водоотливной комплекс плавающего транспортного средства

Формула изобретения

1. Водоотливной комплекс плавающего транспортного средства, содержащий насосные установки с приводом для удаления воды из секций корпуса, систему трубопроводов, водозаборных и клапанных устройств, отличающийся тем, что каждая насосная установка выполнена с центробежным насосом высокой производительности, используемым для удаления воды из секций корпуса транспортного средства в аварийной ситуации, и водоотливной помпой малой производительности, используемой для заполнения центробежного насоса при его включении и для удаления воды из секций корпуса транспортного средства в штатной ситуации, при этом между насосом и помпой установлен водозаборник с нормально закрытым клапанным устройством высокой пропускной способности, а центробежный насос и помпа связаны через трубопровод и водозаборник с образованием совместно с патрубком всасывания центробежного насоса и трубопроводами отлива, размещенными за насосом, единой водоотливной магистрали, причем рабочие полости центробежного насоса использованы в качестве последовательного элемента такой магистрали для водоотливной помпы при удалении воды из секций корпуса транспортного средства в штатной ситуации, при этом в качестве привода водоотливной помпы использован электрический двигатель, а в качестве привода центробежного насоса использован гидромотор, снабженный устройством осевой разгрузки ведущего вала.

2. Водоотливной комплекс по п.1, отличающийся тем, что устройство осевой разгрузки ведущего вала гидромотора выполнено в виде полой герметичной промежуточной опоры, закрепленной на корпусе центробежного насоса, внутри которой на подшипниках, ограничивающих осевое смещение, установлен промежуточный вал, связанный с валом рабочего колеса центробежного насоса.

3. Водоотливной комплекс по п.1 или 2, отличающийся тем, что он выполнен с двумя насосными установками, размещенными в изолированных друг от друга секциях с противоположных бортов каждая.

4. Водоотливной комплекс по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что водозаборники насосных установок связаны между собой водоводом с встроенным управляемым клапанным устройством.

5. Водоотливной комплекс по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что водозаборники насосных установок связаны между собой через встроенное управляемое клапанное устройство, размещенное в секционирующей перегородке корпуса транспортного средства.

6. Водоотливной комплекс по п.1 или 2, отличающийся тем, что он выполнен с насосными установками, число которых соответствует количеству секций плавающего транспортного средства.

7. Водоотливной комплекс по п.1, отличающийся тем, что в качестве насоса высокой производительности использован центробежный насос с производительностью 1600 л/мин, а в качестве водоотливной помпы - помпа с производительностью 100 л/мин.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам обеспечения плавучести на воде секционированных транспортных средств, выполненных с возможностью транспортировки различных грузов по суше и воде и служит для откачки воды из отсеков корпуса, в том числе в аварийных ситуациях.

Известны малогабаритные, снабженные электроприводом насосные станции военно-гусеничных транспортных средств, содержащие, например, откачивающие помпы для отлива воды при преодолении водных преград, см. кн. "Объект 219 Р. Техническое описание и инструкция по эксплуатации", кн. 2, Москва, Военное издательство, 1986 г., стр.635-637. Однако производительность таких помп, достаточная для работы при небольшом протекании воды в корпус (штатная ситуация, когда вода затекает в корпус через неплотности, зазоры и т. п.), оказывается недостаточной и малоэффективной в аварийных ситуациях у плавающих транспортных средств, например при повреждении борта.

Известны центробежные насосы, обладающие высокой производительностью при откачивании рабочей жидкости, см., например, ряд самовсасывающих насосов, приведенный в рубрике Патенты журнала "Техника молодежи", №1, 2002 г., стр.54-56, или центробежные насосы, оборудованные устройствами их заполнения при запуске, см., например, описание изобретения к авторскому свидетельству №879032, кл. F04D9/02. Устройства самовсасывания или дополнительные устройства заполнения насоса при запуске увеличивают габариты таких высокопроизводительных насосов. А применение в качестве привода электродвигателя еще больше увеличивает габариты водоотливного комплекса, что, в целом, ограничивает их применение в транспортных средствах амфибийного типа.

Известно устройство водоотливное гусеничного самоходного парома ГСП, см. кн. "Гусеничный самоходный паром ГСП. Руководство по материальной части и эксплуатации", Москва, Военное издательство министерства обороны СССР, 1980 г., стр.236-242 и стр.156-160.

