, B 63 H 11/02, СССР, 1973.
Аналог содержит входной патрубок, проточный трубопровод с поворотными коленами и направляющие лопатки. Здесь конструктивным элементом повышения КПД за счет уменьшения гидравлических потерь служат направляющие лопатки в поворотных коленах. Однако добиться существенного увеличения КПД с их помощью не удается. В заявленном устройстве дополнительно к существующим мерам повышения КПД используется размещение вращающихся цилиндров внутри трубопровода водозаборника.
На фиг. 1 представлено продольное сечение устройства с глубокопогруженной приемной частью, на фиг. 2 водозаборник с малопогруженным водоприемным отверстием. Устройство содержит проточный трубопровод 1, входной патрубок (водоприемное отверстие) 2, направляющие лопатки 3 и 4 в поворотных коленах, движитель (водометный насос, гребной винт и др.) 5, установленный в корпусе судна 6, и цилиндр 7.
Устройство функционирует следующим образом.
При работе движителя 5 и под действием скоростного напора (для фиг. 1) вода поступает во входной патрубок (водоприемное отверстие) 2 и с помощью лопаток 3 направляется к цилиндру 7. При вращении цилиндра 7 в результате эффекта Магнуса на цилиндре возникают подъемная сила (здесь дополнительная сила тяги) и сила сопротивления. В дальнейшем вода движется к направляющим лопаткам 4 и далее к движителю 5.
Дадим оценку эффекта размещения цилиндра (см. фиг. 1 и 2). Пусть имеем судно с водометным движителем (2, с. 208). Скорость судна Yос 34 узла, диаметр насоса д 0,91 м, объемный расход воды Q0 6 м3/c, упор движителя T0 81,4 кН, скорость воды в трубопроводе Y0 10 м/с. Примем проходное сечение в месте размещения цилиндра равным 0,6 х 1,0 м, тогда размеры цилиндра будут: длина l 0,6 м, диаметр Dц 0,3 м.
Подъемная сила и сила сопротивления на цилиндре будут
Здесь S l•Dц площадь диаметральной плоскости цилиндра;
Cy коэффициент подъемной силы (в изолированном состоянии Cy 8.15).
Cx коэффициент сопротивления цилиндра.
Примем с учетом стесненности потока в районе работы цилиндра Cy 3,0 и Cx 0,5•Cy 1,5. Возможно, что реальные значения коэффициентов окажутся существенно выше. В этом случае получим
На вращение цилиндра требуется в среднем 7,5% от подъемной силы, что равносильно снижению упора движителя на величину, равную
Учитывая взаимодействие потоков в трубопроводе (вращательного и поступательного) с целью снижения до минимума сопротивления трения носовая и кормовая части внутри трубопровода выполнены по форме линий тока реальной жидкости для крейсерской скорости судна. Сила Px приложена через вал цилиндра к обшивке водозаборника, направлена примерно по вертикали вверх и приводит к разгрузке судна. Одновременно при вращении цилиндра повышается скорость движения воды по внутренней поверхности трубопровода, главным образом, в районе размещения цилиндра (примерно на длине 4 5 диаметров цилиндра). Примем, что увеличение трения приведет к повышению необходимого напора насоса Н на 20% по сравнению со случаем, когда цилиндр отсутствует.
Найдем скорость судна с заявленным водозаборником из выражения
КПД движителя определяется по формуле
Разделим КПД предлагаемого водозаборника на КПД прототипа, получим
Здесь ηрк КПД насоса, которое будет считать неизменным.
Представляя в (*) Y 37,2 узла, Т 81,4 + 27 2 106,4 кН, H 1,2 Но, Q Q0, получим μ 1,19, т. е. при КПД прототипа 0,6 будем иметь новое КПД равным 0,71, что представляет существенное увеличение пропульсивных качеств движителя.
