RU2584636C1 - Device for breaking down ice cover - Google Patents

Device for breaking down ice cover Download PDF

Info

Publication number
RU2584636C1
RU2584636C1 RU2015120892/11A RU2015120892A RU2584636C1 RU 2584636 C1 RU2584636 C1 RU 2584636C1 RU 2015120892/11 A RU2015120892/11 A RU 2015120892/11A RU 2015120892 A RU2015120892 A RU 2015120892A RU 2584636 C1 RU2584636 C1 RU 2584636C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
impellers
vessel
ice cover
blades
directions
Prior art date
Application number
RU2015120892/11A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Михайлович Козин
Виталий Леонидович Земляк
Александра Владимировна Погорелова
Сергей Демидович Чижиумов
Елена Григорьевна Рогожникова
Анна Александровна Матюшина
Никита Олегович Баурин
Александр Андреевич Ламаш
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Амурский гуманитарно-педагогический государственный университет" (ФГБОУ ВПО "АмГПГУ")
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Институт машиноведения и металлургии Дальневосточного отделения Российской академии наук" (ФГБУН ИМиМ ДВО РАН)
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Приамурский государственный университет имени Шолом-Алейхема" (ФГБОУ ВПО "ПГУ им. Шолом-Алейхема")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Амурский гуманитарно-педагогический государственный университет" (ФГБОУ ВПО "АмГПГУ"), Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Институт машиноведения и металлургии Дальневосточного отделения Российской академии наук" (ФГБУН ИМиМ ДВО РАН), Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Приамурский государственный университет имени Шолом-Алейхема" (ФГБОУ ВПО "ПГУ им. Шолом-Алейхема") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Амурский гуманитарно-педагогический государственный университет" (ФГБОУ ВПО "АмГПГУ")
Priority to RU2015120892/11A priority Critical patent/RU2584636C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2584636C1 publication Critical patent/RU2584636C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Hydraulic Turbines (AREA)

Abstract

FIELD: shipbuilding.
SUBSTANCE: invention relates to shipbuilding, particularly to submarine vehicles which break up ice cover using a resonance method. Device for ice breaking consists of a submarine vessel, capable of moving under ice cover and excite therein resonance flexural-gravity waves. Vessel has in water-flow channels between its strong and light two impellers, cross-sections of which are located perpendicular to longitudinal axis of vessel, they are located one after another and have in top parts open sections. Impellers can rotate in opposite directions, and blade impellers at end of open channel sections deviate, that is, be held down to inner surface of impellers, for time equal to time of approach to closed sections of next blades, after which they return to initial position. Blades of impellers are bent in directions of opposite directions of rotation of impellers.
EFFECT: technical result consists in improvement of efficiency of ice breaking.
2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области судостроения, в частности к подводным судам, разрушающим ледяной покров резонансным методом, т.е. путем возбуждения в ледяном покрове резонансных изгибно-гравитационных волн (ИГВ) (1. Козин В.М. Резонансный метод разрушения ледяного покрова. Изобретения и эксперименты. - М.: Издательство «Академия Естествознания». 2007. - 355 с. ISBN 978-5-91327-017-7).The invention relates to the field of shipbuilding, in particular to submarines destroying ice cover by the resonance method, i.e. by excitation in the ice sheet of resonant flexural-gravitational waves (IGW) (1. Kozin VM Resonance method of destruction of the ice sheet. Inventions and experiments. - Moscow: Publishing House "Academy of Natural Sciences". 2007. - 355 p. ISBN 978- 5-91327-017-7).

Известно техническое решение (2. RU 2240252 С2, 28.02.2002), в котором предлагается разрушать ледяной покров подводным судном за счет создания от вращения крыльчатки, расположенной в верхней части корпуса судна, области повышенного давления под возникающей вершиной ИГВ.A technical solution is known (2. RU 2240252 C2, 02.28.2002), in which it is proposed to destroy the ice cover by an underwater vessel by creating from the rotation of the impeller located in the upper part of the vessel's hull an area of increased pressure under the arising top of the IHV.

Недостатками этого решения являются: наличие на корпусе судна выступающей части в виде крыльчатки, увеличивающей сопротивление воды и вследствие этого уменьшающей скорость его хода; громоздкость конструкции крыльчатки, выходящей за габариты корпуса; низкая работоспособность решения из-за гидродинамического несовершенства его осуществления (отсутствие целенаправленного, т.е. фокусированного, воздействия генерируемых гидродинамических сил на вершину ИГВ) и соответственно недостаточная высота возбуждаемых ИГВ.The disadvantages of this solution are: the presence on the hull of a protruding part in the form of an impeller, which increases the resistance of water and, as a result, reduces its speed; the cumbersome design of the impeller beyond the dimensions of the housing; low working capacity of the solution due to the hydrodynamic imperfection of its implementation (the absence of the targeted, i.e. focused, effect of the generated hydrodynamic forces on the top of the IHV) and, accordingly, the insufficient height of the excited IHV.

