Водометными двигателями


Катера с водометным двигателем

Если Вы мечтаете проводить отпуск возле моря, Вам просто необходимо приобрести катер. С его помощью Вы сможете бороздить по морским волнам, наслаждаться чувством свободы и спокойствия. В таком случае лучше всего подойдут катера с водометными двигателями. Они очень маневренны и могут выполнять повороты практически мгновенно.

Водомет являет собой судовой двигатель, в котором сила, приводящая судно в движение, создается выталкиваемой из него струей воды.

Он состоит из насоса, водометной трубы, спрямляющего аппарата и реверсивно-рулевого устройства. Вода засасывается в водозаборник из водоема. Водяной поток с высокой скоростью проходит через сопло. Благодаря тому, что сечение сопла меньше, чем диаметр водовода, создается реактивная тяга, которая и приводит судно в движение. Такой катер имеет очень высокую маневренность. Для его экстренного торможения необходимо, не сбрасывая газ, включить реверс.

История возникновения

Водометный двигатель был создан еще в 1784 году Дж. Рамсеем в США. Также его использовал в 1867 году английский военно-морской флот для проведения опытов с центробежными насосами. А в 1953 году Гамильтон создал маленький катер с водометным двигателем. Сначала он установил внутри судна центробежный насос. Водная струя выходила в корме под судном. Выходное отверстие было управляемым, так как под днищем катера не было возможности установить малейшего пера руля. Гамильтон вывел подводное выпускное отверстие на транец над водой, что обеспечило выброс водяной струи в воздух. В результате он получил не только днище без выступов, но и высокий К. П. Д. В 1956 году центробежный насос заменил двухступенчатый, а потом и трехступенчатый насос. Сейчас применяют и одноступенчатые осевые насосы, и одноступенчатые диагональные насосы. Управление, а также задний ход осуществляются при повороте струи и выпускном сопле.

Особенности и преимущества катера с водометным двигателем

Если Вы хотите осуществить какой-либо маневр с помощью такого катера, не нужно выключать двигатель и сбрасывать газ. Этим он и отличается от судна с гребным винтом. Скорость у таких катеров быстро падает при снижении числа оборотов. Хитрость управления водометом заключается в использовании рукоятки газа только в открытом море. Если Вы находитесь в порту, то Вам необходимо пользоваться дефлектором. Однако это сложно дается тем, кто привык управлять обычным винтовым судном. Конечно же, для освоения данного прибора понадобится некоторое время. Но тот, кто уже освоил водомет, ценит такое его качество, как маневренность.

Преимущества водометных двигателей:

  • нет выступающих частей под днищем катера. Таким образом, исключается опасность ранения пловцов;
  • наличие небольшой осадки позволяет использовать данный вид катеров в мелких водоемах;
  • катер можно легко спустить с трейлера, а также обратно поднять его;
  • если водометный двигатель установить на небольшие быстроходные пожарные катера, его можно использовать в качестве пожарного насоса;
  • водометы меньше поддаются поломкам от плавающего мусора. Также можно усложнить передачи и противоположно направленной струей «промыть» решетку входного отверстия от мусора;
  • удивительная мягкость работы трансмиссии и практически полное отсутствие вибрации – еще одно преимущество водометов.

Однако если нерегулярно использовать водометный двигатель, он может подвергнуться обрастанию. При этом катер может потерять 10 % своих скоростных данных. Конечно же, его можно изнутри покрыть противообрастающими красками, предварительно разобрав его.

yach.su

Про водометы

Про водометы

Википедия глаголит:

Водометный движитель (водомет) — это движитель, у которого сила, движущая судно, создается выталкиваемой из него струей воды (реактивная тяга). По сути это водяной насос, который работает под водой. Применяются обычно на судах, плавающих на мелководье.

Водометные движители используются в мире уже с 1950-х годов. Это новозеландцы изобрели лодочный мотор, который можно было использовать безопасно и надежно на мелководных реках для доставки в труднодоступные места разнообразных грузов. Но для более менее коммерческого и повсеместного применения водометов ждали около 50 лет.