Данное водоотливное устройство, принятое в качестве прототипа, содержит две насосные установки для удаления воды из корпуса полупарома (правого или левого) и корпуса собственно транспортного средства (транспортировщика), перевозящего полупаром (правый или левый). Привод рабочих колес насосов выполнен от распределительной коробки (от валов привода водоотливного насоса), а насосы закреплены на ней в зоне днища, обеспечивая, при необходимости, отлив воды из корпусов (ведущей машины и лодки полупаромов) при их включении. Каждый насос снабжен водозаборником с водозаборным патрубком и сетчатым корпусом, размещенными: первый - в корпусе полупарома, второй - в корпусе транспортировщика. Насос оборудован емкостью, расположенной над рабочим колесом и связанной через заливную трубу с забортной водой. Заборный патрубок заливной трубы расположен ниже ватерлинии, обеспечивая частичное заполнение емкости водой. Объем воды в емкости обеспечивает заполнение рабочего колеса центробежного насоса при его включении. Насосы снабжены системой трубопроводов для забора воды из отсеков корпуса и отлива ее (за борт). Всасывающие патрубки водозаборников размещены у днища, обеспечивая водоотлив при заполнении корпусов водой выше заданного уровня. Имеющиеся клапаны позволяют проводить полный слив воды из корпуса.

Отличительной особенностью рассмотренной водоотливной системы являются простота конструкции, предопределяющая одновременно недостатки системы, в том числе сравнительно большие габариты.

Так, высокие габариты обусловлены тем, что рабочие колеса водоотливных насосов установлены непосредственно на разнесенных для двух насосов валах привода водоотливного насоса в распределительной коробке привода. Это затрудняет компоновку такой водоотливной системы (например, в плавающем транспортном средстве военного назначения с танковой силовой установкой по патенту РФ №2201353, опубл. 27.03.2003, в котором раздаточная коробка установлена непосредственно на днище в малогабаритном моторно-трансмиссионном отделении). При этом, поскольку насосы сосредоточены в одной зоне, то велика вероятность одновременного выхода их из строя (например, при поражении противником).

Другой недостаток заключается в необходимости постоянной работы или периодического включения в работу высокопроизводительного центробежного насоса для удаления воды из корпуса в штатной ситуации, когда количество воды в корпусе мало, протекание ее в корпус незначительно, но наличие воды в корпусе снижает водоходные качества транспортного средства. Хотя, в таком случае для отлива воды вполне достаточно было бы малогабаритной откачивающей помпы с аналога.

В то же время применение на плавающем средстве в каждом отсеке двух водоотливных систем: с центробежным насосом - первая, и с малогабаритной откачивающей помпой - вторая, приведет к увеличению массы и усложнению конструкции.

Таким образом, недостаток известного водоотливного комплекса заключается в больших компоновочных габаритах водоотливного комплекса, а также необходимости использования высокопроизводительных насосов в условиях штатной эксплуатации плавающего транспортного средства, что приводит к необоснованным энергозатратам и снижению ресурса в эксплуатации.

Задачей изобретения является снижение компоновочных габаритов водоотливного комплекса, повышение его экономичности и эксплуатационного ресурса при одновременном обеспечении транспортному средству более высокой плавучести в аварийных ситуациях.

Поставленная задача решается тем, что в водоотливном комплексе плавающего транспортного средства, содержащем насосные установки с приводом и рабочим органом для удаления воды из секций корпуса, систему трубопроводов, водозаборных и клапанных устройств, каждая насосная установка выполнена с центробежным насосом высокой производительности, используемым для удаления воды из секций корпуса транспортного средства в аварийной ситуации, и водоотливной помпой малой производительности, используемой для заполнения центробежного насоса при его включении и для удаления воды из секций корпуса транспортного средства в штатной ситуации, при этом между насосом и помпой установлен водозаборник с нормально закрытым клапанным устройством высокой пропускной способности, а центробежный насос и помпа связаны через трубопровод и водозаборник с образованием совместно с патрубком всасывания центробежного насоса и трубопроводами отлива, размещенными за насосом, единой водоотливной магистрали, причем рабочие полости центробежного насоса использованы в качестве последовательного элемента такой магистрали для водоотливной помпы при удалении воды из секций корпуса транспортного средства в штатной ситуации, при этом в качестве привода водоотливной помпы использован электрический двигатель, а в качестве привода центробежного насоса использован гидромотор, снабженный устройством осевой разгрузки ведущего вала. Для достижения наилучшего результата:

