Гидрореактивный двигатель принцип работы

Прорыв! Итальянский гидрореактивный двигатель

Тестирую новый формат новостей. Постараюсь периодически делать интересные выпуски о обзоры водномоторных новинок

В 2019 году на выставке морской техники в прекрасном городе Генуя, итальянским стартапом была представлена интереснейшая разработка- подвесной электрический судовой «hydro-jet» двигатель для крупной и малой морской техники «DeepSpeed» .

DeepSpeed

«DeepSpeed» — это команда, состоящая из идейного лидера и CEO компании Вильяма Гоббо , итальянского эксперта в области гидродинанимики Эрнесто Бенини , четырёх дизайнеров, одиннадцати инженеров и одного пилота испытателя из водных гонок серии F1 Франческо Кантандо . Научная поддержка проекта осуществляется национальными инженерными университетами городов Падова, Милан и Модена.

Проект получил три итальянские финансовые премии в области разработок и предпринимательства. Плюс размещение стартапа на краудфандинговой платформе позволило собрать с добровольных инвесторов миллион двести тысяч евро (заявлено к сбору было 450 тысяч). Данные денежные средства были вложены стартапом в сборку и испытания последней, доработанной версии двигателя deepspeed . На данное время известно об испытаниях 10-го по счету образца двигателя deepspeed , видео 2020 года прикрепляю ниже.

Технические характеристики двигателя DeepSpeed

Что известно о технических характеристиках? Как и положено не много, поскольку проект всё ещё является экспериментальным и находится на стадии предсерийных испытаний и подготовки к промышленному выпуску, но кое-что нашлось в сети.

Мощность созданного опытного образца составляет 120 квт или 163 лошадиный силы. Расчетная пропускная способность двигателя для жидкостной среды 160 галлонов в минуту или

727 литров в минуту.

Предназначение гидрореактивных двигателей

Целевая аудитория двигателей deepspeed в его конфигурации на сегодняшний день –это лодки длиной от 12 до 24 метров. Судов такой длины в мире насчитывается приблизительно 13.5 миллионов. Кроме того, данными гидрореактивными двигателями можно как оснащать суда с завода, так и дорабатывать уже существующие суда с бензиновыми или дизельными двигателями. Производители планируют расширять размерную линейку двигателей, тем самым расширяя возможности для его применения, как на частных маломерных судах, так и на крупных коммерческих.

Deepspeed — это более 23 000 часов научных изысканий, тестирований и разработок, включающих в себя не только конечную турбину, какую мы можем наблюдать на фото или видео, но и электронику управления, аккумуляторную батарею и систему производства бортовой энергии.

То есть функционал двигателей Deepspeed позволяет выпускать их в виде комплекта дооснащения для лодки.

Явные плюсы deepspeed:

  • Повышенная эффективность и энерговооруженность лодок
  • Больше скорость при меньших энергопотерях на высоких оборотах (в отличии от винтов и водометов)
  • Меньший вес и минимальное количество систем управления
  • Тишина работы
  • Экологичность

Известно о «примерке» данного двигателя на лодку РИБ от итальянской верфи Scanner marine, видео ниже.

Источник

Гидрореактивные движители.

Гребное весло — самый древний из них, использующий для создания полезной тяги мускульную энергию человека. Сегодня он находит применение лишь на малых прогулочных и спортивных судах.

Гребное колесо — вопреки расхожему мнению имеет также весьма внушительную историю. Суда, оборудованные этим движителем, были известны в Древнем Египте и Древней Греции. В качестве источника энергии на них использовались люди или животные, обычно ходящие по кругу быки. Не выдержав конкуренции с веслами, гребные колеса в античные времена сошли со сцены, чтобы вновь возродиться в XVIII в. в качестве движителя паровых судов. Сегодня гребные колеса находят очень ограниченное применение — в основном на буксирах, эксплуатируемых в мелководных внутренних водоемах. Основные недостатки гребных колес: громоздкость, высокая удельная масса (15—30 кг/кВт), рыскание судна при качке.

Гребной винт (рис. 4.2) — движитель, нашедший наибольшее распространение на современных судах всех типов, что объясняется рядом достоинств, ему присущих:

  • 1) высоким КПД, достигающим т|= 0,7-*-0,75;
  • 2) простотой конструкции и небольшой удельной массой (0,5—2 кг/кВт);

Рис. 4.2. Гребной винт

  • 3) слабым реагированием на качку судна;
  • 4) возможностью использования в качестве привода двигателей внутреннего сгорания с прямой (т. е. без редуктора) передачей мощности;
  • 5) отсутствием необходимости изменять форму корпуса при установке движителя.

Обычно гребные винты размещаются в кормовой оконечности судна, т. е. относятся к категории толкающих. Однако на судах некоторых типов (отдельных ледоколах, СДП) могут использоваться и тянущие винты.

Большинство морских транспортных судов имеют один гребной винт, но на некоторых крупных и относительно быстроходных судах и кораблях число движителей может доходить до четырех. История знает пример, когда на судне «Турбиния» было установлено девять гребных винтов — по три на каждом из трех гребных валов.

Наряду с гребными винтами фиксированного шага (ВФШ), лопасти которых закреплены, широкое применение в последнее время находят винты регулируемого шага (ВРШ), имеющие поворотные лопасти. ВФШ иногда выполняются со съемными лопастями (на ледоколах, судах активного ледового плавания).

Интересна и поучительна история гребного винта. Его предшественником стал изготовленный английским изобретателем Смитом деревянный движитель в виде двухходового червяка (шнека). Во время одного из испытаний шнек ударился о препятствие и половина его отломилась. Судно при этом неожиданно увеличило скорость. «Искалеченный» исходный движитель стал прототипом современного гребного винта.

