Движитель водного транспорта
WATER TRANSPORT PROPULSOR

Область техники, к которой относится изобретение.
Изобретение - движитель водного транспорта, относится к движителям и может применяться на речном и морском транспорте.
Уровень техники.
В качестве наиболее близкого аналога движителя водного транспорта выступает двигатель водного транспорта, патент на изобретение RU 2412362 С2, зарегистрированный в Государственном реестре изобретений Российской Федерации 20 февраля 2011 года.
Заявленное изобретение - движитель водного транспорта, отличается от аналога более простой конструкцией движущего устройства, не имеющего регулирующих шестерен; использованием вместо опорного обода и роликов одного элемента - подшипника; отсутствием зубчатых зацеплений якоря с опорным ободом; использованием вместо двух плавников с клапанами и хвоста в аналоге, двух плавников более простой конструкции - в форме ласт, без клапанов; не вертикальным, а горизонтальным положением передаточного вала; изменением конструкции якоря с полусферы со сквозным отверстием по центру и отверстиями под крепления хомута, на конус с радиально расположенными в основании креплениями-штырями; заменой хомута на более простой элемент - скобу, изменением конструкции передаточного вала на Т-образную форму; добавлением двух деталей, обеспечивающих плавный ход транспорта с заявленным движителем - ходовых рычагов с плавниками; использованием рамной конструкции, перемещение на которой движущего механизма позволяет регулировать амплитуду колебаний ходовых рычагов с плавниками; возможностью использования в устройстве для создания колебательных движений плавников не только двигателя внутреннего сгорания, но и любого другого двигателя с вращающимся валом отбора мощности; изменением формы цилиндров и поршней двигателя внутреннего сгорания с изогнутой на прямую, с использованием скользящего соединения поршня со скобой; отсутствием коленчатого вала за счет введения дополнительного элемента - опоры якоря и связи вершины якоря с маховиком.
Основными причинами, препятствующими получению требуемого технического результата, в указанном двигателе водного транспорта, являются: боковые колебания транспорта при использовании для его движения двигателя водного транспорта, вследствие колебаний основного плавника (хвоста), в направлении, поперечном движению транспорта; сложность конструкции устройства и сложность изготовления отдельных деталей: цилиндра и поршня изогнутой формы, зубчатых соединений якоря и опорного обода, плавников с клапанами; невозможность изменения амплитуды колебаний плавников, что препятствует динамичному изменению скорости транспорта, а также выбору оптимального режима энергопотребления.
Основными причинами, препятствующими получению требуемого технического результата, в современных двигателях внутреннего сгорания, используемых для движения водного транспорта, являются: неполное преобразование энергии поступательного движения поршня в энергию вращательного движения винта ввиду используемого кривошипно-шатунного механизма; потери энергии вращения винта, затрачиваемые на закручивание водной струи.
Технический результат от применения заявленного изобретения заключается в снижении энергозатрат за счет использования плавников для перемещения в водной среде вместо винта, и в устранении большей части механических потерь, возникающих при преобразовании возвратно-поступательного движения поршня двигателя внутреннего сгорания во вращательное движение коленчатого вала с винтом, за счет приложения силы воздействия поступательного движения в наиболее эффективном для плавникового движителя перпендикулярном направлении к плоскости плавника; в упрощении конструкции движущего устройства по сравнению с аналогом; в возможности регулирования амплитуды колебания плавников; в повышении безопасности водного транспорта.
Описание изобретения.
Наличие нескольких частей (деталей, компонентов, узлов, блоков), соединенных между собой сборочными операциями, в том числе свинчиванием, сочленением, клепкой, сваркой, пайкой, опрессовкой, развальцовкой, склеиванием, сшивкой, обеспечивающими конструктивное единство и реализацию устройством общего функционального назначения (функциональное единство).
Согласно изобретению, движитель состоит из рамы 1 в виде плоской конструкции в форме твердого знака Ъ, с румпелем 1.1, с двумя креплениями 1.2 для ходовых рычагов. Движущий механизм 2, состоит из корпуса 2.1 с двумя креплениями к раме 2.1.1, фиксатором 2.1.2, с расположенными в нем: валом 3 с маховиком 3.1, с якорем 4 с двумя штырями 4.1 с надетой на них скобой 5.1 передаточного вала 5 с поперечным валом 5.2, с двумя муфтами 5.3, надетыми на поперечный вал; с опорой якоря 6, с опорным подшипником 7. Два ходовых рычага 8, с отверстиями в своем основании 8.1 с плавником на противоположном от основания конце каждого из них 8.2. Цилиндр 9 с поршнем 10, соединенным со скобой передаточного вала через овальное отверстие в нижней части поршня, условная ось которого перпендикулярна условной оси поршня.
