Детонационный пульсирующий водно-реактивный двигатель (дпврд) и детонационный водомёт криштопа (двк), и способ функционирования дпврд и двк (варианты) - RU2781310C1
Код документа: RU2781310C1
Чертежи
Описание
Группа изобретений относится к области водно-реактивных двигателей и водометных движителей (водометов) для речных и/или морских судов любого назначения, использующих энергию высокоэффективного детонационного горения топливоокислительных смесей при объемном взрыве. Для лучшей экологии возможно использование «гремучего газа», извлекаемого из морской воды с помощью дешевой солнечной и ветроэнергетики при плавании в море. Также возможно использование топливовоздушной смеси с использованием запаса природного газа при плавании в пресных водах или при отсутствии источников дешевой солнечной и ветроэнергетики. Обеспечивается высокая экология при использовании в ДПВРД и ДВК «гремучего газа» и/или топливовоздушной смеси на основе недорогого природного газа.
Из уровня техники известно, что высокоэффективное детонационное горение возникает при объемном взрыве, представляющем собой неконтролируемое выделение большого запаса энергии газовой или аэрозольной смеси горючих веществ и окислителя, заполняющих ограниченное пространство, при определенном соотношении горючего и окислителя Л [7], и наличии инициирующего импульса в соответствии с Л [2, 3].
Из существующего уровня техники также известен «Электролизер для получения гремучего газа», одна из конструкций которого описана, например, в авторском свидетельстве СССР в соответствии с Л [6], позволяющая получать «гремучий газ» из электролита, например морской воды, при использовании источников электроэнергии, включая возобновляемые солнечную и ветроэнергетику.
Из существующего уровня техники также известен детонационный пульсирующий воздушно-реактивный двигатель, однако не известен детонационный пульсирующий водно-реактивный двигатель, использующий высокоэффективное детонационное горение, возникающее при объемном взрыве.
Таким образом, остается актуальной задача создания детонационного пульсирующего водно-реактивного двигателя, использующего высокоэффективное детонационное горение, возникающее при объемном взрыве.
Из существующего уровня техники известны гидравлические турбины, которые по принципу подвода и прохождения потока по рабочему колесу делятся на осевые, в которых поток воды поступает на лопасти колеса и протекает по ним в осевом направлении по спиральным линиям, причем ось вращения потока совпадает с осью вращения рабочего колеса и импульсные, где поток воды, в которых поступает на рабочее колесо свободной струей, направленной по касательной к рабочему колесу.
Из уровня техники также известен Водометный движитель (водомет) - движитель, у которого сила, движущая судно, создается реактивной тягой, выталкиваемой из него струей воды при работе гидравлической турбины с приводом от электродвигателя и/или двигателя внутреннего сгорания или паровой турбины атомной силовой установки в соответствии с Л [1].
Однако из уровня техники не известен водомет, в котором привод гидравлической турбины водомета осуществляется реактивной тягой водяных струй, образованных ударной волной объемного взрыва при детонационном горении топливоокислительных смесей.
Таким образом, остается актуальной задача создания водомета, в котором привод гидравлической турбины водомета осуществляется реактивной тягой водяных струй, образованных ударной волной объемного взрыва при детонационном горении топливоокислительных смесей.
Задачей достижения технического результата, на который направлена заявленная группа изобретений, является создание детонационного пульсирующего водно-реактивного двигателя, использующего высокоэффективное детонационное горение, возникающее при объемном взрыве и создание водомета, в котором привод гидравлической турбины водомета осуществляется реактивной тягой водяных струй, образованных ударной волной объемного взрыва при детонационном горении топливоокислительных смесей.
Указанная задача (достижение технического результата) решается тем, что предложен Детонационный пульсирующий водно-реактивный двигатель по пункту 1 формулы изобретения.
Указанная задача (достижение технического результата) решается также тем, что предложен Детонационный пульсирующий водно-реактивный двигатель по пункту 2 формулы изобретения.
Указанная задача (достижение технического результата) решается также тем, что предложен Детонационный водомет по пункту 3 формулы изобретения.
Указанная задача (достижение технического результата) решается также тем, что предложен Детонационный водомет по пункту 4 формулы изобретения.
Технический результат достигается также в способе функционирования Детонационного пульсирующего водно-реактивного двигателя по пункту 1 формулы изобретения.
Технический результат достигается также в способе функционирования Детонационного пульсирующего водно-реактивного двигателя по пункту 2 формулы изобретения.
Технический результат достигается также в способе функционирования Детонационного водомета по пункту 3 формулы изобретения.
Технический результат достигается также в способе функционирования Детонационного омета по пункту 4 формулы изобретения.
Сущность группы изобретений поясняется чертежом.
