ЛОДОЧНЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ КАШЕВАРОВА "ЛДК" Российский патент 1995 года по МПК B63H11/09 B63H11/04 B63H11/02 

Изобретение относится к судостроению и может быть использовано для лодок прогулочного, спортивного, туристического и народно-хозяйственного назначения.

Известные движители для моторных лодок, использующие двигатели внутреннего сгорания и гребные винты, имеют малый КПД, большую стоимость изготовления, эксплуатации и ремонта. Кроме того, они лишают экипаж лодки посильной физической нагрузки для поддержания мышечной активности и создают шум.

Наиболее близким по технической сущности является движитель, содержащий камеру сгорания, соединенную с водяной форсункой и с системой подачи топлива от емкости со сжиженным газом под давлением, систему электрозажигания со свечами, генератором и аккумулятором, компрессор, трубу движителя, установленную в подводной части лодки, прямоточный патрубок с водозаборным отверстием, установленный коаксиально в передней части трубы движителя с кольцевым зазором, газовод, соединяющий нижнюю часть камеры сгорания с трубой движителя [1]
Целью изобретения является повышение КПД известного движителя.

Цель достигается тем, что в центральной части камеры сгорания установлен шаровый испаритель, камера сгорания выполнена со сферическим корпусом, покрытым теплоизоляцией, снаружи которой установлен сферический оголовник, в котором размещены концентрично камере сгорания емкости для сжатого воздуха и сжиженного газа, соединенные с камерой сгорания радиальными трубками, а снаружи оголовника установлен с зазором, заполненным водой и соединенным с водяной форсункой, стальной кожух, при этом диаметр водозаборного отверстия прямоточного патрубка превышает диаметр его цилиндрической части, а диметр выходного отверстия трубы движителя больше диаметра ее передней части; компрессор выполнен в виде двух наклонных цилиндров с поршнями и штоками, соединенными с педалями и зубчатыми рейками, находящимися в зацеплении с установленной между ними шестерней, кинематически соединенной с шестерней контактного кольца устройства прерывания электроцепи зажигания; оголовник состоит из верхней и нижней частей с резьбовым соединением, при этом на верхней части на шарнирах (петлях) закреплены ручки; стальной кожух прикреплен болтами к основанию оголовника.

На фиг.1 показана кормовая часть лодки, вид сверху; на фиг.2 сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 сечение А-А на фиг.1 (в увеличенном виде) при работе двигателя на природном газе; на фиг.4 то же, верхняя часть двигателя, работающего на дизельном топливе и на бензине; на фиг.5 сечение Б-Б на фиг.3; на фиг.6 сечение В-В на фиг.2; на фиг.7 сечение Г-Г на фиг.6.

Движитель ЛДК имеет камеру 1 сгорания (фиг.3) шаровидной формы, помещенную в центре оголовника 2, на периферийной части которого находятся кольцевые камеры 3 и 4 соответственно для природного газа и для сжатого воздуха, и центральная камера 5 для сжатого воздуха. Камера 1 сгорания соединена с камерами 3, 4 и 5 трубками 6, через которые в камеру 1 сгорания поступает природный газ и сжатый воздух. Природный газ в камеру 3 поступает через патрубок, перекрытый клапаном 7, а сжатый воздух поступает в камеры 4 и 5 через патрубок, перекрытый клапаном 8.

В камере 1 сгорания между отверстиями трубок 6, идущих от камер со сжатым воздухом и природным газом, установлены электросвечи 9, а в верхней части камеры 1 установлена форсунка 10, в которой идет трубка 11 от емкости с водой, перекрытая клапаном 12.

Оголовник 2 состоит из двух частей: верхней и нижней, которые соединены с помощью крупной винтовой резьбы 13. Для удобства свинчивания и отвинчивания верхней части оголовника 2 предусмотрены ручки 14 на шарнирах (петлях) 15. Нижняя часть оголовника жестко связана с основанием 16, которое закреплено на дне лодки 17.

