ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
33I970
Сева Свввтевна
Свциалистнчевнна
Рвсаублне
Зависимое от авт. свидетельства №
Заявлено ОЗЛ I.1970 (М 1403019/27-11) с присоединением заявки №
Приоритет
Опубликовано 14.111.1972. Бюллетень № 10
Дата опубликования описания 20.IV.1972
М. Кл. В 6311 11/02
Комитат пе делам наеврвтений и етнрытий врн Севатв аеннистрав
СССР
УДК 629.12:532.582.5. .035.2 (088.8) Автор изобретения
А. Ф. Безруков
Заявитель
ПОРШНЕВОЙ ВОДОМЕТНЫЙ ДВИ)КИТЕЛЬ
Изобретение относится к области судостроения ы касается поршневых водометных движителей.
Известны поршневые водометные движители с приводом поршня водомета от свободнопоршневого двигателя внутреннего сгорания, содержащие всасывающую и сопловую трубы.
Цель изобретения — упрощение конструкции и повышение эффективности поршневого движителя. Для этого поршень водомета выполнен в виде трубы, проходящей сквозь цилиндр двигателя и входящей одним концом во всасывающую трубу, а другим — в сопловую трубу, причем поршень двигателя совмещен с поршнем водомета и выполнен с разделителем фаз в виде обратного клапана.
На фиг. 1 показана движительная установка, продольный разрез; на фиг. 2 — агрегат, состоящий из двух движительных установок и одного вспомогательного двигателя внутреннего сгорания со свободным поршнем.
Сквозь торцовые крышки 1 и 2 цилиндра 8 двухтактного свободнопоршневого двигателя внутреннего сгорания проходит поршень 4 водомета в виде сквозной полой трубы. Цилиндрическое утолщение, выполненное вокруг наружной поверхности поршня 4 водомета образует поршень 5 двигателя внутреннего сгорания. Во внутренней полости поршня 5 устаовлен разделитель фаз б, представляющий собой обратный клапан, сделанный, напрпмер, из пластмассы в виде полого конического тела.
Обратный клапан имеет хвостовик 7, входящий в цилиндрическое гнездо в центральной перемычке 8 поршня 5. К передней торцовой крышке 1 цилиндра 3 крепится всасывающая труба 9, а к задней крышке 2 — сопловая труба 10. Выходное отверстие трубы 10 прикрывает заслонка 11, шарнирно подвешенная
10 к приливу 12 трубы. Один конец поршня 4 водомета входит во всасывающую трубу 9, а другой конец — в сопловую трубу 10.
Двигательная часть установки имеет впускное окно 18 с клапаном 14 в задней части ци15 линдра 8, перепускной канал 15 с окном 1б, открывающимся в переднюю часть цилиндра, и выпускное окно 17 в средней части. Кроме этого, ц илиндр 3 снабжен в передней части отверстием с резьбой (не показано на чертеже)
20 для установки свечи зажигания.
К передней части поршня 4 водомета резьбовым соединением крепится шток 18, которым поршень 8 соединяется с траверсой 19 (см. фиг. 2). К этой же траверсе прикреплены
25 шток 20 второй двпжптельной установки 21 и шток 22 вспомогательного двигателя 23. Шток
22 проходит сквозь двигатель 23 и соединяется, в свою очередь, со штоком 24 линейного стартера-генератора 25. Вспомогательный двиЗо гатель внутреннего сгорания установлен меж331970 ду основными двигателями и предназначен для выполнения тактов всасывания и сжатия в основных двигателях.
Движительная установка при условии, что всасывающая и сопловая трубы погружены в воду, работает следующим образом.
При включении пускового устройства (в данном случае стартера-генератора 25) поршням 4 и 5 через шток 24 и 22, траверсу 19 и шток 18 сообщается возвратно-поступательное движение. При перемещении поршня 5 влево через впускное окно 18 из карбюратора (не показан на чертеже) в заднюю часть цилиндра 8 двигателя всасывается горючая смесь.
Когда поршень 5 движется вправо (по чертежу), то горючая смесь сжимается, так как клапан 14 перекрывает окно 18. Обратный клапан поршня водомета в это время под действием своей пружины закрыт, и вода, находящаяся внутри поршня 4 водомета за обратным клапаном, вытесняется поршнем 4 в сопловую трубу 10. Давлением воды заслонка 11 открывается, и вода из трубы 10 выбрасывается наружу. Когда поршень 5, перемещаясь вправо, откроет окно lб, горючая смесь, сжатая в задней части цилиндра 8, через перепускной канал 15 и окно lб перепускается в переднюю часть цилиндра.
При движении влево (по чертежу) поршень
5 двигателя перекрывает окна 16 и 17 и начинает сгиимать рабочую смесь. В это время в полости поршня 4 водомета за обратным клапаном б образуется разрежение, вследствие чего заслонка 11 закрывает выходное отверстие сопловой трубы 10, а обратный клапан поршня 4 под напором воды открывается, и вода из всасывающей трубы 9 через переднюю полость поршня 4 водомета проходит в его заднюю полость.
Когда поршень 5 двигателя достигнет крайнего левого положения и рабочая смесь в левой части цилиндра 8 будет сжата, на свечу зажигания подается напряжение. Рабочая
5 смесь воспламеняется. Поршень 5, перемещаясь вправо, совершает рабочий ход, во время которого сжимается горючая смесь в задней части цилиндра 8 и происходит вымет воды из трубы 10. Благодаря вымету воды возни10 кает реактивный момент, сообщающий судну движение, С этого момента стартер-генератор переключается на работу в режиме генератора, а перемещение поршня 5 двигателя влево для осуществления тактов всасывания и сжа15 тия происходит за счет рабочего хода в цилиндре вспомогательного двигателя 28, который запускается одновременно с запуском основных двигателей. Отработавшие газы удаляются из цилиндра через окно 17. При про20 дувке и наполнении цилиндра 8 наружная поверхность поршня 4 водомета выполняет роль дефлектора.
