Водометный движитель судна

Водометный движитель судна

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к судостроению, а именно к водометным движителям судов и других плавсредств. Направлено в первую очередь на снижение расхода энергии для движения судна.

Известны водометные движители [1]. В общем случае они содержат водовод с входным и выходным отверстием, ускоритель потока воды (насос или гребной винт) и спрямляющий аппарат или без него. Принято за прототип.

Недостатки аналога - большие гидродинамические потери и, как следствие, низкий по сравнению с гребным винтом коэффициент полезного действия, большой расход энергии на работу движителя, во многих случаях нерентабельность его использования.

Известны водометные движители или вставки-водоводы водометных движителей [2-5] с повышенными значениями тяги и КПД за счет рационального использования кинетической энергии потока в водоводе движителя путем задания поперечных сечений водовода определенной формы и/или размещения в нем хорошо обтекаемых тел с высоким гидродинамическим качеством.

Недостаток модифицированных таким образом водометных движителей состоит в сравнительно большой трате энергии для работы движителя.

Известен ускоритель текучей среды, содержащий, по крайней мере, два сопла на одной оси, при этом, по меньшей мере, одно сопло соосно введено в следующее по ходу движения текучей среды с образованием между соплами полости, причем не менее чем одна полость сообщена с устройствами подачи и отсоса текучей среды, по меньшей мере, в одной полости размещены средства ионизации текучей среды [5].

Технический результат изобретения состоит в существенном снижении расхода углеводородного топлива, в отсутствии вала, проходящего через корпус судна и/или обшивку водовода, в уменьшении гидравлического сопротивления, повышении КПД движителя.

Технический результат достигается тем, что водометный движитель судна содержит водовод с входным и выходным отверстием и ускоритель текучей среды, который включает, по крайней мере, два сопла на одной оси, при этом, по меньшей мере, одно сопло соосно введено в следующее по ходу движения текучей среды с образованием между соплами полости, причем не менее чем одна полость сообщена с устройствами подачи и отсоса текучей среды, по меньшей мере, в одной полости размещены средства ионизации текучей среды, а по изобретению в полости с устройствами подачи и отсоса текучей среды размещены электроды для осуществления электрогидравлического удара в текучей среде, которые соединены с выходом блока формирования электрогидравлических ударов в текучей среде.

Схематически предлагаемое изобретение изображено на фиг.1 (показана общая схема водометного движителя в корме судна), на фиг.2 представлена схема ускорителя.

Водометный движитель судна (фиг.1) в корме 1 судна состоит из водовода 2 с входным 3 и выходным 4 отверстием и ускорителя потока текучей среды 5.

Ускоритель потока текучей среды (в общем случае смесь воды и газов) (фиг.2) содержит размещенные соосно сопло 6 с входным сечением 7 и критическим сечением 8, сопло 9 с критическим сечением 10 и полость 11 между этими соплами. В полости 11 помещены блоки 12 ионизации текучей среды, а также электроды 13, соединенные с блоком формирования электрогидравлических ударов в текучей среде (на фигурах не показан) и клапаны 14. Далее по ходу движения текучей среды следуют сопло Лаваля 15 с критическим сечением 16 и сопло Лаваля 17 с критическим сечением 18 и выходным соплом 19. Между соплами 9 и 15 имеется полость 20, между соплами Лаваля 15 и 17 - полость 21. При этом сопла 6 и 9, а также 9 и 15, 15 и 17 соединены между собой герметично. К полостям 11, 20 и 21 подсоединены устройства 22 отсоса и подачи текучей среды внутрь этих полостей.

Устройство работает следующим образом. Возможны два варианта работы ускорителя: с помощью внешнего устройства (например, насоса подачи текучей среды на вход ускорителя под давлением) для процесса разгона текучей среды в ускорителе и без него.

