моторное судно в.с.григорчука

Формула изобретения

1. Моторное судно, содержащее корпус, жилое помещение, рулевую рубку, моторное отделение с установленными в нем двумя энергетическими установками, валы которых через редуктор соединены с гребным винтом, отличающееся тем, что одна из энергетических установок включает в себя пневмостатический двигатель, состоящий из корпуса, разделенного на два отделения, одно из которых выполнено герметичным и в нем установлен на опорах ротор, имеющий каналы прямоугольного или круглого сечения и кинематически связанный с механизмом управления, а во втором отделении установлен выходной вал с закрепленным на нем маховиком, зубчатый венец которого входит в зацепление с зубчатой шестерней привода генератора электрического тока, кроме того, на стенке, соединяющей два отделения, размещено герметичное устройство передачи вращения от ротора к валу маховика, кинематически связанное с последними, причем герметичное отделение корпуса двигателя пневматически соединено с баллонами сжатого воздуха высокого давления.

2. Моторное судно по п.1, отличающееся тем, что ротор представляет собой круглое цилиндрическое тело с шейками для подшипников и рабочим валом, при этом каналы ротора являются глухими, открывающимися в сторону от оси вращения, выполнены в несколько рядов по длине ротора и в каждом ряду расположены в одной плоскости и разбиты на четыре группы, причем каждая последующая группа развернута относительно предыдущей на 90^o, а плоскость дна каждого из каналов выполнена под углом к линии, проходящей через центр вращения и разделяющей две противоположно направленные группы каналов.

3. Моторное судно по п.1 или 2, отличающееся тем, что пневмостатический двигатель имеет регулятор частоты вращения выходного вала, механически соединенный с валом генератора электрического тока, выходное звено которого соединено с выходным звеном механизма управления пневмостатического двигателя.

4. Моторное судно по одному из пп.1 - 3, отличающееся тем, что в качестве рабочего тела использован сжатый воздух высокого давления.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области водного транспорта и может найти применение в качестве морского или речного судна.

Известен морской катер "Кариока", содержащий корпус с остроскулыми обводками и широким плоским транцем, внутри которого размещен кокпит, каюта со спальными диванами, внутренний пост управления, моторный отсек с двумя энергетическими установками. Водоизмещение 4 м³, длина 8,75 м, ширина 3,05 м, мощность двигателей 2210 л.с., максимальная скорость 58 км/ч, расход топлива при 3/4 максимальной скорости 62 л/ч /Х.Баадер. Разъездные, туристические и спортивные катера, пер. с немецкого, Л., Судостроение, 1976, с. 129 - 130/.

Недостатками известного морского катера "Кариока" являются малая автономность плавания, ограниченное время работы энергетических установок, большой расход топлива, загрязнение окружащей среды выхлопными газами.

Указанные недостатки обусловлены малым водоизмещением, ограниченным запасом топлива и конструкцией силовой установки.

Известен также туристский катер "Эксплорадор", содержащий корпус с круглоскулыми обводами и острой носовой оконечностью, внутри которого размещены две каюты, внутренняя рулевая рубка, камбуз, моторное отделение, в котором установлены два бензиновых двигателя, имеющих общий редуктор с передаточным отношением 2:1, наружную рубку управления. Водоизмещение 7,8 м³, длина 14,2 м, ширина 3,2 м, осадка 0,9 м, высота борта 1,7 м, мощность двигателей 2х100 л. с. , максимальная скорость 32 км/ч, расход топлива при 3/4 максимальной скорости 32 л/ч /там же, с. 137 - 141/.

Известный туристский катер "Эксплорадор" как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому полезному результату принят за прототип.

Недостатки известного туристского катера "Эксплорадор", принятого за прототип, те же.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией силовой установки, процессами, протекающими в двигателях, и ограниченным запасом топлива на борту.

Целью настоящего изобретения является повышение эксплуатационных качеств моторного судна.

