Изобретение относится к водному транспорту и может быть использовано для обеспечения движения наводных и подводных транспортных средств. Водяной реактивный двигатель находится под микропроцессорным управлением и содержит соосно горизонтально расположенные входное устройство, сопло, на одном валу установленные насос высокого давления, насос низкого давления и турбину. Водяной реактивный двигатель состоит из камеры высокого давления воды шарообразной формы. В верхней части камеры выполнен гофрированный расширительный элемент, соединенный с одной стороны вертикально расположенной трубой с насосом высокого давления, а в нижней части через электромагнитные клапаны с несколькими камерами сгорания, каждая из которых представляет собой сосуд яйцевидной формы, который имеет в верхней части на оси рядом расположенные два электрода электроразрядника и с некоторым смещением от оси через электромагнитный клапан трубчатое соединение с атмосферой, а выход в нижней части выполнен в виде вертикальной трубы с инжектором, внутренняя полость которого через односторонний клапан соединена с внешним контуром, плавно переходящей в горизонтальную и после одностороннего клапана соединенной с выходящим во внешнюю воду общим соплом. Внутри сопла установлены турбина и внешний контур. В верхней части каждой из камер сгорания рядом с двумя электродами электроразрядника выполнены два входа, перекрытые игольчатыми электромагнитными клапанами. Один из них имеет соединение с баллоном природного газа, а другой – с баллоном сжатого воздуха, контактирующего с атмосферой через компрессор. Достигается создание реактивной тяги в водной окружающей среде. 1 ил.
Изобретение относится к водному транспорту и может быть использовано для обеспечения движения наводных и подводных транспортных средств.
Известен водяной реактивный двигатель для водных транспортных систем, состоящий из соосно расположенных входного устройства, водяного насоса, камеры парообразования, турбины и сопла (Arthur Paul Pedrick. Improvements in flash boiling, steam jet reactive, marine propulsion systems. Патент Великобритании №1334497, заявка №32083/72, приоритет 8 июля 1972 г., опубликован 17 октября 1973 г.). В этом двигателе благодаря удлиненной сигарообразной форме камеры парообразования поступающая в нее от водяного насоса и перемещающаяся к соплу внешняя вода нагревается сжигаемым топливом. Форма топки, внутри которой расположена камера парообразования, и где сжигается топливо, количество топлива выбираются так, что нагреваемая вода достигает температуры кипения непосредственно около сопла. В результате взрывного характера момента парообразования образовавшийся пар и некоторая часть нагретой до кипения воды выбрасываются в сопло, создавая реактивную тягу. Недостатком этого двигателя являются его низкие технико-экономические характеристики.
Известен также водяной реактивный двигатель (выбран в качестве прототипа), находящийся под микропроцессорным управлением и содержащий соосно горизонтально расположенные входное устройство, сопло, на одном валу установленные насос высокого давления, насос низкого давления и турбину, имеет внутренний контур, состоящий из камеры высокого давления воды шарообразной формы, имеющей в верхней части гофрированный расширительный элемент, соединенный с одной стороны вертикально расположенной трубой с насосом высокого давления, а с другой через электромагнитные клапаны с несколькими камерами сгорания, каждая из которых представляет собой сосуд яйцевидной формы, имеющий в боковых стенках два электрода электроразрядника, в верхней части через электромагнитный клапан трубчатое соединение с внешней водой, а выход в нижней части выполнен в виде вертикальной трубы с инжектором, внутренняя полость которого через односторонний клапан соединена с внешним контуром, плавно переходящей в горизонтальную и после одностороннего клапана соединенной с выходящим во внешнюю воду общим соплом, внутри которого установлена турбина, а внешний контур охватывает горизонтальные части выходов камер парообразования и общее сопло (Климович А.В., Климович М.А., Климович С.А. Водяной реактивный двигатель. Патент РФ №2573066, заявка №2014124614, приоритет 17.06.2014, зарегистрирован 16.12.2015, опубликован 20.01.2016. Бюл. №2). В этом двигателе внешняя вода, нагнетаемая из внешнего контура насосом высокого давления в камеру предварительного нагрева, доводится до кипения установленным в нижней части последней магнетроном, излучающий элемент которого направлен на основной объем камеры. Далее разогретая вода через электромагнитные клапаны в некоторой последовательности, регулируемой микропроцессорной системой управления, поступает в камеры парообразования, где после электрического разряда между двумя электродами электроразрядника частично испаряется. Благодаря взрывному характеру испарения вода, расположенная в вертикальной трубе с инжектором, интенсивно выбрасывается через общее сопло во внешнюю воду, создавая реактивную тягу. Причем объем выбрасываемой воды существенно увеличивается благодаря инжектору, внутренняя полость которого через односторонний клапан соединена с внешним контуром. Расчетные технико-экономические показатели этого двигателя ожидаются ощутимо выше указанного ранее. Однако для работы этого двигателя требуется наличие на борту водного транспортного средства мощного источника электрической энергии, например ядерного реактора. На судах малого водоизмещения мощные источники электрической энергии обычно отсутствуют.
Изобретение направлено на создание водяного реактивного двигателя, который можно использовать на водных транспортных средствах, как имеющих, так и не имеющих мощный источник электрической энергии.
Указанная цель достигается тем, что в водяном реактивном двигателе, находящемся под микропроцессорным управлением и содержащем соосно горизонтально расположенные входное устройство, сопло, на одном валу установленные насос высокого давления, насос низкого давления и турбину, имеющем внутренний контур, состоящий из камеры высокого давления воды шарообразной формы, в верхней части которой выполнен гофрированный расширительный элемент, соединенной с одной стороны вертикально расположенной трубой с насосом высокого давления, а в нижней части через электромагнитные клапаны с несколькими камерами сгорания, каждая из которых представляет собой сосуд яйцевидной формы, имеющий в верхней части на оси рядом расположенные два электрода электроразрядника и с некоторым смещением от оси через электромагнитный клапан трубчатое соединение с атмосферой, а выход в нижней части выполнен в виде вертикальной трубы с инжектором, внутренняя полость которого через односторонний клапан соединена с внешним контуром, плавно переходящей в горизонтальную и после одностороннего клапана соединенную с выходящим во внешнюю воду общим соплом, внутри которого установлена турбина, и внешний контур, охватывающий горизонтальные части выходов камер сгорания и общее сопло, в верхней части каждой из камер сгорания рядом с двумя электродами электроразрядника выполнены два входа, перекрытые игольчатыми электромагнитными клапанами. Один из них имеет соединение с баллоном природного газа, а другой – с баллоном сжатого воздуха, контактирующего с атмосферой через компрессор.
На чертеже изображена принципиальная схема водяного реактивного двигателя. Он находится под микропроцессорным управлением и содержит соосно горизонтально расположенные входное устройство 1, сопло 2, на одном валу установленные насос высокого давления 3, насос низкого давления 4 и турбину 5. Внутренний контур двигателя состоит из камеры высокого давления воды 6 шарообразной формы, в верхней части которой выполнен гофрированный расширительный элемент 7. Эта камера соединена с одной стороны вертикально расположенной трубой 8 с насосом высокого давления, а с другой через электромагнитные клапаны 9 с несколькими камерами сгорания 10. Каждая из камер сгорания представляет собой сосуд яйцевидной формы, имеющий в верхней части на оси рядом расположенные два электрода электроразрядника 11 и с некоторым смещением от оси через электромагнитный клапан 12 трубчатое соединение с атмосферой 13. Выход в нижней части камеры сгорания выполнен в виде вертикальной трубы с инжектором 14, внутренняя полость которого через односторонний клапан 15 соединена с внешним контуром. Указанная вертикальная труба плавно переходит в горизонтальную и после одностороннего клапана 16 соединяется с выходящим во внешнюю воду общим соплом, внутри которого установлена турбина 5. Внешний контур охватывает горизонтальные части выходов камер парообразования и общее сопло. В верхней части каждой из камер сгорания рядом с двумя электродами электроразрядника выполнены два входа, перекрытые игольчатыми электромагнитными клапанами 17. Один из них имеет соединение с баллоном природного газа 18, а другой – с баллоном сжатого воздуха 19, контактирующего с атмосферой через компрессор 20.
Работает конструкция следующим образом. Непосредственно перед запуском водяного реактивного двигателя должно быть установлено требуемое давление сжатого воздуха в баллоне 19 соответствующим включением компрессора 20. В дальнейшем это давление постоянно поддерживается микропроцессорным управлением (МСУ). Кроме того, вращением оси, на которой установлен насос высокого давления 3, вручную (или при помощи стартера) должна быть полностью заполнена внешней водой камера высокого давления воды 6.
Далее осуществляется запуск водяного реактивного двигателя. Для этого при открытых электромагнитных клапанах 9 и 12 первой камеры сгорания выполняется ее заполнение внешней водой из камеры высокого давления 6. Благодаря некоторому смещению от оси камеры сгорания электромагнитного клапана 12 и трубчатого соединения с атмосферой 13 в верхней части камеры будет оставаться воздушное пространство. Заполнение водой камеры сгорания выполняется до тех пор, пока вода не появится в нижней части трубчатого соединения с атмосферой 13. После этого электромагнитные клапаны 9 и 12 закрываются, открываются игольчатые электромагнитные клапаны 17, через которые в камеру сгорания из соответствующих баллонов 18 и 19 поступают природный газ и воздух. Время открытия игольчатых электромагнитных клапанов МСУ выбирает так, чтобы в камере сгорания образовалась смесь природного газа с воздухом, содержащая примерно от 5-6% (минимальный тяговый режим) до 14-15% газа. Воспламенение такой смеси воздуха и газа имеет характер взрыва. Поэтому после электрического разряда между двумя электродами электроразрядника 11 вода, расположенная в вертикальной трубе с инжектором 14, интенсивно выбрасывается через общее сопло во внешнюю воду, создавая реактивную тягу. Причем объем выбрасываемой воды существенно увеличивается благодаря инжектору, внутренняя полость которого через односторонний клапан 15 соединена с внешним контуром. Некоторая часть кинетической энергии, выбрасываемой через сопло 2 воды, приводит во вращение установленные на одном валу насос высокого давления 3, насос низкого давления 4 благодаря установленной внутри сопла турбине 5. Технические характеристики насосов выбираются так, чтобы водяное давление воды во внутреннем контуре поддерживалось в несколько раз больше, чем во внешнем. Большее давление в камере высокого давления воды 6 поддерживается благодаря гофрированному расширительному элементу 7, выполненному в верхней части камеры.
