RU45706U1 - JET ENGINE - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области судового машиностроения и может быть использована в водометных движителях. Водометный движитель содержит разгонное сопло для нагретой рабочей среды, соединенное с конфузорной камерой смешения, снабженной выходным соплом для истекающей реактивной струи и каналами для подвода забортной воды. Разгонное сопло выполнено с профилем сверхзвукового сопла для воды, нагретой до температуры, не превышающей температуру насыщения при давлении забортной воды, при этом движитель имеет по крайней мере один канал для сброса смеси рабочей среды и забортной воды в режиме его запуска, который через обратный клапан; соединен с камерой смешения. В результате достигается увеличение скорости истекающей реактивной струи до равной или близкой к скорости звука на выходе из водометного движителя.The utility model relates to the field of marine engineering and can be used in water jets. The water-jet propulsion device comprises an accelerating nozzle for a heated working medium connected to a confuser mixing chamber equipped with an outlet nozzle for an expiring jet stream and channels for supplying sea water. The accelerating nozzle is made with a supersonic nozzle profile for water heated to a temperature not exceeding the saturation temperature at the pressure of the seawater, while the propeller has at least one channel for discharging the mixture of the working medium and the seawater in the mode of its start, which is through a non-return valve; connected to the mixing chamber. The result is an increase in the speed of the flowing jet to equal or close to the speed of sound at the exit of the jet propulsion.

Description

Полезная модель относится к области судового машиностроения, а именно к водометным движителям.The utility model relates to the field of marine engineering, namely to jet propulsion.

Наиболее близким к полезной модели по совокупности существенных признаков является водометный движитель, содержащий разгонное сопло для нагретой рабочей среды и конфузорную камеру смешения, которая сообщена о разгонным соплом и снабжена каналами для подвода холодной забортной воды и выходным соплом для истекающей реактивной струи (патент США №3079753, кл. 60-227, опубл. 1963 г.).The closest to the utility model in terms of essential features is a water-jet propulsion device containing an accelerating nozzle for a heated working medium and a confuser mixing chamber, which is informed of an accelerating nozzle and provided with channels for supplying cold sea water and an outlet nozzle for a flowing jet (US patent No. 3079753 , CL 60-227, publ. 1963).

Недостатком известного водометного движителя является относительно невысокая сила тяги из-за ограничения скорости реактивной струи, истекающей через выходное сопло. Это объясняется тем, что расход нагретой рабочей среды, представляющей собой пар, через разгонное сопло, выполненное в виде сопла Вентури, ограничен критической скоростью пара (400-500 м/с) в горловине разгонного сопла. Давление пара на входе в конфузор разгонного сопла превышает давление забортной воды только на величину скоростного напора и, например, для скорости 100 узлов (180 км/ч) составляет 12,5 кгс/см². Максимальная кинетическая энергия реактивной струи, соответствующая давлению пара и необходимая для выхода ее в забортное пространство, может A disadvantage of the known water-jet propulsion device is the relatively low traction force due to the limitation of the speed of the jet flowing out through the output nozzle. This is because the flow rate of the heated working medium, which is steam, through an accelerating nozzle made in the form of a Venturi nozzle is limited by the critical steam velocity (400-500 m / s) in the neck of the accelerating nozzle. The vapor pressure at the inlet to the confuser of the accelerating nozzle exceeds the pressure of the seawater only by the value of the velocity head and, for example, for a speed of 100 knots (180 km / h) is 12.5 kgf / cm ² . The maximum kinetic energy of the jet, corresponding to the vapor pressure and necessary for its exit into the outboard space, can

быть получена только при небольшом (не более 5) значении отношения расходов холодной забортной воды и нагретой рабочей среды (пара) и при отношении площадей проходных сечений выходного сопла и горловины разгонного сопла не менее единицы. Таким образом, при соотношении плотностей воды и пара около 50, скорость истечения струи из выходного сопла для известного движителя не превышает 60 м/с.can be obtained only with a small (not more than 5) value of the ratio of the costs of cold sea water and heated working medium (steam) and with a ratio of the passage sections of the outlet nozzle and the throat of the accelerating nozzle not less than one. Thus, when the ratio of the densities of water and steam is about 50, the velocity of the outflow of the jet from the outlet nozzle for a known propulsion does not exceed 60 m / s.

Задачей настоящей полезной модели является создание водометного движителя, обладающего высокой силой реактивной тяги.The objective of this utility model is to create a water-jet propulsion device with high reactive thrust.