Камера 1 сгорания имеет вертикальный газовод 18, плавно переходящий в горизонтальную конусную трубу 19, которая в своей передней части утоплена в дно лодки 17 на 1/10-1/20 своего диаметра, а в конце кормовой части лодки 17 на 1/2 своего диаметра и заменяет собой килевую часть кормы лодки 17. В трубу 19 коаксиально вставлен патрубок 20 с кольцевым зазором 21 между цилиндрической поверхностью и трубой 19. Передняя часть патрубка 20 имеет плавное увеличение диаметра до диаметра трубы 19.

Камера 1 сгорания, газовод 18, часть трубы 19, расположенная против патрубка 20, и внутренняя поверхность патрубка 20 имеют теплоизоляционное покрытие 22, обозначенное на фиг.3 крестообразной штриховкой. Внутренняя поверхность камеры 1 выполнена в виде жаропрочного теплоемкого металлического корпуса 23, внутри которого на трех обтекаемых опорах 24 установлен из такого же жаропрочного металла теплоинерционный испаритель 25 шарообразной формы с небольшим обтекателем 26, расположенным над газоводом 18.

Оголовник 2 имеет стальной кожух 27, который болтами 28 закреплен на основании 16. Для герметичности между кожухом 27 и основанием 16 проложена резиновая прокладка 29. Кожух 27 имеет наружное и внутреннее термо- и гидроизоляционное покрытие 30 (внутреннее более тонкое покрытие 30 на фиг.3 не показано).

От клапанов 7 и 8 отходят патрубки к муфте 31, установленной между кожухом 27 и основанием 16, через которую они подсоединяются соответственно к шлангам по-дачи природного газа и сжатого воздуха. Через муфты 31 проходит также трубка с клапаном 32, идущая к водяному насосу, и электропроводка 33, идущая от электросвечей 9 к катушке 34 зажигания с конденсатором, заимствованным из электрооборудования автомобиля.

Компрессор для подачи сжатого воздуха в камеру 1 изображен в виде насоса 35, подобного насосу для подкачки автомобильных камер. Насос имеет два цилиндра 36 с поршнями 37 и штоками 38, верхняя часть которых выполнена в виде педалей 39, жестко связанных с зубчатыми рейками 40. Между рейками установлена шестерня 41 на оси 42, находящаяся в постоянном зацеплении с этими рейками. С шестерней 41 находится в зацеплении также шестерня 43, жестко связанная с контактным кольцом, имеющим контакты, изолированные между собой и подключенные через ось 44 шестерни 43 к массе корпуса насоса, соединенного с клеммой "-" аккумуляторной батареи 45. С клеммой "+" аккумуляторной батареи 45 соединен контакт 46 прерывателя электроцепи зажигания, который при вращении шестерни 43 замыкает и размыкает контакты контактного кольца, связанного с шестерней 43.

На фиг. 4 изображена верхняя часть оголовника 2б движителя ЛДК, использующего в качестве горючего бензин или дизельное топливо. В отличие от оголовника 2 для работы на природном газе (фиг.3) оголовник 2б имеет в своей верхней части форсунку 47 для впрыскивания жидкого горючего вместо природного газа, и куполообразную камеру 48 для сжатого воздуха. Кроме того, изменены положения в камере 1 форсунок 10, электросвечей 9 и трубок 6 подачи сжатого воздуха из камеры 48 в камеру 1.

