ВОДОМЕТНЫЙ ТУРБОДВИГАТЕЛЬ

Полезная модель относится к судостроению, а именно к водометным движителям судов и других плавсредств.
Из уровня техники известен РЕАКТИВНЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ [RU (11)94026015(13) опубл. 27.08.1996 г.], содержащий трубу подвода воды, на которой закреплен реактивный насадок, и трубу подвода воздуха, соединенную с трубой подвода воды и компрессором, отличающийся тем, что, с целью использования энергии сжатого воздуха и отработанных газов мотокомпрессора движитель выполнен двухконтурным.
Недостатками данного аналога являются:
высокая конструктивная сложность, ввиду наличия двухконтурного двигателя, что усложняет и удорожает производство изделия и его техническое обслуживание в ходе эксплуатации;
высокий уровень шума при работе устройства из-за того, что на выходе происходит образование пузырьков воздуха, попадающих в атмосферу и вызывающих шум.
Наиболее близким по технической сущности является ВОДОМЕТНЫЙ ТУРБОДВИГАТЕЛЬ НА ЭНЕРГИИ ВОЗДУХА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МИКРОДИСПЕРСНОЙ ВОЗДУШНО-ВОДЯНОЙ СМЕСИ [RU204438, опубл. 25.05.2021], содержащий трубу, на внутренней стороне которой расположены форсунки, выполненные с возможностью подачи сжатого воздуха, внутри трубы за форсунками соосно размещены турбины, отличающийся тем, что труба состоит из двух коаксиально соединенных между собой сегментов, при этом каждый из сегментов трубы выполнен на входной части расширяющимся, а на выходной части - сужающимся, при этом сужающийся конец первого сегмента трубы размещен в расширяющемся сегменте второй трубы с образованием зазора между секциями трубы.
Основной технической проблемой прототипа является высокий уровень шума при работе устройства из-за акустических явлений, вызванных бурным процессом схлопывания пузырьков воздуха, попадающих в атмосферу.
Задачей полезной модели является устранение недостатков прототипа.
Техническим результатом заявленной полезной модели является понижение уровня шума при работе.
Указанный технический результат достигается за счет того, что водомётный турбодвигатель, содержащий первый сегмент трубы, на внутренней стороне которой расположены форсунки, выполненные с возможностью подачи сжатого воздуха, внутри трубы за форсунками соосно размещены турбины, отличающийся тем, что первый сегмент трубы неразрывно соединен со вторым сегментом трубы, который выполнен с расширяющейся верхней стенкой, переходящей в горизонтальную часть с воздухозаборником, переходящим в сопло.
Краткое описание чертежей.
На фиг.1 показан вид в разрезе водомётного турбодвигателя.
На фиг.2 показано сечение A-A сегмента водомётного турбодвигателя.
На фиг.3 показано сечение B-B сегмента водомётного турбодвигателя.
На фиг.4 показано сечение C-C сегмента водомётного турбодвигателя.
На фиг.5 показано сечение D-D сегмента водомётного турбодвигателя.
На фигурах обозначено:
1 - первый сегмент трубы; 2 - второй сегмент трубы; 3 - выходной сегмент трубы; 4 - форсунки; 5 - турбины; 6 - ось; 7 - воздухозаборник; 8 - первый насос; 9 - первая емкость; 10 - второй насос; 11 - вторая емкость.
Осуществление полезной модели.
Водомётный турбодвигатель (с низким уровнем шума и замкнутым воздушным циклом на энергии сжатия воздушно-водяной смеси) состоит из трубы, состоящей из последовательно соединенных первого сегмента трубы 1, второго сегмента трубы 2 и выходного сегмента трубы 3. Первый сегмент трубы 1 имеет цилиндрическую форму, и его сечение представляет собой окружность. Внутри первого сегмента трубы 1, на внутренней стороне стенок расположены форсунки 4, которые соединены с источником сжатого воздуха, например, насосом высокого давления 10 с емкостью для хранения сжатого воздуха 11, который находится вне внутреннего объема трубы. Внутри первого сегмента трубы 1, расположены свободно вращающиеся турбины 5, жестко соединенные между собой осью 6. Первый сегмент трубы 1 неразрывно соединен со вторым сегментом трубы 2. Второй сегмент трубы 2 имеет прямоугольный геометрический профиль, состоящий из двух частей: первая часть выполнена расширяющейся за счет наклоненной вверх верхней стенки, вторая часть выполнена горизонтальной и имеет продольные щели, представляющие собой воздухозаборник 7, выполненный с возможностью сбора отработанного воздуха. Третий сегмент выполняет функцию сопла двигателя. Над воздухозаборником 7 расположен насос 8, выполненный с возможностью подачи отработанного воздуха в емкость 9, которая сообщена с емкостью для хранения сжатого воздуха 11.