Крыльчатый движитель занимает особое место в ряду гидрореактивных движителей — он одновременно может служить и органом управления. Этот движитель представляет собой барабан, установленный заподлицо с днищем (рис. 4.3). По окружности

Рис. 4.3. Крыльчатый движитель

барабана располагаются лопасти — крылообразные тела, число которых изменяется от четырех до восьми. Барабан вращается вокруг вертикальной оси, лопасти совершают колебательные движения относительно барабана. Таким образом, лопасть одновременно участвует в трех движениях — поступательном, вместе с судном, вращательном, вместе с барабаном, и колебательном относительно него. В зависимости от закона управления лопастями крыльчатый движитель может создавать упор в любом направлении в плоскости своего диска, т. е. служить и органом управления. Судно, оборудованное двумя крыльчатыми движителями, может перемещаться лагом, разворачиваться на месте. Кроме того, этот движитель позволяет производить реверс судна (см. § 4.11) без реверса механической установки. Повышенные маневренные качества — основное достоинство судов с крыльчатым движителем. Вместе с тем на всех режимах движения этот движитель может быть приведен в соответствие с двигателем (см. § 4.10). Тем не менее крыльчатый движитель не находит широкого применения, так как обладает рядом существенных недостатков:

  • 1) сложностью конструкции и большой (5—20 кг/кВт) удельной массой;
  • 2) ограничением передаваемой на один движитель мощности;
  • 3) сравнительно невысоким КПД;
  • 4) ограничением скорости из-за опасности кавитации.

Водометный движитель имеет водопроточный канал и

насос, засасывающий воду через приемное отверстие, ускоряющий ее и выбрасывающий через сопло. Рабочим органом водометного движителя чаще всего является осевой насос — винт в трубе. Специальное реверсивно-рулевое устройство изменяет направление струи, истекающей из сопла, что обеспечивает судну необходимую маневренность. Водометный движитель может иметь подводный, полуподводный либо атмосферный выброс струи. Первые два типа находят применение на водоизмещающих судах, эксплуатирующихся на мелководных или засоренных (лесосплав) водоемах. Суда эти, как правило, характеризуются умеренными скоростями движения, при которых КПД водометных движителей существенно ниже, чем КПД гребных винтов.

Рис. 4.4. Водометный движитель быстроходного судна

Водометы с атмосферным выбросом (рис. 4.4) в последнее время используются на быстроходных СДП — глиссирующих судах, СПК, СВП.

Дело в том, что с ростом скорости КПД водометного движителя увеличивается. Этим свойством обладают все гидрореактивные движители (см. § 4.2), но до определенного предела, пока отсутствует кавитация. Водометный движитель единственный, у которого кавитация может быть отдалена до скоростей vs= 100 уз и более. Это достигается за счет установки друг за другом нескольких ступеней (насосов), нагрузка между которыми распределяется так, чтобы кавитация отсутствовала. Поэтому водометный движитель, уступающий по эффективности гребному винту при умеренных скоростях, с их ростом до vs = 55+60 уз имеет КПД, превышающий таковой у всех других движителей.

Перечисленные выше гидрореактивные движители относятся к категории лопастных — в качестве рабочих элементов все они имеют крыловидные тела — лопасти.

Газоводометный движитель в этом плане является исключением. Рабочим телом в нем служит газ (сжатый воздух либо пар высоких параметров). Поступая в профилированный водопроточный канал, газ расширяется и с повышенной скоростью выбрасывает из сопла воду, создавая полезную тягу. Неоспоримые преимущества газоводометного движителя:

  • 1) простота подвода энергии (исключаются двигатель, редуктор, валопровод);
  • 2) отсутствие вращающихся деталей и соответственно опасности их кавитации;
  • 3) весьма низкие массогабаритные характеристики.

Однако газоводометный движитель в связи с низкой эффективностью пока не находит применения — его КПД не превышает 30—40% и имеет тенденцию к падению с ростом скорости. Иногда, в силу перечисленных достоинств, оправдано использование газоводометного движителя в качестве второй ступени обычного водомета.

Выше перечислены только основные типы движителей. Однако существует большое количество конструкций, не находящих широкого применения в силу несовершенства, сложности, недостаточной разработанности. Среди них можно назвать гусеничный и шнековый движители, «машущее крыло», «рыбий хвост» и т. д.

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Гидрореактивный двигатель

Гидрореактивные двигатели сейчас применяют иногда на так называемых водометах. Этим кораблям не страшны ни водоросли, ни мели; они используются на малых реках, например в качестве тракторов-амфибий на лесосплаве. [1]

Гидрореактивные двигатели применяют в торпедах [139]; при движении торпеды морская вода поступает через специальные водозаборники в двигатель. В камере сгорания тепловая энергия, выделившаяся при сгорании топлива в парах воды, затрачивается на испарение воды. Смесь паров воды и продуктов сгорания топлива при истечении из сопла обеспечивает получение необходимой тяги. [2]

Гидрореактивные двигатели сейчас применяют иногда на так называемых водометах. Этим кораблям не страшны ни водоросли, ни мели; они используются на малых реках, например в качестве тракторов-амфибий на лесосплаве. [3]

Формула справедлива и для гидрореактивного двигателя , создающего тягу за счет засасывания и выброса воды. [4]

Идея создания судов с гидрореактивными двигателями , подкрепленная простейшими расчетами, была впервые выдвинута англичанином Дж. [5]

При расчете движения корабля с гидрореактивным двигателем Эйлер допустил неточность [233]: он приравнивает силу реакции водяной струи непосредственно гидродинамическому сопротивлению корабля, опустив в уравнении движения дополнительное сопротивление корабля за счет преодоления инерции забираемой из него воды. [6]

Таким образом, 80 — 90 % мощности гидрореактивного двигателя расходуется на преодоление потерь в подшипниковых опорах. [8]

В то же время термины, обозначающие другие виды реактивных двигателей, не находятся в столь простых соотношениях между собой. К английскому термину duct propulsion engine нельзя подобрать один фиксированный русский термин: — ему соответствуют два русских термина, обозначающих конкретные типы каналовых или туннельных двигателей — воздушно-реактивные и гидрореактивные двигатели . [9]

