Гидрореактивный двигатель-ускоритель, преобразующий тепловую энергию непосредственно в работу отбрасываемой воды, состоит из парогазогенератора, соединенного с трубой. Двигатель дополнительно соединен с трубами, объединенными в обойму, которая имеет возможность захватывать воду и переносить ее при вращении обоймы к выходному сечению парогазогенератора. Трубчатая обойма приводится во вращение электродвигателем постоянного тока, оборудованным регулятором-синхронизатором. Регулятор-синхронизатор имеет возможность поддерживать обороты обоймы так, чтобы за один оборот обоймы выбрасывать количество воды, равное объему одной трубы. Для предотвращения возникновения момента по крену используются две обоймы, вращающиеся в разные стороны. Изобретение позволяет создать двигатель, преобразующий тепловую энергию непосредственно в работу отбрасываемой воды, отличающийся экологической и эксплуатационной безопасностью, простотой управления и обеспечивающий скрытность военных объектов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к надводной и подводной технике передвижения, в частности для ускорения надводных и подводных объектов (кораблей, подводных лодок, торпедных катеров, торпед и др.) Известны лопастные движители (гребные, водометные, крыльчатые) работают по принципу лопасти весла, загребающего воду. Они громоздки и обладают кпд, не превышающим 50%.
Известны предложения (Диомидов М.И., Дмитриев А.Н. Покорение глубин. Л.: Судостроение, 1974, стр. 251) по созданию новых гидрореактивных движителей, преобразующих тепловую или электрическую энергию непосредственно в работу отбрасываемой воды. Движитель представляется в виде трубы, в передней части которой размещается заборное устройство с обратным клапаном, а после него - взрывная камера. Движитель периодически захватывает порции воды, которая под действием взрыва топлива или пороха выбрасывает струю воды, создавая тягу. Недостатками такого движителя является пульсирующий режим работы, небезопасность взрывных циклов, трудности управления движением, трудности обеспечения скрытности военных объектов, экологической безопасности и др. Задачей настоящего изобретения является исключение указанных недостатков. Задача решается тем, что в гидрореактивном двигателе-ускорителе, преобразующем тепловую энергию непосредственно в работу отбрасываемой воды и состоящем из парогазогенератора, соединенного с трубой, двигатель дополнительно снабжен трубами, объединенными в обойму, имеющую возможность захватывать воду и переносить ее при вращении к выходному сечению парогазогенератора. Эта обойма приводится во вращение электродвигателем постоянного тока, оборудованным регулятором-синхронизатором, имеющим возможность поддерживать обороты обоймы так, что за один оборот обоймы выбрасывать количество воды, равное объему одной трубы. В двигателе могут использоваться две обоймы, вращающиеся в разные стороны, не создавая момента по крену. Парогазогенератор является источником повышенного давления и работает на перекиси водорода. Вращающиеся трубы, объединенные в обойму, захватывают воду и переносят ее при вращении к выходному сечению парогазогенератора, подобно патронной ленте, подающей патронник в пулемете. При этом обеспечивается непрерывный режим работы, а перекись водорода образует при разложении экологически чистые продукты - воду и кислород. Использование такого двигателя позволит существенно увеличить его тягу и кпд и создать условия для ускоренного движения надводных и подводных объектов со скоростью, превышающей 100 узлов. Расположение труб, объединенных в обоймы, на торпеде показано на фиг.1. Принципиальная схема гидрореактивного двигателя приведена на фиг.2. В головной части расположен боевой заряд 1, затем идут приборный отсек 2 со средствами управления и наведения, двигательный отсек 3 и отсек блоков электропитания и приводов системы управления 4. Трубы, объединенные в обоймы 5, расположены в горгротах и приводятся во вращение электродвигателями 6. Парогазогенераторы 7 расположены внутри двигательного отсека и обеспечивают подачу сжатого газа во вращающуюся обойму. Забор воды в трубчатую обойму обеспечивается за счет скоростного напора при движении торпеды. Обоймы вращаются в разные стороны, что исключает при наличии регулирующих элементов появление моментов по крену. Стабилизаторы 8 работают по аналогии со стабилизаторами ракет. Двигатель работает на концентрированной перекиси водорода, которая разлагается на кислород и воду в присутствии катализатора - перманганата (например, перманганата кальция или натрия). Запас перекиси водорода хранится в баллонах 1, а перманганата - в баллонах 2. Под действием сжатого до 250 атм газа (азота) в баллонах 3, проходящего через отсечные клапаны и редуктор 4, оба компонента под высоким давлением подаются в камеру парогазогенератора 7 через соответствующие отсечные клапаны 6. Образовавшиеся в результате разложения перекиси водорода газы выталкивают воду из вращающихся труб, объединенных в обоймы 5, создавая тягу. Вращение каждой обоймы регулируется синхронизатором 8 и осуществляется электродвигателем постоянного тока 9. Тяга двигателя будет равна Р=Рк
где 
- удельная масса воды. Экономичность такого двигателя определяет его удельная тяга, равная 
где Gs - секундный расход перекиси водорода. Современные парогазогенераторы, применяющиеся в качестве привода турбонасосного агрегата ракет на жидком топливе, обеспечивают получение в его камере до 100 атм. При таком давлении скорость истечения воды из трубы будет равна 140 м/сек. При этом освобождающийся от воды объем трубы должен быть заполнен газом с давлением 100 атм, т.е. каждый свободный м3 должен содержать 
F2, где F - площадь поперечного сечения трубы,2- удельная масса газа при заданном давлении в парогазогенераторе. Удельная масса определяется из уравнения Клапейрона и равна
где R и Тк - соответственно газовая постоянная и температуpa газа. Тогда удельная тяга предлагаемого гидрореактивного двигателя будет равна
www.findpatent.ru
Изобретение относится к области двигателей внутреннего сгорания. Двигатель содержит внешний ротор, предназначенный для создания внешнего жидкостного кольца, и внутренний ротор, создающий внутреннее жидкостное кольцо и имеющий полость всасывания и камеру сгорания. Оси вращения роторов расположены с эксцентриситетом, а направления вращения роторов совпадают. Во время нахождения полости всасывания в замкнутой области всасывания, образованной во внешнем роторе с помощью гидрозатвора, в нее поступает порция горючей смеси. При перемещении полости всасывания во внешнее жидкостное кольцо горючая смесь выдавливается в камеру сгорания, где удерживается внутренним жидкостным кольцом. Воспламенение сжатой смеси в камере сгорания приводит к выбросу реактивной струи, приводящей во вращение вал турбомашины. Достигается возможность изменения степени сжатия горючей смеси в широких пределах при применении жидкостей с различной плотностью. 3 ил. 
Изобретение относится к классу гидрореактивных двигателей, областью применения которых является водный транспорт. В качестве рабочей жидкости для указанных двигателей используется забортная вода, ограниченный объем которой поступает в рабочую камеру двигателя, а затем под воздействием импульса давления газовой либо парогазовой среды вытекает в окружающее пространство, создавая реактивную тягу.
Известен ПРЯМОТОЧНЫЙ ГИДРОРЕАКТИВНЫЙ СУДОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ (авторское свидетельство СССР № 1068337, кл. В63Н 11/02, 30.01.81), содержащий коммутационную камеру с подпружиненной заслонкой, что позволяет направлять набегающий поток забортной воды попеременно в каждую из двух рабочих камер, создавая в них условия для сжатия и воспламенения горючей смеси с последующим истечением реактивной струи из диффузора двигателя. К недостаткам этого двигателя следует отнести сравнительно невысокую степень сжатия горючей смеси.
Известен также (авторское свидетельство СССР № 1720927 А1, кл. В63Н 11/02, 11/14, 14.03.90) ПРЯМОТОЧНЫЙ ГИДРОРЕАКТИВНЫЙ СУДОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ В.В.ФИЛИМОНОВА, содержащий устройство для заполнения рабочих цилиндров забортной водой в виде центробежного насоса с электроприводом, устройство для заполнения камер сгорания сжатым воздухом в виде поршневого компрессора, топливный насос высокого давления, а также устройство подачи искры, кинематически связанные с валом электропривода. К недостаткам этого двигателя следует отнести необходимость включения в рабочий процесс дополнительных агрегатов, питающихся от посторонних источников энергии и не использующих кинетическую энергию реактивной струи.
Предлагаемое техническое решение имеет целью устранение указанных недостатков прототипов и расширение области применения гидрореактивных двигателей. Для достижения поставленной цели предлагается такое устройство рабочих органов двигателя, которое позволяет изменять в широком диапазоне степень сжатия горючей смеси, что увеличивает возможности выбора энергоносителей, и предоставляет разнообразные варианты применения двигателей с жидкостным поршнем.
На фиг.1, 2 и 3 представлено схематическое изображение устройства гидрореактивного двигателя. Внешний ротор 1 вращается под воздействием привода 9 вокруг оси 14 в подшипниках 30 на неподвижной цапфе корпуса 35 двигателя, создавая жидкостное кольцо 26 при помощи боковых стенок 2 сосуда, форма и размеры которого обеспечивают неизменность величины радиуса цилиндрической свободной поверхности 10 жидкости в окружающей газовой среде, а также обеспечивают возможность размещения внутреннего ротора 34 вместе с дисками 3, 7 гидрозатвора во внешнем жидкостном кольце. Привод 9 включен постоянно.
Внутренний ротор 34, предназначенный для создания при помощи боковых стенок 21 внутреннего жидкостного кольца 27 со свободной поверхностью 11 жидкости в окружающей газовой среде, вращается вокруг оси 13 в подшипниках 31 эксцентрической расточки в неподвижной цапфе корпуса 35. При запуске двигателя неподвижный ротор 34 приводится во вращение стартером с помощью привода 33, который, в свою очередь, воздействуя на привод 9, вызывает вращение внешнего ротора 1. После запуска двигателя стартер отключается, получаемая от двигателя механическая энергия с помощью привода 33 передается потребителю, а также расходуется на собственные нужды.
На периферии ротора 34 расположены рабочие камеры, каждая из которых представляет собой сосуд, разделенный перегородкой с нагнетательным клапаном 5 на полость всасывания 4 и полость сгорания 25. Полость всасывания 4 при вращении ротора 34 циклически перемещается из жидкостного кольца 26 в заполненную свежей горючей смесью замкнутую область 29, связанную каналом 32 с системой питания двигателя, захватывает порцию свежей горючей смеси и переносит ее для сжатия в зону высокого давления жидкостного кольца 26. В полости сгорания 25 имеется формирующий реактивную струю канал без клапана 8, в который может свободно поступать рабочая жидкость из внутреннего жидкостного кольца 27, а также выхлопной клапан 6, при открытии которого газообразные остатки продуктов сгорания поступают в выхлопной канал 24.
