ГИДРОРЕАКТИВНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2008 года по МПК F03B13/14 B63B39/08 

Изобретение относится к устройствам для преобразования энергии волн, в частности для преобразования энергии колебания судна в гидрореактивную энергию, в том числе и при штормовых условиях с одновременным умерением качки вспомогательного гидрореактивного устройства вместе с устройством, на котором оно установлено, например судна.

Известно вспомогательное гидрореактивное устройство, в частности волновое устройство, содержащее водовод, выполненный в виде двух камер с криволинейными стенками, и выходное сопло, каждая криволинейная стенка выполнена в виде створок, шарнирно закрепленных на горизонтальных осях с возможностью поворота, а длина каждой створки превышает расстояние между смежными осями (см. авторское свидетельство SU №1749121, опубл. 23.07.1992).

Данное устройство позволяет преобразовать энергию волн в гидрореактивную энергию. Однако устройство содержит установленные с возможностью поворота створки, что может привести к выходу устройства из строя при попадании в него посторонних предметов, что снижает надежность работы устройства.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является вспомогательное гидрореактивное устройство, содержащее водовод, выполненный в виде расположенных симметрично относительно его продольной оси камер с входными водозаборными отверстиями и горизонтальными криволинейными стенками, образующими сужающиеся по ходу потока сопла с выходными отверстиями, перпендикулярными продольной оси водовода (см. авторское свидетельство SU №982969, опубл. 23.12.1982).

Данное устройство также позволяет преобразовать энергию волн в гидрореактивную энергию. Однако данное устройство не в полной мере использует энергию волн, поскольку содержит только два горизонтально расположенных относительно продольной оси устройства входных водозаборных отверстия, что не позволяет использовать энергию набегающего под небольшим углом к продольной оси устройство потока. Как следствие, эффективность использования устройства сравнительно невелика.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является использование всей энергии волн независимо от угла набегания потока на устройство вдоль его продольной оси.

Техническим результатом, достигаемьм при реализации изобретения, является повышение эффективности его использования при преобразовании энергии волн в гидрореактивную энергию.

Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что гидрореактивное устройство содержит водовод, выполненный в виде расположенных симметрично относительно его продольной оси камер с входными водозаборными отверстиями и горизонтальными в поперечном сечении камер криволинейными стенками, образующими сужающиеся по ходу потока сопла с выходными отверстиями, при этом устройство содержит одну центральную камеру, две наружные камеры и, по крайней мере, две внутренние камеры, все камеры водовода в поперечном сечении выполнены с прямоугольным поперечным сечением, причем вертикальные стенки камер водовода образованы двумя плоскими прямоугольными пластинами, а горизонтальные в поперечном сечении камер стенки камер водовода образованы выполненными криволинейными в продольном направлении пластинами, при этом входные водозаборные отверстия наружных камер расположены вдоль горизонтальных сторон прямоугольных пластин, образующих вертикальные стенки камер водовода, и обращены противоположно друг другу, входные водозаборные отверстия внутренних камер расположены под углом к продольной оси водовода и образуют входными водозаборными отверстиями наружных камер в вертикальном продольном сечении тупой угол, а входное водозаборное отверстие центральной камеры расположено вертикально перпендикулярно продольной оси водовода вдоль вертикальных сторон плоских прямоугольных пластин, образующих вертикальные стенки водовода, наружная стенка наружной камеры выполнена вогнутой относительно продольной оси водовода, криволинейные стенки внутренних камер, общие с наружной камерой, выполнены из плавно изогнутых пластин с выпуклым относительно продольной оси водовода участком со стороны входного водозаборного отверстия, криволинейные стенки внутренних камер общие с центральной камерой выполнены из плавно изогнутых пластин с выпуклым относительно продольной оси водовода участком со стороны входного водозаборного отверстия и выпуклым относительно продольной оси водовода участком со стороны выходного отверстия сопла, причем в центральной камере на входном ее участке установлены симметрично относительно продольной оси водовода две вогнутые криволинейные пластины, а на входе в каждую внутреннюю камеру установлена криволинейная выпуклая относительно продольной оси водовода пластина.

На выходе центральной камеры по оси водовода может быть установлено центральное осесимметричное обтекаемое тело, а на выходе каждой внутренней камеры может быть установлено обтекаемое тело крыловидного профиля.

В ходе проведенных испытаний было установлено, что сочетание водозаборных отверстий, выполненных вдоль горизонтальных и вертикальных сторон вертикальных прямоугольных пластин, и выполненных между ними 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. При установке на судне ниже его ватерлинии 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 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.

На фиг.1 представлен продольный разрез гидрореактивного устройства.

На фиг.2 представлено аксонометрическое изображение гидрореактивного устройства с условно прозрачной одной из вертикальных стенок (контур снятой вертикальной стенки показан тонкой линией).

