СУДОВОЙ ДВИГАТЕЛЬНО-ДВИЖИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС Российский патент 1994 года по МПК B63H11/00 B63H11/02 B63H11/06 

Изобретение относится к судостроению и может быть использовано для обеспечения движения плавучих объектов.

Известен движитель типа "реактивная труба", работающий по принципу действия пульсирующей газоводяной струи. Движитель содержит камеру сгорания с системой впрыска топлива, соединенную трубопроводом с системой сжатого воздуха, имеющую выходное отверстие на входе в рабочую камеру - реактивную трубу, в которой установлены возвратные клапаны.

Однако для снижения тепловых потерь необходима высокая частота импульсов и соответственно малые объемы перерабатываемой воды, что приводит к понижению гидравлического КПД.

Этот недостаток устраняется в предложенном двигательно-движительном комплексе за счет того, что в качестве реактивной массы используются в основном не продукты сгорания, а вода, увлекаемая ими.

Для этого камера сгорания выполнена сферической, система сжатого воздуха выполнена в виде куполообразной камеры, установленной концентрично камере сгорания и соединенной с компрессором, в рабочей камере установлен поршень со штоком и пружиной, ниже которого рабочая камера заполнена водой, при этом в верхней, нижней и средней частях камеры установлены датчики положения поршня, в нижней части камеры выполнены оборудованные возвратными клапанами заборный патрубок и выпускная горловина, соединенная с трубой, установленной коаксиально с зазором в реактивной трубе, а на все поверхности двигательно-движительного комплекса, контактирующие с продуктами сгорания, нанесено теплоизолирующее покрытие.

На фиг.1 изображена кормовая часть судна, продольное сечение; на фиг.2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг.3 - двигатель, сечение (в увеличенном масштабе); на фиг.4 - сечение Б-Б на фиг.3; на фиг.5 - сечение В-В на фиг. 3; на фиг. 6 - сечение Г-Г на фиг.3; на фиг.7 - сечение Д-Д на фиг.3; на фиг.8 - сечение Е-Е на фиг.3.

Двигательно-движительный комплекс состоит из двигателя 1 и выходных труб 2 из переднего и заднего хода судна соответственно, ось которого наклонена в сторону днища судна и направлена вперед относительно двигателя 1. Трубы 2 и 3 установлены в районе днища 4 в кормовой части судна. Выход трубы 2 выполнен под кормовой оконечностью 5 судна в комплексе с рулевым устройством 7. Труба 3 выходит своим скошенным по горизонтали отверстием на уровне дна кормовой части судна.

Труба 3 заднего хода является одновременно трубой для забора воды, заполняющей цилиндр 8 двигателя, покрытого термоизоляционным слоем 9. На стыке труб 2 и 3 вставлена с кольцевым зазором прямоточная труба 10. Для заполнения цилиндра 8 водой дверца 11 выполнена поворотной на оси 12. Под поплавковым поршнем 13 в нижней части цилиндра установлена дверца 14 с возможностью поворота вокруг оси 15 и перекрытия патрубка 16, имеющего диаметр больше диаметра горловины 17, соединяющей цилиндр 8 с трубами 2 и 3.

Двигатель 1 имеет камеру сгорания 18 шаровидной формы, образованную корпусом оголовника 19, в котором расположена куполообразная камера 20 для сжатого воздуха, поступающего в нее по трубке 21 от компрессора 22. В камере сгорания 18 установлены форсунки 23 для впрыска дизельного топлива, которое подводится по трубкам 24. Камера сгорания 18 соединена с камерой 20 трубками 25, перекрытыми клапанами 26 для пропуска сжатого воздуха в камеру 18 при падении в ней давления ниже давления сжатого воздуха в камере 20 и плотного закрытия трубок 25, когда давление в камере 18 становится больше, чем в камере 20.

Горловина камеры 18 перекрыта поршнем 27 со штоком 28. В цилиндре 29 установлена пружина 30, упирающаяся своим верхним концом в торец поршня 27, а нижним - в торец цилиндра 29. Шток 28 при опускании поршня 27 входит в паз 31 и проходит через тормозной клапан 32.

В основании 33 оголовника 19 выполнены два паза 34, соединяющих горловину камеры сгорания 18 с верхней частью цилиндра 8. Пазы 34 и камера сгорания 18 так же как и стенки цилиндра 8, покрыты теплоизоляционным слоем 9.

В основании 33 расположена кольцевая камера 35, соединенная трубкой 21 с компрессором 22 и трубкой 36 - с камерой 20.

