Движительная система
Изобретение относится к устройству для подачи движительной энергии к движительной системе с противоположно вращающимися гребными винтами в морском судне. Устройство содержит первый гребной винт, приводимый вращающимся силовым агрегатом, и второй гребной винт, приводимый двигателем переменного тока. Второй гребной винт вращается в направлении, противоположном первому гребному винту. Генератор переменного тока приводится вращающимся силовым агрегатом, а также электрически соединен с двигателем переменного тока. Скорость вращения второго гребного винта составляет между 95-150% от скорости вращения первого гребного винта. Двигатель переменного тока и генератор переменного тока имеют одинаковую электрическую частоту, и количество полюсов генератора переменного тока составляет от 2 до 40 и количество полюсов двигателя переменного тока составляет от 2 до 40. Отношение количества генератора переменного тока и двигателя переменного тока составляет от 0,05 до 20. Достигается рентабельность устройства для обеспечения электрической энергии на корабле или морском судне. 13 з.п. ф-лы, 9 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к устройству для подачи движительной энергии к движительной системе с противоположно вращающимися гребными винтами (contra rotating propellers (CRP)) в морском судне, причем это устройство содержит первый гребной винт, приводимый вращающимся силовым агрегатом, и второй гребной винт, приводимый двигателем переменного тока.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Движительная энергия больших кораблей или морских судов вырабатывается вращающимся силовым агрегатом, источником энергии которого является нефть, газ, ядерная энергия. Вращающийся силовой агрегат может быть дизельным двигателем, газовой турбиной или турбиной, приводимой во вращение ядерным реактором. Механический выходной вал либо непосредственно, либо через зубчатую передачу присоединен к валу гребного винта, или вращающийся силовой агрегат приводит генератор, который подает электрическую энергию к двигателям гребных винтов корабля. Кроме того, используются несколько разных комбинаций этих двух основных способов приведения гребного винта.
Мощностная и энергетическая эффективность морского судна требуют, чтобы движительная энергия вырабатывалась настолько экономично, насколько это возможно, в разных режимах работы. Следовательно, должно быть оптимизировано общее потребление энергии. Это значит, что электрическая энергия должна быть выработана с использованием наиболее экономичной системы производства энергии, которая доступна на борту, и что электрическая энергия должна использоваться настолько эффективно, насколько это возможно, при подаче электрической энергии к устройствам и двигателям, использующим электрическую энергию.
Как хорошо известно, в данной области техники, движительные устройства потребляют большинство энергии, расходуемой на морских судах. Кроме того, движущая сила или тяга образуется с одновременным использованием разных типов двигателей. Следовательно, важно, чтобы они взаимодействовали так, чтобы при вырабатывании требуемой энергии для продвижения и руления, их совместное потребление энергии было настолько низким, насколько это возможно. В это же время, полное потребление энергии и выработка электричества должны быть настолько эффективными, насколько это возможно. Важно, чтобы полная энергия судна вырабатывалась эффективно, и электрическая энергия подавалась ко всем устройствам, потребляющим электрическую энергию, и использовалась ими эффективно в разных рабочих ситуациях.
В публикации WO 02/072418 предложено устройство с гребным винтом CRP, в котором один гребной винт приводится основным двигателем, и другой гребной винт приводится электрическим двигателем. Валы первого и второго гребных винтов являются соосными, и вал первого гребного винта расположен внутри полого вала второго гребного винта. Основной двигатель приводит первый гребной винт, присоединенный к валу основного двигателя, и генератор, присоединенный к валу основного двигателя, подает электрическую энергию к двигателю, который приводит второй гребной винт. Кроме того, существуют другие двигатели, которые вращают генераторы, которые подают энергию к двигателю.
В публикации DE 3207398 описано устройство CRP, в котором основной двигатель вращается на гребном винте, который установлен на опоре в корпусе корабля, и другой гребной винт присоединен к рулевому агрегату. Другой гребной винт вращается двигателем, который питается от генератора, приводимого основным двигателем. Двигатель присоединен к генератору непосредственно или через преобразователь частоты. В качестве альтернативы, двигатель питается через основную распределительную панель от другого генератора, приводимого другим основным двигателем.
КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью изобретения является создание нового и рентабельного устройства для обеспечения электрической энергии на корабле или морском судне. Это устройство согласно изобретению отличается признаками п.1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения определены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Устройство для подачи движительной энергии к движительной системе с противоположно вращающимися гребными винтами (CRP) в морском судне содержит первый гребной винт, приводимый вращающимся силовым агрегатом, и второй гребной винт, приводимый двигателем переменного тока, посредством чего второй гребной винт вращается в направлении, противоположном первому гребному винту, причем генератор переменного тока приводится вращающимся силовым агрегатом, и генератор переменного тока электрически присоединен к двигателю переменного тока. Скорость вращения второго гребного винта находится между 95% и 150% от скорости вращения первого гребного винта, двигатель переменного тока и генератор переменного тока имеют одинаковую электрическую частоту, количество полюсов генератора переменного тока составляет от 2 до 40, количество полюсов двигателя переменного тока составляет от 2 до 40, так что отношение количества полюсов двигателя переменного тока и генератора переменного тока составляет от 0,05 до 20. Величина количества полюсов является четным числом.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения диаметр второго гребного винта меньше, чем диаметр первого гребного винта.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения расстояние между первым гребным винтом и вторым гребным винтом меньше, чем два диаметра первого гребного винта.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения отношение мощности первого гребного винта и второго гребного винта лежит в диапазоне между 50:50 и 80:20.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения двигатель переменного тока питается вторым источником электрической энергии, который электрически соединен параллельно к генератору переменного тока.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения генератор переменного тока подает электрическую энергию ко второму электрическому потребителю, который электрически присоединен к генератору переменного тока.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения второй источник энергии содержит преобразователь частоты, и тем, что второй источник энергии электрически присоединен через переключатель к двигателю переменного тока.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения второй источник энергии выполнен с возможностью переключения к двигателю переменного тока и/или к генератору переменного тока при изменении распределения энергии между первым гребным винтом и вторым гребным винтом.
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения электрическое силовое соединение между двигателем переменного тока и генератором переменного тока содержит линейный выключатель, при этом генератор переменного тока и второй источник энергии альтернативно подключаются к двигателю переменного тока при маневрировании судна.
При использовании устройства согласно изобретению обеспечивается больше свободы общего устройства корабля и конструкции корпуса по сравнению, например, с механическим движителем. Генераторы электрической энергии могут быть расположены более преимущественным образом, и посредством этого улучшается гидродинамическая эффективность судна.
Энергия вырабатывается наиболее эффективным образом в разных рабочих ситуациях и удовлетворяет изменяющимся потребностям судна в энергии. Посредством этого электрические потери морского судна также сводятся к минимуму по сравнению с обычными электрическими движительными системами.
Устройство согласно изобретению позволяет чувствительно конфигурировать установки по выработке энергии и двигатели с использованием первичного источника энергии согласно потребностям судна. Это дает свободу выбора наиболее подходящей из множества конфигураций энергетической установки и, таким образом, обеспечивает энергоэффективную работу корабля.