На Фиг. 1 представлены пояснительные эскизы наиболее предпочтительного варианта исполнения Детонационного пульсирующего водно-реактивного двигателя (далее - ДПВРД) по пункту 1 формулы изобретения, движение которого в воде обеспечивается непосредственно реактивной тягой из выходного сопла ДПВРД предназначенного для использования в водоемах река - море и наиболее предпочтительного варианта исполнения Детонационного водомета (далее - ДВ) по пункту 3 формулы изобретения, движение которого в воде обеспечивается комбинированной водометной турбиной, привод которой осуществляется от рабочего колеса импульсной гидравлической турбины под действием реактивных струй из форсунок на выходе, как минимум двух ДПВРД, имеющих возможность реверса комбинированной водометной турбины, и предназначенных для использования в водоемах река - море. На эскизе Фиг. 1(-1/1-) функциональная схема ДПВРД в продольном сечении корпуса, где: 1 - направление набегающего потока воды, 2 - топливная форсунка системы подачи топлива, 3 - детонационная трубка системы зажигания для создания инициирующего импульса объемного взрыва, 4 - детонационная камера объемного взрыва, 5 - форсунка системы подачи окислителя, 6 - выходное сопло, 7 - направление реактивной тяги ДПВРД, 8 - входная клапанная решетка для впуска набегающего потока воды, например с пластинчатыми клапанами, 9 - корпус ДПВРД, 10 - электродные пластины электролизера «гремучего газа», установленные на изоляторах (на эскизе не показаны) параллельно направлению набегающего потока воды, 11 - конфузор выходного сопла.
На эскизе Фиг. 1(-1/2-) функциональная схема ДПВРД в поперечном сечении корпуса 9, где: внешние клеммы (+) плюс и (-) минус электролизера «гремучего газа» подключены к крайним электродным пластинам 10 через проходные изоляторы (на эскизе не показаны).
На эскизе Фиг. 1(-1/3-) функциональная схема ДПВРД в общей конструкции ДВ в продольном сечении корпуса ДПВРД, отличающаяся от функциональной схемы ДПВРД Фиг. 1(-1/1-) отсутствием конфузора 11 и выходного сопла 6, где: 12 - конфузор выхода потока воды, из нижней части корпуса 9 ДПВРД в общей конструкции ДВ.
На эскизе Фиг. 1(-1/4-) функциональная схема ДПВРД в общей конструкции ДВ с двумя ДПВРД (правый показан полностью, а у левого показаны только переключающие клапаны с трубопроводами) в поперечном сечении корпуса ДПВРД и корпуса комбинированной водометной турбины ДВ по рабочему колесу импульсной гидравлической турбины, где: 12 -конфузор выхода потока воды, из нижней части корпуса 9 ДПВРД, 13 - переключающий клапан трубопровода большей длины, 14 - переключающий клапан трубопровода меньшей длины, 15 - трубопровод меньшей длины, 16 - водяная форсунка на выходе трубопровода 15, 17 - трубопровод большей длины, 18 - водяная форсунка на выходе трубопровода 17, 19 - рабочее колесо с прямыми рабочими лопатками импульсной гидравлической турбины, не препятствующей осевому движению воды в обе стороны во внутреннем объеме ДВ, привод которой осуществляется под действием реактивных струй из форсунок 16 и 18 с возможностью реверса ДВ при согласном переключении переключающих клапанов 13 и 14 в обеих ДПВРД.
На эскизе Фиг. 1(-1/5-) функциональная схема комбинированной водометной турбины 22 в общей конструкции ДВ в продольном сечении корпуса комбинированной водометной турбины, где: 19 - рабочее колесо с прямыми рабочими лопатками импульсной гидравлической турбины, не препятствующей осевому движению воды в обе стороны во внутреннем объеме комбинированной водометной турбины ДВ, 20 - например, два рабочих колеса осевой гидравлической турбины на направлении входного потока воды 24, 21 - вал, имеющий возможность свободного вращения, установленный на опорных подшипниках (на эскизе не показаны), и на котором жестко закреплены рабочие колеса 20 и 23 осевой гидравлической турбины, между которыми жестко закреплено, например одно рабочее колесо 19 с прямыми рабочими лопатками импульсной гидравлической турбины, 22 - корпус комбинированной водометной турбины, 23 - например, два рабочих колеса осевой гидравлической турбины на направлении выходного потока воды 25 из ДВ.