Читайте также:  Как подключить двигатель 220 в пусковые и рабочие обмотки

На новое долото устанавливают устройство, генерирующее ультразвуковые импульсы и улавливающее их отраженные сигналы. Импульсная диаграмма записывается на видеопульте в капитанской рубке, что позволяет определить положение и расстояние долота относительно устья скважины. Выше долота на бурильной колонне поставлен гидрореактивный двигатель , при запуске которого можно долото ввести в воронку и далее в устье скважины. [10]

Источник

Прямоточный гидрореактивный судовой двигатель в.в.филимонова

Патент 1720927

Прямоточный гидрореактивный судовой двигатель в.в.филимонова

Изобретение относится к судостроению , а именно к прямоточным гидрореактивным судовым двигателям. Целью изобретения является повышение экономичности путем повышения давления в конце такта сгорания. Прямоточный гидрореактивный судовой двигатель содержит водоза-. борник, рабочие цилиндры с камерами сгорания и с устройством заполнения их водой, устройство заполнения камер сгорания воздухом, топливную систему с насосом высокого давления, синхронизирующее устройство , выходные камеры 21 и устройство подачи искры. Устройство заполнения рабочих цилиндров водой выполнено с приводным валом 9 с закрепленными на нем носовым 10 и кормовым 11 дисками, имеющими торцовые кольца 66, 80 с рабочими цилиндрами и с кольцами 65,81, имеющими отверстия и установленными неподвижно.

(l9) (11) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)э В 63 Н 11/02 11/14

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4801891/11 (22) 14.03.90 (46) 23.03,92. Бюл. М 11 (72) В,В.Филимонов (53) 628.629.,125.5(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1068337, кл. В 63 Н 11/02, 1989. (54) ПРЯМОТОЧНЫЙ ГИДРОРЕАКТИВный сУдовой двигАтель в.в.вилиМОНОВА (57) Изобретение относится к судостроению, а именно к прямоточным гидрореактивным судовым двигателям. Целью изобретения является повышение экономичности путем повышения давления в кон» це такта сгорания. Прямоточный гидрореактивный судовой двигатель содержит водоза-. борник, рабочие цилиндры с камерами . сгорания и с устройством заполнения их водой, устройство заполнения камер сгорания воздухом, топливную систему с насосом высокого давления, синхрониэирующее устройство, выходные камеры 21 и устройство подачи искры. Устройство заполнения рабочих цилиндров водой выполнено с приводным валом 9 с закрепленными на нем носовым 10 и кормовым 11 дисками, имеющими торцовые кольца 66, 80 с рабочими цилиндрами и с кольцами 65, 81, имеющими отверстия и установленными неподвижно.

Рабочие цилиндры размещены между дисками на равном расстоянии от приводного вала, а их концы закреплены в отверстиях неподвижно установленных колец, которые сопряжены с торцовыми кольцами дисков.

Диски выполнены с дугообразными окнами, носовой диск 10 выполнен с центробежным насосом, сообщенным с водозаборником, а кормовой диск сопряжен с передней стенкой выходных камер, выполненной в виде кольца с отверстиями, расположенными соосно рабочим цилиндрам; устройство за4

l полнения камер сгорания воздухом снабжено поршневыми компрессорами и зубчатой передачей, связывающей валы 38-40 поршневых компрессоров с приводным валом 9 дисков. Синхронизирующее устройство выполнено с кинематическими передачами, одной из которых насос высокого давления топливной системы кинематически связан с приводным валом дисков. Другой передачей устройство подачи искры топливной системы связано с приводным валом дисков.

Изобретение относится к судостроению, к гидрореактивным судовым двигателям.

Известен движитель — «пульсирующая камера сгорания», заполняемая водой через механический клапан. После заполнения камеры забортной водой в нее подается топливное вещество, которое бурно реагирует с водо; вызывая взрыв.

Но укаэанный движитель имеет низкий

КПД, кроме того в нем не могут быть использованы в качестве топлива нефтепродукты, сжиженный водород.

Известен пульсирующий гидрореактивный движитель —.»реактивная труба», работающая на принципе пульсирующей газоводяной струи. Движитель имеет реактивную трубу, камеру сгорания, сообщающуюся с реактивной трубой через клапанное устройство, запорное устройство на входе в реактивную трубу, систему подачи сжатого воздуха в камеру сгорания, топливную систему, систему синхронизации заполнения реактивной трубы водой, системы зажигания и клапанного устройства камеры сгорания, Но данный движитель имеет относительно низкую надежность клапанного устройства камеры сгорания из-за эрозионного воздействия на него газов, имеющих относительно высокую температуру и скорость, кроме того, давление воздуха в камере сгорания значительно меньше, чем давление сжатия в судовых дизелях, т.е. относительно невысока температура газов в начале горения, что снижает

ХПД движителя, также относительно велик расход сжатого воздуха на продувку камеры сгорания, относительно мала степень расширения рабочего тела, так как давление конца его расширения равно давлению продувочного воздуха, Известен прямоточный судовой гидрореактивный двигатель, содержащий последовательно соосно расположенные водозаборник, направляющий аппарат, сопло, коммутационную камеру с поворотной подпружиненной заслонкой и выходной диффуэор, при этом коммутационная камера сообщается с двумя рабочими камерами, имеющими камеры сгорания. Двигатель имеет также топливную систему, систему зажигания и синхронизирующую систему с датчиком, Но указанный двигатель имеет из-за относительно низкого давления воздушного заряда в конце сжатия низкую температуру воздуха в конце такта сжатия и, следовательно, относительно низкий КПД.

Цель изобретения — повышение экономичности двигателя путем повышения давления в конце такта сгорания.

