RU2585133C1 - Device for destruction of ice cover - Google Patents
Device for destruction of ice cover Download PDFInfo
- Publication number
- RU2585133C1 RU2585133C1 RU2015120888/11A RU2015120888A RU2585133C1 RU 2585133 C1 RU2585133 C1 RU 2585133C1 RU 2015120888/11 A RU2015120888/11 A RU 2015120888/11A RU 2015120888 A RU2015120888 A RU 2015120888A RU 2585133 C1 RU2585133 C1 RU 2585133C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- impellers
- blades
- vessel
- sections
- ice cover
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
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 the protruding part in the form of an impeller, which increases the resistance of water and, consequently, 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 IGW) and, accordingly, the insufficient height of the excited IGV.
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 передней и задней крыльчаток отогнуты в направлениях, противоположных направлениям их вращения, а лопатки задней крыльчатки дополнительно наклонены к оси ее вращения.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 sections of the next blades, and then return to their original position, the blades of the front and rear impellers are bent in the directions opposite to the directions of their rotation, and the blades of the rear impeller are additionally inclined to the axis of its rotation.
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.
Из курса гидравлики известно, что если жидкость вращается крыльчаткой, лопатки которой отогнуты в направлениях, противоположных направлению их вращения (например, как у рабочего колеса центробежного насоса), то центробежные силы будут иметь только радиальное направление. Если же лопатки крыльчатки дополнительно наклонены к оси ее вращения (например, как лопасти у гребного винта судна), то к радиальным, окружным (вследствие закручивания жидкости) добавятся и осевые составляющие потока, т.е. появится течение воды подо льдом. Если этот осевой поток направить под впадину ИГВ, то давление в этой области понизится.From the course of hydraulics it is known that if the fluid rotates by an impeller, the blades of which are bent in the directions opposite to the direction of their rotation (for example, as with the impeller of a centrifugal pump), then centrifugal forces will have only a radial direction. If the impeller blades are additionally inclined to the axis of its rotation (for example, like the blades of a ship’s propeller), then the axial components of the flow will be added to the radial, circumferential (due to the twisting of the liquid), i.e. water will flow under the ice. If this axial flow is directed under the basin of the IHV, then the pressure in this region will decrease.
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 s), that when fluid flows interact with different velocities, a boundary layer arises at the interface, within the thickness of which due to fluid viscosity, 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 крыльчатки 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 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.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 that arise when the impeller is ejected through 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 the 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.
Вращение задней крыльчатки приведет к появлению кроме радиального и окружного дополнительного осевого потока, направленного в район кормовой оконечности судна, т.е. под первую следующую за вершиной подошву ИГВ. Для этого угол наклона лопаток крыльчатки к оси ее вращения (острый или тупой) выбирают в зависимости от направления ω.The rotation of the rear impeller will lead to the appearance, in addition to the radial and circumferential additional axial flow, directed to the aft end of the vessel, i.e. under the first foot of the IHV following the top. For this, the angle of inclination of the impeller blades to the axis of its rotation (sharp or blunt) is chosen depending on the direction of ω.
С целью уменьшения гидродинамического сопротивления на пути осевого потока задняя кромка водопроточного канала в пределах его открытого участка закруглена. В результате давление под впадиной ИГВ понизится, т.е. амплитуда прогиба ледяного покрова возрастет. Кроме этого, возникающий осевой поток будет создавать дополнительный к гребному винту упор судна. Таким образом, работа устройства обеспечит более высокое по сравнению с аналогом увеличение высоты ИГВ, что позволит достичь заявленный технический результат.In order to reduce the hydrodynamic drag along the axial flow path, the trailing edge of the water flow channel within its open area is rounded. As a result, the pressure under the basin of the IHV will decrease, i.e. the amplitude of the deflection of the ice cover will increase. In addition, the resulting axial flow will create an additional stop for the vessel to the propeller. Thus, the operation of the device will provide a higher than the analogue increase in the height of the IHV, which will achieve the claimed technical result.
Изобретение поясняется чертежами, где: на фиг. 1 показан вид на устройство сбоку; на фиг. 2 и 3 - сечения по Α-A и В-В на фиг. 1; на фиг. 4 - вырыв I на фиг. 1.The invention is illustrated by drawings, where: in FIG. 1 shows a side view of the device; in FIG. 2 and 3 are cross-sections along Α-A and BB in FIG. one; in FIG. 4 - tear I in FIG. one.
