Водометный турбодвигатель на энергии воздуха высокого давления с использованием микродисперсной воздушно-водяной смеси - RU204438U1

Чертежи

Описание

Полезная модель относится к судостроению, а именно к водометным движителям судов и других плавсредств. [B63H 11/02, B63H 11/02].

Из уровня техники известен ЭЖЕКТОРНЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ (ВАРИАНТЫ) [RU (11)72 195 (13), опубл. 10.04.2008г]. Эжекторный движитель, состоящий из рабочей камеры и эжектора, отличающийся тем, что он снабжен центробежным насосом, камерой высокого давления, герметичной камерой, отверстиями для подвода воздуха или выхлопных газов, воздушной камерой, камерой смешения и соплами эжектора и движителя.

Эжекторный движитель, состоящий из рабочей камеры, камеры сгорания и эжектора, отличающийся тем, что он снабжен центробежным насосом, камерой высокого давления, герметичной камерой, отверстиями для подвода воздуха или выхлопных газов, воздушной камерой, камерой смешения, соплами эжектора и движителя, свечой поджига и форсункой.

Эжекторный движитель, состоящий из рабочей камеры и эжектора, отличающийся тем, что он снабжен центробежным насосом, винтом, камерой высокого давления, герметичной камерой, отверстиями для подвода воздуха или выхлопных газов, воздушной камерой, камерой смешения, соплами эжектора и движителя, полостями и окнами для подачи воды, и полостями для подсоса воздуха с соплами, эжектор имеет две камеры, сопло движителя имеет лопатки, а на винт нанесены прорези.

Недостатками аналога являются:

необходимость использования дополнительного источника энергии, а именно топлива для эжекторного движителя;

высокая конструктивная сложность из-за наличия таких функциональных элементов, как рабочая камера, центробежный насос, камера смешения, сопла эжектора и движитель, что усложняет производство аналога и усложняет техническое обслуживание в ходе эксплуатации.

Также из уровня техники известен РЕАКТИВНЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ [RU (11)94 026 015(13) опубл. 27.08.1996 г.], содержащий трубу подвода воды, на которой закреплен реактивный насадок, и трубу подвода воздуха, соединенную с трубой подвода воды и компрессором, отличающийся тем, что с целью использования энергии сжатого воздуха и отработанных газов мотокомпрессора движитель выполнен двухконтурным.

Недостатками данного аналога являются:

высокая конструктивная сложность, ввиду наличия двухконтурного двигателя, что усложняет и удорожает производство изделия и его техническое обслуживание в ходе эксплуатации;

необходимость использования дополнительного источника энергии, а именно топлива для двухконтурного движетеля.

Наиболее близким по технической сущности является СУДОВАЯ ДВИГАТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА [GB1323872, опубл. 18.07.1973 г.], содержащая кольцевой канал, внутри которого вода, протекающая в ней, смешивается с газом для получения однородного двухфазного потока, который ведет себя как сжимаемая текучая среда; ротор, имеющий один ряд лопаток, расположенных внутри канала, причем передняя часть лопаток расположенных выше по потоку соединена с осевым насосом для увеличения давления воды, поступающей в канал, в то время как выходная часть лопаток расположенная ниже по потоку образует реакционную турбину; выходную секцию кольцевого канала, которая обеспечивает расширение сжимаемой текучей среды; поток водно-газовой смеси во время процесса расширения, взаимодействующей с турбинной секцией лопаток для приведения в действие ротора.

Основной технической проблемой прототипа является низкое значение силы реактивной тяги на выходе двигательной установки, из-за того, что конструкцией установки предусмотрен один кольцевой канал, внутри которого вода, протекающая в ней, смешивается с газом, далее полученная водно-газовая смесь является основным источником создания реактивной тяги через систему турбинной секции лопаток и ротора. При этом, за счет того, что смешение с газом происходит только на входе кольцевого канала не обеспечивается достаточного значения давления внутри кольцевого канала для создания требуемой силы реактивной тяги. По ходу движения водно-газовой смеси по кольцевому каналу через систему турбинных секций, не происходит дополнительной инжекции газа для дальнейшего увеличения объема смеси, в связи с чем часть энергии рассеивается по ходу движения в кольцевом канале за счет гидравлических потерь (потери на трение по длине) и местных гидравлические потерь (за счет наличия препятствий по ходу движения потока, в частности турбин) и не обеспечивается высокое значение силы реактивной тяги на выходе двигательной установки.