МСУ определяет время открытия игольчатых электромагнитных клапанов так, чтобы объем смеси природного газа с воздухом в камере сгорания был таковым, чтобы после ее воспламенения объем образовавшихся продуктов сгорания был достаточным для выбрасывания всей воды (или необходимой ее части в зависимости от требуемой скорости движения транспортного средства), заполняющей вертикальную трубу с инжектором, в горизонтальную часть последней. Когда энергия, выделившаяся при сгорании смеси природного газа с воздухом, будет полностью израсходована, движение воды прекратится, давление в выходной трубе существенно упадет. В этот момент должны вновь открыться электромагнитные клапаны 9 и 12 первой камеры сгорания, вновь начнется ее заполнение внешней водой из камеры высокого давления 6.
С некоторым смещением во времени абсолютно аналогично подготавливаются к срабатыванию вторая, третья и последующие камеры сгорания. Общее их количество выбирается таким образом, чтобы описанный выше процесс происходил последовательно в каждой из них, образуя в общем сопле постоянный несколько пульсирующий по интенсивности поток выбрасываемой воды. Сила тяги водяного реактивного двигателя, а следовательно и скорость движения водного транспортного средства, регулируется МСУ общим объемом горючей смеси в камерах сгорания и процентным содержанием в ней природного газа.
Водяной реактивный двигатель, находящийся под микропроцессорным управлением и содержащий соосно горизонтально расположенные входное устройство, сопло, на одном валу установленные насос высокого давления, насос низкого давления и турбину, имеющий внутренний контур, состоящий из камеры высокого давления воды шарообразной формы, в верхней части которой выполнен гофрированный расширительный элемент, соединенный с одной стороны вертикально расположенной трубой с насосом высокого давления, а в нижней части через электромагнитные клапаны с несколькими камерами сгорания, каждая из которых представляет собой сосуд яйцевидной формы, имеющий в верхней части на оси рядом расположенные два электрода электроразрядника и с некоторым смещением от оси через электромагнитный клапан трубчатое соединение с атмосферой, а выход в нижней части выполнен в виде вертикальной трубы с инжектором, внутренняя полость которого через односторонний клапан соединена с внешним контуром, плавно переходящей в горизонтальную и после одностороннего клапана соединенной с выходящим во внешнюю воду общим соплом, внутри которого установлены турбина и внешний контур, охватывающий горизонтальные части выходов камер сгорания и общее сопло, отличающийся тем, что в верхней части каждой из камер сгорания рядом с двумя электродами электроразрядника выполнены два входа, перекрытые игольчатыми электромагнитными клапанами, причем один из них имеет соединение с баллоном природного газа, а другой – с баллоном сжатого воздуха, контактирующего с атмосферой через компрессор.
www.findpatent.ru
Изобретение относится к водному транспорту и может быть использовано для обеспечения движения наводных и подводных транспортных средств.
Известен турбореактивный двигатель, состоящий из соосно расположенных входного устройства, компрессора, камеры сгорания, турбины и сопла (Обуховский А.Д., Телкова Ю.В. Теория авиационных двигателей. Учебное пособие. Новосибирский гос. техн. ун-т, 2012. С. 11-12). В этом двигателе для создания силы тяги используется энергия сгораемого в захваченном из окружающей среды и сжатом компрессором воздухе жидкого топлива. По этой причине он используется в основном в авиации и редко на надподных транспортных средствах. Для подводных транспортных средств этот двигатель использовать затруднительно.
Известен также турбореактивный двухконтурный двигатель (выбран в качестве прототипа), состоящий из соосно расположенных входного устройства, компрессоров низкого и высокого давлений, камеры сгорания, турбин высокого и низкого давлений и сопла (Обуховский А.Д., Телкова Ю.В. Теория авиационных двигателей. Учебное пособие. Новосибирский гос. техн. ун-т, 2012. С. 15-16). В этом двигателе благодаря внешнему контуру с низким давлением захваченного из окружающей среды воздуха, охватывающему камеру сгорания и сопло выброса продуктов сгорания и осуществляющему интенсивное охлаждению основных деталей двигателя, улучшаются условия их работы и повышается коэффициент полезного действия за счет более полного использования энергии сгорания топлива. Турбореактивный двухконтурный двигатель также ориентирован на работу в воздушной среде, использование в подводных транспортных средствах требует дополнительных технических решений.
Изобретение направлено на создание реактивного двигателя, работающего в водной окружающей среде при повышенных технико-экономических показателях.
Указанная цель достигается тем, что водяной реактивный двигатель, содержащий соосно горизонтально расположенные входное устройство, сопло, на одном валу установленные насос высокого давления, насос низкого давления и турбину, имеет внутренний контур, состоящий из камеры предварительного нагрева воды шарообразной формы, оснащенной в верхней части гофрированным расширительным элементом, а в нижней части магнетроном, установленным так, что его излучающий элемент направлен на основной объем камеры. Эта камера соединена с одной стороны вертикально расположенной трубой с насосом высокого давления, а с другой через электромагнитные клапаны с несколькими камерами парообразования. Каждая из камер парообразования представляет собой сосуд яйцевидной формы, имеющий в боковых стенках симметрично расположенные два электрода электроразрядника, в верхней части через электромагнитный клапан трубчатое соединение с внешней водой. Выход в нижней части камеры выполнен в виде вертикальной трубы с инжектором, внутренняя полость которого через односторонной клапан соединена с внешним контуром. Указанная вертикальная труба плавно переходит в горизонтальную и после одностороннего клапана соединяется с выходящим во внешнюю воду общим соплом, внутри которого установлена турбина. Внешний контур охватывает горизонтальные части выходов камер парообразования и общее сопло. Упомянутые выше магнетрон, электромагнитные клапаны и электроды разрядников подключены к бортовому источнику электроэнергии (БИЭ), управляемому микропроцессорной системой управления (МСУ), а камера предварительного нагрева воды, внешний контур и камеры парообразования оборудованы соответствующими датчиками давления и температуры.
На чертеже изображена принципиальная схема водяного реактивного двигателя. Он состоит из соосно горизонтально расположенных входного устройства 1, сопла 2, на одном валу установленных насоса высокого давления 3, насоса низкого давления 4 и турбины 5. Внутренний контур двигателя состоит из камеры предварительного нагрева воды 6 шарообразной формы, оснащенной в верхней части гофрированным расширительным элементом 7, а в нижней части магнетроном 8, установленным так, что его излучающий элемент направлен на основной объем камеры. Эта камера соединена с одной стороны вертирально расположенной трубой 9 с насосом высокого давления, а с другой через электромагнитные клапаны 10 с несколькими камерами парообразования 11. Каждая из камер парообразования представляет собой сосуд яйцевидной формы, имеющий в боковых стенках симметрично расположенные два электрода электроразрядника 12, в верхней части через электромагнитный клапан 13 трубчатое соединение с внешней водой 14. Выход в нижней части камеры выполнен в виде вертикальной трубы с инжектором 15, внутренняя полость которого через односторонний клапан 16 соединена с внешним контуром. Указанная вертикальная труба плавно переходит в горизонтальную и после одностороннего клапана 17 соединяется с выходящим во внешнюю воду общим соплом, внутри которого установлена турбина 5. Внешний контур охватывает горизонтальные части выходов камер парообразования и общее сопло. Упомянутые выше магнетрон, электромагнитные клапаны и электроды разрядников подключены к БИЭ 18, управляемому МСУ 19, а камера предварительного нагрева воды, внешний контур и камеры парообразования оборудованы соответствующими датчиками давления и температуры.
Работает конструкция следующим образом. Внешняя вода через входное устройство 1 поступает в двигатель. Некоторая часть кинетической энергии выбрасываемой через сопло 2 воды приводит во вращение установленные на одном валу насос высокого давления 3, насос низкого давления 4 благодаря установленной внутри сопла турбине 5. Технические характеристики насосов выбираются так, чтобы водяное давление воды во внутреннем контуре поддерживалось в несколько раз большее, чем во внешнем. Большее давление в камере предварительного нагрева воды 6 поддерживается благодаря гофрированному расширительному элементу 7, выполненному в верхней части камеры. В нижней части последней установлен магнетрон 8 так, что его излучающий элемент направлен на основной объем камеры. Мощность и время включения магнетрона выбираются так, чтобы при заданном давлении воды в камере предварительного нагрева ее температура додерживалась на уровне примерно на 1-2 градуса ниже температуры кипения. Вода в камеру поступает от насоса высокого давления по вертикально расположенной трубе 9, а через один из электромагнитных клапанов 10 при открытом состоянии последнего может направляться в заданный момент времени в одну из нескольких камер парообразования 11. При заполнении последней горячей водой на симметрично расположенные в боковых стенках два электрода электроразрядника 12 подается высокое напряжение. В этот момент входной электромагнитный клапан 10 и установленный в верхней части камеры парообразования электромагнитный клапан 13, обеспечивающий трубчатое соединение последней с внешней водой 14, должны находиться в закрытом состоянии. В результате подачи высокого напряжения между электродами возникает сначала искровой, а затем дуговой электрический разряд. Мощность источника выбирается так, чтобы образовавшийся в результате кипения воды пар через выход в нижней части камеры парообразования выбрасывал всю воду (или необходимую ее часть в зависимости от требуемой скорости движения транспортного средства), заполняющую вертикальную трубу с инжектором 15, в горизонтальную часть последней. Внутренняя полость инжектора имеет соединение с внешним контуром через односторонний клапан 16. Благодаря более высокому давлению воды во внутреннем контуре непосредственно перед электрическим разрядом и некоторый период времени после него указанный односторонний клапан будет закрыт. Но скорость движения воды по вертикальной трубе с инжектором будет интенсивно возрастать, а давление во внутренней полости инжектора при этом снижаться. В результате при некоторой скорости движения воды (и пара) односторонний клапан откроется и через него начнет поступать холодная вода из внешнего контура, частично заполняя вертикальную трубу с инжектором. Выбрасываемая паром вода из последней через открытый односторонний клапан 17 в горизонтальной ее части попадет в общее сопло, а далее во внешнюю воду, создавая реактивную тягу. При этом благодаря высокому давлению воды в общем сопле аналогичные односторонние клапаны в горизонтальных частях выходных труб других камер парообразования будут закрыты. Некоторая часть кинетической энергии выбрасываемой воды, как уже указывалось выше, будет расходоваться на вращение турбины, установленной в общем сопле.
