СПОСОБ РАБОТЫ ВОДОМЕТНОГО ВОДНОГО ДВИЖИТЕЛЯ Российский патент 2024 года по МПК B63H19/04 F03B5/00 B63H11/08 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к области водометных водных движителей, в частности, к способу формирования потока воды в водометном водном движителе.

Представленное решение может быть использовано, по меньшей мере, в водометных водных движителях плавучих средств.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известно устройство для формирования потока текучей среды (патент на изобретение RU 2109171 C1, дата публикации 20.04.1998). Устройство содержит корпус, вал, установленный на валу цилиндрический или конический ротор, образованный задней торцевой пластиной, соосно с которой расположено выходное сопло, и лопастями, установленными с возможностью поворота вокруг их крепления для регулирования угла наклона относительно плоскости, расположенной радиально к оси вращения ротора, и с образованием между соседними лопастями щелевидного канала, являющегося входным каналом ротора. Суммарная площадь щелевидных каналов ротора выполнена регулируемой и существенно больше площади сечения выходного сопла. Плоские спрямляющие элементы установлены неподвижно относительно вала и размещенными радиально внутри и/или снаружи ротора под углом к радиальной плоскости. Концы лопастей также закреплены в передней торцевой пластине с возможностью поворота.

Известно устройство для осуществления способа преобразования центробежной силы в силу, создающую направленную тягу (патент RU 2402458 C1, дата публикации 27.10.2010). Задачей решения является повышение эффективности использования центробежной силы. Устройство содержит один рабочий диск, заполненный жидкостью, в центральной части которого имеется отверстие, вдоль внешней стенки диска расположены вертикальные трубки для выливания жидкости при его вращении, а двигатель с приводом вращения диска установлен с возможностью отрыва диска от двигателя.

Известен способ преобразования центробежной силы в силу тяги (патент на изобретение RU 2381952 C2, дата публикации 20.02.2010). Задачей решения является повышение эффективности использования центробежной силы. Способ преобразования центробежной силы в силу тяги характеризуется тем, что в динамически и статически сбалансированное относительно оси вращения полое твердое тело, расположенное в окружающей среде, имеющей значительно меньшую плотность, чем вода, например в атмосфере (воздухе), в точке прохождения оси вращения или на расстоянии от нее поступает жидкость, которая при вращении полого твердого тела вращается вместе с ним и под действием центробежной силы имеет возможность движения по заданной траектории, ограниченной физическими препятствиями, в направлении от оси вращения к внешней стороне полого твердого вращающегося тела. Направление вытекания жидкости из полого твердого вращающегося тела ограничено физическими препятствиями и направлено в сторону вдоль оси вращения рабочего реактивного тела. Решение направлено на повышение экономичности и КПД при простоте осуществления.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является решение, раскрытое в патенте RU 2767858 C2, дата публикации 22.03.2022. Решение относится к безлопастным движителям, и предназначено для создания тяги объектов водного транспорта и летательных транспортных средств. Устройство для создания реактивной тяги содержит неподвижные внешние оболочки, статор, спрямитель, вращающийся ротор, привод, обеспечивающий вращение ротора, заборник рабочего тела. Ротор выполнен из двух или более гладких, выгнутых, расширяющихся, коаксиальных оболочек. Спрямитель состоит из двух или более гладких, тонкостенных, соосных оболочек. Между оболочками ротора и спрямителя расположены рабочие каналы, в которых движется рабочее тело. Рабочее тело попадает в рабочие каналы спрямителя после прохождения рабочих каналов ротора. Между ротором и статором, а также между ротором и внешней оболочкой выполнены технологические зазоры, заполненные воздушной смазкой. Также предложен способ создания реактивной тяги при помощи заявленного устройства.

Однако, раскрытый в аналоге безлопастной водный движитель имеет сложную конструкцию, рабочее тело (вода) в движителе поступает в каналы между гладкими, выгнутыми, расширяющимися, коаксиальными оболочками вращающегося ротора, и разгоняется центробежными силами, за счет трения пограничных слоев, так как каналы являются открытыми по периметру и вода разгоняется за счет центробежных сил, это приводит к потерям скорости за счет образующихся вредных вихрей и обратных перетечек в рабочих каналах, что снижает эффективность безлопастного водного движителя. Технической проблемой, на решение которой направлено заявленное изобретение, является обеспечение эффективной работы водометного водного движителя при упрощении его конструкции и снижении веса.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Техническим результатом заявленного изобретения является обеспечение эффективности работы водометного водного движителя при упрощении его конструкции и снижении веса.

