ВОДОМЕТНЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ Российский патент 2007 года по МПК B63H11/14 

Изобретение относится к судостроению в части гидрореактивных движителей судов.

Известно изобретение по классу В63Н 11/14, а.с. СССР №1743995 А-1 "Гидрореактивный движитель", содержащий водопроточную трубу с размещенной в ней камерой сгорания, состоящей из отражателя в форме эллиптического тела вращения с отверстием для прохода воды и подпружиненым клапаном. В центре камеры расположен каплеобразный разделитель потока, а заканчивается она профильным кольцом. Готовая горючая смесь вводится трубкой непосредственно в воду, где воспламеняется запальной свечой в "газовом пузыре".

Известен по патенту США Кл.417-74 №3.787.144 гидрометный насос содержащий взрывную камеру между входным и выходным трубопроводами, в которую подается горючая смесь, взрыв которой вытесняет воду из вертикального цилиндра. На входе есть клапан.

Известно по патенту США №3.202.108 устройство, позволяющее создавать за счет взрыва газовой смеси в вертикальном цилиндре с водой и при наличии ресивера полупостоянное давление воды, пригодное для разных целей. Наиболее близким берем А.С. №1743995.

Все перечисленные устройства имеют серьезные недостатки, в том числе плохое зажигание смеси в холодной среде да еще при наличии пленки воды на стенках камеры и на свече зажигания. Неизбежно снижение давления смешанной горючей смеси и паров воды, а горение ее в парах воды приведет к увеличению окислов углерода и азота. Вреден и сам выброс отработавших газов в поток рабочей воды под давлением, так как прорвавшиеся газы выйдут из сопла мгновенно, а вода, устремляясь в образовавшуюся пустоту, вызовет гидроудары, вибрации, вредные для корпуса судна. Еще один недостаток пульсирующих движителей состоит в торможении судна кинетической энергией останавливаемого в каждом цикле потока воды в водозаборном трубопроводе. Особенно это отражается на скоростных судах, когда потери возрастают. Наличие или отсутствие входного клапана не меняет дела, так как взрыв сам тормозит поток.

Возвратно-поступательное движение воды в вертикальных цилиндрах тоже заметно снижает КПД. Кроме того, устройства нуждаются в дополнительных агрегатах подготовки и подачи горючей смеси.

Целью настоящего изобретения является создание водометного движителя с высоким КПД, минимальными вредными выбросами и сниженными вибрациями, а также самообеспечивающегося горючей смесью.

Цель достигается разделением узла создания давления воды на сухую, нагревающуюся в работе взрывную камеру, где сгорает смесь, и водопроточную трубную емкость, воду из которой выдавливают газы взрывной камеры через переходный клапан с фиксированными состояниями: открыто или закрыто.

В сухой камере созданы оптимальные условия для воспламенения и экологически допустимого режима сгорания смеси с минимальными вредными окислами. Образовавшиеся газы под давлением выталкивают переходный клапан и вытесняют воду из трубной емкости в рабочее сопло, создавая тягу. После падения давления движущаяся по инерции вода создает некоторый вакуум, и взрывная камера продувается свежим воздухом. Поступающая свежая вода закрывает переходный клапан и выдавливает отработавшие газы через выхлопной трубопровод в атмосферу. Высокое давление воды в рабочем цикле используется попутно для взведения топливного плунжера и для восполнения расхода сжатого воздуха через мембранный привод и шланговый насос. При этом вода продолжает движение в том же направлении. Тормозящее противодействие движению судна, присущее пульсирующему движителю, вследствие остановки водяного столба во входном трубопроводе здесь исключается. Это достигается разделением силовой части на две поочередно протекающие ветви при одном общем водозаборном трубопроводе. Движитель становится непрерывным, и мощность удваивается. Каждая ветвь рассчитывается на половину требуемой мощности. Применение мембранного привода топливного плунжера обеспечивает заполнение его горючим для последующего цикла.

В водопроточной емкости на газовыхлопном трубопроводе имеется поплавковый клапан на оси, выходящей из трубы. На оси находится кулачок, через который осуществляется воздействие на плунжер, когда водопроточная емкость полностью заполнена водой. Плунжер при своем рабочем движении воздействует на клапан сжатого воздуха и подает воздух во взрывную камеру, обеспечивая рабочую смесь. Такое взаимодействие элементов агрегата позволяет обойтись без отдельной распределительной системы. В этом тоже экономия энергии.

Управление мощностью агрегата производится одновременным воздействием на предварительно согласованные редукторы топлива и воздуха. Сигнал на зажигание выдает манометрический датчик.

Описание чертежей

На фиг.1 изображена одна ветвь движителя при общем водозаборном трубопроводе 1, заканчивающимся некоторым расширением с У-образнорасположенными входными клапанами 2. Клапан 2 шарнирно подвешен сверху и защемлен защелкой 3 внизу трубной емкости 4 узла давления. Сухая взрывная камера 5 содержит воздухозаборный клапан 6, слегка подпружиненый на закрывание, свечу зажигания 7, многоканальную форсунку ввода горючего 8 и патрубок подачи сжатого воздуха 9.