Когда энергия пара будет полностью израсходована, движение воды прекратится, давление в выходной трубе существенно упадет. В этот момент должен быть открыт электромагнитный клапан 13, обеспечивающий трубчатое соединение с внешней водой. Благодаря повышенному давлению во внешнем контуре в сравнении с внешней водой через открытый односторонний клапан 16 во внутренней полости инжектора вертикальная труба начнет заполняться водой. Когда ее уровень достигнет нижнего выхода камеры парообразования, открывается входной электромагнитный клапан 10, через который из камеры предварительного нагрева горячая вода быстро заполнит камеру парообразования. Далее цикл повторится. Так как время интенсивного выброса воды из камеры парообразования существенно меньше времени заполнения ее водой, в двигателе предусмотрено несколько камер парообразования. Их количество выбирается так, чтобы описанный выше процесс происходил последовательно в каждой из них, образуя в общем сопле постоянный несколько пульсирующий по интенсивности поток выбрасываемой воды. Внешний контур охватывает горизонтальные части выходов камер парообразования и общее сопло, частично поглощая тепловую энергию выбрасываемой через сопло воды. Вода из внешнего контура также выбрасывается во внешнюю воду, несколько увеличивая силу тяги.
Упомянутые выше магнетрон, электромагнитные клапаны и электроды разрядников подключены к БИЭ 18, управляемому МСУ 19, а камера предварительного нагрева воды, внешний контур и камеры парообразования оборудованы соответствующими датчиками давления и температуры. Алгоритм управления предусматривает своевременное включение и отключение электроприборов, а также регулирование скорости движения водного транспортного средства, соответствующим образом изменяя длительность электрического разряда в камерах парообразования и время между ними в соседних камерах.
Запускается предлагаемый водяной реактивный двигатель следующим образом. В стоячем судне при открытых электромагнитных клапанах 10 и 13 внутренний и внешний контуры двигателя заполняются внешней водой как сообщающиеся сосуды. МСУ в заданной последовательности подает управляющие сигналы на электрические разряды в камерах парообразования. Как известно, электрический разряд в холодной воде всегда вызывает образование пара. Конечно, в холодной воде объем, занимаемый паром, будет существенно меньше, чем в случае, если вода разогрета до кипения. Но этот пар все же создаст реактивную струю из сопла. При трогании судна его сопротивление движению наименьшее, оно начнет двигаться. Вода в камере предварительного нагрева воды нагреется до кипения, а двигатель выйдет на нормальный режим работы.
edrid.ru
Изобретение относится к водному транспорту и может быть использовано для обеспечения движения наводных и подводных транспортных средств. Водяной реактивный двигатель содержит входное устройство 1, сопло 2, на одном валу установленные насосы 3 и 4 высокого и низкого давления и турбину 5. Внутренний контур состоит из камеры предварительного нагрева воды 6 с расширительным элементом 7 в верхней части, а в нижней части магнетроном 8, установленным так, что его излучающий элемент направлен на основной объем камеры, соединенной с одной стороны вертикально расположенной трубой 9 с насосом 3, а с другой через электромагнитные клапаны 10 с несколькими камерами парообразования 11. Каждая из камер 11 имеет два электрода электроразрядника 12, а в верхней части через электромагнитный клапан 13 трубчатое соединение с внешней водой 14. Выход в нижней части выполнен в виде вертикальной трубы с инжектором 15, внутренняя полость которого через клапан 16 соединена с внешним контуром, плавно переходящей в горизонтальную и после клапана 17 соединенной с выходящим во внешнюю воду общим соплом 2, внутри которого установлена турбина 5. Внешний контур охватывает горизонтальные части выходов камер 11 и общее сопло 2. Изобретение направлено на создание реактивной тяги в водной окружающей среде. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к водному транспорту и может быть использовано для обеспечения движения наводных и подводных транспортных средств.
Известен турбореактивный двигатель, состоящий из соосно расположенных входного устройства, компрессора, камеры сгорания, турбины и сопла (Обуховский А.Д., Телкова Ю.В. Теория авиационных двигателей. Учебное пособие. Новосибирский гос. техн. ун-т, 2012. С. 11-12). В этом двигателе для создания силы тяги используется энергия сгораемого в захваченном из окружающей среды и сжатом компрессором воздухе жидкого топлива. По этой причине он используется в основном в авиации и редко на надподных транспортных средствах. Для подводных транспортных средств этот двигатель использовать затруднительно.
Известен также турбореактивный двухконтурный двигатель (выбран в качестве прототипа), состоящий из соосно расположенных входного устройства, компрессоров низкого и высокого давлений, камеры сгорания, турбин высокого и низкого давлений и сопла (Обуховский А.Д., Телкова Ю.В. Теория авиационных двигателей. Учебное пособие. Новосибирский гос. техн. ун-т, 2012. С. 15-16). В этом двигателе благодаря внешнему контуру с низким давлением захваченного из окружающей среды воздуха, охватывающему камеру сгорания и сопло выброса продуктов сгорания и осуществляющему интенсивное охлаждению основных деталей двигателя, улучшаются условия их работы и повышается коэффициент полезного действия за счет более полного использования энергии сгорания топлива. Турбореактивный двухконтурный двигатель также ориентирован на работу в воздушной среде, использование в подводных транспортных средствах требует дополнительных технических решений.
Изобретение направлено на создание реактивного двигателя, работающего в водной окружающей среде при повышенных технико-экономических показателях.
Указанная цель достигается тем, что водяной реактивный двигатель, содержащий соосно горизонтально расположенные входное устройство, сопло, на одном валу установленные насос высокого давления, насос низкого давления и турбину, имеет внутренний контур, состоящий из камеры предварительного нагрева воды шарообразной формы, оснащенной в верхней части гофрированным расширительным элементом, а в нижней части магнетроном, установленным так, что его излучающий элемент направлен на основной объем камеры. Эта камера соединена с одной стороны вертикально расположенной трубой с насосом высокого давления, а с другой через электромагнитные клапаны с несколькими камерами парообразования. Каждая из камер парообразования представляет собой сосуд яйцевидной формы, имеющий в боковых стенках симметрично расположенные два электрода электроразрядника, в верхней части через электромагнитный клапан трубчатое соединение с внешней водой. Выход в нижней части камеры выполнен в виде вертикальной трубы с инжектором, внутренняя полость которого через односторонной клапан соединена с внешним контуром. Указанная вертикальная труба плавно переходит в горизонтальную и после одностороннего клапана соединяется с выходящим во внешнюю воду общим соплом, внутри которого установлена турбина. Внешний контур охватывает горизонтальные части выходов камер парообразования и общее сопло. Упомянутые выше магнетрон, электромагнитные клапаны и электроды разрядников подключены к бортовому источнику электроэнергии (БИЭ), управляемому микропроцессорной системой управления (МСУ), а камера предварительного нагрева воды, внешний контур и камеры парообразования оборудованы соответствующими датчиками давления и температуры.
На чертеже изображена принципиальная схема водяного реактивного двигателя. Он состоит из соосно горизонтально расположенных входного устройства 1, сопла 2, на одном валу установленных насоса высокого давления 3, насоса низкого давления 4 и турбины 5. Внутренний контур двигателя состоит из камеры предварительного нагрева воды 6 шарообразной формы, оснащенной в верхней части гофрированным расширительным элементом 7, а в нижней части магнетроном 8, установленным так, что его излучающий элемент направлен на основной объем камеры. Эта камера соединена с одной стороны вертирально расположенной трубой 9 с насосом высокого давления, а с другой через электромагнитные клапаны 10 с несколькими камерами парообразования 11. Каждая из камер парообразования представляет собой сосуд яйцевидной формы, имеющий в боковых стенках симметрично расположенные два электрода электроразрядника 12, в верхней части через электромагнитный клапан 13 трубчатое соединение с внешней водой 14. Выход в нижней части камеры выполнен в виде вертикальной трубы с инжектором 15, внутренняя полость которого через односторонний клапан 16 соединена с внешним контуром. Указанная вертикальная труба плавно переходит в горизонтальную и после одностороннего клапана 17 соединяется с выходящим во внешнюю воду общим соплом, внутри которого установлена турбина 5. Внешний контур охватывает горизонтальные части выходов камер парообразования и общее сопло. Упомянутые выше магнетрон, электромагнитные клапаны и электроды разрядников подключены к БИЭ 18, управляемому МСУ 19, а камера предварительного нагрева воды, внешний контур и камеры парообразования оборудованы соответствующими датчиками давления и температуры.
Работает конструкция следующим образом. Внешняя вода через входное устройство 1 поступает в двигатель. Некоторая часть кинетической энергии выбрасываемой через сопло 2 воды приводит во вращение установленные на одном валу насос высокого давления 3, насос низкого давления 4 благодаря установленной внутри сопла турбине 5. Технические характеристики насосов выбираются так, чтобы водяное давление воды во внутреннем контуре поддерживалось в несколько раз большее, чем во внешнем. Большее давление в камере предварительного нагрева воды 6 поддерживается благодаря гофрированному расширительному элементу 7, выполненному в верхней части камеры. В нижней части последней установлен магнетрон 8 так, что его излучающий элемент направлен на основной объем камеры. Мощность и время включения магнетрона выбираются так, чтобы при заданном давлении воды в камере предварительного нагрева ее температура додерживалась на уровне примерно на 1-2 градуса ниже температуры кипения. Вода в камеру поступает от насоса высокого давления по вертикально расположенной трубе 9, а через один из электромагнитных клапанов 10 при открытом состоянии последнего может направляться в заданный момент времени в одну из нескольких камер парообразования 11. При заполнении последней горячей водой на симметрично расположенные в боковых стенках два электрода электроразрядника 12 подается высокое напряжение. В этот момент входной электромагнитный клапан 10 и установленный в верхней части камеры парообразования электромагнитный клапан 13, обеспечивающий трубчатое соединение последней с внешней водой 14, должны находиться в закрытом состоянии. В результате подачи высокого напряжения между электродами возникает сначала искровой, а затем дуговой электрический разряд. Мощность источника выбирается так, чтобы образовавшийся в результате кипения воды пар через выход в нижней части камеры парообразования выбрасывал всю воду (или необходимую ее часть в зависимости от требуемой скорости движения транспортного средства), заполняющую вертикальную трубу с инжектором 15, в горизонтальную часть последней. Внутренняя полость инжектора имеет соединение с внешним контуром через односторонний клапан 16. Благодаря более высокому давлению воды во внутреннем контуре непосредственно перед электрическим разрядом и некоторый период времени после него указанный односторонний клапан будет закрыт. Но скорость движения воды по вертикальной трубе с инжектором будет интенсивно возрастать, а давление во внутренней полости инжектора при этом снижаться. В результате при некоторой скорости движения воды (и пара) односторонний клапан откроется и через него начнет поступать холодная вода из внешнего контура, частично заполняя вертикальную трубу с инжектором. Выбрасываемая паром вода из последней через открытый односторонний клапан 17 в горизонтальной ее части попадет в общее сопло, а далее во внешнюю воду, создавая реактивную тягу. При этом благодаря высокому давлению воды в общем сопле аналогичные односторонние клапаны в горизонтальных частях выходных труб других камер парообразования будут закрыты. Некоторая часть кинетической энергии выбрасываемой воды, как уже указывалось выше, будет расходоваться на вращение турбины, установленной в общем сопле.