Водомётный турбодвигатель (с низким уровнем шума и замкнутым воздушным циклом на энергии сжатия воздушно-водяной смеси) функционирует следующим образом.
Первоначально трубу, состоящую из первого 1, второго 2 и выходного 3 сегментов погружают в воду (учитывая направление вверх). Далее источник сжатого воздуха подает воздух высокого давления на форсунки 4, из-за чего воздух высокого давления интенсивно смешивается с водой и создает воздушно-водяную смесь, которая представляет собой пенное образование. Далее пенное образование заполняет первый сегмент трубы 1 и вытесняет воду в сторону второго сегмента трубы 2, в свою очередь движение воды вызывает вращение системы турбин 5. При этом форсунки продолжают нагнетать воздух и увеличивать объем воздушно-водяной смеси, что ускоряет ее движение по первому сегменту и увеличивает скорость вращения турбин 5. Далее воздушно-водяная смесь поступает во второй сегмент трубы 2, где под действием силы Архимеда, потоки воздуха начинают двигаться вверх, вдоль первой части второго сегмента трубы 2, ко второй части второго сегмента трубы 2 и попадают в воздухозаборник 7. В то же самое время потоки воды по инерции продолжают движение в направлении сопла и попадают в выходной сегмент трубы 3. В результате через сегмент 3 выходит ускоренный поток воды и не выходит атмосферный воздух, который попадает в воздухозаборник 7.
Таким образом, функцией первого сегмента трубы 1 является порождение движения потока воды, вызывающего реактивное движение.
Функциями второго сегмента трубы 2 являются: создание дополнительной реактивной силы за счет использования давления поднимающегося воздуха на пологую верхнюю стенку и отделение воздуха для его накопления и повторного использования.
В сегменте 3 проходит окончательное формирование реактивной струи двигателя.
Повторное использование отделенного воздуха реализуется за счет того, что он отделяется в сегменте 2 от основной массы воды и посредством насоса 8 перемещается в емкость 9, далее переходит в емкость для хранения сжатого воздуха 11 и посредством работы насоса высокого давления 10 подается на форсунки 4, образуя тем самым замкнутый цикл сжатия.
Технический результат полезной модели - понижение уровня шума при работе - достигается за счет того, что труба состоит из последовательно соединенных первого сегмента трубы 1, второго сегмента трубы 2 и выходного сегмента трубы 3. При этом второй сегмент трубы 2 имеет прямоугольный геометрический профиль, состоящий из двух частей: первая часть выполнена расширяющейся за счет наклоненной вверх верхней стенки, вторая часть выполнена горизонтальной и имеет продольные щели, представляющие собой воздухозаборник 7, выполненный с возможностью сбора отработанного воздуха. Третий сегмент выполняет функцию сопла двигателя. Таким образом, благодаря заявленной конструкции, при функционировании водометного турбодвигателя, поток воздуха попадает в воздухозаборник 7, а на выход выходного сегмента 3 поступают лишь потоки воды. Выходящие потоки воды приводят в движение плавательное средство и не создают дополнительного шума при функционировании водометного турбодвигателя, так как основной шум при его функционировании создается воздушно-водяной смесью из-за образования пузырьков воздуха, попадающих в атмосферу.
Также заявленная конструкция обеспечивает:
исключение зависимости работы турбодвигателя от доступа к неограниченному источнику воздуха из-за того, что не происходит большого безвозвратного выброса основного рабочего тела двигателя (воздуха) и отсутствует необходимость иметь или большое хранилище, или постоянно пополнять воздушную массу из атмосферы, что позволяет использовать двигатель на заметной глубине без специальной оснастки (в отличие, от прототипа);
повышение КПД использования энергии мелкодисперсной смеси воды и сжатого воздуха для получения реактивной тяги водометного турбодвигателя за счет сбора воздуха через воздухозаборник 7 с возможностью его последующего использования;
изменение частотного спектра шума водометного турбодвигателя;
возможность полностью закрытого и многократного использования воздушной массы;
более эффективную передачу энергии источника (сжатого воздуха) для реактивного движения воды.
Заявитель в 2021 году изготовил опытный образец заявленного устройства, опытная эксплуатация которого подтвердила заявленный технический результат. Уменьшение уровня шума при работе водометного турбодвигателя составило порядка 50-70%.