Достоинства водометного движителя

Хорошо защищён от механических повреждений и кавитации (процесс парообразования и последующего схлопывания пузырьков пара с одновременным конденсированием пара в потоке жидкости )
Хорошо плавает по мелководью (можно спокойно передвигаться по мелководным горным рекам и озерам с каменным дном), преодолевает засоренные участки водоёмов и даже перекаты и мели ( в отличие от винтового мотора, в котором такие штуки могут можно разрушить и винт, и сам мотор)
Безопасен для людей, которые находятся рядом в воде, т.к. импеллер находится внутри. Для применения в спасательной техники это очень актуально, т.к. спасательное судно должно быть как можно ближе к спасаемому человеку. И, кстати, глушить водомет нет необходимости
На больших скоростях КПД лучше, чем у винтовых. Тут на выбор: либо увеличенная максимальная скорость, либо экономия топлива
Водомётные катера более устойчивы и управляемы (даже при резких виражах на высокой скорости), потому что водомёт как бы «присасывает» катер к воде, за счет чего он устойчиво ведет себя. Можно совершить разворот практически на месте и двигаться бортом вперёд. Не требуется использование реверс-редуктора, торможение с полного хода, выбег судна при экстренном торможении наиболее короткий
Тише по сравнению с винтовыми движителями

Недостатки водометного движителя

Меньший, по сравнению с винтом, КПД на небольшой скорости из-за необходимости перевозки, помимо собственно полезного груза, также и воды, находящейся в трубопроводе; трения воды в трубопроводах;турбулентных завихрений потока воды в каналах водомёта
Затруднительность подачи воды сквозь днище судна к насосу, на эффективность которого будет влиять скорость движения судна относительно воды
Водозабор работает также как помпа и может затянуть со дна камни, песок, мусор. Это может забить систему охлаждения либо повредить импеллер и водовод
Высока степень износа пары ротор-статор, так как эксплуатация производится на мелководье.
Cвоеобразное поведение водомётного катера на малом ходу

Мы используем водометные двигатели фирм Mercury и Weber, потому что они и мощные, и надежные, и крутые, что отлично соответствует нашим катерам.

Для тех, кто хочет досконально разобраться как работает водометный движитель

Импеллер

Импеллер (или винт, или рабочее колесо) - это лопаточная машина, заключенная в кольцо, снижает потери мощности и шумность. Импеллер является главным элементом водометного движителя, преобразующим энергию двигателя в энергию поступательного движения судна. Гидродинамически импеллеры бывают: осевые с цилиндрической и конической ступицей, осе-диагональные, диагональные и шнековые. Каждый из типов имеет свою область использования.Осевые импеллеры являются предшественниками всех типов импеллеров водометных двигателей. Отличаются высокими значениями упора на низких скоростях движения. Имеют достаточно низкий кпд и небольшой запас по кавитации, что определяет применение низкооборотных двигателей. Просты в изготовлении.Осе-диагональные импеллеры характеризуются достаточно высокими значениями кпд, способны эффективно работать на любых скоростях движения судна. Могут быть применены в компоновке со среднеоборотными двигателями.Диагональные и шнековые импеллеры – это наиболее современные импеллеры, проектирование которых могут себе позволить только фирмы, имеющие базу разработки гидродинамики. У таких импеллеров максимальные значения кпд находятся в зонах высоких оборотов двигателей и скоростей движения судна. Вообще, импеллер самая сложная деталь в составе водометного движителя, обычно они изготавливаются литыми с последующей механической обработкой лопастей. Некоторые производители изготавливают сварные импеллеры, заранее обработанные лопасти привариваются к ступице. Такая технология допустима в случае с низкооборотными осевыми импеллерами и совершенно не допустима для высокооборотных движителей. Значительный дисбалансы таких импеллеров, переменные силы действующие на лопасти неизменно приводят к отрыву лопастей, что может в свою очередь привести к разрушению всего движителя. Большинство производителей водометов для малого судостроения изготавливают импеллеры методом точного литья с минимальной последующей обработкой. Такая технология дает значительное снижение стоимости изготовления при соблюдении высокой точности геометрии. Импеллеры изготавливаются из нержавеющей стали или коррозионно-стойких бронз и латуней.