Указанная цель согласно изобретения обеспечивается тем, что один из бензиновых двигателей заменен пневмостатическим двигателем, содержащим корпус, разделенный на два отделения, одно из которых выполнено герметичным и в нем установлен ротор, имеющий каналы, открывающиеся в сторону от оси вращения и кинематически связанный с механизмом управления, выходным звеном которого является втулка, установленная на самом роторе с возможностью продольного перемещения, а во втором отделении установлен выходной вал с маховиком, зубчатый венец которого входит в зацепление с шестерней привода генератора электрического тока, кроме того, на стенке, соединяющей два отделения, размещено герметичное устройство передачи вращения, кинематически связанное с ротором и выходным валом, причем внутренняя полость герметичного отделения пневматически соединена через запорную аппаратуру с баллонами сжатого воздуха высокого давления, который использован в качестве рабочего тела.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид моторного судна, на фиг. 2 - вид на моторное судно сверху, на фиг. 3 - схема силовой энергетической установки моторного судна, на фиг. 4 - схема устройства редуктора моторного судна, на фиг. 5 - общий вид пневмостатического двигателя. на фиг. 6 - вид на пневмостатический двигатель сверху, на фиг. 7 - устройство пневмостатического двигателя в разрезе, на фиг. 8 - общий вид пневмостатического двигателя, на фиг. 9 - разрез по А - А фиг. 8, на фиг. 10 и 11 - схема сил, действующих на боковые стенки каналов ротора пневмостатического двигателя, на фиг. 12 - схема вращения ротора пневмостатического двигателя под действием статических сил, создаваемых сжатым воздухом, на фиг. 13 - гидравлическая система управления двигателем, на фиг. 14 - устройство расходного крана.

Моторное судно содержит корпус 1, внутри которого расположены каюта 2, рулевая рубка 3, грузовое помещение 4 и моторное отделение 5, в котором размещены бензиновый 6 и пневмостатический 7 двигатели, которые посредством соединительных муфт 8 и 9 связаны с входными валами 10 и 11 редуктора 12 приводя гребного винта 13. На корпусе редуктора установлены рычаги 14 и 15, кинематически связанные с разобщительными муфтами 16 и 17, неподвижные полумуфты которых закреплены на ведущих валах 18 и 19, установленных на подшипниках и имеющих ведущие шестерни 20 и 21, входящие в зацепление с ведомой шестерней 22, установленной на промежуточном валу 23, имеющему шлиц, на который посажена каретка 24, имеющая прямоугольную и коническую шестерни и кинематически связанную в рычагом 25. Коническая шестерня каретки входит в зацепление через промежуточную коническую шестерню 26 с конической шестерней 27 дейдвудного вала 28, выполненной заодно с цилиндрической шестерней 29, входящей в зацепление с цилиндрической шестерней 30, закрепленной на промежуточном валу 31, установленного на подшипниках и имеющего вторую цилиндрическую шестерню 32. Дейдвудный вал соединяет редуктор с гребным винтом. Бензиновый двигатель стандартный и выполнен без особенностей.

