двухрежимный водозаборник водометного движителя судна на подводных крыльях

Формула изобретения

1. Двухрежимный водозаборник водометного движителя судна на подводных крыльях, содержащий водовод с выходным отверстием и входным отверстием, по периметру которого установлен трубопровод с пористыми элементами, соединенный с оборудованием для получения рабочей среды, отличающийся тем, что в оборудовании используется трансзвуковой струйный аппарат - смеситель-насос Фисенко, в который подается вода и газ (пар, воздух), а в качестве рабочей среды - вырабатываемая в аппарате однородная (гомогенная) газоводяная или пароводяная двухфазная смесь, доля газа (воздуха, пара) в которой от 20 до 90%, при этом первый вход аппарата соединен трубопроводом, снабженным дозирующим устройством, с источником воды (например, с забортной), второй вход аппарата соединен трубопроводом (с дозирующим устройством) с источником газа или воздуха (пара), с выхода аппарата двухфазная смесь поступает по автономным трубопроводам к трубопроводу с пористыми элементами на входном отверстии водовода и к трубопроводу с пористыми элементами, идущему вдоль внешней обшивки водозаборника.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что нижняя часть трубопровода, идущего от трансзвукового струйного аппарата Фисенко к трубопроводу с пористыми элементами, установленному по периметру входного отверстия водовода, снабжена пористыми элементами ниже ватерлинии судна в режиме хода на подводных крыльях.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что трубопровод, идущий вдоль внешней обшивки водозаборника, снабжен пористыми элементами от днища судна до ватерлинии судна в режиме хода на подводных крыльях.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к судостроению и, в частности к водометным движителям высокоскоростных судов.

Известны водозаборники водометного движителя с регулируемыми параметрами, обеспечивающими большую площадь входного отверстия водозаборника в процессе разгона и меньшую - для полного хода [1]. Недостатки таких водозаборников - наличие специальных механических приводов для управления регулируемыми элементами и подвижных деталей, которые снижают надежность конструкции устройства; возможность появления кавитации с наружной стороны водозаборника на полном ходу и с внутренней стороны - в процессе разгона.

Известны водозаборники с двумя патрубками (входными отверстиями), один - для полного хода судна, второй - дополнительный для процесса его разгона [2, 3].

Недостатки подобных водозаборников - наличие механических приводов для закрытия-открытия дополнительного патрубка, что снижает надежность устройств; сравнительная сложность и громоздкость устройств.

Известен двухрежимный водозаборник водометного движителя высокоскоростного судна, содержащий водовод с входным и выходным отверстиями, причем по периметру входного отверстия установлен трубопровод с пористыми элементами, который соединен с оборудованием для получения рабочей среды (патент РФ №2184678, опубл. 2002 г.). Принят за прототип.

Недостатки прототипа: в качестве рабочей среды используется водный раствор высокомолекулярного полимера, который надо возить и запасы которого на борту судна ограничены; сравнительно сложное оборудование для производства рабочей среды.

Технический результат изобретения: упрощение оборудования для получения рабочей среды, уменьшение его массогабаритных характеристик; отсутствие необходимости возить для этого какие-либо вещества, материалы; неограниченные по времени возможности применения рабочей среды; повышение упора для преодоления «горба» сопротивления и КПД движителя.

Технический результат достигается тем, что в известном устройстве, содержащем водовод с выходным отверстием и входным отверстием, по периметру которого установлен трубопровод с пористыми элементами, соединенный с оборудованием для получения рабочей среды, в оборудовании используется трансзвуковой струйный аппарат - смеситель-насос Фисенко (ТСАФ), в который подается вода и газ (пар или воздух), а в качестве рабочей среды - вырабатываемая в трансзвуковом струйном аппарате однородная (гомогенная) газоводяная или пароводяная двухфазная смесь. Причем доля газа (воздуха, пара) от 20 до 90%, что обеспечивает скорость потока двухфазной смеси на выходе аппарата 20-100 м/с. При этом первый вход (ТСАФ) соединен трубопроводом, снабженным дозирующим устройством, с источником воды (например, с забортной), второй его вход соединен трубопроводом (с дозирующим устройством) с источником газа или воздуха (пара). С выхода ТАСФ рабочая среда поступает по автономным трубопроводам к трубопроводу с пористыми элементами на входном отверстии и трубопроводу с пористыми элементами по высоте внешней обшивки водозаборника.