Величина эксцентриситета и габаритные радиальные размеры внутреннего ротора 34 обеспечивают ему такое размещение в наружном жидкостном кольце, чтобы периферийные участки дисков 3 и 7 гидрозатвора не выходили за пределы объема кольца 26 и создавали надежную изоляцию области 29 от внешней газовой среды.
Для поддержания при работе двигателя в жидкостных кольцах постоянного уровня свободной поверхности жидкости применяется устройство подвода 12. Избыток рабочей жидкости и газообразные продукты сгорания отводятся по каналу 28 на внешнем роторе 1, при этом запас энергии, которым они располагают, преобразуется в кинетическую энергию реактивной струи, формируемой выходным участком канала так, чтобы реактивное усилие способствовало вращению ротора 1.
Направления вращения роторов 1 и 34 совпадают. Рабочий цикл двигателя начинается с поступления из области 29 в полость всасывания 4 порции свежей горючей смеси и последующего перемещения ее в жидкостном кольце 26 с одновременным сжатием. При достаточно высоком давлении сжатия открывается нагнетательный клапан 5 и начинается перемещение смеси в полость сгорания 25 до момента ее полного вытеснения из полости всасывания 4. Нагнетательный клапан 5 закрывается, смесь удерживается в сжатом состоянии давлением столба жидкости в канале 8. После закрытия клапана 5 происходит воспламенение сжатой смеси, сопровождаемое резким повышением давления и температуры с последующим вытеснением рабочей жидкости и парогазовой смеси в канал 8 к соплу 22, формирующему реактивную струю, которая вызывает вращение ротора 34. Из сопла 22 струя рабочей жидкости и парогазовой смеси попадает на лопатки рабочего колеса 20 турбомашины, где происходит преобразование остатков энергии струи в механическую энергию, передаваемую потребителю с помощью привода 16, после чего рабочая жидкость возвращается в кольцо 26 либо в кольцо 27, а парогазовая смесь попадает в канал 28 либо в выхлопной патрубок 15. Вал 18 турбомашины соосен валу ротора 34 и вращается в подшипниках 17 эксцентрической расточки в неподвижной цапфе корпуса 35. Истечение рабочей жидкости и газообразных продуктов сгорания из полости 25 приводит к падению давления в ней, что дает возможность открыть выхлопной клапан 6 при помощи кулачкового вала 19, соосного валу внутреннего ротора 34. Остатки продуктов сгорания перемещаются к соплу 23 выхлопного канала 24 рабочей жидкостью, перетекающей из жидкостного кольца 27 по каналу 8 в полость сгорания 25 до момента полного вытеснения газов, после чего выхлопной клапан 6 закрывается и начинается новый рабочий цикл.
Предлагаемое устройство позволяет изменять степень сжатия горючей смеси в достаточно широких пределах за счет изменения частоты вращения роторов и применения рабочих жидкостей с различными величинами плотности. Замкнутый кругооборот рабочей жидкости дает возможность расширить область применения гидрореактивных двигателей.
Гидрореактивный двигатель, в котором применяется жидкостный поршень для сжатия горючей смеси в рабочей камере и утилизации энергии, выделившейся в результате воспламенения сжатой горючей смеси, отличающийся тем, что содержит внешний ротор, предназначенный для создания внешнего жидкостного кольца со свободной поверхностью в окружающей газовой среде при помощи непрерывного вращения сосуда, снабженного каналом для отвода жидкости и парогазовой смеси с целью поддержания постоянного уровня свободной поверхности жидкостного кольца и утилизации запаса энергии отводимых продуктов; внутренний ротор, размещенный с эксцентриситетом во внешнем жидкостном кольце, предназначенный для создания внутреннего жидкостного кольца со свободной поверхностью в окружающей газовой среде, содержащий рабочие камеры, каждая из которых представляет собой сосуд, разделенный перегородкой с нагнетательным клапаном на полость всасывания свежей горючей смеси и полость сгорания, снабженную каналом с выхлопным клапаном, а также не имеющим клапана каналом, столб рабочей жидкости в котором удерживает свежую горючую смесь в сжатом состоянии и после ее воспламенения преобразуется в реактивную струю, создающую вращающий момент на валу внутреннего ротора; гидрозатвор, с помощью которого изолируется от внешней газовой среды связанная каналом с системой питания замкнутая область всасывания, в которую при вращении внутреннего ротора перемещается из внешнего жидкостного кольца открытая полость всасывания рабочей камеры для всасывания порции свежей горючей смеси; турбомашину с соосным валу внутреннего ротора валом и рабочим колесом с лопастной системой для утилизации кинетической энергии реактивной струи жидкости и газообразных продуктов сгорания; соосный валу внутреннего ротора кулачковый вал для управления клапанами.
www.freepatent.ru
Двигатель предназначен для использования в качестве силовой установки, а также для получения водорода. Двигатель содержит ротор, представляющий собой балку, на концах которой установлены два одинаковых гидрореактивных пульсирующих движителя, развернутых на 180o относительно друг друга, каждый из движителей содержит водозаборную трубу с впускным клапаном и запорным краном, выпускное сопло с выпускным регулируемым клапаном и установленный между ними водопроточный корпус. Внутри корпуса размещены в несколько рядов газовые генераторы, вращающиеся элементы которых вместе с механизмами привода запорных кранов и выпускных регулируемых клапанов кинематически соединены с системой управления двигателем. Причем каждый газовый генератор представляет собой автоматически открывающийся и закрывающийся контейнер, содержащий активные элементы, выполненные из металла, относящегося к цериевой и иттриевой группам семейства лантанидов. Кроме того, ротор соединен вертикальным валом через редуктор с выходным валом двигателя. Рабочим телом двигателя является газоводяная смесь, а сам указанный двигатель установлен внутри резервуара, наполненного водой, закрытого крышкой и имеющего выпускную трубу и устройство поддержания постоянного уровня воды. Двигатель должен иметь устройство для очистки активных элементов. Конструкция двигателя обеспечивает его более широкое использование, больший срок службы, уменьшение веса и экономию металла. 4 з.п.ф-лы, 19 ил.
Изобретение относится к области машиностроения и может найти применение в энергетике в качестве двигателя.
Известен тепловой двигатель, содержащий рабочее колесо, наполовину погруженное в жидкость и состоящее из обода в форме тора, разделенного внутри поперечными перегородками-клапанами одностороннего действия и заполненного на 1/3 легкокипящей жидкостью, ось, установленную в подшипниках опор и соединенную с ободом посредством спиц /Патент Австрии N 383158, кл. F 03 G 7/06 от 28.03.69/. Недостатком теплового двигателя являются: низкий КПД, небольшая мощность и невозможность его практического применения, невозможность изменения частоты вращения и его остановки. Указанные недостатки обусловлены малым перепадом температур между водой и воздухом, небольшой скоростью теплопередачи от нагревателя к рабочему телу и обратно к холодильнику, большим расходом тепла на прогрев самого обода колеса, а также конструкцией двигателя. Известен также гидропневматический двигатель, содержащий рабочее колесо, закрепленное на валу, установленном в подшипниках опор, которые размещены на дне резервуара, заполненного водой на 2/3 диаметра рабочего колеса. На правой опоре закреплен неподвижный зубчатый венец. Рабочее колесо двигателя состоит из обода, который посредством спиц соединен со ступицей, закрепленной на валу. К внешней части обода на равном расстоянии друг от друга прикреплены гидродвигатели, каждая пара которых расположена на одной линии, проходящей через ось вращения, соединена между собой трубопроводом, каждый из которых имеет в средней части управляемый дроссель, связанный с механизмом остановки двигателя и изменения частоты вращения, кроме того на оси каждого из гидродвигателей установлено по две кулисно-рычажные муфты и зубчатая шестерня. /Патент России N 2067212, кл. F 03 G 3/00, опубл. 27.09.96, Бюл. N 27/. Известный гидропневматический двигатель, как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому полезному результату, принят за прототип. Недостатком известного гидропневматического двигателя, принятого за прототип, являются: большие размеры рабочего колеса, высокая металлоемкость и сложность конструкции. Указанные недостатки обусловлены конструкцией двигателя. Целью настоящего изобретения является повышение скорости вращения вала двигателя, уменьшение габаритов и повышение КПД двигателя. Указанная цель, согласно изобретения, обеспечивается тем, что вертикальный ротор, гидродвигатели с кулисно-рычажными муфтами, зубчатыми шестернями и трубопроводами с дросселями, неподвижный зубчатый венец, две опоры заменены горизонтальным ротором, закрепленным на вертикальном валу, установленном в подшипнике и через редуктор связанном с выходным валом, причем ротор представляет собой два гидрореактивных пульсирующих движителя, развернутых относительно друг друга на 180 градусов, соединенных между собой балкой, геометрический центр которой прикреплен к вертикальному валу и расположенных на некотором расстоянии от поверхности воды круглого резервуара, крышка которого является опорой ротора, кроме того оба гидрореактивных пульсирующих движителя одинаковы по конструкции и каждый из них содержит водопроточный корпус, имеющий в передней части водозаборную трубу с впускным клапаном и запорным краном, передняя часть которой опущена на некоторую глубину в воду, а в задней части расположено выпускное сопло с выпускным управляемым клапаном, причем внутри водопроточного корпуса расположены в несколько рядов газовые генераторы, подвижные элементы которых кинематически соединены посредством механизма управления с приводным гидродвигателем, кроме того все газовые генераторы одинаковы по конструкции и каждый из них содержит