Вырабатывающие энергию машины, такие как дизельные двигатели и двигатели, образующие движущую силу, такие как электродвигатели, или дизель, приводящий основной гребной винт, распределены по судну, и они могут быть соединены и рассоединены. Посредством этого может быть увеличено резервирование движительных агрегатов и их элементов.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Теперь изобретение будет описано более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
- на Фиг.1 показан первый предпочтительный вариант осуществления изобретения,
- на Фиг.2 показан второй предпочтительный вариант осуществления изобретения,
- на Фиг.3 показан режим работы второго предпочтительного варианта осуществления изобретения,
- на Фиг.4 показан второй режим работы второго предпочтительного варианта осуществления изобретения,
- на Фиг.5 показан третий режим работы второго предпочтительного варианта осуществления изобретения,
- на Фиг.6 показан четвертый режим работы второго предпочтительного варианта осуществления изобретения,
- на Фиг.7 показан пятый режим работы второго варианта осуществления изобретения,
- на Фиг.8 показан второй предпочтительный вариант осуществления изобретения, и
- на Фиг.9 показан третий предпочтительный вариант осуществления изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ
На Фиг.1 показана схематичная диаграмма второго варианта осуществления изобретения. Основной вращающийся силовой агрегат 2, который представляет собой, например, двухтактный дизельный двигатель, приводит движительный генератор 4 переменного тока, ротор которого прикреплен к одному выходному валу вращающегося силового агрегата 2. Основной гребной винт 6 судна прикреплен к другому выходному валу 10 вращающегося силового агрегата 2. Несмотря на то, что генератор 4 переменного тока и гребной винт 6 находятся на противоположных сторонах вращающегося силового агрегата 2 в варианте осуществления, показанном на Фиг.1, генератор может также быть на той же стороне вращающегося силового агрегата 2, что и гребной винт 6. Напротив основного гребного винта 6 расположен второй гребной винт 12, который приводится двигателем 8 переменного тока. Основной или передний гребной винт 6 установлен с помощью подшипника в корпус судна. Второй или задний гребной винт 12 прикреплен двигателем 8 переменного тока к корпусу судна или к рулевому устройству судна. Передний гребной винт 6 и задний гребной винт 12 выполнены с возможностью работы в режиме противоположно вращающегося гребного винта (CRP), который хорошо известен специалистам в данной области техники. Генератор 4 переменного тока присоединен к двигателю 8 переменного тока посредством электрического силового соединения 14. Двигатель 8 переменного тока и генератор 4 переменного тока имеют одинаковую частоту. Их скорость вращения, также как скорость вращения заднего и переднего гребных винтов, зависит от частоты.
Мощность PME вращающегося силового агрегата 2 составляет несколько дюжин МВт, как например, 60-100 МВт или более, в зависимости от потребности в тяговой мощности морского судна. Мощность PG генератора 4 переменного тока и мощность PM двигателя 8 переменного тока лежат в диапазоне 20-50% от PME. Таким образом, отношение мощности переднего и заднего гребных винтов изменяется от 50:50 до 20:80. Количество полюсов генератора 4 переменного тока и количество полюсов двигателя 8 переменного тока имеют величины, которые выбираются для обеспечения оптимального движительного эффекта в установке CRP. Скорость вращения второго гребного винта лежит между 95% и 150% от скорости вращения первого гребного винта. Количество полюсов генератора 4 переменного тока может от 2 до 40, и количество полюсов двигателя 8 переменного тока может составлять от 2 до 40, посредством чего величина количества полюсов является четным числом. Отношение количеств полюсов двигателя переменного тока и генератора переменного тока составляет от 0,05 до 20.
Величины определяются для каждого отдельного случая при выборе размеров всего привода CRP, и на это влияет несколько факторов. Могут быть зубчатые передачи между вращающимся силовым агрегатом и генератором переменного тока, зубчатые передачи между передним гребным винтом и вращающимся силовым агрегатом, и зубчатые передачи между задним гребным винтом и двигателем переменного тока. Пропорции диаметра гребных винтов и расстояния между гребными винтами также влияют на требуемое отношение скоростей вращения заднего и переднего гребных винтов. Посредством выбора количества полюсов генератора переменного тока и количества полюсов двигателя переменного тока достигается требуемое отношение скорости вращения заднего и переднего гребных винтов, поскольку взаимная скорость двигателей переменного тока и генератора переменного тока определяется их количествами полюсов.
В качестве примера: скорость вращения вращающегося силового агрегата составляет 100 об/мин, и генератор переменного тока и передний гребной винт непосредственно присоединены к валу вращающегося силового агрегата. Требуется, чтобы скорость вращения заднего гребного винта, который непосредственно присоединен к валу двигателя переменного тока, была 120 об/мин. Тогда посредством выбора количества полюсов, равного 12, для генератора переменного тока и количества полюсов, равного 10, для двигателя переменного тока, будет достигнуто требуемое отношение скоростей вращения гребных винтов, поскольку генератор переменного тока и двигатель переменного тока непосредственно соединены электрическим силовым соединением и имеют одинаковую частоту.