В качестве альтернативного, или совместно используемого двигателя, может применяться любой двигатель 11 с валом вращения, жестко соединенным по одной оси с условной осью вала маховика 3.
Одним из вариантов устройства является движитель, в котором передаточный вал 5 заменен на центральный карданный подвес якоря, а ходовые рычаги 8 соединены через муфты 5.3 со штырями якоря 4.1, через окна 2.2 в корпусе движущего механизма, герметичность корпуса 2 может быть обеспечена использованием гибких манжет 2.3, прилегающих к окнам корпуса и к муфтам.
Конструктивное выполнение устройства, характеризуемое наличием и функциональным назначением частей устройства (деталей, компонентов, узлов, блоков), их взаимным расположением.
Движитель состоит из плоской рамы в форме твердого знака - «Ъ», верхняя горизонтальная часть которого представляет собой румпель для поворота устройства относительно транспорта, нижняя замкнутая окружность является местом расположения движущего механизма, в нижней вертикальной части рамы - стойке, имеется два крепления в виде двух штырей, перпендикулярных плоскости рамы, расположенных на одной оси и обращенных по обе стороны от рамы, для крепления на них двух ходовых рычагов с плавниками; рама крепится на транспорте, с возможностью поворота относительно него, что позволяет менять направление движение транспорта. Ходовые рычаги расположены в нижней части рамы, надеты через отверстия в своем основании каждый на один из штырей рамы, в нейтральном положении ходовые рычаги параллельны румпелю и обращены плавниками в противоположную от рукояти румпеля сторону; прикреплены у своего основания к стойке раме на штырях с возможностью совершения колебаний по типу маятника в плоскостях, параллельных между собой и плоскости рамы, плоскость расположения каждой из плавников совпадает с плоскостью условной оси штырей рамы и условной центральной оси отверстий ходовых рычагов; в своей средней части ходовые рычаги подвижно соединены муфтой каждый с одним из двух концов поперечного вала, под прямым углом к нему, при этом крепление в виде муфты обеспечивает возможность перемещения движущего механизма вдоль ходовых рычагов для регулирования амплитуды их колебаний. Движущий механизм, состоит из корпуса, прикрепленного двумя креплениями вверху и внизу к горизонтальным верхней и нижней частям рамы, с возможностью регулируемого перемещения корпуса вдоль рамы в горизонтальном направлении и жесткой фиксации к ней, с удалением или приближением к стойке рамы, что необходимо для изменения амплитуды колебаний ходовых рычагов; с проходящим через верхнюю часть корпуса вертикальным валом, на который надет маховик, перпендикулярно оси вала, которым подвижно соединен с вершиной якоря, представляющего собой качающийся элемент движущего механизма, который может быть выполнен в форме конуса, обеспечивающим одновременное колебательное движение ходовых рычагов в противоположных направлениях. Якорь располагается под маховиком, представляет собой конус с двумя диаметрально расположенными штырями в плоскости основания, для соединения якоря со скобой передаточного вала, вершина якоря соединена с маховиком, а центральная часть плоского основания подвижно прикреплена на опору (шаровую или иную, обеспечивающую возможность качания якоря), расположенную в нижней части корпуса, на одной условной оси с валом маховика; якорь, за счет соединения с маховиком на одной из точек его окружности, всегда находится в наклоненном состоянии, всегда касается нижней частью своего основания опорного подшипника, расположенного горизонтально, который, при обкатывании якоря, перемещается в направлении, противоположном направлению обкатывания якоря, нейтрализуя тем самым забегание якоря во вращательное движение вокруг опоры, а также представляет собой динамическую точку опоры для полного преобразования энергии вращательного движения вершины якоря в энергию колебательного движения штырей якоря, нижняя часть опорного подшипника жестко прикреплена к корпусу, что необходимо для обеспечения постоянного наклона якоря и предотвращения радиального отклонения его вершины к центру, как условия полного преобразования вращательного движения вершины якоря в поступательное движение его штырей; условная ось штырей якоря совпадает с плоскостью его основания и проходит через центр основания якоря, на штыри якоря надета скоба передаточного вала; при обкатке якоря по подшипнику каждый штырь качается в относительно вертикальной плоскости, во взаимно противоположном направлении; ось передаточного вала совпадает с центром опоры якоря и с центром его основания. Ось якоря, проходящая через вершину и центр его основания, всегда расположена под углом от условной вертикальной оси вала маховика, при работающем двигателе возникает вращение маховика, соединенного с вершиной якоря, которая, увлекаемая маховиком, совершает движение по горизонтальной окружности, однако якорь не проворачивается вокруг своей оси, удерживаемый от проворачивания скобой передаточного вала; нижняя часть наклоненного основания якоря