-образный стержень с двумя боковыми пазами, в которых размещены активные элементы, выполненные из наиболее активного металла, относящегося к цериевой и иттриевой группам семейства лантонидов, на стержень надет, с возможностью поворота на 90 градусов, стакан, имеющий два боковых сквозных паза и выполненный заодно с осью, на которой закреплена шестерня, входящая в зацепление с зубчатой рейкой механизма управления, редуктором, закрепленным на крышке резервуара, ведущим валом которого является вертикальный вал, на котором закреплена ведущая шестерня, входящая в зацепление с ведомой шестерней, установленной на ведомом валу, установленном в подшипнике крышки редуктора и являющимся выходным валом двигателя, электрораспределительным устройством, представляющим собой изоляционное кольцо, надетое на конец вертикального вала, пропущенного через отверстие в верхней стенке редуктора, поверх которого закреплены коллекторные кольца, которые посредством проводников, проложенных в вертикальном канале упомянутого вала, соединены с электромагнитами управляемых гидравлических кранов, расположенных на гидрореактивных пульсирующих движителях, и контактируют с угольными щетками, установленными в держателе и электрически соединенными с источником тока, переключателем и кнопочным выключателем, размещенными на крышке резервуара, маслоподающим устройством, представляющем собой обработанный с высокой точностью палец, имеющий два вертикальных канала, который с одной стороны соединены с нагнетательной и сливной магистралями электрогидравлической системы управления двигателем, а с другой стороны оканчиваются поперечными каналами, причем палец неподвижно закреплен на крышке, привернутой болтами к корпусу редуктора, и вставлен в отверстие, также сделанное с высокой точностью в торце вертикального вала, имеющего две проточки, соединенные с вертикальными каналами, сделанными внутри вертикального вала, совмещенные с поперечными каналами неподвижного пальца и защищенные с обеих сторон каждая уплотнительными сальниками, устройством поддержания постоянного уровня воды, содержащим клапан, установленный на подводящей воду трубе и кинематически связанный с поплавковой системой, и отводящую трубу, входное отверстие которой установлено несколько выше необходимого уровня воды в резервуаре. Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид гидрореактивного двигателя; на фиг. 2 - вид на ротор гидрореактивного двигателя сверху при снятой крышке резервуара; на фиг. 3 - общий вид гидрореактивного пульсирующего движителя; на фиг. 4 - вид спереди на гидрореактивный пульсирующий движитель; на фиг. 5 - вид сверху на гидрореактивный пульсирующий движитель; на фиг. 6 - продольный разрез гидрореактивного пульсирующего движителя; на фиг. 7 - вид на гидрореактивный пульсирующий движитель сверху в разрезе; на фиг. 8 - общий вид газового генератора; на фиг. 9 - разрез по АА фиг. 8; на фиг. 10 - расположение деталей газового генератора в режиме минимальной производительности; на фиг. 11 - расположение деталей газового генератора в выключенном положении; на фиг. 12 - общий вид механизма управления гидрореактивным пульсирующим движителем; на фиг. 13 - вид слева на механизм управления гидрореактивным пульсирующим движителем; на фиг. 14 - устройство запорного крана; на фиг. 15 - устройство редуктора с электрораспределительной системой и маслоподающим устройством; на фиг. 16 - электрогидравлическая схема управления гидрореактивными пульсирующими движителями; на фиг. 17 - устройство выпускного регулируемого клапана; на фиг. 18 - устройство впускного клапана; на фиг. 19 устройство поддержания постоянного уровня воды в резервуаре. Предлагаемый гидрореактивный двигатель содержит круглый резервуар 1, заполненный наполовину водой 2, уровень которой автоматически поддерживается устройством поддержания уровня воды 3, которое содержит корпус 4 с решеткой 5, внутри которого размещен поплавок 6, закрепленный на стержне 7, установленном в четерехгранных направляющих. Стержень имеет S- образный участок 8, кинематически связанный с впускным клапаном 9, установленным на подводящей воду трубе 10. Отверстие трубы 11, отводящей излишнюю воду, расположено чуть выше поддерживаемого уровня. Резервуар закрыт крышкой 12, в центре которой размещен подшипник 13, в котором установлен вертикальный вал 14, являющийся одновременно ведущим валом редуктора 15, установленного на крышке, имеющей впускную трубу 16. На ведущем валу редуктора закреплена ведущая шестерня 17, входящая в зацепление с ведомой шестерней 18, закрепленной на ведомом валу 19, установленном в подшипнике крышки 20 редуктора и являющемся выходным валом двигателя. В верхней части редуктора размещены электрораспределительное и маслоподающее устройства. В верхней части на вертикальный вал надета изоляционная втулка 21, на которой закреплены коллекторные кольца 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, первое из которых через угольную щетку 29 подключено к отрицательному выводу источника тока 30, а посредством проводника пропущенного через канал в вертикальном валу, с одной из клемм каждого электромагнита системы управления двигателем. Остальные коллекторные кольца посредством угольных щеток 31, 32, 33, 34, 35, 36, установленных в держателе 37, соединены с положительным выводом упомянутого источника тока через переключатель 38 и кнопочный включатель 39, посредством проводников, пропущенных через вертикальный канал вертикального вала, каждое коллекторное кольцо подключено ко второму выводу одного из шести электромагнитов системы управления двигателем. В торцевой части вертикального вала выполнено с высокой точностью цилиндрическое отверстие, в которое вставлен палец 40, изготовленный также с высокой точностью и имеющий вертикальные каналы 41 и 42, соединенные с масляным насосом 43, приводимым в движение электродвигателем 44, имеющим редукционный клапан 45 и соединенным с масляным баком 46. Вертикальные каналы посредством горизонтальных каналов совмещены с проточками 47 и 48, которые соединены с вертикальными каналами вертикального вала и отделены друг от друга сальниками 49 и 50. Палец болтом 51 привернут к крышке 52, которая привернута к корпусу редуктора. Верхний конец вертикального вала опирается на шарикоподшипники 53. К нижнему концу вертикального вала прикреплена прямоугольная балка 54, на обоих концах которой закреплены два гидрореактвных пульсирующих движителя 55 и 56, развернутые относительно друг друга на 180 градусов и расположенные над поверхностью воды. Оба гидрореактивных пульсирующих движителя одинаковы по конструкции и каждый из них содержит водопроточный корпус 57, к которому в передней части приварена водозаборная труба 58, имеющая впускной клапан 59, запорный кран 60 и водозаборник 61, опущенный в воду на некоторую глубину, имеющий водозаборную решетку 2 и заостренную обтекаемую форму спереди. К задней части водопроточного корпуса приварено выпускное сопло 63 с постепенно уменьшающимся сечением, внутри которого установлен выпускной управляемый клапан 64. В нижней части водопроточного корпуса, отделенной от верхней части герметичной перегородкой, размещены в несколько рядов газовые генераторы 65, подвижные элементы которых соединены с механизмом управления движителем, расположенным в верхней части водопроточного корпуса, закрытого крышкой 66. Количество газовых генераторов не ограничено и определяется мощностью гидрореактивного пульсирующего движителя. Все газовые генераторы имеют одинаковое устройство и каждый из них содержит - образный стержень 67, прикрепленный болтами 68 к водопроточному корпусу, имеющий с боков два продольных паза, в которые запрессованы два активных элемента 69, 70, представляющих собой вставки, выполненные из наиболее активного металла, относящегося к цериевой и иттриевой группам семейства лантонидов (La, Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Y, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu). Сверху на стержень надет стакан 71 с возможностью поворота на 90 градусов, имеющий два продольных сквозных отверстия 72, 73 и выполненный заодно с валом 74, пропущенный через отверстие в герметичной перегородке водопроточного корпуса и уплотненным сальником 75 с уплотнительной гайкой 76. На конце вала закреплена шестерня 77, входящая в зацепление с зубчатой рейкой механизма управления. Механизм управления газовыми генераторами содержит зубчатые рейки 78, 79, 80, установленные в направляющих и входящие в зацепление с упомянутыми шестернями газовых генераторов, а также с шестернями 81, 82, 83, установленными на поперечном валу 84, закрепленного в подшипниках 85, 86 и соединенного с гидродвигателем 87. Этот же вал второго гидрореакивного пульсирующего движителя соединен с гидродвигателем 88. Оба эти гидродвигателя посредством электрогидрораспределительного крана, содержащего корпус 89, золотник 90 с двумя перепускными отверстиями 21, двумя пружинами, поддерживающими последний в среднем положении 92 и 93, два электромагнита 94, 95, трубопроводов каналов внутри вертикального вала подключены к электрогидравлической системе управления двигателем. Запорные краны на обоих гидрореактиных пульсирующих движителях одинаковы по конструкции и каждый из них содержит золотник 96 с перепускным отверстием 97, установленный на оси 98. Оси запорных кранов соединены с гидродвигателями 99, 100, которые подключены к электрогидравлической системе через электрогидрораспределительный кран, содержащий корпус 101, внутрь которого вставлен золотник 102 с перепускными отверстиями 103, две пружины 104, 105, удерживающие золотник в среднем положении, и два электромагнита 106, 107. Выпускные управляемые клапаны обоих гидрореактивных пульсирующих движителей одинаковы по конструкции и каждый и них содержит клапан 108 в форме стакана, надетого на стакан 109 меньшего диаметра, установленный в направляющих, имеющих перепускные отверстия 110, и имеющий контакт с эксцентриком 111, установленным на оси 112. Оси эксцентриков у обоих гидрореактивных пульсирующих движителей соединены с гидродвигателями 113, 114, которые соединены с электрогидравлической системой через электрогидравлический кран, содержащий корпус 115, внутрь которого вставлен золотник 116 с двумя перепускными отверстиями 117, две пружины 118, 119, удерживающие золотник в среднем положении, два электромагнита 120, 121. Внутри двух стаканов выпускных регулируемых клапанов установлена пружина 12, сила сжатия которой может изменяться при повороте эксцентрика в ту или иную сторону. Впускные клапаны у обоих гидрореактивных пульсирующих движителей одинаковы по конструкции и каждый из них содержит клапан 123, выполненный в форме стакана, надетого на неподвижный стакан 124 меньшего диаметра, внутрь которых вставлена пружина 125. Работа гидрореактивного двигателя. Работа гидрореактивного двигателя основана на использовании способности металлов цериевой и иттриевой групп семейства лантонидов при соприкосновении с водой разлагать ее на кислород и водород при обычных условиях (нормальное давление, комнатная температура). /Об указанной способности см. А.И.Бусев, И.П.