пропульсивная система с погружным электрическим двигателем

Формула изобретения

1. Пропульсивная система с погружным электрическим двигателем, содержащая автономный корпус и реверсивный погружной электродвигатель, статор которого прикреплен к корпусу, а ротор с внутренней стороны имеет как единое целое круговое кольцо, а также защитные сепараторы, отличающаяся тем, что система содержит гребной винт, лопасти которого закреплены к внутренней поверхности кольца в виде цилиндра или усеченного конуса, а вал ротора является одновременно валом гребного винта, при этом вал установлен в подшипниках, размещенных в стойках, закрепленных на корпусе с обеих сторон электродвигателя и/или статоре, а ступица гребного винта жестко связана с валом ротора.

2. Пропульсивная система по п.1, отличающаяся тем, что автономный корпус выполнен в виде направляющей насадки.

3. Пропульсивная система по п.1, отличающаяся тем, что стойки выполнены полыми и заполнены вибропоглощающими материалами.

4. Пропульсивная система по п.1, отличающаяся тем, что стойки выполнены из специальных композитных материалов с максимальными значениями коэффициента внутренних потерь и имеют дополнительные виброакустические развязки по длине стоек.

5. Пропульсивная система по п.1, отличающаяся тем, что стойки имеют оптимальный гидродинамический профиль наименьшего сопротивления.

6. Пропульсивная система по п.1, отличающаяся тем, что к кормовым стойкам крепятся перья рулевого устройства.

7. Пропульсивная система по п.1, отличающаяся тем, что перья рулевого устройства закреплены на кормовой части корпуса за винтом.

8. Пропульсивная система по п.1, отличающаяся тем, что вал жестко связан со стойками, а ротор вращается в подшипнике ступицы гребного винта.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к судостроению, а именно к пропульсивным системам для надводных кораблей и судов, а также может быть применено на подводных средствах движения и других плавсредствах. Кроме этого изобретение может быть применено в трубопроводном транспорте для прокачки текучих средств.

Известны пропульсивные системы (винторулевые колонки) фирмы AQUAMASTER [1], содержащие корпус и винт в насадке, а также механическую передачу мощности от двигателя к валу гребного винта. Известны пропульсивные системы этой же фирмы с соосными винтами. Недостатки таких систем - механическая передача мощности через редуктор достаточно громоздка, кроме того, она снижает КПД системы, корпус системы создает сравнительно большое гидродинамическое сопротивление. Ограничены места на корпусе судна, где система может быть установлена.

Известны пропульсивные системы фирмы SHOTTEL GmbH с погружным электродвигателем [2], содержащие корпус, электродвигатель в корпусе, на валу которого насажен гребной винт. Недостатки - сравнительно небольшой КПД винта, работающего в стесненных условиях, а также сравнительно большое гидродинамическое сопротивление корпуса системы.

Известен водометный движительно-двигательный комплекс [3], содержащий автономный корпус с погружным электродвигателем, статор которого прикреплен к корпусу, а ротор с внутренней стороны имеет как единое целое круговое кольцо, а также защитные сепараторы.

Недостатки комплекса - отсутствие устойчивого вращения ротора, вибрация и шумы от опорно-упорных устройств, сравнительно низкая их ремонтопригодность и относительная сложность конструкции комплекса.

Технический результат изобретения - снижение массогабаритных характеристик, обеспечение устойчивого вращения ротора, упрощение конструкции комплекса, ликвидация причин повышенной вибрации и шума, улучшение ремонтопригодности, повышение КПД.

Технический результат достигается тем, что в пропульсивной системе с погружным электродвигателем, содержащей автономный корпус и реверсивный погружной электродвигатель, статор которого прикреплен к корпусу, а ротор с внутренней стороны имеет как единое целое круговое кольцо в виде цилиндра или усеченного конуса (конфузора), а также защитные сепараторы, внутри кругового кольца размещается гребной винт, лопасти которого закреплены к внутренней поверхности кольца, вал гребного винта является одновременно валом ротора, при этом вал установлен в подшипниках, размещенных в стойках, закрепленных на корпусе и/или статоре с обеих сторон электродвигателя, при этом ступица винта жестко закреплена к валу, или вал жестко связан со стойками, при этом ротор вращается в подшипнике ступицы гребного винта.

Стойки выполнены полыми из композитных материалов, отличающихся максимальными значениями коэффициента внутренних потерь, дополнительно могут быть заполнены вибропоглощающими материалами, могут иметь виброакустические развязки по своей длине. Имеют оптимальный гидродинамический профиль минимального сопротивления. К кормовым стойкам или к кормовой части корпуса за винтом крепятся перья рулевого устройства.

Пропульсивная система с погружным электродвигателем изображена на фиг 1 (продольный разрез), на фиг.2 - вид с носовой части системы и на фиг.3 - вид с кормовой части.

Система включает автономный корпус 1 (в виде направляющей насадки), статор электродвигателя, 2, ротор 3, кольцевое кольцо 4, лопасти 5, вал 6 и ступицу винта 7, носовые стойки 8, кормовые стойки 9, защитные сепараторы 10.

Устройство работает следующим образом. При подаче электроэнергии в статор 2 происходит вращение ротора 3 с кольцом 4 и, следовательно, придет во вращение гребной винт 5. Поток воды натекает на носовые стойки 8 и лопасти гребного винта, образуется тяга, которая через вал ротора (гребного винта) и стойки 8 и 10 передается на корпус системы 1 и с нее на корпус судна. Лопасти отбрасывают воду на периферию к поверхности кольца. При этом образуется разрежение по центру кольца, что приводит к увеличению объема воды, проходящей через винт. При маневрировании судна, например повороте на некоторый угол, с помощью штанги 14 поворачивают корпус 1 на необходимый угол для создания большого крутящего момента или поворачивают перья рулевого устройства.

Предлагаемая пропульсивная система по сравнению с существующими имеет сравнительно малый вес и габариты. Может быть размещена в любой части корпуса судна независимо от места размещения источника электрического тока. Возможно создание выдвижных устройств (винторулевых колонок), при этом отсутствует гребной вал, проходящий через корпус судна. Система не требует охлаждения. Можно использовать соосные гребные винты с повышенным КПД. Возможно достижение низких уровней вибрации и шума в помещениях судна, а также в окружающем водном пространстве. Система обладает хорошей ремонтопригодностью, проста в обслуживании. Диапазон мощностей системы в таком исполнении практически не ограничивается [4].

По предварительным оценкам, выполненным специалистами-корабелами, следует ожидать следующие эффекты:

- снижение массы оборудования и объемов, занимаемых средствами электродвижения, на 20-40%;

- увеличение пропульсивных характеристик судна на 15-20%;

- снижение в 2-3 раза уровня шума и вибрации в помещениях судна и в окружающей воде.

Кроме этого, применение направляющей насадки позволит повысить тягу в зависимости от режима движения судна в 1,3-2 раза, существенно увеличить КПД системы.

Часть системы (кроме ее корпуса) может быть применена для встраивания в круговую туннель корпуса судна, например в подруливающем устройстве, в водовод водометного движителя, в трубопровод транспорта текучих сред (газа, жидкости).

Использованные источники информации

1. Excellence in Propulsion "News from the KaMeWa Group", Number 1, July 1997.

2. WWW.Schottel.de.

3. Патент РФ №22045202, публ. 2003 г.

4. "Demonstration and spin-off of the Integral Motor Propeller Propulsion System", Proceedings, 1994, Technical Innovation Symposium, "Morintex - 1999", 7-9 September 1994, pp.109-124.