Когда энергия пара будет полностью израсходована, движение воды прекратится, давление в выходной трубе существенно упадет. В этот момент должен быть открыт электромагнитный клапан 13, обеспечивающий трубчатое соединение с внешней водой. Благодаря повышенному давлению во внешнем контуре в сравнении с внешней водой через открытый односторонний клапан 16 во внутренней полости инжектора вертикальная труба начнет заполняться водой. Когда ее уровень достигнет нижнего выхода камеры парообразования, открывается входной электромагнитный клапан 10, через который из камеры предварительного нагрева горячая вода быстро заполнит камеру парообразования. Далее цикл повторится. Так как время интенсивного выброса воды из камеры парообразования существенно меньше времени заполнения ее водой, в двигателе предусмотрено несколько камер парообразования. Их количество выбирается так, чтобы описанный выше процесс происходил последовательно в каждой из них, образуя в общем сопле постоянный несколько пульсирующий по интенсивности поток выбрасываемой воды. Внешний контур охватывает горизонтальные части выходов камер парообразования и общее сопло, частично поглощая тепловую энергию выбрасываемой через сопло воды. Вода из внешнего контура также выбрасывается во внешнюю воду, несколько увеличивая силу тяги.
Упомянутые выше магнетрон, электромагнитные клапаны и электроды разрядников подключены к БИЭ 18, управляемому МСУ 19, а камера предварительного нагрева воды, внешний контур и камеры парообразования оборудованы соответствующими датчиками давления и температуры. Алгоритм управления предусматривает своевременное включение и отключение электроприборов, а также регулирование скорости движения водного транспортного средства, соответствующим образом изменяя длительность электрического разряда в камерах парообразования и время между ними в соседних камерах.
Запускается предлагаемый водяной реактивный двигатель следующим образом. В стоячем судне при открытых электромагнитных клапанах 10 и 13 внутренний и внешний контуры двигателя заполняются внешней водой как сообщающиеся сосуды. МСУ в заданной последовательности подает управляющие сигналы на электрические разряды в камерах парообразования. Как известно, электрический разряд в холодной воде всегда вызывает образование пара. Конечно, в холодной воде объем, занимаемый паром, будет существенно меньше, чем в случае, если вода разогрета до кипения. Но этот пар все же создаст реактивную струю из сопла. При трогании судна его сопротивление движению наименьшее, оно начнет двигаться. Вода в камере предварительного нагрева воды нагреется до кипения, а двигатель выйдет на нормальный режим работы.
bankpatentov.ru
Использование: машиностроение. Сущность изобретения: двигатель состоит из кожуха 12 с размещенной внутри его в подшипниках вращающей части, состоящей из корпуса компрессора 10, жестко соединенного с камерой сгорания 2, с закрепленным на ее задней стенке ротором 3 радиально-осевой турбины. Реактивное сопло 5 с полостью 23 и водяным коллектором 4 жестко соединены с кожухом 12 и представляют парогенератор. Вращение радиально-осевой турбины происходит вследствие реакции высокоскоростных струй пара, вырывающихся из сопел Лаваля 16 и 21. 2 з. п. ф-лы, 11 ил.
Изобретение относится к области машиностроения, а именно к реактивным двигателям и может быть использовано на морском и воздушном транспорте.
Известен комбинированный двигатель "Зульцер" [1] Недостатком данного двигателя является наличие двух турбин, газовой и паровой, снабженных лопатками, работающими в тяжелых высокотемпературных условиях, а также большая масса и габариты. Известен также турбореактивный двигатель с осевым компрессором "Алиссон" и "Вайпер" [2] выбранные автором в качестве прототипа, состоящие из компрессора, камеры сгорания, турбины, соплового аппарата и реактивного сопла. Причем компрессор и газовая турбина находятся на одном валу. Недостатком этих двигателей является: дороговизна изготовления лопаток и их монтаж на роторе. Из-за того, что газ обязательно должен омывать лопатки, КПД газовых турбин вдвое меньше того, что можно получить на современных топливах. В камере сгорания газовой турбины температура 2500oC, а лопатки выдерживают только 1000oC, приходится охлаждать их добавкой свежего воздуха, которого надо в 3 4 раза больше, чем необходимо для сгорания. Увеличивается мощность компрессора, подающего воздух в камеры сгорания, уменьшается полезная работа, утяжеляется конструкция, снижается КПД. Прогресс в области газотурбостроения упирается в "лопаточный барьер". Сущность изобретения заключается в том, что ротор осевого компрессора с закрепленными на нем направляющими лопатками и лопатками спрямляющего аппарата, обтекаемый водяной коллектор, размещенный внутри реактивного сопла, реактивное сопло, жестко соединены с кожухом двигателя в один узел, а корпус осевого компрессора с закрепленными в нем рабочими лопатками и камера сгорания, на задней торцовой стенке которой выполнена водяная рубашка, на которой вырабатывается в парогенераторе, независимо от положения двигателя в пространстве, состоящем из обтекаемого водяного коллектора с размещенным в нем пароводяным коллектором и внутренней полости реактивного сопла, разделенной на три объема: водяной, пароводяной и кольцевой сухопарник. Пароводяной коллектор сообщен с пароводяным объемом реактивного сопла, сообщается с помощью пустотелых обтекаемых стоек. Вода в водяном коллекторе и в водяном объеме реактивного сопла нагревается до высокой температуры, но не кипит, так как находится под высоким давлением. При этой температуре вода подается в пароводяной коллектор и пароводяной объем реактивного сопла, где давление меньше, превращаясь в пар, пройдя кольцевой сухопарник, совершает работу. Турбина содержит цилиндрический ротор, закрепленный на водяной рубашке, выполненной на задней торцевой стенке камеры сгорания, и сопла Лаваля. Сопла преобразуют насыщенный пар высокого давления, в высокоскоростные струи пара, и подаваемые наклонно на углубления, выполненные на внутренней поверхности кольца, закрепленного на внутренней поверхности ротора. Из струй пара на внутренней поверхности ротора формируется плоский поток с обеих сторон от кольца, сдвигающее усилие которого преобразуется в силу вращения ротора. Сопла, установленные на внешней поверхности ротора преобразуют поток в высокоскоростные струи пара, направление движения которых противоположно направлению вращения ротора. Для существенного снижения температуры стенок, сохранения прочности и долговечности камеры сгорания, в водную рубашку на задней стенке камеры сгорания и в камеру сгорания по питательному трубопроводу подается вода в сторону вращения камеры сгорания, в нее также подается вода. При работе двигателя, в результате вращения всего узла, жестко связанного с камерой сгорания, вода под действием центробежной силы, равномерно распределяется по наружным стенкам камеры сгорания, образуя защитный слой, препятствующий повышению температуры стенок камеры сгорания и реактивного сопла до предельных значений. Температура, при сгорании топлива в камере сгорания, достигает 2500 oC. С зеркала воды происходит активный срыв частиц воды высоким, скоростным напором раскаленного газа. Под действием высокой температуры факела топлива частицы воды почти взрывообразно превращаются в пар. Таким образом, не смотря на некоторую потерю температуры в камере сгорания, частицы воды, преобразующейся в пар создают давление, в камере сгорания большее, чем при сгорании топлива в сухой камере, а это позволяет не увеличивая мощности компрессора резко поднять КПД двигателя. Парогазовая смесь, с большой скоростью проходя (огневой объем парогенератора), состоящий из невращающегося реактивного сопла, нагревает стенки сопла и обтекаемый водяной коллектор, сообщенные пустотелыми обтекаемыми стойками. Под действием высокой температуры, независимо от положения двигателя в пространстве, пар вырабатываемый в парогенераторе, проходя кольцевой сухопарник подается к соплам "Лаваля". Паровое пространство в пароводяном коллекторе и пароводяном объеме регулируется с помощью подачи нагретой воды через редукционный клапан. Постоянный объем воды в камере сгорания, пароводяном коллекторе, водяной рубашке и внутренней полости реактивного сопла поддерживается средствами питания двигателя водой. Таким образом, все поверхности камеры сгорания находятся постоянно под защитным слоем воды, без прямого воздействия на них раскаленных газов. Реактивное сопло и пароводяной коллектор также находятся в более легких условиях, чем при работе сухого двигателя. Находящаяся внутри реактивного сопла и водяного коллектора вода, также не дает нагреваться оболочке реактивного сопла и водяного коллектора до предельных температур. Кроме того, при работе двигателя в режиме высоконапорного парогенератора в комплексе с реактивным движителем, см. заявку "Реактивный движитель", поданную мной в НИИ ГПЭ 4.11.93 г. вода в камеру сгорания может подаваться и через распылители в пустотелых лопатках спрямляющего аппарата. При этом вода под воздействием высокой температуры будет превращаться в пар, повышая паропроизводительность. В результате описанных решений, получаем возможность резко снизить расход дорогостоящего топлива, заполняя часть баков водой, повысить моторесурс реактивных двигателей в результате работы конструкции в условиях более низких температур, повысить коэффициент полезного действия. На чертежах представлены: на фиг. 1 парогазовый реактивный двигатель, разрез по оси, на фиг. 2 невращающийся узел двигателя, на фиг. 3 - вращающийся узел двигателя, на фиг. 4 радиально-осевая турбина, вид с торца, на фиг. 5 радиально-осевая турбина, вид с боку, на фиг. 6 кольцевой отражатель, вид с торца, на фиг. 7 передняя часть камеры сгорания и корпуса компрессора, на фиг. 8 передняя часть камеры сгорания, вид изнутри, на фиг. 9 передняя часть пароводяного коллектора и реактивного сопла, на фиг. 10 - реактивное сопло и пароводяной коллектор, вид сбоку, на фиг. 11 реактивное сопло и пароводяной коллектор, разрез по А-А. Парогазовый реактивный двигатель состоит из осевого компрессора 1, камеры сгорания 2, радиально-осевой турбины 3, водяного коллектора 4, реактивного сопла 5, центрального отверстия 6. Осевой компрессор 1 состоит из невращающегося ротора 7 с закрепленными на нем направляющими лопатками 8 и лопатками спрямляющего аппарата 9. Корпус компрессора 10 жестко соединен с камерой сгорания 2 в один узел. На задней торцевой стенке камеры сгорания 2 закреплена водяная рубашка 11, на которой закреплена радиально-осевая турбина 3. Узел, состоящий из корпуса компрессора 10, камеры сгорания 2, турбины 