На фиг.1 изображена общая схема устройства, на фиг.2 - схема оборудования для получения рабочей среды.

Устройство включает: водовод водометного движителя 1 с входным отверстием 2 и выходным отверстием 3, трубопровод 4 с пористыми элементами по периметру входного отверстия 2, трубопровод 5 для подачи рабочей среды от оборудования 6 по приготовлению рабочей среды в трубопровод 4, трубопровод 7 с пористыми элементами, идущими вниз от днища судна 8. Оборудование 6 по приготовлению рабочей среды состоит из трансзвукового струйного аппарата Фисенко 9 с двумя входами 11 и 14 и одним выходом 10, при этом на вход 11 подается вода по трубопроводу 12, а на вход 14 по трубопроводу 15 подается газ (пар, воздух) от источника газа 16, где 13 - дозирующие устройства.

Устройство работает следующим образом.

Для запуска устройства в трансзвуковой струйный аппарат Фисенко 9 (авт. свидетельство №966326, публ. 1982 г.; авт. свид. №1699564, публ. 1991 г.; патент РФ №2016261, публ. 1994 г.; патент РФ №2155280, публ. 2000 г.), который одновременно выполняет функции смесителя и насоса, через первый вход 11 подается вода (например, забортная) по трубопроводу 12. Регулировка расхода воды осуществляется дозирующим устройством 13. Через второй вход 14 в аппарат 9 поступает газ или воздух (пар) от источника газа или воздуха 16 по трубопроводу 15. Регулировка расхода и давления газа или воздуха производится дозирующим устройством 13. В случае использования пара его источником 16 может быть паровой котел судна. В смесителе аппарата 9 вода и газ поступают в камеру смешения, где создается поток двухфазной смеси, который в аппарате 9 тормозится, при этом повышается давление в потоке до определенной величины, при которой на выходе 10 аппарата 9 сохраняется его двухфазность.

В смесителе аппарата 9 образуется однородная (гомогенная) газоводяная (пароводяная) смесь с микроскопическими газовыми (паровыми, воздушными) включениями, которая транспортируется по трубопроводу 5 в трубопровод 4 с пористыми элементами, из которого через пористые элементы двухфазная смесь поступает в пограничный слой на поверхности внутренней обшивки водовода. Нижняя часть трубопровода 5 также имеет пористые элементы, из которых двухфазная смесь поступает на погруженную в воду переднюю часть внешней обшивки водовода после выхода судна на подводные крылья. Трубопровод 7 имеет пористые элементы, начиная от ватерлинии судна в водоизмещающем положении, до ватерлинии судна, идущего на подводных крыльях. Подача в него двухфазной смеси производится только на режиме разгона.

Свойства двухфазной смеси определяются объемными соотношениями ее составляющих. При равенстве объемов воды и газа (пара) и скорости движения двухфазной смеси на выходе смесителя, превышающей скорость распространения звука в 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).

Двухфазная смесь, поступая в пограничный слой обтекаемых водой поверхностей, снижает в первую очередь сопротивление трения как внешней обшивки водозаборника, погруженной в воду, так и гидравлическое сопротивление в самом водоводе. Известно, что применение раствора полимера приводит к снижению сопротивления трения до 50%. Использование двухфазной смеси с практически нулевым гидравлическим сопротивлением должно дать более высокие результаты. Необходимое для производства двухфазной смеси оборудование надежно и имеет малые массогабаритные характеристики.

Таким образом, предлагаемое устройство позволит существенно снизить гидравлическое сопротивление в водоводе и сопротивление внешней обшивки водозаборника, тем самым упростить устройства для выхода СПК на крылья, повысить скорость хода судна и КПД водометного движителя надводных судов, подводных аппаратов, при этом уменьшится расход топлива или время доставки грузов и пассажиров в порты назначения.

Литература

1. С.В.Куликов, М.Ф.Храмкин. Водометные движители. - Л.: Судостроение, 1980, с.41, рис.1.35

2. М.А.Мавлюдов, А.А.Русецкий, Ю.М.Садовников, Э.А.Фишер. Движители быстроходных судов. 2-ое изд. - Л.: Судостроение, 1982, с.183, рис.5.27

3. Авт. свид. №548486, МКИ В6311/04, СССР, 1977.

4. Патент РФ №2184678, опубл. 2002 г.