RU2299152C1

RU2299152C1 - Two-mode water scoop of hovercraft water-jet propeller

Info

Publication number: RU2299152C1
Application number: RU2005140198/11A
Authority: RU
Inventors: Александр Петрович Соловьев (RU); Александр Петрович Соловьев; Борис Иванович Турышев (RU); Борис Иванович Турышев
Priority date: 2005-12-22
Filing date: 2005-12-22
Publication date: 2007-05-20

Abstract

FIELD: shipbuilding; high-speed craft water-jet propellers.

SUBSTANCE: proposed water scoop has water conduit with outlet and inlet holes and with pipe line mounted over its perimeter and provided with porous members. This pipe line is connected with equipment for obtaining working medium. Equipment is provided with transonic jet apparatus-mixer-pump set used as mixer. Water and gas (vapor, air) are fed to this apparatus and homogeneous gas-and-water or vapor-and-water two-phase mixture formed in mixer is used as working medium. Content of gas (air, vapor) in this mixture is 20-90%. First inlet of apparatus is connected with water source (sea water, for example) by means of pipeline fitted with metering unit. Second inlet of apparatus is connected with gas or air (vapor) source by means of pipe line fitted with metering unit. Two-phase mixture from apparatus outlet is fed via autonomous pipe lines to pipe line provided with porous members which runs along outer plating of water scoop. Lower part of pipe line running to inlet hole of water conduit may be provided with porous members below waterline when ship is hovering. Pipe line running along outer plating of water scoop may be provided with porous members between ship's bottom and waterlines when ship is hovering. Provision is made for overcoming the hump of resistance.

EFFECT: enhanced efficiency of propeller; increased running speed; reduction of time of delivery of cargo and passengers to port of destination.

3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к судостроению и, в частности к водометным движителям высокоскоростных судов.The invention relates to shipbuilding and, in particular, to jet propulsion of high-speed vessels.

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.Known intakes of a water-jet propulsion with adjustable parameters, providing a large area of the inlet of the intake during acceleration and less for a full stroke [1]. The disadvantages of such intakes are the presence of special mechanical drives for controlling adjustable elements and moving parts, which reduce the reliability of the design of the device; the possibility of cavitation on the outside of the intake at full speed and on the inside during acceleration.

Известны водозаборники с двумя патрубками (входными отверстиями), один - для полного хода судна, второй - дополнительный для процесса его разгона [2, 3].Known water intakes with two nozzles (inlets), one for the full course of the vessel, the second is additional for the process of dispersal [2, 3].

Недостатки подобных водозаборников - наличие механических приводов для закрытия-открытия дополнительного патрубка, что снижает надежность устройств; сравнительная сложность и громоздкость устройств.The disadvantages of such intakes are the presence of mechanical drives for closing-opening an additional pipe, which reduces the reliability of the devices; Comparative complexity and bulkiness of devices.

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.Known bimodal water intake jet propulsion of a high-speed vessel, containing a water conduit with inlet and outlet openings, and along the perimeter of the inlet is a pipeline with porous elements, which is connected to equipment for obtaining a working environment (RF patent No. 2184678, publ. 2002). Adopted for the prototype.

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.The disadvantages of the prototype: as the working medium is used an aqueous solution of high molecular weight polymer, which must be carried and whose supplies on board the vessel are limited; relatively sophisticated equipment for the production of the working environment.

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.The technical result of the invention: the simplification of equipment for obtaining a working environment, the reduction of its overall dimensions; lack of need to carry any substances, materials for this; unlimited in time possibilities of using the working environment; increased emphasis to overcome the "hump" of resistance and propulsion efficiency.

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.The technical result is achieved by the fact that in the known device containing a water conduit with an outlet and an inlet, along the perimeter of which there is a pipeline with porous elements connected to equipment for receiving a working medium, the equipment uses a transonic jet apparatus - Fisenko mixer-pump (TSAF) into which water and gas (steam or air) are supplied, and as a working medium, a homogeneous (homogeneous) gas-water or steam-water two-phase mixture generated in a transonic jet device s. Moreover, the proportion of gas (air, steam) is from 20 to 90%, which ensures a two-phase mixture flow rate at the apparatus outlet of 20-100 m / s. In this case, the first inlet (TSAF) is connected by a pipeline equipped with a metering device to a source of water (for example, an outboard), its second input is connected by a pipeline (with a metering device) to a source of gas or air (steam). From the TASF outlet, the working medium flows through autonomous pipelines to a pipeline with porous elements at the inlet and a pipeline with porous elements along the height of the outer casing of the water intake.

На фиг.1 изображена общая схема устройства, на фиг.2 - схема оборудования для получения рабочей среды.Figure 1 shows a General diagram of the device, figure 2 is a diagram of the equipment for obtaining a working environment.

