Прямоточный газоводометный движитель

Изобретение относится к судостроению, а именно к движетелям судов и других плавсредств сравнительно небольшого водоизмещения. Прямоточный газоводометный движитель содержит профилированный водозаборный канал с входным и выходным диффузорным отверстием, газоподводящий тракт, цилиндрическую вставку в канале, расположенную за входным диффузором, в район которой по газоподводящему тракту подается воздух, и устройство подачи и повышения скорости воздуха, размещенное в корпусе газоподводящего тракта и включающее в себя по меньшей мере два сужающихся сопла, герметично соединенных между собой. Каждое сопло коаксиально введено в следующее по ходу движения воздуха сопло с образованием между соплами полости или полостей. По меньшей мере одна полость снабжена средствами ионизации воздуха, обеспечивающими ионизацию воздуха в полости и его движение в ускорителе с эжекцией воздуха из внешней среды через входное отверстие. В упомянутой полости размещены впускные клапаны на её стенке для подачи в полость воздуха. По меньшей мере одна полость сообщена с устройствами подачи и отсоса воздуха внутрь этих полостей для регулировки мощности движителя. По меньшей мере в одной полости размещены датчики давления. На входном и выходном соплах размещены датчики скорости потока с выдачей информации на блок управления работой движителя. Технический результат заключается в снижении расхода и необходимых запасов топлива, удешевлении эксплуатации и повышении скорости судна и КПД движителя. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к судостроению, а именно к движителям судов и других плавсредств сравнительно небольшого водоизмещения.

Известен прямоточный газоводометный движитель, содержащий профилированный водозаборный канал с входным диффузорным отверстием, цилиндрическую вставку в канале, выходное диффузорное отверстие, газоподводящий тракт и устройство подачи и повышения скорости воздуха в движитель [1]. Принят в качестве прототипа.

Недостатки прототипа - низкая эффективность, отсутствие возможности снизить расход и необходимый запас возимого топлива, сравнительно небольшой КПД движителя.

Известен гидрореактивный пульсирующий движитель судна, который состоит из водопроточного канала с входной водозаборной трубой, выходного сопла, газовых генераторов, размещенных внутри канала в несколько рядов по всей его длине, при этом подвижные части генераторов кинематически соединены с механизмами управления движителем [2].

Недостатки аналога - сложность и недостаточная надежность конструкции, большие расходы топлива, небольшой КПД.

Технический результат изобретения - повышение эффективности движителя, а именно снижение расхода и необходимых запасов топлива, увеличение скорости хода и КПД движителя, удешевление эксплуатации.

Технический результат достигается тем, что используется устройство, состоящее из профилированного водозаборного канала с входным и выходным диффузорным отверстием, газоподводящего тракта, цилиндрической вставки в канале, которая расположена за входным диффузором, а также устройства подачи и повышения скорости воздуха (ускоритель), размещенного в корпусе газоподводящего тракта, которое включает в себя, по меньшей мере, два сужающихся сопла, герметично соединенных между собой, при этом каждое сопло коаксиально введено в следующее по ходу движения воздуха сопло с образованием между соплами полости или полостей. Дополнительно в устройстве, по меньшей мере, одна полость снабжена средствами ионизации воздуха, обеспечивающими ионизацию воздуха в полости и его движение в ускорителе с эжекцией воздуха из внешней среды через входное отверстие. При этом в ней также размещены впускные клапаны на ее стенке для подачи в полость воздуха. Помимо этого, по меньшей мере, одна полость сообщена с устройствами подачи и отсоса воздуха внутрь этих полостей для регулировки мощности движителя. Кроме этого в полости или в полостях размещены датчики давления, на входном и выходном соплах - датчики скорости потока воздуха с выдачей информации на блок управления работой движителя.

Схема предлагаемого изобретения изображена на фиг.1, на фиг.2 - ускоритель потока воздуха.

Прямоточный газоводометный движитель (фиг.1) включает: 1 - профилированный водозаборный канал, 2 - входное диффузорное отверстие, 3 - выходное диффузорное отверстие, 4 - цилиндрическую вставку, 5 - газоподающий тракт, 6 - ускоритель потока воздуха.