Предмет изобретения
30 Поршневой водометный движитель с приводом поршня водомета от свободнопоршневого двигателя внутреннего сгорания, содержащий всасывающую и сопловую трубы, отличаюи ийся тем, что, с целью упрощения конструк35 ции и повышения эффективности, поршень водомета выполнен в виде трубы, проходящей сквозь цилиндр двигателя и входящей одним концом во всасывающую трубу, а другим — в сопловую трубу, причем поршень двигателя
40 совмещен с поршнем водомета и выполнен с разделителем фаз в виде обратного клапана, 331970
2а
2f шпиг. 7
Составитель В. )Каботинский
Редактор О. Филиппова
Техред Т. Ускова
Корректор Т. Китаева
Типография, пр. Сапунова, 2
Заказ 1019/8 Изд. № 412 Тираж 448 Подписное
ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР
Москва, )К-35, Раушская наб., д. 4/5
www.findpatent.ru
6605 просм.
Водометный движитель представляет собой механизм выталкивания воды, за счет чего судно идет вперед. Чаще всего, его используют именно в этом предназначении. В ниже представленном видео уроке вы узнаете, из чего состоит водомет, как он устроен, какие есть особенности и недостатки такого двигателя.
Видео урок не представлен как конкретный курс по созданию водомета в домашних условиях. Однако, он может помочь вам понять, как работает механизм и что может понадобиться для его создания.
Водометные двигатели - это очень интересное и необычное устройство. На протяжении многих лет конструкторы и ученые не прекращают свою работу надо совершенствованием этого механизма. И чтобы создать водомет саморучно, надо обязательно знать важную информацию. А именно:
Поэтому, прежде чем приступать к созданию саморучного водометного движителя, необходимо почитать всю важную информацию, публикации и статьи на эту тему. Для того, чтобы сделать его своими руками, важно знать как устроен этот механизм.
После того, как вы подробно узнаете все о водометах, сделайте необходимые расчеты, и можно приступать к проектированию. А именно, вам надо построить 3D-модель, которая значительно облегчит следующую работу. Дальше, дело за корпусом и самим механизмом. И как ни странно, создание корпуса является наиболее сложным этапом работы. Чтобы узнать, как облегчить себе задачу, посмотрите этот видео урок. Также, помимо всего прочего, вы узнаете и много полезных советов и предостережений.
Пример самодельного водомета вы можете увидеть в следующем небольшом видео уроке.
1000videourokov.ru
Водометными двигателями оснащаются небольшие водные транспортные средства, такие как гидроциклы или маленькие катера. Для катеров побольше обычно используются обычные винтовые подвесные моторы, как например мотор Hidea. Водометные моторы используют принцип реактивного двигателя. Но вместо использования высокого давления газа для создания тяги, здесь работают водометные приводы для создания мощного потока воды. Для создания такого потока, крыльчатка прогоняет большое количество воды по специальному каналу в днище, которая выходит через рулевое сопло в задней части.
Крыльчатка – устройство, подобное ротору – находится внутри цилиндрического канала в корпусе гидроцикла. Во вращение ее приводит двигатель через приводной вал. Быстрое вращение крыльчатки заставляет воду с большой силой проходить сквозь канал и выталкиваться через сопло. Этот принцип работы целиком основан на третьем законе Исаака Ньютона, согласно которому, для каждого действия есть равное противодействие. В данном случае, чем сильнее струя воды выталкивается через сопло, тем быстрее скользить по воде гидроцикл. И этот же принцип лежит в основе руления гидроциклом – при повороте руля направо, сопло начинает заносить корму влево, заставляя, таким образом, поворачивать в нужную сторону.
Так же, как и другие транспортные средства или другие механизмы, типа газонокосилок или бензопил, гидроциклы работают на двухтактных или четырехтактных двигателях, принцип работы которых такой же самый. Двухтактные модели обычно имеют два или три цилиндра, четырехтактные оснащены, как правило, четырьмя. Единственное отличие заключается в отличной от наземных транспортных средств системе охлаждения. Вместо того чтобы использовать радиатор, двигатель, для контроля температуры использует воду непосредственно из водоема.
Запуск двигателя гидроцикла ничем не отличим от его запуска на автомобиле или мотоцикле. При нажатии кнопки зажигания, находящейся на руле, электрический стартер начинает вращать коленвал и двигатель заводится.
Все новые модели гидроциклов оснащены специальной системой безопасности. Принцип работы ее следующий: специальный пластиковый ключ, прикрепленный на запястье пилота или к его спасательному жилету, вставляется в отверстие на руле. Без этого ключа двигатель просто-напросто не сможет завестись, или если, при заведенном двигателе, ключ выдернуть, двигатель заглохнет. Это предотвращает самовольное движение гидроцикла без пилота, когда при резком маневре он вылетит из-за руля. Соответственно риск неожиданного столкновения практически сводится к нулю.
sporteveryday.info
Изобретение относится к судостроению и касается водометных движителей. Водометный движитель содержит водовод с водозаборником и защитной решеткой, промежуточный вал, рабочее колесо, спрямляющий аппарат с соплом, реверсивно-рулевое устройство, смотровой люк. Промежуточный вал имеет шлицы с обоих концов. Реверсивно-рулевое устройство установлено за спрямляющим аппаратом. Смотровой люк расположен в верхней части корпуса. Рабочее колесо размещено во вставленном в корпус пластиковом кольце на установленном в подшипниковом узле упорно-гребном валу. Шлицы промежуточного вала выполнены с зубьями бочкообразной формы для соединения промежуточного вала с муфтой двигателя и рабочим колесом. На промежуточном валу с внешней стороны корпуса установлено торцевое уплотнение. Достигается упрощение конструкции и повышение надежности водометного движителя. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к судостроению и касается водометных движителей, предназначенных для эксплуатации в пресной и морской воде на реках, в прибережных зонах озер, водохранилищ и морей.
Известен водометный движитель, включающий водовод, установленное в корпусе на гребном валу рабочее колесо, подшипниковый узел, спрямляющий аппарат с соплом (RU 2357891). Недостатком данного движителя является то, что он неудобен в обслуживании и ремонте подшипникового узла, так как для этого приходится снимать водометный движитель с судна.
Наиболее близким по своей технической сущности является водометный движитель, включающий водовод с приемным туннелем, установленное в корпусе на гребном валу рабочее колесо, размещенный за рабочим колесом подшипниковый узел, спрямляющий аппарат с соплом, реверсивно рулевое устройство (RU 2276041).
