Пропульсивная система соловьева

Изобретение относится к судостроению, а именно к пропульсивным системам. Пропульсивная система содержит автономный корпус и реверсивный погружной электродвигатель, статор которого закреплен к корпусу, а ротор с внутренней стороны имеет как единое целое круговое кольцо. Корпус выполнен по форме профилированного кольцевого крыла, дополнительно содержит соосно к первому идентичный автономный реверсивный погружной электродвигатель, статор которого закреплен к корпусу. Ротор с внутренней стороны имеет как единое целое круговое кольцо. К внутренней поверхности каждого кругового кольца прикреплены лопасти гребного винта. Вал ротора является одновременно валом гребного винта. Каждый вал установлен в подшипниках, размещенных в стойках, закрепленных на корпусе и/или статоре. Ступица гребного винта жестко связана с валом ротора, или вал жестко связан со стойками. Ротор вращается в подшипнике ступицы гребного винта. Достигается улучшение пропульсивных качеств, повышение КПД системы, снижение уровня возможных вибраций и шума. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к судостроению, а именно к пропульсивным (винторулевым) системам для надводных кораблей и судов различного водоизмещения, плавсредств с откидными колонками, а также может быть применено на подводных аппаратах и других плавсредствах.

Известны пропульсивные системы фирмы AQUAMASTER [1], содержащие корпус и соосные гребные винты, а также механическую передачу мощности от двигателя к валам гребных винтов.

Недостатки таких систем - механическая передача мощности от двигателя к валам соосных гребных винтов достаточно сложная, требуется использование редукторов, что существенно снижает КПД системы, корпус системы создает сравнительно большое гидродинамическое сопротивление, что также снижает эффективность системы. Ограничены места в корпусе корабля, где система (в первую очередь ее двигатель) может быть установлена.

Известны пропульсивные системы фирмы SHOTTEL GmbH с погружным электродвигателем [2], содержащие корпус, электродвигатель в корпусе, на валу которого насажены два гребных винта. Недостатки - сравнительно небольшой КПД винтов, работающих в стесненных условиях, а также существенное гидродинамическое сопротивление подводной части корпуса системы, что снижает эффективность ее работы.

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

Недостатки прототипа - отсутствие устойчивого вращения ротора, возможность проявления повышенной вибрации и шумов от опорно-упорных устройств, относительная сложность конструкции комплекса. Использование одновременно двух комплексов для получения пропульсивной системы с соосными винтами противоположного вращения будет сопряжено с этими же недостатками.

Технический результат изобретения - улучшение пропульсивных качеств, обеспечение устойчивого вращения ротора, упрощение конструкции комплекса, повышение КПД системы, снижение уровня возможных вибраций и шума.

Технический результат достигается тем, что в известной пропульсивной установке, содержащей автономный корпус с погружным реверсивным электродвигателем, статор которого закреплен к корпусу, а ротор с внутренней стороны имеет как единое целое круговое кольцо, корпус выполнен по форме профилированного кольцевого крыла (направляющей насадки), и в нем дополнительно установлен соосно второй погружной реверсивный электродвигатель, статор которого закреплен к корпусу, а ротор с внутренней стороны имеет как единое целое круговое кольцо. При этом к внутренней поверхности каждого кругового кольца прикреплены лопасти гребного винта. Вал каждого ротора является одновременно валом гребного винта. Причем вал установлен в подшипниках, размещенных в стойках, закрепленных на корпусе и/или статоре, при этом ступица гребного винта жестко связана с валом ротора. Если же вал жестко связан со стойками, то ротор вращается в подшипнике ступицы гребного винта. Оба электродвигателя автономны, не зависят друг от друга.

Стойки выполнены полыми и заполнены вибропоглощающими материалами, они могут быть выполнены из композитных материалов и иметь виброакустические развязки по длине стоек, могут иметь гидродинамический профиль наименьшего сопротивления. У неповоротной пропульсивной системы к кормовым стойкам или к кормовой части корпуса крепятся перья рулевого устройства для маневрирования судна.

Пропульсивная система Соловьева изображена на фиг.1 (продольный разрез); на фиг.2 - вид с носовой части системы; на фиг.3 - вид с кормовой части.

Пропульсивная система включает автономный корпус (направляющую насадку) 1, два идентичных модифицированных погружных реверсивных электродвигателя, расположенных соосно, каждый из которых состоит из: статора электрического двигателя 2, ротора 3, кругового кольца 4, закрепленного к внутренней поверхности ротора, гребного винта 5, лопасти которого жестко связаны с внутренней поверхностью кольца, ступицы гребного винта 6 и общего вала ротора и гребного винта 7. Носовой (передний) электродвигатель системы имеет носовую стойку (носовые стойки) 8, закрепленную к корпусу 1 или статору 2, носовой подшипник 9 вала в стойке 8. Аналогично кормовой (задний) электродвигатель имеет кормовую стойку (кормовые стойки) 10, закрепленную к корпусу или статору, кормовой подшипник 11 вала. Посредине между электродвигателями размещена средняя стойка 12, закрепленная к корпусу, с опорно-упорными подшипниками 13 для вторых концов валов обоих роторов (гребных винтов). Кроме этого для неповоротной пропульсивной системы имеется перо рулевого механизма 14, штанга 15 для поворотной пропульсивной системы, а также электрический кабель 16.

