ГИДРОРЕАКТИВНОЕ УСТРОЙСТВО
HYDRAULIC JET DEVICE

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 энергию (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 набегании воды 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, вертикальными боковыми стенками, общими для всех каналов и горизонтальными в поперечном сечении каналов криволинейными стенками, образующими сужающиеся по ходу потока сопла для преобразования механической энергии качки судна в гидрореактивную энергию, при этом на каждой боковой стенке каналов с наружной стороны водовода выполнена вертикальная камера с входным отверстием со стороны передней стороны водовода, вертикальные боковые стенки выполнены со скошенными по ходу потока передней и задней кромками, каждая из которых образует угол, соответственно, со стороны входа в водовод и со стороны выхода из него с вершиной угла, расположенной на продольной оси водовода, водовод имеет верхний и нижний внешние каналы, по крайней мере, два внутренних верхних и два внутренних нижних каналов и один центральный канал, причем входное водозаборное отверстие центрального канала расположено вертикально перпендикулярно продольной оси водовода, наружные стенки верхнего и нижнего внешних каналов выполнены вогнутыми относительно продольной оси водовода, верхние и нижние стенки соответственно верхних и нижних внутренних каналов, общие со смежными с ними каналами, соответственно верхнего и нижнего внешних и внутренних каналов, а также верхняя и нижняя стенки центрального канала выполнены из прямых пластин с выпуклым относительно продольной оси водовода входным участком, на входе в центральный канал посередине между его горизонтальными криволинейными стенками установлена с возможностью изгиба относительно ее входной кромки горизонтальная плоская пластина, входная кромка которой вынесена вперед и расположена перед входным водозаборным отверстием центрального канала, на входе во внешние и внутренние каналы установлены турбулизаторы потока, выполненные в виде стержней, расположенных в среднем сечении между криволинейными стенками поперек входящего в каналы потока, а вертикальные камеры образованы расположенными вдоль задней кромки вертикальных боковых стенок вогнутыми пластинами с образованием последними с боковыми стенками водовода конфузорно-диффузорных сопел.
В ходе проведенных испытаний было установлено, что выполнение гидрореактивного устройства в виде системы, содержащей вертикальные боковые стенки со скошенными по ходу потока передней и задней кромками, причем кромки образуют угол с вершиной, расположенной на продольной оси водовода, водовод имеет верхний и нижний внешние каналы, по крайней мере, два внутренних верхних и нижних каналов и один центральный канал, входное водозаборное отверстие центрального канала расположено вертикально перпендикулярно продольной оси водовода, при этом наружные стенки верхнего и нижнего внешних каналов выполнены вогнутыми относительно продольной оси водовода, верхние и нижние стенки соответственно верхних и нижних внутренних каналов, общие со смежными с ними каналами, соответственно верхнего и нижнего внешних и внутренних каналов, а также верхняя и нижняя стенки центрального канала выполнены из прямых пластин с выпуклым относительно продольной оси водовода входным участком, на входе в центральный канал посередине между его горизонтальными криволинейными стенками установлена с возможностью изгиба относительно ее входной кромки горизонтальная плоская пластина, входная кромка которой вынесена вперед и расположена перед входным водозаборным отверстием центрального канала, на входе во внешние и внутренние каналы установлены турбулизаторы потока, выполненные в виде стержней, расположенных в среднем сечении между криволинейными стенками поперек входящего в каналы потока, позволяет в полной мере использовать энергию волны и набегающего на устройство потока для преобразования их энергии в гидрореактивную энергию.
Установка на каждой боковой стенке водовода с наружной его стороны вертикальных с конфузорно-диффузорным профилем камер с входным отверстием со стороны передней части водовода позволяет использовать возникающую заданную турбулентность струи воды на выходе из этих камер для оптимизации условий выхода потоков воды из водовода в полном цикле килевой и вертикальной качки, выходящей из гидрореактивного устройства. Установленное на судне ниже его ватерлинии на месте носового бульба 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 качки 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 экономить расход топлива в штормовых условиях плавания.
На фиг.1 представлен продольный разрез гидрореактивного устройства.
На фиг.2 представлен вид сбоку на гидрореактивное устройство.
На фиг.3 представлено сечение А-А на фиг.2,
Гидрореактивное устройство содержит водовод 1, который имеет верхний 2 и нижний 3 внешние каналы, по крайней мере, два внутренних верхних 4 и два внутренних нижних 5 каналов и один центральный канал 6, образующих систему каналов 2, 3, 4, 5 и 6 водовода 1, переходящих в трубу прямоугольного поперечного сечения, образованную расположенными вертикально двумя боковыми стенками 7, общими для всех каналов 2, 3, 4, 5 и 6 и труб и горизонтальными в поперечном сечении каналов 2, 3, 4, 5 и 6 криволинейными стенками 8, 9 и 10, образующими сужающиеся по ходу потока сопла для преобразования механической энергии качки судна в гидрореактивную энергию. Система каналов 2, 3, 4, 5 и 6, переходящих в прямоугольную трубу, выполнена симметрично относительно продольной оси водовода 1 с входными водозаборными отверстиями со стороны передней кромки 11 вертикальных боковых стенок 7, при этом последние выполнены со скошенными по ходу потока передней 11 и задней 12 кромками, которые образуют углы со стороны входа в водовод 1 и со стороны выхода из него с вершиной угла, расположенной на продольной оси водовода 1.
