Устройство снижения гидравлического сопротивления в водоводе водометного движителя судна

Устройство снижения гидравлического сопротивления в водоводе водометного движителя судна

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к судостроению, а именно к водометным движителям судов, подводных аппаратов и других плавсредств.

Известны устройства для некоторой компенсации гидравлического сопротивления воды в водоводе водометных движителей путем размещения в водоводе гидродинамических тел и/или за счет формы внутренней обшивки водовода, в результате чего в нем появляется дополнительная (корпусная) сила тяги к основной реактивной силе тяги судна [1-3 и др.].

Недостатки таких устройств - гидравлическое сопротивление трения потока воды о внутреннюю обшивку водовода по существу сохраняется и даже увеличивается за счет сопротивления трения размещаемых в водоводе гидродинамических тел и изменения формы обшивки.

Известен двухрежимный водозаборник водометного движителя высокоскоростного судна [4], содержащий водовод с входным и выходным отверстиями, при этом по периметру входного отверстия установлен трубопровод с пористыми элементами, соединенный со смесителем для приготовления рабочей среды. Принят за прототип.

Недостатки прототипа - необходимость возить расходуемые ингредиенты для рабочей среды (высокомолекулярные полимеры), к тому же дорогие; ограниченная запасом полимеров длительность использования устройства; достаточно сложное оборудование для приготовления рабочей среды; недостаточная степень снижения сопротивления трения.

Техническим результатом изобретения являются - упрощение оборудования для производства рабочей среды, не нужно возить расходные материалы, устройство может работать во все время работы движителя; повышение степени снижения гидравлического сопротивления трения.

Технический результат достигается тем, что в известном устройстве, содержащем по периметру входного отверстия водовода водометного движителя трубопровод с пористыми элементами, соединенный с оборудованием для приготовления рабочей среды, в качестве смесителя оборудования используется трансзвуковой струйный аппарат - смеситель-насос Фисенко, а в качестве рабочей среды - вырабатываемая в смесителе однородная (гомогенная) газоводяная или пароводяная двухфазная смесь (далее - двухфазная смесь). При этом первый вход смесителя соединен трубопроводом, снабженным дозирующим устройством, с источником воды (например, забортной), второй вход смесителя соединен трубопроводом (с дозирующим устройством) с источником газа или воздуха (пара). Источником пара может быть, например, паровой котел судна. Доля газа (воздуха, пара) в двухфазной смеси составляет от 0,2 до 0,9. Трубопровод с пористыми элементами может состоять из нескольких автономных частей с автономными смесителями. При необходимости в одном или нескольких поперечных сечениях по длине водовода по периметру сечения выполнены щели в его обшивке с коллектором, установленным за обшивкой, соединенным трубопроводом со смесителем. Причем щели и коллектор по длине периметра сечения могут быть выполнены из нескольких автономных секций со своими трубопроводами (с дозирующими устройствами) подачи двухфазной смеси.

На фиг. 1а представлена схема размещения устройства на водометном движителе надводного судна, на фиг. 1б - оборудование для приготовления двухфазной смеси, на фиг.2а дана схема устройства для водометного движителя подводного аппарата и на фиг. 2б - соответствующее оборудование для приготовления двухфазной смеси.

Устройство для водовода 1 водометного движителя надводного судна (фиг.1а) содержит установленный по периметру входного отверстия 2 водовода 1 трубопровод 3 с пористыми элементами, а также трубопровод 4, связывающий трубопровод 3 с оборудованием 5 приготовления двухфазной смеси. Внутри водовода 1 по периметру его поперечного сечения выполнена щель 6 с коллектором 7 и трубопроводом 8. Оборудование 5 для приготовления двухфазной смеси (фиг.1б) включает смеситель 9 с выходом 10 и двумя входами. Первый вход 11 смесителя 9 соединен трубопроводом 12 (с дозирующим устройством 13) с источником воды, например, забортной водой. Второй вход 14 смесителя соединен трубопроводом 15 с источником газа или воздуха (пара) 16. Выход 10 смесителя соединен трубопроводами (с дозирующим устройством) 4 и 8 с трубопроводом 3 и коллектором 7.

Устройство для профилированного водовода подводного судна (аппарата) (фиг.2а) 17 содержит входное отверстие 18, трубопроводы 19 и 20 с пористыми элементами, установленные на верхней и нижней кромках входного отверстия 18, а также трубопроводы 21 и 22, связывающие трубопроводы 19 и 20 со смесителем 23. При необходимости внутри водовода 17 в одном или нескольких поперечных сечениях в обшивке водовода выполнены щели, например щель 24 с коллектором 25 и трубопроводом 26 на носовой обшивке 27. А также щель 28 с коллектором 29 и трубопроводом 30 на кормовой обшивке 31. Оборудование 23 для производства двухфазной смеси (фиг.2б) включает смеситель 32 с выходом 33 и двумя входами. Первый вход 34 смесителя 32 соединен трубопроводом 35 (с дозирующим устройством 36) с источником воды, например забортной водой. Второй вход 37 смесителя соединен трубопроводом 38 с источником газа или воздуха (пара) 39. К выходу 33 смесителя подключены трубопроводы (с дозирующим устройством 36) 21, 22, 26 и 30.

