RU2557337C1 - Способ получения тяги - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к энергомашиностроению, в частности, к способам получения тяги в жидкости, преимущественно в воде. Для получения тяги в водной среде создают направленный поток в жидкости относительно объекта с движителем при сгорании горючих веществ. Осуществляют инжекцию компонентов горючего вещества, а именно горючего топлива и окислителя, раздельно, в управляемом пульсирующем режиме, с одновременным смешиванием горючего топлива и окислителя в жидкости и с получением газового пузыря с горючей смесью в жидкости на активной поверхности движителя. Горючую смесь в пузыре сжигают, например, с помощью электрического разряда. Достигается повышение удельной тяги. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относится к энергомашиностроению, в частности, к способам получения тяги в жидкости, преимущественно в воде, и может быть использовано, например, на водном транспорте, в качестве привода для судов и разнообразных подводных и надводных объектов различного назначения, и в других отраслях, для перемещения объектов в жидкой среде.

Известны различные способы получения тяги, в том числе способы создания тяги для судов, см. например патенты: №2057683 RU (1996 г.) [1], №2165375 RU (2001 г.) [2], №2169101 RU (2001 г.) [3], №2429366 RU (2009 г.) [4], №2429367 RU (2011 г.) [5], №2478060 RU (2013 г.) [6], №2493398 RU (2013 г.) [7] и др.

Так, например, способ создания тяги судов, известный из описания работы устройства по патенту №2057683, включает создание пульсирующей гидрореактивной тяги движителем судна при поочередном заполнении и скоростном опорожнении по меньшей мере двух рабочих камер (поршней-сильфонов) забортной водой, перемещающихся избыточным давлением пара, который получают в процессе сжигания горючего во внутренней полости камеры сгорания с последующей передачей тепловой энергии через металлическую стенку камеры сгорания в испаритель, где воду нагревают, превращают в пар с требуемым давлением, затем подают во внутреннюю полость сильфонообразного поршня, отделяющего рабочее тело двигателя (пар) от рабочего тела движителя (забортная вода). При перемещении поршня-сильфона паром в надпоршневой полости последний перемещается за счет увеличения объема и выдавливает воду из-под поршневого пространства через тяговую трубу движителя в забортную воду в виде гидропотока, который создает тягу на движителе, перемещающую судно. При этом топливо и воздух подогревают сжиганием дополнительного количества горючей смеси. Причем воздух является несжигаемым компонентом, количество которого в смеси с топливом превышает стехиометрически необходимый объем в 3-10 раз. При производстве пара в камере сгорания имеем следующие потери энергии: на пристеночном паровом слое, металлической стенке камеры сгорания и внутри самой парогазовой смеси, в холодильнике, сильфоне; кроме того, потери на разогрев воздуха, забираемого из атмосферы и потери тепла с выхлопными газами, что существенно снижает КПД установки. Данный метод осуществляется с применением громоздкого, тяжелого, сложного и ненадежного двигателя-движителя, имеющего низкий КПД.

Известны способы получения тяги в водной среде с помощью разнообразных движителей, действие которых основано на метании присоединенной массы жидкости в заданном направлении: с помощью весла, лопаточного колеса, винта, водометных устройств. Известные способы основаны на том, что метание жидкости осуществляется за счет механического привода от дополнительных и основных механических двигателей (паровая машина, ДВС, турбодвигатель, и т.д.), т.е. существует цепочка: двигатель, трансмиссия, движитель.

Известны способы получения тяги на основе реактивных движителей, в которых вода используется как окислитель для специальных топлив, которые неприемлемы для широкого применения по экологическим причинам.

Существенными недостатками известных механических способов получения тяги является сложность и громоздкость механических устройств, их реализующих. Сложность и громоздкость механических силовых установок не позволяют существенно поднять удельную тягу за счет потерь на многочисленных трансмиссионных элементах: в двигателе, в движителе, в передаточной системе.