Пневмостатический двигатель содержит герметичный корпус 33, закрытый крышкой 34, имеющей предохранительный клапан 35, штуцер 36 для соединения с баллонами высокого давления 37 посредством трубопровода с запорным 38 и расходным 39 кранами, штуцер 40 для присоединения монометра 41. В негерметичном корпусе 42, выполненным как одной целое с герметичным корпусом и имеющим смотровые люки 43 и 44, установлен выходной вал 45, на одном конце которого закреплен маховик 46, зубчатый венец которого входит в зацепление с шестерней привода генератора электрического тока 47 и регулятора частоты вращения вала двигателя 48, прикрепленных снаружи к негерметичному корпусу, а на другом конце выходного вала закреплен поводок 49. Внутри герметичного корпуса закреплены стойки 50 и 51, в подшипниках которых установлен ротор 52, имеющий подшипниковые опоры 53 и 54, а также рабочий вал 55 со шлицем, на котором закреплен поводок 56. На ротор надета втулка 57 с возможностью продольного перемещения, выполненная заодно с желобом 58, в который входит вилка 59, закрепленная на корпусе гидроцилиндра 60, закрытого с обеих сторон крышками 61 и 62, внутрь которого вставлен поршень 63, выполненный заодно со штоком 64, закрепленным на стойках и имеющим внутренние каналы 65 и 66, соединенные с гидросистемой привода, состоящей из масляных насосов 67 и 68, приводимых в движение электродвигателем 69, питаемым от аккумуляторной батареи 70, подключаемой включателем 71. Трубопроводами масляные насосы соединены с масляным баком 72 и имеют редукционные клапаны 73 и 74, нагруженные пружинами. В гидросистему также входят два регулировочных крана с золотниками 75 и 76, имеющими рычаги 77 и 78. В передней части ротора выполнены глухие, открывающиеся в сторону от оси вращения каналы квадратного сечения (могут быть и круглыми) разбитые на четыре группы 79, 80, 81, 82 и расположенные рядами вдоль ротора. Каждая группа каналов расположена в одной плоскости. Количество рядов определяется мощностью двигателя и неограничено. Каждая последующая группа каналов смещена относительно предыдущей на 90 градусов. Плоскость дна каждого из каналов ротора выполнена под углом к линии, проходящей через центр вращения и разделяющей две группы противоположно направленных каналов (фиг. 9). В стенке, отделяющей герметичный корпус от негерметичного, установлено герметичное устройство передачи вращения. Оно содержит шар 83, установленный в отверстии упомянутой стенки и выполненный заодно со стержнями 84 и 85, входящими в отверстия поводков ротора и выходного вала. Шар закреплен двумя обоймами 86 и 87, привернутыми болтами к стенке. На стержни надеты прочные и гибкие манжеты 88 и 89, концы которых закреплены на стержнях и на стенке корпуса. Внутрь манжетов налито масло.

Центробежный регулятор частоты вращения выходного вала двигателя содержит пустотелый конус 90 с внутренними продольными пазами, в которые вставлены шарики 91, контактирующие с диском 92, закрепленным на валу 93, установленным с возможностью продольного перемещения и имеющего чашку 94 с планкой, взаимодействующей с планками 95 и 96, закрепленными на тягах 97 и 98, соединенных через рычаги 99 и 100, тяги 101 и 102 с рычагами золотников регулировочных кранов. Рычаг 103 регулирования частоты вращения выходного вала двигателя шарнирно соединен с валом 104, имеющим чашку 105 с выступом, входящим в контакт с планкой 106, шарнирно закрепленной с одной стороны, а с другой стороны соединенной с рычагом остановки двигателя (не показанным на чертеже), имеющей треугольный выступ 107 и нагруженной пружиной 108. Между двумя чашками установлена пружина 109. Расходный кран содержит корпус 110, внутрь которого вставлен золотник 111 с ручкой 112, имеющий перепускное отверстие 113. На корпусе расходного крана расположены штуцер 114 для соединения с запорным краном, штуцер 115 для соединения с атмосферой и штуцеры 116 и 117 для соединения с герметичным корпусом двигателя. На выпускном трубопроводе установлен глушитель шума 118.