В качестве другого примера: скорость вращения вращающегося силового агрегата составляет 100 об/мин, и передний гребной винт непосредственно присоединен к валу вращающегося силового агрегата. Генератор переменного тока присоединен через коробку передач к валу вращающегося силового агрегата. Передаточное число зубчатой передачи равно 3, и скорость вращения генератора переменного тока равна 300 об/мин. Требуется, чтобы скорость вращения заднего гребного винта, который непосредственно присоединен к валу двигателя переменного тока, была 120 об/мин. Тогда посредством выбора количества полюсов, равного 4 для генератора переменного тока и количества полюсов, равного 10 для двигателя переменного тока, будет достигнуто требуемое отношение скоростей вращения гребных винтов, поскольку генератор переменного тока и двигатель переменного тока непосредственно соединены электрическим силовым соединением и имеют одинаковую частоту.
На Фиг.2 показана схематичная диаграмма второго варианта осуществления изобретения. Основной вращающийся силовой агрегат 40, который представляет собой, например, двухтактный дизельный двигатель, приводит движительный генератор 4 переменного тока, ротор которого прикреплен к одному выходному валу вращающегося силового агрегата 40. Основной гребной винт 44 судна прикреплен к другому выходному валу 46 вращающегося силового агрегата 40. Несмотря на то, что генератор 42 и гребной винт 44 находятся на противоположных сторонах вращающегося силового агрегата 40 в варианте осуществления, показанном на Фиг.2, генератор может также быть на той же стороне вращающегося силового агрегата 40, что и гребной винт 44. Напротив основного гребного винта 44 расположен второй гребной винт 48, который приводится двигателем 50 переменного тока. Основной или передний гребной винт 44 установлен с помощью подшипника в корпус судна. Второй или задний гребной винт 48 прикреплен двигателем 50 переменного тока к корпусу судна или к рулевому устройству судна. Передний гребной винт 44 и задний гребной винт 48 выполнены с возможностью работы в режиме противоположно вращающегося гребного винта (CRP), который хорошо известен специалистам в данной области техники. Движительный генератор 42 переменного тока присоединен к двигателю 50 переменного тока посредством электрического силового соединения 52. На электрическом силовом соединении 52 расположен выключатель 54, посредством которого соединение между двигателем 50 переменного тока и движительным генератором 4 переменного тока может быть включено и выключено. Когда выключатель 54 включен, двигатель 50 переменного тока и движительный генератор 4 переменного тока имеют одинаковую частоту. Их скорость вращения, также как скорость вращения заднего и переднего гребных винтов, зависит от частоты.
Два вспомогательных вращающихся силовых агрегата 56 и 58 присоединены к двум генераторам 60 и 62, которые через электрические силовые соединения присоединены к основной распределительной панели или основной шине 64 корабля. Распределительная панель 64 присоединена к электрическим распределительным магистралям судна, и генераторы 60 и 62 подают электрическую энергию к потребителям. Вспомогательные вращающиеся силовые агрегаты 56 и 58 представляют собой четырехтактные дизельные двигатели, имеющие меньшую мощность, чем вращающийся силовой агрегат 40. Вспомогательные вращающиеся силовые агрегаты 56 и 58 могут быть расположены в подходящем пространстве в корпусе судна и их не обязательно располагать рядом с гребными винтами 44 или 48 судна или рядом с другими потребителями электрической энергии. Преобразователь 66 частоты присоединен между основной распределительной панелью 64 и местом 68 соединения электрического силового соединения 52 с электрическим силовым соединением 70 и с электрическим силовым соединением 72, соответственно. Предусмотрены второй выключатель 74 между основной распределительной панелью 64 и преобразователем 66 частоты и третий выключатель 76 между преобразователем 66 частоты и местом 68 соединения.
Движительная система, показанная на Фиг.2, может быть приведена в действие и управляема различными способами в зависимости от режима работы. Со ссылкой на Фиг.3-6 будут уточнены некоторые режимы работы. При возможности, на Фиг.3-7 будут использованы такие же ссылочные обозначения, как на Фиг.2.
На Фиг.3 показан второй вариант осуществления изобретения в режиме маневрирования, в котором движительная энергия вырабатывается вспомогательными вращающимися силовыми агрегатами 56 и 58, тогда как основной вращающийся силовой агрегат не работает. Движительная энергия вырабатывается задним гребным винтом 48, как проиллюстрировано стрелкой 82, и передний гребной винт остается неподвижным. Таким образом, генератор 42 переменного тока не вырабатывает электрическую энергию, и выключатель 54 выключен. Выключатели 74 и 76 включены, и электрическая энергия подается к двигателю 50 переменного тока через преобразователь 66 частоты и через основную распределительную панель от генераторов 60 и 62. Поток электрической энергии проиллюстрирован стрелками 80. Мощность и частота электрической энергии, подаваемой к двигателю 50 переменного тока, управляются преобразователем 66 частоты. Движительная энергия заднего гребного винта ограничена производительностью генераторов 60 и 62 переменного тока и, на практике, производительностью преобразователя 66 частоты.