3, водяных рубашек 11, размещен в кожухе 12 с возможностью вращения вокруг центральной оси в подшипниках 13. Ротор 7 с установленными на его задней части электросвечами 14 и форсунками 15, реактивное сопло 5 с размещенным водяным коллектором 4 жестко соединены с кожухом 12 в один невращающийся узел. Водяной коллектор 4 закреплен внутри реактивного сопла 5. На переднем торце (парогенератора) внутренней полости сопла 5 размещены сопла "Лаваля" 16, свободно входящие через кольцевую щель 17 в цилиндрический ротор 18, радиально-осевой турбины 3 и направлены в сторону вращения ротора 18, на углубления 19 в кольце 20, на внутренней стороне ротора 18. На внешней поверхности ротора 18 с обеих сторон от внутреннего кольца 20 установлены сопла 21, направленные в сторону, противоположную вращению ротора 18. В водяном коллекторе 4, закрепленном внутри сопла 5 с помощью обтекаемых, пустотелых стоек 22, сообщающих внутреннюю полость 23 с коллектором 4, введена труба 24 для подачи воды в водяной коллектор 4 и внутреннюю полость 23 сопла 5, и размещен цилиндрический пароводяной коллектор 25, сообщенный патрубками 26 с пароводяной полостью 27. В передней торцевой части сопла 5 имеется кольцевой сухопарник 28, сообщенный с коллектором 25 трубой 29. С наружной поверхности пароводяной полости 27 выполнена водяная полость 30, сообщенная с полостью 23, снабженной невозвратным редукционным клапаном 31, патрубками 32. Для создания защитного слоя воды на внутренних стенках камеры сгорания 2 введена труба 33 через невращающуюся часть компрессора, направленная на внутреннюю поверхность камеры сгорания, в сторону ее вращения. Внутри камеры сгорания 2 установлены кольцевые отражатели 34. В корпусе компрессора 10 закреплены рабочие лопатки 35. Часть направляющих лопаток спрямляющего аппарата 9 выполнены с водяными каналами 36 и отверстиями (распылителями) 37 в торцевой части, обращенной к камере сгорания и сообщаются с питательным трубопроводом 33. Вода в водяные рубашки 11 подается по трубам 38. По трубе 39 нагретая в передней водяной рубашке 11, отводится для питания парогенератора. Нагретая вода из задней водяной рубашки 11, отводится через кольцевые зазоры между ротором 18 и торцевой стенкой сухопарника 28 во внутреннюю часть ротора 18 и в реактивное сопло 5. При работе двигателя, воздух входит через центральное отверстие 6, сжимается компрессором 1 и пройдя лопатки 9 спрямляющего аппарата подается во вращающуюся камеру сгорания 2. Внутренние стенки камеры сгорания 2 защищены регулируемым слоем воды, подаваемой по трубе 33 на внутреннюю поверхность передней стенки камеры сгорания 2, в сторону ее вращения. Газы полученные при сгорании топлива, срывают частицы воды высоким скоростным напором, которые под действием высокой температуры факела топлива, превращаются в пар и смешиваются с газами. Парогазовая смесь, поступает в сопло 5 и вырываясь из него со сверхзвуковой скоростью создает реактивную тягу. Парогазовая смесь, проходя сопло 5, отдает часть тепла воде в водяном коллекторе 4 и в полости 23, обеспечивая производство пара парогенератором, для работы турбины3. Непрерывная работа парогенератора обеспечивается постоянной подачей воды по трубе 24. Пар поступает в сопла "Лаваля" 16, преобразуется в высокоскоростные струи пара, подаваемого наклонно на углубления 19 в кольце 20 и внутреннюю поверхность ротора 18, заставляя его вращаться. На внутренней поверхности ротора 18 с обеих сторон от кольца 20, формируется плоский водяной поток, сдвигающее усилие которого также преобразуется в силу вращения ротора 18. Высокоскоростные струи пара из сопел 21, направление движения которых противоположно направлению вращения ротора 18, создают дополнительный вращающий момент ротору 18, водяным рубашкам 11, камере сгорания 2, корпусу компрессора 10 с рабочими лопатками 35. Отработавший пар, пройдя между кожухом 12 и наружной стенкой полости 30 вырывается в атмосферу. При работе двигателя в режиме высоконапорного парогенератора, в комплексе с реактивным движителем, в камеру сгорания 2 дополнительно может подаваться вода, через распылители 37 и превращаясь в пар, будет увеличивать паропроизводительность. Для пуска двигателя, стартером раскручивается корпус компрессора 10, вместе с камерой сгорания 2, водяными рубашками 11, и ротором 18, выполненных как одно целое. Воздух входит через центральное отверстие 6, сжимается компрессором 1 и подается в камеру сгорания 2. Для предотвращения закрутки в камере сгорания 2, воздух подается в нее через лопатки 9, спрямляющего аппарата, одновременно средствами подачи воды, через трубопроводы 24, 33, 38 подается вода в камеру сгорания 2, водяной коллектор 4, полость водяных рубашек 11, полость 23, сопла 5. После того, как внутренние стенки камеры сгорания 2 и водяные рубашки 11, будут защищены слоем воды, а водяной коллектор 4 и полость 23, начнут заполняться водой, включают в работу топливные форсунки 15 и подают напряжение на свечи 14, для первоначального воспламенения топлива в камере сгорания 2. Благодаря непрерывной подаче топлива, поступающего в камеру сгорания 2, горение идет непрерывно. Температура факела жидкого топлива достигает 2000 2500oC. Из камеры сгорания 2 газы устремляются в реактивное сопла 5, давление газов в сопле падает, а скорость их истечения возрастает, они нагревают коллектор 4 и внутренние стенки реактивного сопла 5, отдают часть тепла воде в парогенераторе. В связи с тем, что в водяном коллекторе 4 и в полости 23 воды еще мало, она быстро нагревается. Насыщенный пар под высоким давлением из сухопарника 28 поступает в сопла Лаваля 16, преобразуется в высокоскоростные струи пара, содержащие частицы воды подаваемые наклонно на углубления 19 в кольце 20, и внутреннюю поверхность ротора 18. Из струй пара на внутренней поверхности ротора 18, формируется плоский водяной поток, сдвигающее усилие которого преобразуется в силу вращения ротора 18. Сопла 21 установлены на внешней поверхности ротора 18, с обеих сторон от кольца 20, установленного на внутренней поверхности ротора 18 и преобразуют плоский водяной поток в высокоскоростные струи пара, направление движения которых противоположно вращению ротора 18, камеры сгорания 2 и корпуса компрессора 10, и водяной рубашки 11, жестко соединенных между собой, увеличивают обороты всего узла. После того, как в камере сгорания 2 наступит устойчивое горение факела топлива, прекращается подача энергии на электросвечи 14 и стартер. В камеру сгорания 2, коллектор 4, внутреннюю полость 23, реактивного сопла 5, продолжается ускоренная подача воды. После заполнения объемов коллектора 4 и полостей 23 водой, подача ее регулируется приборами поддержания давления и уровня в необходимом рабочем режиме. При входе двигателя в рабочий режим с зеркала защитного слоя воды прижатой центробежной силой к внутренним стенкам камеры сгорания 2, происходит срыв частиц воды, высоким скоростным напором раскаленных газов. Под действием высокой температуры факела топлива частицы воды почти взрывообразно превращаются в пар. Таким образом, несмотря на некоторую потерю температуры в камере сгорания, частицы воды, преобразующиеся в пар создают давление в камере сгорания 2 большее, чем при сгорании топлива в сухой камере, а это позволяет, не увеличивая мощности компрессора резко поднять КПД двигателя. Парогазовая смесь, с большой скоростью проходя реактивное сопло, отдает часть тепла воде в парогенераторе, обеспечивая производство пара для работы радиально-осевой турбины и вырываясь из него со сверхзвуковой скоростью, создает реактивную тягу. В зависимости от слоя воды, на внутренних стрелках камеры сгорания 2, благодаря кольцевым отражателям 34, зеркало испарения будет различным, а следовательно и паропроизводительность будет разной. Таким образом, варьируя толщиной защитного слоя воды в камере сгорания 2 и количеством подаваемого через форсунки топлива, можно изменять режим работы двигателя и достичь резкого сокращения расхода топлива. При этом, основную тягу двигателя создают продукты сгорания жидкого топлива с кислородом воздуха. Для остановки двигателя необходимо прекратить подачу воды в двигатель. После чего прекратить подачу топлива к форсункам 15.Формула изобретения
1. Реактивный двигатель, содержащий осевой компрессор, камеру сгорания и реактивное сопло, размещенные в кожухе, отличающийся тем, что камера сгорания, снабженная водяными рубашками на передней и задней стенках, корпус осевого компрессора с рабочими лопатками, закрепленный на передней стенке камеры сгорания, цилиндрический ротор с установленными на наружной поверхности соплами Лаваля, направленными в сторону, противоположную вращению ротора, закрепленный на водяной рубашке задней стенки камеры сгорания, соединены в один узел, размещенный в кожухе двигателя с возможностью вращения и снабженный системой подачи воды в водяные рубашки и на внутреннюю поверхность камеры сгорания в сторону ее вращения, а ротор компрессора с закрепленными на нем направляющими лопатками и лопатками спрямляющего аппарата, обтекаемый водяной коллектор, с размещенным внутри пароводяным коллектором, закреплен внутри реактивного сопла с водяной полостью с помощью обтекаемых, пустотелых стоек, представляет невращающийся узел, размещенный в кожухе двигателя, снабженный системой подачи топлива и воды, с сухопарником в водяной полости реактивного сопла, соединенным с соплами Лаваля, выходные отверстия которых направлены на внутреннюю поверхность ротора в сторону его вращения. 2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что на задней части ротора компрессора установлены электросвечи и топливные форсунки. 3. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что в камере сгорания установлены кольцевые отражатели.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11www.findpatent.ru
Использование: судовое двигателестроение. Сущность изобретения: устройство представляет собой комбинацию в одном агрегате мотокомпрессора и гидрореактивного движителя. Мотокомпрессор имеет по меньшей мере два рабочих и два компрессорных цилиндра. Выпуск газа и воздуха из рабочих и компрессорных цилиндров подключен к реактивному движителю, образуя внутренний и наружный контуры. Имеются парогазовый генератор, использующий тепло отработавших газов мотокомпрессора для испарения топлива и воды, и трубчатый воздушный ресивер, внутри которого размещены два завихрителя потока воздуха. 3 з.п. ф-лы 5 ил.
Изобретение относится к поршневым и реактивным двигателям внутреннего сгорания, в частности к судовым двигателям, содержащим двигательную и движительную части, и может быть использовано на малых судах речного и морского флота, а также на крупногабаритных моторных лодках.