Наибольшая дополнительная сила тяги и КПД возможны при натекании воды на цилиндр под углом 26o к вертикали. В этом случае равнодействующая сил Py и Px будет равна и КПД установки 0,73, где
Оптимальное проектирование устройства, использование нескольких цилиндров позволит получить более высокие пропульсивные характеристики движителей.
Следует ожидать, что работа цилиндров может обеспечить высокую эффективность как в режиме разгона судна, так и на полном ходу, заменив достаточно громоздкие конструкции, реализующие в настоящее время двухрежимную работу движителей быстроходных судов.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
ПОЛНОНАПОРНЫЙ ВОДОЗАБОРНИК | 1993 |
|
RU2065374C1 |
ВОДОЗАБОРНИК БЫСТРОХОДНОГО СУДНА | 1993 |
|
RU2065373C1 |
ВОДОЗАБОРНИК ВОДОМЕТНОГО ДВИЖИТЕЛЯ СУДНА | 1994 |
|
RU2185308C2 |
ПОЛНОНАПОРНЫЙ ВОДОЗАБОРНИК ВОДОМЕТНОГО ДВИЖИТЕЛЯ | 1993 |
|
RU2065375C1 |
ПОЛНОНАПОРНЫЙ ВОДОЗАБОРНИК ВОДОМЕТНОГО ДВИЖИТЕЛЯ | 1994 |
|
RU2185307C2 |
ДВУХРЕЖИМНЫЙ ВОДОЗАБОРНИК ДЛЯ ВЫСОКОСКОРОСТНОГО СУДНА | 2002 |
|
RU2219099C1 |
РОТОРНЫЙ ДВИЖИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС СУДНА | 1994 |
|
RU2086464C1 |
ВОДОМЕТНЫЙ ДВИЖИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС СУДНА С ЦЕНТРОБЕЖНЫМИ НАСОСАМИ | 2000 |
|
RU2183175C2 |
ДВУХРЕЖИМНЫЙ ВОДОЗАБОРНИК ВОДОМЕТНОГО ДВИЖИТЕЛЯ СУДНА | 2007 |
|
RU2360832C1 |
ВСТАВКА-ВОДОВОД ВОДОМЕТНОГО ДВИЖИТЕЛЯ СКОРОСТНОГО СУДНА | 2002 |
|
RU2240951C2 |
Использование: относится к судостроению, а именно водозаборникам движительных установок судов с водометными и гидрореактивными движителями, гребными винтами. Сущность изобретения: водозаборник судовой движительной установки содержит водоприемный патрубок и проточный трубопровод с поворотным коленами. Внутри проточного трубопровода по его высоте, перпендикулярно диаметральной плоскости судна размещены один или несколько цилиндров с возможностью их вращения. В местах размещения цилиндров цилиндрические поверхности носовой и кормовой частей трубопровода выполнены по форме, соответствующей линиям тока воды при работе установки в режиме крейсерской скорости. 2 ил.
Водозаборник судовой движительной установки, размещенный на судне, содержащий водоприемный патрубок и проточный трубопровод с поворотными коленами, отличающийся тем, что внутри проточного трубопровода перпендикулярно диаметральной плоскости судна размещены по высоте трубопровода один или несколько цилиндров с возможностью вращения, причем в местах размещения цилиндров цилиндрические поверхности носовой и кормовой частей трубопровода выполнены по форме, соответствующей продольным линиям тока воды при работе установки в режиме крейсерской скорости.
ЙС^^СОЮЗНАЯ | 0 |
|
SU391004A1 |
Способ приготовления сернистого красителя защитного цвета | 1915 |
|
SU63A1 |
Мавлюдов М.А., Русецкий А.А., Садовников Ю.М., Фишер Э.А | |||
Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов | 1917 |
|
SU2A1 |
и доп | |||
- Л.: Судостроение, 1982, с | |||
Аппарат для передачи фотографических изображений на расстояние | 1920 |
|
SU170A1 |
Авторы
Даты
1997-05-20—Публикация
1994-08-09—Подача