Для достижения поставленной цели прямоточный гидрореактивный судовой двигатель снабжен дополнительной выходной камерой, при этом устройство дополнения рабочих цилиндров водой выполнено с приводным валом, с закрепленными на нем носовым и кормовым дисками, имеющими торцевые кольца. и с кольцами, имеющими отверстия, при этом кольца, имеющие отверстия, установлены неподвижно, рабочие цилиндры размещены между дисками на равном расстоянии от приводного вала, причем их концы закреплены в отверстиях неподвижно-установленных колец, которые сопряжены с торцовыми кольцами дисков, диски выполнены с дугообразными окнами, носовой диск снабжен центробежным насосом. сообщенным с водозаборником, а кормовой диск сопряжен с передней стенкой выходных камер, выполненный в виде кольца с отверстиями, расположенными соосно рабочим цилиндрам, устройство заполнения камер сгорания воздухом снабжено

10 фиг 7 — сечение Д вЂ” Д на фиг.5; на фиг.8 — узел

II на фиг,3, на фиг.9 — вид Е на фиг.8; на фиг.10 — торец цилиндрического руля с вог- 20

50 поршневыми компрессорами и зубчатой передачей, имеющей промежуточную шестерню и передаточное число, равное единице, связывающей валы поршневых компрессоров с приводным валом дисков, при этом синхронизирующее устройство выполнено с кинематическими передачами, одной из которых насос высокого давления топливной системы кинематически связан с приводным валом дисков, а другой-устройство подачи искры топливной системы связано с приводным валом дисков, На фиг.1 показан предлагаемый двигатель, установленный в кормовой части судна, общий вид; на фиг,2 — узел I на фиг,1; на фиг;3 — сечение А-А на фиг.2; на фиг.4— разрез Б — Б на.фиг.2; на фиг.5 — сечение  — В на фиг.2; на фиг.6 — разрез à — Г на фиг.2; на нутыми продольными выступами — лопатками для создания заднего хода путем поворота потока воды иэ двигателя на угол, больший 90 град., вид Ж на фиг.1.

Предлагаемый прямоточный гидрореактивный двигатель содержит рабочие цилиндры 1 — 6, закрепленные своими концами в опорах 7, 8, вал 9, размещенный на валу 9 диск-насос 10, расположенный ниже ватерлинии и контактирующий с опорой 7, размещенный на валу 9 диск 11, контактирующий с опорой 8 и с опорой 12, два водозаборника

13, расположенные по левому и правому бортам, имеющие запорные органы 14 и входные с относительно мелкой ячейкой решетки 15 на днище 16 судна 17, входящие в камеру 18, снабженную уплотнением 19 в месте прохода через ее переднюю стенку вала 9 и уплотнением 20 в месте прохода через ее заднюю стенку цилиндрического входного патрубка диска-насоса 10, левую и правую камеры 21, 22, размещенные на опоре 12 напротив левой и правой групп рабочих цилиндров и переходящие после объединения друг с другом в трубу 23 с запорным органом 24, диффузор 25, установленный в ахтерштевне 26 судна 17, опорной-упорный подшипник 27 вала 9, редуктор 28, электродвигатель 29, компрессор

30, размещенный на фундаменте 31, подшипник 27, редуктор 28 и электродвигатель

29 установлены на фундаменте 32, Судно 17 имеет руль 33, выполненный аналогично поворотным насадкам гребных винтов. Руль

33 может быть выполнен также плоским. 55 .Баллер 34 руля 33 установлен в подшипнике 35 и в подшипнике (не показан) размещенном на кронштейне 36 с ахтерштевня

26. Камера 18 неподвижно установлена на фундаменте 31 с помощью лап (не показаны). Компрессор 30 не имеет водяного охлаждения своих цилиндров, сжатый воздух из него поступает с высокой температурой.

Компрессор 30 с целью уменьшения габаритных размеров предлагаемого двигателя и с целью приближения своих цилиндров к рабочим цилиндрам 1-6 выполнен в виде трех двухцилиндровых поршневых компрессоров, имеющих общий корпус 37, параллельные валу 9 коленчатые валы 38 — 40 и не имеющие водяного охлаждения, чтобы не снижать КПД двигателя, цилиндры 41 — 46, На валу 9 неподвижно расположена шестерня 47, входящая в зацепление с установленными на корпусе 37 промежуточными шестернями 48, 49, находящимися в зацеп; лении соответственно с шестернями 50. 51, неподвижно размещенными на коленчатых валах 39, 40.

Шестерня 50 вала 39 входит в зацепление с установленной на корпусе 37 промежуточной шестерней 52, находящейся в зацеплении с шестерней 53, неподвижно размещенной на коленчатом валу 38. Промежуточные шестерни 48, 49, 52 обеспечивают одинаковое направление вращения коленчатым валам 38-40 и валу 9. Валы 3840 установлены на подшипниках 54 качения, размещенных в корпусе 37 и в крышках-стенках 55 — 57. Подшипники 54, размещенные в крышках-стенках 55 — 57 снабжены крышками 58. Шатуны 59 компрессора 30 имеют разную длину для обеспечения размещения центров круглых поперечных сечений рабочих цилиндров 1—

6 на одной окружности. Валы 38-40 имеют диски 60 для выполнения углового смеще- ния относительно друг друга их колен беэ увеличения длины коленчатого вала, Возможность углового смещения колен позволяет выполнить необходимое угловое смещение между тактами сжатия в цилиндрах 41 — 46 компрессора 30 в соответствии с угловым расположением рабочих цилиндров 1-6, Стенка 61 диска-насоса 10 с валом 9, а также стенка 62 со стенкой 61 неподвижно соединены с помощью сварки. Диск-насос

10 имеет кольцевую полость 63, при этом лопатки 64 имеют меньший наружный радиус, чем у стенок 61, 62, На стенке 61 дисканасоса 10 неподвижно установлено кольцо

65, имеющее с кольцом 66 опоры 7 небольшой зазор. B стенке 61 и в кольце 65 выполнен дугообразный вырез 67, средний диаметр которого равен диаметру окружности, на которой размещаются центры круглых сечений рабочих цилиндров 1-6, и ширина которого несколько меньше внут1720927 реннего диаметра рабочих цилиндров 1-6.