Гидрореактивное устройство содержит водовод, выполненный в виде расположенных симметрично относительно его продольной оси камер 1, 2 и 3 с входными водозаборными отверстиями 4, 5 и 6 (показаны пунктирной линией на фиг.1) и горизонтальными в поперечном сечении камер криволинейными стенками 7, 8 и 9, образующими сужающиеся по ходу потока сопла с выходными отверстиями 10, 11 и 12, при этом устройство содержит одну центральную камеру 1, две наружные камеры 3 и, по крайней мере, две внутренние камеры 2. Все камеры 1, 2 и 3 водовода в поперечном сечении выполнены с прямоугольным поперечным сечением, причем вертикальные стенки 13 камер 1, 2 и 3 водовода образованы двумя плоскими прямоугольными пластинами, а горизонтальные в поперечном сечении камер 1, 2 и 3 стенки 7, 8 и 9 камер 1, 2 и 3 водовода образованы выполненными криволинейными в продольном направлении пластинами. Входные водозаборные отверстия 6 наружных камер 3 расположены вдоль горизонтальных сторон 14 прямоугольных пластин, образующих вертикальные стенки 13 камер 1, 2 и 3 водовода, и обращены противоположно друг другу. Входные водозаборные отверстия 5 внутренних камер 2 расположены под углом к продольной оси водовода и образуют входными с водозаборными отверстиями 6 наружных камер 3 в вертикальном продольном сечении тупой угол α, а входное водозаборное отверстие 4 центральной камеры 1 расположено вертикально перпендикулярно продольной оси водовода вдоль вертикальных сторон 13, образованных плоскими прямоугольными пластинами. Стенка 9 наружной камеры 3 выполнена вогнутой относительно продольной оси водовода. Криволинейные стенки 8 внутренних камер 2, общие с наружной камерой 3, выполнены из плавно изогнутых пластин с выпуклым относительно продольной оси водовода участком 15 со стороны входного водозаборного отверстия 5, криволинейные стенки 7 внутренних камер 2, общие с центральной камерой 1, выполнены из плавно изогнутых пластин с выпуклым относительно продольной оси водовода участком 16 со стороны входного водозаборного отверстия 4 и выпуклым относительно продольной оси водовода участком 17 со стороны выходного отверстия 10 сопла. В центральной камере 1 на входном ее участке установлены симметрично относительно продольной оси водовода две вогнутые криволинейные пластины 18, а на входе в каждую внутреннюю камеру 2 установлена криволинейная выпуклая относительно продольной оси водовода пластина 19.

На выходе центральной камеры 1 по оси водовода установлено центральное осесимметричное обтекаемое тело 20, а на выходе каждой внутренней камеры 2 установлено обтекаемое тело 21 крыловидного профиля.

Угол α между входными водозаборными отверстиями 6 и 5 наружной и внутренней камер 3 и 2 в продольной вертикальной плоскости сечения указанных камер 3 и 2 составляет от 120 до 140°.

Устройство, как правило, устанавливается ниже ватерлинии, в районе (или вместо) носового бульба, а также в кормовой части судна, по обеим сторонам от дейдвуда, впереди винта и ориентировано в направлении движения судна на переднем ходу.

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.

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 1, 2 и 3 устройства водой и проталкивания потоков воды напором набегающей воды через камеры 1, 2 и 3 и их сопла и выхода потоков через выходные отверстия 10, 11 и 12 с большей скоростью, чем при входе в камеры 1, 2 и 3, и в направлении, противоположном движению судна на переднем ходу, создавая гидродинамический упор.

По существу устройство, закрепленное жестко 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 устройства по варианту колебаний судна вокруг поперечной оси (килевая качка) для устройства, установленного в районе носовой оконечности судна.

При движении носовой оконечности судна вперед и вверх в толще воды происходит движение установленных на носовой оконечности судна вспомогательных гидрореактивных устройств вперед и вверх. В верхние (наружную и внутреннюю) камеры 3 и 2 и в центральную камеру 1 интенсивно поступает вода. Частично вода поступает в нижние (внутреннюю и наружную) камеры 2 и 3.

При входе в камеры 1,2 и 3 через входные водозаборные отверстия 4, 5 и 6 потоки воды находятся под напором воды, набегающей на устройство со стороны входных водозаборных отверстий 4, 5 и 6. Интерцепторы, образованные выпуклыми участками 15 и 16, выполненными на стенках 8 и 9 и образующими входную поперечную кромку, удерживая поступающую воду на входе центральной камеры 1 и внутренних камер 2, способствуют сохранению напора в центральной камере 1 и внутренних камерах 2.

Напор набегающей воды обеспечивает прохождение потоков через камеры 1, 2 и 3, которые изменяют в заданном направлении вдоль судна движение потоков воды, а также создавая 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 1, 2 и 3.

При прохождении потоков воды через камеры 1, 2 и 3 энергия качки судна в сочетании с энергией набегающей воды обеспечивает продвижение потоков и поддерживание напора, что и позволяет преобразовать энергию волн в гидрореактивную силу, направленную горизонтально по ходу движения судна.

При движении носовой оконечности судна вперед и вниз происходит движение установленных на носовой оконечности судна гидрореактивных устройств вперед и вниз.