Работа наиболее предпочтительного варианта исполнения Детонационного пульсирующего водно-реактивного двигателя (далее - ДПВРД) по пункту 1 формулы изобретения, движение которого в воде обеспечивается непосредственно реактивной тягой из выходного сопла ДПВРД предназначенного для использования в водоемах река - море осуществляется следующим образом. Для запуска повторяющихся циклов работы ДПВРД погружают полностью в морскую воду (природный электролит), заполняющую через входную клапанную решетку 8 почти полностью внутреннее пространство ДПВРД с остаточной небольшой воздушной «подушкой» в детонационной камере объемного взрыва 4. По команде блока управления подают регулируемое напряжение постоянного тока на клеммы плюс и минус Фиг. 1(-1/2-) электролизера «гремучего газа», при работе которого в детонационной камере объемного взрыва над электродными пластинами электролизера «гремучего газа» будет образовываться топливоокислительная смесь для объемного взрыва. В соответствии с Л [6] максимальный выход «гремучего газа» над электродными пластинами электролизера «гремучего газа» будет образовываться при напряжении на каждой электродной пластине в пределах 2,0-2,5 В, то есть например для сети с номинальным напряжением 220 В постоянного тока требуется 110 электродных пластин, а при уменьшении напряжения, если мало солнца или ветра при использовании солнечной и/или ветроэнергетики поддерживают напряжение на каждой электродной пластине в пределах 2,0-2,5 В за счет шунтирующей перемычки, изменяя таким образом количество работающих электродных пластин. Для контроля объема выработанного «гремучего газа» над электродными пластинами блок управления контролирует уровень морской воды в детонационной камере объемного взрыва 4 и периодически производит детонацию «гремучего газа» подачей инициирующего импульса на свечу зажигания и/или детонационную трубку 3 системы зажигания. Под действием ударной волны и давления объемного взрыва топливоокислительной смеси «гремучего газа» пластинчатые клапаны входной клапанной решетки 8 закрываются, и морская вода, заполняющая внутренний объем ДПВРД под большим давлением выходит из выходного сопла 6 ДПВРД, образуя реактивную тягу 7 движения ДПВРД, для увеличения которой в детонационную камеру объемного взрыва 4 может подаваться дополнительная топливоокислительная смесь через, например одну топливную форсунку 2 системы подачи топлива и, например одну форсунку 5 системы подачи окислителя, которые также штатно всегда используются при плавании в пресноводных водоемах без использования электролизера «гремучего газа». После выхода объема воды через выходное сопло 6 ДПВРД и уменьшения давления газов в детонационной камере объемного взрыва 4, под действием внешнего давления воды открываются пластинчатые клапаны входной клапанной решетки 8, заполняя водой внутренний объем ДПВРД и описанный цикл повторяется. Для лучшей экологии предпочтительно использовать в качестве дополнительного топлива, например, природный газ, для смеси которого с воздухом в пределах доли природного газа 3,80-17,0% создаются условия для образования объемного взрыва в соответствии с Л[7]. Электродные пластины электролизера «гремучего газа» могут изготавливаться из предпочтительно недорогой нержавеющей стали, так как являются расходным материалом и через определенное количество часов работы ДПВРД заменяются, а для большей «долговечности» и улучшения окислительно-восстановительных процессов на электродных пластинах электролизера «гремучего газа» рекомендуется периодическое изменение полярности напряжения постоянного тока на клеммы плюс и минус электролизера «гремучего газа».
Работа наиболее предпочтительного варианта исполнения Детонационного водомета (далее - ДВ) по пункту 3 формулы изобретения, движение которого в воде обеспечивается комбинированной водометной турбиной, привод которой осуществляется от, например одного рабочего колеса импульсной гидравлической турбины под действием реактивных струй из форсунок на выходе, например двух ДПВРД Фиг. 1(-1/4-), имеющих возможность реверса комбинированной водометной турбины Фиг. 1(-1/5-), и предназначенных для использования в водоемах река - море осуществляется следующим образом. Всю конструкцию ДВ с двумя ДПВРД погружают полностью в морскую воду (природный электролит), и запускают в работу оба ДПВРД по вышеописанному алгоритму работы ДПВРД с выходным соплом 6 Фиг. 1(-1/1-). При этом, блок управления контролирует согласное положение переключающих клапанов 13 и 14 каждого ДПВРД в составе ДВ, которые переключаются согласно в каждом ДПВРД, так чтобы реактивный поток воды каждого ДПВРД в трубопроводах разной длины 15 и 17 с водяными форсунками 16 и 18 на концах, установленными на внутренней поверхности комбинированной водометной турбины 22 и направленными по касательной к прямым рабочим лопаткам в верхней и нижней части рабочего колеса 19 импульсной гидравлической турбины, приводил вращение комбинированной водометной турбины 22 в одном направлении, например если у левого ДПВРД Фиг. 1(-1/4-), открыт переключающий клапан 13 и закрыт переключающий клапан 14, то у правого ДПВРД должны быть открыт переключающий клапан 14 и закрыт переключающий клапан 13. Для реверса комбинированной водометной турбины 22 Фиг. 1(-1/5-), блок управления переводит в противоположное положение переключающие клапана каждого ДПВРД, когда у левого ДПВРД Фиг. 1(-1/4-), открыт переключающий клапан 14 и закрыт переключающий клапан 13, то у правого ДПВРД должны быть открыт переключающий клапан 13 и закрыт переключающий клапан 14. Для увеличения мощности ДВ в детонационную камеру объемного взрыва каждого ДПВРД может подаваться дополнительная топливоокислительная смесь через одну топливную форсунку системы подачи топлива и одну форсунку системы подачи окислителя, которые также штатно всегда используются при плавании в пресноводных водоемах без использования электролизера «гремучего газа».
