Двигательно-движительный комплекс судна кашеварова

 

Использование в области судостроения. Сущность изобретения двигатепыю-движительный комплекс содержит камеру сгорания с клапанами впуска и выпуска газов, водопроточную трубу движителя с водоприемным патрубком и устройство охлаждения двигателя Комплекс снабжен конусными каналами с баллоном сжатого горючего газа с размещенной в нем кольцевой эластичной камерой сжатого воздуха Клапаны выпуска газов выполнены с поворотными выступами. Камера сгорания выполнена эллипсоидной и отделена от кольцевой камеры со сжатым воздухом поворотными выступами клапанов выпуска газа размещенными по периферии камеры сгорания Комплекс снабжен трубой выпуска выхлопных газов в атмосферу 9 ил

(19) RÖ (11) (51) 5 3 63 Н 11 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

LКемнтет Рессийской Федерации пю патентам и товарным знакам

{21) 4890546/11 (22) 20,1190 (46) 30.1193 Бюп. Na 43-44 (76) Кашеваров Юрий Борисович (54) ДВИГАТЕЛЬНО-ДВИЖИТБ1ЬНЫИ

КОМПЛЕКС СУДНА КАШЕВАРОВА (57) Использование: в области. судостроения. Сущность изобретения: двига тельно-движительный комплекс содержит камеру сгорания с клапанами впуска и выпуска газов, водопроточную трубу движителя с водоприемным патрубком и устройство охлаждения двигателя. Комплекс снабжен конусными каналами с баллоном окатого горючего газа с размещенной в нем кольцевой эластичной камерой сжатого воздуха. Клапаны выпуска газов выполнены с поворотными выступами. Камера сгорания выполнена элпипсоидной и отделена от кольцевой камеры со сжатым воздухом поворотными выступами клапанов выпуска газа, размещенными по периферии камеры сгорания. Комплекс снабжен трубой выпуска выхлопных газов в атмосферу. 9 ип.

2003587

Изобретение относится к судостроению, в частности к судовым двигателям с водно-газовым реактивынм движителем к медокольно-ледорезным судам взамен судового дизеля с электрогенератором и гребных винтов с электромоторами, Изобретение может найти также применение для любых морских и речных судов, работающих на дизельном, газовом или. бензиновом топливе, Отдавая приоритет положительномузффекту, аналог, реализующий дизель и гребной винт в качестве судового двигателя и движителя, наиболее широко применяемых в настоящее время, выберем в качестве прототипа, Принятый прототип имеет мало общих существенных признаков для него и заявленного объекта изобретения.

К общим существенным признакам прототипа и изобретения можно отнести только признаки относящиеся к двигателю: наличие устройства, подготавливающего топливную смесь горючего и воздуха, камеру сгорания, свечи зажигания, клапаны впуска и выпуска газов в камеру сгорания и из нее.

У движителей предлагаемого и известного нет общих существенных признаков, Основными недостатками судового двигателя-дизеля и движителя-гребного винта являются малый КПД, не превосходящий

12% и большая стоимость изготовления и эксплуатации, обусловленная большой сложностью .и металлоемкостью и малой степенью надежности, особенно в тяжелых ледовых условиях, Предлагаемый реактивный судовой двигатель устраняет эти недостатки прототипа в результате многократного повышения эффективности воздушного реактивного двигателя за счет того, что в качестве реактивной массы используются в основном не газы, выбрасываемые из камеры сгорания, а вода, увлекаемая этими газами, и составляющая массу реактивной струи, почти в тысячу раз превосходящую массу реактивной газовой струи, К тому же, предлагаемый реактивный двигатель не имеет других движущихся деталей кроме клапанов, определяющих режим впуска и выпуска газов и не имеет винтов, которые подвержены воздействию ледяных глыб, выводящих их из строя.

Превосходство предлагаемого реактивного движителя перед известными гребными винтами заключается также в том, что удельное опорное давление гребного винта составляет всего 0,3-0,9 кг/см поверхности

его лопастей. а удельное упорное давление водяной реактивной струи будет в 10 раз большим при давлении газовой реактивной струи более 100 кг/см2.

