Пропульсивная система с электродвигателями

Изобретение относится к судостроению, а именно к пропульсивным системам. Система содержит автономный корпус и электродвигатель, статор которого прикреплен к корпусу, а ротор с внутренней стороны имеет как единое целое круговое кольцо. Дополнительно соосно размещен второй идентичный электродвигатель, статор которого прикреплен к корпусу, а его ротор с внутренней стороны имеет как единое целое круговое кольцо. Катушки обоих статоров размещены по кругу параллельно центральной оси двигателя. Со стороны торцов статора, обращенных друг к другу, размещены роторы с круговым кольцом, к внутренней поверхности которого закреплены лопасти гребного винта. Внутренний диаметр кругового кольца равен внутреннему диаметру статора, каждый ротор имеет вал, который одновременно является валом гребного винта, причем указанный вал прикреплен к установленным с обеих сторон ротора и гребного винта стойкам, закрепленным к несущим конструкциям корпуса и/или статора. Ступицы гребных винтов снабжены подшипниками вала. Достигается снижение уровня вибрации и шума, повышение КПД. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к судостроению, а именно к пропульсивным (винторулевым) системам для надводных кораблей и судов различного водоизмещения, а также может быть применено на подводных аппаратах и других плавсредствах. Изобретение найдет применение также в трубопроводном транспорте в качестве перекачивающего устройства газообразных и жидких сред.

Известны пропульсивные системы 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 имеет существенные массогабаритные характеристики, применение редуктора снижает КПД системы, корпус системы создает сравнительно большое гидродинамическое сопротивление, что также снижает эффективность системы, кроме этого - сложность конструкции.

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

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. Принят за прототип.

Недостатки прототипа - отсутствие устойчивого вращения ротора, возможность повышенной вибрации и шумов от опорно-упорных устройств, сравнительно низкая их ремонтопригодность и относительная сложность конструкции комплекса.

Технический результат изобретения - обеспечение устойчивого вращения ротора, упрощение конструкции комплекса, снижение уровня вибрации и шума, улучшение ремонтопригодности, повышение КПД.

Технический результат достигается тем, что пропульсивная система с электродвигателями содержит автономный корпус и два идентичных электродвигателя на одной оси, статор которых прикреплен к корпусу, а ротор с внутренней стороны имеет как единое целое круговое кольцо. При этом катушки статоров размещены по кругу параллельно центральной оси двигателя, а роторы с круговым кольцом размещены со стороны торцов статора, обращенных друг к другу, при этом внутренний диаметр кругового кольца равен внутреннему диаметру статора. К внутренней поверхности роторов закреплены лопасти гребного винта, каждый ротор имеет вал, который одновременно является валом гребного винта, причем вал прикреплен к установленным с обеих сторон ротора стойкам, закрепленным к несущим конструкциям корпуса и/или статора, а ступицы гребных винтов снабжены подшипниками вала.

Стойки выполнены полыми из композиционных материалов, отличающихся максимальными значениями коэффициента внутренних потерь, могут быть заполнены специальными вибропоглощающими материалами, расширяющими диапазон эффективного вибро- и шумопоглощения, дополнительно могут иметь по длине виброакустические развязки. При этом стойки имеют гидродинамический профиль минимального сопротивления. К кормовым стойкам или к кормовой части корпуса системы крепятся перья рулевого устройства.

Пропульсивная система с электродвигателями изображена на фиг.1 - вертикальный продольный разрез, фиг.2 - вид спереди.

Пропульсивная система включает корпус (насадку) 1, несущую конструкцию движителя 2, токоввод 3 катушек 4 статора электродвигателя 5, внутреннюю разборную обойму статора 6, корпус ротора 7, высококоэрцетивный магнит 8, магнитопровод ротора 9, круговое кольцо 10, гребной винт 11, вал 12 и ступицу винта 13, носовую стойку (носовые стойки) 14, кормовую стойку (кормовые стойки) 15, среднюю стойку (стойки) 16, перо рулевой установки 17, поворотную или неповоротную штангу 18.