Задачей полезной модели является устранение недостатков прототипа.

Техническим результатом полезной модели является повышение силы реактивной тяги.

Указанный технический результат достигается за счет того, что турбодвигатель на основе воздушно-водяной смеси, содержащий трубу, на внутренней стороне которой расположены форсунки, выполненные с возможностью подачи сжатого воздуха, внутри трубы за форсунками соосно размещены турбины, отличающийся тем, что труба состоит из двух коаксиально соединенных между собой сегментов, при этом каждый из сегментов трубы выполнен на входной части расширяющимся, а на выходной части сужающимся, при этом сужающийся конец первого сегмента трубы размещен в расширяющемся сегменте второй трубы с образованием зазора между секциями трубы.

В частности в первой секции размещается более одной турбины.

В частности во второй секции трубы размещается более одной турбины.

В частности между турбинами первой и второй секции трубы расположены форсунки.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлен вид в разрезе турбодвигателя на основе воздушно-водяной смеси.

На чертежах обозначено:

1 - труба, 2 - форсунка, 3 - турбина, 4 - ось.

Осуществление полезной модели

Турбодвигатель на основе воздушно-водяной смеси состоит из трубы 1 состоящей из двух коаксиально соединенных между собой сегментов, при этом каждый из сегментов выполнен на входной части расширяющимся, а на выходной части сужающимся, при этом сужающийся конец первого сегмента трубы размещен в расширяющемся сегменте второй трубы с образованием зазора между секциями трубы 1. Внутри трубы 1 на внутренней стороне стенок первого и второго сегментов расположены форсунки 2, которые соединены с источником сжатого воздуха, например, насоса высокого давления с емкостью для его хранения, который находится вне внутреннего объема трубы 1 (на рисунке не показан). Внутри первой и второй секции трубы 1, за форсунками 2 расположены турбины 3, жестко соединенные между собой осью 4.

Турбодвигатель на основе воздушно-водяной смеси функционирует следующим образом.

Первоначально трубу 1 погружают в воду. Далее источник сжатого воздуха подает воздух высокого давления на форсунки 2, из-за чего воздух высокого давления интенсивно смешивается с водой и создает воздушно-водяную смесь, которая представляет собой пенное образование. Далее пенное образование заполняет первую секцию трубы 1 и вытесняет воду в сторону второй секции трубы 1 через сужающийся конец первой секции трубы 1, в свою очередь движение воды вызывает вращение системы турбин 3. Наличие сужающейся части первого сегмента трубы 1 дополнительно увеличивает давление воздушно-водяной смеси на стенки трубы 1, и как следствие ускоряет ее движение. Таким образом, происходит преобразование энергии потока воды во вращательное движение турбин 3. При этом за счет того, что форсунки 2 дополнительно подают воздух высокого давления в трубу 1, происходит увеличение объема воздушно-водяной смеси, что ускоряет ее движение по трубе 1 и увеличивает скорость вращения турбин 3. Далее, воздушно-водяная смесь поступает во вторую секцию трубы 1, где осуществляется дополнительная подача воды через зазоры между секциями трубы 1. Геометрия используемой трубы 1, а именно то, что сужающийся конец первого сегмента трубы 1 размещен в расширяющемся сегменте второй трубы 1, обеспечивает рост скорости потока воды проходящей через зазор между секциями трубы 1 с ростом скорости движения объекта. Во второй секции трубы 1 пенное образование из первой секции трубы 1 смешивается с потоком воды из зазоров между секциями трубы 1 и далее происходит инжекция воздуха высокого давления из форсунок 2, что также увеличивает объем воздушно-водяной смеси, и как следствие, увеличивает скорость движения турбины 3, расположенной перед сужающимся отверстием второй секции трубы 1. При этом за счет наличия жесткого соединения турбин осью 4 реализуется дополнительное ускорение потока воды, за счет передачи крутящего момента на турбину 3 в первой секции трубы 1. Далее воздушно-водяная смесь заполняет доступный объем внутреннего пространства второй секции трубы 1 и вытесняет воздушно-водяную смесь в сторону ее сужающейся части.