На фиг. 1 показана кормовая часть судна, вид снизу; на фиг, 2 — сечение А — А на фиг.

1; на фиг, 3 — сечение Б — Б на фиг. 2; на фиг.

4 — сечение  — В на фиг. 3; на фиг. 5- сечение

Г-Г на фиг. 3; на фиг. 6 — движитель; на фиг.

7 — сечение Д вЂ” Д на фиг. 6; на фиг. 8а,б— сечение клапана двигателя (а — при закры"0 том, б — при открытом положениях); на фиг.

9- сечение Е-Е на фиг. 8а.

В ледокольно-ледорезном судне кормовая часть 1 судна 2 изменена в такой мере, в какой это было необходимо для замены

15 гребных винтов с электромоторами на реактивные двигатели 3 с движителями 4.

Кормовая часть 1 судна соединена со средней частью 2 судна вертикальной осью вращения 5, вокруг которой она может по20 ворзчиваться на угол 4-90О. На кормовой части 1 установлены руль 6 с вертикальной осью 7 его вращения, секторной шестерней

8, жестко связанной с осью 7, Шестерня 8 находится в зацеплении с шестерней электродвигателя 9, На кормовой части судна установлены шесть реактивных двигателей 3 с движителями 4, воздухозаборная труба 10 с компрессором 11, труба 12 для природного газа, поступающего в двигатель 3 из газового баллона 13.

Труба 12 установлена вдоль оси 5 и соединена с пзтрубком 14 газового баллона 18 с помощью муфты 15, в которой она повора35 чивается при повороте кормы 1 относительно средней части 2 судна.

От трубы 12 к каждому двигателю 3 подходит трубка 16, по которой газ поступает в баллон 17. По периметру баллона 17 уста40 новлен эластичный кольцевой баллон 18 со сжатым воздухом, поступающим от компрессора 11. Из баллона 17 газ поступает в смесительную камеру 19 через клапан 20, Из эластичного баллона 18 сжатый воздух поступает по воздуховодам, перекрытым клапанами 20, в смесительную камеру 19 и в кольцевую камеру 21.

Из смесительной камеры 19 по трубкам

22 топливная смесь сжатого газа и воздуха поступает в камеру сгорания 23.

В кольцевую камеру 24 сжатый воздух поступает из кольцевой камеры 21 по трубкам 25, равномерно расположенными по всей окружности между камерами 21 и 24.

Между трубками 22 по сферической поверхности камеры сгорания 23 устзновлены электросвечи 26. соединенные электропроводом 27 с источником тока и компьютером 28.

2003587

45

Кольцевая камера 24 отделена от камеры сгорания 23 неподвижными выступами

29 камеры 24 и подвижным выступами 30, установленными на первой перемычке 31 клапана 32 выпуска выхлопных газов.

Пропускной канал 33 клапана 32 проходит между его первой 31 и второй 34 перемычками и боковыми дисками 35, с которыми жестко связана ось 36 вращения клапана 32.

Через перемычку 31 проходит отверстие 37, соединяющее кольцевую камеру 24 с пропускным каналом 33. Пропускной канал 33 соединяет камеру сгорания 23 с пирамидальной камерой 38 прямоугольного сечения, совпадающего с прямоугольным сечением выходного отверстия канала 33 при открытом положении клапана 32 (фиг.8б). Камеры 38 своими широкими основаниями образуют восьмигранную трубу 39, соединенную с четырехгранной трубой 40 движителя 4. установленной в стенке 41 кормы 1.

В нижней части труба 39 соединена трубой 42 с забортной водой, в верхней части труба 39 соединена с выхлопной трубой 43.

Трубы 42 и 43 перекрываются подвижными заслонками (не показаны), Двигатель охлаждается забортной водой, поступающей через нижнюю 44 и верхнюю 44 трубы в кольцевую трубу 45, а иэ нее через радиальные трубки 46 в конусную камеру 47. Из камеры 47 горячая вода через отверстие 48 поступает в трубу 39, Движитель 4 выполнен в виде трубы 40 прямоугольного сечения, оканчивающейся по бокам упругими гибкими пластинами 49 и жесткими верхней и нижней стенками 50.