На Фиг.4 показан второй вариант осуществления изобретения в первом пусковом режиме, в котором движительная энергия вырабатывается вспомогательными вращающимися силовыми агрегатами 56 и 58 и основным вращающимся силовым агрегатом 40. Задний гребной винт 48 и передний гребной винт 44 работают в режиме CRP, как проиллюстрировано стрелками 82 и 84. Несмотря на то, что основной вращающийся силовой агрегат работает, генератор 42 переменного тока не вырабатывает электрическую энергию, и силовой выключатель 54 выключен. Выключатели 74 и 76 включены, и электрическая энергия подается к двигателю 50 переменного тока через преобразователь 66 частоты и через основную распределительную панель от генераторов 60 и 62. Поток электрической энергии проиллюстрирован стрелками 80. Мощность и частота электрической энергии, подаваемой к двигателю 50 переменного тока, управляются преобразователем 66 частоты. В этом режиме скорость заднего гребного винта 48 может быть управляемой независимо от скорости переднего гребного винта 44. Основной вращающийся силовой агрегат работает на уровне пониженной мощности, например, на 25% от его номинальной мощности, и движительная энергия переднего гребного винта составляет около 25% от его полной мощности. Движительная энергия заднего гребного винта ограничена производительностью генераторов 60 и 62 переменного тока, и, на практике, производительностью преобразователя 66 частоты.
На Фиг.5 показан второй вариант осуществления изобретения во втором пусковом режиме, в котором движительная энергия вырабатывается вспомогательными вращающимися силовыми агрегатами 56 и 58 и основным вращающимся силовым агрегатом 40. Двигатель переменного тока питается как от генераторов 60 и 62 переменного тока через преобразователь 66 частоты, так и от генератора 42 переменного тока через электрическое силовое соединение 52. Задний гребной винт 48 и передний гребной винт 44 работают в режиме CRP, как проиллюстрировано стрелками 82 и 84. Основной вращающийся силовой агрегат работает, и генератор 42 переменного тока вырабатывает электрическую энергию, и силовой выключатель 54 включен. Выключатели 74 и 76 включены, и электрическая энергия подается к двигателю 50 переменного тока через преобразователь 66 частоты и через основную распределительную панель от генераторов 60 и 62. Поток электрической энергии от генераторов 60 и 62 переменного тока проиллюстрирован стрелками 80, поток электрической энергии от генератора 42 переменного тока проиллюстрирован стрелкой 86, и поток электрической энергии к двигателю 50 переменного тока проиллюстрирован стрелкой 88. Мощность и частота электрической энергии, подаваемой к двигателю 50 переменного тока, управляются преобразователем 66 частоты. В этом режиме подача энергии к двигателю 50 переменного тока постепенно переходит от генераторов 60 и 62 переменного тока к генератору 42 переменного тока посредством регулировки выходной мощности генератора 42 переменного тока и управления преобразователем частоты, соответственно. Основной вращающийся силовой агрегат работает на уровне пониженной мощности, такой как 25% от его номинальной мощности, и движительная энергия переднего гребного винта составляет около 25% от его полной мощности для удерживания уровней движительной энергии заднего и переднего гребных винтов в допустимых пределах. Движительная энергия заднего гребного винта ограничена производительностью генераторов 60 и 62 переменного тока, и, на практике, производительностью преобразователя 66 частоты, и правильная работа CRP требует, чтобы движительные энергии переднего и заднего гребных винтов находились в правильном отношении, предпочтительно, между 20:80 и 50:50.