Технический результат достигается тем, что:

В способе формирования потока воды в водометном водном движителе, при этом в теле ротора движителя расположены каналы, каждый канал полностью герметичен по всей его длине, имеет только входное и выходное открытые сечения, площадь входного сечения канала больше площади выходного сечения канала, и каждый канал закручивается по спирали от периферии к центру ротора вокруг и вдоль оси ротора в направлении, противоположном вращению ротора, вращают ротор движителя, расположенного в воде, при этом при вращении ротора в каждом канале ротора вода движется центростремительно и ускоренно относительно канала, улавливают потоки воды, полученные на выходе из каждого канала вращающегося ротора, и направляют вдоль оси ротора.

Эффективная работа водометного водного движителя обеспечивается за счет того, что в теле ротора движителя расположены каналы, каждый канал полностью герметичен по всей его длине, имеет только входное и выходное открытые сечения, площадь входного сечения канала больше площади выходного сечения канала, и каждый канал закручивается по спирали от периферии к центру ротора вокруг и вдоль оси ротора в направлении, противоположном вращению ротора. Причем при таком способе работы водометного водного движителя упрощается конструкция движителя и снижается его вес, так как в движителе отсутствует статор, и рабочие каналы расположены в теле ротора.

В одном из вариантов реализации перед ротором расположен входной направляющий аппарат.

В одном из вариантов реализации входной направляющий аппарат является неподвижным.

В одном из вариантов реализации улавливают потоки воды, полученные на выходе из каждого канала вращающегося ротора, и направляют вдоль оси ротора с помощью выходного спрямляющего аппарата, расположенного за ротором.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Реализация изобретения будет описана в дальнейшем в соответствии с прилагаемым чертежом, который представлен для пояснения сути изобретения и никоим образом не ограничивает область изобретения.

Фиг. 1 - иллюстрирует чертеж примерного варианта водометного водного движителя по заявленному способу.

Фиг. 2 - иллюстрирует примерный вариант водометного водного движителя по заявленному способу.

ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В приведенном ниже подробном описании реализации изобретения приведены многочисленные детали реализации, призванные обеспечить отчетливое понимание настоящего изобретения. Однако квалифицированному в предметной области специалисту будет очевидно, каким образом можно использовать настоящее изобретение, как с данными деталями реализации, так и без них. В других случаях хорошо известные методы, технологии и компоненты не были описаны подробно, чтобы не затруднять излишне понимание особенностей настоящего изобретения.

Кроме того, из приведенного изложения будет ясно, что изобретение не ограничивается приведенной реализацией. Многочисленные возможные модификации, изменения, вариации и замены, сохраняющие суть и форму настоящего изобретения, будут очевидными для квалифицированных в предметной области специалистов.

Заявленное решение раскрывает способ формирования потока воды в водометном водном движителе, в котором отсутствует статор, путем центростремительного и ускоренного движения в каждом канале ротора потоков воды относительно канала в направлении, противоположном вращению ротора, что обеспечивается тем, что в теле ротора расположены каналы, каждый канал полностью герметичен по всей его длине, имеет только входное и выходное открытые сечения, площадь сечения канала уменьшается от входного к выходному сечению, то есть площадь входного сечения канала больше площади выходного сечения канала, и каждый канал закручивается по спирали от периферии к центру ротора вокруг и вдоль оси ротора в направлении, противоположном вращению ротора. Поток воды ускоряется в сужающихся, криволинейных закрытых каналах, стремящихся к центру вращения [1] [2]. Каждый канал расположен в роторе центростремительно, канал закручивается по спирали от периферии к центру ротора вокруг и вдоль оси ротора в направлении, противоположном вращению ротора, то есть канал закручивается наподобие винта в направлении потока. Движение рабочей среды (воды) относительно канала происходит за счет вращения ротора. При вращении ротора вода набегает в каналы и каналы заполняются набегающим потоком воды, тем самым получается движение воды в канале относительно канала. Набегание потока воды в канал идет в направлении, противоположном вращению ротора.

При изменении скорости вращения ротора изменяется скорость воды, выбегающей из каналов, при уменьшении скорости вращения ротора скорость воды, выбегающей из каналов уменьшается и, наоборот, при увеличении скорости вращения ротора скорость воды, выбегающей из каналов повышается.

Входной направляющий аппарат водометного водного движителя расположен неподвижно перед ротором. Входной аппарат обеспечивает ограничение (гашение) движения воды по окружности вблизи входов вращающихся каналов, которое возникает из-за вращения ротора. Также входной аппарат необходим для того, чтобы оптимально эффективно направить поток воды в каждый канал. Выходной спрямляющий аппарат обеспечивает направление движения ускоренных закрученных струй воды, выходящих из каналов вращающегося ротора, вдоль оси ротора.

