ГИДРОРЕАКТИВНОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2011 года по МПК F03B13/14 F03G7/08 

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 уменьшением качки 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 гидрореактивное устройство, содержащее выполненный в носовом бульбе судна водовод, в котором расположено средство преобразования механической энергии качки судна на волне в гидрореактивную (см. патент RU №2338088, кл. F03B 13/14, 10.11.2008).

Данное устройство создает гидрореактивную силу. Однако данное устройство не в полной мере использует энергию волн при ее преобразовании в гидрореактивную энергию.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является более полное использование энергии килевой и вертикальной качки, при их набегании на устройство под углом к его продольной оси.

Техническим результатом, достигаемым 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 системы каналов с входными водозаборными отверстиями, общими для всех каналов вертикальными боковыми стенками и горизонтальными в поперечном сечении каналов криволинейными стенками, образующими сужающиеся по ходу потока сопла с выходными отверстиями для преобразования механическую энергию качки судна в гидрореактивную энергию, вертикальные боковые стенки установлены с образованием сужающегося по ходу потока в горизонтальной плоскости канала, система содержит три ступени преобразования энергии, расположенные одна за другой, каждая из ступеней выполнена в виде системы каналов, расположенных друг над другом в вертикальной продольной плоскости сечения водовода и симметрично относительно его продольной оси, при этом первая ступень имеет верхний и нижний внешние каналы, по крайней мере, два внутренних верхний и нижний канала и один центральный канал, вторая ступень имеет верхний и нижний внешние каналы и один центральный канал, вход которого сообщен с выходом каналов первой ступени, а третья ступень имеет верхний и нижний внешние каналы и один центральный канал, вход которого сообщен с выходом каналов второй ступени, горизонтальные стенки каналов образованы криволинейными в продольном направлении пластинами, верхний и нижний внешние и внутренние каналы первой ступени, верхний и нижний внешние каналы второй ступени, а также верхний и нижний внешние каналы третьей ступени обращены противоположно друг другу, а входное водозаборное отверстие центрального канала расположено вертикально, перпендикулярно продольной оси водовода, наружные стенки верхнего и нижнего внешних каналов первой, второй и третьей ступеней выполнены вогнутыми относительно продольной оси водовода, верхняя и нижняя стенки соответственно верхнего и нижнего внутренних каналов первой ступени, общие с нижней и верхней стенкой соответственно верхнего и нижнего внешних каналов первой ступени, верхняя и нижняя стенки центрального канала второй ступени, образующие одновременно нижнюю и верхнюю стенки внешних каналов второй ступени, а также верхняя и нижняя стенки центрального канала третьей ступени, образующие одновременно нижнюю и верхнюю стенки внешних каналов третьей ступени, выполнены из прямых пластин с выпуклым относительно продольной оси водовода входным участком, а горизонтальные криволинейные стенки центрального канала первой ступени выполнены из прямых пластин с выпуклым относительно продольной оси водовода участком со стороны входного водозаборного отверстия и одновременно являются стенками верхнего и нижнего внутренних каналов первой ступени, кроме того, на выходе из третьей ступени на водоводе установлена обечайка, образующая расширяющийся по ходу потока канал с формированием над верхним внешним и под нижним внешним каналами второй ступени водозаборные отверстия, на входе в центральный канал первой ступени посередине между его горизонтальными криволинейными стенками центрального канала установлена с возможностью изгиба относительно ее входной кромки горизонтальная плоская пластина, причем входная кромка вынесена вперед и расположена перед входным водозаборным отверстием центрального канала, между задними кромками вертикальных боковых стенок и передней кромкой стенки обечайки со стороны ее узкого входного сечения выполнены вертикальные водозаборные отверстия, а в вертикальных боковых стенках за последними выполнены вырезы, а водовод гидрореактивного устройства закреплен при помощи торсионов с возможностью поворота в горизонтальной плоскости относительно продольной оси водовода на угол от 10° до 15°.

В результате достигается повышение эффективности использования гидрореактивного устройства при преобразовании энергии волн в гидрореактивную энергию упора.

