ГИДРОРЕАКТИВНОЕ УСТРОЙСТВО
HYDROJET UNIT

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, водовод разделен, по меньшей мере, на два каскада, в каждом из которых сформированы 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, и на каждой боковой стенке каналов с наружной стороны водовода выполнена вертикальная камера с входным отверстием со стороны передней стороны водовода, каждый последующий каскад выполнен увеличивающимся по высоте, каскады соединены между собой посредством плоских соединительных планок, вертикальные боковые стенки каждого каскада водовода выполнены со скошенными по ходу потока передней и задней кромками, каждая из которых образует угол соответственно со стороны входа в каскад водовода и со стороны выхода из него с вершиной углов, расположенной на продольной оси водовода, каждый каскад водовода имеет верхний и нижний внешние каналы, по крайней мере, один внутренний верхний и один внутренний нижний каналы 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 верхнего и нижнего внутренних каналов, общие со смежными с ними каналами, соответственно верхним и нижним внешними каналами, а также верхняя и нижняя стенки центрального канала выполнены из прямых пластин с выпуклым относительно продольной оси водовода входным участком, а на выходе каждого внутреннего канала установлены турбулизаторы потока, выполненные в виде изогнутых горизонтальных пластин, расположенных в среднем сечении между криволинейными стенками поперек выходящего из каналов потока, а на каждой боковой стенке каскадов с наружной стороны водовода выполнены вертикальные камеры с входным отверстием со стороны передней стороны каскада водовода, при этом вертикальные камеры образованы расположенными вдоль задней кромки вертикальных боковых стенок каждого каскада 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 водовод, разделенный, по меньшей мере, на два каскада, в каждом из которых сформированы 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, и на каждой боковой стенке каналов с наружной стороны водовода выполнена вертикальная камера с входным отверстием со стороны передней стороны водовода, каждый последующий каскад выполнен увеличивающимся по высоте, каскады соединены между собой посредством плоских соединительных планок, вертикальные боковые стенки каждого каскада водовода выполнены со скошенными по ходу потока передней и задней кромками, каждая из которых образует угол соответственно со стороны входа в каскад водовода и со стороны выхода из него с вершиной углов, расположенной на продольной оси водовода, каждый каскад водовода имеет верхний и нижний внешние каналы, по крайней мере, один внутренний верхний и один внутренний нижний каналы 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 верхнего и нижнего внутренних каналов, общие со смежными с ними каналами, соответственно верхним и нижним внешними каналами, а также верхняя и нижняя стенки центрального канала выполнены из прямых пластин с выпуклым относительно продольной оси водовода входным участком, а на выходе каждого внутреннего канала установлены турбулизаторы потока, выполненные в виде изогнутых горизонтальных пластин, расположенных в среднем сечении между криволинейными стенками поперек выходящего из каналов 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, для уменьшения дрейфа судна «под ветер».
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 вид сбоку на гидрореактивное устройство.
На фиг.2 представлен продольный разрез гидрореактивного устройства.
На фиг.3 представлен вид сверху на гидрореактивное устройство.
Гидрореактивное устройство содержит водовод 1, который разделен, по меньшей мере, на два каскада 2 (на чертеже показано три каскада 2), причем каждый последующий каскад 2 выполнен увеличивающимся по высоте. Каскады 2 соединены между собой посредством плоских соединительных планок 3. Вертикальные боковые стенки 4 каждого каскада 2 водовода выполнены со скошенными по ходу потока передней 5 и задней 6 кромками, каждая из которых образует угол соответственно со стороны входа в каскад 2 водовода и со стороны выхода из него с вершиной углов, расположенной на продольной оси 7 водовода. В каждом каскаде 2 сформированы верхний 8 и нижний 9 внешние каналы, по крайней мере, один внутренний верхний 10 и один внутренний нижний 11 каналы и один центральный канал 12. Входное водозаборное отверстие 13 центрального канала 12 расположено вертикально, перпендикулярно продольной оси 7 водовода. Наружные стенки 14 верхнего 8 и нижнего 9 внешних каналов выполнены вогнутыми относительно продольной оси 7 водовода. Верхние 15 и нижние 16 стенки соответственно верхнего 10 и нижнего 11 внутренних каналов, общие со смежными с ними каналами, соответственно верхним 8 и нижним 9 внешними каналами. Верхняя 17 и нижняя 18 стенки центрального канала 12, а также верхняя 15 и нижняя 16 стенки соответственно верхнего 10 и нижнего 11 внутренних каналов выполнены из прямых пластин с выпуклым относительно продольной оси водовода входным участком. На выходе каждого внутреннего канала 10 и 11 установлены турбулизаторы 19 потока, выполненные в виде изогнутых горизонтальных пластин, расположенных в среднем сечении между криволинейными стенками соответственно 15 и 17, а также 16 и 18, поперек выходящего из каналов 10 и 11 потока. Таким образом, симметрично относительно продольной оси 7 водовода образованы системы каналов 8, 9, 10, 11 и 12 с входными водозаборными отверстиями, вертикальными боковыми стенками 4, общими для всех каналов каждого каскада 2, и горизонтальными в поперечном сечении каналов 8, 9, 10, 11 и 12 криволинейными стенками 14, 15, 16, 17 и 18, образующими сужающиеся по ходу потока сопла для преобразования механической энергии качки судна в гидрореактивную энергию. На каждой боковой стенке 4 с наружной стороны каскадов 2 водовода выполнены вертикальные камеры 20 с входным отверстием со стороны передней стороны каскадов 2 водовода, причем вертикальные камеры 20 образованы расположенными вдоль задней кромки вертикальных боковых стенок 4 каждого каскада 2 вогнутыми пластинами 21 с образованием последними с боковыми стенками 4 каскадов 2 водовода конфузорно-диффузорных сопел.
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 12, внутренних каналов 10 и 11 и внешних каналов 8 и 9 через водозаборные отверстия устройства водой и проталкивания потоков воды напором набегающего потока воды через указанные каналы каскадов 2 и выхода потоков воды из образованных каналами сопел в виде 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 (показана стрелками на фиг.2), поступающая в вертикальные камеры 20, 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 20 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 верхние внешний канал 8, верхний внутренний канал 10 и в центральный канал 12 каждого каскада 2 интенсивно поступает вода. Частично вода поступает в аналогичные нижние каналы 9 и 11.
При входе в указанные каналы потоки находятся под напором воды, набегающей на устройство и, кроме того, в каждый последующий каскад 2 после первого под напором, созданным предыдущим каскадом 2.
Напор набегающей воды обеспечивает прохождение потоков через указанные выше каналы 8, 10 и 12, которые изменяют в заданном направлении вдоль судна движение потоков воды, а также создают условия для прохождения потоков воды через указанные каналы 8, 10 и 12, образующие сужающиеся прямоугольные 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 12, а также в нижние каналы 9 и 11 интенсивно поступает вода. Частично вода поступает в верхние каналы 8 и 10. 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, способствуют 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.