Работа движителя с использованием природного газа производится в следующем порядке. Рулевой лодки 17 устанавливает кресло в соответствии со своим ростом перемещением сиденья 49 с помощью рукоятки 50 и соответствующего механизма и, нажимая поочередно ногами на педали 39, приводит в действие насос-компрессор 35, подающий воздух в камеры 4 и 5, а из них по трубкам 6 в камеру 1 сгорания. Одновременно он включает подачу природного газа (или сжиженного газа) в камеру 3 (при открытых клапанах 7 и 8) и подключает электроцепь 33 работы электросвечей к аккумулятору 45. Его помощник, вращая педали устройства, приводит в действие насос и электрогенератор для подачи воды в кожух 27, подзарядки аккумулятора 45 (в случае необходимости) или для электроосвещения (в ночное время). Подача воды в кожух 27 производится при открытом кране 51 патрубка 52. После появления воды в кране 51 он закрывается и дальнейшее поступление воды в кожух 27 производится при сжатии воздуха, находящегося под ней, до давления в 4 кг/см², который фиксируется пружинным клапаном 53, выпускающим излишнюю воду, не допуская повышения давления более 4 кг/см².

Перемещением педалей 39 с рейками 40 приводятся во вращение шестерни 41 и 43, в результате чего педаль 39, идущая вниз под нажимом одной ноги рулевого, поднимает другую педаль вверх (вместе с другой расслабленной ногой) и замыкающиеся и размыкающиеся контакты электроцепи, катушкой 34 зажигания приводят в действие электросвечи 9, поджигающие топливную смесь сжатого воздуха и природного газа в камере 1.

Воспламененная топливная смесь достигает температуры 2000^оС и давления более 10 кг/см², однако уже через тысячные доли секунды температура и давление продуктов сгорания топливной смеси снижаются до 500^оС и 2-3 кг/см² за счет расширения в нижней части камеры 1, в газоводе 18 и в зазоре 21, а также за счет нагревания теплоинерционного корпуса 23 и испарителя 25. Кроме того, значительная часть выхлопных газов "выстрелит" через зазор 21 в трубе 19, создав импульс силы, равный произведению давления выхлопных газов на площадь сечения кольца этого зазора. Воздействие давления выхлопных газов на воду в трубе 19 создаст ускоренное движение воды в трубе 19, прямо пропорциональное импульсу силы давления выхлопных газов на воду и обратно пропорциональное массе воды в трубе 19 и в патрубке 20. Импульс силы давления выхлопных газов на воду увеличится еще за счет превращения пограничного слоя воды с раскаленными выхлопными газами в пар, который увеличит объем парогазовой струи и время ее воздействия на пограничный слой воды. Небольшая часть выхлопных газов успеет проникнуть в трубки 6, диаметр и длина которых подбираются с таким расчетом, чтобы эти выхлопные газы не успели дойти по трубкам 6 до камер 3-5. Давление в камере 1 уже через сотые доли секунды снизится до величины менее 2 кг/см² за счет инерционности возникшего парогазового потока из камеры 1 в трубу 19, а давление в камерах 3, 4 и 5 возрастет до величины, превосходящей 2 кг/см ² за счет инерционности газового потока, поступающего в камеры 3-5.

В результате вышеупомянутых двух взаимно противоположных процессов хода изменения давления в камере 1 и камерах 3-5 выхлопные газы, проникшие в трубки 6, будут остановлены, а затем и вытеснены в камеру 1 сгорания. В камере 1 сгорания давление поднимется до 1,5-2 кг/см² за счет поступления сжатого воздуха и природного газа. При этом за счет более высокого давления сжатого воздуха в камерах 4 и 5, чем природного газа в камере 3, или (при равном давлении) за счет большего диаметра трубок 6, идущих от камер 5 и 4 к камере 1, чем трубок 6, идущих от камеры 3 к камере 1 (второй вариант предпочтительней, чем первый), вначале в камеру 1 начинает поступать воздух, который вытеснит выхлопные газы в газовод 18 и далее в зазор 21, а затем уже начнет поступать природный газ из камеры 3 в камеру 1. В момент, когда топливная смесь сжатого воздуха и природного газа в соотношении 1:15 заполнит большую часть камеры 1, включатся электросвечи и произойдет воспламенение топливной смеси в камере 1 сгорания и даже в газоводе 18, если она успела попасть в газовод.