Недостатками данного изобретения является низкая надежность, вызванная большим количеством узлов, так кроме опорного подшипника в нем дополнительно установлен еще и упорный подшипник, а вал выполнен из двух составляющих. Это усложняет ремонт конструкции и снижает ее надежность.
Технической сущностью предлагаемого изобретения является упрощение конструкции, повышение надежности и удобства обслуживания водометного движителя.
Настоящая техническая сущность достигается тем, что в водометном движителе, содержащем водовод с водозаборником и защитной решеткой, промежуточный вал, имеющий шлицы с обоих концов, рабочее колесо, спрямляющий аппарат с соплом, установленное за ним реверсивно-рулевое устройство, смотровой люк в верхней части корпуса, рабочее колесо размещено во вставленном в корпус пластиковом кольце на установленном в подшипниковом узле упорно-гребном валу, шлицы промежуточного вала выполнены с зубьями бочкообразной формы для соединения промежуточного вала с муфтой двигателя и рабочим колесом, при этом на промежуточном валу с внешней стороны корпуса установлено торцевое уплотнение. Торцевое уплотнение выполнено в виде зафиксированного на промежуточном валу диска, уплотняющегося к ответному диску, закрепленному неподвижно в упругом корпусе. Шлицевые соединения снабжены манжетными уплотнениями. Подшипниковый узел выполнен в герметичном корпусе и снабжен смотровым окном для контроля за наличием в нем смазки, закрытым прозрачным материалом. Смотровое окно размещено с торцевой части корпуса подшипникового узла.
Изобретательский шаг в данном техническом решении достигается тем, что соединение промежуточного вала с двигателем и рабочим колесом выполнено шлицевым с бочкообразными профилями зубьев, а его уплотнение в переборке торцевым в эластичном корпусе. Выполнение шлицевого соединения с бочкообразными профилями зубьев компенсирует несоосность соединения коленчатого вала двигателя и упорно-гребного вала, на котором установлено рабочее колесо, а также продольное перемещение и иные колебания двигателя, установленного на виброгасящих подушках. Благодаря этим изменениям удается уйти от дополнительного подшипника и карданного вала, создается возможность сдвинуть двигатель к переборке (транцу), уменьшив размеры моторного отсека, упростить обслуживание рабочего колеса, которое снимается в сборе с соплом. Размещение рабочего колеса во вставленном пластиковом кольце позволяет произвести его самоустановку за счет выработки в нем зазора, необходимого при увеличенных зазорах в шлицевых соединениях, возникающих по мере эксплуатации движителя, предохранив при этом рабочее колесо от изнашивания.
На фиг.1 дана общая схема водометного движителя.
Водометный движитель состоит из корпуса 1, внутри которого имеется водовод 2 с водозаборником 3 и защитной решеткой 4, рабочее колесо 5. Рабочее колесо 5 установлено в пластиковом кольце 6, вставленном в корпус 1, и соединено с промежуточным валом 7. Промежуточный вал 7 имеет с обоих концов шлицы 8 и 9 с зубьями бочкообразной формы, снабженные манжетным уплотнением 10 и 11, и вторым концом входит в муфту 12 двигателя (двигатель на фиг.не показан). На промежуточном валу 7 с внешней стороны корпуса 1 установлено торцевое уплотнение 13. Торцевое уплотнение 13 выполнено в виде зафиксированного на промежуточном валу 7 диска 14 с возможностью уплотнения его к ответному диску 15, закрепленному неподвижно в упругом корпусе 16. Рабочее колесо 5 второй стороной размещено на упорно-гребном валу 17, установленном в герметичном подшипниковом узле 18 в спрямляющем аппарате с соплом 19. Подшипниковый узел 18 снабжен смотровым окном 20, размещенным с его торцевой части и закрытым прозрачным материалом. За спрямляющим аппаратом с соплом 19 установлено реверсивно-рулевое устройство 21, а в верхней части корпуса размещен смотровой люк 22.
Работа движителя осуществляется путем прокачки водного потока через водовод 2 с водозаборником 3, решетку 4, корпус 1 в спрямляющий аппарат с соплом 19 с помощью рабочего колеса 5, закрепленного на упорно-гребном валу 17 в подшипниковом узле 18, вращаемого промежуточным валом 7 от муфты 12 двигателя, с возможностью изменения направления выбрасываемого водного потока реверсивно-рулевым устройством 21. Двигатель установлен несоосно упорно-гребному валу 17 на виброгасящих подушках и создает вибрацию. Однако благодаря тому что промежуточный вал имеет бочкообразные шлицы 8 и 9, прикрываемые манжетным уплотнением 10 и 11, к муфте 12 двигателя и к рабочему колесу 5, допускающими несоосность, то и при знакопеременной несоосности, возникающей от работы двигателя, до рабочего колеса вибрация не доходит. Во избежание попадания воды в корпус судна на промежуточном валу 7 за пределами корпуса 1 водомета на переборке установлено торцевое уплотнение 13 в неподвижно упругом корпусе 16, содержащее два диска 14 и 15, первый из которых зафиксирован на промежуточном валу 7. Подшипниковый узел 18 упорно-гребного вала 17 выполнен герметичным и с торцевой части снабжен смотровым окном 20, закрытым прозрачным материалом, позволяющим без разборки узла следить за состоянием смазки, присутствием или отсутствием в нем воды. Для контроля за состоянием рабочего колеса 5 водометного движителя и очистки водовода от посторонних предметов на верхней части его корпуса 1 размещен люк 22.
1. Водометный движитель, содержащий водовод с водозаборником и защитной решеткой, промежуточный вал, имеющий шлицы с обоих концов, рабочее колесо, спрямляющий аппарат с соплом, установленное за ним реверсивно-рулевое устройство, смотровой люк в верхней части корпуса, отличающийся тем, что рабочее колесо размещено во вставленном в корпус пластиковом кольце на установленном в подшипниковом узле упорно-гребном валу, шлицы промежуточного вала выполнены с зубьями бочкообразной формы для соединения промежуточного вала с муфтой двигателя и рабочим колесом, при этом на промежуточном валу с внешней стороны корпуса установлено торцевое уплотнение.
2. Водометный движитель по п.1, отличающийся тем, что торцевое уплотнение выполнено в виде зафиксированного на промежуточном валу диска, уплотняющегося к ответному диску, закрепленному неподвижно в упругом корпусе.