Работа моторного судна. Предлагаемое моторное судно может перемещаться за счет вращения гребного винта 13, приводимого в движение бензиновым двигателем 6, пневмостатическим двигателем 7 или тем и другим одновременно. При движении судна посредством бензинового двигателя 6 последний посредством ручки 158 подключается к редуктору 12. Вращающийся момент от двигателя 6 через соединительную муфту 8, вал 10, муфту сцепления 17, вал 19, шестерни 21 и 22 передается на промежуточный вал 23 и далее через коническую шестерню - подвижной каретке 24, которая посредством рычага 25 должна быть передвинута влево (фиг. 4), промежуточную коническую шестерню 26, коническую шестерню 27, поступает на дейдвудный вал 28, который приводит в движение гребной винт 13, обеспечивая движение моторного судна вперед. В этом случае промежуточный вал 31 с цилиндрическими шестернями 30 и 32 вращается вхолостую. Для обеспечения движения судна задним ходом необходимо передвинуть рычаг 25 и переместить каретку 24 вправо. При этом коническая шестерня каретки выйдет из зацепления с промежуточной конической шестерней 26, а цилиндрическая шестерня каретки 24 войдет в зацепление с цилиндрической шестерней 32 промежуточного вала 31. Вращающийся момент от бензинового двигателя 6 через соединительную муфту 8, вал 10, разобщительную муфту 17, вал 19, шестерни 21 и 22, промежуточный вал 23, цилиндрические шестерни каретки, 32, 30 промежуточного вала 31, цилиндрическую шестерню 29 и дейдвудный вал 28 передается на гребной винт 13, который, вращаясь в противоположную сторону, обеспечивает движение судна задним ходом. При этом коническая шестерня 26 вращается вхолостую. Для движения судна с помощью пневмостатического двигателя 7 последний посредством рычага 14 подключается к редуктору 12, а бензиновый двигатель 6 рычагом 15 отключается от редуктора. В этом случае вращающийся момент от пневмостатического двигателя 7 передается через соединительную муфту 9, вал 11, разобщительную муфту 16, вал 18, шестерни 20 и 22 на промежуточный вал 23 и далее, как было описано выше. Вращение гребного винта 13 в ту или иную сторону обеспечивает движение моторного судна вперед или назад. При этом управление предложенным судном ничем не отличается от управления обычным судном. Перед началом движения необходимо произвести осмотр пневмостатического двигателя, проверить исправность аккумуляторной батареи 70 и наличие сжатого воздуха в баллонах 37. После чего производится запуск пневмостатического двигателя. Посредством включателя 71 электродвигатель 69 подключается к аккумуляторной батарее 70. Масляные насосы 67 и 68 приходят в движение и начинают нагнетать масло в левую и правую полости гидроцилиндра управления. При этом рычаги 77 и 78 управления золотниками 75 и 76 находятся в положении, показанном на фиг. 13, корпус 60 гидроцилиндра неподвижен, а втулка 57 находится в левой части ротора и закрывает каналы 79, 80, 81, 82. Количество масла, подаваемого насосами 67 и 68, одинаково и давление в обеих полостях гидроцилиндра также одинаково, так как избыток возвращается через золотники 75 и 76 с в бак 72, а при повышении давления масла сверх нормы срабатывают редукционные клапаны 73 и 74, перепуская масло с выхода насосов на вход. Открывается запорный кран 38 и затем перемещением влево ручки 112 расходного крана 39 перемещается в ту же сторону золотник 111, перепускное отверстие 113 которого соединяет внутреннюю полость герметичного корпуса 33 с баллонами сжатого воздуха высокого давления 37, при этом необходимое давление воздуха в герметичном корпусе (от 100 - 200 атм) контролируется по манометру 41, а максимальное давление ограничивается предохранительным клапаном 35. После заполнения герметичного корпуса 33 сжатым воздухом ручка 112 вместе с золотником 111 перемещается вправо в нейтральное положение и отсоединяет внутреннюю полость герметичного корпуса 33 от баллонов сжатого воздуха высокого давления 37. При нажатии на рычаг 103 чашка 105 смещается вправо и, сжимая пружину 108, отодвигает вниз планку 106, перескакивая через треугольный выступ 107, обеспечивая минимальное сжатие пружины 109, что соответствует минимальным оборотам двигателя. Под действием пружины 109 чашка 94 смещается вправо и своей планкой нажимает на планку 96, которая перемещает вправо тягу 98, поворачивая рычаг 100, и посредством тяги 102 поворачивает золотник 76 регулировочного крана, закрывая доступ масла в бак 72. Давление масла в правой полости гидроцилиндра возрастает и его корпус 60 смещается вправо относительно неподвижного поршня 63, передвигая в ту же сторону посредством вилки 59 втулку 57, открывая один ряд каналов 79, 80, 81, 82. Выталкивающая сила Архимеда, действующая в жидкостях и газах, производит давление на стенки и дно каждого из каналов 79, 80, 81, 82 ротора 52. Так как площади противоположных стенок каждого из каналов равны, потому что l= l₁, l₂=l₃, l₄=l₅, l₆=l₇, то давление на эти стенки и действующие силы равны и уравновешивают друг друга F=F₁, F₂=F₃, F₄=F₅, F₆=F₇ (фиг. 10 и 11). Силы же, действующие на дно каждого из каналов, ничем не уравновешены.