Пример осуществления.

Поставленная задача формирования потока рабочей среды в водном движителе решается за счет того, что водный движитель содержит (Фиг. 1):

- приводной вал (1), который приводит ротор (3) в движение от двигателя (например, электродвигателя и др.);

- входной направляющий аппарат (2);

- ротор (3), в теле которого расположены каналы (5), каналы закручиваются по спирали от периферии к центру ротора вокруг и вдоль оси ротора в направлении, противоположном вращению ротора, при вращении ротора в каналы набегает рабочий поток воды, и вода движется центростремительно и ускоренно относительно каналов (Фиг. 2);

- выходной спрямляющий аппарат (4).

Неподвижный входной направляющий аппарат (2) направляет воду в каналы (5) таким образом, чтобы наиболее эффективно направить воду в каналы. Каждый канал (5) расположен в роторе криволинейно таким образом, что закручивается по спирали от периферии к центру ротора вокруг и вдоль оси ротора в направлении, противоположном вращению ротора (Фиг. 2). Каждый канал полностью герметичен по всей его длине, имеет только входное и выходное открытые сечения, площадь сечения канала уменьшается от входного к выходному сечению, то есть площадь входного сечения канала больше площади выходного сечения канала. На Фиг. 2 для удобства верхняя часть ротора и верхняя часть герметичных каналов, расположенных в теле ротора, показана прозрачной, чтобы показать, как каналы расположены внутри ротора. Каналы (5) вращаются вместе с ротором (3) и вода набегает в каналы (5), то есть каналы (5) заполняются набегающим потоком воды, создающимся от вращения ротора (3) и вода движется относительно каналов (5) по спирали центростремительно в направлении, противоположном вращению ротора (3). Вся работа с жидкостью происходит в герметичном по длине и уменьшающемся по площади сечения от входа к выходу длинном канале. На выходах из каналов получают ускоренные струи воды, закрученные по спирали, которые улавливаются выходным спрямляющим аппаратом (4), который направляет их вдоль оси ротора.

В настоящих материалах заявки представлено предпочтительное раскрытие осуществления заявленного технического решения, которое не должно использоваться как ограничивающее иные, частные воплощения его реализации, которые не выходят за рамки испрашиваемого объема правовой охраны и являются очевидными для специалистов в соответствующей области техники.

Специалисту в данной области техники должно быть понятно, что различные вариации заявляемого способа и системы не изменяют сущность изобретения, а лишь определяют его конкретные воплощения и применения.

Источники

[1] Л.С. Котоусов, Исследование скорости водяных струй на выходе сопел с различной геометрией, Журнал технической физики, 2005, том 75, вып. 9, найдено в Интернет 29.08.2022 по ссылке https://journals.ioffe.ru/articles/viewPDF/8644

[2] Патент на изобретение AT 196680 B

Изобретение относится к способу формирования потока воды в водометном водном движителе. Для формирования потока воды в водометном водном движителе, в теле ротора движителя располагают каналы. Каждый канал полностью герметичен по всей его длине, имеет только входное и выходное открытые сечения. Площадь входного сечения канала больше площади выходного сечения канала, и каждый канал закручивается по спирали от периферии к центру ротора вокруг и вдоль оси ротора в направлении, противоположном вращению ротора, в котором вращают ротор движителя, расположенного в воде. При вращении ротора в каждом канале ротора вода движется центростремительно и ускоренно относительно канала. Потоки воды, полученные на выходе из каждого канала вращающегося ротора, улавливают и направляют вдоль оси ротора. Достигается обеспечение эффективности работы водометного водного движителя при упрощении его конструкции и снижении веса. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ формирования потока воды в водометном водном движителе, характеризующийся тем, что в теле ротора движителя расположены каналы, каждый канал полностью герметичен по всей его длине, имеет только входное и выходное открытые сечения, площадь входного сечения канала больше площади выходного сечения канала, и каждый канал закручивается по спирали от периферии к центру ротора вокруг и вдоль оси ротора в направлении, противоположном вращению ротора, в котором вращают ротор движителя, расположенного в воде, при этом при вращении ротора в каждом канале ротора вода движется центростремительно и ускоренно относительно канала, тем самым потоки воды, полученные на выходе из каждого канала вращающегося ротора улавливают и направляют вдоль оси ротора.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед ротором расположен входной направляющий аппарат.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что входной направляющий аппарат является неподвижным.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что улавливают потоки воды, полученные на выходе из каждого канала вращающегося ротора, и направляют вдоль оси ротора с помощью выходного спрямляющего аппарата, расположенного за ротором.