В корпусе судна 1 выполнены два водопроточных канала 2 с открытыми участками 3 (фиг. 1-3). В каналах 2 установлены крыльчатки 4, передняя из которых оснащена лопатками 5, а задняя - 6. Крыльчатки способны вращаться в противоположных направлениях (фиг. 2, 3). Если при движении судна 1 с резонансной скоростью uр под ледяным покровом 7 высота возбуждаемых ИГВ 8 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 9 и 10 (фиг. 2, 3), которые будут иметь как радиальные составляющие 11 (за счет центробежных сил), так и окружные составляющие 12 скорости (за счет закручивания воды в соответствующих каналах 2 (фиг. 2, 3)). Возникший за счет центробежных сил поток воды (составляющие 11) приведет к увеличению давления под вершиной ИГВ 8. Окружные составляющие 12 вызовут возникновение гидродинамического барьера 13 и турбулизацию внешнего потока 14. Лопатки 15 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 16 и, вследствие этого, - потоков забортной воды 17 (фиг. 2, 3). Осевой поток 18, возникающий благодаря наклону лопаток 6 задней крыльчатки к оси ее вращения, приведет к появлению области пониженного давления 19 (фиг. 1, 4). В результате работы устройства произойдет увеличение высоты от ИГВ 8 до ИГВ 20.In the hull of the
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015120888/11A RU2585133C1 (en) | 2015-06-01 | 2015-06-01 | Device for destruction of ice cover |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015120888/11A RU2585133C1 (en) | 2015-06-01 | 2015-06-01 | Device for destruction of ice cover |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2585133C1 true RU2585133C1 (en) | 2016-05-27 |
Family
ID=56095947
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015120888/11A RU2585133C1 (en) | 2015-06-01 | 2015-06-01 | Device for destruction of ice cover |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2585133C1 (en) |
Citations (4)
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 |
RU2240253C2 (en) * | 2002-02-28 | 2004-11-20 | Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН | Method of an ice cover destruction |
RU2240252C2 (en) * | 2002-02-28 | 2004-11-20 | Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН | Method of an ice cover destruction |
-
2015
- 2015-06-01 RU RU2015120888/11A patent/RU2585133C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
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 |
RU2240253C2 (en) * | 2002-02-28 | 2004-11-20 | Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН | Method of an ice cover destruction |
RU2240252C2 (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 | |
NO852757L (en) | DEVICE FOR SUBMISSION OF SOLIDS IN FLUIDS AND LINEAR MOVEMENT OF FLUIDS. | |
JP2010195153A (en) | Reaction fin device for ship and ship | |
KR20200059846A (en) | Rudder including duct having coanda effect | |
RU2589235C1 (en) | Device for breaking down ice cover | |
KR100625847B1 (en) | Asymmetric Pre-swirl Stator for Cavitation Suppression | |
RU2585133C1 (en) | Device for destruction of ice cover | |
RU2584636C1 (en) | Device for breaking down ice cover | |
RU2353540C1 (en) | Device for breaking down ice cover | |
RU2588562C1 (en) | Device for breaking down ice cover | |
RU2506195C1 (en) | Method of breaking ice cover | |
RU2612298C2 (en) | Device for breaking down ice cover | |
RU2588564C1 (en) | Device for breaking down ice cover | |
RU2588563C1 (en) | Device for breaking down ice cover | |
RU2589227C1 (en) | Device for breaking down ice cover | |
RU2391249C2 (en) | Propulsor | |
KR100889975B1 (en) | Waterjet driving method and propulsion | |
KR102061840B1 (en) | Rudder bulb for minimizing hub vortex cavitation | |
RU2007111210A (en) | METHOD FOR USING ENVIRONMENTAL FLOW ENERGY AND ENERGY COMPLEX FOR ITS IMPLEMENTATION | |
KR20130002144U (en) | Propeller for Ship | |
RU2213022C2 (en) | Method of breaking ice cover | |
RU2721221C1 (en) | Method of ice cover destruction | |
KR101104881B1 (en) | Ship with body designed to decrease flow resistance | |
KR102400063B1 (en) | Ship propeller for preventing erosion caused by cavitation | |
KR20020020624A (en) | Method of reducing frictional resistance of a hull, and frictional resistance reducing vessel |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170602 |