От верхней части цилиндра 8 отходят две выхлопные трубы 37, соединенные над оголовником 19 в одну выхлопную трубу 38. В нижней части трубы 37 установлены клапаны 39, управляемые компьютером.

В нижней части цилиндра 8 на наружной поверхности термоизолирующего слоя 9 установлено несколько механических датчиков 40, посылающих электросигнал в управляющий компьютер в момент прохождения около них поршня 13.

На нижнем торце камеры 8 установлен датчик 41 электросигнала, поступающего в управляющий компьютер в момент касания его поршнем 13.

Такой же датчик 42 установлен на верхнем торце цилиндра 8, образованном нижней поверхностью основания 33, для подачи электросигнала в управляющий компьютер при касании датчика 42 поршнем 13.

Работа двигателя производится в виде двух фаз: рабочей и подготовительной. Во время подготовительной фазы производится заполнение цилиндра 8 водой через патрубки 16 и горловину 17 так, что поршень 13 поднимается до основания 33 оголовника 19 и выхлопные газы, находящиеся над поршнем 13, будут вытеснены в выхлопные трубы 37, после чего клапаны 39 по команде компьютера закроются. Тормозной клапан 32 выключен и поршень 27 под воздействием пружины 30 перекрывает горловину камеры сгорания 18.

Дверца 11 электродвигателем поворачивается влево, перекрывая трубу 3. Открываются клапаны 26 и в камеру сгорания 18 поступает сжатый воздух, подогретый в камере 20.

В камеру 20 поступает также нагретый воздух по трубкам 36 из кольцевой камеры 35, в которую он поступает по трубке 21 из компрессора и охлаждает основание 33 оголовника 19. В камере 20 воздух нагревается от стенок камеры до температуры, при которой происходит воспламенение дизельного топлива, впрыскиваемого в камеру 18 через форсунки 23. В момент воспламенения дизельного топлива клапаны 26 трубок 25 закрываются под воздействием давления образовавшихся газов. С этого момента начинается рабочая фаза двигателя и первый цикл работы камеры сгорания 18. В рабочей фазе двигателя может быть 10-20 и более циклов работы камеры 18 до того момента времени, когда поршень 13 дойдет до датчика 40 электросигнала, установленного в нижней части цилиндра на поверхности термоизоляционного слоя 9. Электросигнал, полученный компьютером от датчика 40, прекращает поступление команд на форсунки 23 и отпускает тормозным клапаном 32 на шток 28 поршня 27, который под воздействием пружины 30 перекрывает горловину камеры 18. Это перекрытие поршнем 27 производится после того, как камера 18 будет освобождена продувкой от выхлопных газов.

Датчик 40 установлен с таким расчетом, чтобы поршень 13 дошел до нижнего торца цилиндра, на котором установлен датчик 41, при давлении над ним выхлопных газов (не поступающих в цилиндр из камеры 18), не превышающем 2 атм, т. е. при почти полном использовании их энергии для движения воды в движителе 2 после прекращения работы камеры 18 в момент прохождения поршнем 13 датчика 40. Соприкасанием поршня 13 и датчика 41 заканчивается рабочая фаза работы двигателя 1.

Воспламенение топлива в камере 18 в 6-8 раз увеличивает давление газов, образующихся в момент сгорания топлива. Поршень 27 под воздействием давления газов в камере 18 утапливается в цилиндре 29, а его шток 28 схватывается тормозным клапаном 32 на все время рабочей фазы.

Газы из камеры сгорания 18 устремляются по пазам 34 в верхнюю часть цилиндра 8, создавая давление на поплавковый поршень 13, который передает это давление на воду, находящуюся под ним. Давление воды плотно закрывает дверцу 14 и вода устремляется через горловину 17 в трубу 2.

Возникает сила тяги, равная произведению давления воды в движителе 2 на площадь его поперечного сечения. Это давление создает ускорение движения воды в трубе 2, прямо пропорциональное давлению и обратно пропорциональное массе воды, находящейся в движителе.

После того, как в камере 18 давление станет меньше давления в камере 20, клапаны 26 откроются и в камеру 18 начнет поступать сжатый воздух из камеры 20. Один из клапанов 26 имеет контактную пластину, замыкающую электроцепь при открытии клапана 26. Электроимпульс в момент замыкания электроцепи поступает в компьютер, который выдает команду на впрыск топлива в камеру 18 через форсунки 23. При этом время между открытием клапанов 26 и впрыском топлива через форсунки 23 устанавливается достаточным для продувки камеры 18 с целью удаления из нее выхлопных газов. В этот момент заканчивается первый цикл работы камеры сгорания и начинается второй цикл ее работы.