В ходе проведенных испытаний было установлено, что выполнение гидрореактивного устройства в виде системы, содержащей три ступени преобразования энергии, которые размещены одна за другой, в сочетании с выполнением каждой из ступеней в виде каналов, расположенных друг над другом в вертикальной продольной плоскости сечения водовода и симметрично относительно его продольной оси, при этом горизонтальные стенки каналов в сочетании с боковыми стенками водовода образуют сужающуюся по ходу потока проточную часть, первая ступень имеет два внешних верхний и нижний каналы, по крайней мере, два внутренних верхний и нижний каналы и один центральный канал, вторая ступень имеет два внешних верхний и нижний каналы и один центральный канал, а третья ступень имеет верхний и нижний внешние каналы и один центральный канал, вход которого сообщен с выходом каналов второй ступени а также установка на выходе из второй ступени обечайки, образующей расширяющийся по ходу потока канал с формированием над верхним внешним и под нижним внешним каналами второй ступени водозаборные отверстия в сочетании с выполнением в вертикальных боковых стенках между задними кромками вертикальных боковых стенок и передними кромками вертикальных стенок обечайки со стороны узкого входного сечения обечайки вертикальных щелевых отверстий и установкой на входе в центральный канал посередине между горизонтальными криволинейными стенками центрального канала первой ступени с возможностью изгиба относительно ее входной кромки горизонтальной плоской пластины позволяет в полной мере использовать энергию волны и набегающего на устройство потока для их преобразования их энергии в гидрореактивную энергию.

Установка водовода с помощью торсионов позволяет поворачиваться водоводу под действием силы бокового сопротивления (силы дрейфа) на угол порядка 10-15°, что, в свою очередь, позволяет использовать силу струи воды, выходящей из гидрореактивного устройства, для уменьшения дрейфа судна «под ветер».

Установленное на судне ниже его ватерлинии в носовом бульбе гидрореактивное устройство позволяет преобразовывать энергию вертикальной и килевой качки судна в гидрореактивную энергию, что, в свою очередь, позволяет стабилизировать положение судна в штормовых условиях плавания и 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.

На фиг.1 представлен продольный разрез гидрореактивного устройства.

На фиг.2 - вид спереди на гидрореактивное устройство.

На фиг.3 - установка гидрореактивного устройства в носовой части судна в качестве бульба.

На фиг.4 - установка гидрореактивных устройств в кормовой части судна.

Гидрореактивное устройство, содержащее водовод 1, выполненный в виде расположенной симметрично относительно его продольной оси системы каналов с входными водозаборными отверстиями, общими для всех каналов вертикальными боковыми стенками 2 и горизонтальными в поперечном сечении каналов криволинейными стенками, образующими сужающиеся по ходу потока сопла с выходными отверстиями для преобразования механической энергии качки судна в гидрореактивную энергию. Система содержит три ступени преобразования энергии, расположенные одна за другой. Каждая из ступеней выполнена в виде системы каналов, расположенных друг над другом в вертикальной продольной плоскости сечения водовода 1 и симметрично относительно его продольной оси.

Первая ступень имеет два внешних канала, верхний 3 и нижний 4, по крайней мере, два внутренних канала, верхний 5 и нижний 6, и один центральный канал 7.

Вторая ступень имеет два внешних канала, верхний 8 и нижний 9, и один центральный канал 10, вход которого сообщен с выходом каналов 3, 4, 5, 6 и 7 первой ступени.

Третья ступень имеет верхний 11 и нижний 12 внешние каналы и один центральный канал 13, вход которого сообщен с выходом каналов 8, 9 и 10 второй ступени.

Горизонтальные стенки каналов образованы криволинейными в продольном направлении пластинами. Верхний 3, 5 и нижний 4, 6 внешние и внутренние каналы первой ступени и верхний 8 и нижний 9 внешние каналы второй ступени и верхний 11 и нижний 12 внешние каналы третьей ступени обращены противоположно друг другу. Входное водозаборное отверстие 14 центрального канала 7 расположено вертикально, перпендикулярно продольной оси водовода 1.

Наружные горизонтальные стенки 15, 16 и 17 верхнего 3, 8, 11 и нижнего 4, 9, 12 внешних каналов соответственно первой, второй и третьей ступеней выполнены вогнутыми относительно продольной оси водовода.

Верхняя 18 и нижняя 19 горизонтальные стенки соответственно верхнего 5 и нижнего 6 внутренних каналов первой ступени, общие с нижней и верхней стенкой соответственно верхнего 3 и нижнего 4 внешних каналов первой ступени, а также верхняя 20 и нижняя 21 стенки центрального канала 10 второй ступени, образующие одновременно соответственно нижнюю и верхнюю стенки внешних каналов 8 и 9 второй ступени, и верхняя 22 и нижняя 23 стенки центрального канала 13 третьей ступени, образующие одновременно соответственно нижнюю и верхнюю стенки внешних каналов 11 и 12 третьей ступени, выполнены из прямых пластин с выпуклым относительно продольной оси водовода 1 входным участком.