Известны поршневые и реактивные двигатели внутреннего сгорания (см. "Курс тепловых двигателей", Иноземцев Н.В. Оборонгиз. Москва, 1954г.) Поршневые двигатели содержат корпус (блок) цилиндров, на котором установлен блок камер сгорания. Внутри корпуса на подшипниках качения установлен коленвал, который шарнирно соединен с поршнями с помощью пальцев и шатунов. При сгорании топлива поршни совершают возвратно-поступательное движение, которое преобразуется с помощью коленвала во вращательное движение. Поршни передают энергию через коленвал на потребитель. Реактивные или газотурбинные двигатели содержат компрессор, камеру сгорания, газовую турбину и реактивное сопло. Компрессор состоит из ротора и статора. Статор имеет две опоры, на которых вращается вал. На вал установлены диски с рабочими лопатками. Статор имеет спрямляющие лопатки. При вращении дисков рабочие и спрямляющие лопатки засасывают воздух, сжимают его до 6 10 кГ/см2 и подают в камеру сгорания. Камера имеет форсунки, которые подают топливо в полость камеры в распыленном виде. При сгорании топлива газ поступает в турбину, которая приводит во вращение компрессор. Оставшаяся часть энергии после турбины срабатывается в реактивном сопле, превращаясь в реактивную тягу. Известны судовые установки, которые содержат поршневой двигатель и гидрореактивный движитель, а также известны подвесные лодочные моторы, содержащие поршневой двигатель, дейдвудную трубу, редуктор и гребной винт (см. книгу "Судовые двигатели", Ржепецкий К. Л. Ленинград, Судостроение 1984г. "Подвесные лодочные моторы", Агатов М.К. ДОСААФ, Москва, 1953г.). Судовые двигатели это те же поршневые двигатели, но в компоновке с водометными движителями или с гребным винтом. Недостатком поршневых двигателей является малая мощность и большой удельный вес, но экономичный по расходу топлива. Поэтому эксплуатируются на всех видах транспорта, а также на машинах сельского хозяйства. Недостатком реактивных двигателей является очень большой расход топлива, но обладают большой мощностью и малым удельным вестом. Поэтому эксплуатируются только в авиации и на военно-морских судах. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является судовая установка с воздушным гидрореактивным движителем по книге К.Л.Ржепецкого, фиг. 1.70. Установка имеет двигатель внутреннего сгорания (поршневой), воздушный компрессор, центробежный насос и трубу подвода воды. Труба 1 подвода воды является основным трактом и проложена на всю длину судна. На передней части трубы установлен центробежный насос 2, а на задней части трубы закреплен реактивный насадок 3. К трубе 1 под углом 90o подсоединена труба 4 подвода сжатого воздуха. На передней части трубы 4 установлен компрессор 5. Воздушный гидрореактивный движитель работает по принципу реактивного движителя. Поршневой двигатель 6 с помощью плоскоременной передачи приводит одновременно компрессор 5 и центробежный насос 2. Поток воды движется по трубе 1, а по трубе 4 поток сжатого воздуха и под углом 90o входит в поток воды. Сжатый воздух расширяется и разгоняет поток воды до большой скорости. Вода выбрасывается через реактивный насадок. Энергия скорости потока воды преобразуется в реактивную тягу, которая толкает судно вперед. Прототип имеет преимущество перед гребным винтом и водометным движителем. Гребной винт обеспечивает скорость потока воды не более 30 м/сек, далее наступает кавитация. С повышением скорости судна реактивная тяга снижается в два раза и КПД винта резко уменьшается. При наличии сжатого воздуха скорость выбрасываемой воды через насадок значительно повышается и такой движитель будет иметь скорость потока 40 50 м/сек. Следовательно, его можно использовать на скоростных судах. Недостатками прототипа являются: 1.Установка, кроме двигателя, должна иметь воздушный компрессор и центробежный насос. 2.При наличии длинной трубы будут большие гидропотери. 3. Воздух входит в поток воды под углом 90o, следовательно реактивная тяга будет прерывистой. 4. Заниженный КПД из-за бокового подвода воздуха и скоростных гидропотерь в длинной трубе. Недостатком судовых двигателей или судовых установок является то, что они содержат гидрореактивные движители, которые имеют низкий КПД, равный 40 50% В результате чего полезная мощность будет передавать на судно только половину мощности двигателя, а вторая половина мощности пропадает даром на лопастях винта или на рабочих колесах движителя. Целью предлагаемого изобретения является: 1. Получение большого расхода сжатого воздуха. 2. Повышение мощности и КПД двигателя. 3. Снижение расхода топлива. 4. Повышение реактивной тяги двигателя. 5. Эксплуатация двигателя на газообразном топливе, а также на дешевых сортах жидкого топлива; 6. Эксплуатация двигателя экологически чистой. Поставленная цель достигается: 1.Использованием мотокомпрессора, который обеспечивает реактивный движитель большим расходом сжатого воздуха; 2. Использованием парогазового генератора, который повышает мощность и снижает расход топлива за счет утилизации отработанных газов мотокомпрессора и превращает жидкое топливо в газообразное; 3. Использованием двухконтурного реактивного движителя, который преобразует энергию пара и сжатого воздуха в реактивную тягу с минимальными гидропотерями; 4. Использованием мотокомпрессора совместно с парогазовым генератором, которые обеспечивают полное сгорание газообразного топлива при наличии избытка кислорода за счет наполнения рабочих цилиндров мотокомпрессора сжатым воздухом. На фиг. 1 изображен продольный разрез реактивно-поршневого двигателя; на фиг. 2 продольный разрез мотокомпрессора, сечение А-А; на фиг. 3 - поперечный разрез рабочих цилиндров, сечение Б-Б; на фиг. 4 продольный разрез входного патрубка, сечение В-В; на фиг. 5 то же, сечение Г-Г. Реактивно-поршневой двигатель содержит корпус 1, на котором установлены мотокомпрессор II и реактивный движитель III. Внутри корпуса установлены воздушный ресивер IV, центробежная помпа V и парогазовый генератор VI (см. фиг.1). Мотокомпрессор содержит корпус 1, на котором закреплены два рабочих цилиндра 2 и два компрессорных цилиндра 3. Внутри цилиндров установлены поршни 4, 5, которые посажены на штоки 6. Внутри корпуса установлен кривошип 7, который шарнирно соединен со штоками 6 с помощью шатунов 8 и вилок 9. Вилки жестко посажены на штоки. На вал кривошипа посажен маховик 10 с шестеренчатым венцом 11. На корпусе, под маховиком установлено магнето 12 (см. фиг. 1;2). На рабочих цилиндрах закреплены газовые форсунки 13 и выхлопной патрубок 14. На компрессорных цилиндрах закреплены два входных патрубка 15 и один выхлопной (воздушный) патрубок 16 (см. фиг. 1). Внутри поршней установлены пластинчатые (щелевые) клапана 17. Внутри цилиндров 3 установлены такие же клапана 18. На корпусе патрубка 15 выполнены литьем бобышки a, в отверстиях которых установлена ось 19 с рычагом 20. На ось посажена заслонка 21. С помощью тросика рычаги соединены с румпелем (рукояткой управления двигателем). Внутри патрубка 15 установлены пластинчатые клапана 22 (см. фиг.4). На патрубке 16 отлиты заодно целое с его корпусом кронштейны 23, в отверстиях которых установлен валик 24. На валик посажены два кулачка 25 и коническая шестерня, соединенная с румпелем (см. фиг.1). (Система кинематики двигателя не показана на схемах). Внутри патрубка, против каждого цилиндра 3 установлены пластинчатые клапана 26, посаженные на стержни 27, которые постоянно находятся в контакте с кулачками 25. Нагнетательные клапана 26 определяют компрессоры рабочее давление 3,5 кГ/см2 (см. фиг.1). Движитель содержит корпус 28, на котором закреплено реактивное сопло 29. Заодно целое с корпусом выполнено коленообразное сопло б и водозаборник 30, в полости которого установлена заслонка 31. Корпус имеет внутренний контур, который состоит из смесителя 32, трубы 33, сопла 34. На конце сопла приварен сопловой аппарат 35, равномерно распределяющий пар и газ по окружности с помощью лопаток, установленных под углом 25o к оси контура (см. фиг.1). На водозаборнике 30 отлиты бобышки, в отверстиях которых установлены оси, соединяющие заслонку 31 с валиком 36. На валик посажен рычаг 37 с тросиком 38, который соединен с румпелем. Корпус 28 имеет три канала: канал в подвода пара и газа, канал Г подвода к помпе, сообщающийся с полостью водозаборника 30, канал Д подвода воды к смесителю 32. Ресивер выполнен по форме расширяющейся трубы, внутри которой установлены два завихрителя 39. Завихрители имеют лопатки E, установленные под углом 25o к оси. Ресивер выполнен сварным узлом (см. фиг. 1). Центробежная помпа содержит корпус 40, отлитый заодно целое с корпусом двигателя 1. В корпус 40 установлен корпус 41 ротора 42. Ротор (крыльчатка) насажен на вал 43. В корпус 41 запрессована втулка 44, в отверстиях которой вращается вал. Вал соединен с рессорой 45. Заодно целое с корпусом отлит диффузор Ж, который подводит воду к смесителю 32. На диффузоре установлена трубка 46 подвода воды к гидронасосу 81 (см. фиг. 1; 2). Генератор выполнен по форме баллона разборной конструкции. Внутри баллона установлен теплообменник 47, с которым соединены сваркой топливная форсунка 48 и завихритель 49. С помощью переходника 50 теплообменник соединен с выхлопным патрубком 14. Для распыливания топлива на форсунке выполнены 12 отверстий. На теплообменнике (внизу) установлена форсунка 51 подвода воды. Форсунка выполнена по форме пластинки, на которой просверлены 12 отверстий. К форсунке подсоединены трубка 52 и жиклер 53, который регулирует расход воды. К баллону подсоединена трубка 54 отвода газа. К форсунке 48 подсоединена трубка 55 подвода жидкого топлива. На корпусе двигателя (слева) имеется люк, который закрыт крышкой 56. При проведении профилактических работ люк служит для извлечения генератора без разборки двигателя (см. фиг. 1). Принцип работы реактивно-поршневого двигателя Мотокомпрессор работает по принципу двухтактного двигателя, но с наддувом рабочих цилиндров сжатым воздухом. Запуск производится электростартером 58. Вращение кривошипу 7 передается через шестеренчатый венец 11 и маховик 10. Движение поршням передается через шатуны 8, вилки 9, штоки 6 (см. фиг. 1; 2). При движении поршневой группы (шток и два поршня) по стрелке 1 (см. фиг. 2) в цилиндре 59 производится всасывание. Через клапана 22 патрубка 15 воздух поступает в полость И. Чтобы снять нагрузку с эл. стартера заслонка 21 приоткрыта на угол 