Download to read offline
28873p
- 1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН (19) KZ(13) B (11) 28873 (51) F42B 19/00 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ (21) 2013/0217.1 (22) 20.02.2013 (45) 15.08.2014, бюл.№ 8 (76) Кадыров Жаннат Нургалиевич; Шубин Анатолий Борисович (56) Ударная кислородная самонаводящаяся торпеда 53-65КЭ. 2009. URL:http://dvigatel.net/to-l.html Подводное оружие и атомные подводные лодки. 2012. URL: http://undergun.ru/torрedy/93/ RU 2310155 С2, 10.11.2007 (54) ТОРПЕДНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ДЛЯ ДАЛЬНОХОДНЫХ КИСЛОРОДНЫХ САМОНАВОДЯЩИХСЯ ТОРПЕД (57) Изобретение относится к торпедным двигателям для дальноходных кислородных самонаводящихся торпед, выполненным в виде одновенечных турбин активного типа с понижающими двухступенчатыми редукторами и может применяться в торпедах боевого и практического применения, энергокомпонентами которых являются кислород, керосин и забортная вода. Технический результат при использовании предлагаемого изобретения заключается в повышении кпд двигателя. Высота рабочих лопаток ротора турбины выбрана с возможностью перекрытия в статическом состоянии верхними кромками рабочих лопаток соплового отверстия, а понижающий двухступенчатый редуктор выполнен с возможностью увеличения его общего передаточного отношения. (19)KZ(13)B(11)28873
- 2. 28873 2 Изобретение относится кторпедным двигателям для дальноходных кислородных самонаводящихся торпед, выполненным в виде одновенечных турбин активного типа с понижающими двухступенчатыми редукторами и может применяться в торпедах боевого и практического применения, энергокомпонентами которых являются кислород, керосин и забортная вода. Один из энергокомпонентов торпедного двигателя - керосин, поступает в камеру сгорания. Сгорая в кислородной среде керосин образует продукты сгорания, которые, смешиваясь с забортной водой и испаряя ее, образуют парогазовую смесь, поступающую через сопла на рабочие лопатки ротора турбины. Вращение турбины через понижающий редуктор передается на движитель торпеды - ее гребные винты. Так работает двигатель торпеды 53-65 КЭ (Ударная кислородная самонаводящаяся торпеда 53- 65 КЭ.2009.URL: http://dvig-atel.net/to-l.html). Данное решение является наиболее близким по технической сущности к предлагаемому и принято за прототип. Известный двигатель имеет недостатки. Так, замеры, проведенные в работающем двигателе серийной торпеды 53-65 КЭ показали, что за счет имеющих место тепловых и окружных деформаций фактическое расположение сопел и рабочих лопаток ротора отличается от расчетного (номинального) положения, в связи с чем часть парогазовой смеси проходит мимо рабочих лопаток ротора, что приводит к снижению кпд двигателя. Расчеты и экспериментальные исследования показали имеющиеся резервы в повышении кпд двигателя за счет изменения (увеличения) общего передаточного отношения понижающего двухступенчатого редуктора, осуществляемого подбором соответствующих шестерен. Технический результат при использовании предлагаемого изобретения заключается в повышении кпд двигателя. Указанный технический результат достигается тем, что, в торпедном двигателе для дальноходных кислородных самонаводящихся торпед, выполненном в виде одновенечной турбины активного типа с понижающим двухступенчатым редуктором, содержащем камеру сгорания, сопла и рабочие лопатки ротора турбины, высота последних выбрана с возможностью перекрытия в статическом состоянии верхними кромками рабочих лопаток соплового отверстия, а понижающий двухступенчатый редуктор выполнен с возможностью увеличения его общего передаточного отношения. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что высота рабочих лопаток ротора турбины выбрана с возможностью перекрытия в статическом состоянии верхними кромками рабочих лопаток соплового отверстия, а понижающий двухступенчатый редуктор выполнен с возможностью увеличения его общего передаточного отношения. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения «НОВИЗНА». Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной и смежных областях техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию изобретения Существенные отличия. Изобретение поясняется иллюстрациями, где на фиг.1 изображено расчетное (номинальное) взаимное расположение сопла и лопатки ротора; на фиг.2 - их фактическое (эксплуатационное) расположение; на фиг.3 - предлагаемое в соответствии с данным изобретением расположение. Предлагаемый торпедный двигатель для дальноходных кислородных самонаводящихся торпед выполнен в виде одновенечной турбины активного типа с понижающим двухступенчатым редуктором и содержит камеру сгорания, сопла и рабочие лопатки ротора турбины. В процессе эксплуатации двигателя осуществляют подвод образованной в камере сгорания парогазовой смеси через сопла к рабочим лопаткам ротора турбины, осуществляют вращение ротора и передачу вращения через понижающий двухступенчатый редуктор на гребные винты. При этом, высоту рабочих лопаток ротора турбины выбирают таким образом, чтобы в статическом положении верхние кромки лопаток перекрывали сопловое отверстие. В соответствии с предлагаемым изобретением увеличивают также общее передаточное отношение редуктора. Все это в совокупности приводит к достижению технического результата, а именно, к повышению кпд торпедного двигателя. Номинальное (расчетное) расположение сопла 1 и лопаток 2 ротора показано на фиг.1. При этом размеры комплектующих торпедного двигателя, а именно, диаметр сопла dс и высота hΛ1 и рабочих лопаток ротора турбины выбраны таким образом, что в статике обеспечивается перекрытие лопатками ротора выходного отверстия сопла (δВ1 и δН1 - соответственно верхнее и нижнее перекрытие, δВ1 - минимально). Стрелками 3 показано движение парогазовой смеси. Однако в процессе эксплуатации, как показали результаты замеров, за счет имеющих место тепловых и окружных деформаций фактическое расположение выходного отверстия сопла и лопаток ротора имеет вид, изображенный на фиг.2. При этом выходное отверстие сопла расположено выше верхней кромки лопатки ротора, образуя зазор δ*, через который происходит прохождение («утечка») парогазовой смеси мимо лопатки ротора, и приводит к снижению кпд двигателя. В соответствии с предлагаемым изобретением увеличивают высоту лопаток ротора с hΛ1 = 10 до hΛ2 = 11,5 мм, что придает взаимное расположение сопла и лопаток ротора, показанное на фиг.3 и обеспечит гарантированное перекрытие лопаткой ротора выходного отверстия сопла даже при
- 3. 28873 3 имеющих место тепловыхи окружных деформациях деталей ротора. (δВ2 >> δВ1), где δВ2 и δН2 - соответственно, верхнее и нижнее перекрытие в соответствии с предлагаемым способом. Испытания показали, что только из-за увеличения высоты лопаток ротора кпд торпедного двигателя возрастает на 3%. При этом осуществляемая в соответствии с предлагаемым изобретением модернизация лопаток ротора незначительна, экономически обоснована и нематериалоёмка и рекомендована для применения в серийных торпедах 53-65 КЭ. Известно, что окружной кпд η турбины активного типа описывается зависимостью: η = 2·у2 (1+φ) (cos α - υ/c) υ/c, где у - коэффициент потерь трения в соплах; φ - коэффициент потерь трения на лопатках одновенечной турбины активного типа (роторе); α - угол наклона сопел, град; υ - окружная скорость ротора, м·с-1 ; с - скорость газа на выходе из сопел, м·с-1 . Видно, что КПД в значительной степени зависит от отношения υ/c и величины υ. В соответствии с предлагаемым изобретением окружную скорость ротора увеличиваем за счет изменения общего передаточного отношения редуктора, например, за счет подбора шестерен первой ступени. В табл.1 приведены сравнительные данные, имеющие в серийной торпеде 53-65 КЭ и в соответствии с предлагаемым изобретением. Таблица 1 Сравнение технических параметров существующей серийной торпеды 53-65 КЭ и предлагаемых в соответствии с данным изобретением Номер n/n Технический параметр Серийная торпеда 53-65 КЭ Предлагаемые 1 Числа зубьев передач и общее передаточное отношение i редуктора i=(45/15) • (75/15)=15 i=(46/14) • (75/15)=16,428 2 Скорость вращения одновенечной турбины (ротора), об·мин-1 25200 27550 3 Окружная скорость ротора, υ м·с-1 408,8 447 4 Отношение υ/c 0,33 0,36 5 Окружной КПД 0,742 0,771 Видно, что только за счет подбора шестерен первой ступени редуктора изменено (увеличено) его общее передаточное отношение с 15 до 16,428, что привело как к увеличению окружной скорости вращения ротора, так и к увеличению на 3,9% окружного кпд турбины (торпедного двигателя). ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Торпедный двигатель для дальноходных кислородных самонаводящихся торпед, выполненный в виде одновенечной турбины активного типа с понижающим двухступенчатым редуктором, содержащий камеру сгорания, сопла и рабочие лопатки ротора турбины, отличающийся тем, что высота рабочих лопаток ротора турбины выбрана с возможностью перекрытия в статическом состоянии верхними кромками рабочих лопаток соплового отверстия, а понижающий двухступенчатый редуктор выполнен с возможностью увеличения его общего передаточного отношения.
- 4. 28873 4 Верстка А. Сарсекеева КорректорР. Шалабаев