На кольце 66 резьбовыми элементами эа» креплены с помощью фланцев 68 концы рабочих цилиндров 1 — 6, проходящих через кольцо 66, контактирующих с кольцом 65 диска-насоса 10 и снабженных уплотнительными кольцами 69, размещенными в зазоре между наружной поверхностью концов цилиндров 1-6 и внутренней поверхностью отверстий кольца 66 и взаимодействующими с пружинами 70, выполненными в виде волнообразно изогнутого разрезного кольца.

Читайте также:  Работа стенд для испытаний двигателей

Вал 9 проходит. сквозь корпус 37 через отверстия 71 в его стенках 72. Опора 7 установлена на фундаменте 31 посредством лапы 73. Передний конец вала 9 установлен в опорно-упором подшипнике 27, задний конец вала 9 — в подшипнике 74, размещенной на фундаментной балке 75, концы которой закреплены на опоре 8, установленной на фундаменте 31 посредством лапы 76. Подшипник 74 содержит подшипники 77 качения, втулку 78 и крышки 79. Задние концы. рабочих цилиндров 1-6 установлены в отверстиях кольца 80 опоры 8 аналогично креплению передних концов на кольце 66 опоры 7, контактируют своими торцами с кольцом 81 диска 11 и также снабжены подпружиненными уплотнительными кольцами, как и передние концы. Между кольцами

80 и 81 имеется небольшой зазор.

Диск 11 имеет дугообразное окно 82, представляющее собой выполненные в кольцах 81, 83 и в стенках 84, 85 диска 11 вырезы, по контуру которых расположена стенка 86, соединяющая стенки 84, 85. соединенные с помощью сварки со ступицей

87, неподвижно установленной на конце вала 9. Средний диаметр сквозного. отверстия

82 равен диаметру окружности 90, на которой размещены центры круглых сечений рабочих цилиндров 1-6. Ширина отверстия 82 несколько меньше внутреннего диаметра рабочих цилиндров 1-6. В стенке 88 опоры

12 и в установленном на ней кольце 89 соосно рабочим цилиндрам 1 — 6 выполнены отверстия 91-96 при этом отверстия 94-96 выходят в левую камеру 21, а отверстия 9193 — в правую камеру 22, камеры 21, 22 объединяются и переходят в трубу 23. Кольцо 80 является передней стенкой камер 21.

22. Опора 12 установлена на фундаменте 31 посредством лапы 97. Кольца 83, 89 имеют, как и кольца 65, 66 и 80, 81, между собой уплотнения на основе магнитной жидкости, размещенные на внешней и внутреннем диаметрах колец 83 и 89, 65.и 66. 80 и 81 (магнитные уплотнения не показаны). Вбэможные относительно малые протечки воды через зазоры между кольцами 65 и 66, 80 и

Взаимное расположение рабочих цилиндров 1 — 6, и цилиндров 41-46 компрессо35 ра 30 обеспечивает относительно малую

81, 83 и 89 и через их магнитные уплотнения попадают в поддон, иэ которого вода удаляется за борт..

Снаружи на опорах 7, 8, 12 над зазорами между кольцам и 65 и 66, 80 и 81, 83 и 89 установлены кожуха (не показаны) для отражения брызг протекающей через зазоры воды. Уплотнения 19, 20 также могут быть выполнены на основе магнитной жидкости.

На рабочих цилиндрах 1 — 6 установлены на их передних концах в их верхней части камеры 98 сгорания, имеющие крышку 99, сужение 100, диффузор 101, форсунку 102, клапан 103 и свечу зажигания (не показана).

Охлаждение камер 98 сгорания осуществляется потоком воды, прокачиваемой через рабочие цилиндры 1-6 диском-насосом 10.

Крышки 99 имеютдополнительное охлаждение (не показано). Клапан 103 содержит корпус 104, шток 105 с тарелкой 106 и с упорным кольцом 107, пружину 108, патрубок 109. Нагнетательные полости цилиндров 41-46 сообщаются через клапаны 103 и их патрубки 109 с камерами 98 сгорания соответственно рабочих цилиндров 1 — 6. В передней части диффузор 101 имеет прилив

110 для исключения замыкания (заполнения) прокачиваемое водой диффузора 101 путем обеспечения отрыва потока на кромке 111. Свеча зажигания соединена с устройством (не показано) подачи искры,. имеющим кинематическую связь с взлом 9, длину патрубков 109. Клапан 103 предотвращает воздействие высокого давления в камере 98 при сгорании в ней топлива на клапаны цилиндров 30, выполненные, например, прямоточными. Клапан 103, сила сжатия пружины 108 которого относительно велика, сокращает расход сжатого воздуха, так как s клапане 103 и в его патрубке 109 сжатый воздух после падения давления в камере 98 сгорания остается под высоким давлением, а тарелка 106, прижатая пружиной 108, предотвращает его выход. Сжатый воздух в клапане 103 и в его патрубке 109 используется в следующем цикле при заполнении сжатым воздухом камеры 98 сгорания, поэтому на КПД двигателя наличие промежуточных полостей между цилиндрами компрессора 30 и камерами 98 сгорания рабочих цилиндров 1-6 влияет слабо.

Камеры 98 сгорания размещены как можно ближе к передним торцам рабочих цилиндров 1-6, чтобы увеличить степень использования объема рабочих цилиндров, так как вода; находящаяся впереди камеры

98 сгорания, не выталкивается газами из

1720927 рабочего цилиндра, и чтобы уменьшить благодаря этому габаритные размеры двигателя. Камеры 98 сгорания рабочих цилиндров

1-3. заполняемые сжатым воздухом от цилиндров 41-43, более удаленных от передних торцов рабочих цилиндров 1-3, чем цилиндры 44-46 от концов цилиндров 4-6, также максимально смещены вперед, как и камеры 98 цилиндров 1-3. Из-эа этого патрубки 109 их клапанов 103 имеют изогнутую форму и несколько увеличенную длину по сравнению с патрубками 109, соответствующими цилиндрам 1-3.

