RU217740U1 - Hydrojet propulsion - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к судостроению, а именно к гидрореактивным движителям для судна, который содержит профилированную водопроточную трубу, камеру сгорания с подводами горючего и окислителя, причем профилированная водопроточная труба выполнена в виде парогазоводяного струйного аппарата, а между камерой сгорания и парогазовым соплом парогазоводяного струйного аппарата установлена турбина, которая приводит в действие насос с выходами соединенными с водяным соплом парогазоводяного струйного аппарата и камерой сгорания, на вход которой через компрессоры подведены горючее и окислитель. Такая конструкция движителя обеспечивает создание сверхкритической скорости истечения парогазовой смеси из диффузора струйного аппарата, тем самым увеличивая силу тяги движителя, то есть, повышая его К.П.Д.

The utility model relates to shipbuilding, namely to hydrojet propellers for a vessel, which contains a profiled water-flow pipe, a combustion chamber with fuel and oxidizer supplies, moreover, the profiled water-flow pipe is made in the form of a steam-gas-water jet apparatus, and between the combustion chamber and the steam-gas nozzle of the steam-gas-water jet apparatus is installed a turbine that drives a pump with outputs connected to a water nozzle of a steam-gas-water jet apparatus and a combustion chamber, to the inlet of which fuel and an oxidizer are supplied through compressors. This design of the propulsion device provides for the creation of a supercritical velocity of the outflow of the gas-vapor mixture from the diffuser of the jet apparatus, thereby increasing the thrust force of the propulsion unit, that is, increasing its efficiency.

Description

Полезная модель относится к судостроению, а именно к гидрореактивным движителям для судна. Цель полезной модели - повышение КПД движителя.The utility model relates to shipbuilding, namely to hydrojet propellers for a ship. The purpose of the utility model is to increase the efficiency of the propeller.

Известен гидрореактивный движитель, содержащий размещенные одна внутри другой и оснащенные входными клапанами водометные трубы, полости которых связаны с рабочими камерами, сообщающимися с камерами сгорания и соединенными между собой эжектирующей трубкой (см. патент РФ №2169101, кл. В63Н 11/09, опубл. 20.06.2001).Known hydrojet propulsion containing placed one inside the other and equipped with inlet valves jet pipes, the cavities of which are connected with the working chambers that communicate with the combustion chambers and are interconnected by an ejector tube (see RF patent No. 2169101, class B63N 11/09, publ. 06/20/2001).

Недостатком известного движителя является недостаточно высокая тяга, развиваемая движителем на номинальных и максимальных скоростях движения судна. Это объясняется тем, что на указанных режимах работы эжектирующая трубка, как и на режиме запуска движителя, продолжает отбирать часть воды из рабочих камер, уменьшая тем самым величину тяги.The disadvantage of the known mover is not enough high thrust developed by the mover at nominal and maximum speeds of the ship. This is due to the fact that in these modes of operation, the ejector tube, as well as in the propulsion start mode, continues to take part of the water from the working chambers, thereby reducing the amount of thrust.

Наиболее близким техническим решением, принятым в качестве прототипа, является гидрореактивный движитель по патенту SU 1743995 А1, содержащий водопроточную трубу с размещенной в ней камерой сгорания, в которой установлены средства ввода и воспламенения топлива, и клапан, расположенный в ее торцевой стенке. При этом для повышения КПД движителя, в нем размещены профилированное кольцо, расположенное в профилированной трубе, центральное тело каплеобразной формы и камера сгорания - в форме параболоида вращения. Перечисленные элементы расположены концентрично с образованием эжекторных сопл. Недостатком является то, что повышение КПД движителя, принятого в качестве прототипа, достигается усложнением его конструктивного выполнения.The closest technical solution, adopted as a prototype, is a hydrojet propeller according to patent SU 1743995 A1, containing a water-flow pipe with a combustion chamber placed in it, in which fuel input and ignition means are installed, and a valve located in its end wall. At the same time, to increase the efficiency of the mover, it contains a profiled ring located in a profiled pipe, a drop-shaped central body and a combustion chamber in the form of a paraboloid of revolution. The listed elements are located concentrically with the formation of ejector nozzles. The disadvantage is that the increase in the efficiency of the mover, taken as a prototype, is achieved by complicating its design.

Техническим результатом изобретения является повышение КПД движителя путем увеличения его тяги за счет изменения конструктивных элементов устройства.The technical result of the invention is to increase the efficiency of the propeller by increasing its thrust by changing the structural elements of the device.

