CN106985991A - 一种船用呼吸式动力装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种船用呼吸式推进装置，其包括燃烧室(7)，所述燃烧室(7)具有第一换气阀(1)、第二换气阀(2)、喷嘴(5)和火花塞(6)，所述燃烧室(7)的底部开设有气孔；储水室(8)，其通过所述气孔与所述燃烧室(7)流体导通连接；隔水浮子(10)，其通过浮子支架(11)限定在所述储水室(8)的内顶部，并且能可移动式密封住所述气孔；导向管(9)，与所述储水室(8)的底部成倒T型连接并与所述储水室(8)流体导通，所述导向管(9)具有前开口段和后开口段，其中前开口段内设有单向进水阀(3)。本发明结构简单，能更充分的利用燃料，大大提高了燃料利用率，推力持续性好。
Description
技术领域
本发明属于船只应用技术领域，特别涉及一种船用呼吸式动力装置。
背景技术
船舶的航行需要动力，常用的动力装置是以明轮、螺旋桨及喷水方式实现的。明轮与螺旋桨是直接以旋转方式向后推水来驱动，明轮方式因一部分推力耗费在上下方向上而导致前后方向上推进效率低下，螺旋桨相比明轮有所改进，但螺旋桨转速过高时会在桨叶附近产生空泡效应，此时螺旋桨相当于先推动气体再推动水，这也导致推进效率下降。而现有的喷水方式，往往也是以传统的旋转动力驱动水泵实现的，这些过程中不可避免地存在动力损失的环节，效率不高。
以点燃燃料与空气的混合气，气体膨胀做功的方式，是人类将化学能转化为机械能的主要手段，传统的船用动力装置如活塞式发动机或燃气轮机，是利用膨胀气体做功转化成旋转动力，驱动推进器；或者使用燃料发电(活塞式发动机，燃气轮机结合发电机和自由活塞式发电机)，驱动电动机推进。而直接使用膨胀气体做功，将水喷出，产生推力，是效率最高的一种方式，本装置意在实现这种方式。同时，利用了工作过程中产生的压差，实现从前部吸水，获得拉力，更高效地利用了燃气能量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种船用呼吸式动力装置，可以提高燃料做功效率的一种新型动力装置。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
本发明的第一方面涉及一种船用呼吸式推进装置，包括以下部件：
燃烧室7，所述燃烧室7具有第一换气阀1、第二换气阀2、喷嘴5和火花塞6，所述燃烧室7的底部开设有气孔；
储水室8，其通过所述气孔与所述燃烧室7流体导通连接；
隔水浮子10，其通过浮子支架11限定在所述储水室8的内顶部，并且能可移动式密封住所述气孔；
导向管9，与所述储水室8的底部成倒T型连接并与所述储水室8流体导通，所述导向管9具有前开口段和后开口段，其中前开口段内设有单向进水阀3。
本发明的第一方面的优选的实施方案中，所述前开口的截面积大于后开口的截面积。
本发明的第一方面的优选的实施方案中，所述导向管9的后开口段与水平面成一定角度，形成翘尾端。这样做的好处是将进入导向管9内的气体从该翘尾端排出。
本发明的第一方面的优选的实施方案中，后开口段内设有单向排水阀4。
本发明的第二方面涉及一种船用呼吸式推进装置的操作方法，该船用呼吸式推进装置在所述后开口段设有单向排水阀4，包括以下呼吸循环操作步骤：
A、将所述燃烧室7内充满新鲜空气，关闭所述燃烧室7的所述第一换气阀1和所述第二换气阀2，打开所述喷嘴5将燃油雾化喷入所述燃烧室7，由所述火花塞6点燃，燃烧室内的气体膨胀增压，由于气体压力大于气水界面处对应的外部水压，故增压气体通过气孔将所述隔水浮子10下压导致气孔打开，增压气体进入所述储水室8并压迫储水室8内的水下行到导向管9中，并导致所述单向进水阀3关闭，所述单向排水阀4打开，所述导向管9和所述储水室8内的水只能通过所述单向排水阀4向后喷出，产生推力，推动所述船用呼吸式推进装置前进，此为“呼”的过程；然后，