3. Водометный движитель по п.1, отличающийся тем, что шлицевые соединения снабжены манжетными уплотнениями.
4. Водометный движитель по п.1, отличающийся тем, что подшипниковый узел размещен в герметичном корпусе и снабжен смотровым окном для контроля за наличием в нем смазки.
5. Водометный движитель по п.4, отличающийся тем, что смотровое окно размещено с торцевой части корпуса подшипникового узла и закрыто прозрачным материалом.
www.findpatent.ru
Изобретение относится к водометным движителям. Водометное устройство содержит водометный движитель с осевым насосом. Движитель включает в себя двигатель, статор которого обеспечивает вращение ротора водометного движителя. Ротор установлен соосно в статоре с зазорной полостью. На внутренней поверхности ротора смонтированы гребные лопасти. Контрпропеллеры, патрубок камеры всасывания и сопло камеры нагнетания установлены на центральном валу. В зазорную полость введен пароподводящий патрубок. На наружной поверхности ротора в зазорной полости смонтированы рабочие лопатки паровой турбины. На внутренней поверхности статора в зазорной полости в порядке чередования с рабочими лопатками установлены спрямляющие лопатки паровой турбины. Центральный вал выполнен составным. Центральная часть вала установлена с возможностью вращения на опорах в неподвижных ступицах. Ступицы смонтированы в контрпропеллерах, несущих на себе патрубок камеры всасывания, сопло камеры нагнетания и статор. В начальной части ротора установлены лопасти центробежного насоса. В зазорном пространстве смонтирована оградительная шайба. В статоре выполнены выходные отверстия. Достигается расширение технологических возможностей водометного устройства за счет возможности регулирования числа оборотов лопастей. 1 ил.
Разработанное решение относится к устройствам для движения судна по воде, в частности к устройствам типа «водомет», у которых гребной винт заключен внутри полости, например внутри трубы. Решение применимо в качестве основного движителя на маломерных судах или в качестве подруливающих устройств на крупных судах.
Из уровня развития техники известно [Папир А.Н. Водометные движители малых судов. - Л.: Судостроение, 1970, - 250 с. (рис.7в на стр.17)] решение, в котором вращательное движение от двигателя внутреннего сгорания передается на гребной винт (лопасти осевого насоса), установленный на гребном валу внутри всасывающего канала судна. Недостатком этого решения являются ограниченные технологические возможности устройства, связанные с наличием гребного вала (герметизация воды и т.д.).
Наиболее близким к заявляемому объекту является решение [рис.18 на странице 27 работы Куликов С.В., Храмкин М.Ф. «Водометные двигатели». Л.: Судостроение, 1970, 251 с.], в котором движитель-двигатель содержит полый корпус (обечайку), внутри которого закреплен статор электродвигателя, состоящий из набора пластинчатых колец и обмоток. В статоре с зазором расположен вращающийся полый ротор электродвигателя. На внутренней поверхности ротора закреплены лопасти. С ротором соединены патрубки, заканчивающиеся чашеобразными опорами, соединенными с упомянутым выше полым корпусом. Опоры содержат внутри патрубков ребра (направляющие лопатки движителя), несущие центральный вал, на котором неподвижно установлен контрпропеллер. Центральный вал выполнен сборным, не имеющим вращения. Он проходит через камеру всасывания и камеру нагнетания. Со стороны камеры всасывания имеется заборное отверстие, камера нагнетания оканчивается соплом. Камеры условно разделяются контрпропеллером. По сути решение является водометным движителем с осевым насосом, являющимся одновременно ротором электродвигателя. Работает устройство следующим образом. При подводе электрического тока к обмоткам статора ротор получает вращение с постоянной частотой. Лопасти камеры всасывания через патрубок всасывания захватывают воду и тем самым создают некоторую осевую силу тяги, которая через чашеобразные опоры передается на корпус (он может быть прикреплен к судну и т.д.). Усиление силы тяги происходит в нагнетательной части движителя за счет того, что вода, вытесняемая лопастями из камеры всасывания, проходит через контрпропеллер (он выпрямляет направление потока воды), подхватывается следующими лопастями ротора и вытесняется через сопло наружу, образуя дополнительную осевую силу тяги. Сила тяги пропорциональна напору воды, создаваемому во всасывающей и нагнетательной камерах. Напор пропорционален числу оборотов лопастей.
Недостатком решения являются его ограниченные технологические возможности, связанные с отсутствием возможности регулирования числа оборотов гребного винта. Дополнительным недостатком устройства является вид используемого энергоносителя, а именно необходимость выработки на судне электрического тока промышленной частоты.
Техническим результатом разработанного решения является расширение технологических возможностей водомета (движителя-двигателя, т.е. движителя с осевым насосом) за счет обеспечения возможности регулирования величины тяги путем регулирования числа оборотов лопастей. Дополнительным техническим результатом разработанного решения является использование энергоносителя, являющегося обычно неиспользуемым продуктом на силовых двигательных установках судна, например пара.
Технический результат достигается тем, что в разработанном решении используется двигательно-движительный комплекс без промежуточного гребного вала, где в качестве двигателя используется паровая турбина, содержащая паропровод, подводящий пар в полость между ротором и статором, и полый ротор которой, несущий на внутренней поверхности гребные лопасти, установлен на вращающемся центральном валу, смонтированном в опорах, взаимодействующих с контрпропеллерами движителя, а на наружной поверхности ротора установлены рабочие лопатки турбины, взаимодействующие с потоком пара, подаваемого в полость турбины, образованную наружной поверхностью ротора и внутренней поверхностью статора, несущей спрямляющие лопатки турбины. Дополнительно на роторе установлены лопасти центробежного насоса и оградительная шайба, а в статоре выполнены нагнетательные отверстия центробежного насоса.
Таким образом, разработанное решение, как и прототип, содержит:
а) водометный движитель с осевым насосом, в состав движителя входит:
- вращающийся полый ротор, установленный соосно с зазорной полостью в статоре и несущий на внутренней поверхности гребные лопасти;
- контрпропеллеры, установленные на центральном валу;
- патрубок камеры всасывания и сопло камеры нагнетания, установленные на центральном валу;
б) двигатель, статор которого обеспечивает вращение ротора водометного движителя.
