CN1803531A - 喷水引擎利用进水和高压气体能量连续喷射的方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种在喷水引擎利用进水和高压气体能量的方法及装置，包括进水口(10)、增压室(20)、增压装置(30)以及喷水口(40)；所述进水口(10)设置于船体的水下部分，其开口朝向船体的前进方向，所述增压室(20)为光滑的筒状，其一端通过内涵道(22)与进水口(10)圆滑连接，另一端圆滑连接喷水口(40)，所述增压装置(30)的出口朝向喷水口(40)的方向。这种喷水引擎可以充分利用进水冲量和高压气体介质能量，低速时采取脉冲式工作方式、高速式采取连续式工作方式，具有全程高效工作的功能。

Description

喷水引擎利用进水和高压气体能量连续喷射的方法及装置

技术领域  本发明涉及机械动力装置，特别涉及用于船舶的喷水引擎。

背景技术  现有技术中的喷水引擎一般采用发动机驱动机械装置泵水并将水射出，这种喷水引擎，与传统螺旋桨的驱动原理相同，方式相似，在工作过程中能量的损失比较大，对燃料的要求较高，而且对工作系统的清洁度要求也比较高，所以，成本较高同时能源的利用也不充分，效率低。还有一种利用气体压水的喷水引擎，如申请人申请的申请号为200410026955.0的《利用高压气态介质作为喷水引擎动力的方法及其装置》的专利，其效率和节能方面已经较前面所述的机械式喷水引擎有了本质上的提高。但这种方式是间断性的提供动力，另外对于进水的能量利用方面略显不足。

发明内容  本发明采用将喷水引擎的进水口设置于水下并向前，将进水直接导入引擎内，再以高压气体连续施压强迫引擎中的水向后高速喷射的方式获得动力，解决现有技术中能量损失大、不能连续提供动力以及对进水能量利用不足的技术问题。采用在增压室加设单向活门以及加设控制系统的方式，进一步解决低速状态下提供动力的技术问题。

本发明的技术解决方案如下：这种喷水引擎利用进水和高压气体能量连续喷射的方法包括以下步骤：

A.先将水由进水口引入引擎的增压室内：

A₁.首先将进水口设置于船体的水下部分，并且将进水口的开口朝向船体的前进方向；

A₂.将由进水口引入的水以尽量少的能量损失通过内涵道导入增压室内；

B.用高压气态介质在增压室内对水施以高压：

B₁.将增压装置的出口设置于增压室内，其出口对准喷水口的方向；

B₂.将在增压装置中形成高压的气态介质由出口直接喷向喷水口处的水体上；

C.由高压气态介质将水从喷嘴中急速射出，同时高压气态介质也一并喷出。

所述步骤B₂中的高压气态介质的喷射是持续喷射。

由于船只在高速运动的过程中，水也会由进水口处高速涌入引擎内，加上内涵道逐渐收窄的原因，水流加速，令增压室后段水压提高；此时，由增压装置将高压气态介质进一步施压于高速涌入的水体上，形成合力令水和气体的混合流以更高的速度从喷水口中喷出，形成的反作用力完全可以大于船只前进的阻力，驱动船只运动。同时由于高压气态介质的高速喷出以及水从喷水口中高速喷出，在增压装置的出口处(也就是增压室内)和喷水口处形成局部的负压，使外界的水更加急速地涌入增压室内，提高了进水的速度，也可以使增压室内的水更急速地喷出，提高了喷水的速度和压力。当船只的速度越高时，这种压差更大，对喷水引擎的工作越有利。

本发明所述的喷水引擎，除在高速状态下，可以持续提供动力外，还考虑了低速的情况下如何提供动力的问题，就是所述步骤B2中的高压气态介质的喷射是间断性喷射，在内涵道内设置一单向活门和压力传感器，阻止增压室内的水倒流，在增压装置出口和喷水口分别设置自动开关，低速状态下，关闭单向活门，控制自动开关进行间断性喷射。在低速状态下，由于进水冲量较小，持续式工作方式的动力会出现不足和能量损失较大的问题。因此，低速时采用脉冲式工作方式：当引擎中的水量达到设定值，关闭喷水口处的自动开关，此时，由于单向活门两侧的压力差较小，单向活门关闭内涵道的进口，增压室由开放式变成封闭式，然后，打开增压装置出口处的自动开关，将高压气态介质喷入封闭式的增压室内，对室内的水施以高压，当增压室的压力升高至设定值，再打开喷水口处的自动开关，将增压室内的水和高压气态介质急速喷出从而获得反作用力。当船只获得一定初速，进水冲量也达到一定程度的时候，控制系统会自动加快脉冲式动作的频率，直到进水量与喷射量接近或达到一种动态平衡时，引擎就进入连续工作状态，此时，单向活门和喷水阀门一直保持打开状态，外部水高速冲压进入引擎，在增压室内的高压气体介质的作用下，形成一股高速混合流从喷水口向外喷射，从而获得持续的反作用力，其大小等于混合流质量与速度之积。