Указанный результат достигается тем, что гидрореактивный движитель содержит профилированную водопроточную трубу в виде парогазоводяного струйного аппарата с диффузором, имеющим определенные угол конусности и площадь выходного сечения, а также содержит камеру сгорания с подводами горючего и окислителя, соединенными с ней через компрессоры.This result is achieved by the fact that the hydrojet propeller contains a profiled water-flow pipe in the form of a steam-gas-water jet apparatus with a diffuser having a certain taper angle and outlet section area, and also contains a combustion chamber with fuel and oxidizer supplies connected to it through compressors.

Гидрореактивный движитель снабжен турбиной между камерой сгорания и парогазовым соплом парогазоводяного струйного аппарата, а также содержит насос, один выход из которого соединен с водяным соплом парогазоводяного струйного аппарата, а другой выход - с камерой сгорания.The hydrojet propeller is equipped with a turbine between the combustion chamber and the steam-gas nozzle of the steam-gas-water jet apparatus, and also contains a pump, one outlet of which is connected to the water nozzle of the steam-gas-water jet apparatus, and the other output is connected to the combustion chamber.

На фиг. 1 представлена поблочная схема движителя.In FIG. 1 shows a block diagram of the propeller.

Гидрореактивный движитель содержит турбину 1, запускаемую сжатым воздухом, соединененную с компрессором 2 подвода горючего 5, с компрессором 3 подвода окислителя 6 и насосом 4, в который поступает забортная вода через подвод 7. Компрессоры 2 и 3 и выход 9 из насоса 4 соединены с камерой сгорания 8. Выход из камеры сгорания 8 через турбину 1 соединен с парогазовым соплом 11 парогазоводяного струйного аппарата. Выход 10 из насоса 4 соединен с водяным соплом 12 парогазоводяного струйного аппарата. Проточная часть парогазоводяного струйного аппарата выполнена в соответствии с техническим решением по патенту RU 96121163 А, по которому проточная часть состоит по меньшей мере из двух конических, последовательно сужающихся участков 13 и 14, выполненных с последовательно уменьшающимся от участка к участку углом конусности и цилиндрического участка 15. При этом последний по ходу движения среды конический участок 14 камеры смешения выполнен с углом конусности 1-4°, а предпоследний по ходу движения среды конический участок 13 камеры смешения выполнен с углом конусности 10-22°. Цилиндрический участок 15 камеры смешения выполнен с отношением длины к диаметру 1,3-5, диффузор 16 выполнен с коническим углом конусности 1,5-6°.The hydrojet propeller contains a turbine 1, launched by compressed air, connected to the compressor 2 of the fuel supply 5, with the compressor 3 of the oxidizer supply 6 and the pump 4, which receives sea water through the supply 7. The compressors 2 and 3 and the output 9 of the pump 4 are connected to the chamber combustion 8. The outlet from the combustion chamber 8 through the turbine 1 is connected to the steam-gas nozzle 11 of the steam-gas-water jet apparatus. The outlet 10 of the pump 4 is connected to the water nozzle 12 of the steam-gas-water jet apparatus. The flow part of the steam-gas-water jet apparatus is made in accordance with the technical solution according to patent RU 96121163 A, according to which the flow part consists of at least two conical, successively tapering sections 13 and 14, made with a taper angle successively decreasing from section to section and a cylindrical section 15 In this case, the last conical section 14 of the mixing chamber in the direction of movement of the medium is made with a taper angle of 1-4°, and the penultimate conical section 13 of the mixing chamber in the direction of movement of the medium is made with a taper angle of 10-22°. The cylindrical section 15 of the mixing chamber is made with a ratio of length to diameter of 1.3-5, the diffuser 16 is made with a conical taper angle of 1.5-6°.

Гидрореактивный движитель работает следующим образом.Hydrojet propulsion works as follows.

Турбина 1 запускается сжатым воздухом и приводит в действие компрессоры 2 и 3 и насос 4. Горючее через подвод 5 и окислитель через подвод 6 одновременно подаются посредством компрессоров 2 и 3 в камеру сгорания 8, вследствие чего образуется парогазовая смесь. Забортная вода подается через подвод 7 в насос 4, и из его выхода 9 часть воды поступает в камеру сгорания 8. Вода снижает температуру пара и увеличивает его количество в парогазовой смеси.Turbine 1 is started by compressed air and drives compressors 2 and 3 and pump 4. Fuel through inlet 5 and oxidizer through inlet 6 are simultaneously fed through compressors 2 and 3 into combustion chamber 8, resulting in the formation of a vapor-gas mixture. Outboard water is supplied through the inlet 7 to the pump 4, and from its outlet 9 part of the water enters the combustion chamber 8. Water reduces the temperature of the steam and increases its amount in the gas-vapor mixture.