Сущность изобретения заключается в разработке устройства, установленного в корпусе судна и увеличивающего высоту ИГВ, возбуждаемых при движении судна под ледяным покровом.The essence of the invention consists in the development of a device installed in the hull of the vessel and increasing the height of the IHV, excited when the vessel moves under ice cover.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в увеличении толщины разрушаемого льда.The technical result obtained by carrying out the invention is to increase the thickness of destructible ice.

Существенные признаки, характеризующие изобретение.The essential features characterizing the invention.

Ограничительные: устройство для разрушения ледяного покрова, состоящее из подводного судна, способного при движении под ледяным покровом возбуждать в нем резонансные ИГВ и создающего с помощью вращающейся крыльчатки, расположенной в верхней части корпуса судна, область повышенного давления под ледяным покровом в месте расположения вершины изгибно-гравитационной волны.Restrictive: a device for the destruction of ice cover, consisting of an underwater vessel, capable of driving resonant IHV in it under the ice cover and using a rotating impeller located in the upper part of the vessel’s hull, an area of increased pressure under the ice cover at the location of the bend gravitational wave.

Отличительные: на судне в выполненных между его прочным и легким корпусами водопроточных каналах установлены две крыльчатки, поперечные сечения которых расположены перпендикулярно продольной оси судна, они расположены друг за другом и имеют в верхних частях открытые участки, крыльчатки выполнены с возможностью вращаться в противоположных направлениях, а лопатки крыльчаток в момент окончания прохождения ими открытых участков каналов - отклоняться, т.е. прижиматься к внутренней поверхности крыльчаток, на время, равное времени подхода к закрытым участкам очередных лопаток, после чего возвращаться в исходное положение, лопатки отогнуты в направлениях, противоположных направлениям вращения крыльчаток.Distinctive: on the vessel, two impellers are installed between the strong and light hulls of the water-flowing channels, the cross sections of which are perpendicular to the longitudinal axis of the vessel, they are located one after the other and have open sections in the upper parts, the impellers can rotate in opposite directions, and impeller blades at the moment of completion of passage of open sections of channels by them - deviate, i.e. press against the inner surface of the impellers for a time equal to the approach time to the closed areas of the next blades, then return to their original position, the blades are bent in the directions opposite to the directions of rotation of the impellers.

Общеизвестно, что при вращательном движении среды на ее массу неизбежно будут действовать центробежные силы. Эту очевидную закономерность можно использовать для повышения эффективности разрушения ледяного покрова резонансным методом с помощью предложенного устройства. Для этого эти силы следует направить под вершину возбуждаемых ИГВ, что повысит в этой области гидродинамическое давление, т.е. увеличит высоту ИГВ.It is well known that during the rotational motion of a medium, centrifugal forces will inevitably act on its mass. This obvious pattern can be used to increase the efficiency of ice cover destruction by the resonance method using the proposed device. To do this, these forces should be directed below the top of the excited IGW, which will increase the hydrodynamic pressure in this area, i.e. increase the height of the IHV.