一种实现上述方法的装置包括进水口、增压室、增压装置以及喷水口；所述进水口设置于船体的水下部分，其开口朝向船体的前进方向，所述增压室为光滑的筒状，其一端通过内涵道与进水口圆滑连接，另一端圆滑连接喷水口，所述增压装置的出口朝向喷水口的方向。

该装置还设有控制系统，该控制系统包括所述增压室内设有可遮挡该断面的单向活门和压力传感器，接受压力传感器的感应信号并转化为控制信号的控制电路，设于增压装置出口和喷水口上的第一自动开关和第二自动开关，上述两个自动开关和受控制电路输出的控制信号控制。

本发明采用上述技术方案后，使这种喷水引擎可以充分利用进水冲量和高压气体介质能量，低速时采取脉冲式工作方式、高速式采取连续式工作方式，具有全程高效工作的功能，具有可以选择不同类型热机及供气方式的特点，具有热机可以与引擎分离，因此体积小的引擎可以灵活布置的特点，不仅效率更高，而且更加节约能源和降低噪音。

附图说明

图1是本发明所述的喷水引擎的工作原理示意图。

具体实施方式结合以上附图说明本发明的具体实施例。

由图1中可看出，一种喷水引擎利用进水和高压气体能量连续喷射的方法，该方法包括以下步骤：

A.先将水由进水口10引入引擎的增压室20内：

A₁.首先将进水口10设置于船体的水下部分，并且将进水口10的开口朝向船体的前进方向；

A₂.将由进水口10引入的水以尽量少的能量损失通过内涵道22导入增压室20内；

B.用高压气态介质在增压室20内对水施以高压：

B₁.将增压装置30的出口设置于增压室20内，其出口对准喷水口40的方向；

B₂.将在增压装置30中形成高压的气态介质由出口直接喷向喷水口40处的水体上；

C.由高压气态介质将水从喷嘴中急速射出，同时高压气态介质也一并喷出。

所述步骤B₂中的高压气态介质的喷射是持续喷射，这样就可以持续地为船只提供动力。

本发明所述的喷水引擎，除在高速状态下，可以持续提供动力外，还考虑了低速的情况下如何提供动力的问题，就是所述步骤B₂中的高压气态介质的喷射是间断性喷射，在内涵道22内设置一单向活门和压力传感器，阻止增压室20内的水倒流，在增压装置30出口和喷水口40分别设置自动开关。低速状态下，关闭单向活门，控制自动开关进行间断性喷射。在低速状态下，由于进水冲量较小，持续式工作方式的动力会出现不足和能量损失较大的问题。因此，低速时采用脉冲式工作方式：当引擎中的水量达到设定值，关闭喷水口处的自动开关，此时，由于单向活门两侧的压力差较小，单向活门关闭内涵道的进口，增压室由开放式变成封闭式，然后，打开增压装置出口处的自动开关，将高压气态介质喷入封闭式的增压室内，对室内的水施以高压，当增压室的压力升高至设定值，再打开喷水口处的自动开关，将增压室内的水和高压气态介质急速喷出从而获得反作用力。当船只获得一定初速，进水冲量也达到一定程度的时候，控制系统会自动加快脉冲式动作的频率，直到进水量与喷射量接近或达到一种动态平衡时，引擎就进入连续工作状态，此时，单向活门和喷水阀门一直保持打开状态，外部水高速冲压进入引擎，在增压室内的高压气体介质的作用下，形成一股高速混合流从喷水口向外喷射，从而获得持续的反作用力，其大小等于混合流质量与速度之积。

所述增压室20内采用加装整流罩或利用缩径内涵道的方式减小截面积，提高进水的压强。

由图1中可看出，一种为实现上述方法所设计的装置，包括进水口10、增压室20、增压装置30以及喷水口40；所述进水口10设置于船体的水下部分，其开口朝向船体的前进方向，所述增压室20为光滑的筒状，其一端通过内涵道22与进水口10圆滑连接，另一端圆滑连接喷水口40，所述增压装置30的出口朝向喷水口40的方向。由于船只在高速运行的过程中，水也由进水口10处高速涌入增压室20内，此时，由增压装置30将已经形成高压的气态介质进一步施加在高速涌入的水体上，并且高压推动这部分水从喷水口40中以更高的速度和更大的压力喷出，所以，完全可以大于进水的阻力，为船只提供动力。同时由于高压气态介质的高速喷出以及水从喷水口40中高速喷出，在增压装置30的出口处(也就是增压室内)和喷水口40处形成局部的负压，使外界的水更加急速地涌入增压室20内，提高了进水的速度，也可以使增压室20内的水更急速地喷出，提高了喷水的速度和压力。当船只的速度越高时，这种压差更大，对喷水引擎的工作越有利。