Водовод

Водовод (или водометная труба, или водозаборник) - обычно это профилированная труба. Водяной поток ускоряется либо лопастным механизмом, либо энергией сгорания топлива или давлением сжатого газа, что и обеспечивает направленный выброс струи через выпускное отверстие в корме. Отбрасываемая масса воды создает упор движителя, что и приводит судно в движение. Водовод с точки зрения гидродинамики очень важная деталь любого водомета. Кроме этого конструктивно водозаборник, как правило, является несущей силовой деталью водометного движителя.Именно в водозаборнике происходит «подготовка» воды перед импеллером. Очень важно, чтобы течение жидкости подошедшей к импеллеру было максимально равномерным и ламинарным по всему сечению. Кроме того законом изменения сечений водозаборника можно добиться минимального разрежения на входе водозаборника, что положительно сказывается на способности водомета не «засасывать» в себя посторонние предметы. Многие разработчики и производители недооценивают значения этого важного элемента водометного движителя, считая, что основная задача просто подвести воду к импеллеру. В угоду технологичности и компактности, водозаборники делают зачастую из листового материала, с очень крутыми подъемами свода водозаборника.

Основные правила проектирования водозаборников 
Свод водозаборника не должен быть крутым, должно быть соблюдено условие безотрывности течения потока воды от днища катера к своду водозаборника.
Входящая кромка, так называемая «губа» должна иметь профиль максимально приближенный к гидродинамическому.
Сечения водозаборника должны быть максимально приближены к форме трубы. Плоские поверхности образующие вход водозаборника, за два калибра от импеллера должны плавно перейти к форме круга.

Спрямляющий аппарат

Спрямляющий аппарат создает на пути движения воды определенное сопротивление. Что бы это сопротивление уменьшить, в идеале профиль лопаток спрямляющего аппарата должен быть правильного гидродинамического профиля, при этом сама конструкция спрямляющего аппарата не имеет большого значения с точки зрения гидродинамики. Гидродинамические схемы исполнения спрямляющего аппарата. Лопаточное поджатие. Это когда лопатки спрямляющего аппарата выполняют одновременно и функцию соплового аппарата. В этом случае профиль лопаток имеет форму клина. У такого спрямляющего аппарата имеется одно преимущество – уменьшение осевого габарита всего водометного движителя. Но недостатков больше, чем преимуществ. Потери КПД достаточно велики, благодаря профилю лопаток. О недостатках такого сопла будет сказано ниже в разделе Сопловой аппарат.Щелевой водомет. Собственно самого спрямляющего аппарата в такой схеме нет. Функцию спрямления струи выполняет сжатое в прямоугольник сопло.  Авторство этого типа водометного движителя принадлежит ЦНИИ им. Акад. А.Н.Крылова. Разрабатывалось это щелевое сопла для водометов большой мощности, для водоизмещающих судов с частично напорным водозаборником. Для глиссирующих судов этот тип ВД не эффективен. Пропульсивный КПД такого движителя не более 0,46, тогда как у традиционных ВД не менее 0,6, а у лучших образцов до 0,65. Такая разница в КПД дает потерю скорости катера более 40%.

Сопловой аппарат

Сопловой аппарат (или просто сопло) – элемент гидродинамической части водометного движителя, формирующий струю, которая выходя из сопла обеспечивает реактивную тягу. Задача соплового аппарата произвести поджатие воды на выходе из водомета. Уменьшение в сопле проходного сечения преобразует давление воды в ее скорость. Наибольшая эффективность сопла достигается его точной, правильной профилировкой. Уменьшая или увеличивая поджатие сопла, можно менять характеристики водометного движителя.

