Судовая движительно-двигательная установка типа "поворотная колонка" - RU2119875C1

Описание

Изобретение относится к области судостроения в частности, к конструкциям судовых движительно-двигательных установок типа "поворотная колонка".

Известна судовая движительно-двигательная установка типа "поворотная колонка", содержащая гребной винт, горизонтальную и вертикальную линию приводных валов и двигатель, размещенный в корпусе судна (см. книгу А.В.Гофмана. Движительно-рулевой комплекс и маневрирование судна. Л., "Судостроение", 1988 г., стр.17).

Указанное устройство имеет угловую передачу крутящего момента от двигателя к движителю, что уменьшает надежность конструкции, снижает КПД за счет дополнительных механических потерь. Расположение двигателя в корпусе судна уменьшает полезный объем трюмов судна.

Наиболее близким аналогом изобретения является судовая движительно-двигательная установка типа "поворотная колонка", содержащая заключенный в герметичный обтекаемый кожух приводной электродвигатель и соединенный с ним посредством вала гребной винт, причем кожух установлен с возможностью поворота в горизонтальной плоскости (см. журнал "NAVIGATOR", Международный морской журнал N 2/94, стр.8, фото: движитель типа "AZIPOD").

Конструкция наиболее близкого аналога предусматривает размещение электродвигателя в герметичном обтекаемом кожухе поворотной колонки, что увеличивает полезный объем трюмов судна, а также количество альтернативных вариантов компоновочных решений общего расположения в корпусе судна.

Недостатком наиболее близкого аналога является пониженный коэффициент полезного действия (КПД) установки вследствие гидродинамических потерь на корпусе обтекателя ступицы гребного винта.

Указанные потери связаны с разрежением на обтекателе ступицы (результирующая сила направлена против вектора упора), которое возникает из-за наличия ступичного вихря за гребным винтом. Ступичный (осевой) вихрь появляется вследствие индуцированных гребным винтом окружных (тангенциальных) вызванных скоростей потока. Кроме того, следует отметить, что относительный диаметр ступицы гребного винта из-за условий размещения электродвигателя составляет не менее d_ст/D =0,3. При относительном диаметре ступицы гребного винта d_ст/D = 0,3 потери на обтекателе (уменьшение упора гребного винта) составляют 4-5%.

Техническим результатом изобретения является увеличение коэффициента полезного действия движительно-двигательной установки "поворотная колонка".

При этом решена задача создания конструкции судовой движительно-двигательной установки типа "поворотная колонка", позволяющей за счет максимально возможного устранения гидродинамических потерь и создания дополнительного упора обеспечить увеличение КПД последней преимущественно при ее использовании в качестве главной пропульсивной установки, с одновременным улучшением возможностей управляемости и маневренности судна при минимальных энергетических затратах.

Технический результат достигается тем, что в судовой движительно-двигательной установке типа "поворотная колонка", содержащей заключенный в герметичный обтекаемый кожух приводной электродвигатель и соединенный с ним посредством вала гребной винт, причем кожух установлен с возможностью поворота в горизонтальной плоскости, электродвигатель выполнен биротативным с вращающимися в противоположных направлениях статором, соединенным с валом гребного винта, и ротором, соединенным другим валом с соосно установленным за гребным винтом контрпропеллером, при этом вал последнего размещен внутри вала гребного винта, выполненного полым и проходящего сквозь закрепленную на его кормовом конце ступицу гребного винта, и соединен другим своим концом со ступицей контрпропеллера, причем боковая поверхность последней образует с поверхностью концевого обтекателя контрпропеллера и боковыми поверхностями ступицы гребного винта и кормовой части кожуха гидродинамически обтекаемое тело. Для увеличения гидродинамической эффективности на режимах с большой нагрузкой (режим траления, букировки, штормовые условия) движительно-двигательная установка может быть выполнена с размещением гребного винта и контрпропеллера в направляющей насадке.

Изобретение поясняется чертежом, где схематично изображена движительно-двигательная установка судна, вид сборку, сечение по продольной плоскости.

Примером конкретного выполнения изобретения является судовая движительно-двигательная установка типа "поворотная колонка", содержащая гребной винт 1 и соосно размещенный за ним контрпропеллер 2. Гребной винт 1 закреплен на полом валу 3, прикрепленном к вращающемуся статору 4 биротативного электродвигателя 5. Контрпропеллер 2 закреплен на валу 6, проходящем внутри осевой полости гребного вала 3, противоположный конец которого (вала 6) соединен с ротором 7 биротативного электродвигателя 5. Упоры от гребного винта и контрпропеллера передаются через упорные подшипники 8 и 9 соответственно. Опорные подшипники ротора и статора на чертеже не обозначены. Для герметизации кожуха 10 предусмотрены уплотнения 11. Контрпропеллер снабжен обтекателем 12. Гребной винт и контрпропеллер размещены в направляющей насадке 13. Кожух 10 выполнен с возможностью поворота относительно вертикальной оси 14.

Движительно-двигательная установка типа "поворотная колонка" работает следующим образом.

Биротативный двигатель 5 посредством вращающихся в противоположных направлениях ротора 7 и статора 4 через валы 6 и 3 соответственно приводит во вращение контрпропеллер 2 и гребной винт 1. Вследствие взаимодействия электромагнитных полей ротора 7 и вращающегося статора 4 на валах гребного винта 1 и контрпропеллера 2 будет выполняться равенство моментов (M₁ =M₂) во всем диапазоне гидродинамических нагрузок (при различной частоте вращения гребного винта n₁ и контрпропеллера n₂, n₁=n₂ - частный случай при равенстве потребных мощностей на гребном винте и контрпропеллере). Равенство моментов M₁= M₂ свидетельствует о практическом устранении остаточной закрутки потока за контрпропеллером 2 и, следовательно, максимальной гидродинамической эффективности установки.

Реферат

Изобретение относится к области судостроения, в частности к конструкциям судовых движительно-двигательных установок типа "поворотная колонка", и может быть использовано при проектировании и строительстве судов различного назначения. Судовая движетельно-двигательная установка содержит установленный с возможностью поворота в горизонтальной плоскости герметичный обтекаемый кожух с электродвигателем и гребным винтом. Приводной электродвигатель выполнен биротативным с вращающимися в противоположных направлениях статором, соединенным с валом гребного винта, и ротором, соединенным другим валом с установленным за гребнем винтом контрпропеллером, при этом вал последнего установлен внутри выполненного полым вала гребного винта. Достигается повышение КПД установка с одновременным улучшением возможностей управляемости и маневрирования судна при минимальных энергетических затратах. 1 ил.

Формула