Горизонтальные криволинейные стенки 24 центрального канала 7 первой ступени выполнены из прямых пластин с выпуклым относительно продольной оси водовода 1 участком со стороны входного водозаборного отверстия и одновременно являются стенками верхнего 5 и нижнего 6 внутренних каналов первой ступени.

На выходе из второй ступени на водоводе 1 установлена обечайка 25, образующая расширяющийся по ходу потока канал с формированием над верхним 11 внешним и под нижним 12 внешним каналами третьей ступени водозаборные отверстия 26.

На входе в центральный канал 7 посередине между горизонтальными криволинейными стенками 24 центрального канала 7 первой ступени установлена с возможностью изгиба относительно ее входной кромки 27 горизонтальная плоская пластина 28, причем входная кромка 27 вынесена вперед и расположена перед входным водозаборным отверстием центрального канала 7 (пунктиром на фиг.1 показана горизонтальная плоская пластина 28 в изогнутом положении во время работы устройства).

В вертикальных боковых стенках 2 между задними кромками вертикальных боковых стенок 2 и передними кромками вертикальных стенок обечайки 25 со стороны узкого входного сечения обечайки 25 выполнены вертикальные вырезы 29, а обечайка 25 выполнена с водозаборными отверстиями 30 для сообщения вырезов 29 с внешней средой.

Водовод гидрореактивного устройства закреплен при помощи торсионов 31 с возможностью поворота в горизонтальной плоскости относительно продольной оси водовода на угол от 10° до 15°.

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 центральных каналов 7 и 10, внутренних каналов 5 и 6 и внешних каналов 3, 4, 8, 9, 11 и 12, а также через водозаборные отверстия 26, 30 и вертикальные щелевые отверстия 29 устройства водой и проталкивания потоков воды напором набегающей воды через указанные каналы и выхода потоков воды со скоростью, большей, чем при входе в эти каналы, и в направлении, противоположном движению судна на переднем ходу, создавая гидродинамический упор.

По существу (см. фиг.3 и 4) устройство или устройства, закрепленное или закрепленные на корпусе судна, работают как дополнительный гидрореактивный движитель, утилизируя энергию колебаний массы судна в набегающей волне и придавая судну дополнительный «упор» при движении передним ходом вразрез волны, а установка водовода с помощью торсионов позволяет поворачиваться водоводу под действием силы бокового сопротивления (силы дрейфа) на угол порядка 10-15° для использования силы струи воды, выходящей из гидрореактивного устройства под углом к продольной оси судна, для уменьшения дрейфа судна «под ветер».

В качестве примера предлагается более подробное описание работы гидрореактивного устройства по варианту колебаний судна вокруг поперечной оси (килевая качка).

При движении гидрореактивного устройства, установленного в носовой оконечности судна вперед и вверх, в толще воды происходит движение гидрореактивного устройства вперед и вверх. В верхние внешние каналы 3, 8 и 11, верхний внутренний канал 5 и в центральный канал 7 интенсивно поступает вода. Частично вода поступает в аналогичные нижние каналы 4, 6, 9 и 12. Причем под действием потока воды горизонтальная плоская пластина 28 изгибается вниз, что позволяет поступить потоку воды в центральный канал 7 с меньшими гидравлическими потерями и, как следствие, увеличить скорость потока воды на выходе из гидрореактивного устройства.

При входе в указанные каналы потоки воды находятся под напором воды, набегающей на устройство воды.

Напор набегающей воды обеспечивает прохождение потоков через указанные выше каналы 3, 8, 11 и 7, которые изменяют в заданном направлении вдоль судна движение потоков воды, а также создают условия для прохождения потоков воды через указанные сужающиеся каналы 3, 8, 11 и 7 для создания вследствие сжатия более высокой, чем при входе, скорости движения потока на выходе из устройства, что позволяет преобразовать энергию волн в гидрореактивную силу, направленную горизонтально по ходу движения судна 2. Одновременно вода поступает через водозаборные отверстия 26, 30 и через вертикальные щелевые отверстия 23 в образованный на выходе водовода 1 расширяющийся канал, формируя поток воды, усиливающий вытекающий из водовода 1 поток воды, и таким образом создавая дополнительную гидрореактивную силу.

При движении носовой оконечности судна вперед и вниз происходит движение установленного на носовой оконечности судна гидрореактивного устройства вперед и вниз. В центральный канал 7, а также в нижние каналы 4, 6, 9 и 12 интенсивно поступает вода. Частично вода поступает в верхние каналы 3, 5, 8 и 11. В остальном происходят те же процессы преобразования энергии волн в гидрореактивную энергию, как описано выше.