На Фиг.6 показан второй вариант осуществления изобретения в третьем пусковом режиме, в котором движительная энергия вырабатывается основным вращающимся силовым агрегатом 40. Он также является примером продвижения на полной скорости и на полной мощности, при котором оба гребных винта работают от энергии основного вращающегося силового агрегата 40 и генератора 42 переменного тока, непосредственно присоединенного к двигателю 50 переменного тока. Выключатель 54 включен, тогда как выключатели 74 и 76 выключены, и двигатель 50 переменного тока полностью питается от генератора 42 переменного тока через электрическое силовое соединение 52. Задний гребной винт 48 и передний гребной винт 44 работают в режиме CRP, как проиллюстрировано стрелками 82 и 84. Поток электрической энергии к двигателю 50 переменного тока проиллюстрирован стрелками 90. Во время третьего пускового режима мощность основного вращающегося силового агрегата увеличивается от пониженного уровня, такого как 25%, до его номинальной мощности. Для того, чтобы иметь эффективную работу CRP, движительные энергии переднего и заднего гребных винтов находятся в правильном отношении, предпочтительно, между 20:80 и 50:50. Поскольку генератор 42 переменного тока непосредственно присоединен к двигателю 50 переменного тока через электрическое силовое соединение 52, генератор 42 переменного тока и двигатель переменного тока имеют одинаковую частоту. Когда они оба представляют собой синхронные машины, их скорости вращения отличаются друг от друга на основании количеств полюсов машин. Соответственно, скорости вращения заднего и переднего гребных винтов отличаются таким же образом, поскольку они прикреплены к валам машин.
На Фиг.7 показан второй вариант осуществления изобретения в четвертом режиме, в котором движительная энергия вырабатывается основным вращающимся силовым агрегатом 40. Основной вращающийся силовой агрегат 40 работает на полной мощности, и генератор 42 переменного тока непосредственно присоединен к двигателю 50 переменного тока. Выключатель 54 включен, и выключатели 74 и 76 также включены, и преобразователь 66 частоты соединен между основной распределительной панелью 64 и местом 68 соединения линии 52. Двигатель 50 переменного тока полностью питается от генератора 42 переменного тока через электрическое силовое соединение 52. Кроме того, генератор 42 переменного тока также подает энергию к основной распределительной панели 64, согласно управлению посредством преобразователя 66 частоты. Поток электрической энергии к двигателю 50 переменного тока проиллюстрирован стрелкой 94, поток электрической энергии от генератора 42 переменного тока проиллюстрирован стрелками 92, и поток электрической энергии к основной распределительной панели 64 проиллюстрирован стрелками 96. Движительная энергия уменьшена на величину, которая подается к основной распределительной панели 64. В других отношениях CRP работает, как объяснено для Фиг.6.
На Фиг.8 показана схематичная диаграмма третьего варианта осуществления изобретения. Основной вращающийся силовой агрегат 2, который представляет собой, например, двухтактный дизельный двигатель, приводит движительный генератор 4 переменного тока через зубчатую передачу 20, которая присоединена к первому выходному валу 22 вращающегося силового агрегата 2. Вторая зубчатая передача 24 присоединена к второму выходному валу 26 вращающегося силового агрегата 2. Гребной винт 6 присоединен к вторичному валу 28 зубчатой передачи 24. Напротив основного гребного винта 6 расположен второй гребной винт 12, который приводится двигателем 8 переменного тока. Основной или передний гребной винт 6 установлен с помощью подшипника в корпус судна. Второй или задний гребной винт 12 прикреплен двигателем 8 переменного тока к корпусу судна или к рулевому устройству судна. Передний гребной винт 6 и задний гребной винт 12 выполнены с возможностью работы в режиме противоположно вращающегося гребного винта (CRP), который хорошо известен специалистам в данной области техники. Генератор 4 переменного тока присоединен к двигателю 8 переменного тока электрическим силовым соединением 14. Двигатель 8 переменного тока и генератор 4 переменного тока имеют одинаковую частоту. Количества полюсов генератора 4 переменного тока и двигателя 8 переменного тока определены так, чтобы скорость вращения второго гребного винта 12 находилась между 95% и 150% от скорости вращения первого гребного винта 6.
