УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЗДАНИЯ РЕАКТИВНОЙ ТЯГИ ВОДНОГО СУДНА

Полезная модель относится к судостроению, а именно к водометным движителям судов и других плавсредств.
Из уровня техники известен РЕАКТИВНЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ [RU (11)94 026 015(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;
большие габариты аналога, из-за необходимости наличия в конструкции емкости для хранения сжатого воздуха высокого давления.
Также из уровня техники известен ВОДЯНОЙ РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ [RU 2573066, опубл. 20.01.2016], содержащий соосно горизонтально расположенные входное устройство, сопло, на одном валу установленные насос высокого давления, насос низкого давления и турбину, отличающийся тем, что внутренний контур состоит из камеры предварительного нагрева воды шарообразной формы, имеющей в верхней части гофрированный расширительный элемент, а в нижней части магнетрон, установленный так, что его излучающий элемент направлен на основной объем камеры, соединенной с одной стороны вертикально расположенной трубой с насосом высокого давления, а с другой - через электромагнитные клапаны с несколькими камерами парообразования, каждая из которых представляет собой сосуд яйцевидной формы, имеющий в боковых стенках симметрично расположенные два электрода электроразрядника, в верхней части через электромагнитный клапан трубчатое соединение с внешней водой, а выход в нижней части выполнен в виде вертикальной трубы с инжектором, внутренняя полость которого через односторонний клапан соединена с внешним контуром, плавно переходящей в горизонтальную и после одностороннего клапана соединенной с выходящим во внешнюю воду общим соплом, внутри которого установлена турбина, а внешний контур охватывает горизонтальные части выходов камер парообразования и общее сопло.
Недостатками данного аналога являются:
высокая конструктивная сложность, ввиду наличия камеры дополнительного нагрева воды, магнетрона и электромагнитных клапанов, что усложняет и удорожает производство изделия его техническое обслуживание, в также снижает надежность изделия в целом;
низкая долговечность аналога, из-за того, что в ходе эксплуатации на рабочие механизмы изделия будут воздействовать вода высокой температуры (близкой к температуре кипения), и горячий пар под высоким давлением. Воздействие данных факторов на функциональные элементы устройства существенно сокращает срок их службы, а также требует наличия в конструкции дорогостоящих термостойких материалов.
Наиболее близким по технической сущности является ВОДОМЕТНЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ [RU 144752, опубл. 27.08.2014], содержащий водозаборник статического типа, лопастную систему диагонального типа, состоящую из рабочего колеса и спрямляющего аппарата, совмещенного с реактивным соплом, реверсивно-рулевое устройство, содержащее поворотное сопло и реверсивную заслонку - дефлектор, отличающийся тем, что в кормовой части входного отверстия водозаборника имеется выступающая ниже плоскости днища скега входная кромка, ограждающая камеру воздушной каверны, а в носовой части свод водозаборника на коротком участке выполнен с быстрым нарастанием кривизны.
Основной технической проблемой прототипа является низкое значение КПД двигателя водного судна из-за того, что часть свода водозаборника выполнен с быстрым нарастанием кривизны, таким образом, движение воды от водосборника до сопла реализуется через канал-водовод искривленной геометрии, в таком случае часть энергии рассеивается по ходу движения воды за счет гидравлических потерь (потери на трение по длине) и местных гидравлические потерь (за счет наличия препятствий по ходу движения потока, в частности искривленных стенок канал-водовода).
Задачей полезной модели является устранение недостатков прототипа.
Техническим результатом полезной модели является увеличение силы реактивной тяги.
Указанный технический результат достигается за счет того, что устройство для создания реактивной тяги водного судна, содержащее туннель, расположенный внутри кормы судна ниже ватерлинии вдоль нее, спереди туннеля установлен фильтр, в конце туннеля выполнено его сужение, при этом диаметр узкой части туннеля составляет не более половины диаметра широкой части туннеля, а место сужения расположено в пределах кормы судна, при этом внутри туннеля расположена двигательная установка таким образом, что привод двигателя расположен в широкой части туннеля, который валом соединен с грибным винтом, расположенным в узкой части туннеля в пределах кормы судна, на окончании узкой части туннеля за пределами кормы судна расположено сужающееся сопло, длина которого составляет не менее 1 диаметра узкой части туннеля.
В частности передняя часть туннеля выполнена по срезу кормы судна.
В частности сечение туннеля выполнено круглой формы.
В частности фильтр расположен вдоль поверхности кормы и повторяет ее геометрию в месте расположения туннеля.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 общий вид в разрезе устройства для создания реактивной тяги водного судна.
На фигуре обозначено: 1 - элемент корпуса; 2 - приемный бункер воды; 3 - труба; 4 - сопло; 5 - экран; 6 - рабочий цилиндр насоса; 7 - растяжка; 8 - подшипник ведомого вала; 9 - вал винта; 10 - редуктор; 11 - ведущий вал; 12 - гребной винт.