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.The device includes: a conduit of a water-jet propulsion device 1 with an inlet 2 and an outlet 3, a pipeline 4 with porous elements around the perimeter of the inlet 2, a pipeline 5 for supplying a working medium from equipment 6 for preparing a working medium into a pipeline 4, a pipeline 7 with porous elements, going down from the bottom of the vessel 8. Equipment 6 for preparing the working medium consists of a transonic jet apparatus Fisenko 9 with two inputs 11 and 14 and one output 10, while water is supplied to the input 11 through the pipe 12, and to the input 14 about the pipeline 15, gas (steam, air) is supplied from the gas source 16, where 13 are metering devices.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

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.To run the device into the Fisenko 9 transonic inkjet apparatus (auth. Certificate No. 966326, publ. 1982; auth. Certificate. No. 1699564, publ. 1991; RF patent No. 2016261, publ. 1994; RF patent No. 2155280 , publ. 2000), which simultaneously serves as a mixer and pump, through the first inlet 11 water (for example, outboard) is supplied via pipeline 12. The water flow is regulated by the metering device 13. Through the second inlet 14, gas or air enters the apparatus 9 (steam) from a gas or air source 16 through a pipe 15. Adjustment of the flow rate and pressure of gas or air produced by the metering device 13. In the case of using steam, its source 16 may be a steam boiler of the vessel. In the mixer of the apparatus 9, water and gas enter the mixing chamber, where a two-phase mixture flows, which is inhibited in the apparatus 9, while the pressure in the stream rises to a certain value, at which its biphasism is maintained at the output 10 of the apparatus 9.

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.A homogeneous (homogeneous) gas-water (steam-water) mixture with microscopic gas (steam, air) inclusions is formed in the mixer of apparatus 9, which is transported through pipeline 5 to pipeline 4 with porous elements, from which through the porous elements a two-phase mixture enters the boundary layer on the surface of the inner casing conduit. The lower part of the pipeline 5 also has porous elements, of which the two-phase mixture enters the front part of the outer casing of the waterway immersed in water after the ship enters hydrofoils. The pipeline 7 has porous elements, starting from the waterline of the ship in the displacement position, to the waterline of the hydrofoil ship. The supply of a two-phase mixture into it is carried out only in acceleration mode.

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).The properties of a two-phase mixture are determined by the volume ratios of its components. If the volumes of water and gas (steam) and the speed of the two-phase mixture at the mixer exit are higher than the sound propagation velocity in the two-phase mixture, there is a minimum (almost zero) friction resistance of this mixture on the housing surface and in pipelines (Fisenko V.V. Compressibility coolant and the efficiency of the circuits of the nuclear power plant ”. M.: Energoatomizdat, 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.The two-phase mixture entering the boundary layer of the surfaces streamlined by water reduces primarily the frictional resistance of both the outer skin of the water intake submerged in water and the hydraulic resistance in the water conduit itself. It is known that the use of a polymer solution leads to a decrease in friction resistance to 50%. The use of a two-phase mixture with practically zero hydraulic resistance should give better results. The equipment necessary for the production of a two-phase mixture is reliable and has small overall dimensions.

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.Thus, the proposed device will significantly reduce the hydraulic resistance in the water conduit and the resistance of the outer skin of the water intake, thereby simplifying the device for the SEC to reach the wings, increasing the speed of the vessel and the efficiency of the water jet propulsion of surface ships, underwater vehicles, while reducing fuel consumption or delivery time cargo and passengers to destination ports.

ЛитератураLiterature

1. С.В.Куликов, М.Ф.Храмкин. Водометные движители. - Л.: Судостроение, 1980, с.41, рис.1.351.S.V. Kulikov, M.F. Khramkin. Water jets. - L .: Shipbuilding, 1980, p. 41, fig. 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.5.272. M.A. Mavlyudov, A. A. Rusetskiy, Yu.M. Sadovnikov, E. A. Fisher. Movers of high-speed vessels. 2nd ed. - L .: Shipbuilding, 1982, p. 183, fig. 5.27

3. Авт. свид. №548486, МКИ В6311/04, СССР, 1977.3. Auth. testimonial. No. 548486, MKI B6311 / 04, USSR, 1977.

4. Патент РФ №2184678, опубл. 2002 г.4. RF patent No. 2184678, publ. 2002 year

Claims

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.1. The bimodal intake of a jet propeller of a hydrofoil vessel, comprising a water conduit with an outlet and an inlet, along the perimeter of which there is a pipeline with porous elements connected to equipment for producing a working medium, characterized in that the equipment uses a transonic jet apparatus - mixer - Fisenko pump, into which water and gas (steam, air) are supplied, and as a working medium, a homogeneous (homogeneous) gas-water or steam-water two-phase mixture generated in the apparatus h, the proportion of gas (air, steam) in which is from 20 to 90%, while the first inlet of the apparatus is connected by a pipeline equipped with a metering device to a water source (for example, an outboard), the second inlet of the apparatus is connected by a pipeline (with a metering device) with a source of gas or air (steam), from the apparatus outlet, the two-phase mixture enters through autonomous pipelines to a pipeline with porous elements at the inlet of the water conduit and to a pipeline with porous elements running along the outer skin of the intake.

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.2. The device according to claim 1, characterized in that the lower part of the pipeline going from the Fisenko transonic inkjet apparatus to the pipeline with porous elements installed around the perimeter of the water inlet is provided with porous elements below the ship’s waterline in hydrofoil mode.

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.3. The device according to claim 1, characterized in that the pipeline running along the outer skin of the intake is provided with porous elements from the bottom of the vessel to the waterline of the vessel in hydrofoil mode.