CN2266564Y - 平行螺管超导磁体组合式磁流体海水推进器 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种新的螺管形超导磁流体海水推进器，其中置于低温容器中的超导磁体由偶数个互相平行的单元螺管磁体组合而成，相邻单元螺管磁体内的磁场方向相反，每个单元螺管磁体的中心温孔中有一个螺旋形海水推进通道，相邻推进通道中的螺旋形导流片的旋转方向相反。由于相邻平行单元螺管磁体的磁力线相互耦合，致使中心温孔中的磁场得以增强，组合磁体的漏磁大大减少，有利于解决磁屏蔽和提高推力，使本设计可望实用化。

Description

平行螺管超导磁体组合式磁流体海水推进器

本实用新型属于舰船喷水推进器。提供的这种推进器不用螺旋浆，高速而安静，用于海洋舰船的推进。

舰船采用螺旋浆推进至今已有一百多年历史，由于螺旋浆在水中高速旋转时产生的“空泡”现象，使其推进效率大幅度下降，并且限制了船速的进一步提高，加之现有螺旋浆推进器由柴油发动机或汽轮机驱动，以致运行时有较大的振动、机械磨损和噪声。为此，一百多个来造船界一直在寻求一种高速、安静和控制灵活的新型推进技术。

磁流体海水推进器就是一种正在研究开发中的新型喷水推进装置，它利用海水作导电体，通电海水在强磁场作用下，直接产生推动海水的电磁力，将海水高速喷出，借以驱动舰船高速、安静地航行。这种推进器具有无机械磨损、无振动、安静和控制灵活等优点。

目前研究中的磁流体海水推进器，按其磁场的形式不同，主要有以下两种类型：一是采用两极磁体和直线形海水推进通道的直线型磁流体海水推进器，二是采用螺管磁体和螺旋形海水推进通道的螺旋型磁流体海水推进器。

使这种新型推进器实用化时，理论分析表明需要有10-20特斯拉的超导磁体，大尺寸的“温孔”空间以容纳大功率的海水推进通道，而且磁体要轻量化。而制造这种大型轻量化高场强的超导磁体的关键是解决超导线圈的绑扎固定，设计承受巨大电磁力的支承结构及减轻其整体重量等问题。前述第一种推进器的两极磁体采用鞍形(或跑道形)超导线圈，第二种推进器的螺管磁体采用螺线管形超导线圈，两者比较，第二种线圈形状简单，产生的电磁力均匀轴对称，在相等场强要求下，绑扎固定超导线圈的承力结构也较第一种两极磁体要简单和轻巧得多，也更容易实现大型高场强磁体的轻量化。然而，至今国外(美、日等国)主要是研制第一种两极磁体直线型磁流体海水推进器，原因是认为螺管磁体的磁屏蔽难以解决，只有前苏联高温研究所和美国宾夕法尼亚州立大学进行过单螺管磁体的磁流体海水推进器的实验室研究。

本实用新型的目的是提供一种螺管超导磁体磁流体海水推进器，其简单轻量的结构使漏磁减少磁屏蔽易于解决，利于提高推力，使之更趋于实用化。

本实用新型提供的是一种平行螺管超导磁体组合式磁流体海水推进器(简称组合式磁流体推进器)，其主要部件包括置于低温容器中的超导磁体和海水推进通道，所说的超导磁体为多个平行的单元螺管超导磁体组合而成，单元螺管超导磁体的数目为偶数，最少为两个，单元螺管超导磁体的中心轴线互相平等，相邻单元螺管超导磁体内的磁场方向相反，由这些单元螺管超导磁体组合而成的整个超导磁体置于一个低温容器(杜瓦)之中，每个单元螺管超导磁体的中心“温孔”中贯穿一个螺旋形海水推进通道，每个螺旋形海水推进通道中有螺旋形导流片，相邻螺旋形海水推进通道中螺旋形导流片的旋转方向相反。