перекатывается по опорному подшипнику, постоянно последовательно касаясь его своей нижней кромкой, при этом штыри якоря совершают качательные возвратно поступательные движения в относительно вертикальной плоскости. Над скобой передаточного вала располагается цилиндр с поршнем, который нижней частью через овальное горизонтальное отверстие подвижно соединен со скобой с возможностью скольжения по ней в горизонтальном направлении, Поршень качает подвижно соединенную с ним скобу передаточного вала, при этом незначительно перемещаясь (скользя) по ней в горизонтальном направлении на расстояние, равное наибольшему перпендикуляру от условной хорды, проходящей через верхнюю и нижнюю точки участка условной окружности качания скобы в точке соединения с поршнем. Через скобу качается передаточный вал с расположенным на его противоположном конце поперечным валом, перпендикулярно ему, в одной плоскости с условной плоскостью скобы. На оба конца поперечного вала надето по муфте, представляющей собой отрезок трубы с отверстием на конце (ушком) для крепления в нем ходового рычага; каждый ходовой рычаг у своего основания прикреплен к стойке рамы, по обе стороны от нее, на отдалении от опоры якоря и на одном горизонтальном уровне с ней; при отклонении одного из штырей якоря вниз от данного условного уровня обозначенных креплений, происходит одновременное отклонение противоположно расположенного штыря вверх, и соответственно, аналогичное движение скобы передаточного вала и его поперечного вала, соединенного через муфты с ходовыми рычагами, при этом происходит опускание одного из ходовых рычагов при одновременном подъеме другого ходового рычага, соответственно, до нижней и верхней точек их качания; при этом, закрепленные на концах ходовых рычагов в горизонтальной плоскости плавники совершают возвратно-поступательные движения в противоположном относительно друг друга направлении вверх-вниз, отталкивая воду в направлении, противоположном направлению рукояти румпеля, за счет чего возникающее на плавниках усилие от отталкиваемой воды передается через плавники на ходовые рычаги, и в месте их крепления к стойке рамы - на раму, и далее - на корпус транспорта, на котором установлено данное устройство, сообщая движение транспорту; амплитуда колебания ходовых рычагов регулируется изменением расстояния от центральной точки на условной оси между креплениями ходовых рычагов к раме до мест соединения ходовых рычагов с поперечным валом, при увеличении этого расстояния амплитуда колебаний уменьшается, а при его уменьшении - возрастает.
В качестве альтернативного, или совместно используемого двигателя, может применяться любой двигатель 11 с валом вращения, жестко соединенным по одной оси с условной осью вала маховика 3.
Одним из вариантов устройства является движитель, в котором передаточный вал 5 выполнен без поперечного вала 5.2, а ходовые рычаги 8 соединены через муфты 5.3 с выступающими за скобу передаточного вала штырями якоря 4.1, через окна 2.2 в корпусе движущего механизма, герметичность корпуса 2 может быть обеспечена использованием гибких манжет 2.3, прилегающих к окнам корпуса и к штырям якоря, либо муфтам.
Форма устройства в целом - плоская рама в форме твердого знака Ъ, с расположенными в нижней части ходовыми рычагами, которые в нейтральном положении занимают горизонтальное положение в одной плоскости, включая плоскость расположения плавников, а в рабочем режиме, при максимальном отклонении - разведены каждый под углом друг к другу с вершиной угла в оси их крепления к раме, при этом плавники максимально удалены друг от друга; в нижней части рамы между ходовых рычагов размещается движущий механизм, корпус которой может иметь обтекаемую форму (например, цилиндрическую или шарообразную). Движущий механизм 2 в корпусе 2.1 обтекаемой формы, например, в виде вертикально расположенного закрытого цилиндра или в виде шара, с двумя креплениями к раме 2.1.1 в форме скоб, расположенных вверху и внизу корпуса, в одной плоскости, совпадающей с условной осью, проходящей через вал двигателя 5, с фиксатором верхней скобы 2.1.2, который может быть выполнен в форме болта, вкрученного в сквозное отверстие верхней скобы с резьбой, при затягивании которого и упоре в раму обеспечивается жесткое крепление корпуса 2.1 к раме 1, с расположенными в корпусе 2.1 двигателем 3 с маховиком 3.1, с опорой 6 якоря, которая может быть шаровой или иной, обеспечивающей возможность качания якоря 4, с опорным подшипником 7 в форме плоского обода на подвижных элементах (шариках или на роликах), расположенного вокруг шаровой опоры под якорем, с двумя штырями 4.1 якоря, соединенными со скобой 5.1 передаточного вала 5 с поперечным валом 5.2, с надетыми на них муфтами 5.3, каждая в форме трубки с ушком на конце, в которое продет ходовой рычаг 8, представляющий собой стержень, в своем основании имеющий по сквозному отверстию 8.1, с закрепленном на противоположном от основания конце плавником 8.2 трапецевидной или иной формы, обеспечивающей наиболее эффективное движение устройства в водной среде.
