RU2345926C2

RU2345926C2 - Water-jet propeller of vessel

Info

Publication number: RU2345926C2
Application number: RU2007109257/11A
Authority: RU
Inventors: Александр Петрович Соловьев (RU); Александр Петрович Соловьев; Борис Иванович Турышев (RU); Борис Иванович Турышев
Priority date: 2007-03-13
Filing date: 2007-03-13
Publication date: 2009-02-10
Also published as: RU2007109257A

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: water-jet propeller has water duct with inlet and outlet orifices and also fluid medium accelerator. Fluid medium accelerator includes at least two nozzles on one axis. At least one nozzle is coaxially introduced into other along fluid medium movement direction with cavity formed between nozzles. At least one cavity communicates with fluid medium supply and suction devices. At least one cavity has fluid medium ionisation means. Cavity with fluid medium supply and suction devices encompasses electrodes for performance of electro-hydraulic impact in fluid medium, electrodes are connected with outlet of block for forming electro-hydraulic impacts in fluid medium.

EFFECT: decease of power consumption for vessel propelling, possibility to increase speed and range of sailing, decrease of required fuel stores, and propeller efficiency increase.

2 dwg

Description

Изобретение относится к судостроению, а именно к водометным движителям судов и других плавсредств. Направлено в первую очередь на снижение расхода энергии для движения судна.The invention relates to shipbuilding, namely to water-jet propulsion of ships and other boats. It is aimed primarily at reducing energy consumption for the movement of the vessel.

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.Known water jets [1]. In general, they contain a water conduit with an inlet and an outlet, a water flow accelerator (pump or propeller) and a straightening apparatus or without it. Taken as a prototype.

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.The disadvantages of the analogue are large hydrodynamic losses and, as a consequence, low efficiency compared to the propeller, high energy consumption for the propulsion, and in many cases unprofitable use.

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.Water-jet propulsors or water-jet propulsion inserts are known [2-5] with increased thrust and efficiency due to the rational use of kinetic energy of the flow in the propellant’s conduit by setting cross sections of the conduit of a certain shape and / or placement of well-streamlined bodies with high hydrodynamic quality in it .

Недостаток модифицированных таким образом водометных движителей состоит в сравнительно большой трате энергии для работы движителя.The disadvantage of jet propulsion engines modified in this way is the relatively large waste of energy for propulsion operation.

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].Known fluid accelerator containing at least two nozzles on one axis, while at least one nozzle is coaxially inserted into the next along the movement of the fluid with the formation of a cavity between the nozzles, and at least one cavity communicates with the devices fluid supply and suction, at least one cavity contains means of ionization of the fluid [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.The technical result of the invention is to significantly reduce the consumption of hydrocarbon fuel, in the absence of a shaft passing through the hull and / or casing of the conduit, to reduce hydraulic resistance, increase the efficiency of the propulsion device.

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.The technical result is achieved by the fact that the water-jet propeller of the vessel comprises a water conduit with an inlet and an outlet and a fluid accelerator, which includes at least two nozzles on one axis, with at least one nozzle coaxially inserted into the next one in the direction of travel fluid with the formation between the nozzles of the cavity, and at least one cavity is in communication with the supply and suction of the fluid, at least one cavity contains means of ionization of the fluid, and according to the invention in the cavity with the devices electrodes for performing electrohydraulic shock in a fluid, which are connected to the output of an electrohydraulic shock generating unit in a fluid, are placed for supplying and suctioning a fluid.

Схематически предлагаемое изобретение изображено на фиг.1 (показана общая схема водометного движителя в корме судна), на фиг.2 представлена схема ускорителя.Schematically, the invention is shown in figure 1 (shows a General diagram of a jet propulsion in the stern of the vessel), figure 2 presents a diagram of the accelerator.

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.The jet propulsion of the vessel (Fig. 1) in the stern 1 of the vessel consists of a water conduit 2 with an inlet 3 and an outlet 4 and an accelerator of the fluid flow 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.The fluid flow accelerator (generally a mixture of water and gases) (Fig. 2) contains a nozzle 6 placed coaxially with an inlet section 7 and a critical section 8, a nozzle 9 with a critical section 10 and a cavity 11 between these nozzles. Blocks 12 of ionization of the fluid are placed in the cavity 11, as well as electrodes 13 connected to the electro-hydraulic shock generating unit in the fluid (not shown in the figures) and valves 14. Next, a Laval nozzle 15 with a critical section 16 and a nozzle follow Laval 17 with a critical section 18 and an outlet nozzle 19. There is a cavity 20 between the nozzles 9 and 15, a cavity 21 between the Laval nozzles 15 and 17. The nozzles 6 and 9, as well as 9, 15, 15 and 17, are tightly connected . To the cavities 11, 20 and 21 are connected the device 22 of the suction and supply of fluid inside these cavities.

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.The device operates as follows. There are two options for the accelerator: using an external device (for example, a pump for supplying fluid to the inlet of the accelerator under pressure) for the process of accelerating the fluid in the accelerator and without it.