- устройство осевой разгрузки ведущего вала гидромотора выполнено в виде полой герметичной промежуточной опоры, закрепленной на корпусе центробежного насоса, внутри которой на подшипниках, ограничивающих осевое смещение, установлен промежуточный вал, связанный с валом рабочего колеса центробежного насоса;

- водоотливной комплекс выполнен с двумя насосными установками, размещенными в изолированных друг от друга секциях с противоположных бортов каждая;

- водозаборники насосных установок связаны между собой водоводом с встроенным управляемым клапанным устройством, а в варианте исполнения водозаборники насосных установок связаны между собой через встроенное управляемое клапанное устройство, размещенное в секционирующей перегородке корпуса транспортного средства;

- водоотливной комплекс выполнен с насосными установками, число которых соответствует количеству секций плавающего транспортного средства;

- в водоотливном комплексе в качестве насоса высокой производительности использован центробежный насос с производительностью 1600...2000 л/мин, а в качестве водоотливной помпы использована помпа с производительностью 100 л/мин.

Из анализа отличительных признаков следует, что

- выполнение каждой насосной установки с центробежным насосом высокой производительности и водоотливной помпой малой производительности позволяет удалять воду из секций корпуса транспортного средства в штатной ситуации - только помпой с минимальными энергозатратами, а в аварийной ситуации - дополнительно включать (в автоматическом или ручном режиме) для удаления воды из секций корпуса транспортного средства центробежный насос высокой производительности, сохраняя его эксплуатационный ресурс;

- установка водозаборника с нормально закрытым клапанным устройством высокой пропускной способности позволяет при запуске насоса высокой производительности производить его заполнение водой;

- связь центробежного насоса и помпы через трубопровод и водозаборник с образованием совместно с патрубком всасывания центробежного насоса и трубопроводами отлива, размещенными за насосом, единой водоотливной магистрали, с использованием рабочих полостей центробежного насоса в качестве последовательного элемента такой магистрали для водоотливной помпы позволяет использовать единый водоотливной тракт для работы обоих насосов в штатной и аварийной ситуации, в целом упрощая конструкцию комплекса;

- использование в качестве привода водоотливной помпы электрического двигателя позволяет водоотливному комплексу работать от аккумуляторов, обеспечивая плавучесть в штатной ситуации, в том числе при неработающем двигателе, а использование в качестве привода центробежного насоса гидромотора, снабженного устройством осевой разгрузки ведущего вала, позволяет развивать высокую производительность насосу при работающем двигателе от компактного гидронасоса, размещенного на гитаре или раздаточной коробке трансмиссии плавающего транспортного средства, при этом гидропривод обеспечивает нормальное функционирование центробежного насоса в аварийной ситуации даже при полном погружении насоса с гидромотором в воду;

- выполнение устройства осевой разгрузки ведущего вала гидромотора в виде полой герметичной промежуточной опоры, закрепленной на корпусе центробежного насоса, внутри которой на подшипниках, ограничивающих осевое смещение, установлен промежуточный вал, связанный с валом рабочего колеса центробежного насоса позволяет выполнить привод компактным, обеспечивая его функционирование;

- выполнение водоотливного комплекса с двумя насосными установками, размещенными в изолированных друг от друга секциях с противоположных бортов, каждая позволяет сохранить работоспособность и обеспечить работу водоотливного комплекса с одной насосной установкой при нештатном выходе из строя (например, при бортовом поражении в боевой ситуации) другой установки;

- обеспечение связи между собой водозаборников насосных установок водоводом с встроенным управляемым клапанным устройством, а в варианте исполнения - через встроенное управляемое клапанное устройство, размещенное в секционирующей перегородке корпуса транспортного средства, позволяет обеспечить водоотлив из любой секции корпуса только одной работающей насосной установкой из числа установленных на транспортном средстве;

- выполнение водоотливного комплекса с насосными установками, число которых соответствует количеству секций плавающего транспортного средства, позволяет использовать комплекс на среднегабаритных плавающих транспортных средствах или на плавающих транспортных средствах, к которым предъявляются требования обеспечения повышенной плавучести.

