ВОДОМЕТНЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ

Полезная модель относится к области судового машиностроения, а именно к водометным движителям.
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.).
2
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/см. Максимальная кинетическая энергия реактивной струи, соответствующая давлению пара и необходимая для выхода ее в забортное пространство, может
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.
Задачей настоящей полезной модели является создание водометного движителя, обладающего высокой силой реактивной тяги.
Техническим результатом настоящей полезной модели является увеличение скорости истекающей реактивной струи до равной или близкой к скорости звука.
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.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлен водометный движитель (продольный разрез).
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).
Водометный движитель работает следующим образом.
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
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.