Гидрореактивный движитель

Полезная модель относится к судостроению, а именно к гидрореактивным движителям для судна. Цель полезной модели - повышение КПД движителя.
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).
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.
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.
Техническим результатом изобретения является повышение КПД движителя путем увеличения его тяги за счет изменения конструктивных элементов устройства.
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.
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.
На фиг. 1 представлена поблочная схема движителя.
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°.
Гидрореактивный движитель работает следующим образом.
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.
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.
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
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 уравнению
f
KC
где  - площадь цилиндрического участка камеры смешения;
дин
Δр- динамический напор на выходе из цилиндрического участка камеры смешения;
1
р - давление на выходе из цилиндрического участка камеры смешения;
2
р - 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.
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.