Однако заявляемое решение отличается тем, что
- в зазорную полость введен пароподводящий патрубок,
- на наружной поверхности ротора в зазорной полости смонтированы рабочие лопатки паровой турбины,
- на внутренней поверхности статора в зазорной полости в порядке чередования с рабочими лопатками установлены спрямляющие лопатки паровой турбины,
- центральный вал выполнен составным, его центральная часть установлена с возможностью вращения на опорах в неподвижных ступицах, которые смонтированы в контрпропеллерах, несущих на себе патрубок камеры всасывания, сопло камеры нагнетания и статор,
- на роторе установлены лопасти центробежного насоса и оградительная шайба, а в статоре выполнены выходные отверстия.
На чертеже показана принципиальная схема водометного устройства с продольным осевым сечением.
Водометное устройство (далее водомет) устроено следующим образом. Статор 1, являющийся корпусом водомета, и ротор 2 выполнены полыми в виде цилиндров и установлены соосно с образованием зазорной полости 3. В зазорную полость введен пароподводящий (пар берется от судовой установки как утилизируемый продукт) патрубок 4. На наружной поверхности ротора по ее окружности в пределах зазорной полости 3 смонтированы рабочие лопатки 5 паровой турбины. Вслед за ними в пределах зазорной полости 3 на внутренней поверхности статора по его окружности смонтированы спрямляющие лопатки 6 (лопатки, профиль которых спрямляет поток пара, выходящий из под профиля рабочих лопаток 5). Число чередований рабочих и спрямляющих лопаток по длине окружностей ротора и статора не имеет принципиального значения, это лишь влияет на выходные параметры двигателя (паровой турбины) водомета. Также принципиального значения не имеет число чередований рабочих и спрямляющих лопаток по длине двигателя (на чертеже показан пример двигателя с тремя рядами рабочих лопаток, позиции 5, 5/1 и 5/2, и двумя рядами спрямляющих лопаток, позиции 6 и 6/1). Между рабочими лопатками и внутренней поверхностью статора имеется радиальный зазор. Радиальный зазор также имеется между спрямляющими лопатками и наружной поверхностью ротора. Статор установлен на контрпропеллере 7 и через патрубок 8 (патрубок камеры всасывания осевого насоса) на контрпропеллере 9. Контрпропеллеры 7 и 9 несут на себе ступицы 10 и 11. В ступицах установлены опоры 12, обеспечивающие возможность вращения центрального вала 13. Между центральным валом 13 и внутренней поверхностью ротора смонтированы лопасти 14 гребного винта (или лопасти нескольких гребных винтов, например, на чертеже показаны лопасти 14 одного винта и лопасти 14/1 второго винта). На контрпропеллере 7 установлено также сопло 15. Снаружи водомет может быть помещен в корпус 16, взаимодействующий с контрпропеллером 7 и патрубком 8. Корпус 16 (или патрубок 8) может закрепляться на судне, его колонке и т.д. Дополнительно водометное устройство снабжено центробежным насосом для откачки из рабочего пространства 17 водомета пара (смеси пара с водой), который может туда прорываться через неплотности (могут возникать по мере износа деталей водомета). Для этого лопасти 18 центробежного насоса (кольцо с лопастями 18) установлены на роторе 2 в его начальной части. Для образования полости, в которой будут работать лопасти 18, в зазорном пространстве смонтирована (установлена на статоре или на роторе) оградительная шайба 19. Для выброса лопастями 18 центробежного насоса смеси пара с водой за пределы водомета в статоре выполнены выходные отверстия 20, соединяющие полость насоса с окружающим пространством (например, через полость 21, образованную наружной поверхностью статора и внутренней поверхностью корпуса).
Принцип работы устройство основан на следующем. Ротор 2 с гребным винтом (гребными винтами) образует осевой насос с камерой всасывания на входе (область патрубка 8) и камерой нагнетания (область сопла 15) на выходе. Пароподводящий патрубок 4, статор 1 с ротором 2 и установленными на них лопатками 5 и 6 образуют паровую турбину, преобразующую энергию пара во вращение ротора. Ротор в свою очередь преобразует вращение закрепленных на нем лопастей в поступательное движение воды в осевом насосе, в результате чего создается тяговое усилие Р водомета. Если корпус 16 (или иной элемент, например патрубок 8) закреплен на корпусе судна, на его колонке или траверсе, то тяговое усилие приводит в движение судно (обеспечивает подруливание и т.д.).
Работает устройство следующим образом. Пар через патрубок 4 подается на рабочие лопатки 5, взаимодействует с их профилем, что обуславливает возникновение на роторе 2 крутящего момента некоторой величины Мкр5. Далее пар проходит через спрямляющие лопатки 6, это выравнивает направление потока пара, пар попадает на следующие рабочие лопатки 5/1, взаимодействует с их профилем, что обуславливает возникновение на роторе 2 крутящего момента некоторой величины Мкр 5/1. Далее пар опять попадает на спрямляющие лопатки 6/1, затем на рабочие лопатки 5/2, что обуславливает возникновение на роторе 2 крутящего момента некоторой величины Мкр 5/2. Под воздействием суммы крутящих моментов Мкр 5+Мкр 5/1+Мкр 5/2 ротор 2 получает вращение вокруг своей оси с некоторой угловой скоростью (с некоторым числом оборотов в минуту). Вместе с ротором, соответственно, вращаются закрепленные на нем и на центральном валу 13 лопасти 14 и 14/1 гребных винтов. При этом вода через патрубок 8 проходит через контрпропеллер 9 и вытесняется через контрпропеллер 7 в сопло 15 и далее за пределы водомета. Возникающая при этом сила тяги Р направлена вдоль оси водомета воспринимается центральным валом 13 и через ступицу 11 (и ступицу 10), контрпропеллер 9 (и контрпропеллер 7), патрубок 8 передается на корпус 16 водомета. Взаимодействие корпуса 16 водомета с судном обеспечивает движение судна в направлении действия вектора тяги Р. Скорость движения судна будет пропорциональна величине тяги Р, будет определяться величиной угловой скорости вращения ротора с лопастями гребных винтов (числом оборотов ротора в минуту) и зависеть от величины давления пара, подаваемого через патрубок 4 на рабочие лопатки 5, 5/1 и 5/2 паровой турбины. При необходимости снизить скорость движения судна необходимо снизить величину тяги Р. Это достигается снижением давления пара (часть пара сбрасывается через регулировочный клапан, остальной пар под сниженным давлением попадает на лопасти турбины и формирует меньший по величине крутящий момент). При необходимости повысить скорость движения судна соответственно необходимо повысить давление пара. В любом из рассматриваемых случаев (особенно в случаях с высоким давлением пара) часть пара (избыточных частиц пара) через зазоры и мимо оградительной шайбы 19 будет прорываться в рабочее пространство 17 водомета. В рабочем пространстве 17 пар будет смешиваться с водой, создавать в ней завихрения и турбулентность, что может снижать эффективность потока воды при ее взаимодействии с лопастями 14 винтов. Вращающиеся заодно с ротором 2 лопасти 18 центробежного насоса будут захватывать этот пар (смесь пара с водой) и выбрасывать его через выходные отверстия 20 за пределы водомета, например в полость 21. Таким образом, заявленный технический результат достигается тем, что:
- регулирование величины тягового усилия Р обеспечивается управлением величиной давления пара, подаваемого в патрубок 4 из внутрисудовой энергетической установки;
- в качестве энергоносителя используется пар, который обычно во внутрисудовых установках утилизируется,
- однородность потока воды в рабочем пространстве водомета поддерживается выбросом центробежным насосом избыточных частиц пара (смеси пара с водой) за пределы водомета.