Осуществление полезной модели
Устройство для создания реактивной тяги водного судна состоит из элементов корпуса 1 судна, при этом в носовой части элементов корпуса 1, погруженной в воду, располагается приемный бункер воды 2, выполненный с возможностью фильтрации воды от крупного мусора. Приемный бункер воды 2 соединен с трубой 3, в противоположной части которой расположено сопло 4. Труба 2 представляет собой магистраль, выполненную с возможностью транзита воды. Сопло 4 представляет собой полую конструкцию, выполненную с сужением на выходе. Также сопло 4 выполнено с возможностью концентрации рабочего потока воды в мощную струю на выходе. Сопло 4 расположено изолированно от экрана 5, представляющего собой заднюю перегородку корпуса судна. Перед соплом 4 в промежуточной секции трубы 3 расположен рабочий цилиндр насоса 6, выполненный с возможностью создания реактивной струи воды, посредством функционирования насоса (на фиг. не показан). В вариантах реализации может быть использован реверсивный насос, где винт насоса выполнен в виде пропеллера. Также возможны варианты реализации насоса с дополнительными отводами воды в трубе 3 в стороны правого и левого борта. Мощность насоса выбирается исходя из назначения и размера судна, в частности мощности главного двигателя, с возможностью обеспечения требуемой мощности при максимальной загрузке. Также, диаметр трубы 3 превышает диаметр рабочего цилиндра насоса 6 не менее чем в два раза. При этом труба 2 выполнена с возможностью транзита входящего потока воды от приемного бункера воды 2 трубы 3 к рабочему цилиндру насоса 6, а сопло 4 выполнено как продолжение рабочего цилиндра насоса 6. В трубе 3 перед секцией рабочего цилиндра насоса 6 размещены растяжки 7 для крепления подшипника оси насоса, жестко зафиксированные к стенкам трубы 3, которые соединены с валом винта 9 и ротором насоса, посредством подшипников ведомого вала 8. Вал винта 9 соединен с редуктором 10, который соединен с ведущим валом 11. При этом редуктор 10 и ведущий вал 11 обеспечивают механическую связь вала винта 9 с двигателем судна. Также в оконечности вала винта 9, после редуктора 10, в рабочем цилиндре насоса 6 расположен гребной винт 12, выполненный с возможностью создания реактивной струи.
Устройство для создания реактивной тяги водного судна функционирует следующим образом. Первоначально ведущий вал 11 основного двигателя передает мощность вращения гребному винту 12, через редуктор 10 и ведущий вал 11. Далее вращательное движение гребного винта 12 приводит в движение поток воды, находящейся во внутреннем объеме рабочего цилиндра насоса 6. Одновременно с этим вращательное движение гребного винта 12 приводит в движение поток воды, находящейся во внутреннем объеме трубы 3, между приемным бункером воды 2 и рабочим цилиндром насоса 6. Далее ускоренный поток воды из внутреннего объема рабочего цилиндра насоса 6 перемещается через сопло 4 во внешнюю среду.
При этом геометрия рабочего цилиндра насоса 6, а именно уменьшенный, по сравнению с трубой 3, диаметр поперечного сечения обеспечивает ускорение потока воды при его прохождении через рабочий цилиндр насоса 6. Также геометрия сопла 4, а именно сужение на выходе, обеспечивает дополнительное ускорение потока воды на выходе. Таким образом, если обозначить V1 - скорость потока воды во внутреннем объеме трубы 3, до рабочего цилиндра насоса 6; V2 - скорость потока воды во внутреннем объеме рабочего цилиндра насоса 6; V3 - скорость потока воды на выходе сопла 4, то выполняется следующее неравенство V1<V2<V3.
При этом диаметр рабочего насоса цилиндра 6 должен быть не менее чем в два раза меньше диаметра трубы 3, для обеспечения требуемого ускорения потока воды.
Длина сопла 4 должна составлять не менее 1 диаметра рабочего насоса цилиндра 6 для исключения возможности образования разряженной зоны из-за недостатка питающей воды перед гребным винтом 12.
Благодаря тому, что сопло 4 расположено изолированно от экрана 5, исключается возможность создания разряженной зоны из-за недостатка питающей воды перед гребным винтом 12 и исключается возможность «перекачки воды» рабочего потока в носовую часть трубы 3 от гребного винта 12, таким образом, обеспечивается изоляция входных потоков воды и выходных потоков воды.
Заявленный технический результат достигается за счет того, что приемный бункер воды 2 соединен с трубой 3, в противоположной части которой расположено сопло 4, таким образом, труба 3, расположенная внутри кормы судна, ниже ватерлинии и имеет геометрию без изгибов, что обеспечивает уменьшение местных гидравлические потерь и увеличение силы реактивной тяги. Также заявленный технический результат достигается за счет того, что гребной винт 12 располагается в рабочем цилиндре насоса 6, диаметр которого не менее чем в два раза меньше диаметра трубы 3, таким образом, при прохождении потока воды по трубе 3 в рабочем цилиндре насоса 6, за счет уменьшения диаметра, происходит увеличение давления воды на стенки трубы 3, и, как следствие, увеличение скорости движения потока воды. Дополнительное увеличение скорости движения потока воды на выходе происходит за счет сужающейся геометрии сопла 4. Таким образом, уменьшенный диаметр рабочего цилиндра 6 и сужение сопла 4 на выходе трубы 3 обеспечивают увеличение давления потока воды на стенки и увеличение скорости потока, благодаря чему происходит компенсация гидравлических потерь, увеличивается сила реактивной тяги.