После нескольких циклов воспламенений топливной смеси теплоинерционные устройства 23 и 25 камеры 1 прогреются до расчетной температуры и пусковой режим (переходной режим) работы камеры 1 сгорания сменится на рабочий эксплуатационный режим работы, так как за это расчетное время давление воды в кожухе 27 поднимется до 4 кг/см² в результате работы водяного насоса и через форсунку 10 будет производиться впрыск порции воды после каждого воспламенения топливной смеси, вследствие чего увеличится время воздействия парогазовой смеси выхлопных газов на воду в трубе 19 через зазор 21 и стабилизируется температура теплоинерционных устройств 23-25 до расчетной величины в пределах 200-300^оС. Основные тепловые потери определяются нагревом воды от парогазовой струи, поступающей через зазор 21, и могут быть определены замером разности температуры воды, поступающей в патрубок 20 и выходящей из трубы 19. По-видимому, эти потери не будут более 30% следовательно, КПД только самого двигателя (без учета КПД движителя) будет более 70% Выдерживание курса движения лодки производится с помощью рукоятки 56 рычажного типа, поворачивающей два руля 57, соединенных параллелограммным механизмом. Рули 57 расположены по обе стороны трубы 19 на удалении от нее, достаточном для их нормальной работы.

Остановка двигателя ЛДК производится прекращением работы педалями 39, выключением подачи природного газа и отключением электроцепи от аккумулятора 45.

Движитель имеет повышенный КПД, меньшую шумность и более прост в изготовлении по сравнению с известными лодочными движителями.

Использование: водный транспорт, а именно водометные движители с использованием продуктов сгорания. Сущность изобретения: движитель содержит камеру сгорания, работающую в импульсном режиме на углеводородном топливе, соединенную посредством газовода с прямоточным патрубком с водозаборным и выходным отверстиями. Корпус камеры сгорания выполнен сферическим, снаружи его установлен сферический оголовник, в котором размещены емкости для топлива и сжатого воздуха. Прерыватель электроцепи зажигания имеет мускульный привод. Применение движителя на судах для развлечения и спорта позволяет использовать в качестве топлива природный газ и обеспечивает мышечную загрузку спортсменов. 3 з. п. ф-лы, 7 ил.

1. Лодочный движитель, содержащий камеру сгорания, соединенную с водяной форсункой и с системой подачи топлива от емкости с сжиженным газом под давлением, систему электрозажигания со свечами, генератором и аккумулятором, компрессор, трубу движителя, установленную в подводной части лодки, прямоточный патрубок с водозаборным отверстием, установленный коаксиально в передней части трубы движителя с кольцевым зазором, газовод, соединяющий нижнюю часть камеры сгорания с трубой движителя, отличающийся тем, что в центральной части камеры сгорания установлен шаровый испаритель, камера сгорания выполнена со сферическим корпусом, покрытым теплоизоляцией, снаружи которой установлен сферический оголовник, в котором размещены концентрично с камерой сгорания емкости для сжатого воздуха и сжиженного газа, соединенные с камерой сгорания радиальными трубками, а снаружи оголовника установлен с зазором, заполненным водой и соединенным с водяной форсункой, стальной кожух, при этом диаметр водозаборного отверстия прямоточного патрубка превышает диаметр его цилиндрической части, а диаметр выходного отверстия трубы движителя больше диаметра ее передней части. 2. Движитель по п. 1, отличающийся тем, что компрессор выполнен в виде двух наклонных цилиндров с поршнями и штоками, соединенными с педалями и зубчатыми рейками, находящимися в зацеплении с установленной между ними шестерней, кинематически соединенной с шестерней контактного кольца устройства прерывания электроцепи зажигания. 3. Движитель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что оголовник состоит из верхней и нижней частей с резьбовым соединением, при этом на верхней части на шарнирах (петлях) закреплены ручки. 4. Движитель по пп. 1 3, отличающийся тем, что стальной кожух закреплен болтами на основании оголовника.