Водометное устройство, содержащее водометный движитель с осевым насосом, включающий в себя двигатель, статор которого обеспечивает вращение ротора водометного движителя, вращающийся полый ротор, установленный соосно в статоре с зазорной полостью и несущий на внутренней поверхности гребные лопасти, контрпропеллеры, установленные на центральном валу, патрубок камеры всасывания и сопло камеры нагнетания, установленные на центральном валу, отличающееся тем, что в зазорную полость введен пароподводящий патрубок, на наружной поверхности ротора в зазорной полости смонтированы рабочие лопатки паровой турбины, на внутренней поверхности статора в зазорной полости в порядке чередования с рабочими лопатками установлены спрямляющие лопатки паровой турбины, центральный вал выполнен составным, его центральная часть установлена с возможностью вращения на опорах в неподвижных ступицах, которые смонтированы в контрпропеллерах, несущих на себе патрубок камеры всасывания, сопло камеры нагнетания и статор, в начальной части ротора на нем установлены лопасти центробежного насоса, в зазорном пространстве смонтирована оградительная шайба, а в статоре выполнены выходные отверстия.
www.findpatent.ru
Водомётный движитель (водомёт) — судовой двигатель, у которого сила, движущая судно, создаётся выталкиваемой из него струёй воды.
Водомётный движитель представляет собой профилированную трубу (водовод), в которой водяной поток ускоряется лопастным механизмом (гребной винт, крыльчатка насоса), энергией сгорания топлива или давлением сжатого газа и обеспечивается направленный выброс струи.
Водоводы располагаются внутри или снаружи корпуса судна.
Эффективность водомётного движителя зависит от формы водоводов, места расположения и конструкции водозаборников и обычно меньше, чем у гребного винта. Преимущества водомётного движителя — хорошая защищённость от механических повреждений и возможность избежать кавитации. Водомётные движители применяются обычно на судах, плавающих на мелководье, или служат в качестве подруливающего устройства для улучшения поворотливости судов. Струя воды, выбрасываемая водометным движителем теплохода типа «Заря»Представляет собой водяной насос, работающий под водой.
В нижней части днища имеется отверстие, через которое вода попадает в водоток (представляющий собой изогнутую трубу) в котором находится винт, насос с силой выталкивает воду через выпускное отверстие в корме, чем сообщает судну силу которая приводит его в движение.
Водометный движитель активно используется на плавающей бронетанковой технике СССР и России. В часности на плавающем танке ПТ-76 (снят с вооружения), бронетранспортерах БТР-50, БТР-60, БТР-70, БРДМ-2 (сняты с вооружения) БТР-80 (состоит на вооружении) БТР-90 "Росток" (Принят на вооружение)
Этот принцип передвижения наблюдается у кальмаров, осьминогов, медуз, каракатиц, морских гребешков и других. Эти животные передвигаются, выбрасывая вбираемую ими воду.
dic.academic.ru
Изобретение относится к водометным движителям. Водометное устройство содержит водометный движитель с осевым насосом. Движитель включает в себя двигатель, статор которого обеспечивает вращение ротора водометного движителя. Ротор установлен соосно в статоре с зазорной полостью. На внутренней поверхности ротора смонтированы гребные лопасти. Контрпропеллеры, патрубок камеры всасывания и сопло камеры нагнетания установлены на центральном валу. В зазорную полость введен пароподводящий патрубок. На наружной поверхности ротора в зазорной полости смонтированы рабочие лопатки паровой турбины. На внутренней поверхности статора в зазорной полости в порядке чередования с рабочими лопатками установлены спрямляющие лопатки паровой турбины. Центральный вал выполнен составным. Центральная часть вала установлена с возможностью вращения на опорах в неподвижных ступицах. Ступицы смонтированы в контрпропеллерах, несущих на себе патрубок камеры всасывания, сопло камеры нагнетания и статор. В начальной части ротора установлены лопасти центробежного насоса. В зазорном пространстве смонтирована оградительная шайба. В статоре выполнены выходные отверстия. Достигается расширение технологических возможностей водометного устройства за счет возможности регулирования числа оборотов лопастей. 1 ил.
Разработанное решение относится к устройствам для движения судна по воде, в частности к устройствам типа «водомет», у которых гребной винт заключен внутри полости, например внутри трубы. Решение применимо в качестве основного движителя на маломерных судах или в качестве подруливающих устройств на крупных судах.
Из уровня развития техники известно [Папир А.Н. Водометные движители малых судов. - Л.: Судостроение, 1970, - 250 с. (рис.7в на стр.17)] решение, в котором вращательное движение от двигателя внутреннего сгорания передается на гребной винт (лопасти осевого насоса), установленный на гребном валу внутри всасывающего канала судна. Недостатком этого решения являются ограниченные технологические возможности устройства, связанные с наличием гребного вала (герметизация воды и т.д.).