Недостаток реактивных движителей заключается в использовании нестандартных специальных топлив, для которых вода используется как окислитель. Эти топлива недоступны для рядового потребления и не могут широкого использоваться по ряду причин, включая экологическую небезопасность.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ, известный из описания работы устройства по патенту на изобретение №2050307 RU (1995 г.) [8], выбранный заявителем в качестве прототипа.

Известный способ включает получение пульсирующей гидрореактивной тяги метанием жидкости из тяговой трубы движителя в забортную воду давлением выхлопных газов и пара, получаемых при сжигании топливной горючей смеси в сферообразной металлической камере сгорания двигателя постоянного объема. При этом инжекция топливной горючей смеси производится непосредственно в камеру сгорания.

Таким образом, в известном способе создают направленные течения (гидрореактивный поток) в жидкости относительно объекта с движителем при сгорании горючих веществ (топливной горючей смеси) в камере сгорания, что обеспечивает перемещение судна.

Однако для известного способа характерны недостаточная удельная тяга и недостаточная экономическая эффективность, которая обусловлена дороговизной производства за счет наличия и сборки многочисленных металлических деталей и сложностью эксплуатации двигателя-движителя, которые заключаются в потерях на трение между деталями, а также на разогрев воздуха, забираемого из атмосферы, и потери тепла с выхлопными газами, что существенно снижает КПД установки.

Таким образом, недостатками известного способа являются недостаточная удельная тяга и недостаточная экономическая эффективность.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение удельной тяги и повышение экономической эффективности.

Для решения поставленной задачи, сущность заявляемого технического решения состоит в том, что, в отличие от известного способа получения тяги, включающего генерирование пульсирующей гидрореактивной тяги метанием жидкости из тяговой трубы в забортную воду выхлопными газами и водяным паром, получаемых при сжигании топливной смеси, в заявляемом изобретении осуществляют инжекцию горючего топлива и окислителя раздельно непосредственно в жидкость, например, в забортную воду. Причем горючее топливо и окислитель подают раздельно, обеспечивая в процессе инжекции на границе инжекторов с жидкостью их смешивание с образованием газовых пузырей с горючей смесью на активной поверхности движителя, а образовавшиеся пузыри с горючей смесью сжигают, например, поджигают электрическим разрядом. При этом процесс ведут в управляемом пульсирующем режиме. Управление процессом может быть осуществлено, например, с помощью компьютерной программы.

То есть в отличие от известного способа, включающего создание направленных течений (гидрореактивных потоков) в жидкости относительно объекта с движителем на тяговой стенке при сгорании горючих веществ (топлива), что обеспечивает перемещение судна, в предлагаемом способе сжигание топлива осуществляют непосредственно в воде на границе с инжекторами, причем инжекцию горючего и окислителя осуществляют раздельно в управляемом режиме на активной поверхности движителя, жестко закрепленного с объектом перемещения. Причем горючее и окислитель подают раздельно с одновременным смешиванием в образующемся в жидкости пузыре и получением, таким образом, газового пузыря с горючей смесью в жидкости на активной поверхности движителя, прилегающей к тяговой стенке, после чего горючую смесь поджигают в пузыре, например, с помощью электрического разряда.

Таким образом, сущность заявляемого изобретения состоит в том, что, в отличие от известного способа получения тяги для перемещения объектов в жидкости, преимущественно в водной среде, включающем создание направленного потока в жидкости относительно объекта с движителем на тяговой стенке при сгорании горючих веществ, согласно изобретению, осуществляют инжекцию компонентов горючего вещества, а именно горючего топлива и окислителя, раздельно в управляемом пульсирующем режиме. При этом осуществляют упомянутую инжекцию непосредственно в забортную воду на границе с объектом. Горючее и окислитель подают раздельно с одновременным смешиванием в жидкости на выходе из инжекторов с получением газового пузыря с горючей смесью в жидкости на активной поверхности движителя, прилегающей к тяговой стенке, а горючую смесь в пузыре поджигают, например с помощью электрического разряда.