B、打开所述第一换气阀1和所述第二换气阀2，所述燃烧室7内废气排出，压力迅速与外界大气压平衡并且外部新鲜空气进入燃烧室，所述储水室8内的气水界面处压力小于同深度的外部水压，外部水压将所述单向排水阀4关闭并将所述单向进水阀3打开，水只能从所述单向进水阀3吸入，产生拉力，拉动所述船用呼吸式推进装置前进，此为“吸”的过程，该过程中所述储水室8内气水界面升高直至所述隔水浮子11上浮堵住所述气孔，封闭燃烧室，然后进入新的呼吸循环。
本发明的第二方面的优选的实施方案中，步骤A的“呼”的过程的结束时机为以下二者之一：
燃烧室内气体膨胀到极限；或者，
燃烧室内气体未膨胀到极限。
本发明的第二方面的一种优选的实施方案中，步骤A的“呼”的过程中，通过精确设计燃烧室和储水室容积，并控制燃料供给，使燃烧室内气体膨胀到极限时，气体还未进入导向管，此时结束“呼”的过程；此种过程可达到最优热效率。
本发明的第二方面的另一种优选的实施方案中，步骤A的“呼”的过程中，通过加大燃料供给，燃烧室内气体膨胀更剧烈，燃烧室内气体未膨胀到极限，但即将进入导向管，通过控制打开排气阀，结束“呼”的过程。此种过程由于未能使气体膨胀到极限，故牺牲一定的能量，但可获得较大推力。
本发明的第三方面涉及一种船用呼吸式推进装置的操作方法，该船用呼吸式推进装置的所述前开口的截面积大于后开口的截面积，包括以下呼吸循环操作步骤：
A、将所述燃烧室7内充满新鲜空气，关闭所述燃烧室7的所述第一换气阀(1)和所述第二换气阀2，打开所述喷嘴5将燃油雾化喷入所述燃烧室7，由所述火花塞6点燃，燃烧室内的气体膨胀增压，由于气体压力大于气水界面处对应的外部水压，故增压气体通过气孔将所述隔水浮子10下压导致气孔打开，增压气体进入所述储水室8并压迫储水室8内的水下行到导向管9中，并导致所述单向进水阀3关闭，所述导向管9和所述储水室8内的水只能通过所述后开口段向后喷出，产生推力，推动所述船用呼吸式推进装置前进，此为“呼”的过程；然后，
B、打开所述第一换气阀1和所述第二换气阀2，所述燃烧室7内废气排出，压力迅速与外界大气压平衡并且外部新鲜空气进入燃烧室，所述储水室8内的气水界面处压力小于同深度的外部水压，外部水压将所述单向进水阀3打开且同时从所述单向进水阀3和所述后开口段吸入，由于前开口的截面积大于后开口的截面积，外部水压强乘以前后开口截面积之差则产生向前的拉力，拉动所述船用呼吸式推进装置前进，此为“吸”的过程，该过程中所述储水室8内气水界面升高直至所述隔水浮子11上浮堵住所述气孔，封闭燃烧室，然后进入新的呼吸循环。
本发明的第三方面的优选的实施方案中，步骤A的“呼”的过程的结束时机为以下二者之一：
燃烧室内气体膨胀到极限；或者，
燃烧室内气体未膨胀到极限。
本发明有益效果：
本装置采用燃气膨胀直接推动喷水，没有各种能量转换环节带来的损失，同时排气时从前方吸水，也能产生拉力，更有效地利用能量，“呼”“吸”过程都能向前做功，在需要大推力的时候，可在燃烧室内气体未膨胀到极限时就启动排气过程，通过适当牺牲效率来换取大功率。同时，由于喷水推进没有空泡效应等影响推进效率的麻烦，有望成为新一代节能高效，可适应高速航行的推进装置。
附图说明
图1是本装置第一种结构示意图；
图2是本装置第一种结构换气状态；
图3是本装置第一种结构点火状态；
图4是本装置第一种结构做功—喷水(呼)过程；
图5是本装置第一种结构换气--吸水(吸)过程；
图6是本装置第二种结构示意图；
图7是本装置第二种结构换气状态；
图8是本装置第二种结构点火状态；
图9是本装置第二种结构做功—喷水(呼)过程；
图10是本装置第二种结构换气--吸水(吸)过程。
图中：1-第一换气阀，2-第二换气阀，3-单向进水阀，4-单向排水阀，5-喷嘴，6-火花塞，7-燃烧室，8-储水室，9-导向管，10-隔水浮子，11-浮子支架。
具体实施方式
以下实施例旨在说明本发明的内容，而不是对本发明保护范围的进一步限定。
实施例1
一种船用呼吸式推进装置，包括以下部件：