Из камеры сгорания 8 парогазовая смесь поступает на турбину 1, за счет чего она продолжает выполнять свою функцию. Парогазовая смесь, выходя из турбины 1, поступает на парогазовое сопло 11 парогазоводяного струйного аппарата. На водяное сопло 12 парогазоводяного струйного аппарата посредством насоса 4 через его второй выход 10 подается забортная вода, поступающая в него через подвод 7.From the combustion chamber 8, the gas-vapor mixture enters the turbine 1, due to which it continues to perform its function. The steam-gas mixture leaving the turbine 1 enters the steam-gas nozzle 11 of the steam-gas-water jet apparatus. Water nozzle 12 of the steam-gas-water jet apparatus is supplied by pump 4 through its second outlet 10 with outboard water entering it through inlet 7.

Вода и парогазовая смесь поступают в камеру смешения парогазоводяного струйного аппарата, образуя парогазоводяную смесь. Камера смешения состоит из, по меньшей мере, двух конфузоров 13 и 14 и цилиндрического участка 15, в котором падает давление смеси и повышается скорость ее потока, в соответствии с законом Бернулли

Water and steam-gas mixture enter the mixing chamber of the steam-gas-water jet apparatus, forming a steam-gas-water mixture. The mixing chamber consists of at least two confusers 13 and 14 and a cylindrical section 15, in which the mixture pressure drops and its flow rate increases, in accordance with Bernoulli's law

На выходе из цилиндрического участка 15 камеры смешения парогазоводяного струйного аппарата устанавливается критическое течение парогазоводяной смеси. В зависимости от давления на выходе из диффузора 16 может устанавливаться скачок конденсации, за которым скорость парогазоводяной смеси будет небольшой. При определении площади выходного сечения диффузора по уравнениюAt the outlet of the cylindrical section 15 of the mixing chamber of the steam-gas-water jet apparatus, a critical flow of the steam-gas-water mixture is established. Depending on the pressure at the outlet of the diffuser 16, a condensation jump can be set, after which the velocity of the steam-gas-water mixture will be small. When determining the area of the outlet section of the diffuser according to the equation

где f _KC - площадь цилиндрического участка камеры смешения;where f _KC - the area of the cylindrical section of the mixing chamber;

Δр_дин - динамический напор на выходе из цилиндрического участка камеры смешения;Δр _dyn - dynamic pressure at the outlet of the cylindrical section of the mixing chamber;

р₁ - давление на выходе из цилиндрического участка камеры смешения;p ₁ - pressure at the outlet of the cylindrical section of the mixing chamber;

р₂ - давление за диффузором, скачка конденсации не происходит, и на выходе из диффузора 16 будет двигаться со сверхкритической скоростью парогазоводяная смесь, что обеспечит увеличение тяги. Скорость парогазоводяной смеси становится сверхкритической и соответственно тяга движителя увеличивается.p ₂ - pressure behind the diffuser, no condensation jump occurs, and at the outlet of the diffuser 16 the vapor-gas-water mixture will move at a supercritical speed, which will provide an increase in thrust. The speed of the steam-gas-water mixture becomes supercritical and, accordingly, the propulsion thrust increases.

Достоинством предложенного гидрореактивного движителя является то, что он обеспечивает более высокий КПД по сравнению с известными движителями того же типа, за счет изменения конфигурации диффузора, а именно, площади его выходного сечения.The advantage of the proposed hydrojet propulsion is that it provides a higher efficiency compared to known propellers of the same type, by changing the configuration of the diffuser, namely, the area of its output section.

Claims (1)

Гидрореактивный движитель, содержащий профилированную водопроточную трубу, камеру сгорания с подводами горючего и окислителя, отличающийся тем, что профилированная водопроточная труба выполнена в виде парогазоводяного струйного аппарата, между камерой сгорания и парогазовым соплом парогазоводяного струйного аппарата установлена турбина, приводящая в действие насос, выходы из которого соединены с водяным соплом парогазоводяного струйного аппарата и камерой сгорания, на вход которой через компрессоры подведены горючее и окислитель.A hydrojet propulsor containing a profiled water-flow pipe, a combustion chamber with fuel and oxidizer supplies, characterized in that the profiled water-flow pipe is made in the form of a steam-gas-water jet apparatus, a turbine is installed between the combustion chamber and the steam-gas nozzle of the steam-gas-water jet apparatus, which drives the pump, the outputs of which connected to a water nozzle of a steam-gas-water jet apparatus and a combustion chamber, to the inlet of which fuel and an oxidizer are supplied through compressors.

Images