Алгоритм работы других вариантов исполнения ДПВРД и ДВ, в которых отсутствует электролизер «гремучего газа», аналогичен вышеописанному, при использовании только топливной форсунки системы подачи топлива, форсунки системы подачи окислителя и детонационной трубки системы зажигания для создания инициирующего импульса объемного взрыва в детонационной камере объемного взрыва.
Благодаря вышеперечисленному в группе изобретений достигается технический результат, заключающийся в создании Детонационного пульсирующего водно-реактивного двигателя, использующего высокоэффективное детонационное горение, возникающее при объемном взрыве и в создании Детонационного водомета, в котором привод гидравлической турбины водомета осуществляется реактивной тягой водяных струй, образованных ударной волной объемного взрыва при детонационном горении топливоокислительных смесей.
Литература
1. Л.С. Шапиро. Сердце Корабля. - Судостроение, 1990. - С. 132. - 143 с. - ISBN 5-7355-0250-6.
2. Ф.А. Быковский и др. Инициирование детонации в потоках водородно-воздушных смесей, с. 521-539 / Импульсные Детонационные Двигатели. Под редакцией д.ф.м.н. С.М. Фролова. ТОРУС-ПРЕСС, М., 2006).
3. Инициирование газовой детонации электрическими разрядами / Импульсные Детонационные Двигатели. Под редакцией д.ф.м.н. С.М. Фролова. ТОРУС-ПРЕСС, 2006, М., с. 235-254.
4. А.А. Андрижиевский, Механика жидкости и газа: учебное пособие для студентов учреждений высшего образования, Минск, БГТУ, 2014, - 219 с.
5. Лаврентьев Μ.Α., Шабат Б.В., Проблемы гидродинамики и их математические модели, § 31. Подводный взрыв, Главная редакция физико-математической литературы изд-ва «Наука», 1973 г.
6. В.В. Синявский, О.Д. Ткач, К.Ф. Коновальчик, В.И. Соловьева, С.А. Борисенко и Е.В. Нури, Авторское свидетельство СССР М - 1158617, кл. С25В 1/04, 02.12.83. (54) ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГРЕМУЧЕГО ГАЗА (57).
7. Справочник химика 21.
Реферат
Группа изобретений относится к области водно-реактивных двигателей и водометных движителей для речных и/или морских судов. Детонационный пульсирующий водно-реактивный двигатель (ДПВРД) включает в себя блок управления, корпус, входную клапанную решетку для впуска набегающего потока воды, электролизер «гремучего газа», электродные пластины которого установлены на изоляторах параллельно направлению набегающего потока воды, имеющего возможность свободного выхода из корпуса через конфузор и выходное сопло. В верхней части внутренней поверхности корпуса над электродными пластинами электролизера «гремучего газа» расположена детонационная камера объемного взрыва, содержащая как минимум одну топливную форсунку системы подачи топлива, как минимум одну форсунку системы подачи окислителя и как минимум одну свечу зажигания и/или детонационную трубку системы зажигания для создания инициирующего импульса объемного взрыва, а внешние клеммы плюс и минус электролизера «гремучего газа» подключены к крайним электродным пластинам через проходные изоляторы. Детонационный водомет (ДВ) включает в себя блок управления, корпус комбинированной водометной турбины, внутри которого на опорных подшипниках установлен вал, имеющий возможность свободного вращения и на котором жестко закреплены как минимум два рабочих колеса осевой гидравлической турбины, между которыми жестко закреплено как минимум одно рабочее колесо с прямыми рабочими лопатками импульсной гидравлической турбины, не препятствующей осевому движению воды в обе стороны. С наружной стороны корпуса комбинированной водометной турбины установлены как минимум два ДПВРД. Достигается высокая экология при использовании в ДПВРД и ДВ «гремучего газа» и/или топливовоздушной смеси на основе недорогого природного газа. 8 н.п. ф-лы, 1 ил.