Техническим результатом настоящей полезной модели является увеличение скорости истекающей реактивной струи до равной или близкой к скорости звука.The technical result of this utility model is to increase the speed of the flowing jet to equal or close to the speed of sound.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном водометный движитель, содержащем разгонное сопло для нагретой рабочей среды и конфузорную камеру смешения, которая сообщена с разгонным соплом и снабжена каналами для подвода забортной воды и выходным соплом для истекающей реактивной струи, разгонное сопло выполнено с профилем сверхзвукового сопла для воды, нагретой до температуры, не превышающей температуру насыщения при давлении забортной воды. при этом движитель имеет по крайней мере один канал для сброса смеси рабочей среды и забортной воды в режиме его запуска, который через обратный клапан соединен о камерой смешения.The specified technical result is achieved by the fact that in the known water-jet propulsion device containing an accelerating nozzle for a heated working medium and a confuser mixing chamber, which is in communication with an accelerating nozzle and provided with channels for supplying overboard water and an output nozzle for a flowing jet, the accelerating nozzle is made with a supersonic profile nozzles for water heated to a temperature not exceeding the saturation temperature at the pressure of sea water. in this case, the propulsion device has at least one channel for discharging the mixture of the working medium and sea water in the start-up mode, which is connected through the check valve to the mixing chamber.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлен водометный движитель (продольный разрез).The essence of the utility model is illustrated by the drawing, which shows a water-jet propulsion (longitudinal section).

Водометный движитель содержит разгонное сопло, состоящее из конического конфузора 1, горловины 2 и конического диффузора 3, и конфузорную камеру 4 смешения, снабженную выходным соплом 5 и каналами 6 подвода холодной забортной воды. Разгонное сопло соединено с камерой 4 смешения и имеет профиль сверхзвукового сопла для воды, нагретой до температуры, не превышающей температуру насыщения при давлении забортной воды. Профиль сверхзвукового сопла определен расчетным путем, основанным на расчете профиля, например, известного сопла Лаваля. Площадь проходного сечения его горловины 2 превышает, например, в 2 раза площадь проходного сечения выходного сопла 5, что обеопечиваетприблизительно равное соотношение расходов холодной и нагретой забортной воды. Движитель имеет по крайней мере один канал 7, предназначенный для сброса смеси рабочей среды и холодной забортной воды в режиме запуска движителя, т.е. перед выходом на сверхзвуковой режим. Канал 7 имеет обратный клапан 8 и соединен с камерой 4 смешения. Вход конфузора 1 разгонного сопла соединен о выходом из устройства для нагрева забортной воды (на чертеже не показано).The jet propulsion device comprises an accelerating nozzle consisting of a conical confuser 1, a neck 2 and a conical diffuser 3, and a confuser mixing chamber 4 provided with an outlet nozzle 5 and channels 6 for supplying cold sea water. The booster nozzle is connected to the mixing chamber 4 and has the profile of a supersonic nozzle for water heated to a temperature not exceeding the saturation temperature at the pressure of sea water. The profile of a supersonic nozzle is determined by calculation, based on the calculation of the profile, for example, of a known Laval nozzle. The cross-sectional area of its neck 2 exceeds, for example, 2 times the cross-sectional area of the outlet nozzle 5, which provides an approximately equal ratio of the flow rates of cold and heated sea water. The mover has at least one channel 7, designed to discharge a mixture of the working medium and cold sea water in the mode of starting the mover, i.e. before going to supersonic mode. Channel 7 has a check valve 8 and is connected to the mixing chamber 4. The input of the confuser 1 of the booster nozzle is connected to the outlet of the device for heating sea water (not shown in the drawing).

Водометный движитель работает следующим образом.Water jet propulsion operates as follows.