Параметры и другие характеристики частей устройства (деталей, компонентов, узлов, блоков) и их взаимосвязи;
Радиус якоря 4 превышает радиус опорного подшипника 7 и соотносится с ним как гипотенуза с катетом в прямоугольном треугольнике.
Якорь 4 должен обладать массой, которая при вращении его вершины будет создавать центробежную силу, прижимающую нижнюю часть основания якоря к опорному подшипнику 7 и предотвращающую их разрыв.
Источник питания двигателя может быть размещен на раме устройства, либо на транспорте.
Материал, из которого выполнены части устройства и (или) устройство в целом.
Элементы устройства могут быть выполнены из металлов и иных прочных материалов, для выполнения плавников 8.2 требуется эластичный упругий материал; якорь 4 должен быть выполнен из металла, обладающего необходимой массой для развития центробежной силы от вращения его вершины на рабочих оборотах двигателя, достаточной для обеспечения постоянного соединения нижней части якоря 4 с опорным подшипником 7.
Движитель может быть собран исходя из общих принципов двигателестроения и уровня современной техники, т.к. не имеет каких-либо конструктивных элементов, изготовление которых требовало бы применения специальных технологий.
Краткое описание чертежей, (сделать пояснения)
Фигура 1 - движитель водный вид сбоку.
Фигура 2 - движитель водный вид сверху.
Фигура 3 - движитель водный вид сзади.
Фигура 4 - движитель водный, вариант без передаточного вала, вид сбоку.
Фигура 5 - движитель водный, вариант без передаточного вала, вид сзади.
Осуществление изобретения.
Движитель действует следующим образом:
При возвратно-поступательном движении поршня он качает скобу передаточного вала и якорь, вершиной вращающий маховик, через передаточный вал качаются ходовые рычаги с плавниками, расположенными в плоскости, перпендикулярной плоскости рамы, совершающими возвратно-поступательные движения в противоположном относительно друг друга направлении, отталкивающими воду в направлении, противоположном направлению движения транспорта, двигая его вперед.
При использовании альтернативного двигателя с валом вращения, соединенным с маховиком, он через вал вращает маховик, соединенный с вершиной якоря, которая, увлекаемая маховиком, совершает движение по горизонтальной окружности, однако якорь не проворачивается вокруг своей оси, удерживаемый от проворачивания скобой передаточного вала; нижняя часть наклоненного основания якоря последовательно перекатывается по опорному подшипнику, постоянно касаясь его своей нижней кромкой, прижимаемая центробежной силой, возникающей от вращения вершины якоря, при этом штыри якоря совершают качательные возвратно поступательные движения в относительно вертикальной плоскости и качают подвижно соединенную с ними скобу передаточного вала, проходящего горизонтально через корпус движущего механизма на одном уровне с опорой якоря, и соединенного на противоположном конце через поперечный вал посредством муфт с двумя ходовыми рычагами; каждый ходовой рычаг у своего основания прикреплен к стойке рамы, на отдалении от опоры якоря и на одном горизонтальном уровне с ней; при отклонении одного из штырей вниз от данного условного уровня обозначенных креплений, происходит одновременное отклонение противоположно расположенного штыря вверх, и соответственно, попеременный поворот передаточного вала в противоположных направлениях, и опускание одного из ходовых рычагов при одновременном подъеме другого ходового рычага, соответственно, до нижней и верхней точек их качания; при этом, закрепленные на концах ходовых рычагов в горизонтальной плоскости плавники совершают возвратно-поступательные движения в противоположном относительно друг друга направлении вверх-вниз, отталкивая воду в направлении, противоположном направлению рукояти румпеля, за счет чего возникающее на плавниках усилие от отталкиваемой воды передается через плавники на ходовые рычаги, и в месте их крепления к стойке рамы - на раму, и далее - на корпус транспорта, на котором установлено данное устройство, сообщая движение транспорту.
При использовании варианта движителя без передаточного вала, ходовые рычаги соединены через муфты со штырями якоря, непосредственно качающими ходовые рычаги при работающем двигателе.
Амплитуда колебания ходовых рычагов регулируется изменением расстояния от центральной точки между местами креплений ходовых рычагов к раме до мест соединения ходовых рычагов с движущим механизмом, при увеличении этого расстояния амплитуда колебаний уменьшается, а при его уменьшении - возрастает.