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.When the accelerator is operated without an external device, the accelerator 5 is first connected to sea water. The cavities are filled with water (an air cushion may appear in the cavity). Next, the fluid is ionized in the cavity 11 using one or more ionization means 12 located in the cavity, and / or electro-hydraulic shocks of a certain amplitude and frequency are produced between the electrodes 13. As a result of ionization and shock, the molecules and atoms of the fluid (water and, possibly, air) are partially destroyed with the release of a large amount of heat and kinetic energy [6]. With the valves 14 closed, the flow of fluid expanded in the cavity 11 (water and gases) flies to the central axis of the accelerator, while ejecting the seawater through the inlet 3. Next, the valves 14 open and fluid (seawater or air) enters the cavity 11. If necessary, using the devices 22 produce a suction (supply) of fluid. After that, the valves close. The frequency of such operations (pulsations) is regulated and can be high enough to provide a quasi-continuous nature of the work. When the flow rate of the fluid (water and gases) coming from the cavity 11, taking into account the ejected outboard water (through the nozzle 6) between sections 10 and 16, is sufficient to eject water from the cavity 20, a certain vacuum will occur in the latter. It will increase the pressure drop between sections 8 and 10 and thereby increase the flow rate and flow rate of overboard water through the inlet section 8. This in turn will increase the vacuum of the cavity 20. Such processes will continue until the degree of vacuum in the cavity. As regards the issue of controlling the operation of the accelerator, two options are possible. First, when the magnitude of the vacuum in the cavities 20 and 21 is not controlled, then the flow rate will be greatest at the technically possible degree of vacuum (due to self-vacuum) [7]. The second option, when, on the contrary, the vacuum value is assigned and maintained artificially in the cavities 20 and 21, the flow rate will be controllable. Similarly with respect to the cavity 11. When a constant flow rate is established in the accelerator 5, the pulsation (ionization) frequency in the cavity 11 is gradually reduced until it is completely turned off. The accelerator and mover as a whole begin to work only due to the suction in the nozzles 20 and 21 of the fluid (seawater) through hole 3 by the vacuum of these cavities. After the pulsations cease, a rarefaction also occurs in the cavity 11. When the cavities 11, 20, and 21 are evacuated, a stable reactive fluid flow (mainly water) will appear in the outlet nozzle 19, which creates the thrust of the vessel. The pump or other external device for accelerating the fluid in the accelerator, if used, is turned off.

Конструкция ускорителя водометного движителя судна рассчитывается на максимально необходимую скорость (мощность) потока на выходе ускорителя.The design of the accelerator of a water-jet propulsion vessel is calculated at the maximum necessary speed (power) of the stream at the outlet of the accelerator.

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.The values of the velocity (power) of the flow at the accelerator outlet are less than the maximum velocity (power) obtained by varying the magnitude of the vacuum in the cavities using the fluid supply and suction devices.

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.The speed (power) of the fluid flow at the outlet of the propulsion (accelerator) in real time is controlled by controlling the amount of vacuum in the cavities 11, 20, 21. For this, devices 22 are provided for suctioning the fluid (gases, such as air) and supply (injection) ) fluid (water, air). Adjusting the speed (power) of the stream at the output of the propulsion device (accelerator) can also be carried out by changing the amplitudes and frequency of the pulsations of the processes of ionization of the fluid and electro-hydraulic shock in the cavity 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.The considered mode of propulsion is not the only one. A variant of operation is possible in which the supply (injection) and ionization of the fluid in the cavity 11, as well as the process of electro-hydraulic shock, are performed continuously. In this case, the energy released during the decomposition of molecules and atoms of the fluid (water and gases) in the cavity 11 will complement, enhance the energy effect of the motion of the fluid in the accelerator, obtained only from the evacuation of cavities 20 and 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.The energy costs of the accelerator are relatively small. The energy is spent on the initial acceleration of the fluid inside the accelerator to a predetermined speed, including the ionization of the fluid in the cavity 11 and the compensation of hydraulic friction losses, etc. In addition, the energy is spent on the operation of the opening and closing mechanisms of the valves 14, as well as the operation of the devices 22. The maintenance of the set speed of the jet at the output of the propulsion device is carried out mainly due to the vacuum in the cavities of the accelerator.

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.The technical result of the invention is a significant reduction in energy costs for the movement of the vessel (not less than 70-80%), therefore, the ability to increase speed and / or range, reduce fuel reserves, increase the efficiency of the propulsion.

Источники информацииInformation sources

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).1. Kulikov S.V., Khramkin M.F. Water-jet propulsion (theory and calculation). - 3rd ed., Revised. and add. - L .: Shipbuilding, 1980 .-- 312 p. (p. 11).

2. Патент РФ №2228879, опубл. 2004 г.2. RF patent No. 2228879, publ. 2004 year

3. Патент РФ №2240951, опубл. 2004 г.3. RF patent No. 2240951, publ. 2004 year

4. Патент РФ №2247058, опубл. 2005 г.4. RF patent No. 2247058, publ. 2005 year

5. Патент РФ №2285636, опубл. 2006 г.5. RF patent №2285636, publ. 2006 year

6. Е.И.Андреев, О.А.Ключарев, А.П.Смирнов, Р.А.Давиденко. Естественная энергетика. - СПб.: Нестор, 2000. - 122 с.6. E.I. Andreev, O.A. Klyucharev, A.P. Smirnov, R.A. Davidenko. Natural energy. - St. Petersburg: Nestor, 2000 .-- 122 p.

7. Патент WO 03/25379, кл. 7 F2К 7/00, опубл. 2003 г.7. Patent WO 03/25379, cl. 7 F2K 7/00, publ. 2003 year

Claims

A water-jet propulsion device of a vessel comprising a water conduit with an inlet and an outlet, and also a fluid accelerator including at least two nozzles on one axis, wherein at least one nozzle is coaxially inserted into the next one in the direction of the fluid with the formation of a cavity between the nozzles, and at least one cavity is in communication with the fluid supply and suction devices, at least one cavity contains fluid ionization means, characterized in that in the cavity with the fluid supply and suction devices Electrodes for performing electro-hydraulic shock in a fluid are placed, which are connected to the output of an electro-hydraulic shock forming unit in a fluid.