Для каждого из рабочих цилиндров 1-6 имеется соответствующий ему один иэ цилиндров 41-46. Компоновка предлагаемого двигателя позволяет без увеличения его габаритных размеров увеличить его мощность, например, вдвое путем увеличения числа рабочих цилиндров с шести до двенадцати и путем увеличения числа цилиндров компрессора также до двенадцати, например с помощью установки сзади компрессора 30 второго аналогичного компрессора. Увеличение длины. патрубков 109 клапанов 103, установленных на размещенных максимально впереди камерах 98 сгорания цилиндров дополнительного компрессора (или дополнительных цилиндров компрессора 30 при увеличении числа цилиндров с двух до четырех на каждом коленчатом валу 38 — 40), на КПД двигателя оказывается незначительно, Для обеспечения заднего хода судну 17 цилиндрический. руль 33 имеет на своей внешней поверхности выступы 112, 113. образующие вогнутые поверхности 114 для поворота потока воды из диффузора 25 двигателя на угол более 90 град. Задний ход судну 17 может быть дан и с помощью устройства, имеющего относительно большое гидродинамическое сопротивление, когда оно погружено в воду, и выброс реактивной струи из диффузора 25 осуществляется в воду, Прямоточный гидрореактивный судовой двигатель работает следующим .образом.

Сначала вводится в действие один иэ дизель-генераторов, стоящих в машинном отделении судна, открываются эапорные органы 14 на водоводах 13 и запорный орган 24 на трубе 23. Включается электродвигатель 29, вращающий через редуктор 28 вал 9 с диском-насосом 10 и с диском 11.

Диск-насос 10 засасывает забортную воду через расположенные на левом и правом борту водоводы 13 с входными решетками

15. предотвращающими попадание в водовод посторонних предметов. По водоводам

13 забортная вода поступает в камеру 18, 5

45 нии горячих стенок камер 98 и стенок цилиндров 1 — 6), зависящее от давления в полости

63 и в камерах 21, 22 и от длины цилиндров

1 — 6, не превышает время сообщения каждого из цилиндров с- полостью 63, зависящее от длины выреза 67 и от угловой скорости вала 9.

Прокачивание рабочих цилиндров осуществляется в следующем порядке: 1, 2, 3, 4, 5, 6. Прокачиваемая вода омывает камеры

98 сгорания, охлаждая их после сгорания в них топлива. Охлаждаются также стенки цилиндров, нагреваемые выхлопными газами.

Крышки 99 охлаждаются дополнительной системой охлаждения. При прокачивании герметичность которой обеспечивают уплотнения 19, 20, выполненные, например, на основе магнитной жидкости, затем дискнасос 10 подает ее в свою кольцевую полость 63; из которой она через дугообразный вырез 67 в стенке 61 и в кольце 65 нагнетается в рабочие цилиндры 1-6 в течение времени, когда с ними сообщается полость 63 через вырез 67. Герметичность зазора между кольцами 65 и 66 обеспечивают уплотнения (не показаны) на основе магнитной жидкости, размещенные на внешнем и внутреннем диаметрах колец 65, 66, Маловероятные протечки через уплотнения 19, 20 и через уплотнения между кольцами 65, 66 отражаются кожухами и стекают в поддон, из которого протечки удаляются эа борт, Вырез 67 сообщает с полостью 63 одновременно три цилиндра, сначала, капример, цилиндры 5, 6, 1, затем открывается цилиндр 2, цилиндр 5 закрывается и с полостью 63 сообщаются цилиндры 6, 1, 2, затем открывается цилиндр 3, цилиндр 6 закрывается и с полостью 63 сообщаются цилиндры

1 — 3, затем открывается цилиндр 4, цилиндр

1 закрывается и, с полостью 63 сообщаются цилиндры 2 — 4, затем открывается цилиндр

5, цилиндр 2 закрывается и с полостью 63 сообщаются цилиндры 3 — 5, затем открывается цилиндр 6, цилиндр 3 закрывается и с полостью 63 сообщаются цилиндры 4 — 6, затем открывается цилиндр 1, цилиндр 4 закрывается и с полостью 63 сообщаются цилиндры 5, 6, 1 и т.д, Когда каждый из рабочих цилиндров 1 — 6 сообщается с поло- . стью 63, происходит их прокачка забортной водой, т,е. осуществляется фаза прокачки, во время которой забортная вода вытесняет находящиеся в цилиндрах газы и заполняет их. При этом время заполнения цилиндров

1-6 водой (время перемещения жидкости из полости 63 до камер 21, 22, несколько увеличенное для обеспечения выталкивания паров воды, образующихся при ее омыва1720927

12 цилиндров заполнение водой камер 98 предотвращается тем, что камеры 98 сгорания размещены в верхней части цилиндров

1-6 и в камерах 98 образуется газовая пробка после предыдущего цикла. Давление в 5 газовой пробке камер 98 определяется глубиной погружения соответствующего цилиндра и величиной гидродинамического сопротивления прокачиваемому потоку воды на участке от камер сгорания до выхода 10 из диффузора 25; Если перед пуском двигателя камеры 98 по какой-либо причине заполнены водой, то при пуске-после первой фазы прокачивания во время фазы сгорания топлива оно впрыскивается в воду, находя- 15 щуюся в камере 98, и не сгорает, но уже перед вторым циклом камера 98 заполнена воздухом, поданным в нее от компрессора

30 во время первого цикла. Замывание (заполнение водой) диффузора 101 камеры 98 20 сгорания при прокачивании рабочих цилиндрав 1 — 6 водой предотвращается приливом

110 в передней части диффуэора 101, который обеспечивает отрыв потока воды от пе— редней стенки диффуэора 101. Но даже 25 некотоое заполнение диффузора 101 про- . качива .мой водой незначительно влияет на величину максимального давления сжатого воздуха в камере сгорания 98, так как заполняемый водой объем диффузора 101 относи- 30 тельно мал.