Кроме того, гидрореактивное устройство, демпфируя возмущающие силы, раскачивающие судно, способствует 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 преобразовния энергии волн, в частности для преобразования энергии колебания судна в гидрореактивную энергию. Гидрореактивное устройство, содержащее водовод, выполненный в виде расположенных симметрично относительно его продольной оси системы каналов с входными водозаборными отверстиями, общими для всех каналов вертикальными боковыми стенками и горизонтальными в поперечном сечении каналов криволинейными стенками, образующими сужающиеся по ходу потока сопла с выходными отверстиями для преобразования механической энергии качки судна в гидрореактивную энергию. Система содержит три ступени преобразования энергии, расположенные одна за другой. Каждая из ступеней выполнена в виде системы каналов, расположенных друг над другом в вертикальной продольной плоскости сечения водовода и симметрично относительно его продольной оси. При этом водовод гидрореактивного устройства закреплен при помощи торсионов с возможностью поворота в горизонтальной плоскости относительно продольной оси водовода на угол от 10° до 15°. В результате достигается повышение эффективности использования гидрореактивного устройства при преобразовании энергии волн в гидрореактивную энергию. 4 ил.

Гидрореактивное устройство, содержащее водовод, выполненный в виде расположенных симметрично относительно его продольной оси системы каналов с входными водозаборными отверстиями, общими для всех каналов вертикальными боковыми стенками и горизонтальными в поперечном сечении каналов криволинейными стенками, образующими сужающиеся по ходу потока сопла с выходными отверстиями для преобразования механическую энергию качки судна в гидрореактивную энергию, отличающееся тем, что вертикальные боковые стенки установлены с образованием сужающегося по ходу потока в горизонтальной плоскости канала, система содержит три ступени преобразования энергии, расположенные одна за другой, каждая из ступеней выполнена в виде системы каналов, расположенных друг над другом в вертикальной продольной плоскости сечения водовода и симметрично относительно его продольной оси, при этом первая ступень имеет верхний и нижний внешние каналы, по крайней мере, два внутренних верхний и нижний канала и один центральный канал, вторая ступень имеет верхний и нижний внешние каналы и один центральный канал, вход которого сообщен с выходом каналов первой ступени, а третья ступень имеет верхний и нижний внешние каналы и один центральный канал, вход которого сообщен с выходом каналов второй ступени, горизонтальные стенки каналов образованы криволинейными в продольном направлении пластинами, верхний и нижний внешние и внутренние каналы первой ступени, верхний и нижний внешние каналы второй ступени, а также верхний и нижний внешние каналы третьей ступени обращены противоположно друг другу, а входное водозаборное отверстие центрального канала расположено вертикально, перпендикулярно продольной оси водовода, наружные стенки верхнего и нижнего внешних каналов первой, второй и третьей ступеней выполнены вогнутыми относительно продольной оси водовода, верхняя и нижняя стенки, соответственно верхнего и нижнего внутренних каналов первой ступени общие с нижней и верхней стенкой, соответственно, верхнего и нижнего внешних каналов первой ступени, верхняя и нижняя стенки центрального канала второй ступени, образующие одновременно нижнюю и верхнюю стенки внешних каналов второй ступени, а также верхняя и нижняя стенки центрального канала третьей ступени, образующие одновременно нижнюю и верхнюю стенки внешних каналов третьей ступени, выполнены из прямых пластин с выпуклым относительно продольной оси водовода входным участком, а горизонтальные криволинейные стенки центрального канала первой ступени выполнены из прямых пластин с выпуклым относительно продольной оси водовода участком со стороны входного водозаборного отверстия и одновременно являются стенками верхнего и нижнего внутренних каналов первой ступени, кроме того, на выходе из третьей ступени на водоводе установлена обечайка, образующая расширяющийся по ходу потока канал с формированием над верхним внешним и под нижним внешним каналами второй ступени водозаборные отверстия, на входе в центральный канал первой ступени посередине между его горизонтальными криволинейными стенками центрального канала установлена с возможностью изгиба относительно ее входной кромки горизонтальная плоская пластина, причем входная кромка вынесена вперед и расположена перед входным водозаборным отверстием центрального канала, между задними кромками вертикальных боковых стенок и передней кромкой стенки обечайки со стороны ее узкого входного сечения выполнены вертикальные водозаборные отверстия, а в вертикальных боковых стенках за последними выполнены вырезы, а водовод гидрореактивного устройства закреплен при помощи торсионов с возможностью поворота в горизонтальной плоскости относительно продольной оси водовода на угол от 10 до 15°.