30o, производится неполное наполнение полости И воздухом (см. фиг. 4; 2). При запуске клапана 26 открыты в обоих компрессорных цилиндрах, а водозаборник 30 перекрыт заслонкой 31 (см. фиг. 1). Сжатие воздуха в полостях К, Л не производится, так как клапана 26 опущены вниз с помощью кулачков 25 и стержней 27. Нагрузка со стартера снята полностью. Мощность стартера расходуется только на продувку, наполнение и сжатие рабочих цилиндров (см. фиг. 1). При движении поршневой группы (второй) по стрелке П производится сжатие воздуха в полости М цилиндра 3 и в полости H цилиндра 60 (см. фиг. 2). Воздух открывает клапан 61 поршня 5 и наполняет его полость. Затем воздух перетекает по штоку 6 в полость поршня 4 цилиндра 2. Воздух открывает клапан 17, заполняя полость П и продувочные каналы P цилиндра 2. Пусковое отверстие C, окна каналов P и патрубка 14 еще не перекрыты поршнем 4 (см. фиг. 1). Производится продувка и наполнение полости Т воздухом с давлением 0,8 0,9 кГ/см2. С помощью механизма 57 на форсунке 13 открывается клапан и газ с давлением 4 кГ/см2 поступает через отверстие С в полость Т. Затем окна каналов P и патрубка 14 перекрываются поршнем 4 и производится сжатие (см. фиг. 2). В конце хода поршня 4 подается искра на свечу Ф, рабочая смесь запаливается и происходит рабочий ход поршня 4. Обе поршневые группы движутся в обратном направлении и циклы мотокомпрессора повторяются вновь. Отключают эл. стартер. При вращении румпеля заслонки 21 на патрубке 15 полностью открываются, увеличивается расход воздуха в полостях И; М и давление в полостях Т; У повышается до 1,5 кГ/см2 (см. фиг. 2). Одновременно дроссельный кран 62 увеличивает расход газа (топлива) в этих полостях. За счет наддува рабочих цилиндров и полного сгорания газа мощность повышается и мотокомпрессор выходит на режим-номинал 3000 об/мин (см. фиг. 2). Через клапана 18 производится наполнение полостей K; Л воздухом. С помощью кулачков 25 клапана 26 автоматически закрываются и в этих полостях производится сжатие (см. фиг. 1). Воздух с давлением 3,5 кГ/см2 поступает в патрубок 16, затем в ресивер IV. Большая часть мощности расходуется на сжатие воздуха в полостях K; Л. Основная сила от рабочего поршня передается компрессору через шток, напрямую, с минимальными потерями на трение во втулках. В результате чего механический КПД повышается. Топливная система питания двигателя (см. фиг. 2; 3) содержит две форсунки 13, механизм синхронизации 57, дроссельный кран 62, редуктор 63, газогенератор 64, топливный бак 65, пусковой баллон 66, насос 67, регулятор 68, два запорных крана 69; 70 и трубки подвода жидкого топлива и газа. При первоначальном запуске мотокопрессора газ из баллона 66, через кран 69, по трубкам 71, 72, 73 поступает на редуктор 63 и дроссельный кран 62 (см. фиг. 3). Запорный кран 70 перекрыт. Газ по трубке 74 продолжает поступать на регулятор 68. От дроссельного крана 62 газ по трубкам 75; 76 поступает на форсунки 13 (см. фиг. 3). Жидкое топливо из бака 65 поступает по трубке 77 на насос 67 и регулятор 68 (см. фиг. 2; 3). От регулятора топливо по трубке 78 поступает на газогенератор 64, где жидкое топливо превращается в газ. При постоянных запусках открывают кран 70 и газ из генератора поступает по трубкам 72; 73 на редуктор, дроссельный кран и форсунки (см. фиг. 3). Форсунки и поршневые группы работают синхронно, с помощью механизма 57. Кулачковый вал механизма соединен с валом кривошипа 7 (см. фиг. 1). При работе мотокомпрессора масло из механизма 57, по трубкам 79, 80 поступает на форсунки 13. Внутри форсунок имеются клапана, которые открываются под давлением масла. Когда клапан открывается, то газ из форсунки поступает через отверстие C в полость цилиндра (см. фиг. 3). При многократных запусках газ используют из пускового баллона. При работе двигателя его подзаряжают газом из генератора с давлением 12 кГ/см2 через штуцер 82 и трубку 71. Парогазовый генератор использует тепло (1063oC) для получения пара и газа (см. фиг. 1). Отработанные газы поступают из мотокомпрессор через переходник 50 в теплообменник 47. На пути движения установлен завихритель 49, который резко снижает скорость за счет вращательного движения (см. фиг. 1). После охлаждения рабочих цилиндров вода поступает в теплообменник в виде капелий, которые соприкасаясь с нагретым газом быстро превращаются в пар. Навстречу потоку газа движутся 12 тонких струй. При таком движении происходит межслойное трение воды и газа. Газ напрямую передает свое тепло струям, которые мгновенно превращаются в пар. Такой процесс теплоотдачи будет самым эффективным. В результате чего длина теплообменника сокращается, а габариты парогенератора уменьшаются. Из гидронасоса 81 вода под давлением 12 кГ/см2 поступает по трубке 52, через жиклер 53 на форсунку 51. Расход воды определяется производительностью насоса и регулировкой винта жиклера 53 (см. фиг. 1). Гидронасос 81 установлен на рабочем цилиндре 60 (см. фиг. 2). Когда в полости H цилиндра 60 производится сжатие, то плунжер насоса нагнетает воду. К гидронасосу вода поступает по трубке 46 из диффузора Ж (см. фиг. 1). Газогенератор состоит из баллона, теплообменника 47 и форсунки 48 (см. фиг. 1). Жидкое топливо поступает по трубке 55 в полость форсунки 48. Топливо под давлением 12 кГ/см2 дробиться на мелкие капели, которые, соприкасаясь с нагретой стенкой теплообменника, превращаются в пар, а затем в газ. После использования тепла для получения пара отработанные газы еще сохраняют тепло (430oC). Поэтому тепло передается одновременно и через стенку теплообменника и превращает воду в пар (см. фиг. 1). Из баллона по трубке 54 газ поступает на форсунки мотокомпрессора (см. топливную систему питания, фиг. 3). Давление в баллоне постоянно поддерживается регулятором 68. При снижении давления газа в регуляторе золотник открывает отверстие, и насос подает топливо на форсунку 48 (см. фиг. 1; 3). Парогазовый генератор позволит работать на дешевых сортах топлива (керосин, солярка и др. ). Генератор использует тепло отработанных газов, которые выбрасываются в атмосферу бесцельно. Используя тепло, двигатель получит дополнительно 40 л. сил без затрат жидкого топлива. В результате этого двигатель будет экономичным и мощным 100 л. сил. Реактивный движитель и центробежная помпа работают в комплексе (см. фиг. 1). Ротор 42 получает вращение от кривошипа 7 через рессору 45 и вал 43. Вода по каналу Г поступает к ротору. При вращении лопасти захватывают воду и с большой скоростью выбрасывают ее в полость диффузора Ж, где скорость снижается, а давление повышается. Из диффузора вода поступает в канал Д. Под давлением 2,5 кГ/см2 вода выбрасывается со скоростью 14 м/сек через отверстия (48 отв.) смесителя 32 в виде капелей (см. фиг. 1). Сжатый воздух из патрубка 16 поступает в ресивер. На пути движения потоку стоят завихрители 39, которые резко снижают скорость и обеспечивают потоку вращательное движение. После охлаждения компрессорных цилиндров вода в виде капелей поступает в ресивер из патрубка 16. При наличии вращательного движения капели смешиваются с воздухом, быстро поглощают тепло (120oC), превращаясь в пар (см. фиг. 1). Пар и воздух поступают в сопло б, где скорость потока резко повышается, а давление снижается с 3,5 до 2,2 кГ/см2. Воздух и пар захватывают капели и разгоняют их до скорости 32 м/сек. За счет сужения канала сопла 34 скорость потока повышается. В результате этого во внутреннем контуре возникает реактивная тяга 130 кГ (см. фиг. 1). Из теплообменника 47 пар и газ с давлением 2,5 кГ/см2 поступают в канал В. При наличии соплового аппарата 35 поток газа и пара равномерно распределяется по окружности канала и скорость его незначительно повышается. Воздух, пар, газ и вода (12 л/сек) поступают в полость сопла 29. При наличии вращательного движения смешиваются. За счет давления и сужения канала сопла скорость потока повышается до 72 м/сек. При наличии тяжелой массы воды и большой скорости на срезе сопла возникает реактивная тяга 216 кГ. Используя энергию газа, пара и воздуха, утилизируя тепло отработанных газов мотокомпрессора мощность, реактивная тяга и КПД двигателя значительно возрастают, а удельный расход топлива резко снижается 0,145 кГ/л. силу - 0,67 кГ/кГ тяги.Формула изобретения
1. Реактивно-поршневой двигатель, содержащий поршневой двигатель внутреннего сгорания и приводимый от него гидрореактивный двигатель, отличающийся тем, что двигатель внутреннего сгорания выполнен в виде мотокомпрессора, имеющего по меньшей мере два рабочих и два компрессорных цилиндра, размещенных параллельно друг другу, при этом выпуск газа и воздуха из рабочих и компрессорных цилиндров подключен к реактивному движителю. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что он снабжен парогазовым генератором, использующим тепло отработанных газов мотокомпрессора для испарения топлива и воды. 3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что он снабжен воздушным ресивером, выполненным в виде трубы, в которой размещены два завихрителя потока воздуха. 4. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что реактивный двигатель содержит внутренний и наружный контуры.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5www.findpatent.ru
Изобретение относится к водному транспорту и может быть использовано для обеспечения движения наводных и подводных транспортных средств.
Известен водяной реактивный двигатель для водных транспортных систем, состоящий из соосно расположенных входного устройства, водяного насоса, камеры парообразования, турбины и сопла (Arthur Paul Pedrick. Improvements in flash boiling, steam jet reactive, marine propulsion systems. Патент Великобритании №1334497, заявка №32083/72, приоритет 8 июля 1972 г., опубликован 17 октября 1973 г.). В этом двигателе благодаря удлиненной сигарообразной форме камеры парообразования поступающая в нее от водяного насоса и перемещающаяся к соплу внешняя вода нагревается сжигаемым топливом. Форма топки, внутри которой расположена камера парообразования, и где сжигается топливо, количество топлива выбираются так, что нагреваемая вода достигает температуры кипения непосредственно около сопла. В результате взрывного характера момента парообразования образовавшийся пар и некоторая часть нагретой до кипения воды выбрасываются в сопло, создавая реактивную тягу. Недостатком этого двигателя являются его низкие технико-экономические характеристики.