- использование в водоотливном комплексе в качестве насоса высокой производительности центробежного насоса с производительностью 1600...2000 л/мин, а в качестве водоотливной помпы малой производительности - помпы с производительностью 100 л/мин обеспечивает достаточную эффективность при поддержании плавучести амфибийного транспортного средства с малотоннажной грузоподъемностью.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где показано:

- на фиг.1 - вид сверху на размещение водоотливного комплекса в плавающем транспортном средстве;

- на фиг.2 - вид спереди на размещение насосных установок водоотливного комплекса в плавающем транспортном средстве (разрез А-А на фиг.1);

- на фиг.3 - вид на насосную установку сбоку (вид Б на фиг.1);

- на фиг.4 - вид на привод центробежного насоса (вид В на фиг.3);

- на фиг.5 - вид на клапанное устройство, размещенное в секционирующей перегородке корпуса (вариант обеспечения дублирующего водозабора без водоводов), вид Г на фиг.1;

Водоотливной комплекс 1 (см. фиг.1, 2) установлен в корпусе 2 плавающего транспортного средства, разделенного перегородками 3 на герметичные отсеки, которые на фиг.1 изображены как отсеки "а" и "б", и содержит насосные установки 4, и 4’ с центробежным насосом 5 высокой производительности и водоотливной помпой 6 малой производительности. В качестве привода центробежного насоса 5 использован гидромотор 7, в качестве привода рабочего колеса 8 (см. фиг.3) водоотливной помпы 6 использован электродвигатель 9. Гидромотор 7 приводится во вращение рабочей жидкостью от малогабаритного гидронасоса (упоминаемые гидронасос, трубопроводы к гидромотору, а также устройства - энергопитатели, не относящиеся непосредственно к водоотливному комплексу, - не показаны), размещенного на гитаре или раздаточной коробке трансмиссии плавающего транспортного средства, а источником питания электродвигателя 9 могут быть генератор транспортного средства - при работающем двигателе транспортного средства или аккумуляторные батареи - при неработающем двигателе.

Гидромотор 7 установлен (см. фиг.3, 4) на фланце 10 промежуточной полой опоры 11. Опора 11 вторым фланцем 12 связана с фланцем 13 корпуса 14 насоса 5 и закреплена на нем болтовым креплением 15. Крепление гидромотора 7 на фланце 10 опоры 11 осуществлено болтовым креплением 16. Ведущий вал 17 гидромотора 7 соединен с помощью шпонки 18 с хвостовиком 19 рабочего колеса 20 центробежного насоса, через промежуточный вал 21, установленный в полости "в" опоры 11, на подшипниках 22 и 23. Подшипники 22 и 23, например радиально упорные, образуют для промежуточного вала 21 опору качения и зафиксированы в опоре 11 с помощью разрезного стопорного кольца 24 и уплотнительной крышки 25. Для передачи крутящего момента хвостовик 19 рабочего колеса 20 и промежуточный вал 21 соединены штифтами 26. Полость "в" опоры герметизирована прокладками 27 и 27’. Опора 11 с промежуточным валом 21 и подшипниками 22 и 23 образуют устройство осевой разгрузки вала гидромотора 7, чувствительного к осевым нагрузкам, обеспечивая замыкание осевых усилий рабочего колеса 20 центробежного насоса на корпус опоры 11 и нормальную работу гидромотора.

Корпус 14 центробежного насоса 5 через заборный патрубок 28 жестко закреплен на водозаборнике 29, выполненном на днище "г", например, в отсеке "а" транспортного средства. Водозаборник 29 выполнен по форме низкопрофильной емкости 30 с перегородкой 31, в которой размещено клапанное устройство 32 с высокой пропускной способностью, защищенное, сетчатой крышкой 33. Клапанное устройство 32 нормально закрыто, отделяя полость "д" емкости 30 от отсека "а". При включении насоса 5 обеспечивается автоматическое открывание клапанного устройства 32 и перепуск воды из отсека "а" в полость "д".