Устройство работает следующим образом. При подаче электроэнергии по токовводу 3 в катушки статоров 4 электродвигателей 5 происходит вращение роторов 7 с кольцом 10 и, следовательно, приходят во вращение гребные винты 11 в противоположные стороны. Валы гребных винтов 12 соосны, независимы друг от друга. Вал носового гребного винта закреплен на стойке 14, второй конец вала закреплен на средней стойке 16, связанной с несущей конструкцией движителя 2. Вал кормового гребного винта одним концом закреплен на кормовой стойке 15, другим - на средней стойке 16. Ступицы гребных винтов имеют подшипники вала. Стойки 14 и 15 крепятся к внутренней обойме статора 6, либо к корпусу 1, его несущим конструкциям 2. Число стоек и их расположение (одна в вертикальной плоскости, две в виде креста, три сходящиеся в центре и др. варианты) определятся расчетчиками. Засасываемый гребными винтами поток воды натекает на лопасти гребных винтов 11, образуется сила тяги. Лопасти отбрасывают воду на периферию к внутренней поверхности кольца. При этом образуется разрежение по центру кольца, что приводит к увеличению объема воды, проходящей через винт, на 30-40%. За счет этого эффекта может быть уменьшен диаметр гребных винтов без ухудшения их КПД, снижена частота вращения и, как следствие, уменьшен шум.

Для поворота судна на тот или иной борт, в случае невозможности вращения штанги 18, производят поворот пера (перьев) 17 рулевого устройства.

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 на винт (например, [1]) позволит ориентировочно снизить массу оборудования и объем, занимаемый средствами электродвижения, в пределах 20-40%, увеличить пропульсивные характеристики корабля не менее чем на 15-20% [5], снизить в 2-3 раза и более уровень шума и вибрации в помещениях корабля и в окружающей водной среде. По сравнению с существующими пропульсивными системами с погружным электродвигателем (например, [2]) следует ожидать снижения массы и габаритов системы, увеличение пропульсивных характеристик корабля не менее чем на 10-15%, а также дальнейшее снижение вибрации и акустических шумов.

Применение автономного корпуса в виде направляющей насадки позволит увеличить тягу в 1,3-2 раза, существенно повысить КПД системы.

Часть системы (кроме ее корпуса), заключенная в несущей конструкции движителя 2, может быть применена для встраивания в круговой туннель корпуса судна, например в подруливающем устройстве, в водовод водометного движителя, в трубопровод транспорта текучих сред (газа, жидкости).

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. "Morintex - 1999", 14-16 сентября 1999 г., Санкт-Петербург.

1. Пропульсивная система, содержащая автономный корпус и электродвигатель, статор которого прикреплен к корпусу, а ротор с внутренней стороны имеет как единое целое круговое кольцо, отличающаяся тем, что дополнительно соосно размещен второй идентичный электродвигатель, статор которого прикреплен к корпусу, а его ротор с внутренней стороны имеет как единое целое круговое кольцо, при этом катушки обоих статоров размещены по кругу параллельно центральной оси двигателя, со стороны торцов статора, обращенных друг к другу, размещены роторы с круговым кольцом, к внутренней поверхности которого закреплены лопасти гребного винта, при этом внутренний диаметр кругового кольца равен внутреннему диаметру статора, каждый ротор имеет вал, который одновременно является валом гребного винта, причем указанный вал прикреплен к установленным с обеих сторон ротора и гребного винта стойкам, закрепленным к несущим конструкциям корпуса и/или статора, а ступицы гребных винтов снабжены подшипниками вала.

2. Пропульсивная система по п.1, отличающаяся тем, что используются электродвигатели, работающие в определенной газовой среде.

3. Пропульсивная система по п.1, отличающаяся тем, что электродвигатели выполнены погружными.

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

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

6. Пропульсивная система по п.1, отличающаяся тем, что стойки имеют оптимальный гидроаэродинамический профиль, обеспечивающий минимальное гидроаэродинамическое сопротивление.

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

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