Также известно (3. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. - М.: Дрофа. 2003. - 842 с.), что при взаимодействии потоков жидкости с различными скоростями на границе их раздела возникает пограничный слой, в пределах толщины которого из-за вязкости жидкости скорости в потоках резко изменяются в поперечных к ним направлениях. Таким образом, при встречном движении двух потоков жидкости с одинаковыми скоростью и вязкостью, которые будет создавать предложенное устройство, на границе их раздела будет происходить их взаимное торможение с интенсивным вихреобразованием. Тогда в соответствии с законом Бернулли давление на этой границе будет возрастать и в результате возникнет своеобразный гидродинамический барьер (гидродинамическое сопротивление), препятствующий протеканию через него набегающего внешнего потока (в нашем случае при рассмотрении для лучшего понимания обращенного движения (см. [3])), т.е. когда судно считают неподвижным, а вода и ледяной покров как бы надвигаются на него, скорость внешнего потока будет равна скорости судна, что приведет к повышению давления перед ним. Кроме этого, на пути внешнего потока в месте расположения устройства при его работе между корпусом судна и нижней поверхностью ледяного покрова возникнет область завихренной жидкости, что повысит степень турбулентности не только пограничного слоя, возникающего на поверхности самого судна, но приведет и к турбулизации всего внешнего потока между его корпусом и льдом. Вязкостное сопротивление судна возрастет, что, в свою очередь, увеличит давление в этой области (см. [3]).It is also known (3. Loytsyansky LG, Mechanics of liquid and gas. - M.: Drofa. 2003. - 842 p.) That during the interaction of fluid flows with different velocities, a boundary layer arises at the interface, within the thickness of which - due to the viscosity of the fluid, the velocities in the flows change sharply in the directions transverse to them. Thus, with the oncoming movement of two fluid flows with the same speed and viscosity, which will be created by the proposed device, at their interface, they will mutual inhibition with intense vortex formation. Then, in accordance with Bernoulli’s law, the pressure at this boundary will increase and, as a result, a peculiar hydrodynamic barrier (hydrodynamic resistance) will arise that prevents the incoming external flow from flowing through it (in our case, when considering for a better understanding of the reversed motion (see [3])) , i.e. when the vessel is considered motionless, and the water and ice cover seem to be approaching it, the speed of the external flow will be equal to the speed of the vessel, which will increase the pressure in front of it. In addition, in the path of the external flow at the device’s location between the ship’s hull and the lower surface of the ice sheet, a region of swirling liquid will appear, which will increase the degree of turbulence of not only the boundary layer that occurs on the surface of the vessel itself, but will also lead to turbulence of the entire external flow between his hull and ice. The viscosity of the vessel will increase, which, in turn, will increase the pressure in this area (see [3]).

Изобретение осуществляется следующим образом.The invention is as follows.

В корпусе судна в наиболее вероятном месте расположения вершины ИГВ выполнены два водопроточных канала с открытыми в верхних частях участками. В каналах установлены крыльчатки, выполненные с возможностью вращаться в противоположных направлениях и оснащенные лопатками, отогнутыми в направлениях, противоположных направлениям вращения крыльчаток. Такая форма лопаток так же, как и форма лопастей рабочих колес центробежных насосов, увеличивает эффективность их работы. В нашем случае - создает при заданных энергозатратах максимальные центробежные силы, возникающие при выбросе крыльчатками через открытые участки водопроточных каналов масс воды. Габариты каналов и крыльчаток не превышают габаритов судна в месте их расположения, что в отличие от аналога не приводит к появлению дополнительного сопротивления в виде сопротивления его выступающих частей. Вертикальное расположение стенок каналов обеспечит строгое направление (фокусированное воздействие) выбрасываемых потоков воды под вершину ИГВ. Кроме повышения давления под вершиной ИГВ за счет создаваемых устройством центробежных сил и области завихренной жидкости его работа за счет близости расположения (друг за другом) водопроточных каналов приведет к гидродинамическому взаимодействию возбуждаемых крыльчатками потоков воды. Вращение крыльчаток в противоположных направлениях не только исключит возникновение кренящего момента, ухудшающего поперечную остойчивость судна, но приведет и к возникновению перпендикулярно расположенного к направлению движения судна гидродинамического барьера, увеличивающего работоспособность предложенного устройства. Для обеспечения возможности заполнения рабочего объема крыльчаток забортной водой после выброса через открытые участки водопроточных каналов масс воды за счет центробежных сил лопатки в момент окончания прохождения ими открытых участков каналов отклоняются, т.е. прижимаются к внутренней поверхности крыльчаток. За отклоненными лопатками вследствие оттеснения воды возникнут области пониженного давления [3], куда устремится забортная вода, обеспечивая тем самым заполняемость данных частей рабочих объемов крыльчаток. После истечения времени, равного времени подхода к закрытым участкам каналов очередных лопаток, они возвращаются в исходное положение. В результате весь рабочий объем крыльчаток, кроме открытых участков каналов, будет заполнен забортной водой. Работа устройства обеспечит более высокое по сравнению с аналогом увеличение давления под вершиной ИГВ, что позволит достичь заявленный технический результат. Изобретение поясняется чертежом.In the ship’s hull, at the most probable location of the IGV peak, two water-flowing channels with open sections in the upper parts are made. Impellers are installed in the channels, which are configured to rotate in opposite directions and equipped with vanes bent in directions opposite to the directions of rotation of the impellers. This shape of the blades, as well as the shape of the blades of the impellers of centrifugal pumps, increases their efficiency. In our case, it creates, at given energy inputs, the maximum centrifugal forces arising from the ejection of impellers through the open sections of water-flowing channels of water masses. The dimensions of the channels and impellers do not exceed the dimensions of the vessel at their location, which, unlike the analogue, does not lead to the appearance of additional resistance in the form of the resistance of its protruding parts. The vertical arrangement of the walls of the channels will provide a strict direction (focused effect) of the ejected water flows under the top of the IHV. In addition to increasing pressure under the summit of the IGW due to the centrifugal forces generated by the device and the swirling liquid region, its work due to the proximity of the location (one after another) of the water flow channels will lead to hydrodynamic interaction of the water flows excited by the impellers. Rotation of the impellers in opposite directions not only eliminates the occurrence of heeling moment, worsening the transverse stability of the vessel, but also leads to the appearance of a hydrodynamic barrier perpendicular to the direction of movement of the vessel, increasing the efficiency of the proposed device. To ensure that the working volume of the impellers can be filled with outboard water after the masses of water are ejected through open sections of the water-flowing channels due to the centrifugal forces of the blade, they are rejected at the moment they pass the open sections of the channels, i.e. pressed against the inner surface of the impellers. For deflected blades due to water displacement, areas of reduced pressure will appear [3], where outboard water will rush, thereby ensuring the occupancy of these parts of the working volumes of the impellers. After the expiration of the time equal to the approach time to the closed sections of the channels of the next blades, they return to their original position. As a result, the entire working volume of the impellers, except for the open sections of the channels, will be filled with sea water. The operation of the device will provide a higher increase in pressure than the analogue under the top of the IHV, which will achieve the claimed technical result. The invention is illustrated in the drawing.