Известен также водяной реактивный двигатель (выбран в качестве прототипа), находящийся под микропроцессорным управлением и содержащий соосно горизонтально расположенные входное устройство, сопло, на одном валу установленные насос высокого давления, насос низкого давления и турбину, имеет внутренний контур, состоящий из камеры высокого давления воды шарообразной формы, имеющей в верхней части гофрированный расширительный элемент, соединенный с одной стороны вертикально расположенной трубой с насосом высокого давления, а с другой через электромагнитные клапаны с несколькими камерами сгорания, каждая из которых представляет собой сосуд яйцевидной формы, имеющий в боковых стенках два электрода электроразрядника, в верхней части через электромагнитный клапан трубчатое соединение с внешней водой, а выход в нижней части выполнен в виде вертикальной трубы с инжектором, внутренняя полость которого через односторонний клапан соединена с внешним контуром, плавно переходящей в горизонтальную и после одностороннего клапана соединенной с выходящим во внешнюю воду общим соплом, внутри которого установлена турбина, а внешний контур охватывает горизонтальные части выходов камер парообразования и общее сопло (Климович А.В., Климович М.А., Климович С.А. Водяной реактивный двигатель. Патент РФ №2573066, заявка №2014124614, приоритет 17.06.2014, зарегистрирован 16.12.2015, опубликован 20.01.2016. Бюл. №2). В этом двигателе внешняя вода, нагнетаемая из внешнего контура насосом высокого давления в камеру предварительного нагрева, доводится до кипения установленным в нижней части последней магнетроном, излучающий элемент которого направлен на основной объем камеры. Далее разогретая вода через электромагнитные клапаны в некоторой последовательности, регулируемой микропроцессорной системой управления, поступает в камеры парообразования, где после электрического разряда между двумя электродами электроразрядника частично испаряется. Благодаря взрывному характеру испарения вода, расположенная в вертикальной трубе с инжектором, интенсивно выбрасывается через общее сопло во внешнюю воду, создавая реактивную тягу. Причем объем выбрасываемой воды существенно увеличивается благодаря инжектору, внутренняя полость которого через односторонний клапан соединена с внешним контуром. Расчетные технико-экономические показатели этого двигателя ожидаются ощутимо выше указанного ранее. Однако для работы этого двигателя требуется наличие на борту водного транспортного средства мощного источника электрической энергии, например ядерного реактора. На судах малого водоизмещения мощные источники электрической энергии обычно отсутствуют.
Изобретение направлено на создание водяного реактивного двигателя, который можно использовать на водных транспортных средствах, как имеющих, так и не имеющих мощный источник электрической энергии.
Указанная цель достигается тем, что в водяном реактивном двигателе, находящемся под микропроцессорным управлением и содержащем соосно горизонтально расположенные входное устройство, сопло, на одном валу установленные насос высокого давления, насос низкого давления и турбину, имеющем внутренний контур, состоящий из камеры высокого давления воды шарообразной формы, в верхней части которой выполнен гофрированный расширительный элемент, соединенной с одной стороны вертикально расположенной трубой с насосом высокого давления, а в нижней части через электромагнитные клапаны с несколькими камерами сгорания, каждая из которых представляет собой сосуд яйцевидной формы, имеющий в верхней части на оси рядом расположенные два электрода электроразрядника и с некоторым смещением от оси через электромагнитный клапан трубчатое соединение с атмосферой, а выход в нижней части выполнен в виде вертикальной трубы с инжектором, внутренняя полость которого через односторонний клапан соединена с внешним контуром, плавно переходящей в горизонтальную и после одностороннего клапана соединенную с выходящим во внешнюю воду общим соплом, внутри которого установлена турбина, и внешний контур, охватывающий горизонтальные части выходов камер сгорания и общее сопло, в верхней части каждой из камер сгорания рядом с двумя электродами электроразрядника выполнены два входа, перекрытые игольчатыми электромагнитными клапанами. Один из них имеет соединение с баллоном природного газа, а другой – с баллоном сжатого воздуха, контактирующего с атмосферой через компрессор.
На чертеже изображена принципиальная схема водяного реактивного двигателя. Он находится под микропроцессорным управлением и содержит соосно горизонтально расположенные входное устройство 1, сопло 2, на одном валу установленные насос высокого давления 3, насос низкого давления 4 и турбину 5. Внутренний контур двигателя состоит из камеры высокого давления воды 6 шарообразной формы, в верхней части которой выполнен гофрированный расширительный элемент 7. Эта камера соединена с одной стороны вертикально расположенной трубой 8 с насосом высокого давления, а с другой через электромагнитные клапаны 9 с несколькими камерами сгорания 10. Каждая из камер сгорания представляет собой сосуд яйцевидной формы, имеющий в верхней части на оси рядом расположенные два электрода электроразрядника 11 и с некоторым смещением от оси через электромагнитный клапан 12 трубчатое соединение с атмосферой 13. Выход в нижней части камеры сгорания выполнен в виде вертикальной трубы с инжектором 14, внутренняя полость которого через односторонний клапан 15 соединена с внешним контуром. Указанная вертикальная труба плавно переходит в горизонтальную и после одностороннего клапана 16 соединяется с выходящим во внешнюю воду общим соплом, внутри которого установлена турбина 5. Внешний контур охватывает горизонтальные части выходов камер парообразования и общее сопло. В верхней части каждой из камер сгорания рядом с двумя электродами электроразрядника выполнены два входа, перекрытые игольчатыми электромагнитными клапанами 17. Один из них имеет соединение с баллоном природного газа 18, а другой – с баллоном сжатого воздуха 19, контактирующего с атмосферой через компрессор 20.
Работает конструкция следующим образом. Непосредственно перед запуском водяного реактивного двигателя должно быть установлено требуемое давление сжатого воздуха в баллоне 19 соответствующим включением компрессора 20. В дальнейшем это давление постоянно поддерживается микропроцессорным управлением (МСУ). Кроме того, вращением оси, на которой установлен насос высокого давления 3, вручную (или при помощи стартера) должна быть полностью заполнена внешней водой камера высокого давления воды 6.
Далее осуществляется запуск водяного реактивного двигателя. Для этого при открытых электромагнитных клапанах 9 и 12 первой камеры сгорания выполняется ее заполнение внешней водой из камеры высокого давления 6. Благодаря некоторому смещению от оси камеры сгорания электромагнитного клапана 12 и трубчатого соединения с атмосферой 13 в верхней части камеры будет оставаться воздушное пространство. Заполнение водой камеры сгорания выполняется до тех пор, пока вода не появится в нижней части трубчатого соединения с атмосферой 13. После этого электромагнитные клапаны 9 и 12 закрываются, открываются игольчатые электромагнитные клапаны 17, через которые в камеру сгорания из соответствующих баллонов 18 и 19 поступают природный газ и воздух. Время открытия игольчатых электромагнитных клапанов МСУ выбирает так, чтобы в камере сгорания образовалась смесь природного газа с воздухом, содержащая примерно от 5-6% (минимальный тяговый режим) до 14-15% газа. Воспламенение такой смеси воздуха и газа имеет характер взрыва. Поэтому после электрического разряда между двумя электродами электроразрядника 11 вода, расположенная в вертикальной трубе с инжектором 14, интенсивно выбрасывается через общее сопло во внешнюю воду, создавая реактивную тягу. Причем объем выбрасываемой воды существенно увеличивается благодаря инжектору, внутренняя полость которого через односторонний клапан 15 соединена с внешним контуром. Некоторая часть кинетической энергии, выбрасываемой через сопло 2 воды, приводит во вращение установленные на одном валу насос высокого давления 3, насос низкого давления 4 благодаря установленной внутри сопла турбине 5. Технические характеристики насосов выбираются так, чтобы водяное давление воды во внутреннем контуре поддерживалось в несколько раз больше, чем во внешнем. Большее давление в камере высокого давления воды 6 поддерживается благодаря гофрированному расширительному элементу 7, выполненному в верхней части камеры.
МСУ определяет время открытия игольчатых электромагнитных клапанов так, чтобы объем смеси природного газа с воздухом в камере сгорания был таковым, чтобы после ее воспламенения объем образовавшихся продуктов сгорания был достаточным для выбрасывания всей воды (или необходимой ее части в зависимости от требуемой скорости движения транспортного средства), заполняющей вертикальную трубу с инжектором, в горизонтальную часть последней. Когда энергия, выделившаяся при сгорании смеси природного газа с воздухом, будет полностью израсходована, движение воды прекратится, давление в выходной трубе существенно упадет. В этот момент должны вновь открыться электромагнитные клапаны 9 и 12 первой камеры сгорания, вновь начнется ее заполнение внешней водой из камеры высокого давления 6.
С некоторым смещением во времени абсолютно аналогично подготавливаются к срабатыванию вторая, третья и последующие камеры сгорания. Общее их количество выбирается таким образом, чтобы описанный выше процесс происходил последовательно в каждой из них, образуя в общем сопле постоянный несколько пульсирующий по интенсивности поток выбрасываемой воды. Сила тяги водяного реактивного двигателя, а следовательно и скорость движения водного транспортного средства, регулируется МСУ общим объемом горючей смеси в камерах сгорания и процентным содержанием в ней природного газа.
Водяной реактивный двигатель, находящийся под микропроцессорным управлением и содержащий соосно горизонтально расположенные входное устройство, сопло, на одном валу установленные насос высокого давления, насос низкого давления и турбину, имеющий внутренний контур, состоящий из камеры высокого давления воды шарообразной формы, в верхней части которой выполнен гофрированный расширительный элемент, соединенный с одной стороны вертикально расположенной трубой с насосом высокого давления, а в нижней части через электромагнитные клапаны с несколькими камерами сгорания, каждая из которых представляет собой сосуд яйцевидной формы, имеющий в верхней части на оси рядом расположенные два электрода электроразрядника и с некоторым смещением от оси через электромагнитный клапан трубчатое соединение с атмосферой, а выход в нижней части выполнен в виде вертикальной трубы с инжектором, внутренняя полость которого через односторонний клапан соединена с внешним контуром, плавно переходящей в горизонтальную и после одностороннего клапана соединенной с выходящим во внешнюю воду общим соплом, внутри которого установлены турбина и внешний контур, охватывающий горизонтальные части выходов камер сгорания и общее сопло, отличающийся тем, что в верхней части каждой из камер сгорания рядом с двумя электродами электроразрядника выполнены два входа, перекрытые игольчатыми электромагнитными клапанами, причем один из них имеет соединение с баллоном природного газа, а другой – с баллоном сжатого воздуха, контактирующего с атмосферой через компрессор.
edrid.ru