Входное водозаборное отверстие центрального канала 6 расположено вертикально перпендикулярно продольной оси водовода 1, наружные стенки 8 верхнего 2 и нижнего 3 внешних каналов выполнены вогнутыми относительно продольной оси водовода 1. Верхние и нижние стенки 9 соответственно верхних 4 и нижних 5 внутренних каналов, общие со смежными с ними каналами, соответственно верхнего 2 и нижнего 3 внешних и внутренних 4 и 5 каналов, а также верхняя и нижняя стенки 10 центрального канала 6 выполнены из прямых пластин с выпуклым относительно продольной оси водовода входным участком. На входе в центральный канал 6 посередине между его горизонтальными криволинейными стенками 10 установлена с возможностью изгиба относительно ее входной кромки горизонтальная плоская пластина 13, входная кромка которой вынесена вперед и расположена перед входным водозаборным отверстием центрального канала 6. На входе во внешние и внутренние каналы 2, 3, 4, 5 установлены турбулизаторы 14 потока, выполненные в виде стержней, например, круглого сечения, расположенных в среднем сечении между криволинейными стенками 8 и 9 поперек входящего в каналы 2, 3, 4, 5 потока.
На каждой боковой стенке 7 каналов 2, 3, 4, 5 и 6 с наружной стороны водовода 1 выполнена вертикальная камера 15 с входным отверстием со стороны передней стороны водовода 1. Вертикальные камеры 15 образованы расположенными вдоль задней кромки 12 вертикальных боковых стенок 7 вогнутыми пластинами 16 с образованием последними с боковыми стенками 7 водовода 1 конфузорно-диффузорных сопел с направлением истекающего из него потока вдоль боковых стенок 7 водовода 1.
Гидрореактивное устройство устанавливают в носовой части корпуса судна и/или со стороны его кормы ниже ватерлинии, что позволяет гидрореактивному устройству 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 центрального канала 6, внутренних каналов 4 и 6 и внешних каналов 2 и 3 через водозаборные отверстия устройства водой и проталкивания потоков воды напором набегающего потока воды через указанные каналы и прямоугольные трубы и выхода потоков воды из прямоугольных труб со скоростью, большей, чем при входе в эти каналы, и в направлении, противоположном движению судна на переднем ходу, создавая гидродинамический упор.
По существу гидродинамическое 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.
При движении судна вперед вода, поступающая в вертикальные камеры, разгоняется и, истекая из них, оптимизирует условия выхода потоков из водовода гидрореактивного устройства как при всплытии носа судна и/или кормы (в зависимости от места установки гидрореактивного устройства), так и при погружении вследствие качки. Истекая из образованных вертикальными камерами 14 конфузорно-диффузорных сопел, на выходе из последних формируется поток вдоль боковых стенок водовода с турбулентностью заданной направленности.
В качестве примера использования гидрореактивного устройства предлагается более подробное описание его работы 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 верхний внешний канал 2, верхние внутренние каналы 4 и в центральный канал 6 интенсивно поступает вода. Частично вода поступает в аналогичные нижние каналы 3 и 5. Причем под действием потока воды горизонтальная плоская пластина 13 изгибается вниз, что позволяет поступить потоку воды в центральный канал 6 с меньшими гидравлическими потерями и, как следствие, увеличить скорость потока воды на выходе из гидрореактивного устройства. При входе в указанные каналы потоки находятся под напором воды, набегающей на устройство.
Напор набегающей воды обеспечивает прохождение потоков через указанные выше каналы 2, 4 и 6, которые изменяют в заданном направлении вдоль судна движение потоков воды, а также создают условия для прохождения потоков воды через указанные каналы 2, 4 и 6, образующие сужающиеся сопла, для создания вследствие сжатия потока более высокой, чем при входе, скорости движения потока на выходе из гидродинамического устройства, что позволяет преобразовать энергию качки в гидрореактивную силу, направленную горизонтально по ходу движения судна.
При движении носовой оконечности судна вперед и вниз происходит движение установленного на носовой оконечности судна гидрореактивного устройства вперед и вниз. В центральный канал 6, а также в нижние каналы 3 и 5 интенсивно поступает вода. Частично вода поступает в верхние каналы 2 и 4. В остальном происходят те же процессы преобразования энергии качки в гидрореактивную энергию, как описано выше.
Кроме того, гидрореактивное устройство, демпфируя возмущающие силы, раскачивающие судно, и противодействуя этим силам подобно гидрогироскопу, так как внутри и снаружи гидрореактивного устройства образуется множество вихрей, стремящихся сохранить положение своих осей вращения, способствует стабилизации положения судна на курсе и уменьшению качки судна, особенно в штормовых условиях эксплуатации.
Настоящее изобретение может быть использовано везде, где есть необходимость преобразования энергии волн, обеспечивающей качку судна, в гидрореактивную энергию, производящую работу по поддержанию скорости судна на переднем ходу в штормовых условиях плавания, в первую очередь в судостроительной промышленности.