судовая движительно-двигательная установка типа "поворотная колонка"

Формула изобретения

1. 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, отличающаяся тем, что за гребным винтом соосно с ним установлен неподвижный контрпропеллер, жестко соединенный при помощи вала с корпусом кожуха, преимущественно в его носовой части, при этом вал контрпропеллера размещен внутри выполненного полым вала гребного винта, являющегося продолжением выходного вала электродвигателя, проходящего сквозь закрепленную на его конце ступицу винта, причем боковая поверхность ступицы контрпропеллера в кормовом и носовом торцевых сечениях плавно сопряжена соответственно с поверхностью концевого обтекателя контрпропеллера и посредством поверхности ступицы гребного винта - с поверхностью кормовой части кожуха и образует с последними гидродинамически обтекаемое тело.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что гребной винт и контрпропеллер размещены в направляющей насадке, прикрепленной, например, к корпусу кожуха при помощи профилированных кронштейнов.

3. Установка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что лопасти контрпропеллера выполнены саблевидными длиной, не превышающей половины длины лопастей гребного винта.

4. Установка по пп.1 - 3, отличающаяся тем, что контрпропеллер снабжен механизмом изменения шага его лопастей, размещенным, например, в ступице и обтекателе последнего.

5. Установка по пп. 1 - 4, отличающаяся тем, что носовой конец вала контрпропеллера прикреплен к корпусу кожуха посредством упорно-опорного узла с демпфером.

Описание изобретения к патенту

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 гребней винт, горизонтальную и вертикальную линию приводных валов и двигатель, размещенный в корпусе судна (А.Д. Гофман Движительно-рулевой комплекс и маневрирование судна".-Л.:Судостроение, 1988, с. 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 техническим решением к заявляемому, принятым за прототип изобретения, является судовая движительно-двигательная установка типа "поворотная колонка" с электродвигателем, размещенным в обтекаемом корпусе колонки (гондоле) (журнал "Navigator", Международный морской журнал N 2/94, с. 8, фото-движитель типа "Azipod").

Конструкция прототипа 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 прототипа является пониженный коэффициент полезного действия установки вследствие гидродинамических потерь на корпусе обтекателя ступицы гребного винта.

Указанные потери связаны с разряжением 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 устройства - прототипа 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% (А.А. Русецкий. Гидродинамика винтов регулируемого шага.-Л.: Судостроение, 1968, с. 28 рис. 23, 24).

Предлагаемое изобретение направлено на увеличение коэффициента полезного действия движительно-двигательной установки типа "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.

Это достигается тем, что в предлагаемой 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, в отличие от прототипа, за гребным винтом соосно с ним установлен неподвижный контрпропеллер, жестко соединенный при помощи вала с корпусом кожуха, при этом вал контрпропеллера размещен внутри выполненного полым вала гребного винта. Вал гребного винта в данном случае является простым продолжением выходного вала электродвигателя, который выполнен удлиненным, проходит сквозь ступицу гребного винта и жестко прикреплен к последней. Боковая поверхность ступицы контрпропеллера, с одной стороны, в плоскости своего кормового торцевого сечения плавно сопряжена с поверхностью концевого обтекателя контрпропеллера, а, с другой, в плоскости носового торцевого сечения - с боковой поверхностью ступицы гребного винта, а затем, последовательно, - с поверхностью кормовой части кожуха и образует с последними единое гидродинамически обтекаемое тело. Таким образом, увеличение КПД установки по сравнению с прототипом достигается благодаря устранению гидродинамических потерь на обтекателе гребного винта (лопасти контрпропеллера разрушают ступичный вихрь) и реализации дополнительного упора на лопастях контрпропеллера, при этом суммарный эффект увеличения КПД составляет 8 - 10% (см. статью Togunjac A.R., Kaprancov S.V. Contropropeller design and model testz of its efficiency. - журнал Brodogradnja 42 (1994) 2, p. 131-132, in Croation).

Для увеличения тяговых характеристик устройства предусмотрена установка насадки, а с целью увеличения гидродинамической эффективности установки во всем диапазоне нагрузок, включая швартовый режим, контрпропеллер оснащен механизмом изменения шага его лопастей, а для уменьшения периодических сил гидродинамической природы, передаваемых на корпус устройства от контрпропеллера, крепление его вала к корпусу выполнено при помощи упорно-опорного узла с демпфером известной конструкции, например фланцевого соединения с упругой прокладкой.

Для уменьшения периодических сил гидродинамической природы лопасти контрпропеллера могут быть выполнены саблевидными. Их длина при этом не превосходит половины длины лопастей гребного винта (патент РФ N 1636299, БИ N 11, 1991), что также способствует уменьшению периодических сил на лопастях контрпропеллера и не ухудшает гидродинамических характеристик при реверсе.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, на котором схематично изображена движительно-двигательная установка судна, вид сбоку, сечение по продольной плоскости.

Примером конкретного выполнения заявляемого изобретения является судовая движительно-двигательная установка типа "поворотная колонка" 2, содержащая гребной винт 1, неподвижный контрпропеллер 2, установленный в подшипниках (на чертеже не показано), полый вал 3 гребного винта, соединяющий его с ротором 4 электродвигателя 5, а также неподвижный вал 6 контрпропеллера, носовой конец которого прикреплен к корпусу 7 герметичного кожуха с ребрами жесткости (на чертеже не показаны) посредством упорно-опорного узла 8 с демпфером (на чертеже не показан). Кроме того, устройство может включать направляющую насадку 9 и механизм 10 изменения шага лопастей контрпропеллера, который размещен в ступице 11 контрпропеллера и обтекателе 12. Вал 3 гребного винта проходит сквозь выполненную полой его ступицу 13 и жестко прикреплен к последней. Установка прикреплена к корпусу судна при помощи вертикального трубчатого элемента (полого вала) 14, выполненного с возможностью поворота в горизонтальной плоскости относительно вертикальной оси 15.

Движительно-двигательная установка работает следующим образом. Электродвигатель 5 посредством ротора 4 и полого вала 3 приводит во вращение гребной винт 1. Контрпропеллер 2, закрепленный на валу 6, устраняет гидродинамические потери на обтекателе 11 и, кроме того, дополнительно повышает КПД установки благодаря утилизации энергии закрученной струи за гребным винтом 1, что выражается в дополнительной тяге контрпропеллера 2, реализуемой на его лопастях. Механизм 10 изменением шага лопастей контрпропеллера 2 обеспечивает оптимальный режим работы его лопастей (режим при котором осуществляется полная раскрутка потока за гребным винтом в пределах размаха лопастей контрпропеллера 2). Заделка носового конца вала 6 контрпропеллера 2 посредством упорно-опорного узла обеспечивает снижение виброактивности установки.

Таким образом, заявленная движительно-двигательная установка типа "поворотная колонка" позволяет обеспечить повышение КПД во всем диапазоне гидродинамических нагрузок по сравнению с прототипом.