Устройство подачи и повышения скорости воздуха (фиг.2) содержит размещенные соосно сужающееся сопло 7 с входным сечением 8 и критическим сечением 9, сужающееся сопло 10 с критическим сечением 11 и полость 12 между этими соплами. В полости 12 помещены средства ионизации воздуха 13, впускные клапаны 15 на стенке 14 полости. Далее по ходу движения воздуха следуют сужающееся сопло 16 с критическим сечением 17 и сужающееся сопло 18 с критическим сечением 19 и выходным сужающимся соплом 20. Между соплами 7 и 10 имеется полость 12, между соплами 10 и 16 - полость 21. При этом сопла 7 и 10, а также 10 и 16, 16 и 18 соединены между собой герметично. К полостям 12, 21 и 22 подсоединены устройства 23 отсоса и подачи воздуха внутрь этих полостей. Датчики давления в полостях и датчики скорости во входном и выходном отверстиях, а также блок управления работой движителя на фигурах не показаны.

Устройство работает следующим образом. Включается подача воды в водозаборный канал через отверстие 2. В район цилиндрической вставки 4, которая следует за входным диффузором, по газоподающему тракту поступает воздух из ускорителя 5. Смешиваясь с водой, воздух расширяется и ускоряет полученную смесь, которая выталкивается через выходное отверстие 3, создавая силу тяги судна.

Ускоритель по существу увеличивает энергию воздуха, забираемого из внешней среды, которую в дальнейшем передает рабочему телу (смеси воздуха с водой). В нерабочем состоянии ускоритель заполнен воздухом. Для запуска ускорителя производят ионизацию воздуха в полости 12 с использованием одного или нескольких средств ионизации 13, размещенных в полости. При этом впускные клапаны 15 закрыты. Средствами ионизации могут быть нанесенные на внутренние поверхности стенки полости электроды, соединенные с полюсами источника напряжения электротока, или магнитные полосы. Средствами ионизации могут быть также источник искусственного потока элементарных частиц с энергией в интервале от 10 эВ до 1,2*1045 эВ или нанесенные на стенки полости покрытия, содержащие радиоактивные элементы. Ионизацию осуществляют, например, возбуждением в воздухе в полости электрического разряда переменным электрическим и/или магнитным полем или путем ввода в полость катализатора процесса ионизации (инертный газ (например, аргон), элементы четвертой группы периодической таблицы химических элементов (например, углерод)) и др. В результате ионизации молекулы воздуха (азота и кислорода) частично разрушаются с выделением большого количества тепла и кинетической энергии [3]. Поток расширенного в полости 12 газа вылетает к центральной оси устройства, увлекая (эжектируя) при этом воздух из внешней среды через входное отверстие 8. После этого клапаны 15 открываются и в полость 12 поступает или впрыскивается воздух из внешней среды или от источника сжатого воздуха. После этого клапаны закрываются. Частота выполнения таких операций (пульсаций) регулируется и может быть достаточно высокой, чтобы обеспечить квазинепрерывный характер работы. Когда скорость потока газа, идущего из полости 12, с учетом эжектируемого из внешней среды воздуха (через сопло 7) между сечениями 11 и 17 будет достаточной для эжекции воздуха из полости 21, в последней возникнет некоторое разрежение. Оно будет способствовать повышению перепада давлений между сечениями 8 и 17 и тем самым увеличению скорости истечения и расхода воздуха через входное отверстие 8. Это в свою очередь приведет к усилению вакуумирования полости 21. Такие процессы будут происходить до тех пор, пока перестанет повышаться вакуум в полости. Здесь возможны два исхода. Первый, когда величиной вакуума в полости 21 не управляют, скорость потока будет наибольшей при технически возможной степени вакуума (за счет самовакуумирования [4]). Второй исход, когда, наоборот, величину вакуума назначают и поддерживают в полости 21 искусственно, скорость потока при этом будет управляемой. После установления постоянной скорости потока воздуха на выходе ускорителя частоту пульсаций постепенно уменьшают вплоть до полного выключения. Ускоритель начинает работать только за счет засасывания в сопло 21 воздуха из внешней среды вакуумом этой полости. После прекращения пульсаций возникает разрежение и в полости 12. При дальнейшем самовакуумировании полостей 12, 21 и 22 в выходном сопле 20 возникает устойчивый сверхзвуковой поток воздуха.