Взрывная камера 5 соединена с трубной емкостью 4 грибовидным переходным клапаном 10, шарнирно-закрепленным на рычажно-пружинном механизме 11, позволяющем только крайние положения клапана: закрыт или открыт. Клапан открыт, когда опирается на хвостовик рычага поплавка 12, а верхние концы спружиненных рычагов 11 находятся ниже оси своей пружины, и клапан закрыт, когда концы рычагов сместятся выше оси, стягивающей их пружины. Вверху трубной емкости 4 находится еще газовыхлопной поплавковый клапан 13 на поворотном валике, несущем кулачок. Кулачок упирается в через стержень 14 в защелку 15, удерживающую взведенной рабочую пружину 16 плунжера 17. Выхлопная трубка после клапана 13 содержит выходной обратный клапан. Шток плунжера 17 несет на себе упорный диск 18, сжимающий пружину 16. Диск 18 зависает на защелке 15 вместе со стержнем и поршнем плунжера 17. С другой стороны он упирается в толкатель 19 (с отростком 20), идущий от рычага 21 мембранного привода 22. Этот рычаг служит для увеличения хода мембраны. Боковой отросток 20 на толкателе 19 служит для воздействия через подпружиненый штифт 24 на защелку 25 воздушного клапана 26. Клапан 26 представляет собой корпус с подпружиненным цилиндрическим поршеньком, удерживаемым закрытым и пружиной и защелкой 25. Клапан 26 связывает редуктор сжатого воздуха 27 во взрывной камерой 5 через патрубок 9, на котором установлен манометрический датчик 28 с электроконтатным узлом 29 для цепи зажигания. Патрубок 9 имеет внутри камеры 5 направляющий козырек для обдува форсунки 8. Трубные вводы в камеру 5 имеют защитные обратные клапаны, а на трубе от плунжера к форсунке 8 установлен огнепреградитель (на схеме не показаны).

Водопроточная емкость 4 заканчивается шланговым насосом 31 или группой мембранных насосов для восполнения ресивера сжатым воздухом. Объем ресивера 32 превышает объем взрывной камеры 5 в 8÷9 раз. После насоса 31 в углублении вверху трубопровода подвешено поплавковое реле 34, связанное тягой 35 с защелкой 3 входного клапана 2. Штифт 24 клапана 26 и стержень 14, отжимающий защелку, выполнены пружинно-переломными, позволяющими отводить их концы после срабатывания и возвращать защелки в исходное состояние. Цилиндрическая часть поршенька в клапане 26 сдвинет нижний конец штифта 24 с защелки 25, а стержень 14 сместится с хвостовика защелки 15 диском 18 в ходе подачи плунжером горючего в камеру 5.

Клапан 2 выполняется из алюминия и пустотелым с ребрами жесткости внутри. Все поплавки - из несжимаемого материала. Степень нагрева камеры 5 определяется площадью ее контакта с охлаждающей емкостью 4.

На фиг.2 изображена полная конструкция движителя. Каждая ветвь движителя после клапана 2 совершенно одинаковы, а клапаны расположены под равными и противоположными углами к оси общей трубы 1. Клапаны 2 не связаны между собой, однако плунжеры обеих ветвей связаны коромысловой рычажной связью, препятствующей внеочередному или одновременному срабатыванию.

Общими для обеих ветвей являются ресивер 32 с редуктором 27, а также источник горючего с редуктором 30 и источник напряжения для осуществления зажигания. Рабочие сопла у каждой ветви раздельные, хотя могут быть объединены в аппарат с концентрически расположенными соплами равной проходимости и взаимоперемещаемые для регулирования эжекции.

Рассмотренная гидрореактивная установка может быть использована также в качестве противопожарного насоса.

В этом случае следует учитывать, что время истечения воды под давлением из емкости 4 вместе со временем засоса свежего воздуха в камеру 5 заметно меньше времени заполнения той же емкости входящей водой вследствие разности давлений. Исправить положение следует изменением соотношения сечений сопла и входного клапана 2.

Работа устройства

Первоначально следует зарядить ресивер 32 воздухом до требуемого давления и выставить редуктор 27. Также выставить давление горючего редуктором 30. Если теперь вручную взвести пружину 16 плунжера 17 на защелку 15, то плунжер заполнится горючим.

Как только вода заполнит трубную емкость 4, то поплавковый выхлопной клапан 13 столкнет через толкатель 14 защелку 15 и освобожденный поршень плунжера 17 пойдет вниз силой пружины 16, выдавливая горючее через огнепреградитель и форсунку 8 в камеру 5. Попутно диск 18 нажмет на толкатель 19 и тот своим отростком 20 сдвинет через штифт 24 защелку 25 воздушного клапана 26. Клапан 26 откроется силой давления воздуха от ресивера через редуктор 27. Воздух пойдет в камеру 5, обдувая форсунку 8 и создавая рабочую смесь в камере 5. Через доли секунды давление в камере 5 сравняется с давлением от редуктора 27, и воздушный клапан 26 закроется своей возвратной пружиной на защелку 25.