Ефимов, Словарь химических терминов, пособие для учащихся, М., Просвещение, 1971, с. 91-92/. Для запуска гидрореактивного двигателя необходимо включить электродвигатель 44, который приведет в действие масляный насос 43, а последний создаст в напорном трубопроводе 41 некоторое давление, которое будет определяться силой действия пружины редукционного клапана 45. Далее необходимо установить переключатель 38 в первое верхнее положение (фиг. 16) и нажать на кнопку 39. Ток от источника 30 через кнопку 39, переключатель 38, угольную щетку 31, коллекторное кольцо 23, проводники, приложенные внутри вертикального вала 14, поступит на электромагнит 120 и затем через коллекторное кольцо 22 и угольную щетку 29 возвратится к источнику. Электромагнит 120, сжимая пружину 118, притянет к себе золотник 116, сместив его влево. Перепускные каналы 117 соединят полости гидроцилиндров 113, 114 с гидросистемой. Клапан 45 закроется и масло станет поступать в полости этих гидродвигателей, поворачивая их валы. Вместе с валами гидродвигателей повернутся оси 112 выпускных управляемых клапанов 64 обоих гидрореактивных пульсирующих движителей. При этом эксцентрики 111 отодвинутся от подвижных стаканов 109 и уменьшат силу действия пружин 122 на клапана 108. Как только это произойдет, кнопка 39 выключается. Ток от источника 30 перестает поступать в электромагнит 120 и пружина 118 возвращает золотник 116 в среднее положение, отключая гидродвигатели 113, 114 от масляного насоса 43. Далее переключатель 38 устанавливается во второе верхнее положение и нажимается кнопка 39. Ток от источника 30 через кнопку 39, переключатель 38, угольную щетку 32, коллекторное кольцо 24, проводник внутри вертикального вала 14 поступает на клемму электромагнита 106 и с другой его клеммы через общий проводник, коллекторное кольцо 22, угольную щетку 29 возвращается к источнику, электромагнит 106 притягивает к себе золотник 102 электрогидравлического крана, перепускные каналы 103 подключают к гидравлической системе гидродвигатели 99 и 100, которые поворачивают оси 98, а вместе с ними золотники 96 запорных кранов 60, открывая доступ воды 2 в водопроточный корпус 57. Как только запорные краны 60 будут полностью открыты, кнопка 39 выключается, ток перестает поступать в электромагнит 106. Пружина 104 возвращает золотник 102 в среднее положение, отключая гидродвигатели 99, 100. Переключатель 38 устанавливается на третий сверху контакт и нажимается кнопка 30. Ток от источника 30 через кнопку 39, переключатель 38, угольную щетку 33, коллекторное кольцо 25, проводник внутри вертикального вала 14 поступает на клемму электромагнита 94, а с другой клеммы через общий проводник, коллекторное кольцо 22 и угольную щетку 29 возвращается к источнику. Электромагнит 94 притягивает золотник 90, смещая влево перепускные каналы 91 и соединяя гидродвигатели 87 и 88 с масляным насосом 43. Валы этих гидродвигателей поворачиваются и вместе с ними поворачиваются поперечные валы 84 с шестернями 81, 82, 83, которые передвигают зубчатые рейки 78, 79, 80 и поворачивают шестерни 77 газовых генераторов 65. При этом, если кнопка 39 была нажата кратковременно, то стаканы 71 повернутся на небольшой угол и займут положение, показанное на фиг. 10. Сквозные пазы 72, 73 частично совместятся с активными элементами 69, 70. Вода, находящаяся в водопроточном корпусе 57, войдет в соприкосновение с частичной поверхностью активных элементов и начнется ее разложение на кислород и водород, которые станут накапливаться в водопроточном корпусе и создавать в нем давление, которое будет определяться силой действия пружины 122 выпускного клапана 64. Как только давление воды в водопроточных корпусах 57 обоих гидрореактивных пульсирующих движителей 55, 56 превысит силу действия пружин 122 выпускных регулируемых клапанов, газоводяная смесь выбрасывается с силой из выпускных сопл 63, создавая реактивную силу, под действием которой оба гидрореактивных пульсирующих движителя 55, 56 начинают двигаться, поворачивая в ту же сторону вертикальный вал 14 и через шестерни 17, 18 выходной вал 19 гидрореактивного двигателя. После выброса газоводяной смеси из водопроточного корпуса 57 выпускной клапан 64 закрывается, а впускной клапан 59, вследствие возникшего разрежения, открывается и новая порция воды 2 из резервуара 1 через водозаборник 61 поступает внутрь водопроточного корпуса 57. После поступления в водопроточный корпус необходимого количества воды, впускной клапан закрывается, процесс разложения воды продолжается и все повторяется снова. Таким образом периодически по мере достижения необходимого давления внутри водопроточного корпуса происходит выброс газоводяной смеси, поступление внутрь новой порции воды и создание реактивной силы для вращения ротора гидрореактивного двигателя. Причем, в данном случае, сила действия на ротор минимальна, как и частота вращения выходного вала 19 гидрореактивного двигателя. Для увеличения частоты вращения выходного вала 19 и повышения мощности необходимо установить переключатель 38 на третий сверху контакт, нажать на кнопку 39 и держать ее до тех пор, пока стаканы 71 газовых генераторов 65 не подвергнутся на максимальный угол и не займут положение, показанное на фиг. 9. При этом вода внутри водопроточного корпуса станет полностью смачивать всю поверхность активных элементов 69, 70 через сквозные пазы 72, 73, в результате чего реакция разложения воды будет протекать очень бурно и количество кислорода и водорода резко возрастет. Кроме того необходимо установить переключатель 38 в положение, показанное на фиг. 16, и нажать кнопку 39. Ток от источника 30 через кнопку 39, переключатель 38, угольную щетку 34, коллекторное кольцо 26 поступит на одну из клемм электромагнита 121, а с другой клеммы через коллекторное кольцо 22 и угольную щетку 29 вернется к источнику. Электромагнит 121 притянет золотник 116 электрогидравлического крана, сжимая пружину 119 и соединяя гидродвигатели 113, 114 с масляным насосом 43. Валы гидродвигателей поворачиваются в противоположную сторону и через оси 112 поворачивают эксцентрики 111, сжимая пружины 122 и тем самым увеличивая силу давления последних на выпускные клапана 108. Кнопка 39, после завершения этой операции выключается. Вследствие увеличения силы действия пружин 122 и увеличения производительности газовых генераторов 65 давление в водопроточных корпусах 57 резко увеличивается и, как только оно превысит силу действия пружин 122, выпускные клапаны открываются и газоводяная смесь с увеличенной силой и скоростью выбрасывается из выпускных сопл 63, создавая максимальную реактивную силу и соответственно создавая максимальный вращающийся момент на вертикальном валу 14 и выходном валу 19. После этого процесс повторяется снова. По мере выброса газоводяной смеси из гидрореактивных пульсирующих движителей водород и кислород скапливаются внутри резервуара 1 и удаляются в атмосферу через выпускную трубу 16, а выброшенная вода остается в резервуаре. При работе гидрореактивного двигателя реакция разложения воды необратима так, как для вторичного соединения кислорода с водородом требуется высокая температура и значительные затраты энергии. Таким образом, изменяя производительность газовых генератора 65 и меняя силу давления пружин 122 на выпускные клапаны, можно изменять скорость выброса газоводяной смеси, вес выбрасываемых продуктов и частоту выброса, можно регулировать силу импульса, приложенного к ротору, а следовательно, мощность и частоту вращения вала гидрореакивного двигателя. При работе гидрореактивного двигателя происходит расход и удаление воды 2 из резервуара 1, в результате чего уменьшается уровень в резервуаре, что может привести к остановке гидрореактивного двигателя. Для обеспечения его бесперебойной работы уровень волы в резервуаре поддерживается автоматически. При уменьшении уровня воды в резервуаре поплавок 6 опускается вниз и вместе с ним опускается S-образный стержень 8. Клапан 9, под действием давления воды в подводящей трубе 10, поворачивается влево и открывает путь воде в резервуар 1. По мере увеличения воды в резервуаре поплавок 6 всплывает и перемещает вверх S-образный стержень 8 и, как только уровень воды достигнет необходимой величины, клапан 9 поворачивается вправо и закрывает доступ воды в резервуар из трубы 10. При неисправности клапана 9 или неправильной его регулировке излишняя вода удаляется из резервуара через отводящую трубу 11. Для остановки гидрореактивного двигателя необходимо переключатель 38 установить на первый снизу контакт и нажать кнопку 39. Ток от источника 30 через кнопку 39, переключатель 38, угольную щетку 36, коллекторное кольцо 28, провод внутри вертикального вала 14 поступит на одну из клемм электромагнита 95, а с другой клеммы через провод внутри вертикального вала, коллекторное кольцо 22 и угольную щетку 29 возвратится к источнику. Электромагнит 95, сжав пружину 93, притянет к себе золотник 90 электрогидравлического крана и подключит гидродвигатели 87 и 88 к масляному насосу 43. Масло от насоса станет поступать в полости этих гидродвигателей и поворачивать и валы. Вместе с ними станут поворачиваться в противоположную сторону поперечные валы 84, а вместе с ними и шестерни 24, 25, 26, которые передвинут зубчатые рейки 78, 79, 80 и через шестерни 77 повернут стаканы 71 газовых генераторов 65 в выключенное положение (фиг 11). При этом активные элементы 69, 70 будут изолированы от воды, находящейся в водопроточном корпусе 57. В результате прекратится процесс разложения воды и выделение кислорода и водорода. После этого переключатель 38 устанавливается на второй контакт снизу и нажимается кнопка 30. В результате, как было описано выше, ток от источника поступит на электромагнит 107, который сжав пружину 105, притянет к себе золотник 102 и перепускные каналы 103 подключат гидродвигатели 99, 100, которые, вращаясь в противоположную сторону, повернут золотники 96 и закроют запорные краны 60. В результате проделанных операций гидрореактивный двигатель остановится. Затем установкой переключателя 38 в положение, показанное на фиг. 16, производится ослабление действия пружин 122 регулируемых выпускных клапанов 64 с целью снятия давления внутри водопроточного корпуса 57. При работе гидрореактивного двигателя электродвигатель 44 и масляный насос 43 могут быть включены только тогда, когда необходимо изменить режим работы гидрореактивного двигателя путем включения одного из гидродвигателей 87, 88, 99, 100, 113, 114, а в остальное время они могут быть выключены. Работа гидрореактивного двигателя может контролироваться приборами, датчики которых могут быть установлены в различных местах гидрореактивных пульсирующих движителей (на чертежах не показано). В процессе работы гидрореактивного двигателя активные элементы 69, 70 вступают в реакцию с образующимся кислородом и на их поверхности образуется оксидная пленка. Для бесперебойной работы гидрореактивного двигателя должна быть предусмотрена очистка поверхности активных элементов или их быстрая замена посредством механизма, не показанного на чертеже. Положительный эффект: более широкое применение - использование в качестве силовой установки на судах и локомотивах, больший срок службы за счет меньшего контакта с водой, уменьшение веса и экономия металла, наличие свободного водорода, который может быть утилизирован.Формула изобретения