Виды сопловых аппаратов
В сопле размещен спрямляющий аппарат. Это значительно экономит осевой размер водомета, но требует очень дорогостоящего производства.
Сопло с лопаточными поджатием. В этом случае, так же спрямляющий аппарат расположен в сопле, но само сопло не имеет поджатия, эту функцию выполняют клиновые лопатки спрямляющего аппарата. Из недостатков конструктивных и практических: трудность организации реверсивно-рулевого устройства. Диаметр струи равен диаметру импеллера, соответственно увеличиваются и размеры реверсивного устройства. Струя на выходе из такого сопла рваная и неравномерная, единственный вариант рулевого устройства – рули в потоке – не самый лучший вариант.
Щелевое сопло. В таком сопле, в угоду технологичности (можно все сделать из листового металла) и стремлению к уменьшению габаритов, некоторые изготовители водометов существенно пренебрегают эксплуатационными и техническими параметрами водометных движителей. Как было сказано выше, пропульсивный кпд такого движителя не более 0,46, что ведет к недобору скорости и перерасходу топлива. Как и для сопла с лопаточным поджатием, на водомете с щелевым соплом не возможно организовать эффективное реверсивно-рулевое устройство. Этот тип водометного движителя предложен в ЦНИИ им. Акад. А.Н.Крылова и разрабатывался специально для водометов большой мощности, с частично напорным водозаборником.

Реверсивно-рулевое устройство (РРУ)

РРУ обеспечивает поворот судна, а при перекрытии потока из сопла, струя воды поворачивается обратно, что дает судну задний ход.

Задачи реверсивно-рулевого устройства
Максимально эффективно, без значительных усилий управлять судном на всех режимах переднего хода
Максимально эффективно использовать энергию водометного движителя на режиме заднего хода
Обеспечить хорошую управляемость судна при движении и маневрировании на заднем ходу

Наибольшее количество патентов, касающихся водометных движителей, относится именно к РРУ. Практически все ведущие фирмы, производителей водометной техники имеют свои, отличающиеся от других производителей, схемы РРУ.

Для управления на переднем ходу большинство производителей применяют различные конструкции поворотных насадок.

Существует, так называемое полноповоротное сопло, устройство, которое не воздействует на сформированную в сопле струю, поворачивая ее, а само поворачивается вместе со струей. То есть такое сопло по праву может называться устройством управления вектором тяги водометного движителя. Эффективность такого поворотного сопла чрезвычайно высока. На водометах на малом ходу для улучшения управляемости необходимы «подгазовки», а при использовании полноповоротного сопла, такая необходимость отпадает, судно одинаково эффективно управляется как на полном, таки на малом ходу. Конечно, конструкция такого рулевого устройства более сложная, чем у поворотной насадки.

В качестве рулевого устройства иногда используют рули в потоке. Такие устройства имеют целый ряд недостатков таких как: худшая управляемость,  нагруженность конструкции, потери эффективности до 5 % кпд движителя, повышенные усилия на штурвальном устройстве.

Известны схемы РРУ, когда рули в потоке при повороте на 90 градусов перекрывают весь поток струи водомета и вода начинает поступать в реверсивную камеру для обеспечения заднего хода, и при осуществлении реверса управляемость судном отсутствует.

Недостатком многих РРУ является нарушение мнемоники управления на режимах заднего хода (это когда при ходе назад, для поворота направо, штурвал необходимо крутить налево). Неэффективные реверсивные устройства – один из главных аргументов не в пользу водометных движителей при сравнении различных типов движителей.

Привод реверсивно-рулевого устройства (РРУ)

Существует великое множество приводов РРУ водометных движителей. Как правило каждая модель водомета любой фирмы имеет свой привод РРУ. Для водометов большой мощности (более 250-300 л.с.), как правило, применяются приводы, использующие гидравлические исполнительные механизмы. Такие приводы достаточно дороги, так как требуют насосных станций, трубопроводов, исполнительных механизмов.  Если исполнительные гидроцилиндры привода РРУ вынесены за борт судна, нужно быть готовым к тому, что он потребует очень внимательного отношения при эксплуатации. Совершенно не допустимо, что бы исполнительные гидроцилиндры находились под водой. Для водометов малой мощности (до 150 л.с.), как правило приводы исключительно механические, так как нагрузки на элементы привода незначительны.