Кроме того, силу тяги регулируют путем варьирования объемов горючей смеси в упомянутом пузыре, для чего изменяют объем инжектируемого горючего топлива и окислителя.

Кроме того, силу тяги регулируют путем варьирования (изменения) количества выдуваемых пузырей с горючей смесью и частоты циклов сжигания упомянутых пузырей.

Кроме того, силу тяги регулируют путем изменения формы пузырей с горючей смесью.

При этом управление осуществляют, например, с помощью автоматизированной системы.

Технический результат, который может быть получен при использовании изобретения, заключается в повышении удельной тяги и повышении экономической эффективности способа.

Изобретение поясняется чертежом.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема осуществления заявляемого способа, где 1 - тяговая стенка, на которую установлен движитель, например транспортного средства (или другого объекта, который подлежит перемещению); 2 - движитель, осуществляющий генерацию тяги, согласно заявляемому способу; 3 - указан вектор гидропотока, генерирующий импульсы силы тяги; 4 - направление перемещения объекта.

Заявляемый способ осуществляют следующим образом. В воду на активную поверхность движителя подают раздельно горючее топливо и окислитель (например, кислород, воздух и т.п.) с образованием пузыря с горючей смесью. Затем, например, электрическим разрядом, поджигают и сжигают горючую смесь в пузыре непосредственно в воде на активной поверхности движителя, прилегающего к тяговой стенке перемещаемого объекта. Сжигание горючей смеси в пузыре приводит к его расширению до максимального размера. Расширение пузыря до максимального размера обеспечивает генерацию импульсного гидропотока, что и обеспечивает тягу для объекта. Этот процесс носит циклический характер в1 управляемом пульсирующем режиме, при этом топливо и окислитель подают в зону сжигания раздельно, по разным каналам, с одновременным смешением на выходе из инжекторов, т.е. получают пузырь с горючей смесью в воде, затем, по достижении последним необходимых размеров поджигают, в результате пузырь резко увеличивается в объеме, отбрасывает окружающую его воду в заданном направлении, что приводит к созданию ориентированного потока жидкости (воды) относительно тяговой поверхности, который и создает тягу судна. Пузырь с горючей смесью перед сжиганием и тот же увеличенный - с продуктами сгорания является по сути как бы «камерой сгорания» переменного объема в воде. Горючее топливо и окислитель подают и сжигают согласно заданному алгоритму с регулированием частоты циклов сжигания топлива, величины, формы и количества выдуваемых пузырей.

Применение изобретения позволит значительно увеличить удельную тягу и экономическую эффективность. Кроме того, оно существенно может расширить функциональные возможности, а также улучшить эксплуатационные качества движителя, выполненного на основе заявляемого способа, например, при проводке судов по мелководью, замусоренным водным трассам и в болотистых водоемах, с одновременным улучшением условий труда и техники безопасности.

Claims (4)

1. Способ получения тяги для перемещения объектов в жидкости, преимущественно в водной среде, при котором создают направленный поток в жидкости относительно объекта с движителем при сгорании горючих веществ, отличающийся тем, что осуществляют инжекцию компонентов горючего вещества, а именно горючего топлива и окислителя, раздельно, причем в управляемом пульсирующем режиме, с одновременным смешиванием их в жидкости, с получением газового пузыря с горючей смесью в жидкости на активной поверхности движителя, а горючую смесь в пузыре сжигают, например, с помощью электрического разряда.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что силу тяги регулируют путем варьирования объемов горючей смеси в упомянутом пузыре, для чего изменяют объем инжектируемого горючего топлива и окислителя.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что силу тяги регулируют путем варьирования количества выдуваемых пузырей с горючей смесью и частоты циклов сжигания упомянутых пузырей.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что силу тяги регулируют путем изменения формы пузырей с горючей смесью.