这种平行螺管超导磁体组合式磁流体海水推进器，除具有前述螺管磁体所有的优点之外，还有以下特点：

1、组合式磁体中，由于相邻平行单元螺管超导磁体产生的磁力线相互耦合，大大减少了组合磁体向外的漏磁，从而大大有利于磁屏蔽问题的解决。

2、对于每个单元螺管超导磁体，由于相邻平行单元螺管超导磁体的磁力线相互耦合作用，使单元螺管超导磁体中心“温孔”处的磁场得以增强，有利于提高推进器的推力。

3、由于相邻海水推进通道中海水旋转方向相反，使海水旋转运动产生的旋转动量相互抵消，克服了单个螺管超导磁体海水推进器对舰船平衡的不利影响。

上述特点使本实用新型有可能成为该项技术实用化所采用的一种结构形式。

图1，双平行螺管超导磁体组合式磁流体海水推进器。

图2，双平行螺管超导磁体组合式磁体。

图3，双螺旋形海水推进通道。

图4，双平行螺管超导磁体组合式磁流体海水推进器用于舰船推进示意图。

图5，四平行螺管超导磁体组合式磁流体海水推进器示意图。

下面结合附图所示实施例详细说明本实用新型平行螺管超导磁体组合式磁流体海水推进器的结构及其特点。

双平行螺管超导磁体组合式磁流体海水推进器的一个实例如图1所示，它包括一个双平行螺管超导磁体10，一个双螺旋形海水推进通道组20(包括两个螺旋形海水推进通道21和22)。双平行螺管超导磁体10的结构如图2所示，它由两个单元螺管超导磁体(螺管线圈)31和32，以及一个低温容器(杜瓦)40组成，两单元螺管线圈31和32平行布置于低温容器40之中，在两螺管线圈中心管内分别构成两螺管超导磁体的“温孔”空间51和52。如图1所示，在这两螺管超导磁体的“温孔”空间51和52中，分别贯穿有螺旋形海水推进通道21和22。

螺旋形海水推进通道的结构如图3所示。每个螺旋形海水推进通道顺序由海水流入段、预旋器、电极和导流片段、消旋器以及喷水口组成。图3所示有左右两只结构相同的螺旋形海水推进通道。以左推进通道为例，电极和导流片段位于推进通道的中段，主要由圆形的外筒电极81、中心电极61以及导流片71组成，中心电极61位于外筒电极81之中，二者同心并且轴向长度相等，螺旋形导流片71装在外筒电极81和中心电极61之间并且与它们电绝缘，其轴向长度等于电极的长度。分别与电极和导流片段前后相连的是预旋器101和消旋器111，与预旋器101前端相连的是海水流入段95，与消旋器111后端相连的是喷水口91。右推进通道由前至后，是海水流入段96、预旋器102、包括外筒电极82、中心电极62和导流片72(三者轴向长度相等)的电极和导流片段、消旋器112、和喷水口92。左右两个螺旋形海水推进通道中的螺旋形导流片71和72的旋转方向相反。

预旋器和消旋器都是由若干导流叶片组成的叶轮装置，然而，二者在流体进口处和出口处导流叶片的角度是不相同的。预旋器的作用是把液体由轴向流动，引导为与螺旋形导流片所引导的方向相一致的旋转流动，其流体进入处叶片的角度(即叶片与管道轴向的夹角)为零，而流体出口处叶片的角度(即叶片与管道轴向的夹角)与螺旋形导流片的角度一致。反之消旋器的作用是把流体的旋转运动方向导向为管道的轴线方向，所以它在流体进入处叶片与螺旋形导流片的角度一致，而在出口片叶片的角度为零。

如图1和图2所示，当两螺管超导磁体(线圈)31和32通电方向相反时，在二者中心“温孔”51和52处的磁场B₁和B₂方向相反，在A-A剖面图上分别表示为向里(用“+”表示)和向外(用“·”表示)。如图2所示，两螺管超导磁体产生的磁力线是相互耦合的，即原单元螺管超导磁体向螺管外四周伸延的磁力线，在相邻耦合的螺管超导磁体的电磁力作用下，向相邻螺管的中心孔集中，致使组合式磁体10向外的漏磁大大减少，因此也就大大地减少设计磁屏蔽的难度，而在两螺管超导磁体中心的“温孔”51和52处的磁场得到增强。贯穿温孔空间51和52的海水推进通道21和22中的海水，由于电流J₁和J₂从中心电极(阳极)61和62流向外筒电极(阴极)81和82，按照电磁作用弗莱明左手定律，受到洛伦兹力F＝J×B的作用，各个推进通道中海水将分别沿着螺旋形导流片引导的V₁、V₂方向流动，以后经过海水消旋器111和112，海水整流为沿轴向的流动，最后分别从喷水口91和92喷出。如此，海水以磁流体完成电能向动能的转变，实现了喷水推进。形象地说，磁流体海水推进器犹如一台磁流体海水泵，由前端吸水，尾部喷水口喷水，推动舰船前进。