Пропульсивная система работает следующим образом. При подаче электроэнергии по кабелю 16 (например, по штанге 15) в статоры электродвигателя 2 происходит вращение в противоположные стороны роторов 3 с кольцом 4 и, следовательно, приходят во вращение гребные винты 5, приводящие в движение в кормовую часть системы окружающую его воду. При натекании воды на лопасти гребных винтов образуется сила тяги. Лопасти отбрасывают часть воды на периферию к внутренней поверхности кругового кольца, при этом образуется разрежение по центру кольца, что приводит к увеличению объема воды, проходящей через установку, на 40-50%. С учетом наличия стоек в проходном сечении установки указанный выигрыш составит около 30-40%. Так как лопасти жестко закреплены к круговому кольцу, отсутствует зазор между лопастью и поверхностью кольца, что скажется на снижении индуктивных потерь. Таким образом, за счет использования соосных гребных винтов в насадке, увеличения расхода рабочего тела (воды) и уменьшения индуктивных потерь может быть существенно повышен КПД пропульсивной системы, уменьшен диаметр винтов (по сравнению с одиночным винтом), снижена частота вращения и, как следствие, уменьшен шум.

Для неповоротной пропульсивной системы маневрирование судна производится путем поворота пера (перьев) рулевого устройства 14, закрепленных к кормовым стойкам или к кормовой части корпуса системы.

Расстояние между гребными винтами вдоль центральной оси системы составляет 0,2-0.25 их диаметра. Этого достаточно для размещения между ними средней стойки 13 с опорно-упорными подшипниками для обоих валов 7 роторов 3 (гребных винтов 5). Каждый из валов 7 независимо друг от друга может вращаться вместе с закрепленной на валу ступицей гребного винта в подшипниках двух стоек: носовой 8 и средней 12 стойки для носового ротора и кормовой стойки 10 и средней стойки 12 - для кормового ротора. Возможен вариант, при котором оба конца валов жестко соединены с соответствующими стойками, а вращение гребных винтов происходит в подшипнике ступицы винтов. Возможны несколько вариантов использования стоек: одной (например, вертикальной), двух - крестообразно, трех (угол между стойками 120°) - сходящихся на центральной оси и др.

Предлагаемая пропульсивная система по сравнению с существующими имеет сравнительно малый вес и габариты. Может быть размещена в любой части корпуса судна, на любом разумном удалении от корпуса (на подводном крыле, на рулях или вместо них, в откидных и поворотных колонках, между корпусами многокорпусных судов и т.п.) независимо от места размещения источника электрического тока. В системе отсутствует гребной вал, проходящий через корпус судна. Система не требует охлаждения. 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].

Применение предлагаемой пропульсивной системы по сравнению с системами с механической передачей мощности на винт (например, [1]) позволит ориентировочно снизить массу оборудования и объем занимаемых средствами электродвижения на 20-40%, увеличить пропульсивные характеристики корабля не менее чем на 15-20%, снизить уровень шума в помещениях корабля и в окружающей водной среде [5].

По сравнению с существующими пропульсивными системами с погружным электродвигателем (например, [2]) следует ожидать увеличение пропульсивных характеристик корабля еще на 10-15%, а также дальнейшее снижение акустических шумов.

Кроме этого применение направляющей насадки в виде профилированного кругового кольца позволит повысить тягу 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 № 2204502, публ. 2003 г.

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

5. Вексляр В.Я. Поиск путей совершенствования конструкции движителей и пропульсивных систем боевых кораблей и судов. 3-я международная конференция и выставка по морским интеллектуальным технологиям. 14-16 сентября 1999 г., Санкт-Петербург.

1. Пропульсивная система, содержащая автономный корпус и реверсивный погружной электродвигатель, статор которого закреплен к корпусу, а ротор с внутренней стороны имеет как единое целое круговое кольцо, отличающаяся тем, что корпус выполнен по форме профилированного кольцевого крыла, дополнительно содержит соосно к первому идентичный автономный реверсивный погружной электродвигатель, статор которого закреплен к корпусу, а ротор с внутренней стороны имеет как единое целое круговое кольцо, при этом к внутренней поверхности каждого кругового кольца прикреплены лопасти гребного винта, вал ротора является одновременно валом гребного винта, причем каждый вал установлен в подшипниках, размещенных в стойках, закрепленных на корпусе и/или статоре, при этом ступица гребного винта жестко связана с валом ротора, или вал жестко связан со стойками, а ротор вращается в подшипнике ступицы гребного винта.

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

3. Пропульсивная система по п.1, отличающаяся тем, что стойки выполнены из композитных материалов и имеют виброакустические развязки по длине стоек.

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

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

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