Дугообразный вырез 82 в диске 11 имеет конец, сдвинутый относительно конца дугообразного выреза 67 в диске-насосе 10 в сторону вращения примерно на величину, 35 равную диаметру рабочего цилиндра, чтобы исключить более раннее закрытие цилиндра спереди, чем сзади и тем самым исключить создание разрежения в рабочем цилиндре и в камере сгорания, как это могло бы про- 40 изойти при закрытии, например, рабочего цилиндра 1, сначала диском-насосом 10, а через некоторое время диском 11, когда вода по инерции выходила бы из цилиндра 1, закрытого уже спереди, и создавала бы в 45 нем разрежение. После того, как диск 11 закроет, например, рабочий цилиндр 1, открывается, когда давление в цилиндре 41 повысится до некоторой относительно большой величины, клапан 103, сообщая полость 50 цилиндра 41 компрессора 30 с камерой 98 сгорания рабочего цилиндра 1, при этом поршень цилиндра 41 продолжает двигаться к верхней мертвой точке, не давая падать . давлению в цилиндре 41 ниже давления от- 55 крытия клапана 103 из-за вытекания воздуха через клапан 103 после его открытия в камере 98 сгорания, в которой давление газов перед открытием клапана 103 относительно мало (коленчатый вал 40 компрессора 30 имеет одинаковое число оборотов с валом 9, при этом выполняется определенное соотношение между углом, который образуется одной плоскостью, проходящей через ось вала 9 и конец дугообразного выреза 82, и другой плоскостью, проходящей через ось вала 9 и ось цилиндра

Читайте также:  Как рассчитать максимальный ток асинхронного двигателя

1, и углом, который образуется плоскостью, проходящей через ось коленчатого вала 40 и ось цилиндра 41, и плоскостью, проходящей через ось вала 40 и ось шатунной шейки, соответствующей цилиндру 1.

Аналогичные необходимые соотношения между аналогичными углами выполняются и для цилиндров 42-46 компрессора 30 и соответственно для рабочих цилиндров 2-6.

Указанные соотношения обеспечивают подачу c)KSToI0 воздуха в камеру 98 сгорания сразу после закрытия заднего торца каждого из рабочих цилиндров 1-6.

Давление и температура воздуха в камере 98 достигают относительно больших величин (цилиндр 41 не охлаждается водой), достаточных для самовоспламенения топ; лива, Уплотнительные кольца 69, имеющие воэможность осевого перемещения относительно концов цилиндров 1 — 6 при герметичности сопряжения с ними, пружинами 70 прижимаются к кольцу 65 диска-насоса 10 и кольцу 81 диска 11 и обеспечивают герметичное закрытие цилиндров 1-6, когда по их торцам проходят сплошные участки колец

65, 81. Когда же по торцам цилиндров 1 — 6 проходят вырезы 67, 82 колец 65 и 81 уплотнительные кольца 69 контактируют с кольцами 65, 81 только своим ближним к оси вала 9 и своим удаленным от оси вала 9 участками, средняя часть колец 69 не участвует sконтакте с кольцами 65,,81. Но неравномерного износа торцов колец 69 не происходит, так как более удаленный участок колец 69 контактирует с поверхностью колец 65, 81, имеющей более высокую линейную скорость, чем поверхность колец 65, 81, с которой контактируют более ближние к оси вала 9 участки колец 69, и поэтому кольца 69 прокручиваются относительно своей оси вокруг концов цилиндров 1-6, что обеспечивает равномерный износ их торцов и, следовательно, их высокую уплотнительную способность.

После того, как поршень цилиндра 41 дойдет до верхней мертвой точки (после того, как завершится фаза сжатия), клапан 103 под действием пружины 108 закрывается.

Масса сжатого воздуха, заключенная между клапаном цилиндра 41 компрессора 30 и между тарелкой 106 клапана 103, находится под относительно большим давлением, обусловленным силой сжатия пружины 108, 13

Во время фазы прокачки охлаждается прокачиваемой водой камера 98 сгорания, 5 тепло от ее крышки 99 отводится через корпус камеры 98, значительная часть которого омывается водой, кроме того, крышка 99 охлаждается с помощью дополнительной системы охлаждения, Затем происходит фа10 за сжатия, которая начинается несколько раньше окончания фазы прокачки(эакрытия заднего торца цилиндра 1 диском 11), после окончания фазы прокачки открывается клапан 103, а до этого уже происходило в ци15 линдре 41 сжатие воздуха, Затем идет фаза образования топливно-воздушной смеси и горения, во время которой топливо из форсунки 102 распыляется в камере 98 сгорания и перемешивается с находящимся в ней

20 сжатым воздухом, а затем воспламеняется от свечи зажигания, и сгорает, при этом давление и температура в камере 98 повышаеются, снаружи камеры сгорания и в диффузоре 101 образуется слой пара, так

25 как стенки камеры сгорания нагреваются.

Затем следует фаза (такт) расширения, когда вода из цилиндра 1 выталкивается выхлопными газами и паром в камеру 22 и далее наружу. Реактивная сила от выбрасы30 ваемой струи толкает судно 17 и разгоняет его. Расширение продуктов сгорания в цилиндре 1 происходит до давления, немного большего атмосферного. Часть воды в цилиндре 1 между камерой 98 сгорания и дис-.

35 ком-насосом 10 испаряется, а часть остается в цилиндре 1 (давление газов прижимает ее к диску-насосу 10) и участвует в фазе прокачки уже следующего цикла, Таким образом, совершаются вторые циклы в

40 цилиндрах 2 — 6 и т.д. Реакция от струй, выбрасываемых из цилиндров 1-6, передается через диск-насос 10, вал 9, опорно-упорный подшипник 27 на корпус судна 17. Во время фаз сжатия и горения на диск 11 и диск-на45 сос 10 действуют относительно большие усилия, а на вал 9 действует относительно большой изгибающий момент, что учитывается при разработке конструкции диска-насоса 10, диска 11 и вала 9. Поток воды, пара

50 и выхлопные газы иэ диффузора 25 попадают в цилиндрический руль 33, поворотом которого поток отклоняется влево или вправо, благодаря чему осуществляется поворот судна 17.