1. Гидрореактивный двигатель, содержащий резервуар, заполненный водой и закрытый крышкой, в котором на подшипниках установлен ротор, кинематически связанный с механизмом управления, отличающийся тем, что ротор, установленный горизонтально, представляет собой балку, геометрический центр которой закреплен на вертикальном валу, связанным через редуктор с выходным валом, а на концах ее установлены, одинаковые по конструкции, два гидрореактивных пульсирующих движителя, развернутые относительно друг друга на 180o и установленные над поверхностью воды, каждый из которых содержит водозаборник с впускным клапаном и запорным краном, входная часть которого опущена в воду и имеет обтекаемую форму, выпускное сопло с выпускным регулируемым клапаном и водопроточный корпус, расположенный между двумя первыми, внутри которого размещены газовые генераторы, подвижные элементы которых кинематически соединены с приводными гидродвигателями, которые вместе с гидродвигателями привода запорных кранов и выпускных управляемых клапанов связаны с механизмом управления гидрореактивным двигателем. 2. Гидрореактивный двигатель по п.1, отличающийся тем, что газовые генераторы, одинаковые по конструкции, размещены внутри водопроточного корпуса в несколько рядов, каждый из которых представляет собой автоматически открываемый и закрываемый контейнер, внутри которого размещены активные элементы, выполненные из металла, относящегося к цериевой и иттриевой группам семейства лантанидов. 3. Гидрореактивный двигатель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что электрогидравлическая система управления двигателя содержит масляный бак, масляный насос с приводным электродвигателем, маслоподающее устройство, связывающее через подвижные и неподвижные части ротора полости приводных гидродвигателей, гидрораспределительные краны с масляным насосом, электрическую цепь, включающую в себя источник тока с переключателями, электрораспределительное устройство, представляющее собой коллекторные кольца с угольными щетками, электрически соединенными с электромагнитами гидрораспределительных кранов. 4. Гидрореактивный двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что устройство поддержания постоянного уровня воды в резервуаре представляет собой поплавковый рычажный механизм, кинематически связанный с впускным клапаном, установленным на подводящей воду трубе. 5. Гидрореактивный двигатель по одному из пп.1 - 4, отличающийся тем, что в качестве рабочего тела использована газоводяная смесь.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16, Рисунок 17, Рисунок 18, Рисунок 19www.findpatent.ru
Cтраница 1
Гидрореактивные двигатели сейчас применяют иногда на так называемых водометах. Этим кораблям не страшны ни водоросли, ни мели; они используются на малых реках, например в качестве тракторов-амфибий на лесосплаве. [1]
Гидрореактивные двигатели применяют в торпедах [139]; при движении торпеды морская вода поступает через специальные водозаборники в двигатель. В камере сгорания тепловая энергия, выделившаяся при сгорании топлива в парах воды, затрачивается на испарение воды. Смесь паров воды и продуктов сгорания топлива при истечении из сопла обеспечивает получение необходимой тяги. [2]
Гидрореактивные двигатели сейчас применяют иногда на так называемых водометах. Этим кораблям не страшны ни водоросли, ни мели; они используются на малых реках, например в качестве тракторов-амфибий на лесосплаве. [3]
Формула справедлива и для гидрореактивного двигателя, создающего тягу за счет засасывания и выброса воды. [4]
Идея создания судов с гидрореактивными двигателями, подкрепленная простейшими расчетами, была впервые выдвинута англичанином Дж. [5]
При расчете движения корабля с гидрореактивным двигателем Эйлер допустил неточность [233]: он приравнивает силу реакции водяной струи непосредственно гидродинамическому сопротивлению корабля, опустив в уравнении движения дополнительное сопротивление корабля за счет преодоления инерции забираемой из него воды. [6]
Таким образом, 80 - 90 % мощности гидрореактивного двигателя расходуется на преодоление потерь в подшипниковых опорах. [8]
В то же время термины, обозначающие другие виды реактивных двигателей, не находятся в столь простых соотношениях между собой. К английскому термину duct propulsion engine нельзя подобрать один фиксированный русский термин: - ему соответствуют два русских термина, обозначающих конкретные типы каналовых или туннельных двигателей - воздушно-реактивные и гидрореактивные двигатели. [9]
На новое долото устанавливают устройство, генерирующее ультразвуковые импульсы и улавливающее их отраженные сигналы. Импульсная диаграмма записывается на видеопульте в капитанской рубке, что позволяет определить положение и расстояние долота относительно устья скважины. Выше долота на бурильной колонне поставлен гидрореактивный двигатель, при запуске которого можно долото ввести в воронку и далее в устье скважины. [10]
Страницы: 1
www.ngpedia.ru
Изобретение относится к области двигателей внутреннего сгорания и может быть использовано на водном транспорте. Роторный гидрореактивный двигатель содержит размещенный в подшипниках корпуса двигателя ротор, создающий жидкостное кольцо из рабочей жидкости, в качестве которой может быть использована забортная вода. На периферии ротора расположена рабочая камера в виде замкнутого сосуда. Камера снабжена каналами для подачи рабочей жидкости и горючей смеси, которая удерживается в камере при помощи гидрозатвора. Сжатие горючей смеси осуществляется давлением рабочей жидкости, подаваемой в рабочую камеру. При воспламенении сжатой горючей смеси происходит испарение части рабочей жидкости. Образованная парогазовая смесь вытесняет из камеры оставшуюся рабочую жидкость и вместе с ней создает исходящую из сопла реактивную струю, приводящую ротор во вращение. Управление клапанами реализовано при помощи кулачкового вала, соосного валу ротора. Достигается повышение степени сжатия горючей смеси, а также расширение области применения гидрореактивных двигателей. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к классу гидрореактивных двигателей, областью применения которых является водный транспорт. В качестве рабочей жидкости для указанных двигателей используется забортная вода, ограниченный объем которой поступает в рабочую камеру двигателя, а затем под воздействием импульса давления газовой либо парогазовой среды вытекает в окружающее пространство, создавая реактивную тягу.
Известен ПРЯМОТОЧНЫЙ ГИДРОРЕАКТИВНЫЙ СУДОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ (авторское свидетельство СССР №1068337, кл. В63Н 11/02, 30.01.81), содержащий коммутационную камеру с подпружиненной заслонкой, что позволяет направлять набегающий поток забортной воды попеременно в каждую из двух рабочих камер, создавая в них условия для сжатия и воспламенения горючей смеси с последующим истечением реактивной струи из диффузора двигателя. К недостаткам этого двигателя следует отнести сравнительно невысокую степень сжатия горючей смеси.
Известен также (авторское свидетельство СССР №1720927 А1, кл.В63Н 11/02, 11/14, 14.03.90) ПРЯМОТОЧНЫЙ ГИДРОРЕАКТИВНЫЙ СУДОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ В.В.ФИЛИМОНОВА, содержащий устройство для заполнения рабочих цилиндров забортной водой в виде центробежного насоса с электроприводом, устройство для заполнения камер сгорания сжатым воздухом в виде поршневого компрессора, топливный насос высокого давления, а также устройство подачи искры, кинематически связанные с валом электропривода. К недостаткам этого двигателя следует отнести необходимость включения в рабочий процесс дополнительных агрегатов, питающихся от посторонних источников энергии и не использующих кинетическую энергию реактивной струи.
Цель изобретения - устранить указанные недостатки прототипов и расширить область применения гидрореактивных двигателей. Для достижения поставленной цели предлагается такое устройство, в котором рабочая камера расположена на роторе, вращающемся под воздействием вытекающей из нее реактивной струи и которое позволяет с помощью изменения частоты вращения ротора двигателя и/или применения различных рабочих жидкостей менять в широком диапазоне степень сжатия горючей смеси, что увеличивает возможности выбора энергоносителей и в случае создания замкнутого кругооборота рабочей жидкости предоставляет разнообразные варианты применения двигателей с жидкостным поршнем независимо от наличия водной среды.
Предлагаемая конструкция двигателя схематически изображена на фиг.1. Ротор двигателя имеет вал 33, подшипники 32 которого размещены в неподвижных цапфах 31 и18 корпуса двигателя, а также привод 15 для связи с потребителями механической энергии либо со стартовым устройством в процессе запуска двигателя. На периферии ротора расположены сосуд в виде обечайки 2 с боковыми стенками 29, предназначенный для создания жидкостного кольца 1 со свободной поверхностью 30 в окружающей газовой среде, и рабочие камеры 7.
В рассматриваемом устройстве рабочей камерой гидрореактивного двигателя является замкнутый сосуд, снабженный для перемещения рабочего тела и энергоносителя следующими клапанами и каналами:
1. Канал 4 для подачи рабочей жидкости в камеру. Канал снабжен клапаном 3, а также гидрозатвором для предотвращения проникновения газообразных веществ из рабочей камеры в канал 4.
2. Канал 36 для подачи в камеру свежей горючей смеси либо свежего воздуха в зависимости от выбранного способа сжигания энергоносителя. Канал снабжен клапаном 25. Свежая смесь подается через левое торцевое отверстие вала ротора, которое сообщается с системой питания двигателя посредством патрубка 34.
3. Канал 11 для удаления из рабочей камеры газообразных остатков продуктов сгорания. Канал снабжен клапаном 24 и соплом 12 для создания реактивной струи газообразных остатков продуктов сгорания.
4. Канал 6 для освобождения части объема рабочей камеры от жидкости для поступления свежей горючей смеси. Канал снабжен клапаном 5, а также гидрозатвором для предотвращения потерь свежей горючей смеси и соплом 8 для создания реактивной струи рабочей жидкости.
5. Канал 9 для удержания в сжатом состоянии свежей горючей смеси, поступившей в камеру, и отвода рабочего тела после возникновения в камере избыточного давления газа или парогазовой смеси в результате воспламенения энергоносителя. Канал не имеет клапана, снабжен соплом 13 для создания реактивной струи рабочего тела.
Для управления открытием и закрытием клапанов применяется неподвижный кулачковый вал 35, размещенный соосно валу 33 ротора на цапфе 31 корпуса двигателя.
Утилизация запасов кинетической энергии, которыми обладают рабочая жидкость и газообразные продукты сгорания на выходе из сопла 8, 12, 13, осуществляется на решетках лопастей 10 и 21 турбомашины. Подшипники 16 вала 14 турбомашины, не имеющего жесткого механического соединения с валом 33 ротора, размещены на неподвижной цапфе 18 корпуса двигателя. Вал 14 турбомашины связан с потребителями механической энергии посредством привода 17.
Патрубок 27 предназначен для подачи в жидкостное кольцо 1 рабочей жидкости, излишки которой собираются в емкость 28 и отводятся через патрубок 26.
Газообразные продукты сгорания отводятся через выхлопной патрубок 19, отработавшая жидкость собирается в емкости 22 и отводится через патрубок 23.
Кожух 20 защищает вал 14 турбомашины от попадания на него рабочей жидкости.
Для запуска двигателя необходимо раскрутить ротор при помощи типового стартера с устройством автоматического отключения стартера после начала рабочего процесса. В процессе запуска двигателя возникает жидкостное кольцо 1, из которого рабочая жидкость перемещается по каналу 4 к рабочей камере 7, заполняя камеру и частично канал 9 при одновременно открытых клапанах 3, 24 и закрытых клапанах 5 и 25. Затем клапаны 3, 24 закрываются.
Именно от этого положения рабочей камеры 7, когда все ее клапаны 3, 5, 24, 25 закрыты, сама камера и часть канала 9 заполнены рабочей жидкостью.
Начинаем рассмотрение рабочего процесса.