Устройство работает следующим образом. Для запуска устройства в смеситель 9 для надводного судна (32 для подводного судна) через первый вход 11 (34) подается вода (например, забортная) по трубопроводу 12 (35). Регулировка расхода воды осуществляется дозирующим устройством 13 (36). Через второй вход 14 (37) смесителя поступает газ или воздух (пар) от источника газа или воздуха 16 (39) по трубопроводу 15 (38). Регулировка расхода и давления газа или воздуха (пара) производится дозирующим устройством 13 (36). В случае использования пара его источником 16 (39) может быть паровой котел судна. В качестве смесителя 9 (32) используется трансзвуковой струйный аппарат Фисенко (авт. свидетельство №966326, опубл. 1982 г.; авт. свид. №1699564, опубл. 1991 г.; патент РФ №2016261, опубл. 1994 г.; патент РФ №2155280, опубл. 2000 г.), являющийся одновременно смесителем и насосом. В смесителе 9 (32) вода и газ поступают в камеру смешения, где образуется однородная (гомогенная) газоводяная (пароводяная) двухфазная смесь с микроскопическими газовыми (паровыми, воздушными) включениями. Создается поток двухфазной смеси, который далее тормозится в смесителе с возрастанием давления в потоке до определенной величины, при этом на выходе 10 (33) смесителя 9 (32) поток имеет заданную скорость и расход при сохранении потоком двухфазного состояния. При этом доля газа в двухфазной смеси составит от 0,2 до 0,9, а скорость потока от 20 до 100 м/с. Для надводного судна полученная двухфазная смесь по трубопроводам 4 и 8 направляется с заданными дозирующим устройством 13 расходом и давлением соответственно в трубопровод 3 с пористыми элементами и в коллектор 7. Двухфазная смесь через пористые элементы трубопровода 3 и щель 6 поступает в пограничный слой потока воды на поверхности внутренней обшивки водовода, снижая сопротивление трения его движения в водоводе. Для подводного судна двухфазная смесь по трубопроводам 21, 22, 26 и 30 поступает в трубопроводы с пористыми элементами 19 и 20 и коллекторы 25 и 29, откуда подается в пограничный слой внутренней обшивки водовода.

Свойства двухфазной смеси определяются объемными соотношениями составляющих ее ингредиентов. При равенстве объемов воды и газа (пара) и скорости движения двухфазной смеси на выходе смесителя, превышающей скорость распространения звука в этой двухфазной смеси, имеет место минимальное (практически нулевое) сопротивления трения этой смеси о поверхности корпуса и в трубопроводах (Фисенко В.В. «Сжимаемость теплоносителя и эффективность работы контуров циркуляции ЯЭУ». М.: Энергоатомиздат, 1987). Как результат сопротивление трения потока воды в водоводе должно снизиться более чем вдвое.

Предлагаемое устройство позволит существенно снизить гидравлическое сопротивление в водоводе водометного движителя, повысить скорость хода судна и КПД водометного движителя надводных и подводных судов, подводных аппаратов, тем самым уменьшить время доставки грузов и пассажиров в порты назначения или снизить расход топлива.

Использованные источники

1. Патент РФ №2213677, опубл. 2003 г.

2. Патент РФ №2219099, опубл. 2003 г.

3. Патент РФ №2228879, опубл. 2004 г.

4. Патент РФ №2184678, опубл. 2002 г.

1. Устройство снижения гидравлического сопротивления в водоводе водометного движителя надводного судна, содержащее по периметру входного отверстия водовода водометного движителя трубопровод с пористыми элементами, который соединен трубопроводом с оборудованием для приготовления рабочей среды, подаваемой в пограничный слой на внутренней обшивке водовода, отличающееся тем, что в оборудовании используется трансзвуковой струйный аппарат - смеситель-насос Фисенко, а в качестве рабочей среды - вырабатываемая в смесителе однородная (гомогенная) газоводяная или пароводяная двухфазная смесь, в которой доля газа (воздуха, пара) составляет от 20 до 90%, при этом первый вход смесителя соединен трубопроводом, снабженным дозирующим устройством, с источником воды (например, забортной), второй вход смесителя соединен трубопроводом (с дозирующим устройством) с источником газа или воздуха (пара), при этом трубопровод с пористыми элементами состоит из одного или нескольких автономных частей с общими или автономными смесителями.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внутри водовода по периметру одного или нескольких его поперечных сечений в обшивке водовода выполнены щели, каждая с размещенным за обшивкой коллектором, который соединен трубопроводом со смесителем.

3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что щель и коллектор по длине периметра сечения водовода выполнены из нескольких автономных секций со своими трубопроводами (с дозирующими устройствами) подачи двухфазной жидкости.