судовая винторулевая колонка для движения и маневрирования судна в ледовых условиях

Формула изобретения

1. Судовая винторулевая колонка для движения и маневрирования судна в ледовых условиях, содержащая обтекаемую стойку и гондолу с размещенными внутри них элементами приводного механизма и гребным валом, консольно выступающим с противоположных концов гондолы, с закрепленными на нем с кормового конца гондолы кормовым гребнем винтом, помещенным внутри направляющей насадки, жестко прикрепленной к обтекаемой стойке и через кронштейны - к гондоле, а с носового конца гондолы - ледоразрушающими элементами, выполненными в виде лопаток или лопастей с возможностью ломки и дробления льда, отличающаяся тем, что колонка дополнительно снабжена носовым гребным винтом, закрепленным на гребном валу между гондолой и ледоразрушающими элементами, и второй направляющей насадкой, охватывающей носовой гребной винт и прикрепленной к стойке через кронштейны к гондоле, причем лопатки или лопасти ледоразрушающих элементов в точке своего максимального диаметра расположены от плоскости входного отверстия насадки носового гребного винта на расстоянии 0,02 - 0,25 диаметра носового гребного винта, а диаметр лопаток или лопастей выбран равным 0,6 - 0,8 диаметра носового гребного винта, при этом кронштейны крепления направляющих насадок к гондоле выполнены профилированными в виде направляющих поток крыльев.

2. Колонка по п.1, отличающаяся тем, что лопатки или лопасти ледоразрушающих элементов размещены равномерно по окружности в поперечной гребному валу плоскости.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к судостроению, в частности к движительно-рулевому комплексу судна, предназначенного для эксплуатации во льдах.

В настоящее время большое внимание уделяется использованию судовых винторулевых колонок, обеспечивающих движение и маневрирование судна в ледовых условиях.

Известны судовые винторулевые колонки для движения и маневрирования судна в ледовых условиях типа Azipod фирмы Kvaerner Masa-Yards, содержащие обтекаемую стойку и гондолу с размещенными внутри них элементами приводного механизма и гребным валом, на консольно выступающих частях которого закреплены два гребных винта (см. например, Azipod, Azimuting Electric Propulsion Drive, Kvaerner Masa- Yards, Рекламный проспект).

Недостатком известного устройства является то, что гребные винты не защищены от разрушающего действия льда, а эффективность движителя недостаточна.

Известна также судовая винтер-рулевая колонка для движения и маневрирования в ледовых условиях, содержащая обтекаемую стойку и гондолу с размещенными внутри них элементами приводного механизма и гребным валом, консольно выступающим с противоположных концов гондолы, с закрепленными на нем с кормового конца гондолы кормовым гребным винтом, помещенным внутри направляющей насадки, жестко прикрепленной к обтекаемой стойке и через кронштейны к гондоле, а с носового конца гондолы ледоразрушающим элементами, выполненными в виде лопаток или лопастей, с возможностью ломки и дробления льда (см. патент Финляндии N 91513 A, B 63 H 5/16 31.30.94).

Недостатком известного устройства является незащищенность входного отверстия направляющей насадки от забивания его обломками льда, а эффективность движителя также недостаточна.

Заявляемое изобретение направлено на обеспечение надежной защиты гребных винтов от разрушающего действия льда и повышение эффективности движителя судовых винторулевых колонок в тяжелых ледовых условиях.

Указанный технический результат достигается тем, что винторулевая колонка дополнительно снабжена носовым гребным винтом, закрепленным на гребном валу между гондолой и ледоразрушающими элементами, и второй направляющей насадкой, охватывающей носовой гребной винт и прикрепленной к стойке и через кронштейны к гондоле, причем лопатки или лопасти ледоразрушающих элементов в точке своего максимального диаметра расположены от плоскости входного отверстия насадки носового гребного винта на расстоянии 0.02-0.25 диаметра носового гребного винта, а диаметр лопаток или лопастей выбран равным 0.6-0.8 диаметра носового гребного винта, при этом кронштейны крепления направляющих насадок к гондоле выполнены профилированными в виде направляющих поток крыльев. Причем лопатки или лопасти ледоразрушающих элементов размещены равномерно по окружности в перпендикулярной гребному валу плоскости.