Рабочий цикл начинается с заполнения части объема рабочей камеры свежей горючей смесью, для чего открываются клапаны 5 и 25. Так как радиус расположения седла клапана 5 больше радиуса, на котором расположено седло клапана 25, а также больше радиуса, на котором расположена свободная поверхность жидкости в канале 9, то в соответствии с законом распределения давлений в жидкости, находящейся во вращающемся сосуде, при открытии клапанов 5 и 25 начнется истечение жидкости из канала 9 и рабочей камеры 7 по каналу 6 через сопло 8, что приведет к заполнению освобождающегося объема камеры свежей горючей смесью. Поскольку свежая смесь подается в камеру по вращающемуся радиальному каналу, она имеет повышенное давление, что способствует хорошему заполнению смесью освободившегося объема, т.е. здесь реализуется эффект «наддува». При истечении жидкости через сопло 8 создается реактивная струя, которая, отдав ротору двигателя часть своей кинетической энергии, попадает на решетку лопастей 10 турбомашины, где происходит утилизация остатков ее кинетической энергии. Клапаны 5 и 25 закрываются. Объем камеры 7 заполнен газом и жидкостью, свободная поверхность жидкости в камере представляет собой прямой круговой цилиндр, соосный валу ротора.
Для сжатия горючей смеси открывается клапан 3. Жидкость по каналу 4 поступает в камеру 7 и канал 9, сжимая газ. После закрытия клапана 3 горючая смесь удерживается в сжатом состоянии давлением столба жидкости в канале 9. Степень сжатия зависит, помимо всего прочего, от частоты вращения ротора, плотности жидкости, величины радиуса свободной поверхности 30 жидкостного кольца 1.
Далее следует воспламенение сжатой горючей смеси, в результате чего возникает импульс высокого давления и температуры. Это приводит к испарению части рабочей жидкости, в камере возникает парогазовая смесь, которая под давлением вытесняет из камеры 7 по каналу 9 рабочую жидкость к соплу 13, формирующему реактивную струю, которая заставляет вращаться ротор и соединенные с ним устройства. Реактивная струя, вытекающая из сопла 13 канала 9, покидает ротор, обладая некоторым запасом кинетической энергии, который может быть утилизирован с помощью решетки лопастей 21 турбомашины.
Истечение по каналу 9 рабочей жидкости и парогазовой смеси приводит к падению давления в камере 7. Порция энергоносителя использована и возникает необходимость освободить камеру от газообразных остатков продуктов сгорания. Для этого следует открыть клапан 24 и следом за ним клапан 3. Парогазовая смесь устремляется по каналу 11 к соплу 12 и далее на решетку лопастей 21 турбомашины. После открытия клапана 3 столб жидкости в гидрозатворе защищает канал 4 от проникновения в него газообразных продуктов из рабочей камеры 7, а рабочая жидкость, поступающая по каналу 4, вытесняет из камеры газообразные остатки продуктов сгорания, которые по каналу 11 поступают на сопло 12. Полное очищение камеры от газа и заполнение ее рабочей жидкостью происходит в том случае, когда радиус расположения седла клапана 24 является наименьшим радиусом внутреннего объема рабочей камеры. Закрытием клапанов 24 и 3 завершается рабочий цикл, рабочая камера возвращается в исходное состояние.
Поскольку кулачковый вал 35 неподвижен, то рабочий цикл для одной камеры 7 совершается за один оборот вала ротора. Продолжительность рабочего цикла можно изменять, если предоставить кулачковому валу 35 возможность вращения на неподвижной цапфе 31 корпуса двигателя. Изменяя во время работы не только частоту, но и направление вращения кулачкового вала, можно поддерживать оптимальный режим работы двигателя.
На схематическом чертеже фиг.2 представлен вариант гидрореактивного двигателя без жидкостного кольца 1. Здесь рабочая жидкость поступает в рабочую камеру 7 по каналу 4 через центральное отверстие вала 33 ротора из патрубка 37 подводящего устройства.
1. Гидрореактивный двигатель, включающий в себя ротор, размещенный в подшипниках корпуса двигателя, стартер для приведения ротора в состояние вращения, отличающийся тем, что на периферии ротора расположена рабочая камера в виде замкнутого сосуда, снабженного каналом, имеющим клапан для подачи рабочей жидкости в рабочую камеру и гидрозатвор, защищающий канал от попадания газовой смеси из рабочей камеры, каналом, имеющим клапан для подачи в рабочую камеру свежей горючей смеси, каналом, имеющим клапан для удаления части объема рабочей жидкости из рабочей камеры, гидрозатвор для предотвращения потерь свежей горючей смеси и сопло для создания реактивной струи удаляемой жидкости, каналом, имеющим клапан для полного удаления газообразных остатков продуктов сгорания из рабочей камеры и сопло для создания реактивной струи остатков продуктов сгорания, каналом без клапана, предназначенным для удержания в рабочей камере горючей смеси в сжатом состоянии, а после воспламенения горючей смеси для отвода рабочего тела к соплу, формирующему реактивную струю рабочего тела, рабочая жидкость поступает в рабочую камеру из жидкостного кольца, возникающего внутри сосуда, образованного обечайкой и боковыми стенками ротора при подаче в этот сосуд рабочей жидкости во время вращения ротора, управление работой клапанов осуществляется при помощи неподвижного кулачкового вала, соосного валу ротора, утилизация запаса энергии, которым располагает рабочее тело на выходе из каналов рабочей камеры, осуществляется при помощи рабочих органов турбомашины, соосной ротору двигателя и не имеющей жесткой механической связи с ротором двигателя.
2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что управление работой клапанов осуществляется при помощи соосного валу ротора кулачкового вала, размещенного в подшипниках корпуса двигателя и имеющего возможность изменять не только частоту, но и направление вращения.
3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что рабочая жидкость поступает в рабочую камеру из системы подвода рабочей жидкости к ротору через центральное отверстие вала ротора.
www.findpatent.ru
Изобретение относится к жидкостным реактивным движителям, в которых реактивная струя создается с помощью насосов и импульсов давления, воздействующих на столб жидкости, преимущественно при воспламенении газовой или паровой смеси. Изобретение может быть использовано на маломерных судах и других плавательных средствах. Гидрореактивный движитель содержит размещенные одна внутри другой и оснащенные входными клапанами водометные трубы, полости которых связаны с рабочими камерами, сообщающимися с камерами сгорания и соединенными между собой эжектирующей трубкой. В эжектирующей трубке установлен элемент управления ее проходным сечением, связанный с управляющим устройством, вход которого связан с датчиком скоростного напора набегающего потока. Повышается тяга движителя. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к жидкостным реактивным движителям, в которых реактивная струя создается с помощью насосов и импульсов давления, воздействующих на столб жидкости, преимущественно при воспламенении газовой или паровой смеси. Изобретение может быть использовано на маломерных судах и других плавательных средствах.
Известен гидрореактивный движитель, содержащий водометную трубу, оснащенную входным клапаном, рабочую камеру и камеру сгорания (a.c. CCCP №75588, кл. 65f 6/30, 1949 г.).
Недостатком известного движителя является низкая тяга, развиваемая на всех режимах работы.
Наиболее близким к заявленному является гидрореактивный движитель, содержащий размещенные одна внутри другой и оснащенные входными клапанами водометные трубы, полости которых связаны с рабочими камерами, сообщающимися с камерами сгорания и соединенными между собой эжектирующей трубкой (см. патент РФ №2169101, кл. В63Н 11/09, опубл. 20.06.2001).
Недостатком известного движителя является недостаточно высокая тяга, развиваемая движителем на номинальных и максимальных скоростях движения судна. Это объясняется тем, что на указанных режимах работы эжектирующая трубка, как и на режиме запуска движителя, продолжает отбирать часть воды из рабочих камер, уменьшая тем самым величину импульсов тяги.
При использовании изобретения достигается технический результат, который заключается в повышении тяги движителя.
Указанный результат достигается тем, что в эжектирующей трубке гидрореактивного движителя, содержащего размещенные одна внутри другой и оснащенные входными клапанами водометные трубы, полости которых связаны с рабочими камерами, сообщающимися с камерами сгорания и соединенными между собой эжектирующей трубкой, установлен элемент управления ее проходным сечением, связанный с управляющим устройством, вход которого связан с датчиком скоростного напора набегающего потока.
Указанный результат достигается также тем, что перед входными клапанами водометных труб установлен диффузор, а датчик скоростного напора набегающего потока размещен в полости диффузора.
Указанный результат достигается также тем, что управляющее устройство имеет характеристику порогового элемента с регулируемым пороговым уровнем.
Указанный результат достигается также тем, что в качестве датчика скоростного напора использована трубка скоростного напора, в качестве управляющего устройства использован гидроцилиндр с подпружиненным поршнем, а элемент управления проходным сечением эжектирующей трубки выполнен в виде заслонки.
Указанный результат достигается также тем, что между датчиком скоростного напора набегающего потока и управляющим устройством установлен жидкостный демпфер.
На чертеже показана конструкция предлагаемого устройства. Гидрореактивный движитель содержит водометные трубы 1 и 2, размещенные одна внутри другой. На их входных участках смонтированы индивидуальные входные обратные клапаны 3 и 4. Клапаны 3 и 4 могут быть выполнены (как показано на чертеже) в виде шарнирно установленных поворотных заслонок (поворотных лепестков), причем клапан 3 выполнен с возможностью перекрытия кольцевого входного канала водометной трубы 1, а клапан 4 - с возможностью перекрытия цилиндрического входного канала водометной трубы 2. Полости водометных труб 1 и 2 связаны с рабочими камерами 5 и 6, которые сообщаются с камерами 7 и 8 сгорания. Рабочие камеры 5 и 6 соединены между собой эжектирующей трубкой 9. В эжектирующей трубке 9 установлен элемент 10 управления ее проходным сечением, выполненный, например, в виде заслонки поворотного или шиберного типа (как это показано на чертеже). Элемент 10 управления механически связан с управляющим устройством 11. При выполнении элемента 10 управления в виде заслонки шиберного типа в качестве управляющего устройства 11 может быть использован гидроцилиндр с подпружиненным поршнем 12 (см. чертеж). При этом пружина размещена в подпоршневой полости 13 гидроцилиндра. Подпоршневая полость 13 гидроцилиндра сообщается с окружающей средой, т.е. с окружающей движитель водой. Вход управляющего устройства 11 (в описываемом примере выполнения это надпоршневая полость гидроцилиндра), в свою очередь, связан с датчиком 14 скоростного напора набегающего потока воды. В качестве датчика 14 скоростного напора может быть использована трубка скоростного напора, размещенная, например, на корпусе гидрореактивного движителя и своим входным (заборным) отверстием ориентированная навстречу набегающему (на движитель) потоку среды (воды). В предпочтительной форме выполнения предлагаемого движителя перед входными клапанами 3 и 4 водометных труб 1 и 2 установлен диффузор 15, а датчик 14 скоростного напора набегающего потока размещен в полости диффузора 15. За счет такого размещения датчика 14 повышается точность измерения скоростного напора этим датчиком, а также возрастает его механическая защищенность от внешних воздействий. При таком размещении датчика 14 управляющее устройство 11 целесообразно выполнить с характеристикой порогового элемента с возможностью регулирования порогового уровня (а в частном случае и с управляемым гистерезисом). В описанном гидромеханическом варианте выполнения управляющего устройства 11 пороговая характеристика может быть получена за счет подбора пружины с заданными характеристиками (например, может быть использована пружина типа «хлопающая мембрана» с регулируемыми параметрами).