Возникающие пары сил Fp-Fp, Fp₁-Fp₁, Fp₂-Fp₂, Fp₃-Fp₃, Fp₄-Fp₄, Fp₅-Fp₅, точки приложения которых находятся на некотором расстоянии по обе стороны от оси вращения, создают вращающий момент, который приводит ротор 52 во вращение. Наружные силы Fн, действующие на наружную поверхность ротора, не препятствуют вращению и не создают дополнительного вращающего момента, так как направление действия этих сил проходит через центр вращения ротора (фиг. 12). Роток 52 вращает поводок 56, который увлекает за собой стержень 84, вызывающий вращение шара 83 в обоймах 86 и 87 и вращение в противоположную сторону стержня 85, поводка 49, выходного вала 45 и маховика 46, который аккумулирует энергию вращения ротора и делает это вращение плавным. Как только откроется один ряд каналов и ротор 52 начнет вращаться под действием возникающей центробежной силы, шарики 91 сместятся влево и через диск 92 и вал 93 передвинут чашку 94, сжимая пружину 109 и поворачивая золотник 76, открывая доступ маслу в бак 72. Движение корпуса 60 прекратится. При повороте далее вправо рычага 103 чашка 105 еще больше сжимает пружину 109, которая, преодолевая сопротивление центробежной силы, заставляет чашку 94 смещаться вправо и, как было описано выше, поворачивать золотник 76. В результате чего втулка 57 еще дальше перемещается вправо вдоль ротора 52 и открывает дополнительные ряды каналов 79, 80, 81, 82 до тех пор, пока возросшая центробежная сила не уровняет силу пружины 109 и не остановит втулку 57. Таким образом, чем дальше вправо повернут рычаг 103, тем большее количество рядов каналов открыто на роторе 52, тем больше мощность на выходном валу двигателя. При повороте рычага 103 влево сила действия пружины 109 уменьшается и чашка 94 под действием центробежной силы регулятора сместится влево и своей планкой нажмет на планку 95, которая передвинет влево тягу 97, повернет рычаг 99 и через тягу 101 повернет золотник 75, перекрывая доступ масла в бак 72. Давление масла в левой полости гидроцилиндра возрастет и корпус 60 станет смещаться влево, закрывая лишние ряды каналов 79, 80, 81, 82, уменьшая мощность на выходном валу двигателя. Постоянство частоты вращения выходного вала 45 двигателя поддерживается регулятором 48, который изменяет величину центробежной силы в зависимости от изменившийся частоты вращения выходного вала и закрывает тот или иной из золотников 75, 76. В результате чего втулка 57 перемещается в ту или иную сторону и открывает или закрывает один или несколько рядов каналов ротора, тем самым увеличивая или уменьшая до необходимой величины частоту вращения выходного вала двигателя. Для повышения мощности может быть использовано несколько роторов, работающих на один вал (на чертежах не показано). Кратковременная остановка пневмостатического двигателя осуществляется следующим образом. Кнопкой, не показанной на чертеже, планка 106 опускается вниз в направлении стрелки, сжимая пружину 108. Чашка 105 выходит их зацепления с треугольным выступом 107.

Поворотом влево рычага 103 освобождается пружина 109. Ручкой, не показанной на чертеже, поворачивается золотник 75. Давление масла в левой полости гидроцилиндра возрастет и корпус 60, перемещаясь влево, передвинет в ту же сторону втулку 57, которая закроет все ряды каналов 79, 80, 81, 82 и ротор 52 остановится. После чего включателем 71 электродвигатель 69 отключается от аккумуляторной батареи 70 и масляные насосы останавливаются. При длительной остановке пневмостатического двигателя после выполнения всех вышеперечисленных действий необходимо передвинуть вправо ручку 112 расходного крана 39. В результате этого перепускное отверстие 113 соединит внутреннюю полость герметичного корпуса 33 с атмосферой. Сжатый воздух выйдет из герметичного корпуса 33 в атмосферу через штуцер 115 и глушитель шума 118. При работе двигателя маховик 46 приводит в движение генератор электрического тока 47. Вырабатываемая им электроэнергия идет на зарядку аккумуляторной батареи 70 и питание различных электроприборов. Смазка двигателя осуществляется системой смазки, не показанной на чертежах.

Положительный эффект изобретения: экономия органического топлива; увеличение дальности плавания без дозаправки топливом; уменьшение загрязнения окружающей среды.