Применение двух гребных винтов, установленных с обоих концов гондолы, и размещение их в направляющих насадках повышает гидродинамическую эффективность движителя ледокольного судна на 20-30% по сравнению с одним винтом в насадке. Использование профилированных кронштейнов крепления насадок в виде направляющих поток крыльев дополнительно повышает тягу комплекса на 3-7%. Для обеспечения надежной защиты входного отверстия передней насадки при эксплуатации судна в тяжелых ледовых условиях ледоразрушающие элементы в виде профилированных лопаток или лопастей выполнены таким образом, чтобы они могли не только разрушать, но и отталкивать обломки льдин от входного отверстия насадки. Это достигается определенным выбором диаметра лопаток и их отстояния от входного отверстия передней насадки.

Количество профилированных лопаток или лопастей выбрано не менее двух и они должны быть установлены равномерно в поперечной к гребному валу плоскости с тем, чтобы исключить инерционные нагрузки на гребной вал.

Диаметр ледоразрушающих лопаток или лопастей выбран таким образом, чтобы они эффективно выполняли свое функциональное назначение: отбрасывать, разрушать, фрезеровать лед и формировать поток перед передней насадкой. Для этого их диаметр должен быть в 1.5-2.5 раза больше диаметра ступицы носового гребного винта. Верхний предел диаметра лопаток выбран из необходимости выполнения очевидного требования недопустимости появления более значительных ледовых нагружений гребного вала, чем от открытого гребного винта. Лопатки в процессе работы движительного комплекса достаточно часто должны будут фрезеровать лед. При этом ледовый момент сопротивления вращению будет пропорционален их диаметру в степени 2-2.5 (см. например, 5th Lips Propeller Symposium, Drunen, The Netherlands, 19-20 May, 1983). Поэтому выбор диаметра ледоразрушающих лопаток представляет собой предмет исследования, которое должно проводиться с учетом как характеристик движительного комплекса, так и кормовых обводов судна и условий его плавания во льдах. Модельные испытания в ледовом бассейне показывают, что выбор диаметра лопаток в диапазоне (0.6-0.8) диаметра носового гребного винта является оптимальным.

Ледоразрушающие лопатки должны быть установлены перед передней насадкой на некотором удалении от носовой кромки насадки. При очень близком расположении лопаток от входного отверстия насадки отбрасывание лопатками льдин будет затруднено силами подсоса насадки. В этом случае все льдины в районе входного отверстия насадки будут разрушаться лопатками путем фрезерования, на что будет затрачиваться энергия вращения вала и нагружаться валопровод. Однако лопатки не могут быть установлены далеко впереди насадки, так как потеряют способность защиты винта и насадки. Результаты модельных испытаний показывают, что оптимальное расстояние между лопатками в точке их максимального диаметра и плоскостью входного отверстия насадки составляет (0.02-0.25) диаметра носового гребного винта.

Сущность заявленного изобретения поясняется рисунком, где показана судовая винторулевая колонка с ледоразрушающими лопатками.

Судовая винторулевая колонка состоит из обтекаемой стойки 1 и торпедообразной гондолы 2, внутри которых размещены элементы приводного механизма (на рисунке не показаны), и гребного вала 3, на консольно выступающих частях которого с противоположных концов закреплены два гребных винта: носовой 4 и кормовой 5, размещенные в направляющих насадках: передней 6 и задней 7. Ледоразрушающие лопатки 8 закреплены на гребном валу 3 перед носовым гребным винтом 4 на расстоянии = (0.02-0.25)D_вн, где D_вн - диаметр носового гребного винта. Направляющие насадки 6 и 7 жестко прикреплены к обтекаемой стойке 1 и к направляющим крыльям 9 гондолы 2. Передняя насадка 6 закреплена на стойке 1 и направляющих крыльях 9 по своей выходящей кромке, а задняя насадка 7 - по входящей кромке. Направляющие крылья 9 одновременно служат кронштейнами дополнительного крепления насадок к гондоле и направляющими поток элементами. Винторулевая колонка в целом через обтекаемую стойку 1 закреплена на корпусе судна 10.

Судовая винторулевая колонка работает следующим образом. Гребные винты 4 и 5 при вращении развивает упор, обеспечивающий движение судна. Использование двух гребных винтов, расположенных с противоположных концов гондолы с закрепленными на ней направляющими крыльями, повышает эффективность движительного комплекса на тяговых режимах движения судна во льдах на 3-12%. Размещение гребных винтов в направляющих насадках дополнительно увеличивает упор на 20-30%. Лопатки, вращаясь вместе с гребными винтами, отбрасывают, разрушают или фрезеруют лед и препятствуют закрытию входного отверстия насадки.

Управление движением судна осуществляется разворотом винторулевой колонки относительно продольной оси судна 10.