由于两海水推进通道的海水旋转方向相反，其运动产生的旋转动量相互抵消，不会对舰船的平衡产生不利影响。

图4是上述双平行螺管超导磁体组合式磁流体海水推进器用于舰船推进的示意图，把这种海水推进器水平地装在船体100底部作为船的推进动力，控制两海水推进通道21和22中电极电流J1和J2的大小，可以分别改变左右海水推进器的推力大小，很方便地控制船的航速和航行方向。反之，如果改变电极电流J1和J2的方向，由于产生的电磁力F＝J×B反向，即海水在海水推进通道21和22中反向流动喷出，产生反向的推力，即可使船方便而迅速地从前进变为倒退，操纵十分灵活。

图5是由四个平行单元螺管超导磁体组合而成的磁流体海水推进器示意图。如B-B剖面图所示，四个平行的单元螺管超导磁体201、202、203、204依次位于一个正方形的一个顶点上，并且相邻单元螺管超导磁体内的磁场方向相反，组合成组合式超导磁体200，每个单元螺管超导磁体的中心“温孔”中有一个螺旋形海水推进通道，它们的基本结构与图3所示实施例相同。如B-B剖面图所示，相邻的单元螺管超导磁体中心温孔处的磁场方向相反，即单元螺管磁体201和203的磁场方向为向里(用“+”表示)，而202和204为向外(用“·”表示)，而且，相邻的螺旋形海水推进通道中导流片的旋转方向也相反。V1、V2、V3、V4分别表示了海水推进通道中海水的流动方向。四个螺旋形海水推进通道的海水进口端和出口端分别汇总为总进水管310和总喷水口320，海水从总进水管310进入后，分成四股分别进入四个螺旋形海水推进通道，以后，从四个螺旋形海水推进通道流出的海水在总喷水口320会合后喷出。比四个更多的偶数个平行单元螺管超导磁体组合式磁流体海水推进器的布置和结构与此相类似，大于四的偶数为N个平行单元螺管超导磁体组合而成的磁流体海水推进器，N个单元螺管超导磁体按向里和向外两种磁场方向交替布置，使它们分别位于一个正N边形的一个顶点上，并且相邻单元螺管超导磁体内的磁场方向相反。

本实用新型平行螺管超导磁体组合式磁流体海水推进器在舰船上应用时，一般将其组合整体作为一个推进器(左推进器或右推进器)使用，并且更适合于用作大功率的推进器。与传统的螺旋桨推进器相比，本设计磁流体海水推进器没有机械构件的转动、振动和磨损，运行安静平稳，控制灵活方便，有希望成为新一代的海洋舰船推进器。

Claims (4)

1.平行螺管超导磁体组合式磁流体海水推进器，其主要部件包括置于低温容器中的超导磁体和海水推进通道，其特征是其中的超导磁体为偶数个平行的单元螺管超导磁体组合而成，单元螺管超导磁体的数目为偶数，最少为两个，它们的中心轴线互相平行，相邻单元螺管超导磁体内的磁场方向相反，每个单元螺管超导磁体的中心“温孔”中贯穿一个螺旋形海水推进通道，每个螺旋形海水推进通道中有螺旋形导流片，相邻螺旋形海水推进通道中螺旋形导流片的旋转方向相反。

2.如权利要求1所述的组合式磁流体海水推进器，其特征是每个螺旋形海水推进通道顺序由海水流入段、预旋器、电极和导流片段、消旋器以及喷水口组成；电极和导流片段位于推进通道的中段，主要由圆形的外筒电极、中心电极以及导流片组成，中心电极位于外筒电极之中，二者同心并且轴向长度相等，螺旋形导流片装在外筒电极和中心电极之间并且与它们电绝缘，其轴向长度等于电极的长度；分别与电极和导流片段前后相连的是预旋器和消旋器，与预旋器前端相连的是海水流入段，与消旋器后端相连的是喷水口。

3.如权利要求2所述的组合式磁流体海水推进器，其特征是预旋器的流体进入处叶片与管道轴  向的夹角为零，流体出口处叶片的角度与螺旋形导流片的角度一致；消旋器的流体进入处叶片与螺旋形导流片的角度一致，而出口处叶片与管道轴向的夹角为零。

4.如权利要求1所述的组合式磁流体海水推进器，其特征是大于四的偶数为N个单元螺管超导磁体按向里和向外两种磁场方向交替布置，使它们分别位于一个正N边形的一个顶点上。

Images