Наиболее близким к заявляемому объекту является решение [рис.18 на странице 27 работы Куликов С.В., Храмкин М.Ф. «Водометные двигатели». Л.: Судостроение, 1970, 251 с.], в котором движитель-двигатель содержит полый корпус (обечайку), внутри которого закреплен статор электродвигателя, состоящий из набора пластинчатых колец и обмоток. В статоре с зазором расположен вращающийся полый ротор электродвигателя. На внутренней поверхности ротора закреплены лопасти. С ротором соединены патрубки, заканчивающиеся чашеобразными опорами, соединенными с упомянутым выше полым корпусом. Опоры содержат внутри патрубков ребра (направляющие лопатки движителя), несущие центральный вал, на котором неподвижно установлен контрпропеллер. Центральный вал выполнен сборным, не имеющим вращения. Он проходит через камеру всасывания и камеру нагнетания. Со стороны камеры всасывания имеется заборное отверстие, камера нагнетания оканчивается соплом. Камеры условно разделяются контрпропеллером. По сути решение является водометным движителем с осевым насосом, являющимся одновременно ротором электродвигателя. Работает устройство следующим образом. При подводе электрического тока к обмоткам статора ротор получает вращение с постоянной частотой. Лопасти камеры всасывания через патрубок всасывания захватывают воду и тем самым создают некоторую осевую силу тяги, которая через чашеобразные опоры передается на корпус (он может быть прикреплен к судну и т.д.). Усиление силы тяги происходит в нагнетательной части движителя за счет того, что вода, вытесняемая лопастями из камеры всасывания, проходит через контрпропеллер (он выпрямляет направление потока воды), подхватывается следующими лопастями ротора и вытесняется через сопло наружу, образуя дополнительную осевую силу тяги. Сила тяги пропорциональна напору воды, создаваемому во всасывающей и нагнетательной камерах. Напор пропорционален числу оборотов лопастей.
Недостатком решения являются его ограниченные технологические возможности, связанные с отсутствием возможности регулирования числа оборотов гребного винта. Дополнительным недостатком устройства является вид используемого энергоносителя, а именно необходимость выработки на судне электрического тока промышленной частоты.
Техническим результатом разработанного решения является расширение технологических возможностей водомета (движителя-двигателя, т.е. движителя с осевым насосом) за счет обеспечения возможности регулирования величины тяги путем регулирования числа оборотов лопастей. Дополнительным техническим результатом разработанного решения является использование энергоносителя, являющегося обычно неиспользуемым продуктом на силовых двигательных установках судна, например пара.
Технический результат достигается тем, что в разработанном решении используется двигательно-движительный комплекс без промежуточного гребного вала, где в качестве двигателя используется паровая турбина, содержащая паропровод, подводящий пар в полость между ротором и статором, и полый ротор которой, несущий на внутренней поверхности гребные лопасти, установлен на вращающемся центральном валу, смонтированном в опорах, взаимодействующих с контрпропеллерами движителя, а на наружной поверхности ротора установлены рабочие лопатки турбины, взаимодействующие с потоком пара, подаваемого в полость турбины, образованную наружной поверхностью ротора и внутренней поверхностью статора, несущей спрямляющие лопатки турбины. Дополнительно на роторе установлены лопасти центробежного насоса и оградительная шайба, а в статоре выполнены нагнетательные отверстия центробежного насоса.
Таким образом, разработанное решение, как и прототип, содержит:
а) водометный движитель с осевым насосом, в состав движителя входит:
- вращающийся полый ротор, установленный соосно с зазорной полостью в статоре и несущий на внутренней поверхности гребные лопасти;
- контрпропеллеры, установленные на центральном валу;
- патрубок камеры всасывания и сопло камеры нагнетания, установленные на центральном валу;
б) двигатель, статор которого обеспечивает вращение ротора водометного движителя.
Однако заявляемое решение отличается тем, что
- в зазорную полость введен пароподводящий патрубок,
- на наружной поверхности ротора в зазорной полости смонтированы рабочие лопатки паровой турбины,
- на внутренней поверхности статора в зазорной полости в порядке чередования с рабочими лопатками установлены спрямляющие лопатки паровой турбины,
- центральный вал выполнен составным, его центральная часть установлена с возможностью вращения на опорах в неподвижных ступицах, которые смонтированы в контрпропеллерах, несущих на себе патрубок камеры всасывания, сопло камеры нагнетания и статор,
- на роторе установлены лопасти центробежного насоса и оградительная шайба, а в статоре выполнены выходные отверстия.
На чертеже показана принципиальная схема водометного устройства с продольным осевым сечением.
Водометное устройство (далее водомет) устроено следующим образом. Статор 1, являющийся корпусом водомета, и ротор 2 выполнены полыми в виде цилиндров и установлены соосно с образованием зазорной полости 3. В зазорную полость введен пароподводящий (пар берется от судовой установки как утилизируемый продукт) патрубок 4. На наружной поверхности ротора по ее окружности в пределах зазорной полости 3 смонтированы рабочие лопатки 5 паровой турбины. Вслед за ними в пределах зазорной полости 3 на внутренней поверхности статора по его окружности смонтированы спрямляющие лопатки 6 (лопатки, профиль которых спрямляет поток пара, выходящий из под профиля рабочих лопаток 5). Число чередований рабочих и спрямляющих лопаток по длине окружностей ротора и статора не имеет принципиального значения, это лишь влияет на выходные параметры двигателя (паровой турбины) водомета. Также принципиального значения не имеет число чередований рабочих и спрямляющих лопаток по длине двигателя (на чертеже показан пример двигателя с тремя рядами рабочих лопаток, позиции 5, 5/1 и 5/2, и двумя рядами спрямляющих лопаток, позиции 6 и 6/1). Между рабочими лопатками и внутренней поверхностью статора имеется радиальный зазор. Радиальный зазор также имеется между спрямляющими лопатками и наружной поверхностью ротора. Статор установлен на контрпропеллере 7 и через патрубок 8 (патрубок камеры всасывания осевого насоса) на контрпропеллере 9. Контрпропеллеры 7 и 9 несут на себе ступицы 10 и 11. В ступицах установлены опоры 12, обеспечивающие возможность вращения центрального вала 13. Между центральным валом 13 и внутренней поверхностью ротора смонтированы лопасти 14 гребного винта (или лопасти нескольких гребных винтов, например, на чертеже показаны лопасти 14 одного винта и лопасти 14/1 второго винта). На контрпропеллере 7 установлено также сопло 15. Снаружи водомет может быть помещен в корпус 16, взаимодействующий с контрпропеллером 7 и патрубком 8. Корпус 16 (или патрубок 8) может закрепляться на судне, его колонке и т.д. Дополнительно водометное устройство снабжено центробежным насосом для откачки из рабочего пространства 17 водомета пара (смеси пара с водой), который может туда прорываться через неплотности (могут возникать по мере износа деталей водомета). Для этого лопасти 18 центробежного насоса (кольцо с лопастями 18) установлены на роторе 2 в его начальной части. Для образования полости, в которой будут работать лопасти 18, в зазорном пространстве смонтирована (установлена на статоре или на роторе) оградительная шайба 19. Для выброса лопастями 18 центробежного насоса смеси пара с водой за пределы водомета в статоре выполнены выходные отверстия 20, соединяющие полость насоса с окружающим пространством (например, через полость 21, образованную наружной поверхностью статора и внутренней поверхностью корпуса).