Водоотливная помпа 6 малой производительности выполнена в едином блоке с электродвигателем 9 и закреплена на кронштейне 34 фланца 12 опоры 11. Забор воды в помпу производится непосредственно из отсека "а" (из выштамповки "е" на днище). При этом напорный трубопровод 35 помпы 9 через трубопровод 36 связан с полостью "д" водозаборника 29.

Магистраль отлива воды за борт от центробежного насоса 5 каждой насосной установки образована напорным патрубком 37 насоса 5, трубопроводами 38 и 39 и клапаном 40, предохраняющим транспортное средство от обратного заливания забортной водой. В целях сокращения используемого водоотливным комплексом рабочих объемов транспортного средства трубопровод 41 размещен в полости "е" борта между наружной и внутренней его обшивкой.

Водозаборники 29 отсеков "а" и "б" транспортного средства связаны между собой водоводом 41, снабженным встроенной управляемой задвижкой 42, позволяющим вести совместный водоотлив установками 4 из любого отсека, либо только одной из установок 4. Водовод 41 размещен у днища "г".

Возможен вариант выполнения водоотливного комплекса, в котором роль водовода выполняет встроенный (см. фиг.5) в перегородку 3 управляемый клапан (задвижка) 43.

На фиг.1 условно показаны два устройства водоводов (водовод 41 с собственной задвижкой 42 и вариант выполнения водовода только через управляемый клапан 43), хотя на практике используется только одно любое из устройств.

Касательно производительности насосной установки 4 следует отметить, что в плавающем транспортном средстве с танковой силовой установкой (аналогичном транспортному средству по патенту РФ №2201353, опубл. 27.03.2003), разработчиком которого является заявитель, в качестве водоотливной помпы малой производительности применена танковая помпа с производительностью 100 л/мин, а в качестве центробежного насоса высокой производительности применен центробежный насос с производительностью 1600 л/мин, хотя возможна установка подобного насоса с производительностью 1800 л/мин или даже 2000 л/мин.

Работа водоотливного комплекса

При движении плавающего транспортного средства на воде, в случае штатного поступления забортной воды и появлении ее на днище корпуса, автоматически или в ручном режиме включается электродвигатель 9 водоотливной помпы 6. Вода забирается из выштамповки "е" (самой нижней зоны днища "г") и нагнетается через трубопровод 35 в водозаборник 29, клапанное устройство 32 которого закрывается, исключая перетекание воды назад в отсек "а" корпуса. Уровень воды в водозаборнике 29 повышается, заполняя заборный патрубок 28 центробежного насоса 5, полости в зоне рабочего колеса 20 корпуса 14 насоса, а затем через магистраль отлива (напорный патрубок 37, трубопроводы 38 и 39 и клапан 40) вода сливается за борт.

При движении плавающего транспортного средства на воде, в случае аварийного поступления забортной воды в корпус автоматически или в ручном режиме включается электродвигатель водоотливной помпы. Вода выше рассмотренным путем нагнетается через трубопровод в водозаборник, заполняет полости "ж" центробежного насоса 5, обеспечивая его нормальную работу при запуске. Поскольку производительность насоса 5 в 15...20 раз выше производительности помпы клапанное устройство открывается, обеспечивая дальнейшую бесперебойную работу насоса 5. Откачиваемая вода через упомянутую систему водоотлива сливается за борт.

При работе возможна ситуация, когда одна насосная установка, например 4 (затопляемого отсека) не справляется с водоотливом. В этом случае открывается задвижка 42 водовода 41, включается вторая (другие) насосная установка 4’ (насосные установки) и повышается скорость водоотлива из затопляемого отсека.

В варианте исполнения водоотливной системы с встроенным (см. фиг.5) в перегородку 3 управляемым клапаном 43 одновременно с открытием клапана 43 также включается вторая насосная установка 4’, повышая скорость водоотлива.

Следует также отметить, что гидромотор позволяет вести водоотлив при полном погружении насосной установки 4 под воду затопляемого отсека, а вал 17 гидромотора 7 постоянно разгружен от осевых нагрузок, действующих на рабочее колесо 20 центробежного насоса.

Тем самым применением предлагаемого технического решения достигается поставленная задача изобретения: снижение компоновочных габаритов водоотливного комплекса, повышение его экономичности и эксплуатационного ресурса.