Регулировка скорости (мощности) потока на выходе из движителя при постоянной скорости подачи воды в реальном времени производится путем управления величиной вакуума в полостях 12, 21 и 22. Для этого предусмотрены устройства 23 для отсоса воздуха из полостей при необходимости увеличения скорости и подачи воздуха в полости для уменьшения скорости потока. Регулировка мощности потока на выходе движителя может быть осуществлена изменением частоты пульсаций процессов в полости 12. Для управления работой установки используются показания датчиков давления, размещенных в полостях, датчиков скорости потока на входе и выходе из установки, а также показания устройств 23, поступающие в блок управления его работой.

Рассмотренный режим работы усилителя не является единственным. Возможен вариант работы, при котором впрыскивание и ионизация воздуха в полости 12 производятся непрерывно. В этом случае энергия, выделяемая при разложении атомов воздуха в полости, будет дополнять, усиливать энергетический эффект движения воздуха в ускорителе, полученный от вакуумирования полостей 21 и 23.

Затраты энергии на работу движителя сравнительно небольшие. Она расходуется на разгон воздуха внутри ускорителя до заданной скорости, на ионизацию воздуха в полости 12. Кроме этого энергия расходуется на работу механизмов открытия-закрытия клапанов 15. Поддержание же задаваемой скорости струи на выходе двигателя осуществляется, главным образом, за счет вакуума в полостях ускорителя. Отсос или подача воздуха в вакуумированные полости, имеющие небольшие объемы, питание измерительной аппаратуры и блока управления работой двигателя потребуют сравнительно небольшие затраты энергии.

Таким образом, использование изобретения позволит существенно повысить эффективность газоводяных двигателей, в том числе для высокоскоростных судов, в первую очередь уменьшить удельные массо-габаритные характеристики энергетической установки, расход и необходимые запасы топлива, удешевить эксплуатацию, перевозить больше полезного груза.

Источники информации

1. М.А.Мавлюдов, А.А.Русецкий, Ю.М.Садовников, Э.А.Фишер. Движители быстроходных судов. - Л.: Судостроение, 1982. - 280 с.

2. Патент РФ №2025572, кл. 7 F 02 К 11/00, В 60 V 1/14, опубл. 23.12.1991.

3. Е.И.Андреев, О.А.Ключарев, А.П.Смирнов, Р.А.Давыденко. Естественная энергетика. - СПб: Нестор, 2000. - 122 с.

4. Патент WO 03/025379, кл. 7 F 02 К 7/00, опубл. 27.03.2003.

1. Прямоточный газоводометный движитель, содержащий профилированный водозаборный канал с входным и выходным диффузорным отверстием, газоподводящий тракт, цилиндрическую вставку в канале, расположенную за входным диффузором, в район которой по газоподводящему тракту подается воздух, и устройство подачи и повышения скорости воздуха, размещенное в корпусе газоподводящего тракта и включающее в себя по меньшей мере два сужающихся сопла, герметично соединенных между собой, при этом каждое сопло коаксиально введено в следующее по ходу движения воздуха сопло с образованием между соплами полости или полостей, отличающийся тем, что по меньшей мере одна полость снабжена средствами ионизации воздуха, обеспечивающими ионизацию воздуха в полости и его движение в ускорителе с эжекцией воздуха из внешней среды через входное отверстие, при этом в упомянутой полости размещены впускные клапаны на ее стенке для подачи в полость воздуха, а по меньшей мере одна полость сообщена с устройствами подачи и отсоса воздуха для регулировки мощности движителя.

2. Прямоточный газоводометный движитель по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере в одной полости размещены датчики давления, а на входном и выходном соплах - датчики скорости потока с выдачей информации на блок управления работой движителя.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к судостроению, а именно к движетелям судов и других плавсредств сравнительно небольшого водоизмещения. .
Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для создания водометов, например водометных судовых движителей. .
Судно // 2072160

Изобретение относится к судостроению, а именно к водореактивным движителям, и может быть использовано в качестве привода для судов различного назначения, а также в качестве двигателя-насоса для циркуляционных контуров.