Принцип работы устройство основан на следующем. Ротор 2 с гребным винтом (гребными винтами) образует осевой насос с камерой всасывания на входе (область патрубка 8) и камерой нагнетания (область сопла 15) на выходе. Пароподводящий патрубок 4, статор 1 с ротором 2 и установленными на них лопатками 5 и 6 образуют паровую турбину, преобразующую энергию пара во вращение ротора. Ротор в свою очередь преобразует вращение закрепленных на нем лопастей в поступательное движение воды в осевом насосе, в результате чего создается тяговое усилие Р водомета. Если корпус 16 (или иной элемент, например патрубок 8) закреплен на корпусе судна, на его колонке или траверсе, то тяговое усилие приводит в движение судно (обеспечивает подруливание и т.д.).
Работает устройство следующим образом. Пар через патрубок 4 подается на рабочие лопатки 5, взаимодействует с их профилем, что обуславливает возникновение на роторе 2 крутящего момента некоторой величины Мкр5. Далее пар проходит через спрямляющие лопатки 6, это выравнивает направление потока пара, пар попадает на следующие рабочие лопатки 5/1, взаимодействует с их профилем, что обуславливает возникновение на роторе 2 крутящего момента некоторой величины Мкр 5/1. Далее пар опять попадает на спрямляющие лопатки 6/1, затем на рабочие лопатки 5/2, что обуславливает возникновение на роторе 2 крутящего момента некоторой величины Мкр 5/2. Под воздействием суммы крутящих моментов Мкр 5+Мкр 5/1+Мкр 5/2 ротор 2 получает вращение вокруг своей оси с некоторой угловой скоростью (с некоторым числом оборотов в минуту). Вместе с ротором, соответственно, вращаются закрепленные на нем и на центральном валу 13 лопасти 14 и 14/1 гребных винтов. При этом вода через патрубок 8 проходит через контрпропеллер 9 и вытесняется через контрпропеллер 7 в сопло 15 и далее за пределы водомета. Возникающая при этом сила тяги Р направлена вдоль оси водомета воспринимается центральным валом 13 и через ступицу 11 (и ступицу 10), контрпропеллер 9 (и контрпропеллер 7), патрубок 8 передается на корпус 16 водомета. Взаимодействие корпуса 16 водомета с судном обеспечивает движение судна в направлении действия вектора тяги Р. Скорость движения судна будет пропорциональна величине тяги Р, будет определяться величиной угловой скорости вращения ротора с лопастями гребных винтов (числом оборотов ротора в минуту) и зависеть от величины давления пара, подаваемого через патрубок 4 на рабочие лопатки 5, 5/1 и 5/2 паровой турбины. При необходимости снизить скорость движения судна необходимо снизить величину тяги Р. Это достигается снижением давления пара (часть пара сбрасывается через регулировочный клапан, остальной пар под сниженным давлением попадает на лопасти турбины и формирует меньший по величине крутящий момент). При необходимости повысить скорость движения судна соответственно необходимо повысить давление пара. В любом из рассматриваемых случаев (особенно в случаях с высоким давлением пара) часть пара (избыточных частиц пара) через зазоры и мимо оградительной шайбы 19 будет прорываться в рабочее пространство 17 водомета. В рабочем пространстве 17 пар будет смешиваться с водой, создавать в ней завихрения и турбулентность, что может снижать эффективность потока воды при ее взаимодействии с лопастями 14 винтов. Вращающиеся заодно с ротором 2 лопасти 18 центробежного насоса будут захватывать этот пар (смесь пара с водой) и выбрасывать его через выходные отверстия 20 за пределы водомета, например в полость 21. Таким образом, заявленный технический результат достигается тем, что:
- регулирование величины тягового усилия Р обеспечивается управлением величиной давления пара, подаваемого в патрубок 4 из внутрисудовой энергетической установки;
- в качестве энергоносителя используется пар, который обычно во внутрисудовых установках утилизируется,
- однородность потока воды в рабочем пространстве водомета поддерживается выбросом центробежным насосом избыточных частиц пара (смеси пара с водой) за пределы водомета.
Водометное устройство, содержащее водометный движитель с осевым насосом, включающий в себя двигатель, статор которого обеспечивает вращение ротора водометного движителя, вращающийся полый ротор, установленный соосно в статоре с зазорной полостью и несущий на внутренней поверхности гребные лопасти, контрпропеллеры, установленные на центральном валу, патрубок камеры всасывания и сопло камеры нагнетания, установленные на центральном валу, отличающееся тем, что в зазорную полость введен пароподводящий патрубок, на наружной поверхности ротора в зазорной полости смонтированы рабочие лопатки паровой турбины, на внутренней поверхности статора в зазорной полости в порядке чередования с рабочими лопатками установлены спрямляющие лопатки паровой турбины, центральный вал выполнен составным, его центральная часть установлена с возможностью вращения на опорах в неподвижных ступицах, которые смонтированы в контрпропеллерах, несущих на себе патрубок камеры всасывания, сопло камеры нагнетания и статор, в начальной части ротора на нем установлены лопасти центробежного насоса, в зазорном пространстве смонтирована оградительная шайба, а в статоре выполнены выходные отверстия.
www.freepatent.ru
