Устройство для снижения вибраций корпуса судна от гидродинамического воздействия гребного винта

 

Изобретение относится к судостроению, в частности к устройствам для снижения вибрации корпуса судна от гидродинамического воздействия гребного винта. Устройство для снижения вибраций корпуса судна от гидродинамического воздействия гребного винта содержит систему отверстий на днище корпуса в районе гребного винта, перед ним, и воздушную магистраль, соединенную с системой отверстий и с источником воздуха. Водяная магистраль соединена с системой отверстий, а также через регулировочные клапаны - с воздушной магистралью и нагнетателем воды - водяным насосом. В месте соединения водяной и воздушной магистралей участок водяной магистрали выполнен с плавным сужением и с последующим плавным расширением поперечного сечения. Воздушная магистраль одним концом соединена с водяной магистралью непосредственно в районе наименьшего сечения упомянутого участка, а другой конец воздушной магистрали сообщается либо с атмосферой, либо с воздуходувкой. Достигается снижение вибрации и воздушного шума в помещениях судна. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области судостроения и касается проблемы снижения вибраций и воздушного шума в помещениях судна, обусловленных передачей гребным винтом возмущений на корпус судна через водную среду.

Известно устройство для изоляции возмущений, передаваемых от гребного винта через воду на корпус судна, основанное на создании между днищем корпуса и гребным винтом воздушной пелены (см. Справочник по строительной механике корабля, т.3, Л., Судпромгиз, стр. 671, 1960). Устройство включает систему отверстий на обшивке подводной части корпуса перед гребным винтом, которые посредством трубопровода сообщены с источником воздуха.

Недостатком указанного устройства является малая эффективность изоляционного действия воздушной пелены из-за недостатка расхода подаваемого воздуха, величина которого играет главную роль в достижении эффекта изоляции. Стремление увеличить расход воздуха в таком устройстве требует использования воздуходувок столь значительных массово-габаритных параметров, что приводит к необходимости переоборудования корпуса судна.

Задачей заявляемого изобретения является увеличение эффективности снижения возмущений, передаваемых от гребного винта через воду на корпус судна, путем повышения расхода подаваемого в забортное пространство воздуха.

Для достижения указанного технического результата в устройство для снижения вибрации корпуса, содержащее систему отверстий в корпусе судна, в районе гребного винта, перед ним, и воздушную магистраль, соединенную с системой отверстий и с источником воздуха, введена водяная магистраль, соединенная трубопроводами с системой отверстий и через регулировочные клапаны - с воздушной магистралью и с нагнетателем воды, например водяным насосом. В месте соединения водяной и воздушной магистралей участок водяной магистрали выполнен с плавным сужением и с последующим плавным расширением, а воздушная магистраль соединена с водяной магистралью непосредственно в районе наименьшего сечения упомянутого участка, причем трубопровод, сообщенный с системой отверстий, присоединен к водяной магистрали ниже по потоку участка магистрали с наименьшим сечением.

При этом воздушная магистраль одним концом соединена с атмосферой или же, через регулировочные клапаны, - с воздуходувкой.

Соединение выходного трубопровода источника воздуха не непосредственно с системой отверстий на днище, а с участком магистрали, имеющим сужение, в котором при движении воды создается разрежение, позволяет повысить расход забираемого от источника воздуха, подаваемого в область между гребным винтом и корпусом судна.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлено предлагаемое устройство, а на фиг.2 показаны кривые эффективности использования устройства.

На корпусе 1 судна в плоскости шпангоута в районе гребного винта 2, носовее винта, выполнена система отверстий 3, сообщающаяся посредством трубопроводов 4 с водяной магистралью 5. Водяная магистраль 5 имеет участок 6, выполненный с сужением 7, и соединена трубой 8 через регулировочные клапаны 9, 10 с источником воздуха: с атмосферой или с воздуходувкой 11. Водяная магистраль одним концом соединена с нагнетателем воды 12, например водяным насосом через регулировочный клапан 13, а другим - с системой отверстий 3.

Устройство работает следующим образом.

При движении воды в магистрали 5 в узкой части 7 участка 6 создается разрежение, позволяющее обеспечить засасывание в водяную магистраль воздуха, который в виде образующейся воздушно-водяной смеси нагнетается по трубопроводу 4 через систему отверстий 3 в забортное пространство между гребным винтом 2 и корпусом 1 судна. Расход воздуха регулируется одним из клапанов 9 либо 10 в зависимости от принятого конструктивного варианта устройства, а расход воды в магистрали регулируется клапаном 13.