燃烧室7，所述燃烧室7具有第一换气阀1、第二换气阀2、喷嘴5和火花塞6，所述燃烧室7的底部开设有气孔；
储水室8，其通过所述气孔与所述燃烧室7流体导通连接；
隔水浮子10，其通过浮子支架11限定在所述储水室8的内顶部，并且能可移动式密封住所述气孔；
导向管9，与所述储水室8的底部成倒T型连接并与所述储水室8流体导通，所述导向管9具有前开口段和后开口段，其中前开口段内设有单向进水阀3。
本实施例中，后开口段内设有单向排水阀4。
该船用呼吸式推进装置的操作方法，包括以下呼吸循环操作步骤：
A、将所述燃烧室7内充满新鲜空气，关闭所述燃烧室7的所述第一换气阀1和所述第二换气阀2，打开所述喷嘴5将燃油雾化喷入所述燃烧室7，由所述火花塞6点燃，燃烧室内的气体膨胀增压，由于气体压力大于气水界面处对应的外部水压，故增压气体通过气孔将所述隔水浮子10下压导致气孔打开，增压气体进入所述储水室8并压迫储水室8内的水下行到导向管9中，并导致所述单向进水阀3关闭，所述单向排水阀4打开，所述导向管9和所述储水室8内的水只能通过所述单向排水阀4向后喷出，产生推力，推动所述船用呼吸式推进装置前进，此为“呼”的过程；然后，
B、打开所述第一换气阀1和所述第二换气阀2，所述燃烧室7内废气排出，压力迅速与外界大气压平衡并且外部新鲜空气进入燃烧室，所述储水室8内的气水界面处压力小于同深度的外部水压，外部水压将所述单向排水阀4关闭并将所述单向进水阀3打开，水只能从所述单向进水阀3吸入，产生拉力，拉动所述船用呼吸式推进装置前进，此为“吸”的过程，该过程中所述储水室8内气水界面升高直至所述隔水浮子11上浮堵住所述气孔，封闭燃烧室，然后进入新的呼吸循环。
实施例2
一种船用呼吸式推进装置，包括以下部件：
燃烧室7，所述燃烧室7具有第一换气阀1、第二换气阀2、喷嘴5和火花塞6，所述燃烧室7的底部开设有气孔；
储水室8，其通过所述气孔与所述燃烧室7流体导通连接；
隔水浮子10，其通过浮子支架11限定在所述储水室8的内顶部，并且能可移动式密封住所述气孔；
导向管9，与所述储水室8的底部成倒T型连接并与所述储水室8流体导通，所述导向管9具有前开口段和后开口段，其中前开口段内设有单向进水阀3。
该船用呼吸式推进装置的操作方法，包括以下呼吸循环操作步骤：
A、将所述燃烧室7内充满新鲜空气，关闭所述燃烧室7的所述第一换气阀1和所述第二换气阀2，打开所述喷嘴5将燃油雾化喷入所述燃烧室7，由所述火花塞6点燃，燃烧室内的气体膨胀增压，由于气体压力大于气水界面处对应的外部水压，故增压气体通过气孔将所述隔水浮子10下压导致气孔打开，增压气体进入所述储水室8并压迫储水室8内的水下行到导向管9中，并导致所述单向进水阀3关闭，所述导向管9和所述储水室8内的水只能通过所述后开口段向后喷出，产生推力，推动所述船用呼吸式推进装置前进，此为“呼”的过程；然后，
B、打开所述第一换气阀1和所述第二换气阀2，所述燃烧室7内废气排出，压力迅速与外界大气压平衡并且外部新鲜空气进入燃烧室，所述储水室8内的气水界面处压力小于同深度的外部水压，外部水压将所述单向进水阀3打开且同时从所述单向进水阀3和所述后开口段吸入，由于前开口的截面积大于后开口的截面积，外部水压强乘以前后开口截面积之差则产生向前的拉力，拉动所述船用呼吸式推进装置前进，此为“吸”的过程，该过程中所述储水室8内气水界面升高直至所述隔水浮子11上浮堵住所述气孔，封闭燃烧室，然后进入新的呼吸循环。
Claims (9)
1.一种船用呼吸式推进装置，其特征在于，包括以下部件：
燃烧室(7)，所述燃烧室(7)具有第一换气阀(1)、第二换气阀(2)、喷嘴(5)和火花塞(6)，所述燃烧室(7)的底部开设有气孔；
储水室(8)，其通过所述气孔与所述燃烧室(7)流体导通连接；
隔水浮子(10)，其通过浮子支架(11)限定在所述储水室(8)的内顶部，并且能可移动式密封住所述气孔；