При использовании в качестве датчика 14 - трубки скоростного напора, в качестве управляющего устройства 11 - гидроцилиндра с подпружиненным поршнем, а в качестве элемента 10 управления проходным сечением эжектирующей трубки 10 - механической заслонки между датчиком 14 и управляющим устройством 11 (в разрыв связывающей их гидравлической линии) целесообразно установить жидкостный демпфер 16 (на чертеже показан пунктиром).
В частном случае связь между датчиком 14 и управляющим устройством 11 может быть выполнена не гидравлической, а электрической. В этом случае используют датчик 14 с электрическим выходом, а в качестве управляющего устройства используют соленоид с подпружиненным штоком.
Камеры 7 и 8 сгорания посредством трубопроводов с установленными в них впускными клапанами 17 и 18 сообщаются с устройством 19 подготовки горючей смеси. Рабочие камеры 5 и 6 оснащены также продувочными трубами 20 и 21, которые посредством выпускных клапанов 22 и 23 сообщаются с выхлопным устройством 24. В стенках камер 7 и 8 сгорания установлены свечи 25 и 26, электрически связанные с системой 27 зажигания. Штоки впускных клапанов 17 и 18, а также штоки выпускных клапанов 22 и 23 шарнирно связаны с коромыслом 28, рычаг которого связан с соленоидом 29 и с контактным устройством 30, которое электрически связано с системой 27 зажигания. Система 31 управления связана с системой 27 зажигания и с соленоидом 29. Цепи питания устройств 27, 29 и 31 не показаны.
На выходе камер 7 и 8 сгорания установлены отражатели 32 и 33.
Гидрореактивный движитель с помощью устройства 34 подвески устанавливается на судне 35 в положении, показанном на чертеже, так, чтобы при работе водометные трубы 1 и 2 были полностью погружены в воду.
Гидрореактивный движитель работает следующим образом.
Рассмотрим запуск гидрореактивного движителя и начальный период работы гидрореактивного движителя.
При отсутствии движения воды относительно гидрореактивного движителя (это может иметь место на стоянке (на швартовых) при неподвижной воде или при дрейфе судна 35 по течению) входные клапаны 3 и 4 открыты и в водометных трубах 1 и 2 первоначально устанавливается одинаковый уровень воды. Скоростной напор на входе датчика 14 отсутствует, давление в надпоршневой полости управляющего устройства 11 недостаточно велико для того, чтобы поршень 12 мог преодолеть усилие пружины. Заслонка 10 находится в положении, при котором проходное сечение эжектирующей трубки 9 полностью открыто. Предположим, что в начальный момент времени коромысло 28 находится в таком положении, когда клапаны 17 и 22 открыты, а клапаны 18 и 23 закрыты. В камеру 7 сгорания поступает горючая смесь, например газовоздушная. После заполнения камеры 7 сгорания горючей смесью соленоид 29 перемещает коромысло 28 в такое положение, при котором клапаны 17 и 22 закрываются, а в контактном устройстве 30 замыкаются контакты. Система 27 зажигания по сигналу от контактного устройства 30 подает импульс зажигания на свечу 25. Происходит сгорание смеси в камере 7. Продукты сгорания, расширяясь, выбрасываются в рабочую камеру 5 и, при закрытых клапанах 17 и 22, вытесняют находящийся в камере 5 столб воды в водометную трубу 2. Входной обратный клапан 4 под давлением выбрасываемой воды закрывается, и она истекает из водометной трубы 2, создавая гидрореактивную тягу, обеспечивающую начальное движение судна 35 (при условии, что швартовые отданы). При этом часть вытесняемой из камеры 5 воды через эжектирующую трубку 9 поступает в рабочую камеру 6, повышая в ней уровень воды и ускоряя ее заполнение. Одновременно благодаря движению судна 35 уровень воды в рабочей камере 6 повышается за счет ее поступления через входной обратный клапан 3, что приводит к дополнительному подсасыванию воды из камеры 5 через эжектирующую трубку 9. Воздух (или продукты сгорания от предыдущего цикла) вытесняется из рабочей камеры 6 через открытый выпускной клапан 23 в выхлопное устройство 24. В процессе заполнения рабочей камеры 6 водой клапаны 17 и 22 закрыты, а клапаны 18 и 23 открыты; полость камеры 8 сгорания и свободная от воды часть рабочей камеры 6 заполняются горючей смесью. В рабочую камеру 6 продолжает поступать вода, в результате чего в камере 6 и в камере 8 сгорания происходит сжатие горючей смеси. Система 27 зажигания по сигналу от блока 31 производит поджиг горючей смеси в камере 8 сгорания. Газы из камеры сгорания 8, отбрасываясь от отражателя 33, попадают в рабочую камеру 6, выталкивая воду через водометную трубу 1 и создавая тягу (которая повышается за счет гидроудара в водометной трубе 1), после чего начинается новый цикл работы двигателя.
С ростом скорости движения судна увеличивается скоростной напор набегающего потока, в результате чего вода, попадая попеременно в продувочные трубы 20 и 21, воздействует на выпускные клапаны 22 и 23 таким образом, что происходит перебрасывание коромысла 28 из одного положения в другое без участия соленоида 29 (в этом режиме работы он отключается).
По мере роста скорости движения судна 35 в воде (хода судна) скоростной напор в полости диффузора 15 и на входе датчика 14 возрастает. Соответственно повышается давление в надпоршневой полости управляющего устройства 11 (гидроцилиндра).
Управляющее устройство 11 может иметь как плавную (характеристика типа гладкая кривая), так и ступенчатую (пороговая характеристика) зависимость величины перемещения элемента управления 10 (заслонки) от величины скоростного напора на входе датчика 14.
Как уже указывалось, управляющее устройство 11 с пороговой характеристикой (предпочтительно с регулируемым значением указанного порога) целесообразно использовать в том случае, когда датчик 14 скоростного напора размещен в полости диффузора 15, где при работе движителя имеют место значительные уровни пульсаций скоростного напора, которые могут вызвать нежелательные колебания элемента управления 10 (заслонки). Настройка порога срабатывания управляющего устройства 11 позволит исключить указанные нежелательные явления. При превышении давлением в надпоршневой полости указанного порогового значения происходит скачкообразное перемещение поршня 12 в нижнее (см. чертеж) положение, что приводит к полному перекрытию заслонкой элемента 10 проходного сечения эжектирующей трубки 9. Пороговое значение подбирается так, что скачкообразное перемещение поршня 12 происходит при достижении судном 35 некоторой наперед заданной скорости. При наличие дополнительного жидкостного демпфера 16 в линии, связывающей трубку скоростного напора с управляющим устройством 11 (гидроцилиндром), нежелательное влияние пульсаций давления на работу этого устройства будет снижено в еще большей степени.
Управляющее устройство 11 с плавной характеристикой целесообразно использовать при размещении датчика 14 в зоне с незначительными уровнями пульсаций скоростного напора, например на наружной поверхности элементов движителя, находящихся при его работе ниже ватерлинии. В этом случае перекрытие проходного сечения эжектирующей трубки 9 (а следовательно, и повышение тяги движителя) происходит плавно по мере увеличения скорости движения судна 35 в воде (хода судна).
1. Гидрореактивный движитель, содержащий размещенные одна внутри другой и оснащенные входными клапанами водометные трубы, полости которых связаны с рабочими камерами, сообщающимися с камерами сгорания и соединенными между собой эжектирующей трубкой, отличающийся тем, что в эжектирующей трубке установлен элемент управления ее проходным сечением, связанный с управляющим устройством, вход которого связан с датчиком скоростного напора набегающего потока.
2. Гидрореактивный движитель по п.1, отличающийся тем, что перед входными клапанами водометных труб установлен диффузор, а датчик скоростного напора набегающего потока размещен в полости диффузора.
3. Гидрореактивный движитель по п.2, отличающийся тем, что управляющее устройство имеет характеристику порогового элемента с регулируемым пороговым уровнем.
4. Гидрореактивный движитель по п.1, отличающийся тем, что в качестве датчика скоростного напора использована трубка скоростного напора, в качестве управляющего устройства использован гидроцилиндр с подпружиненным поршнем, а элемент управления проходным сечением эжектирующей трубки выполнен в виде заслонки.
5. Гидрореактивный движитель по п.4, отличающийся тем, что между датчиком скоростного напора набегающего потока и управляющим устройством установлен жидкостный демпфер.
www.findpatent.ru
Изобретение относится к области двигателей внутреннего сгорания и может быть использовано на водном транспорте. Роторный гидрореактивный двигатель содержит размещенный в подшипниках корпуса двигателя ротор, создающий жидкостное кольцо из рабочей жидкости, в качестве которой может быть использована забортная вода. На периферии ротора расположена рабочая камера в виде замкнутого сосуда. Камера снабжена каналами для подачи рабочей жидкости и горючей смеси, которая удерживается в камере при помощи гидрозатвора. Сжатие горючей смеси осуществляется давлением рабочей жидкости, подаваемой в рабочую камеру. При воспламенении сжатой горючей смеси происходит испарение части рабочей жидкости. Образованная парогазовая смесь вытесняет из камеры оставшуюся рабочую жидкость и вместе с ней создает исходящую из сопла реактивную струю, приводящую ротор во вращение. Управление клапанами реализовано при помощи кулачкового вала, соосного валу ротора. Достигается повышение степени сжатия горючей смеси, а также расширение области применения гидрореактивных двигателей. 2 з.п. ф-лы, 2 ил. 
Изобретение относится к классу гидрореактивных двигателей, областью применения которых является водный транспорт. В качестве рабочей жидкости для указанных двигателей используется забортная вода, ограниченный объем которой поступает в рабочую камеру двигателя, а затем под воздействием импульса давления газовой либо парогазовой среды вытекает в окружающее пространство, создавая реактивную тягу.
Известен ПРЯМОТОЧНЫЙ ГИДРОРЕАКТИВНЫЙ СУДОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ (авторское свидетельство СССР № 1068337, кл. В63Н 11/02, 30.01.81), содержащий коммутационную камеру с подпружиненной заслонкой, что позволяет направлять набегающий поток забортной воды попеременно в каждую из двух рабочих камер, создавая в них условия для сжатия и воспламенения горючей смеси с последующим истечением реактивной струи из диффузора двигателя. К недостаткам этого двигателя следует отнести сравнительно невысокую степень сжатия горючей смеси.