В центральную камеру 1, а также в нижние (наружную и внутреннюю) камеры 3 и 2 интенсивно поступает вода. Частично вода поступает в верхние (внутреннюю и наружную) камеры 2 и 3. В остальном происходят те же процессы преобразования энергии качки судна в гидрореактивную энергию на выходе из камер 1, 2 и 3 устройства, что описаны выше.

Таким же образом будут работать вспомогательные гидрореактивные устройства при их установке на кормовой оконечности судна.

Кроме того, вспомогательные гидрореактивные устройства, демпфируя возмущающие силы, раскачивающие судно, способствуют стабилизации положения судна и уменьшению качки судна, особенно в штормовых условиях эксплуатации.

Настоящее изобретение может быть использовано везде, где есть необходимость преобразования энергии волн в гидрореактивную энергию, в первую очередь, в судостроительной промышленности.

Изобретение относится к устройствам для преобразования энергии волн, в т.ч. энергии колебания судна в гидрореактивную энергию. Устройство содержит водовод в виде расположенных симметрично относительно его продольной оси камер (К) с входными водозаборными отверстиями (О) и горизонтальными в поперечном сечении К криволинейными стенками, образующими сужающиеся по ходу потока сопла с выходными О. Устройство содержит одну центральную К, две наружных К и не менее двух внутренних К. Все К в поперечном сечении выполнены с прямоугольным поперечным сечением. Вертикальные стенки К образованы двумя плоскими прямоугольными пластинами (П), а горизонтальные в поперечном сечении К стенки К образованы криволинейными в продольном направлении П. Входные О наружных К расположены вдоль горизонтальных сторон прямоугольных П, образующих вертикальные стенки К, и обращены противоположно друг другу. Входные О внутренних К расположены под углом к продольной оси водовода и образуют с входными О наружных К в вертикальном продольном сечении тупой угол. Входное О центральной К расположено вертикально перпендикулярно продольной оси вдоль вертикальных сторон плоских прямоугольных П, образующих вертикальные стенки водовода. Наружная стенка наружной К выполнена вогнутой относительно продольной оси водовода. Криволинейные стенки внутренних К, общие с наружной К, выполнены из плавно изогнутых П с выпуклым относительно продольной оси участком со стороны входного О. Криволинейные стенки внутренних К, общие с центральной К, выполнены из плавно изогнутых П с выпуклым относительно продольной оси участком со стороны входного О и выпуклым относительно продольной оси участком со стороны выходного О сопла. В центральной К на входном ее участке установлены симметрично относительно продольной оси две вогнутые криволинейные П, а на входе в каждую внутреннюю К установлена криволинейная выпуклая относительно продольной оси П. Изобретение направлено на повышение эффективности преобразования энергии волн в гидрореактивную энергию «упора». 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Вспомогательное гидрореактивное устройство, содержащее водовод, выполненный в виде расположенных симметрично относительно его продольной оси камер с входными водозаборными отверстиями и горизонтальными в поперечном сечении камер криволинейными стенками, образующими сужающиеся по ходу потока сопла с выходными отверстиями, отличающееся тем, что содержит одну центральную камеру, две наружные камеры и, по крайней мере, две внутренние камеры, все камеры водовода выполнены с прямоугольным поперечным сечением, причем вертикальные стенки камер образованы плоскими прямоугольными пластинами, а горизонтальные в поперечном сечении камер стенки выполнены криволинейными в продольном направлении, при этом входные водозаборные отверстия наружных камер расположены вдоль горизонтальных сторон прямоугольных пластин, образующих вертикальные стенки водовода, и обращены противоположно друг другу, входные водозаборные отверстия внутренних камер расположены под углом к продольной оси водовода и образуют входными водозаборными отверстиями наружных камер в вертикальном продольном сечении тупой угол, а входное водозаборное отверстие центральной камеры расположено вертикально перпендикулярно продольной оси водовода вдоль вертикальных сторон плоских прямоугольных пластин, образующих вертикальные стенки водовода, наружная стенка наружной камеры выполнена вогнутой относительно продольной оси водовода, криволинейные стенки внутренних камер, общие с наружной камерой, выполнены из плавно изогнутых пластин с выпуклым относительно продольной оси водовода участком со стороны входного водозаборного отверстия, криволинейные стенки внутренних камер, общие с центральной камерой, выполнены из плавно изогнутых пластин с выпуклым относительно продольной оси водовода участком со стороны входного водозаборного отверстия и выпуклым относительно продольной оси водовода участком со стороны выходного отверстия сопла, причем в центральной камере на входном ее участке установлены симметрично относительно продольной оси водовода две вогнутые криволинейные пластины, а на входе в каждую внутреннюю камеру установлена криволинейная выпуклая относительно продольной оси водовода пластина.2. Вспомогательное гидрореактивное устройство по п.1, отличающееся тем, что на выходе центральной камеры по оси водовода установлено центральное осесимметричное обтекаемое тело, а на выходе каждой внутренней камеры установлено обтекаемое тело крыловидного профиля.