В корпусе судна 1 выполнены два водопроточных канала 2 с открытыми участками 3 (фиг. 1-3). В каналах 2 установлены крыльчатки 4, оснащенные лопатками 5, которые выполнены с возможностью вращаться в противоположных направлениях (фиг. 2, 3). Если при движении судна 1 с резонансной скоростью uр под ледяным покровом 6 высота возбуждаемых ИГВ 7 окажется недостаточной для разрушения ледяного покрова, то крыльчатки начинают вращать с угловыми скоростями ±ω соответственно, что приведет к выбросу через открытые участки 3 водопроточных каналов 2 масс воды 8 и 9 (фиг. 2, 3), которые будут иметь как радиальные составляющие 10 (за счет центробежных сил), так и противоположные по знаку окружные составляющие 11 скорости (за счет закручивания воды в соответствующих каналах 2 (фиг. 2, 3)). Возникший за счет центробежных сил поток воды (составляющие 10) приведет к увеличению давления под вершиной ИГВ 7. Окружные составляющие 11 вызовут возникновение гидродинамического барьера 12 и турбулизацию внешнего потока 13 (фиг. 1). Лопатки 14 в момент окончания прохождения ими открытых участков 3 каналов 2 отклоняются, т.е. прижимаются к внутренней поверхности крыльчаток 4, что приведет к возникновению областей пониженного давления 15 и вследствие этого - потоков забортной воды 16 (фиг. 2, 3). В результате работы устройства произойдет увеличение высоты от ИГВ 7 до ИГВ 17.In the hull of the vessel 1 there are two water-flowing channels 2 with open sections 3 (Fig. 1-3). In the channels 2, impellers 4 are installed, equipped with blades 5, which are made with the ability to rotate in opposite directions (Fig. 2, 3). If, when the vessel 1 moves with a resonant speed u r under the ice sheet 6, the height of the excited IGV 7 is insufficient to destroy the ice sheet, then the impellers begin to rotate at angular speeds ± ω, respectively, which will lead to the release of 2 masses of water through open sections 3 of the flow channels 8 and 9 (Fig. 2, 3), which will have both radial components 10 (due to centrifugal forces) and opposite circumferential velocity components 11 (due to the twisting of water in the corresponding channels 2 (Fig. 2, 3)) . The flow of water arising due to centrifugal forces (components 10) will increase the pressure below the summit of the IGW 7. The circumferential components 11 will cause the appearance of a hydrodynamic barrier 12 and the turbulence of the external flow 13 (Fig. 1). The blades 14 at the end of their passage of the open sections 3 of the channel 2 are rejected, i.e. pressed against the inner surface of the impellers 4, which will lead to the appearance of areas of reduced pressure 15 and, as a result, outboard water flows 16 (Fig. 2, 3). As a result of the operation of the device, an increase in height from IGV 7 to IGV 17 will occur.