导向管(9)，与所述储水室(8)的底部成倒T型连接并与所述储水室(8)流体导通，所述导向管(9)具有前开口段和后开口段，其中前开口段内设有单向进水阀(3)。
2.根据权利要求1所述的船用呼吸式推进装置，其特征在于，所述前开口的截面积大于后开口的截面积。
3.根据权利要求1所述的船用呼吸式推进装置，其特征在于，所述导向管(9)的后开口段与水平面成一定角度，形成翘尾端。
4.根据权利要求1所述的船用呼吸式推进装置，其特征在于，后开口段内设有单向排水阀(4)。
5.权利要求4所述船用呼吸式推进装置的操作方法，其特征在于，包括以下呼吸循环操作步骤：
A、将所述燃烧室(7)内充满新鲜空气，关闭所述燃烧室(7)的所述第一换气阀(1)和所述第二换气阀(2)，打开所述喷嘴(5)将燃油雾化喷入所述燃烧室(7)，由所述火花塞(6)点燃，燃烧室内的气体膨胀增压，由于气体压力大于气水界面处对应的外部水压，故增压气体通过气孔将所述隔水浮子(10)下压导致气孔打开，增压气体进入所述储水室(8)并压迫储水室(8)内的水下行到导向管(9)中，并导致所述单向进水阀(3)关闭，所述单向排水阀(4)打开，所述导向管(9)和所述储水室(8)内的水只能通过所述单向排水阀(4)向后喷出，产生推力，推动所述船用呼吸式推进装置前进，此为“呼”的过程；然后，
B、打开所述第一换气阀(1)和所述第二换气阀(2)，所述燃烧室(7)内废气排出，压力迅速与外界大气压平衡并且外部新鲜空气进入燃烧室，所述储水室(8)内的气水界面处压力小于同深度的外部水压，外部水压将所述单向排水阀(4)关闭并将所述单向进水阀(3)打开，水只能从所述单向进水阀(3)吸入，产生拉力，拉动所述船用呼吸式推进装置前进，此为“吸”的过程，该过程中所述储水室(8)内气水界面升高直至所述隔水浮子(11)上浮堵住所述气孔，封闭燃烧室，然后进入新的呼吸循环。
6.根据权利要求5所述的船用呼吸式推进装置的操作方法，其特征在于，步骤A的“呼”的过程的结束时机为以下二者之一：
燃烧室内气体膨胀到极限；或者，
燃烧室内气体未膨胀到极限。
7.权利要求2所述的船用呼吸式推进装置的操作方法，其特征在于，包括以下呼吸循环操作步骤：
A、将所述燃烧室(7)内充满新鲜空气，关闭所述燃烧室(7)的所述第一换气阀(1)和所述第二换气阀(2)，打开所述喷嘴(5)将燃油雾化喷入所述燃烧室(7)，由所述火花塞(6)点燃，燃烧室内的气体膨胀增压，由于气体压力大于气水界面处对应的外部水压，故增压气体通过气孔将所述隔水浮子(10)下压导致气孔打开，增压气体进入所述储水室(8)并压迫储水室(8)内的水下行到导向管(9)中，并导致所述单向进水阀(3)关闭，所述导向管(9)和所述储水室(8)内的水只能通过所述后开口段向后喷出，产生推力，推动所述船用呼吸式推进装置前进，此为“呼”的过程；然后，
B、打开所述第一换气阀(1)和所述第二换气阀(2)，所述燃烧室(7)内废气排出，压力迅速与外界大气压平衡并且外部新鲜空气进入燃烧室，所述储水室(8)内的气水界面处压力小于同深度的外部水压，外部水压将所述单向进水阀(3)打开且同时从所述单向进水阀(3)和所述后开口段吸入，由于前开口的截面积大于后开口的截面积，外部水压强乘以前后开口截面积之差则产生向前的拉力，拉动所述船用呼吸式推进装置前进，此为“吸”的过程，该过程中所述储水室(8)内气水界面升高直至所述隔水浮子(11)上浮堵住所述气孔，封闭燃烧室，然后进入新的呼吸循环。
8.根据权利要求7所述的船用呼吸式推进装置的操作方法，其特征在于，将导向管(9)的后开口段与水平面成一定角度，形成翘尾端，以便于将进入导向管(9)内的气体从该翘尾端排出。
9.根据权利要求6所述的船用呼吸式推进装置的操作方法，其特征在于，步骤A的“呼”的过程的结束时机为以下二者之一：
燃烧室内气体膨胀到极限；或者，
燃烧室内气体未膨胀到极限。
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