Подшипниковые узлы и дейдвудные уплотнения

Многие производители существенно экономят на стоимости производства водометной техники и устанавливают опорные подшипники скольжения и дейдвудные уплотнения – сальниковые набивки. Применение подшипника скольжения в водометном движителе с технической точки зрения абсолютно не оправдано. Одним из главных параметров водометного двигателя является величина зазора между импеллером и обечайкой. При значительном увеличении этого зазора кпд движителя может существенно упасть.  Подшипник скольжения  из-за своих свойств не может обеспечить постоянный зазор. Импеллер начинает задевать за обечайку, изнашиваться и в конечном счете зазор увеличивается. Некоторые производители для уменьшения этого эффекта используют коническую обечайку и рабочее колесо, требующее в процессе эксплуатации регулировки в осевом направлении.При использовании подшипников качения таких проблем не существует. Безусловно, подшипниковые узлы должны быть надежно защищены от попадания в них воды. Эту функцию выполняет, в том числе, дейдвудное уплотнение.Идеальным типом дейдвудного уплотнения является торцевое уплотнение. Такое уплотнение требует обязательного использования шарикоподшипниковых опор вала водомета. Торцевое уплотнение при эксплуатации неприхотливо, не требует обслуживания и единственное чего «не любит» - работы без воды.

Водомет подвержен забиванию водорослями, которые, наматываясь на вал с импеллером, могут его заклинить. В случае заклинивания водомета, для предотвращения поломки стационарного двигателя, на валу предусмотрена срезаемая шпонка. Очистить от водорослей можно, открыв смотровой лючок и убрав их. Смотровой лючок находится в своеобразном «колодце», края которого подняты выше ватерлинии, что позволяет иметь доступ к водоводу на плаву. От попадания в водомет крупных камней предохраняет решетка во впускном отверстии.

rosomahaboat.ru

Водометный движитель

Изобретение относится к судостроению, а именно к водометным движителям, предназначенным для привода быстроходных судов, кораблей, яхт. Водометный движитель содержит рабочее колесо (винт) с цилиндрической ступицей, на которой расположены лопасти рабочего колеса постоянного или переменного шага с входными и выходными участками, которые помещены в цилиндрический насадок. Диаметр лопастей рабочего колеса (винта) на входе больше диаметра лопастей на выходе так, что фронтальная площадь на выходе меньше площади на входе в 1,5-2 раза. В насадке расположены неподвижные лопатки противоположного направления по сравнению с направлением профиля лопасти рабочего колеса (винта) на входе. Высота лопаток выполнена переменной по ходу потока от минимума до максимума, образуя постоянный зазор с лопастями рабочего колеса. Лопатки плавно изогнуты до осевого направления на выходе. Достигается повышение упора движителя и коэффициент полезного действия, повышение устойчивости работы при попадании воздуха в лопастную систему движителя и в кавитационных режимах. 2 ил.

 

Водометный движитель предназначен для привода быстроходных судов, кораблей, яхт.

Известно, что эффективность водометного движителя зависит от параметров лопастной системы судового винта постоянного или переменного шага, помещенного в неподвижный насадок. При возрастании скорости, развиваемой судном, упор водометного движителя снижается, так что движитель работает не в режиме максимального КПД.

Известны способы борьбы с этим явлением - помещение рабочего колеса водометного движителя в конический насадок. Однако этот способ приводит к некоторому снижению КПД, так как сопротивление конического насадка при увеличении скорости судна существенно возрастает по сравнению с цилиндрическим насадком.

Аналогом изобретения является патент РФ №2031051 МПК В63Н 11/08, 11/03, 1/14, 1992 г., «Ротор водометного движителя». В конструкции ротора лопастная система размещается на цилиндрической втулке, а площадь входа среды в канал выполнена меньше площади выхода. По мнению автора это приводит к уменьшению скорости реактивной струи и увеличению КПД.