Изобретение относится к судостроению , а именно к водометным движителям. .

Изобретение относится к судостроению , а именно к газоводометному движителю судна. .

Изобретение относится к судостроению . .

Движитель // 1654130
Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано для импульсного перемещения подводных объектов. .

Изобретение относится к судостроению и касается создания реактивных паровых движителей и рулевых устройств

Изобретение относится к судостроению и может использоваться в энергетике, в насосостроении и в системах отопления

Изобретение относится к судовым движителям, а именно к водометным движителям моторных лодок

Изобретение относится к области морского и речного флота, в которых используются суда на воздушной подушке с реактивными газопаротурбинными установками. Для работы установок применяется пресная вода, запасенная в емкостях, являющаяся энергоносителем. Реактивное судно на воздушной подушке содержит корпус, ограждение корпуса, размещенные в корпусе емкости для пресной воды, центробежные вентиляторы для нагнетания сжатого воздуха под днище корпуса и создания воздушной подушки и газопаротурбинные установки для работы центробежных вентиляторов, реактивные газопаротурбинные установки для движения судна, установленные на палубе, с использованием в них воды в качестве энергоносителя и получения полезной мощности и силы тяги, установленный в корпусе судна парогенератор на отработанных водороде и кислороде с температурой 500-550°С, соединенный главным паропроводом с коллектором пара реактивной газопаротурбинной установки и холодильником для охлаждения отработанных в парогенераторе водорода и кислорода, подсоединенным к накопительной емкости и распределительному устройству, парогенератор, подключенный к системе охлаждения реактивной газопаротурбинной установки на жидкометаллическом теплоносителе, соединенный с паровой турбиной и с главным паропроводом, подсоединенной к электрогенератору, включенному на электрощит и к конденсатору, источник питания плазмохимических реакторов реактивной газопаротурбинной установки, подключенный к электрощиту. Новым в изобретении является то, что реактивная газопаротурбинная установка включает корпус с диффузором для входа атмосферного воздуха с установленным в нем в обтекателе пусковым двигателем, реактивное сопло для создания силы тяги с размещенными в нем конусом и форсунками для впрыскивания водорода или углеводородного топлива, для форсирования установки и увеличения силы тяги, и два силовых блока, установленные в корпусе, содержащие термодиссоционную газотурбинную установку и паротурбинную установку, соединенные валом с одной стороны с электрогенератором, включенным на электрощит, а с другой - с высоконапорным вентилятором для создания движения воздуха в кольцевом канале между корпусом и силовыми блоками, и центробежным компрессором, подсоединенным к камерам сгорания, равномерно расположенным по окружности для сгорания продуктов диссоциации - водорода и кислорода и создания силы тяги. Новым в изобретении является также то, что термодиссоционная газотурбинная установка для получения источника энергии - водорода и кислорода, и полезной мощности, выполнена с плазмохимическими реакторами, равномерно расположенными по окружности для термической диссоциации водяного пара и получения водорода и кислорода с температурой, превышающей 2500°С, и высоким давлением, подключенные к источнику питания, сообщающиеся с одной стороны с помощью диска-клапана, имеющего отверстия для входа пара и кольцевые лабиринтовые уплотнения, вращающегося с заданной частотой, с коллектором пара, а с другой соединены с расширяющимися соплами и цилиндрами волновых компрессоров, имеющими форсунки для впрыскивания в них воды или жидкого металла, подсоединенные к газовой турбине, укрепленной на валу, соединенном с электрогенератором, снабженной выпускным патрубком для выпуска отработанных водорода и кислорода в парогенератор. Новым в изобретении является также то, что плазмохимические реакторы для термической диссоциации водяного пара и получения водорода и кислорода с температурой, превышающей 2500°С, расширяющиеся сопла и цилиндры волновых компрессоров имеют рубашки для циркуляции охлаждающей жидкости - жидкометаллического теплоносителя и воды, для охлаждения стенок сопел - анодов плазмохимических реакторов. Новым в изобретении является также то, что плазмохимические реакторы содержат корпус с рубашкой, сообщающийся с охлаждаемым соплом - анодом, с расположенным в корпусе на заданном расстоянии от его стенок