Устройство в пропульсивной установке
Изобретение относится к пропульсивным судовым установкам с гребными винтами противоположного вращения. Устройство в системе гребных винтов противоположного вращения, содержащей расположенные напротив друг друга задний гребной винт (22) и передний гребной винт (6), выполнено с, по меньшей мере, двумя находящимися на одинаковом расстоянии друг от друга пластинами (28) направления потока, расположенными на крышке (30) ступицы переднего гребного винта (6) и выступающими за эту крышку (30) в радиальном направлении. Такое выполнение устройства уменьшает вероятность возникновения кавитации на лопастях заднего гребного винта. 11 з.п. ф-лы, 3 ил.
Данный документ касается одного устройства в системе гребных винтов противоположного вращения (СГВПВ).
Обычно пропульсивная установка располагается в кормовой части морского судна. Гребные винты снабжены крышкой ступицы, которая обычно закрывает крепежный болт гребного винта. Циркуляция воды вокруг каждой лопасти переднего гребного винта создает завихрение около ступицы, затем отдельные завихрения соединяются в одно завихрение у ступицы. Известно, что указанная вихревая кавитация у ступицы очень вредна для пропульсивной установки или для руля поворота, расположенного за главным гребным винтом. Вихрь у ступицы обладает эрозийным действием, но также он может приводить к другим опасным формам кавитации на конструкциях, таких как пропульсивная установка или лопасть заднего гребного винта.
Особенно в концепции движения СГВПВ, согласно которой второй гребной винт расположен близко к главному гребному винту, завихрения могут вызвать большой вред. Управление пропульсивной установкой не будет полностью адекватным из-за эрозийных завихрений у ступицы. Данное явление уменьшает интервалы между техническими обслуживаниями пропульсивной установки и, следовательно, увеличивает общие затраты.
Обычный способ избежать вихревой кавитации у ступицы заключается в том, чтобы расположить после гребного винта тупоконечный колпачок, который будет разрушать завихрения у ступицы, которые появляются из-за срыва потока после крышки ступицы. Однако в случае гребных винтов с встречным вращением подобный способ неприемлем, так как срыв потока вызывает кавитацию на лопастях заднего гребного винта, особенно в случае, когда управление осуществляется кормовым подруливающим устройством и подруливающее устройство повернуто на некоторый угол и таким образом передний и задний гребные винты не соосны и лопасти заднего гребного винта при вращении пересекают зону срыва потока.
Соответственно цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить новую конструкцию, в которой были бы решены проблемы, вызванные наличием завихрений. Данная цель достигается для СГВПВ согласно отличительным признакам, как определено в независимых пунктах формулы изобретения. Другие предпочтительные варианты выполнения настоящего изобретения характеризуются отличительными признаками зависимых пунктов формулы изобретения.
В данном изобретении уменьшена или совсем исключена вышеуказанная проблема в концепции СГВПВ и таким образом задний гребной винт и вся пропульсивная установка защищается от повреждений. Данное изобретение увеличивает возможности управления пропульсивной установкой после переднего гребного винта, при этом не возникает опасной эрозийной вихревой кавитации у ступицы и вредной кавитации на лопастях, после колпачка передней кавитации. Это ведет к увеличению срока службы и сокращению стоимости ремонта пропульсивной установки.
Данное изобретение основано на идее разбиения завихрения, возникающего в результате движения лопастей переднего гребного винта. Крышка ступицы гребного винта (а именно это касается внешнего вида крышки ступицы гребного винта) выполнена так, что имеет, по крайней мере, две отстоящие друг от друга на одинаковом расстоянии пластины для направления потока, которые выступают за границы внешней поверхности крышки ступицы. На практике количество указанных пластин не превышает восьми, в то время как при четырех пластинах достигается наиболее эффективный результат.
С другой стороны, сама крышка должна иметь хорошо обтекаемую форму, причем отношение диаметра крышки к ее длине не должно превышать 2. Это обеспечивает отсутствие развитого срыва потока после крышки, таким образом возможно избавиться от кавитации на лопастях в зоне срыва потока после передней крышки, когда подруливающее устройство не соосно с передним гребным винтом.
Отсутствие вихря у ступицы обеспечивает возможность безопасного функционирования заднего гребного винта и управляемой пропульсивной установки. Данное изобретение легко внедрить, так как для этого не требуется других модификаций структуры или функционирования пропульсивной установки или ее периферийных устройств. Далее, так как главным образом изобретение реализуется посредством придания специальной формы отдельному компоненту, то данное изобретение также можно применить к уже работающим пропульсивным установкам.