Прототипом изобретения является «Водометный движитель» по патенту РФ №2266231 МПК В63Н, 11/08, 2004 г. Лопасти движителя выполнены с криволинейной линией профиля и расположены на конической втулке, так что площадь на выходе лопастной системы составляет 0,7 площади на входе.

Недостатком этого конструктивного решения является также значительное увеличение потерь от обтекания конической втулки, что приводит к уменьшению упора и низкому КПД, но способствует устойчивой работе при захвате воздуха лопастями движителя.

Задачей настоящего изобретения является повышение упора движителя и коэффициента полезного действия, а также повышение устойчивости работы при попадании воздуха в лопастную систему движителя и в кавитационных режимах.

Поставленная задача решается специальным конструктивным исполнением лопастной системы водометного движителя. Рабочее колесо (винт) имеет цилиндрическую ступицу и помещено в цилиндрический насадок. Конструкция лопасти выполнена постоянного или переменного шага. При этом кольцевая площадь F1, сметаемая лопастью на входе, в 1,5-2 раза больше площади F2, сметаемой лопастью на выходе. Лопасть помещена в цилиндрический насадок диаметра D, внутри которого расположены неподвижные лопатки, причем угол установки неподвижных лопаток на входе β1 равен углу установки лопастей рабочего колеса (винта) α, а на выходе угол установки неподвижных лопаток β2 равен 90°. Такое исполнение неподвижных лопаток обеспечивает больший упор водометного движителя в стоповом режиме и больший упор при максимальных оборотах.

На фиг.1 показан разрез водометного движителя. В насадке 1 размещена ступица 2, на которой закреплены лопасти 3. В корпусе цилиндрического насадка расположены неподвижные лопатки 4. Их высота на входе минимальна (равна нулю) и плавно увеличивается к выходу, обеспечивая постоянный зазор с лопастями рабочего колеса. Стрелкой «А» показано направление набегающего потока.

На фиг.2 в развертке по диаметру D показаны профили лопастей рабочего колеса (винта), а сплошными линиями - профили лопаток в насадке. Стрелкой показано направление вращения лопастей.

Технический результат состоит в том, что такое исполнение водомета обеспечивает более высокий КПД в широком диапазоне скорости судна, что позволяет при той же мощности двигателя развивать большую скорость.

Эффект достигается за счет более оптимального обтекания лопаток на всех режимах работы движителя по скорости, так как половина жидкости выбрасывается всегда в осевом направлении и обеспечивает большую реактивную тягу водомета, и за счет лучших кавитационных характеристик позволяет сохранять высокие значения тяги в широком диапазоне скоростей.

Водометный движитель работает следующим образом.

Вследствие большего диаметра лопастей на входе, чем на выходной части лопасти, поток на выходе из неподвижной решетки всегда направлен в осевом направлении. Исполнение профиля лопаток неподвижной решетки обеспечивает увеличение напора рабочего колеса, при этом в стоповом режиме упор возрастает в 1,5-2 раза по сравнению с упором рабочего колеса диаметра D с такой же геометрией лопастей, размещенного в гладком цилиндрическом насадке. Наличие неподвижных лопаток в насадке препятствует перетеканию потока на концах лопасти с нагнетательной стороны на всасывающую и способствует подавлению кавитации в зазоре между лопастями винта и насадка.

Водометный движитель предлагаемой конструкции будет иметь расширенный диапазон работы с более высоким значением упора и КПД и устойчиво работать как при захвате воздуха, так и в режимах кавитации.