В момент впрыскивания топлива в камере 18 происходит его воспламенение, давление в камере 18 резко возрастает, клапаны 26 закрываются (захлопываются) и новая порция газов - продуктов сгорания дизельного топлива, поступает в верхнюю часть цилиндра 8, поддерживая в нем давление, необходимое для истечения воды из трубы 2 с заданной скоростью и для поддержания силы тяги на уровне, предусмотренном расчетом работы двигателя и движителя.

Когда в камере 18 давление станет меньше, чем в камере 20, клапаны 26 откроются, произойдет продувка камеры 18 от выхлопных газов и впрыск топлива - закончится второй цикл работы камеры 18 и начнется третий цикл ее работы в указанной последовательности до тех пор, пока поршень 13 не коснется датчика 40. В момент касания датчика 40 поршнем 13 прекратится работа камеры 18, освободится клапаном 32 (по сигналу компьютера) шток 28 и под воздействием пружины 30 поршень 27 перекроет горловину камеры 18. В момент касания датчика 41 поршнем 13 закончится рабочая фаза работы двигателя 1 и начнется фаза заполнения цилиндра 8 водой из движителя 3. С этой целью управляющим сигналом компьютера запускается электродвигатель, поворачивающий дверцу 11 до упора в правую стенку горловины 17. Этим действием перекрывается труба 2 и открывается доступ воды в горловину 17 через трубу 3. Под давлением воды в патрубке 16 при подъеме поршня 13 открывается дверца 14 и в цилиндр 8 начинает поступать вода также из трубы 3 через патрубок 16.

По электросигналу датчика 41 открываются клапаны 39 труб 37, через которые из цилиндра 8 удаляются выхлопные газы до тех пор, пока поршень не коснется датчика 42. По электросигналу датчика 42 клапаны 39 выхлопных труб 37 закрываются, дверца 11 перекидывается электродвигателем влево, включаются форсунки 23, освобождается шток 28 клапаном 32 и начинается следующая фаза работы двигателя 1.

При запуске холодного двигателя 1 применяется подогрев сжатого воздуха, поступающего в камеру 20 и из нее в камеру 18, до температуры выше температуры, необходимой для воспламенения топлива.

Подогрев производится в электропечи, через которую проходит труба 21, идущая от компрессора к камере 20. При этом в цилиндр 8 пропускается столько сжатого воздуха, сколько необходимо для того, чтобы сжатый воздух, поступающий в камеру 18, имел за минимальное время температуру, достаточную для воспламенения топлива. После первого-второго воспламенения топлива в камере 18 подогрев воздуха в электропечи прекращается (электропечь выключается) и начинается рабочий цикл работы камеры 18. Во время пропуска горячего сжатого воздуха в цилиндр 8 осуществляется рабочая фаза работы движителя 2 за счет энергии сжатого воздуха.

Использование: судостроение, касается судовых двигательно-движительных комплексов импульсного типа. Сущность изобретения: двигательно-движительный комплекс содержит двигатель с цилиндрической камерой, поплавковым поршнем, камерой сгорания, а также водозаборные и выпускные трубы, поворотные дверцы, датчики положения поршня и систему управления для обеспечения забора воды в камеру и направленного ее выброса под действием на поршень газообразных продуктов сгорания. 8 ил.

СУДОВОЙ ДВИГАТЕЛЬНО-ДВИЖИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС, содержащий камеру сгорания с топливной форсункой, соединенную трубопроводом с системой сжатого воздуха и имеющую выходное отверстие на входе в рабочую камеру цилиндрической формы, реактивную трубу, в которой установлены возвратные клапаны, отличающийся тем, что камера сгорания выполнена сферической, система сжатого воздуха выполнена в виде куполообразной камеры, установленной концентрично камере сгорания и соединенной с компрессором, в рабочей камере установлен поршень со штоком и пружиной, ниже которого рабочая камера заполнена водой, при этом в верхней, нижней и средней частях камеры установлены датчики положения поршня, в нижней части камеры выполнены оборудованные возвратными клапанами заборный патрубок и выпускная горловина, соединенная с трубой, установленной коаксиально с зазором в реактивной трубе, а на все поверхности двигательно-движительного комплекса, контактирующие с продуктами сгорания, нанесено теплоизолирующее покрытие.