В соответствии с одним предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения на передний гребной винт, между двумя гребными винтами, установлена крышка ступицы, имеющая хорошо обтекаемую форму и предназначена для исключения отрыва потока после передней крышки.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения на крышке ступицы переднего гребного винта расположены прямые пластины для направления потока, по форме схожие друг с другом. Это дает оптимальный эффект и сбалансированную структуру.
В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом выполнения данного изобретения количество указанных пластин не зависит от количества лопастей переднего гребного винта и расположение пластин не зависит от расположения лопастей переднего гребного винта. Данный предпочтительный вариант облегчает планирование и установку крышек ступиц, так как не возникает необходимость согласовывать пластины с лопастями гребного винта. Одинаковые крышки могут использоваться для гребных винтов с различными конфигурациями.
В другом предпочтительном варианте выполнения изобретения отношение диаметра концевых кромок пластин и максимального диаметра крышки составляет 0,4-2. При указанном отношении эффективность устройства, соответствующего изобретению, особенно высока.
Пластины для направления потока закреплены на крышке ступицы или посредством приваривания к крышке или посредством болтов. Размеры и форму указанных пластин можно легко изменить при необходимости, в зависимости от соответствующих требований. Если пластины для направления потока используются для работающих суден, то данная возможность предпочтительна. Альтернативно крышка ступицы с пластинами для направления потока может быть отлита в одной форме, при этом с крышкой ступицы можно обращаться как с единой деталью.
В соответствии с другим предпочтительным вариантом выполнения задний гребной винт выполнен с возможностью поворота и с возможностью приведения в движение судна и его управления.
Детали одного предпочтительного варианта выполнения изобретения, а также достоинства и другие отличительные признаки изобретения будут понятны из последующего описания и чертежей. На чертежах представлено:
фиг.1 - схема конструкции СГВПВ, соответствующей настоящему изобретению;
фиг.2а - вид сбоку крышки ступицы, соответствующей данному изобретению;
фиг.2b - вид спереди крышки ступицы, согласно фиг.2а.
На фигуре 1 показана конструкция движителя 2, которая выполнена для системы гребных винтов противоположного вращения (СГВПВ), расположенной под корпусом 4 судна. Главный гребной винт, выполненный в виде переднего гребного винта 6, расположен на главном приводном валу 8, который крепится посредством опор к корпусу 4 судна. Передний гребной винт 6 выполнен с возможностью приведения в действие, например, с помощью приводного блока, подобного дизельному двигателю, напрямую или посредством электропривода, где электричество вырабатывается дизель-генераторным устройством с помощью преобразователя частоты, данное устройство известно специалистам. В блоке привода, опорах и других характеристиках устройства передачи энергии используются обычные, хорошо известные технологии и для понимания настоящего изобретения нет необходимости их подробно пояснять. Передний гребной винт 6 имеет ступицу 10, расположенную на приводном валу 8, и лопасти 12 гребного винта, закрепленные на ступице 10. Количество лопастей, наклон лопастей и размеры лопастей определяются при задании размеров пропульсивной установки судна, и они могут изменяться от случая к случаю. Наклон лопастей также может быть регулируемым.
Корпус 4 судна спроектирован так, что днище корпуса судна закругляется вокруг переднего гребного винта 6 и после данного винта уровень днища повышается. Таким образом, днище 14 в самой задней части судна расположено выше, чем днище 16 судна впереди переднего гребного винта. Под днищем 14 расположен поворотный рулевой механизм 18, который состоит из азимутального гребного блока, подобного блоку AZIPOD®, посредством которого выполняется управление судном и его движение вперед. Рулевой механизм 18 содержит пилон 20, имеющий подшипник и выполненный с возможностью вращения на 360 градусов вокруг своей вертикальной оси. Обтекаемый корпус 21, содержащий приводной двигатель подруливающего гребного винта 22, закреплен под пилоном 20. Подруливающий гребной винт 22 выполнен с возможностью приведения в действие посредством приводного вала 24, который расположен на одном уровне с валом 8 переднего гребного винта.
В соответствии с концепцией СГВПВ хорошо обтекаемая крышка 30 ступицы переднего гребного винта 6 и крышка 26 ступицы подруливающего гребного винта 22 расположены напротив друг друга и при движении судна вперед передний гребной винт 6 и подруливающий гребной винт 22 вращаются в противоположные стороны. При повороте судна, для того чтобы добиться нужного поворотного действия, рулевой механизм 18 поворачивается вокруг вертикальной оси пилона 20.