Водометный движитель, содержащий рабочее колесо (винт) с цилиндрической ступицей и расположенными на ней лопастями рабочего колеса постоянного или переменного шага с входными и выходными участками, помещенными в цилиндрический насадок, отличающийся тем, что диаметр лопастей рабочего колеса (винта) на входе больше диаметра лопастей на выходе так, что фронтальная площадь на выходе меньше площади на входе в 1,5-2 раза, в насадке расположены неподвижные лопатки противоположного направления по сравнению с направлением профиля лопасти рабочего колеса (винта) на входе, высота лопаток выполнена переменной по ходу потока от минимума до максимума, образуя постоянный зазор с лопастями рабочего колеса, и лопатки плавно изогнуты до осевого направления на выходе.

www.findpatent.ru

Исследовательская работа на тему "Водометный двигатель"

Муниципальное общеобразовательное учреждение

«Средняя общеобразовательная школа № 69

с углубленным изучением отдельных предметов»

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА

Тема: Водометный двигатель

Автор работы:

Шишмарин Вадим

ученик 2 А класса

кл. руководитель:

Елганова И.А.

ИЖЕВСК

2014

Введение

Издавна наблюдая за передвижением морских существ в водах океана, таких как каракатица, осьминог, морской гребешок и медуза, человек пытался понять, как и за счет чего движутся в воде эти существа. Со временем люди поняли, что эти животные движутся, используя резкий выброс вбираемой ими воды, то есть их перемещение происходит с помощью реактивного движения. Однако еще очень долгое время человечество не могло применить эти знания на практике.

За 250 лет до рождества Христова греческий ученый Архимед размышлял о водометном принципе движения и даже вплотную приблизился к сегодняшнему решению, предложив винтовой подъемник для воды, который впоследствии назвали Архимедовым винтом. Длинный винт в трубе вращался мускульной силой человека [1].

Много позже Исааком Ньютоном принцип реактивного движения был сформулирован в Третьем законе: «Всякое действие порождает равное по величине и противоположно направленное противодействие». Именно открытие этого принципа позволило людям экспериментировать с водометными двигателями [1, 2].

Впервые практическое применение такого способа перемещения — идея о самом принципе отброса воды было проведено в Англии в 1661 году, но только с изобретением Уаттом парового двигателя в 1765 году были достигнуты осязаемые результаты [2]. В этом же году Рарриси и Мейен создали насос с паровым приводом для откачки воды из трюмов судов с выбросом струи воды через корму.

Наиболее совершенный тип насоса был создан в Лондоне Генри Бессемером в 1849 году [1, 2]. Он создал осевой насос с одной трубой на всасывание в носовой части судна и с двумя патрубками с кормовой стороны. Бессемер поставил крыльчатки перед и за винтом подачи воды для спрямления струи и для компенсации потерь, вызываемых вращением струи воды. Александр Хедьярд в 1852 году предложил другую конструкцию. В насосе имелось поворотное сопло, которое можно было направлять вперед или назад. Насос всасывал воду через отверстие в днище судна и выбрасывал ее сквозь корму. Поворот струи приводил к повороту судна.

Ученые разных стран мира пытались найти применение водометному паровому двигателю и усовершенствовать его. Эти работы велись в Германии, Швеции, Англии и России. В России этим вопросом занимался механик Бурачек [3], который в 1855 году представил действующую модель водометного двигателя.

Считается, что современный водометный двигатель был изобретен новозеландцем (овцеводом) Крисом Уильямом Файлденом [2]. Водометные двигатели обрели свой настоящий дом в Новой Зеландии. Созданные здесь водометные суда побеждают во всех соревнованиях на самых сложных и опасных трассах. Кроме того, водометные двигатели используются не только в спорте, но и находят применение в армии. Например, в Вооруженных силах Российской Федерации такие движители установлены на плавающей бронетанковой технике и подводной лодке проекта «Борей» [2].

Преимуществами водометов [4], благодаря конструктивным особенностям перед винтовыми моторами, являются отсутствие открытых вращающихся частей, что делает их безопасными при использовании, незаменимость для прохождения по мелям, перекатам, рекам, засоренным сплавом леса, заросшим травой участкам водоемов, использование в качестве насоса для перекачки воды. Основным недостатком является более низкий по отношению к гребным судам коэффициент полезного действия.