Если давление воды в трубе 40 становится больше чем с ее наружной стороны, то пластины 49 прогибаются в сторону от оси трубы (на фиг. 6 их положение показано пунктирной линией}. если меньше. то они прогибаются друг к другу. образуя обтекаемый конец трубы 40. B передней части труба

40 имеет по бокам окна 51, закрытые упругими пластинами 52 при большем давлении воды в трубе чем с наружной стороны пластины 52. Если в трубе 40 давление воды становится меньшим чем с наружной стороны пластины 52, то они прогибаются вовнутрь трубы (на фиг. 6 показано пунктиром), открывая окна, через которые в трубу 40 поступает наружная вода. Работу реактивного двигателя можно разделить на две фазы газо- и водораспределения. Первая, подготовительная фаза не создает полезной работы, т.е. не создает тяги. двигающей судно по заданному маршруту. Ее задача подготовить предлагаемое устройство для

2D

ЗО второй фазы, в процессе реализац1и которой возникнет тяга, двигающая судно. т.е. судет совершена полезная работа. Для выполнения этой работы необходимо подготовить все устройства, составляющие двигатель, и снабдить его топливом (в данном случае природным газом) и сжатым воздухом.

Природным газом и сжатым воздухом должна быть заполнена камера сгорания 23, сжатым воздухом — камеры 21 и 24, водой— камеры 38, 47 и 45, а также трубы 42 и 44, Кроме того, должны быть заполнены природным газом камера 17 и сжатым воздухом камеры 18 и 19, Учитывая, что вторая фаза работы двигателя непосредственно выполняет задачу, решаемую устройством, рассмотрение порядка работы начнем со второй фазы.

В начальный момент второй фазы клапан 32 закрыт и заторможен, По команде компьютера 28 одновременно производится подача напряжения на все свечи зажигания 26, на освобождение клапана 32 от тормоза и на закрытие клапана 20 на трубке, соединяющей камеру 19 с баллоном 18.

Компьютер выдает эту команду по поступлении в него сигнала от датчика давления, находящегося в камере 19, о достижении в ней заданного давления 50, атмосфер с временной задержкой, предусмотренной его программой работы.

Временная задержка обусловлена тем. что давление в 50 атм будет зафиксировано для обогащенной смеси газа и воздуха в камере 19 и компьютер 28 вначале подает управляющий сигнал на закрытие клапанов

20 впуска природного газа, а затем, с временной задержкой. впуска воздуха для того, чтобы вся топливная смесь поступила в камеру 23, а камера 19 и трубки 22 были заполнены только сжатым воздухом, Подача напряжения на свечи зажигания

26, воспламеняет обогащенную смесь в камере 23, В результате сгорания топливной смеси в камере сгорания за сотые доли секунды увеличивается давление в несколько раз, например, до 300 атм. Это давление воздействует на выступ 30 первой перемычки клапана 32, который в сотые доли секунды поворачивается до упорз и соединяет камеру 23 с камерой. 38 пропускным каналом 33, заполненным сжатым воздухом через отверстие 37 при заполнении воздухом камеры 24.

При этом происходит дожигание топливной смеси в канале 33 и воздействие давления газов выхлопа равного 30 атм на воду, заполняющую камеру 39, а также торможение клапана 32 в открытом положении.

2003587

В момент воспламенения топливной смеси небольшая часть выхлопных газов пройдет в трубки 22 и повысит давление в камере 19, в последующие моменты времени давление в камере 23 будет быстро падать, что будет фиксироваться датчиком давления в камере 19. В тот момент, когда давление в камере уменьшится до давления в кольцевой камере 21, клапан 20, соединяющий камеры 19 и 21, открывается и воздух из камеры 21 поступает в камеру 19 для продувки камеры 19 от выхлопных газов.