По мере движения воздушно-водяной смеси воздух отделяется от воды, и соединяться во все более крупные воздушные пузыри, которые затем отдельным потоком вверху трубы уходят в атмосферу. Таким образом, водяной поток на выходе второй секции трубы 1, образованный из воздушно-водяной смеси (пены) получает направленную энергию движения, которую используют в качестве источника реактивной тяги.

Технический результат полезной модели повышение силы реактивной тяги, достигается за счет того, что труба 1 состоит из двух коаксиально соединенных между собой сегментов, при этом каждый из сегментов выполнен на входной части расширяющимся, а на выходной части сужающимся, при этом сужающийся конец первого сегмента трубы размещен в расширяющемся сегменте второй трубы с образованием зазора между секциями трубы 1, что обеспечивает дополнительную подачу воды во вторую секцию трубы 1, при движении объекта. Дополнительный проток воды обеспечивает дополнительное увеличение объема воздушно-водяной смеси, как следствие увеличивает скорость вращения турбины 3 расположенной перед сужающимся отверстием второй секции трубы 1, которая обеспечивает передачу крутящего момента на турбину 3 в первой секции трубы 1, тем самым обеспечивая повышение реактивной тяги на выходе второй секции трубы 1. При этом возможность дополнительной подачи воды между турбинами 3, также обеспечивает компенсацию гидравлических потерь, возникающих при движении воздушно-водяной смеси по трубе 1.

Заявитель в 2020 году изготовил опытный образец заявленного технического решения, опытная эксплуатация, которого подтвердила заявленный технический результат.

Заявитель в 2020 году изготовил опытный образец заявленного технического решения, опытная эксплуатация которого подтвердила заявленный технический результат, повышение силы реактивной тяги составило порядка 35%.

При этом использование воздушно-водяной смеси для опытного образца относительно воздушной смеси обосновывается тем, что плотность воздуха примерно в 800 раз меньше плотности воды, поэтому сжатый воздух плохо передает свою энергию более вязкой и плотной среде. Поэтому в случае использования только воздушного надува воздух передаст малую часть энергии и уйдет наверх к поверхности воды. Если же смешать воздух и воду в пузырьковую смесь и дать ей возможность поднимется наверх по наклонной плоскости, формируя при этом направленный поток воды, эффективность передачи энергии существенно повысится.

Ограниченность объема хранения сжатого воздуха, а также технологическая сложность создания и передачи больших объемов сжатого воздуха не позволяет делать процесс передачи энергии продолжительным. В связи с этим предлагаемое устройство имеют вспомогательное предназначение. Заявленное устройство можно использовать при перемещении надводных и подводных плавсредств в зоне пришвартовки, а также для перемещения на небольшие расстояния без задействования основного двигателя плавсредства.

Реферат

Полезная модель относится к судостроению, а именно к водометным движителям судов и других плавсредств.Техническим результатом полезной модели является повышение силы реактивной тяги и КПД использования энергии сжатого воздуха, который достигается за счет того, что водометный турбодвигатель на энергии воздуха высокого давления с использованием микродисперсной воздушно-водяной смеси, содержащий трубу, на внутренней стороне которой расположены форсунки, выполненные с возможностью подачи сжатого воздуха, внутри трубы за форсунками соосно размещены турбины, отличающийся тем, что труба состоит из нескольких коаксиально соединенных между собой сегментов, при этом каждый из сегментов трубы выполнен на входной части расширяющимся, а на выходной части - сужающимся, при этом сужающийся конец первого сегмента трубы размещен в расширяющемся сегменте второй трубы с образованием зазора между сегментами трубы. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Формула