Однако споры о целесообразности применения водометных движителей продолжаются до сих пор. Например, в нашей стране, начиная еще с 60-х годов, конструкторы и производственники не приходят к общему мнению по этому вопросу.

Цель работы: изучить водометный принцип движения на примере реактивного парового водомета.

Задачи:

ознакомиться с историей возникновения изучаемого вопроса;

узнать, что такое водометный двигатель;

разработать модель парохода с паровым водометом;

собрать пароход с паровым водометом;

провести тестовый пуск собранной модели.

Разработка и сборка модели парохода с паровым водометом

За основу взяли детскую игрушку пластмассовый катер или можно взять любой плавучий материал [5]. Малые отверстия в катере заливали водостойким клеем. Крупные отверстия катера закрывали вырезанной в размер винной пробкой и проклеивали по контуру клеем. В палубе катера и в нижней части кормы, погруженной в воду, сверлили по два отверстия диаметром 5 мм (см. Приложение 1).

Далее брали пустую железную баночку из-под детского питания, которую зачищали снаружи от краски. Ножовкой по металлу срезали две трети банки, спиленный край ровняли шкуркой, в получившейся «кастрюльке» сверлили два отверстия под медные трубки диаметром 5 мм (трубки могут быть латунными либо алюминиевыми). Края трубок зачищались и припаивались с помощью паяльника. Затем трубки изгибались таким образом, чтобы провести их сквозь отверстия в палубе катера и вывести в кормовые отверстия на 10-13 мм. Расстояние от дна «кастрюльки» до палубы составляло 40 мм (см. Приложение 2).

Из жестяной тонкой пластинки вырезалась круглая крышка и тоже припаивалась к «кастрюльке». Затем крышка слегка продавливалась, чтобы получить подвижную мембрану. Дуя в трубочки, можно заставить мембрану щелкать. Котел желательно делать как можно меньше: чем меньше объем воды внутри двигателя, тем быстрее он будет выходить на рабочий режим (см. Приложение 3).

Тестовый пуск катера

Перед включением двигатель полностью заполнили водой с помощью медицинского шприца, объемом 6 мл. Конструкция двигателя имеет именно две трубки, а не одну, чтобы облегчить «заправку»: пока вода заливается в одно сопло, воздух выходит из другого. При этом обе трубки были постоянно погружены в воду.

Когда под котел ставили свечку в подставке, вода в нем постепенно нагревалась и начинала кипеть. Образующийся при этом водяной пар выталкивал воду из котла. Проходя по трубкам, вода остывала, давление в котле падало, и двигатель всасывал воду обратно. Таким образом в трубах происходило постоянное возвратно-поступательное движение водяного столба. Подвижная мембрана при работе двигателя издавала громкий тарахтящий звук, напоминающий работу мотора.

Несмотря на то что водяной столб совершал движения в обе стороны, двигатель толкал катер вперед. Это связано с тем, что вся вода выталкивалась из трубок в одном направлении, а засасывалась со всех сторон.

Простейший паровой водомет можно сделать и вовсе без котла. Достаточно согнуть трубу в несколько витков прямо над свечкой на манер кипятильника.

Заключение

1. Изучив историю создания парового водометного двигателя, понял, что процесс его создания и применения волновал людей уже в древние времена, а не несколько последних десятилетий, как я предполагал.

2. Построена действующая модель катера с паровым водометным двигателем.

3. Испытание катера подтверждает третий закон Ньютона «Всякое действие порождает равное по величине и противоположно направленное противодействие».

Литература

1. Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия, 1969-1978.

2. https://ru.wikipedia.org/wiki/

3. Энциклопедия «Техника». - М.: Росмэн, 2006.

4. Куликов С.В., Храмкин М.Ф. Водометные движители, 2 издание, Л., 1970, с. 346-49.

5. http://www.popmech.ru/master-class/11295-reaktivnyy-parovoy-vodomet-parokhod/#full

Приложение 1.

Приложение 2

Приложение 3

infourok.ru


Смотрите также