55 Для сообщения судну 17 заднего хода руль 33 поворачивается перпендикулярно диаметральной плоскости судна. Поток Bo ды и газов иэ диффузора 25 попадает на вогнутые поверхности 114 выступов 112, 113 и отклоняется вверх-назад и вниз-назад до следующего цикла, когда указанная масса воздуха при движении поршня цилиндра

41 к верхней мертвой точке перемещается в камеру 98 сгорания. Таким образом,.из-за наличия промежуточного объема между цилиндром 41 и камерой 98 сгорания потерь сжатого воздуха не происходит. Охлаждение воздуха в промежуточном объеме практически отсутствует. Затем через форсунку

102 подается по высоким давлением топливо в камеру 98 сгорания.

Топливный плунжерный насос высокого давления подает поочередно топливо к форсункам 102, установленным на камерах 98 сгорания цилиндров 1 — 6 в необходимый момент времени, благодаря его кинематической связи с валом 9. На установленную в крышке камеры 98 сгорания для воспламенения топлива свечу, подается искра, Устройство подачи искры поочередно подает искру на свечи, соответствующие цилиндрам 1-6 в необходимый момент времени, благодаря своей кинематической связи с валом 9. Воздушно-топливная смесь в камере

98 воспламеняется, давление и температура в камере 98 повышаются, совершается фаза горения. Фаза закрытия рабочего цилиндра

1, состоящая иэ фазы сжатия и фазы горения, заканчивается, цилиндр 1 сообщается через дугообразный вырез — окно 82 с каме-, рой 22, а передний торец рабочего цилиндра 1 еще закрыт диском-насосом 10.

Продукты сгорания вырываются из камеры

98 и выталкивают воду, размещенную между камерой 98 и задним торцом цилиндра 1, через дугообразный вырез-окно 82 в камеру

22, совершается фаза расширения продуктов сгорания. Иэ камеры 22 вода, пары воды и продукты сгорания поступают в трубу 23 и через диффузор 25 выбрасываются наружу.

Аналогичные циклы совершаются вслед за цилиндром 1 в цилиндрах 2-6 и затем снова в цилиндре 1 и т.д.

После первого цикла в цилиндре 1 происходит второй цикл, сначала его фаза (такт) прокачки, во время которой из цилиндра 1 выталкиваются продукты сгорания и пары воды, образующиеся в начале фазы прокачки от соприкосновения воды с горячей каме рой 98 сгорания и с горячими стенками цилиндра 1. В последующее время фазы прокачки стенки камеры 98 сгорания и цилиндра 1 после охлаждения их водой имеют относительно низкую температуру и пары воды не образуются. Цилдиндр 1 полностью заполняется водой. Возможно наличие незначительного количества паров, но из-за их малого количества максимальное давление сжатого воздуха в камере 98 сгорания уменьшается незначительно, чем в случае полного отсутствия паров воды в цилиндре

45 на угол, больший 90 град., т.е. реактивное воздействие получает направление в корму и судно 17 получает задний ход. Часть потока воды и газов отклоняется влево и snpaeo на угол, примерно равный 90 град., и не участвует в сообщении судну 17 заднего хода, и хотя эффективность движительного комплекса на заднем ходу относительно невелика, наличие заднего хода значительно улучшает маневренные качества судна 17.

Для остановки двигателя прекращается подача топлива в камеры 98 сгорания, затем прекращается подача электроэнергии на электродвигатель 29. При длительной остановке двигателя или для его осмотра и ремонта закрываются запорные органы 14 и

24, вода из двигателя спускается через спускные пробки, размещенные в нижней части камер 21, 22, 18 и водовода 13, в поддон двигателя и на днище судна 17, откуда вода удаляется за борт насосами системы осушения судна 17.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого двигателя по сравнению с известным выражается в снижении расхода топли а на единицу величины развиваемой двигателем тяги, т,е. в повышении экономичности двигателя. Это достигается путем повышения коэффициента полезного действия двигателя вследствие повышения давления такта (фазы) сгорания„т.е. вследствие повышения среднего индикаторного давления и индикаторного КПД, что осуществляется путем применения поршневого компрессора 30 для заполнения сжатым воздухом камер 98 сгорания. Это стало возможным благодаря выполнению запорных органов как на входных, так и на выходных концах рабочих цилиндров 1-6 в виде дисков 10, 11 и благодаря выполнению диском

10 функции насоса.

Прямоточный гидрореактивный судовой двигатель, содержащий водозаборник, рабочие цилиндры с камерами сгорания и с устройством заполнения их водой, устройство заполнения камер сгорания воздухом, топливную систему с насосом высокого давления. систему зажигания с устройством подачи искры, синхронизирующее устройство и выходную камеру, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения зкономичности путем повышения давления в конце такта сгорания, двигатель. снабжен дополнительной выходной камерой, при этом устройство заполнения рабочих цилиндров водой выполнено с приводным валом с закрепленными на нем носовым и кормовым дисками, имеющими торцевые кольца, и с кольцами, имеющими отверстия, при этом кольца, имеющие отверстия, установлены неподвижно, рабочие цилиндры размещены между дисками на равном расстоянии от приводного вала, причем их концы закреплены в отверс-.иях неподвижно установленных колец, которые сопряжены с торцевыми кольцами дисков, при этом диски выполнены с дугообразными окнами, носовой диск снабжен центробежным насосом. сообщенным с водозаборником, а кормовой диск сопряжен с передней стенкой выходных камер, выполненной в виде кольца с отверстиями, расположенными соосно с рабочими цилиндрами, устройство заполнения камер сгорания воздухом снабжено поршневыми компрессорами и зубчатой передачей, имеющей промежуточную шестерню и передаточное число, равное единице, связывающей валы поршневых компрессоров с приводным валом дисков, при этом синхронизирующее устройство выполнено с кинематическими передачами, одной из которых насос высокого давления топливной системы . кинематически связан с приводным валом дисков, а другой устройство подачи искры топливной системы связано с приводным валом дисков.

Источник

Adblock
detector