Известен также (авторское свидетельство СССР № 1720927 А1, кл.В63Н 11/02, 11/14, 14.03.90) ПРЯМОТОЧНЫЙ ГИДРОРЕАКТИВНЫЙ СУДОВОЙ ДВИГАТЕЛЬ В.В.ФИЛИМОНОВА, содержащий устройство для заполнения рабочих цилиндров забортной водой в виде центробежного насоса с электроприводом, устройство для заполнения камер сгорания сжатым воздухом в виде поршневого компрессора, топливный насос высокого давления, а также устройство подачи искры, кинематически связанные с валом электропривода. К недостаткам этого двигателя следует отнести необходимость включения в рабочий процесс дополнительных агрегатов, питающихся от посторонних источников энергии и не использующих кинетическую энергию реактивной струи.
Цель изобретения - устранить указанные недостатки прототипов и расширить область применения гидрореактивных двигателей. Для достижения поставленной цели предлагается такое устройство, в котором рабочая камера расположена на роторе, вращающемся под воздействием вытекающей из нее реактивной струи и которое позволяет с помощью изменения частоты вращения ротора двигателя и/или применения различных рабочих жидкостей менять в широком диапазоне степень сжатия горючей смеси, что увеличивает возможности выбора энергоносителей и в случае создания замкнутого кругооборота рабочей жидкости предоставляет разнообразные варианты применения двигателей с жидкостным поршнем независимо от наличия водной среды.
Предлагаемая конструкция двигателя схематически изображена на фиг.1. Ротор двигателя имеет вал 33, подшипники 32 которого размещены в неподвижных цапфах 31 и18 корпуса двигателя, а также привод 15 для связи с потребителями механической энергии либо со стартовым устройством в процессе запуска двигателя. На периферии ротора расположены сосуд в виде обечайки 2 с боковыми стенками 29, предназначенный для создания жидкостного кольца 1 со свободной поверхностью 30 в окружающей газовой среде, и рабочие камеры 7.
В рассматриваемом устройстве рабочей камерой гидрореактивного двигателя является замкнутый сосуд, снабженный для перемещения рабочего тела и энергоносителя следующими клапанами и каналами:
1. Канал 4 для подачи рабочей жидкости в камеру. Канал снабжен клапаном 3, а также гидрозатвором для предотвращения проникновения газообразных веществ из рабочей камеры в канал 4.
2. Канал 36 для подачи в камеру свежей горючей смеси либо свежего воздуха в зависимости от выбранного способа сжигания энергоносителя. Канал снабжен клапаном 25. Свежая смесь подается через левое торцевое отверстие вала ротора, которое сообщается с системой питания двигателя посредством патрубка 34.
3. Канал 11 для удаления из рабочей камеры газообразных остатков продуктов сгорания. Канал снабжен клапаном 24 и соплом 12 для создания реактивной струи газообразных остатков продуктов сгорания.
4. Канал 6 для освобождения части объема рабочей камеры от жидкости для поступления свежей горючей смеси. Канал снабжен клапаном 5, а также гидрозатвором для предотвращения потерь свежей горючей смеси и соплом 8 для создания реактивной струи рабочей жидкости.
5. Канал 9 для удержания в сжатом состоянии свежей горючей смеси, поступившей в камеру, и отвода рабочего тела после возникновения в камере избыточного давления газа или парогазовой смеси в результате воспламенения энергоносителя. Канал не имеет клапана, снабжен соплом 13 для создания реактивной струи рабочего тела.
Для управления открытием и закрытием клапанов применяется неподвижный кулачковый вал 35, размещенный соосно валу 33 ротора на цапфе 31 корпуса двигателя.
Утилизация запасов кинетической энергии, которыми обладают рабочая жидкость и газообразные продукты сгорания на выходе из сопла 8, 12, 13, осуществляется на решетках лопастей 10 и 21 турбомашины. Подшипники 16 вала 14 турбомашины, не имеющего жесткого механического соединения с валом 33 ротора, размещены на неподвижной цапфе 18 корпуса двигателя. Вал 14 турбомашины связан с потребителями механической энергии посредством привода 17.
Патрубок 27 предназначен для подачи в жидкостное кольцо 1 рабочей жидкости, излишки которой собираются в емкость 28 и отводятся через патрубок 26.
Газообразные продукты сгорания отводятся через выхлопной патрубок 19, отработавшая жидкость собирается в емкости 22 и отводится через патрубок 23.
Кожух 20 защищает вал 14 турбомашины от попадания на него рабочей жидкости.
Для запуска двигателя необходимо раскрутить ротор при помощи типового стартера с устройством автоматического отключения стартера после начала рабочего процесса. В процессе запуска двигателя возникает жидкостное кольцо 1, из которого рабочая жидкость перемещается по каналу 4 к рабочей камере 7, заполняя камеру и частично канал 9 при одновременно открытых клапанах 3, 24 и закрытых клапанах 5 и 25. Затем клапаны 3, 24 закрываются.
Именно от этого положения рабочей камеры 7, когда все ее клапаны 3, 5, 24, 25 закрыты, сама камера и часть канала 9 заполнены рабочей жидкостью.
Начинаем рассмотрение рабочего процесса.
Рабочий цикл начинается с заполнения части объема рабочей камеры свежей горючей смесью, для чего открываются клапаны 5 и 25. Так как радиус расположения седла клапана 5 больше радиуса, на котором расположено седло клапана 25, а также больше радиуса, на котором расположена свободная поверхность жидкости в канале 9, то в соответствии с законом распределения давлений в жидкости, находящейся во вращающемся сосуде, при открытии клапанов 5 и 25 начнется истечение жидкости из канала 9 и рабочей камеры 7 по каналу 6 через сопло 8, что приведет к заполнению освобождающегося объема камеры свежей горючей смесью. Поскольку свежая смесь подается в камеру по вращающемуся радиальному каналу, она имеет повышенное давление, что способствует хорошему заполнению смесью освободившегося объема, т.е. здесь реализуется эффект «наддува». При истечении жидкости через сопло 8 создается реактивная струя, которая, отдав ротору двигателя часть своей кинетической энергии, попадает на решетку лопастей 10 турбомашины, где происходит утилизация остатков ее кинетической энергии. Клапаны 5 и 25 закрываются. Объем камеры 7 заполнен газом и жидкостью, свободная поверхность жидкости в камере представляет собой прямой круговой цилиндр, соосный валу ротора.
Для сжатия горючей смеси открывается клапан 3. Жидкость по каналу 4 поступает в камеру 7 и канал 9, сжимая газ. После закрытия клапана 3 горючая смесь удерживается в сжатом состоянии давлением столба жидкости в канале 9. Степень сжатия зависит, помимо всего прочего, от частоты вращения ротора, плотности жидкости, величины радиуса свободной поверхности 30 жидкостного кольца 1.
Далее следует воспламенение сжатой горючей смеси, в результате чего возникает импульс высокого давления и температуры. Это приводит к испарению части рабочей жидкости, в камере возникает парогазовая смесь, которая под давлением вытесняет из камеры 7 по каналу 9 рабочую жидкость к соплу 13, формирующему реактивную струю, которая заставляет вращаться ротор и соединенные с ним устройства. Реактивная струя, вытекающая из сопла 13 канала 9, покидает ротор, обладая некоторым запасом кинетической энергии, который может быть утилизирован с помощью решетки лопастей 21 турбомашины.
Истечение по каналу 9 рабочей жидкости и парогазовой смеси приводит к падению давления в камере 7. Порция энергоносителя использована и возникает необходимость освободить камеру от газообразных остатков продуктов сгорания. Для этого следует открыть клапан 24 и следом за ним клапан 3. Парогазовая смесь устремляется по каналу 11 к соплу 12 и далее на решетку лопастей 21 турбомашины. После открытия клапана 3 столб жидкости в гидрозатворе защищает канал 4 от проникновения в него газообразных продуктов из рабочей камеры 7, а рабочая жидкость, поступающая по каналу 4, вытесняет из камеры газообразные остатки продуктов сгорания, которые по каналу 11 поступают на сопло 12. Полное очищение камеры от газа и заполнение ее рабочей жидкостью происходит в том случае, когда радиус расположения седла клапана 24 является наименьшим радиусом внутреннего объема рабочей камеры. Закрытием клапанов 24 и 3 завершается рабочий цикл, рабочая камера возвращается в исходное состояние.
Поскольку кулачковый вал 35 неподвижен, то рабочий цикл для одной камеры 7 совершается за один оборот вала ротора. Продолжительность рабочего цикла можно изменять, если предоставить кулачковому валу 35 возможность вращения на неподвижной цапфе 31 корпуса двигателя. Изменяя во время работы не только частоту, но и направление вращения кулачкового вала, можно поддерживать оптимальный режим работы двигателя.
На схематическом чертеже фиг.2 представлен вариант гидрореактивного двигателя без жидкостного кольца 1. Здесь рабочая жидкость поступает в рабочую камеру 7 по каналу 4 через центральное отверстие вала 33 ротора из патрубка 37 подводящего устройства.
1. Гидрореактивный двигатель, включающий в себя ротор, размещенный в подшипниках корпуса двигателя, стартер для приведения ротора в состояние вращения, отличающийся тем, что на периферии ротора расположена рабочая камера в виде замкнутого сосуда, снабженного каналом, имеющим клапан для подачи рабочей жидкости в рабочую камеру и гидрозатвор, защищающий канал от попадания газовой смеси из рабочей камеры, каналом, имеющим клапан для подачи в рабочую камеру свежей горючей смеси, каналом, имеющим клапан для удаления части объема рабочей жидкости из рабочей камеры, гидрозатвор для предотвращения потерь свежей горючей смеси и сопло для создания реактивной струи удаляемой жидкости, каналом, имеющим клапан для полного удаления газообразных остатков продуктов сгорания из рабочей камеры и сопло для создания реактивной струи остатков продуктов сгорания, каналом без клапана, предназначенным для удержания в рабочей камере горючей смеси в сжатом состоянии, а после воспламенения горючей смеси для отвода рабочего тела к соплу, формирующему реактивную струю рабочего тела, рабочая жидкость поступает в рабочую камеру из жидкостного кольца, возникающего внутри сосуда, образованного обечайкой и боковыми стенками ротора при подаче в этот сосуд рабочей жидкости во время вращения ротора, управление работой клапанов осуществляется при помощи неподвижного кулачкового вала, соосного валу ротора, утилизация запаса энергии, которым располагает рабочее тело на выходе из каналов рабочей камеры, осуществляется при помощи рабочих органов турбомашины, соосной ротору двигателя и не имеющей жесткой механической связи с ротором двигателя.
2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что управление работой клапанов осуществляется при помощи соосного валу ротора кулачкового вала, размещенного в подшипниках корпуса двигателя и имеющего возможность изменять не только частоту, но и направление вращения.
3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что рабочая жидкость поступает в рабочую камеру из системы подвода рабочей жидкости к ротору через центральное отверстие вала ротора.
www.freepatent.ru