由图1中可看出，为使进水的流速增高和压力增大，所述内涵道22处至少有一个断面的面积小于进水口10的断面面积，由于通道变小，涌入的水将以更高的速度和压强进入喷水口40处。

由图1中可看出，所述增压装置30设置于增压室20内，其迎水端设有整流罩21，这样可以将增压装置30的喷口直接对准喷水口，效率更高，而且也节省了整个装置的空间。同时，整流罩21的设置可以减小该处断面的面积，同时也可以使进水被顺利导入喷水口40处，尽量避免能量的损失。

由图1中可看出，本装置还设有控制系统50，该控制系统50包括在所述增压室20内设有可遮挡该断面的单向活门51和压力传感器52，接受压力传感器52感应信号并转化为控制信号的控制电路53，设于增压装置30出口和喷水口40上的第一自动开关54和第二自动开关55，上述两个自动开关54和55受控制电路53输出的控制信号控制。在低速状态下，由于进水冲量较小，动力会出现不足或能量损失较大的问题。所以，低速时，关闭喷水口40处的第一自动开关54，当进水量达到一定程度的时候，由于单向活门51两侧的压力差较小，单向活门51关闭增压室20的进口，此时，增压室20由开放式变成封闭式，压力传感器52输出感应信号至控制电路53，再经过处理变成控制信号给第一自动开关54，然后，打开增压装置30出口处的第一自动开关54，将高压气态介质喷入封闭式的增压室20内，对室内的水施以高压，当压力达到设定值时，压力传感器52再输出一个不同的感应信号至控制电路53，再发控制信号打开喷水口40处的第二自动开关55，将增压室20内的水和高压气态介质急速喷出。

所述增压装置30可以分为内置式和外置式，如蒸汽锅炉、压气机或燃气装置等，内置式适合内燃机或固体火药发射装置或火箭液体燃料发射等燃气装置；外置式适合蒸汽锅炉或压气机。

由图1中可看出，所述喷水口40包括管体41以及与该管体41连接的喷头42，所述喷头42与管体41为球体式万向活动连接，控制喷水方向就可以实现全向驱动，因此船舶运动更灵活。

Claims (10)

1.一种喷水引擎利用进水和高压气体能量的方法，该方法包括以下步骤：

A.先将水由进水口(10)引入增压室(20)内；

B.用高压气态介质在增压室(20)内对水施以高压；

C.由高压气态介质将水从喷嘴中急速射出；

其特征在于：在步骤A中还包括以下分步骤：

A1.首先将进水口(10)设置于船体的水下部分，并且将进水口(10)的开口朝向船体的前进方向；

A2.将由进水口(10)引入的水以尽量少的能量损失通过内涵道(22)导入增压室(20)内；

所述步骤B包括以下分步骤：

B1.将增压装置(30)的出口设置于增压室(20)内，其出口对准喷水口(40)的方向；

B2.将在增压装置(30)中形成高压的气态介质由出口直接喷向喷水口(40)处的水上。

2.根据权利要求1所述喷水引擎利用进水和高压气体能量的方法，其特征在于：所述步骤B2中的高压气态介质的喷射是持续喷射。

3.根据权利要求1所述喷水引擎利用进水和高压气体能量的方法，其特征在于：所述步骤B2中的高压气态介质的喷射是间断性喷射，在增压室(20)内设置一单向活门和压力传感器，阻止增压室(20)内的水倒流，在增压装置(30)出口和喷水口(40)分别设置自动开关，低速状态下，关闭单向活门，控制自动开关进行间断性喷射。

4.根据权利要求1所述喷水引擎利用进水和高压气体能量的方法，其特征在于：所述增压室(20)内采用加装整流罩或在内涵道(22)处缩径的方式减小截面积，提高进水的压强。

5.一种实现权利要求1所述方法的装置，包括进水口(10)、增压室(20)、增压装置(30)以及喷水口(40)；其特征在于：所述进水口(10)设置于船体的水下部分，其开口朝向船体的前进方向，所述增压室(20)为光滑的筒状，其一端通过内涵道(22)与进水口(10)圆滑连接，另一端圆滑连接喷水口(40)，所述增压装置(30)的出口朝向喷水口(40)的方向。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述内涵道(22)至少有一个断面的面积小于进水口(10)的断面面积。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述增压装置(30)设置于增压室(20)内，其迎水端设有整流罩(21)。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：该装置还设有控制系统(50)，该控制系统(50)包括所述增压室(20)内设有可遮挡该断面的单向活门(51)和压力传感器(52)，接受压力传感器(52)的感应信号并转化为控制信号的控制电路(53)，设于增压装置(30)出口和喷水口(40)上的第一自动开关(54)和第二自动开关(55)，上述两个自动开关(54)和(55)受控制电路(53)输出的控制信号控制。

9.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述增压装置(30)为蒸汽锅炉、压气机或燃气装置。

10.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述喷水口(40)包括管体(41)以及与该管体(41)连接的喷头(42)，所述喷头(42)与管体(41)为球体式万向活动连接。

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