Через мгновение (время зависит от настройки капилляра в манометре 28) сработает манометрический датчик 28 и замкнет контакты 29, чем возбудит источник зажигания. Произойдет воспламенение смеси в камере 5. Возникшее давление сразу выдавит клапан 10 в нижнее положение, а газы выдавливают из емкости 4 воду, захлопнув сразу же клапан 2 на защелку 3. Вода под давлением движется вдоль трубной емкости 4 к выходному соплу, попутно подхватив и держа закрытым клапан 13 и взведя мембранным приводом 22 через толкатель 19 плунжер 17, заполнив его горючим для следующего цикла. Далее вода разожмет шланг насоса 31 и выдавит через обратный клапан имевшийся в зазоре воздух в ресивер 32. Все это время происходит быстрое истечение воды из сопла и создается реактивная тяга. Возникло движение судна. С истечением воды падает давление в емкости 4 и когда оно упадет ниже атмосферного за счет инерционного движения воды, то возникший вакуум откроет всасывающий клапан 6 на камере 5 и произойдет замена отработавших газов в камере 5 свежим воздухом. Одновременно отпадет и газовыхлопной клапан 13, но подсоса воздуха не произойдет из-за наличия обратного клапана в выхлопной трубе. К этому времени уходящая вода минует реле протока 34 и оно, отпадая, потянет тягой 35 защелку 3, после чего напором воды откроется клапан 2. Клапан 2 ударит по поплавку 12 и переведет выше нейтрали вверх рычажно-пружинный механизм 11, отчего сразу закроется переходный клапан 10. Начнется заполнение проточной емкости 4 водой и вытеснение из нее отработавших газов через клапан 13 наружу. Вода пройдет сквозь водопроточную емкость 4 и шланговый насос 31 и поднимет там поплавок реле протока 34, освободив защелку 5 для будущего удержания закрытым клапана 2.

Когда весь газ будет выдавлен из емкости 4, то всплывет поплавок с клапаном 13 и, закрывая выхлопной клапан, повернет свой выходной валик с кулачком, который толкнет через стержень 14 защелку 15, освободив тем самым поршень плунжера. Поршень плунжера 17 начнет движение вниз, выдавливая горючее в камеру 5. Это уже следующий цикл работы движителя.

В это время в другой ветви движителя закончится силовой процесс выдавливания воды через ее сопло и засос свежего воздуха во взрывную камеру 5″. Затем ее реле протока 34″ сдвинет свою защелку 3″ и начнется заполнение водой этой ветви.

Изобретение относится к судостроению и касается создания водометных движителей. Движитель для водных судов состоит из водозаборного и водоизвергающего трубопроводов с расположенным между ними узлом создания давления воды за счет взрыва горючей смеси в камере сгорания. Движитель выполнен с сухой, нагревающейся при работе камерой сгорания, соединенной с водопроточной частью узла создания давления воды переходным клапаном с фиксированными открытым или закрытым состояниями. Движитель может быть выполнен со шланговыми или мембранными насосами для подготовки сжатого воздуха для горючей смеси с возможностью попутного использования пульсирующего давления проходящей воды в выходном трубопроводе. Водоизвергающая часть движителя может быть разделена на две ветви половинной мощности, поочередно действующие при непрерывном потоке воды в общем водозаборном потоке. Изобретение позволяет повысить КПД движителя и уменьшить до минимума вредные выбросы и вибрации при его работе при наличии самообеспечения горючей смесью. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Водометный движитель для водных судов, состоящий из водозаборного и водоизвергающего трубопроводов с расположенным между ними узлом создания давления воды за счет взрыва горючей смеси в камере сгорания, отличающийся тем, что он выполнен с сухой, нагревающейся при работе, камерой сгорания, соединенной с водопроточной частью узла создания давления воды переходным клапаном с фиксированными открытым или закрытым состояниями.2. Водометный движитель по п.1, отличающийся тем, что он выполнен со шланговыми или мембранными насосами для подготовки сжатого воздуха для горючей смеси с возможностью попутного использования пульсирующего давления проходящей воды в выходном трубопроводе.3. Водометный движитель по п.1, отличающийся тем, что он выполнен с редуктором давления, имеющим возможность подачи воздуха, обдувающего форсунку топливоподачи во взрывной камере, через воздушный клапан, отсекающий его подачу после заполнения камеры сгорания до установленного давления.4. Водометный движитель по п.1, отличающийся тем, что водоизвергающая часть его разделена на две поочередно действующие ветви половинной мощности при непрерывном потоке воды в общем водозаборном трубопроводе.