электродом-катодом, укрепленным в устройстве подключенным к источнику питания, с размещенной в корпусе форсункой для впрыскивания легкоионизирующей присадки или несколько плазмохимических реакторов с размещенными в них форсунками для впрыскивания легкоионизирующей присадки расположены в одном блоке, соединенном с расширяющимися соплами волновых компрессоров с одной стороны, а с другой сообщаются с диском-клапаном, имеющим отверстия для входа пара и кольцевые лабиринтовые уплотнения, или несколько плазмохимических реакторов, расположенных в одном блоке, содержат корпусы с рубашкой, крышкой и колпаком, с укрепленными в корпусах на заданном расстоянии от их стенок в слое электроизоляции электродами-катодами, сообщающиеся с охлаждаемыми соплами-анодами, при этом на блоке плазмохимических реакторов расположен клапанный механизм с впускным клапаном для впуска водяного пара, клапанный механизм включает патрубок для входа пара, соединенный с коллектором, подсоединенным к корпусам плазмохимических реакторов, с размещенным на коллекторе впускным клапаном, с ограничителем и пружиной для впуска водяного пара. Новым в изобретении является также то, что паротурбинная установка для сгорания водорода в кислороде и получения полезной мощности выполнена с осевым компрессором, подсоединенным к распределительному устройству, последовательно соединенным с соединительными цилиндрами, камерами сгорания, равномерно расположенными по окружности, включающими форсунки для воспламенения водорода в кислороде за счет впрыскивания газообразных струй продуктов термической диссоциации электропроводной жидкости и комбинированные форсунки для впрыскивания газообразной смеси продуктов термической диссоциации электропроводной жидкости и углеводородного топлива, с расширяющимися соплами и цилиндрами волновых компрессоров, подсоединенные к паровой турбине, укрепленной на валу, соединенном с термодиссоционной газотурбинной установкой и электрогенератором, снабженной выпускным патрубком для выпуска отработанного пара в конденсатор, при этом осевой компрессор выполнен двухкорпусным с приемной камерой, с шарнирно укрепленной на ней заслонкой для входа атмосферного воздуха, причем второй корпус снабжен впускным патрубком для входа продуктов диссоциации - водорода и кислорода, из распределительного устройства. Новым в изобретении является также то, что форсунка для воспламенения водорода в кислороде содержит корпус с патрубками для подачи электропроводной жидкости, соединенными с цилиндрическими каналами, расположенными внутри корпуса в слое электроизоляционного материала, с одной стороны которых установлены электроды, подключенные к генератору импульсов, а с другой выполнены сопла, направленные под углом друг к другу и сообщающиеся с взрывной камерой форсунки, имеющей днище с отверстиями для выхода газовых струй. Новым в изобретении является также то, что комбинированные форсунки содержат корпус с патрубками для подачи электропроводной жидкости, соединенные с цилиндрическими каналами, расположенными внутри корпуса в слое электроизоляционного материала, параллельно размещению топливной форсунки, с одной стороны которых установлены электроды, подключенные к генератору импульсов, а с другой выполнены сопла, направленные под углом друг к другу и сообщающиеся с взрывной камерой форсунки, имеющей сопло для выхода газовых струй. Достигается увеличение скорости движения. 18 ил.

Изобретение относится к области судостроения и касается вопросов эвакуации, спасания и выживания персонала аварийных морских нефтегазовых сооружений, транспортных и технологических судов в ледовых условиях. Предложена спасательная шлюпка закрытого типа для эвакуации и спасания персонала с морских объектов в ледовых условиях, содержащая корпус, двигательно-движительный комплекс, включающий расположенные в корпусе шлюпки, побортно установленные баллоны высокого давления газа и связанные с ними через управляемые задвижки реактивные сопла-движители, причем баллоны высокого давления газа размещены в защитных контейнерах и установлены с возможностью их демонтажа, а реактивные сопла-движители присоединены непосредственно к корпусам баллонов высокого давления газа. При этом двигательно-движительный комплекс спасательной шлюпки дополнен движительным устройством в виде откидной поворотной винто-рулевой колонки с силовым приводом. Предлагаемая спасательная шлюпка позволяет повысить безопасность при эвакуации спасаемого персонала с морских объектов в ледовых условиях. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх