CN101323367A - 吞吐喷水方法与船舶吞吐喷水推进装置 - Google Patents

Abstract

本发明给出一种吞吐喷水方法，同时给出船舶吞吐喷水推进装置。吞吐喷水方法是利用蒸汽与水的两种相互作用，即蒸汽溶解于水和蒸汽膨胀推动水，使水被吞进或吐出推进器，水被高速吐出推进器时，形成喷射水流，并产生反向作用力。船舶吞吐喷水推进装置将船舶主机和喷水推进器融为一体，它有船舶主机功能，但它内部没有任何运动的机械部件；它有喷水推进器的作用，但它内部没有喷水泵。船舶吞吐喷水推进装置具有轻便、大功率、高效率和高可靠性的特点；船舶吞吐喷水推进装置结构简单、寿命长、造价低、噪音小。

Description

吞吐喷水方法与船舶吞吐喷水推进装置

技术领域

本发明涉及交通运输技术，尤其涉及到船舶的一种吞吐喷水推进技术。

背景技术

目前，世界各国出于军事和经济目的，都已经或正在走向海洋，争相加强和展示海上力量。为提高船舶在高海况下的航行能力，各国普遍的一个重点研究方向就是船舶的大功率和高可靠性的推进装置。

船舶推进装置的主体由三部分组成，它们是：主机、传动系统、推进器。

船舶主机的类型主要有：柴油机装置、蒸汽轮机装置、燃气轮机装置、核反应堆装置等，其中，应用最为普遍的是柴油机装置。目前，各种船舶主机不同程度地存在着设备复杂、体积大、重量大、易出故障、维修困难等问题。

船舶推进器的种类很少，主要就是螺旋桨推进器。近些年来，利用喷水泵的船舶喷水推进器，在一些高性能船上得到应用。螺旋桨推进器工作振动较大，水中噪音较大，抗空泡性能较差，大功率的螺旋桨加工难度大。利用喷水泵的喷水推进器工作振动较小、水中噪音较小、抗空泡性能较好、吃水浅、传动装置简单。

但是，利用喷水泵的喷水推进器有两个缺点：

一、推进效率低，只有50％～55％。喷水推进的效率由两部分组成，喷水泵的效率和管道的效率。由于喷水泵水轮对水做功的扰动，喷水管道中的水流是强烈的湍流，有严重的流体摩擦损失，造成管道效率低下。

二、喷水泵的叶轮维修困难。喷水管道容易吸进垃圾杂物，堵塞叶轮，叶轮的拆装、清理麻烦。

总的说来，关于船舶主机，轻便和可靠性的问题还没有解决；关于船舶推进器，喷水推进器优于螺旋桨推进器，但是，喷水推进器效率低的问题，严重困扰着船舶工业的发展。

上述有关船舶推进装置的背景技术，在以下专著中有详细描述：

1、徐筱欣，船舶动力系统，上海：上海交通大学出版社，2007

2、邵开文，马运义，船舶技术与设计概论，北京：国防工业出版社，2005

发明内容

本发明的目的是给出一种吞吐喷水方法，同时给出船舶吞吐喷水推进装置。

吞吐喷水方法是利用蒸汽与水的两种相互作用，即蒸汽溶解于水和蒸汽膨胀推动水，使水被吞进或吐出推进器，水被高速吐出推进器时，形成喷射水流，并产生反向作用力。

船舶吞吐喷水推进装置将船舶主机和喷水推进器融为一体，它有船舶主机功能，但它内部没有任何运动的机械部件；它有喷水推进器的作用，但它内部没有喷水泵。船舶吞吐喷水推进装置具有轻便、大功率、高效率和高可靠性的特点；船舶吞吐喷水推进装置结构简单、寿命长、造价低、噪音小。

为达到上述目的，本发明船舶吞吐喷水推进装置，它主要包括蒸汽锅炉、主机系统、喷水推进器等三部分。蒸汽锅炉生产的高温高压蒸汽，进入主机系统做功，船下水进入主机系统被加压后，进入喷水推进器，在喷水推进器出口形成高速射流，向船后喷出，利用喷水的反作用力推进船舶。主机系统由蒸汽喷水器和蒸汽喷水控制器构成，所以，也可以说，本发明船舶吞吐喷水推进装置主要由蒸汽锅炉、蒸汽喷水器、蒸汽喷水控制器、喷水推进器等组成。

本发明船舶吞吐喷水推进装置，基本的工作过程是：

由蒸汽锅炉生产高温高压蒸汽，在蒸汽喷水控制器对相关阀门的控制下，一定量的高温高压蒸汽进入蒸汽喷水器；

蒸汽喷水器内的蒸汽与船底进水口处的水，发生溶解作用，船下水通过船底进水口被吸入蒸汽喷水器；

高温高压蒸汽在蒸汽喷水器中膨胀做功，吸入到蒸汽喷水器的水被蒸汽加压，然后从蒸汽喷水器出口输出高压水；

高压水通过管路进入船舶尾部的喷水推进器，喷水推进器是一个渐缩喷管，形成高速射流，向船后喷出，利用反作用力，推动船舶前进。

蒸汽喷水器是本发明的动力机，是一个核心设备。在蒸汽喷水器中，实现蒸汽与水之间的能量传递，蒸汽的热能转换成水的压能和动能。蒸汽喷水器的本体是由一个竖管和一个水平管的一端垂直相接构成，水平管的另一端是出水口。竖管上端有进汽口，下端有进水口，进水口穿过船底，置于船下水中。蒸汽喷水器上还有几个电磁阀。

蒸汽喷水器上的各个电磁阀，都受蒸汽喷水控制器控制。在蒸汽喷水控制器内部，有控制蒸汽喷水器的全部电磁阀开闭的控制电路。各个电磁阀开闭的顺序是固定的，而每个电磁阀开闭时间的长短，可通过改变蒸汽喷水控制器内部电路中元件的参数进行调整。

在本发明船舶吞吐喷水推进装置中，参与做功的流体媒质共有三种，它们是蒸汽、水、空气。

包括空气媒质的做功流程，具体说明如下：

蒸汽进入蒸汽喷水器，由于蒸汽溶解于水，使蒸汽喷水器内汽压降低，船下水通过船底进水口进入蒸汽喷水器。通过空气管向蒸汽喷水器内的水体的上部供给少量空气，在水体的上方形成一个薄的空气层。从蒸汽喷水器顶部向蒸汽喷水器内注入高温高压蒸汽，由于空气层的隔离作用，仅有极少量高温高压蒸汽溶入水中。高温高压蒸汽迅速进行膨胀过程，通过空气层对蒸汽喷水器内的水体施压做功，使水体产生高压，并推动含有少量空气的高压水体从蒸汽喷水器出口高速流出，进入船舶尾部的喷水推进器，通过推进器的出口喷管形成高速水射流，向船后喷出，利用反作用力，推动船舶前进。

本发明的优点是：

1、本发明吞吐喷水方法是利用蒸汽与水的两种相互作用，即蒸汽溶解于水和蒸汽膨胀推动水，使推进器内部空间交替产生负压和正压，负压使水被吞进，正压又使水被吐出，水被高速吐出推进器时，形成喷射水流。这种喷水方法不需要喷水泵，水流比较平稳，摩擦损失少，效率高，噪音低。

2、本发明吞吐喷水方法有仿生学上的意义，海洋中的乌贼、鱿鱼、章鱼、水母、扇贝等水生物，都是利用吞吐喷水的方法前进的。尤其是乌贼，素有海中火箭之称，在逃跑或追扑食物时，其速度可达每秒15米。海洋水生物的运动方式，包括吞吐喷水前进方法，是亿万年进化的结果，我们人类应该认真地学习和借鉴。

3、本发明船舶吞吐喷水推进装置的设备都是耐用的通用设备，例如：蒸汽锅炉、水泵、空气泵。所以，本发明船舶吞吐喷水推进装置工作可靠、使用寿命长。

4、本发明船舶吞吐喷水推进装置的设备中，专用设备是给水箱、蒸汽喷水器，它们是由管子、阀门和压力容器所构成。所以，本发明船舶吞吐喷水推进装置结构简单、造价低。

5、本发明船舶吞吐喷水推进装置，利用蒸汽膨胀过程，蒸汽直接推动水体喷射，利用反作用力，推动船舶。与船舶蒸汽轮机装置相比，同样具有功率大的特点，但本发明船舶吞吐喷水推进装置的重量轻、体积小。

6、本发明船舶吞吐喷水推进装置的动力机是蒸汽喷水器，其上没有高速运动的机械部件，所以，本发明船舶吞吐喷水推进装置的工作噪音较小。

附图说明

图1是本发明吞吐喷水方法的原理说明示意图。

图2是本发明船舶吞吐喷水推进装置实施例的总体组成图；

图3是本发明船舶吞吐喷水推进装置实施例的蒸汽锅炉的结构图；

图4是本发明船舶吞吐喷水推进装置实施例的蒸汽喷水装置的组成图；

图5是本发明船舶吞吐喷水推进装置实施例的蒸汽喷水器的结构图；

图6是本发明船舶吞吐喷水推进装置实施例的蒸汽喷水器工作原理示意图；

图7是本发明船舶吞吐喷水推进装置实施例的蒸汽喷水控制器的电路图；

图8是本发明船舶吞吐喷水推进装置实施例的喷水推进器的结构图；

图9是本发明船舶吞吐喷水推进装置实施例在船舶中的布置方案。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详细描述。

图1给出了本发明吞吐喷水方法的原理说明示意图。

这是一个用于解释本发明吞吐喷水方法的原理性示意图。本图中，在一个水箱206内，立放着喷水管201。喷水管201的上端板202外接两个管，右侧为蒸汽管，蒸汽管上蒸汽阀204，左侧是带有单向阀205的是空气管。喷水管201的下端口为进出水口203，进出水口203沉入敞口的水箱206的水中。

一种吞吐喷水方法，它由以下步骤组成：

1、启动清理：打开蒸汽阀204，通过蒸汽管向喷水管201内注入蒸汽，蒸汽在喷水管201内从上向下流动，推动喷水管内的残存气体和积水，通过进出水口203排除。

2、进水过程：关闭蒸汽阀204，停止注蒸汽。在进出水口203处，蒸汽溶解于水，水箱206的水向喷水管内涌入，呈现一种紊乱的流动，很快激发蒸汽水击，进出水口203外边的水，迅速冲进并向上充满喷水管201。在进水过程中，喷水管内为负压状态，有少量空气通过单向阀，流入喷水管内，在管内水体与喷水管上端板202间形成薄空气层。

3、喷水过程：打开蒸汽阀204，通过蒸汽管向喷水管201内注入高温高压蒸汽，由于空气层的隔离作用，仅有极少量蒸汽溶入水中，高温高压蒸汽迅速进行膨胀过程，推动空气层与水体从上向下流动，从进出水口203高速喷出。

启动后，反复进行进水过程和喷水过程。

本发明的喷水方法的进水和喷水过程中，水流方向相反，这与人类和动物的喝水和吐水过程类似，故称作吞吐喷水方法。目前，在用的船舶喷水推进器中，水流是沿着管道单向流动的。

图2给出了本发明船舶吞吐喷水推进装置实施例的总体组成图。

本发明船舶吞吐喷水推进装置实施例的总体组成的主要设备是蒸汽锅炉、蒸汽喷水器、蒸汽喷水控制器、喷水推进器。此外，辅助设备有给水箱、给水泵、空气管、空气阀、蒸汽管、蒸汽阀等。

基本的工作过程是：

给水箱3通过给水泵11向蒸汽锅炉4供水，在蒸汽锅炉4中，燃料燃烧对锅炉水管加热，生产高压高温蒸汽；

在蒸汽喷水控制器102的控制下，第一个蒸汽喷水器100或第二个蒸汽喷水器101内的蒸汽轮流接触进水口处的船外水，蒸汽溶解于水，使船外水轮流通过进水口进入第一个蒸汽喷水器100或第二个蒸汽喷水器101；

在蒸汽喷水控制器102的控制下，打开空气阀，通过空气管109，轮流向第一个蒸汽喷水器100或第二个蒸汽喷水器101内的水体表面上注入少量空气，在蒸汽喷水器内的水体上表面形成一个薄空气层；

在蒸汽喷水控制器102的控制下，打开蒸汽阀，高压高温蒸汽通过蒸汽管110，轮流进入第一个蒸汽喷水器100或第二个蒸汽喷水器101，蒸汽膨胀做功，对蒸汽喷水器内的水体加压，第一个蒸汽喷水器100或第二个蒸汽喷水器101轮流通过出口输出高压水；

高压水通过管路，进入船舶尾部的喷水推进器300或舷侧的可旋转喷水推进器，形成高速射流喷出，利用水射流的反作用力推动船舶前进，或使船舶刹车、倒车、转向。

图3给出了本发明船舶吞吐喷水推进装置实施例的蒸汽锅炉的结构图。

本发明船舶吞吐喷水推进装置实施例的蒸汽锅炉4，向蒸汽喷水器供应做功用的蒸汽。所述蒸汽锅炉4包括：省煤器、汽包、燃烧器、炉膛、受热管、过热器和蒸汽管，受热管包括对流管和水冷壁。

蒸汽锅炉4的给水泵11，通过省煤器16连接汽包14，向蒸汽锅炉提供给水。燃烧器10向锅炉炉膛93内喷进燃料并燃烧，燃烧火焰对受热管73加热，受热管73包括对流管和水冷壁。蒸汽锅炉4的受热管73中的水，被加热产生蒸汽，汇入到汽包14。汽包14输出的饱和蒸汽进入过热器91，从过热器91出口得到的过热蒸汽经过蒸汽管92输出。

现通过举例，具体说明蒸汽锅炉参数如何与吞吐喷水推进器的功率相匹配。

利用本发明，在某一个船舶上，建造吞吐喷水推进装置，用于船后的喷水推进器，推动船舶前进；或用于船舶舷侧的可旋转喷水推进器，在船体左右两侧舷外对称设置，可以使船舶刹车、倒车或转向。

吞吐喷水推进装置的功率为200kW。蒸汽锅炉生产过热蒸汽，过热蒸汽的压力为2MPa，温度为500℃，焓值为3466kJ/kg。蒸汽做功时，绝热膨胀到0.1MPa压力。每千克蒸汽可逆绝热焓降为761kJ，绝热膨胀效率为90％，每千克蒸汽实际做功685kJ。

前已说明，本发明吞吐喷水推进装置的基本能量转换环节，是在蒸汽喷水器内，蒸汽膨胀做功推动水，水喷射的反作用力推动船舶。因此，实质上，船舶吞吐喷水推进装置是依靠蒸汽做功。

吞吐喷水推进装置的推进功率为200kW，蒸汽喷水器效率为85％，喷水推进器效率为90％，则蒸汽喷水器的输入功率N应为

N＝200/(0.85*0.90)＝261(kW)

吞吐喷水推进装置每秒钟做功的蒸汽量m为

m＝261/685＝0.381(kg)

吞吐喷水推进装置每小时做功的蒸汽总量M为

M＝0.381*3600＝1372(kg)

建造功率为200kW的船舶吞吐喷水推进装置，蒸汽锅炉的额定容量设定为每小时生产1.4吨过热蒸汽，过热蒸汽压力为2MPa，温度为500℃。

图4给出了本发明船舶吞吐喷水推进装置实施例的蒸汽喷水装置组成图。

蒸汽喷水装置由三部分组成：第一个蒸汽喷水器100、第二个蒸汽喷水器101、蒸汽喷水控制器102。

第一个蒸汽喷水器100的本体是由一个水平管的一端和一个竖管垂直相接构成。水平管的另一端是出水口117，水平管上有出水阀116。竖管上有进水阀111，竖管下端开口是进水口113。竖管上头的端板外接两个管，一个是空气管109，其上有空气阀，另一个蒸汽管110，其上有蒸汽阀。

第二个蒸汽喷水器101与第一个蒸汽喷水器100的结构完全相同，是两个具有同样功能的能量转换器件。第二个蒸汽喷水器101与第一个蒸汽喷水器100在出水口117之前相连通，即，两个蒸汽喷水器有一个共同的出水口117。

蒸汽喷水控制器102用来控制第一个蒸汽喷水器100与第二个蒸汽喷水器101。蒸汽喷水控制器102的输出信号，分别控制第一个蒸汽喷水器100与第二个蒸汽喷水器101的蒸汽阀、空气阀、进水阀和出水阀等电磁阀的开闭时序。

第一个蒸汽喷水器100与第二个蒸汽喷水器101被固定在船舶机舱地板上，两个蒸汽喷水器彼此平行，并与水面垂直。进水口113穿过船舱底板，浸入到船下水中。进水阀111及水平管的垂直位置可以低于船外的水面；如果高于船外水面，不宜高过1m，否则，可能影响蒸汽喷水器的进水过程。

图5给出了本发明船舶吞吐喷水推进装置实施例的蒸汽喷水器的结构图。

本图中的5-1图的说明如下：

本发明船舶吞吐喷水推进装置实施例中，吞吐喷水推进装置有两个蒸汽喷水器，现针对这两个蒸汽喷水器，具体说明蒸汽喷水器的结构。

第一个蒸汽喷水器100的本体由一个竖管和一个水平管构成，水平管的一头与竖管垂直相接，水平管的另一头是出水口117，水平管上有出水阀116。竖管上，靠近下端有进水阀111，竖管的下端口是进水口113，进水口113穿过船舱底板，浸入到船下水中。竖管上端板外接出两个管，一个是空气管109，另一个蒸汽管110。空气管109上设有空气阀43；蒸汽管110与蒸汽锅炉连通，该管上设有蒸汽阀41。

竖管上的进水阀111，其上缘贴近水平管与竖管的垂直接口，进水阀111将竖管上下分成两部分：竖管的端板115到进水阀111，称作竖管上段；从进水阀111到进水口113，称作竖管下段。

第二个蒸汽喷水器101与第一个蒸汽喷水器100的结构完全相同，蒸汽喷水器是成对设置的，对应一个喷水推进器，有两个相同的蒸汽喷水器轮流供水喷射。第一个蒸汽喷水器100与第二个蒸汽喷水器101被固定在船舱中，两个蒸汽喷水器彼此平行，并与水面垂直。两个蒸汽喷水器在出水口117之前相连通，它俩共用一个出水口117。

从竖管的端板115到进水阀111，即竖管上段，是蒸汽喷水器的进水管道兼贮水空间。在此管道中，设有击水器47。空气阀、蒸汽阀、进水阀、出水阀都是电磁阀，都有全开和全闭两个状态，都受蒸汽喷水控制器102控制。当出水阀处于全开状态时，阀孔内通流面积与阀孔前后管道通流面积相等。

蒸汽喷水器水平管的内径不能过细，以免影响出水时间；水平管的长度不要过长，由现场情况决定。蒸汽喷水器竖管上段的内径及长度，是蒸汽喷水器的关键结构尺寸，它与蒸汽喷水器的贮水容积有关，需要根据蒸汽喷水器的输出功率和蒸汽参数来计算。

下面说明：蒸汽喷水器的关键结构尺寸如何由其输出功率和蒸汽参数来决定。

如前所述，利用本发明建造某一船舶的吞吐喷水推进装置，吞吐喷水推进装置的功率为200kW。蒸汽锅炉生产过热蒸汽，压力为2MPa，温度为500℃，绝热膨胀到0.1MPa压力。

前面已经计算得出：每千克蒸汽实际做功685kJ，吞吐喷水推进装置每秒钟做功的蒸汽量m为0.381kg。

蒸汽喷水器的喷水过程和上水过程是交替的，设定喷水过程为3秒，一个喷水过程需要的蒸汽量a为

a＝0.381*3＝1.143(kg)

这就是一个吞吐喷水推进装置3秒钟消耗的蒸汽量。

由查表得知，压力为2MPa，温度为500℃的过热蒸汽的比容v1是0.176m³/kg，一个3秒钟的喷水过程需要的蒸汽量a的体积b为

b＝0.176*1.143＝0.201(m³)

这就是吞吐喷水推进装置3秒钟消耗的蒸汽的体积，其压力为2MPa，温度为500℃。

当压力为2MPa，温度为500℃的过热蒸汽，可逆绝热膨胀到0.1MPa压力，此时的比容v2为1.8m³/kg，膨胀比为

v2/v1＝1.8/0.176＝10.2

吞吐喷水推进装置的蒸汽喷水器，喷水3秒钟消耗的蒸汽量，绝热膨胀到0.1MPa压力的体积c为

c＝b*10.2＝0.201*10.2＝2.05(m³)

这也是蒸汽喷水器喷水3秒钟累计的喷水体积。

从竖管的端板115到进水阀111，即竖管上段，是贮水有效容积。吞吐喷水推进装置的蒸汽喷水器，3秒钟喷水过程的喷水体积2.05m³。在蒸汽喷水器的竖管上段贮水有效容积内，需要容纳3秒钟的喷水体积。为此，确定采用蒸汽喷水器的竖管的内径为0.8m，竖管上段长度为4.2m。

船舶吞吐喷水推进装置中，需用两个蒸汽喷水器，轮流出水喷射。

吞吐喷水推进装置的两个蒸汽喷水器的结构完全相同，两个蒸汽喷水器的各个阀门开闭时序，由蒸汽喷水控制器102进行控制。两个蒸汽喷水器有一个共同的出水口117，轮流交替喷水3秒钟。蒸汽喷水器的上水过程非常迅速，其所用上水时间不到3秒钟。

本图中的5-2图的说明如下：

击水器47由固定杆112及其上垂直固定的多个击水盘114构成。击水盘114是带孔圆盘，圆盘上均匀分布直径为30～50mm的通孔，通孔总面积占圆盘表面积的三分之一。圆盘外径等于蒸汽喷水器竖管内径的三分之一，圆盘沿固定杆112上下均匀设置，圆盘间距等于蒸汽喷水器竖管内径。固定杆112在蒸汽喷水器竖管上段中心线上固定，其长度从进水阀111，一直到端板115。固定杆112从击水器47的全部圆盘中心穿过，并相固定。

图6给出了本发明船舶吞吐喷水推进装置实施例的蒸汽喷水器的工作原理示意图。

第一个蒸汽喷水器100的工作原理可分解为四个过程来说明，对应地用6-1、6-2、6-3、6-4等四个图来表示。

6-1图表示的是启动第一过程，关闭出水阀116，打开进水阀111，再打开蒸汽阀41，向蒸汽喷水器内注入高温高压蒸汽，吹扫蒸汽喷水器竖管内的积水和漏入的空气，通过进水阀111，从蒸汽喷水器的进水口113排出。然后，关闭蒸汽阀41和进水阀111。在进水口113处，进水口113内的高温蒸汽迅速溶入进水口113下边的常温水，进水口113下边的水向进水口113内涌入，很快就占据了从进水口113到进水阀111的管内空间。

6-2图表示的是启动第二过程，打开出水阀116，打开蒸汽阀41，向蒸汽喷水器内注入高温高压蒸汽，吹扫蒸汽喷水器水平管内的积水和漏入的空气，从出水口116排出。然后关闭出水阀116，关闭蒸汽阀41。

6-3图表示的是蒸汽喷水器做功两冲程的进水冲程：蒸汽管110上蒸汽阀41在关闭状态，打开空气阀43，同时打开进水阀111。通过空气阀43，空气管109向蒸汽喷水器内注入定量空气后，关闭空气阀43。进水阀111下面是常温水，进水阀111内部是高温蒸汽，蒸汽溶于水，蒸汽喷水器内蒸汽压力下降，水迅速涌入进水阀111。由于蒸汽与水的循环互动，很快引发蒸汽水击，蒸汽阀111外的水迅速冲进蒸汽喷水器；蒸汽喷水器竖管内设置的击水器，与进水相撞击，加强了蒸汽水击过程，从进水阀111涌进来的水，几乎瞬间就占据了竖管内的全部空间，然后关闭进水阀111。先前通过空气阀进入蒸汽喷水器内的少量空气，在竖管的端板内表面和涌进来的水体之间，形成一个薄空气层。

6-4图表示的是蒸汽喷水器做功两冲程的做功冲程：打开出水阀116，同时打开蒸汽阀41。通过蒸汽阀41，向蒸汽喷水器内注入定量高温高压蒸汽后，关闭蒸汽阀41。由于空气层的阻碍作用，仅有极少量高温高压蒸汽溶入竖管内的常温水。高温高压蒸汽的进汽和膨胀过程做功，推动空气层和竖管内的常温水体加压、加速流动，通过出水阀116，冲过出水口117。当流动水体全部从出水口117流出时，关闭出水阀116。

启动后的第一个蒸汽喷水器100反复进行两冲程循环，即进水冲程和做功冲程。

第二个蒸汽喷水器101的工作原理与第一个蒸汽喷水器100的工作原理完全相同，但是，两者在工作的时间相位上相差180度。即当第一个蒸汽喷水器100从进水口进水时，第二个蒸汽喷水器101从出水口向外喷水，而当第二个蒸汽喷水器101从进水口进水时，第一个蒸汽喷水器100从出水口向外喷水。正是由于两个蒸汽喷水器的连续交替喷水，确保两者共同的出水口107不间断地向外喷水。两个蒸汽喷水器这种精确地配合喷水动作，是由蒸汽喷水控制器来控制完成的。

本发明船舶吞吐喷水推进装置实施例的蒸汽喷水器的进水阀、出水阀、蒸汽阀、空气阀等阀门都是依靠电磁力动作的电磁阀，通电时开启，断电时关闭。启动的第一过程和第二过程是利用手动电开关控制阀门进行的；进入循环做功时，两个蒸汽喷水器各有两冲程循环的启停时序及其配合是由蒸汽喷水控制器自动控制相关阀门来完成的。

图7给出了本发明船舶吞吐喷水推进装置实施例的蒸汽喷水控制器电路图。

这是利用一个四级时序定时器，按顺序驱动四个磁力电开关，控制两个(分别称作第一个和第二个)蒸汽喷水器的八个电磁阀的电路。采用四个555集成电路，产生四个顺序脉冲，第四个555集成电路的输出端接到第一个555集成电路的触发端，实现非稳态工作。

第一个555集成电路120，为了能可靠复位，防止干扰的影响，其复位端(管脚4)和电源端(管脚8)都直接与V+电源相接。集成电路120的接地端(管脚1)接地，控制端125(管脚5)通过一个电容接地，防止干扰信号影响脉冲的脉宽。其触发端122(管脚2)的触发信号，来自第四个555集成电路150的输出信号，经由电阻121和电容124所组成的微分电路产生的触发脉冲，脉宽约1微秒，下跳沿起作用。当触发端122(管脚2)被触发，且脉冲电压低于V+/3时，内部触发比较器翻转，输出端(管脚3)输出高电平。放电端127(管脚7)内部开路，电源V+开始通过定时电阻128向定时电容129充电。定时电容129上充电到2V+/3时，阈值端126(管脚6)内部的阈值比较器翻转，定时电容129迅速放电到地电位，输出端回到低电平。定时时间约为1.1*定时电阻*定时电容。定时电阻128为1兆欧姆，定时电容129为1微法拉，定时时间约为1秒。其输出端123的输出信号通过电阻162接到电流放大管160的基极，这是一个3DK4管，它的集电极回路中，有一个磁力电开关161，控制第一个蒸汽喷水器100的空气阀，进空气1秒钟；同时控制第二个蒸汽喷水器101的蒸汽阀，进蒸汽1秒钟。

第二个555集成电路130，其触发端132(管脚2)的触发信号，来自第一个555集成电路120的输出信号，经由电阻和电容所组成的微分电路产生的触发脉冲。定时时间取2秒。

第一个555集成电路120的输出端123和第二个555集成电路130的输出端133分别通过整流管后，合并连接到电阻167的一端，而电阻167的另一端接到电流放大管165的基极，这是一个3DK4管，它的集电极回路中，有一个磁力电开关162，用于同时控制第一个蒸汽喷水器100的进水阀和第二个蒸汽喷水器101的出水阀，其定时时间等于第一和第二两个集成电路定时时间之和，即为3秒。也就是第一个蒸汽喷水器100通过进水阀，进水3秒钟；同时，第二个蒸汽喷水器101通过出水阀，向外出水3秒钟。

第三个555集成电路140，其触发端142(管脚2)的触发信号，来自第二个555集成电路130的输出信号，经由电阻和电容所组成的微分电路产生的触发脉冲。定时时间取1秒。其输出端143的输出信号通过电阻177接到电流放大管175的基极，这是一个3DK4管，它的集电极回路中，有一个磁力电开关172控制第一个蒸汽喷水器100的蒸汽阀，进蒸汽1秒钟；同时，控制第二个蒸汽喷水器101的空气阀，进空气1秒钟。

第四个555集成电路150，其触发端152(管脚2)的触发信号，来自第三个555集成电路140的输出信号，经由电阻和电容所组成的微分电路产生的触发脉冲。定时时间取2秒。

第三个555集成电路140的输出端143和第四个555集成电路150的输出端153分别通过整流管后，合并连接到电阻182的一端，而电阻182的另一端接到电流放大管180的基极，这是一个3DK4管，它的集电极回路中，有一个磁力电开关181，用于同时控制第一个蒸汽喷水器100的出水阀和第二个蒸汽喷水器101的进水阀，其定时时间等于第三和第四两个集成电路定时时间之和，即为3秒。也就是第一个蒸汽喷水器100通过出水阀出水3秒钟；同时，第二个蒸汽喷水器101通过进水阀进水3秒钟。

图8给出了本发明船舶吞吐喷水推进装置实施例的喷水推进器的结构图。

本图中的8-1图说明如下：

本发明船舶吞吐喷水推进装置实施例的喷水推进器，就是一个可调流量的渐缩形喷管。喷水推进器300的渐缩形的壳体301上的入口处，有入口法兰302，它与船舶的蒸汽喷水器向船后输出的高压水的出水管相连。喷水推进器300的壳体301上的出口处，连接的是喷口306，喷口306是一小段细管。壳体301内部有一个限制流量的流线形针阀303，针阀303的位置由蜗轮蜗杆304调节，蜗轮蜗杆304是由执行电机305进行调节，执行电机305由船舶驾驶人员控制。通过移动针阀303，增大或缩小喷水推进器的喷口306的流通面积，可以调节推力。喷水推进器300是用于船后的喷水推进器。

本图中的8-2图说明如下：

本发明船舶吞吐喷水推进装置实施例的喷水推进器有两种，除了上述船后的喷水推进器，还有舷侧的可旋转喷水推进器310。

在船体左右舷壁上，对称地设有向外水平伸出的高压出水管，高压出水管的出水口连接舷侧的可旋转喷水推进器310。舷侧的可旋转喷水推进器310与船后的喷水推进器300内部出水结构是一样的，舷侧的带有弯头311的可旋转喷水推进器310，在船舶驾驶人员控制下，可以通过转动活接312，改变喷水口的方向，向前或向后喷水。舷侧的可旋转喷水推进器在船体左右两侧舷外对称设置，可以使船舶刹车、倒车或转向。

图9给出了本发明船舶吞吐喷水推进装置实施例在船舶中的布置方案。

本发明船舶吞吐喷水推进装置实施例在船舶中的布置方案中，包括：蒸汽锅炉4、给水箱3、第一个蒸汽喷水器100、第二个蒸汽喷水器101、蒸汽喷水控制器102、喷水推进器300、可旋转喷水推进器。

给水箱3向蒸汽锅炉4供水，蒸汽锅炉4生产的高温高压蒸汽，在蒸汽喷水控制器102的控制下，轮流通过管道进入第一个蒸汽喷水器100或第二个蒸汽喷水器101，并膨胀做功。船下水通过船底进水口，进入到第一个蒸汽喷水器100和第二个蒸汽喷水器101后，被高温高压蒸汽加压和推动，产生的高压水流向喷水推进器，喷水推进器是可调流量的渐缩喷管。

船后的喷水推进器300的入口，接在船后的高压出水管320上，高压水经过喷水推进器300，在其出口形成高速射流水，向船后喷出，利用射流水的反作用力推动船舶前进。在船体左右舷壁的外侧，还对称地设有可旋转喷水推进器，可以通过改变喷水口的方向，使船舶刹车、倒车或转向。

Claims (10)

1、一种吞吐喷水方法，该方法由下列步骤组成：(1)启动清理：通过蒸汽管向喷水管内注入蒸汽，蒸汽在喷水管内从上向下流动，推动喷水管内的残存气体和积水，通过进出水口排除；(2)进水过程：停止注蒸汽，在喷水管进出水口处，蒸汽溶解于水，水向喷水管内涌入，激发蒸汽水击，进出水口外边的水，迅速冲进并向上充满喷水管，在进水过程中，喷水管内为负压，有少量空气通过单向阀，流入喷水管内，在管内水体与喷水管上端板间形成薄空气层；(3)喷水过程：通过蒸汽管向喷水管内注入高温高压蒸汽，由于空气层的隔离作用，仅有极少量蒸汽溶入水中，高温高压蒸汽迅速进行膨胀过程，推动空气层与水体从上向下流动，从进出水口高速喷出，该方法的特征在于：进水过程和喷水过程的水流方向是相反的。

2、一种船舶吞吐喷水推进装置，它主要包括蒸汽锅炉、主机系统、喷水推进器等三部分，蒸汽锅炉生产的高温高压蒸汽，进入主机系统做功，船下水进入主机系统被加压后，进入喷水推进器，在喷水推进器出口形成高速射流，向船后喷出，利用喷水的反作用力推进船舶，其特征在于：所述主机系统由蒸汽喷水器和蒸汽喷水控制器组成。

3、按照权利要求1所述的一种吞吐喷水方法，其特征在于：蒸汽膨胀直接推动喷水过程。

4、按照权利要求1所述的一种吞吐喷水方法，其特征在于：蒸汽溶于水以及激发的蒸汽水击，促成进水过程。

5、按照权利要求1所述的一种吞吐喷水方法，其特征在于：空气参与喷水过程。

6、按照权利要求2所述的一种船舶吞吐喷水推进装置，其特征在于：

所述蒸汽锅炉包括：省煤器、汽包、燃烧器、炉膛、受热管、过热器、蒸汽管，受热管包括对流管和水冷壁；

蒸汽锅炉向蒸汽喷水器供应蒸汽，蒸汽锅炉的给水泵，通过省煤器连接汽包，向蒸汽锅炉提供给水，燃烧器向锅炉炉膛内喷进燃料并燃烧，燃烧火焰对受热管加热，受热管包括对流管和水冷壁，蒸汽锅炉的受热管中的水，被加热产生蒸汽，汇入到汽包，汽包输出的饱和蒸汽进入过热器，从过热器出口得到的过热蒸汽经过蒸汽管输出。

7、按照权利要求2所述的一种船舶吞吐喷水推进装置，其特征在于：

所述蒸汽喷水器的本体由一个竖管和一个水平管构成，水平管的一头与竖管垂直相接，水平管的另一头是出水口，水平管上有出水阀，竖管上，靠近下端有进水阀，竖管的下端口是进水口，进水口穿过船舱底板，浸入到船下水中，竖管上端板外接出两个管，一个是空气管，另一个蒸汽管，空气管上设有空气阀，蒸汽管与蒸汽锅炉连通，该管上设有蒸汽阀，空气阀、蒸汽阀、进水阀、出水阀都是电磁阀，都受蒸汽喷水控制器控制；

竖管上的进水阀，其上缘贴近水平管与竖管的垂直接口，进水阀将竖管上下分成两部分：竖管的端板到进水阀，称作竖管上段，从进水阀到进水口，称作竖管下段；

蒸汽喷水器是成对设置的，对应一个喷水推进器，有两个相同的蒸汽喷水器轮流供水，蒸汽喷水器被固定在船舱中，两个蒸汽喷水器彼此平行，并与水面垂直，两个蒸汽喷水器在出水口之前相连通，共用一个出水口；

竖管上段是蒸汽喷水器的进水管道兼贮水空间，其中，设有击水器，击水器由固定杆及其上垂直固定的多个击水盘构成，击水盘是带孔圆盘，圆盘上均匀分布直径为30～50mm的通孔，通孔总面积占圆盘表面积的三分之一，圆盘外径等于蒸汽喷水器竖管内径的三分之一，圆盘沿固定杆上下均匀设置，圆盘间距等于蒸汽喷水器竖管内径，固定杆在蒸汽喷水器竖管上段中心线上固定，其长度从进水阀一直到端板，固定杆从击水器的全部圆盘中心穿过，并相固定；

竖管下段长度约为1.0m～1.5m，竖管内的进水阀距离循环水箱的水面的高度约为0.5m。

8、按照权利要求2所述的一种船舶吞吐喷水推进装置，其特征在于：

所述蒸汽喷水控制器是利用一个四级时序定时器，按顺序驱动四个磁力电开关，控制两个蒸汽喷水器的八个电磁阀的电路，采用四个555集成电路，产生四个顺序脉冲，第四个集成电路的输出端接到第一个集成电路的触发端，实现非稳态工作；

第一个集成电路，其复位端和电源端都直接与V+电源相接。接地端接地，控制端通过一个电容接地，触发端的触发信号，来自第四个集成电路的输出信号，定时时间约为1.1*定时电阻*定时电容，定时电阻为1兆欧姆，定时电容为1微法拉，定时约为1秒，其输出端通过电阻接到电流放大管的基极，这是一个3DK4管，它的集电极回路中，有一个磁力电开关，控制第一个蒸汽喷水器的空气阀，进空气1秒钟，同时控制第二个蒸汽喷水器的蒸汽阀，进蒸汽1秒钟；

第二个集成电路触发端的触发信号，来自第一个集成电路的输出信号，定时时间取2秒；

第一个集成电路的输出端和第二个集成电路的输出端，分别通过整流管后，合并连接到电阻的一端，而电阻的另一端接到电流放大管的基极，这是一个3DK4管，它的集电极回路中，有一个磁力电开关，用于同时控制第一个蒸汽喷水器的进水阀和第二个蒸汽喷水器的出水阀，其定时时间等于第一和第二两个集成电路定时时间之和，即为3秒，第一个蒸汽喷水器通过进水阀，进水3秒钟，同时，第二个蒸汽喷水器通过出水阀，向外喷水3秒钟；

第三个集成电路触发端的触发信号，来自第二个集成电路的输出信号，定时为1秒，其输出端的输出信号通过电阻接到电流放大管的基极，这是一个3DK4管，它的集电极回路中，有一个磁力电开关控制第一个蒸汽喷水器的蒸汽阀，进蒸汽1秒钟，同时，控制第二个蒸汽喷水器的空气阀，进空气1秒钟；

第四个集成电路触发端的触发信号，来自第三个集成电路的输出信号，定时时间为2秒；

第三个集成电路的输出端和第四个集成电路的输出端分别通过整流管后，合并连接到电阻的一端，而电阻的另一端接到电流放大管的基极，这是一个3DK4管，它的集电极回路中，有一个磁力电开关，用于同时控制第一个蒸汽喷水器的出水阀和第二个蒸汽喷水器的进水阀，其定时时间等于第三和第四两个集成电路定时时间之和，即为3秒，第一个蒸汽喷水器通过出水阀出水3秒钟，同时，第二个蒸汽喷水器通过进水阀进水3秒钟。

9、按照权利要求2所述的一种船舶吞吐喷水推进装置，其特征在于：

所述喷水推进器由壳体、入口法兰、喷口、针阀、蜗轮蜗杆和执行电机组成，渐缩形的壳体的入口处，有入口法兰，它与蒸汽喷水器输出的高压水管相连，壳体的出口处连接喷口，喷口是一小段细管，壳体内部有一个流线形的针阀，针阀的位置由蜗轮蜗杆调节，蜗轮蜗杆由执行电机进行调节，执行电机由船舶驾驶人员控制，通过移动针阀，增大或缩小喷水推进器的喷口的流通面积。

10、按照权利要求2所述的一种船舶吞吐喷水推进装置，其特征在于：

所述喷水推进器有两种：船后的喷水推进器和舷侧的可旋转喷水推进器；

船后的喷水推进器的入口，接在船后的高压出水管上，高压水经过喷水推进器，在其出口形成高速射流水，向船后喷出，利用射流水的反作用力推动船舶前进；

在船体左右舷壁上，对称地向外设有水平的高压出水管，高压出水管的出水口连接舷侧的可旋转喷水推进器，舷侧的可旋转喷水推进器与船后的喷水推进器内部出水结构是一样的，只是舷侧的带有弯头的可旋转喷水推进器，在船舶驾驶人员控制下，通过转动活接，可转动喷水口的方向，向前或向后喷水，舷侧的可旋转喷水推进器在船体左右两侧舷外对称设置，可以使船舶刹车、倒车或转向。

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