Claims (2)

1. Устройство для разрушения ледяного покрова, состоящее из подводного судна, способного при движении под ледяным покровом возбуждать в нем резонансные изгибно-гравитационные волны и создающего с помощью вращающейся крыльчатки, расположенной в верхней части корпуса судна, область повышенного давления под ледяным покровом в месте расположения вершины изгибно-гравитационной волны, отличающееся тем, что на судне в выполненных между его прочным и легким корпусами водопроточных каналах установлены две крыльчатки, поперечные сечения которых расположены перпендикулярно продольной оси судна, они расположены друг за другом и имеют в верхних частях открытые участки, крыльчатки выполнены с возможностью вращаться в противоположных направлениях, а лопатки крыльчаток в момент окончания прохождения ими открытых участков каналов - отклоняться, т.е. прижиматься к внутренней поверхности крыльчаток, на время, равное времени подхода к закрытым участкам очередных лопаток, после чего возвращаться в исходное положение.1. Device for breaking the ice cover, consisting of an underwater vessel, capable of driving resonant bending-gravitational waves in it under the ice cover and creating with the help of a rotating impeller located in the upper part of the ship's hull an area of increased pressure under the ice cover at the location the tops of the bending-gravitational wave, characterized in that on the vessel two impellers are installed between the strong and light hulls of the water-flowing channels, the cross sections of which X arranged perpendicularly to the longitudinal axis of the vessel, they are arranged one behind the other and have in the upper parts of the open areas, the impeller adapted to rotate in opposite directions, and the impeller blade at the time of closure of the passage portions open channels - deflected, i.e. press against the inner surface of the impellers for a time equal to the time of approach to the closed areas of the next blades, and then return to its original position. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что лопатки отогнуты в направлениях, противоположных направлениям вращения крыльчаток. 2. The device according to p. 1, characterized in that the blades are bent in directions opposite to the directions of rotation of the impellers.
RU2015120892/11A 2015-06-01 2015-06-01 Device for breaking down ice cover RU2584636C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015120892/11A RU2584636C1 (en) 2015-06-01 2015-06-01 Device for breaking down ice cover

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015120892/11A RU2584636C1 (en) 2015-06-01 2015-06-01 Device for breaking down ice cover

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2584636C1 true RU2584636C1 (en) 2016-05-20

Family

ID=56012229

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015120892/11A RU2584636C1 (en) 2015-06-01 2015-06-01 Device for breaking down ice cover

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2584636C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2219088C2 (en) * 2002-02-28 2003-12-20 Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН Method of breaking ice cover
RU2219089C2 (en) * 2002-02-28 2003-12-20 Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН Method of breaking ice cover
RU2240252C2 (en) * 2002-02-28 2004-11-20 Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН Method of an ice cover destruction
RU2240253C2 (en) * 2002-02-28 2004-11-20 Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН Method of an ice cover destruction

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2219088C2 (en) * 2002-02-28 2003-12-20 Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН Method of breaking ice cover
RU2219089C2 (en) * 2002-02-28 2003-12-20 Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН Method of breaking ice cover
RU2240252C2 (en) * 2002-02-28 2004-11-20 Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН Method of an ice cover destruction
RU2240253C2 (en) * 2002-02-28 2004-11-20 Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН Method of an ice cover destruction

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5281559B2 (en) Ship propulsion performance improvement device
JP6212027B2 (en) Pre-nozzles for watercraft drive systems to improve energy efficiency
JP5717391B2 (en) Defoamer and defoaming method
RU2589235C1 (en) Device for breaking down ice cover
JP2010195153A (en) Reaction fin device for ship and ship
KR20200059846A (en) Rudder including duct having coanda effect
RU2016116404A (en) AXIAL TYPE MULTI-STAGE TURBINE DESIGN
RU2584636C1 (en) Device for breaking down ice cover
RU2585133C1 (en) Device for destruction of ice cover
RU2589227C1 (en) Device for breaking down ice cover
RU2588564C1 (en) Device for breaking down ice cover
RU2588563C1 (en) Device for breaking down ice cover
RU2612298C2 (en) Device for breaking down ice cover
RU2588562C1 (en) Device for breaking down ice cover
RU2353540C1 (en) Device for breaking down ice cover
KR101104881B1 (en) Ship with body designed to decrease flow resistance
RU2391249C2 (en) Propulsor
RU2213022C2 (en) Method of breaking ice cover
KR100889975B1 (en) Waterjet driving method and propulsion
KR102061840B1 (en) Rudder bulb for minimizing hub vortex cavitation
RU2619407C1 (en) Impeller
RU2007111210A (en) METHOD FOR USING ENVIRONMENTAL FLOW ENERGY AND ENERGY COMPLEX FOR ITS IMPLEMENTATION
JP6873459B2 (en) Ship
KR20160043399A (en) Cylindrical propulsion frame
KR20130002144U (en) Propeller for Ship

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170602