При работе ускорителя без внешнего устройства вначале соединяют ускоритель 5 с забортной водой. Полости заполняются водой (при этом возможно появление в полости воздушной подушки). Далее производят ионизацию текучей среды в полости 11 с использованием одного или нескольких средств ионизации 12, размещенных в полости, и/или производят между электродами 13 электрогидравлические удары определенной амплитуды и частоты. В результате ионизации и ударного воздействия молекулы и атомы текучей среды (вода и, возможно, воздух) частично разрушаются с выделением большого количества тепла и кинетической энергии [6]. При закрытых клапанах 14 поток расширенной в полости 11 текучей среды (воды и газов) вылетает к центральной оси ускорителя, эжектируя при этом забортную воду через входное отверстие 3. Далее клапаны 14 открываются и в полость 11 поступает текучая среда (забортная вода или воздух). При необходимости с помощью устройств 22 производят отсос (подачу) текучей среды. После этого клапаны закрываются. Частота выполнения таких операций (пульсаций) регулируется и может быть достаточно высокой, чтобы обеспечить квазинепрерывный характер работы. Когда скорость потока текучей среды (вода и газы), идущей из полости 11, с учетом эжектируемой забортной воды (через сопло 6) между сечениями 10 и 16 будет достаточной для эжекции воды из полости 20, в последней возникнет некоторое разрежение. Оно будет способствовать повышению перепада давлений между сечениями 8 и 10 и тем самым увеличению скорости истечения и расхода забортной воды через входное сечение 8. Это в свою очередь приведет к усилению вакуумирования полости 20. Такие процессы будут происходить до тех пор, пока не перестанет повышаться степень вакуума в полости. Что касается вопроса управления работой ускорителя, то возможны два варианта. Первый, когда величиной вакуума в полостях 20 и 21 не управляют, тогда скорость потока будет наибольшей при технически возможной степени вакуума (за счет самовакуумирования) [7]. Второй вариант, когда, наоборот, величину вакуума назначают и поддерживают в полостях 20 и 21 искусственно, скорость потока при этом будет управляемой. Аналогично и по отношению к полости 11. При установлении постоянной скорости потока в ускорителе 5 частоту пульсаций (ионизации) в полости 11 постепенно уменьшают вплоть до полного выключения. Ускоритель и движитель в целом начинают работать только за счет засасывания в сопла 20 и 21 текучей среды (забортной воды) через отверстие 3 вакуумом этих полостей. После прекращения пульсаций возникает разрежение и в полости 11. При вакуумировании полостей 11, 20 и 21 в выходном сопле 19 возникнет устойчивый реактивный поток текучей среды (в основном воды), создающий силу тяги судна. Насос или другое внешнее устройство для разгона текучей среды в ускорителе, если оно использовалось, отключают.

Конструкция ускорителя водометного движителя судна рассчитывается на максимально необходимую скорость (мощность) потока на выходе ускорителя.

Значения скорости (мощности) потока на выходе ускорителя меньше максимальной скорости (мощности) получают варьированием величины вакуума в полостях с помощью устройств подачи и отсоса текучей среды.

Регулировка скорости (мощности) потока текучей среды на выходе из движителя (ускорителя) в реальном времени производится путем управления величиной вакуума в полостях 11, 20, 21. Для этого предусмотрены устройства 22 для отсоса текучей среды (газов, например воздуха) и подачи (впрыскивания) текучей среды (воды, воздуха). Регулировка скорости (мощности) потока на выходе движителя (ускорителя) может быть осуществлена также изменением амплитуд и частоты пульсаций процессов ионизации текучей среды и электрогидравлического удара в полости 11.

Рассмотренный режим работы движителя не единственный. Возможен вариант работы, при котором подача (впрыскивание) и ионизация текучей среды в полости 11, а также процесс электрогидравлического удара производятся непрерывно. В этом случае энергия, выделяемая при разложении молекул и атомов текучей среды (воды и газов) в полости 11, будет дополнять, усиливать энергетический эффект движения текучей среды в ускорителе, полученный только от вакуумирования полостей 20 и 21.

Затраты энергии на работу ускорителя сравнительно небольшие. Энергия расходуется на первоначальный разгон текучей среды внутри ускорителя до заданной скорости, в том числе на ионизацию текучей среды в полости 11 и компенсацию гидравлических потерь на трение, и др. Кроме этого энергия расходуется на работу механизмов открытия-закрытия клапанов 14, а также работу устройств 22. Поддержание же задаваемой скорости струи на выходе движителя осуществляется, главным образом, за счет вакуума в полостях ускорителя.

Технический результат изобретения - существенное снижение затраты энергии на движение судна (не менее 70-80%), следовательно, возможность увеличить скорость хода и/или дальность плавания, снизить запасы топлива, повысить КПД движителя.

Источники информации

1. Куликов С.В., Храмкин М.Ф. Водометные движители (теория и расчет). - 3-е изд., перераб. и доп. - Л.: Судостроение, 1980. - 312 с. (с.11).

2. Патент РФ №2228879, опубл. 2004 г.

3. Патент РФ №2240951, опубл. 2004 г.

4. Патент РФ №2247058, опубл. 2005 г.

5. Патент РФ №2285636, опубл. 2006 г.

6. Е.И.Андреев, О.А.Ключарев, А.П.Смирнов, Р.А.Давиденко. Естественная энергетика. - СПб.: Нестор, 2000. - 122 с.

7. Патент WO 03/25379, кл. 7 F2К 7/00, опубл. 2003 г.

Водометный движитель судна, содержащий водовод с входным и выходным отверстием, а также ускоритель текучей среды, включающий в себя, по крайней мере, два сопла на одной оси, при этом, по меньшей мере, одно сопло соосно введено в следующее по ходу движения текучей среды с образованием между соплами полости, причем не менее чем одна полость сообщена с устройствами подачи и отсоса текучей среды, по меньшей мере, в одной полости размещены средства ионизации текучей среды, отличающийся тем, что в полости с устройствами подачи и отсоса текучей среды размещены электроды для осуществления электрогидравлического удара в текучей среде, которые соединены с выходом блока формирования электрогидравлических ударов в текучей среде.