При дальнейшем падении давления в камере 19 до 5 атм клапан 32 растормаживается, клапан 20 на трубке, соединяющей камеры

19 и 21, закрывается, а клапан 20 на трубке, соединяющей баллон 18 камерой 21, открывается. В этот момент давление между выступом 30 клапана 32 и стенкой камеры 25 возрастет до 50 атм, и клапан 32 закроется и в этом поло>кении затормозится. Этим действием заканчивается вторая фаза для устройств, расположенных левее (фиг.З} клапана 32, но продолжается для устройств, располо>кенных правее клапана 32. Так камера 38 после закрытия клапана 32 будет заполнена выхлопными газами и сжатым воздухом, использованным для продувки камеры 23.

Перед газами под их давлением в труб, ках 39 и 40 будет овда, стремительно, как снаряд в пушке, движущаяся к отверстию в трубке 40.

После того, как выхлопные газы достигнут отверстия трубы 43, заслонка на трубе открывается и выхлопные газы устремляются в турбу 43, В результате этого давление газа уменьшится почти до атмосферного, заслонка трубы 42 откроется и вода по трубе

42 хлынет в трубу 39, заполняя камеры 38, . Б середине второй фазы воды у отверстия 48 приобретет большую скорость и соФормула изобретения

Двигательно-движительный комплекс судна, содержащий камеру сгорания с клапанами впуска и выпуска газов, водопроточную трубу движителя с водоприемным патрубком и устройство охлаждения двигателя, установленное соосно с трубой движителя, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД двигательно-движительного комплекса, он снабжен конусными каналами и баллоном сжатого горючего газа с размещенной в нем кольцевой эластичной камерой сжатого воздуха, клапаны выпуска газов выполнены с поворотными выступами, камера сгорания выполнена

40 здаст пониженное давление в камере 48,.в результате чего создается поток воды по трубам 44 в кольцевую камеру 45, а иэ нее по радиальным трубкам 46 в камеру 47 и далее в трубу 39.

Проходя по указанному пути, забортная вода будет нагреваться, охлаждая корпус двигателя 3 и заднюю стенку камеры 23, Тепло, поступающее от передней стенки камеры 23, будет использоваться для подогрева топливной смеси, поступающей в камеру

23, а также отдаваться сжатому воздуху, используемому для продувки камеры 23.

В начальный момент второй фазы вода, находящаяся в трубке 40 движителя 4, под действием давления выхлопных газов в камере 38 приобретет ускоренное движение, под ее напором пластины 49 изогнутся в, противоположные стороны и пропустят поток воды из трубы 40, После того как большая часть воды, заполнявшая- камеры 38 и трубы 39 и 40; с большой скоростью выстрелит из конца трубы 40, в трубе 40 против окон 51 возникнет пониженное давление, упругие пластины 52 сблизятся друг с другом и откроют окна 51, через которые начнет поступать вода, поддерживающая ее поток в трубе 40, но с отрицательным ускорением, до полной его остановки, в результате которой пластины

49 и 52 займут первоначальное положение, Такова общая схема работы предлагаемого устройства во второй фазе.

В первой фазе работы двигателя производят заполнение баллона 18 сжатым воздухом с помощью компрессора 11 и одновременно заt.oëHåHèå баллона 17 природным газом с целью поддержания в баллонах 17 и 18 постоянного давления, например, в 50 атм, (56) Авторское свидетельство СССР

N 1579847, кл. В 63 Н 11/14, 1987. эллипсоидной и отделена от кольцевой камеры со сжатым воздухом поворотными выступами клапанов выпуска газа, размещенными по периферии камеры сгорания, и сообщена посредством указанных клапанов с узкими концами конусных каналов, которые своими широкими концами сообщены с водопроточной трубой движителя, при этом комплекс снабжен трубой выпуска выхлопных газов в атмосферу, выполненной с управляемой заслонкой и сообщенной с верхней частью водопроточной трубы водометного движителя, причем водоприемный патрубок выполнен с поворотной заслонкой.

2003587

2003587

2003587

Составитель А, Логачев

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор Е. Папп

Редактор

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035. Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5

Заказ 3304

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101