Нагретая до температуры, не превышающей температуру насыщения при давлении забортной воды, рабочая среда (вода) поступает на вход конфузора 1 разгонного сопла, в котором поток нагретой воды ускоряется так, что в горловине 2 скорость потока достигает скорости звука. В коническом диффузоре 3 разгонного сопла большая часть нагретой воды испаряется, и скорость потока увеличивается, причем на выходе из диффузора 3 разгонного сопла скорость потока в несколько раз превышает скорость звука В камере 4 сверхзвуковой поток в виде пароводяной смеси смешивается с холодной забортной водой, которая поступает из каналов 6 на вход камеры 4 смешения с расходом, приблизительно равным расходу нагретой воды. В результате конденсации большей части пара давление пароводяной смеси в камере 4 смешения в 8-10 раз ниже, чем давление воды на входе в конфузор 1, что обеспечивает естественную прокачку рабочей среды через разгонное сопло и канал 6. В камере 4 смешения сверхзвуковой поток тормозится до скорости, немного превышающей скорость звука. Перед выходным соплом 5 в камере 4 смешения происходит скачок давления до величины, почти в два раза превышающей давление забортной воды на входе в разгонное сопло, при этом скорость потока в выходном сопле 5 равна или больше скорости звука. Так как в камере 4 пар конденсируется не полностью, то зависящая от величины парооодержания скорость звука, и, следовательно, скорость истечения струи из выходного сопла 5 может составлять Heated to a temperature not exceeding the saturation temperature at sea water pressure, the working medium (water) enters the inlet of the confuser 1 of the booster nozzle, in which the heated water stream is accelerated so that in the neck 2 the flow velocity reaches the speed of sound. In the conical diffuser 3 of the booster nozzle, most of the heated water evaporates, and the flow rate increases, and at the outlet of the diffuser 3 of the booster nozzle, the flow rate is several times higher than the speed of sound. In chamber 4, the supersonic flow in the form of a steam-water mixture is mixed with cold seawater, which is supplied from channels 6 to the inlet of the mixing chamber 4 with a flow rate approximately equal to the flow rate of heated water. As a result of the condensation of most of the steam, the pressure of the steam-water mixture in the mixing chamber 4 is 8-10 times lower than the water pressure at the inlet to the confuser 1, which provides a natural pumping of the working medium through the booster nozzle and channel 6. In the mixing chamber 4, the supersonic flow is inhibited to speed slightly above the speed of sound. In front of the outlet nozzle 5 in the mixing chamber 4, a pressure jump occurs to a value almost two times higher than the pressure of the seawater at the inlet of the accelerating nozzle, while the flow rate in the outlet nozzle 5 is equal to or greater than the speed of sound. Since the vapor in the chamber 4 does not completely condense, the sound velocity, depending on the vapor content, and, therefore, the velocity of the jet out of the output nozzle 5 can be

величину 100-120 м/с, что значительно превышает скорость истечения струи из выходного сопла известного движителя. Для выхода движителя на сверхзвуковой (рабочий) режим должен быть осуществлен его запуск, для чего производится одновременный оброс смеси рабочей среды и забортной воды из камеры 4 смешения через выходное сопло 3 и через канал 7 при открытом обратном клапане 8. Сброс осуществляется в пространство, давление в котором меньше, чем давление на входе в разгонное сопло, например, в емкость атмосферного давления. После запуска движителя обратный клапан 8 закрывается, и оброс потока через канал 7 прекращается.the value of 100-120 m / s, which significantly exceeds the velocity of the jet from the output nozzle of the known propulsion. For the propulsor to enter the supersonic (working) mode, it must be started, for which a simultaneous overgrowth of the mixture of the working medium and sea water from the mixing chamber 4 through the outlet nozzle 3 and through the channel 7 when the non-return valve 8. is open is performed. in which it is less than the pressure at the inlet of the booster nozzle, for example, into the atmospheric pressure tank. After starting the mover, the check valve 8 closes, and the flow growth through the channel 7 stops.

Claims (1)

Водометный движитель, содержащий разгонное сопло для нагретой рабочей среды и конфузорную камеру смешения, которая сообщена с разгонным соплом и снабжена каналами для подвода забортной воды и выходным соплом для истекающей реактивной струи, отличающийся тем, что разгонное сопло выполнено с профилем сверхзвукового сопла для воды, нагретой до температуры, не превышающей температуру насыщения при давлении забортной воды, при этом движитель имеет по крайней мере один канал для сброса смеси рабочей среды и забортной воды в режиме его запуска, который через обратный клапан соединен с камерой смешения.A jet propulsion device comprising an accelerating nozzle for a heated working medium and a confuser mixing chamber, which is in communication with an accelerating nozzle and provided with channels for supplying overboard water and an outlet nozzle for a flowing jet, characterized in that the accelerating nozzle is made with a profile of a supersonic nozzle for water heated to a temperature not exceeding the saturation temperature at sea water pressure, while the propulsion device has at least one channel for discharging the mixture of the working medium and sea water in the start-up mode a, which is connected through a check valve to the mixing chamber.