Преимуществом предлагаемого устройства является то, что решающее влияние на разрежение в узкой части 7 и, следовательно, на величину расхода воздуха оказывает отношение общей площади выходных отверстий к площади сечения узкого участка магистрали, это отношение и, как следствие, расход воздуха могут регулироваться в широких пределах. Так, в частности, при увеличении площади выходных отверстий в заявляемом устройстве возрастание расхода воздуха происходит не прямо пропорционально площади отверстий, как это имеет место в устройстве - прототипе, а сильнее - за счет увеличения разрежения в узкой части 7 участка 6 водяной магистрали 5.

Подача в водяную магистраль воздуха посредством воздуходувки взамен самозасасывания его из атмосферы, хотя несколько усложняет конструкцию заявляемого устройства, однако, обеспечивает получение дополнительного количества воздуха в воздушной пелене между гребным винтом и обшивкой корпуса судна.

Экспериментальная проверка эффективности предлагаемого устройства была проведена в натурных условиях на специально переоборудованном судне водоизмещением 400 т.

Воздух в отверстия мог подаваться тремя способами: непосредственно из воздуходувки, посредством его подачи в участок с сужением сечения трубопровода водяной магистрали с использованием воздуходувки, посредством подачи воздуха в суженное сечение самозасасыванием из атмосферы. При первом способе - расход воздуха регулировался клапаном 9 (клапаны 10 и 13 закрыты), при втором - клапанами 9 и 13 (клапан 10 закрыт), при третьем - посредством клапанов 10 и 13 (клапан 9 закрыт).

В процессе эксперимента проводились сравнительные измерения уровней вибраций обшивки корпуса над гребным винтом, а также уровней воздушного шума в кормовом кубрике при подаче воздуха и в его отсутствие при трех скоростях движения судна 10, 14 и 19 узлов. Диапазон частот составлял от 5 до 100 Гц. Как показал анализ результатов измерений, на сходственных режимах величина снижения уровней вибраций и воздушного шума была практически одинаковой (разница - 1 дБ).

На фиг. 2 в качестве примера приведена величина снижения уровней воздушного шума на частоте 20 Гц в зависимости от погонного расхода воздуха где Q - объемный расход воздуха (м³/с), V - скорость хода (м/с) и В - длина периметра зоны отверстий в плоскости шпангоута (В = 4 м).

Принципиально такие же результаты получены и на других частотах в диапазоне 5-100 Гц, поэтому они не приводятся.

Как и следовало ожидать, при одинаковом погонном расходе воздуха акустическая эффективность исследованных способов его подачи в поток практически одинакова.

Однако максимально достижимый расход воздуха и, соответственно, максимальная эффективность выше при работе заявляемого устройства, т.е. при подаче воздуха не непосредственно в забортные отверстия, а в водяную магистраль. Так, при самозасасывании воздуха из атмосферы в водяную магистраль максимальный расход приблизительно в 1.5 раза больше, а эффективность на 2 дБ выше в сравнении с устройством - прототипом. Аналогично, при нагнетании воздуха в водяную магистраль из воздуходувки его расход в 2.5 раза больше, а эффективность на 3 дБ выше в сравнении с устройством - прототипом.

Формула изобретения

1. Устройство для снижения вибраций корпуса судна от гидродинамического воздействия гребного винта, содержащее систему отверстий на днище корпуса в районе гребного винта, перед ним, и воздушную магистраль, соединенную с системой отверстий и с источником воздуха, отличающееся тем, что в устройство введена водяная магистраль, соединенная трубопроводами с системой отверстий и через регулировочные клапаны - с воздушной магистралью и с нагнетателем воды, например водяным насосом, при этом в месте соединения водяной и воздушной магистралей участок водяной магистрали выполнен с плавным сужением и с последующим плавным расширением поперечного сечения, а воздушная магистраль соединена с водяной магистралью непосредственно в районе наименьшего сечения упомянутого участка, причем трубопровод, сообщенный с системой отверстий, присоединен к водяной магистрали ниже по потоку участка магистрали с наименьшим сечением.

2. Устройство для снижения вибраций корпуса судна по п.1, отличающееся тем, что воздушная магистраль одним концом соединена с окружающим атмосферным пространством либо через регулировочные клапаны - с воздуходувкой.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2