ГИДРОРЕАКТИВНОЕ УСТРОЙСТВО
HYDROJET DEVICE

Изобретение относится к устройствам для преобразовния 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 в гидрореактивную (см. патент RU № 2228874, 20.05.2004).
Данное устройство создает гидрореактивную силу. Однако для привода устройства требуется использовать часть энергии двигательной установки судна, что снижает эффективность от использования данного устройства.
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, достигаемым при реализации изобретения, является повышение эффективности его использования при преобразовании энергии волн в гидрореактивную энергию и стабилизация положения судна при набегании на него волны.
Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что гидрореактивное устройство содержит канально-трубную, состоящую из неподвижных прямых и профильных пластин систему, способную преобразовывать механическую энергию в гидрореактивную, при этом система содержит две ступени преобразования, размещенных одна за другой, каждая из ступеней выполнена в виде каналов, переходящих в трубопроводы, расположенных друг над другом в вертикальной продольной плоскости сечения водовода и симметрично относительно его продольной оси, каждый канал выполнен в виде водозабора, а горизонтальные стенки трубопроводов, являющихся продолжением каналов, образуют сужающиеся по ходу потока выходные отверстия, при этом каждая ступень имеет два внешних - верхний и нижний каналы-трубопроводы, по крайней мере два внутренних - верхний и нижний каналы-трубопроводы и один центральный трубопровод, боковые вертикальные стенки водовода образованы боковыми стенками устройства, а горизонтальные стенки каналов-водозаборов выполнены криволинейными, в продольном направлении, пластинами, верхний и нижний внешние и внутренние каналы-водозаборы каждой ступени обращены противоположно друг другу, а входное водозаборное отверстие центрального трубопровода расположено вертикально, перпендикулярно продольной оси водовода, наружные стенки верхнего и нижнего внешних каналов-трубопроводов каждой ступени выполнены вогнутыми относительно продольной оси водовода, верхняя и нижняя стенки соответственно верхнего и нижнего внутренних трубопроводов общие с нижней и верхней стенками соответственно верхнего и нижнего внешних трубопроводов выполнены из прямых пластин с выпуклым относительно продольной оси водовода участком, со стороны каждого из каналов-водозаборов, горизонтальные криволинейные стенки соответственно верхнего и нижнего внутренних каналов-водозаборов образуют соответственно верхнюю и нижнюю стенки входного участка центрального трубопровода и выполнены из прямых пластин с выпуклым относительно продольной оси водовода участком со стороны входного водозаборного отверстия, при этом в центральном трубопроводе первой ступени, на входном его, участке установлены симметрично относительно продольной оси водовода два отсекателя в виде вогнутых пластин, на входе в каждый внутренний и наружный канал обеих ступеней установлены отсекатели в виде вогнутой относительно продольной оси водовода пластины, а на правой и левой боковых стенках устройства, с наружной их стороны, перед выходными отверстиями водовода выполнены открытые со стороны выходных отверстий глухие камеры, стенки которых образованы боковой стенкой устройства и прикрепленными к ней сбоку, снизу и сверху прямыми пластинами.
В ходе проведенных испытаний было установлено, что выполнение гидрореактивного устройства в виде системы, содержащей две ступени преобразования, размещенных одна за другой, в сочетании с выполнением каждой из ступеней в виде каналов, переходящих в трубопроводы, расположенные друг над другом в вертикальной продольной плоскости сечения водовода и симметрично относительно его продольной оси, при этом каждый канал выполнен в виде водозабора, а горизонтальные стенки трубопроводов, являющихся продолжением каналов, образуют сужающиеся по ходу потока выходные отверстия, причем каждая ступень имеет два внешних - верхний и нижний каналы-трубопроводы, по крайней мере два внутренних, верхний и нижний каналы-трубопроводы и один центральный трубопровод, позволяет в полной мере использовать энергию волны и набегающего на устройство потока для их преобразования в гидрореактивную энергию. 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, а также 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 представлено аксонометрическое изображение гидрореактивного устройства с условно прозрачной боковой стенкой, установленного в качестве бульба судна (контур «прозрачной» боковой стенки показан тонкими линиями).
На фиг.2 представлено аксонометрическое изображение гидрореактивного устройства с условно прозрачной боковой стенкой.
Гидрореактивное устройство содержит канально-трубную, состоящую из неподвижных прямых и профильных пластин систему, способную преобразовывать механическую энергию в гидрореактивную. Устройство содержит боковые правую 1 и левую 2 стенки устройства, а система содержит первую и вторую ступени преобразования энергии. Первая ступень преобразования энергии включает стенку 3 центрального трубопровода 4, стенку 5 внутреннего канала-трубопровода, внутренний канал-трубопровод 6, наружную стенку 7 внешнего канала-трубопровода. Вторая ступень преобразования включает стенку 9 центрального трубопровода 10, стенку 11 внутреннего канала-трубопровода 11, внутренний канал-трубопровод 12 и наружную стенку 13 внешнего канала-трубопровода 14. Центральные каналы 4 и 10 выполнены с входами 15, а в каналах установлены отсекатели 16.
На правой 1 и левой 2 боковых стенках устройства, с наружной их стороны, перед выходными отверстиями водовода выполнены открытые со стороны выходных отверстий глухие камеры, стенки 17 которых образованы боковой стенкой 1 или 2 устройства и прикрепленными к ней сбоку, снизу и сверху прямыми пластинами.
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 трубопроводов 4 и 10, внутренних каналов-трубопроводов 6 и 12 и внешних каналов-трубопроводов 8 и 14 устройства водой и проталкивания потоков воды напором набегающей воды через указанные трубопроводы и выхода потоков воды со скоростью большей, чем при входе в эти трубопроводы, и в направлении, противоположном движению судна на переднем ходу, создавая гидродинамический упор.
По существу устройство, закрепленное 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. Расположенные на боковых стенках 1 и 2 устройства глухие камеры за счет создаваемых за их выходным сечением по ходу судна вихревых потоков воды обеспечивают более эффективное с меньшими гидравлическими потерями преобразование кинетической энергии созданных в гидрореактивном устройстве потоков воды в реактивную энергию вытекающих из гидрореактивного устройства потоков воды.
В качестве примера предлагается более подробное описание работы гидрореактивного устройства по варианту колебаний судна вокруг поперечной оси (килевая качка).
При движении носовой оконечности судна 2 вперед и вверх в толще воды происходит движение установленного в носовой оконечности гидрореактивного устройства вперед и вверх. В верхние внешние каналы трубопроводы 14 и 8, верхние внутренние каналы-трубопроводы 12 и 6 и в центральный трубопровод 4 интенсивно поступает вода. Частично вода поступает в аналогичные нижние каналы-трубопроводы 14, 8, 12 и 6.
При входе в указанные каналы-трубопроводы потоки воды находятся под напором воды, набегающей на устройство.
Напор набегающей воды обеспечивает прохождение потоков через каналы-трубопроводы 14, 8, 12 и 6, которые изменяют в заданном направлении вдоль судна движение потоков воды, а также создают условия для прохождения потоков воды через указанные сужающиеся каналы-трубопроводы 14, 8, 12, 6 и 4 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.
При движении носовой оконечности судна вперед и вниз происходит движение установленного на носовой оконечности судна гидрореактивного устройства вперед и вниз. В центральную камеру 4, а также в нижние каналы-трубопроводы 14, 8, 12 и 6 интенсивно поступает вода. Частично вода поступает в верхние каналы-трубопроводы 14, 8, 12 и 6. 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.