Когда гребные винты расположены напротив друг друга, плоскости вращения переднего и подруливающего гребных винтов отстоят друг от друга более чем на двойной диаметр переднего гребного винта. В таком случае крышка 30 ступицы переднего гребного винта 6 и крышка 26 ступицы подруливающего гребного винта расположены значительно ближе. Следовательно, завихрения и давление, в результате работы винтов, сильно воздействуют на крышку ступицы переднего гребного винта и также на подруливающий гребной винт. Согласно настоящему изобретению вихревая кавитация крышки ступицы и кавитация лопастей заднего гребного винта и их вредное воздействие минимизируется при применении хорошо обтекаемой крышки 30 ступицы переднего гребного винта и пластин 28 для направления потока, установленных на крышке 30 ступицы.
В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения четыре пластины 28 для направления потока закреплены симметрично или на равных расстояниях к внешней поверхности крышки 30 ступицы, как показано на фигурах 2а и 2b. На фигуре 2а изображен боковой вид, а на фигуре 2b представлен вид спереди, который можно видеть с задней части судна. Крышка ступицы имеет длину L и диаметр D, при этом отношение D/L не превосходит 2. Пластины направления потока выполнены в виде прямых пластин, приваренных или прикрепленных болтами к поверхности крышки 30 ступицы главного гребного винта. Пластины 28 направления потока также могут отливаться вместе со всей крышкой ступицы гребного винта. Пластина для направления потока устанавливается по всей длине поверхности крышки, и данные пластины соединяются друг с другом вне поверхности крышки, выступая немного за верхний край крышки. В данном примере высота пластин направления потока не превосходит радиальные границы крышки. Таким образом, указанные пластины не выступают за диаметр крышки ступицы. Пластины направления потока выступают в радиальном направлении за границы поверхности крышки ступицы, и упомянутые пластины установлены в направлении оси гребного винта без наклона. Отношение размеров концевых кромок пластин для направления потока к максимальному диаметру D ступицы может изменяться в пределах от 0,4 до 2. Данные границы соответствуют отношению с диаметром гребного винта примерно от 0,12 до 0,4.
Количество пластин направления потока не связано с количеством лопастей гребного винта и оно может изменяться от двух до восьми, при этом установлено, что наиболее предпочтительным является число четыре. Хотя расположение указанных пластин не привязано к положению лопастей гребного винта, но оно может совпадать или быть другим.
Изобретение описано выше с использованием одной модификации в качестве примера. Настоящее изобретение может иметь множество различных модификаций, при этом границы изобретения определены в формуле изобретения.
1. Устройство в системе гребных винтов противоположного вращения, содержащей задний гребной винт (22), установленный на подруливающем устройстве (18), выполненном с возможностью вращения, и передний гребной винт (6), установленный на валу (8) или на подруливающем устройстве, причем гребные винты расположены, по существу, на одной оси и задний гребной винт (22) и передний гребной винт (6) выполнены с возможностью вращения в противоположных направлениях и передний и задний гребные винты, каждый, содержит ступицу с крышкой, при этом ступица с крышкой заднего гребного винта и ступица с крышкой переднего гребного винта расположены напротив друг друга, отличающееся тем, что, по меньшей мере, две находящиеся на одинаковом расстоянии друг от друга пластины (28) направления потока расположены на крышке (30) ступицы переднего гребного винта (6) и пластины (28) направления потока выступают за крышку (30) в радиальном направлении.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что крышка (30) ступицы переднего гребного винта выполнена обтекаемой формы.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отношение диаметра крышки (30) ступицы переднего гребного винта к ее длине не превышает 2.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пластины (28) направления потока выполнены прямыми, и все имеют одинаковую друг с другом форму.
5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отношение диаметра крышки (30) ступицы переднего гребного винта к ее длине не превышает 2, при этом пластины (28) направления потока выполнены прямыми, и все имеют одинаковую друг с другом форму.
6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что отношение диаметра крышки (30) ступицы переднего гребного винта к ее длине не превышает 2, при этом пластины (28) направления потока выполнены прямыми, и все имеют одинаковую друг с другом форму.
7. Устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что количество пластин (28) направления потока не зависит от количества лопастей (12) переднего гребного винта (6) и расположение пластин (28) направления потока не зависит от расположения лопастей переднего гребного винта.
8. Устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что отношение диаметра концевых кромок пластин (28) направления потока к максимальному диаметру крышки ступицы находится в диапазоне от 0,4 до 2.
9. Устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что пластины (28) направления потока выполнены в виде единого целого с крышкой (30) ступицы.
10. Устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что пластины (28) направления потока закреплены на крышке (30) ступицы посредством сварки или болтов.
11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что задний гребной винт (22) выполнен с возможностью поворота и предназначен для приведения судна в движение и его управления.
12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что задний гребной винт (22), расположен за передним гребным винтом (6) и снабжен крышкой (26), имеющей обтекаемую форму.