На Фиг.9 показана схематичная диаграмма четвертого варианта осуществления изобретения. Основной вращающийся силовой агрегат 2, который представляет собой, например, двухтактный дизельный двигатель, приводит первый гребной винт 6, присоединенный к его выходному валу 10. Другой вращающийся силовой агрегат 30 вращает генератор 32 переменного тока, который присоединен к выходному валу 33 вращающегося силового агрегата 30. Вращающийся силовой агрегат 30 может быть выполнен отдельно от основного вращающегося силового агрегата 2 или он может представлять собой турбокомпрессор, использующий выхлопные газы основного вращающегося силового агрегата. Напротив основного гребного винта 6 расположен второй гребной винт 12, который приводится двигателем 8 переменного тока. Основной или передний гребной винт 6 установлен с помощью подшипника в корпус судна. Второй или задний гребной винт 12 прикреплен двигателем 8 переменного тока к корпусу судна или к рулевому устройству судна. Передний гребной винт 6 и задний гребной винт 12 выполнены с возможностью работы в режиме противоположно вращающегося гребного винта (CRP), который хорошо известен специалистам в данной области техники. Генератор 4 переменного тока присоединен к двигателю 8 переменного тока электрическим силовым соединением 34. Двигатель 8 переменного тока и генератор 4 переменного тока имеют одинаковую частоту. Количества полюсов генератора 4 переменного тока и двигателя 8 переменного тока и скорости вращения основного вращающегося силового агрегата 2 и другого вращающегося силового агрегата 30 определены так, чтобы скорость вращения второго гребного винта 12 находилась между 95% и 150% от скорости вращения первого гребного винта 6.
Устройство согласно изобретению может иметь множество вариантов выполнения. Некоторые из них, таким образом, упомянуты в качестве примеров. Двигатель переменного тока и/или генератор переменного тока имеют одну или более независимых обмоток, которые могут быть использованы так, как известно в данной области техники. Двигатель переменного тока и генератор переменного тока и электрические силовые соединения содержат три или более электрических фаз.
Первый гребной винт и второй гребной винт совмещены соосно в устройстве CRP. Гребные винты также могут быть немного сдвинуты так, чтобы они не лежали точно на одной и той же линии, или чтобы они были немного наклонены.
Генератор переменного тока может содержать один или более отдельных генераторов. Если достаточно большой генератор недоступен, возможно использовать два или более генераторов, соединенных параллельно и приводимых во вращение вращающимся силовым агрегатом. Генераторы могут быть присоединены и отсоединены в зависимости от потребности в энергии.
Возможно, что генератор переменного тока приводится только тем же источником вращательной энергии, что и первый гребной винт. Также возможно разделять основной вращающийся силовой агрегат на меньшие агрегаты, посредством чего один из них вращает первый гребной винт, а другой вращает генератор переменного тока, присоединенный к двигателю переменного тока второго гребного винта. Меньшие вращающиеся силовые агрегаты могут быть расположены более свободно на судне, или пространство будет использовано более оптимально. Меньший силовой агрегат может представлять собой газовую турбину, посредством чего возможно регулировать отношение скоростей вращения гребных винтов.
Второй гребной винт может быть прикреплен к корпусу или к рулю судна. Второй гребной винт может быть гребным винтом гондольного типа. Он также может быть азимутального типа, который может быть использован для рулевого управления судном.
Различные типы машин переменного тока возможны как для двигателя переменного тока, так и для генератора переменного тока. Машины переменного тока могут быть индукционными или синхронными машинами. Синхронные машины могут быть возбуждены электрическими магнитами или постоянными магнитами.
Когда используется индукционный двигатель, проскальзывание двигателя индукционного типа изменяется, когда регулируется возбуждение генератора синхронного типа. Таким образом, может быть слегка отрегулирована мощность по отношению к скорости. В случае, когда генератор представляет собой генератор индукционного типа с контактными кольцами, в котором цепь ротора включает в себя резисторы с внешним управлением или преобразователь частоты, позволяющий управлять относительной скоростью ротора и статора, возможно дополнительно регулировать проскальзывание генератора. Посредством этого способа проскальзывание может быть отрегулировано приблизительно на ± 20%. Тогда этот генератор может приводить индукционный или синхронный двигатель с регулируемой частотой. Посредством этих двух способов нагрузка вращающегося силового агрегата может быть отрегулирована, чтобы быть более оптимальной, например, для потребления топлива вращающегося силового агрегата.
Как первый гребной винт, так и второй гребной винт могут иметь неизменный шаг или управляемый шаг.
1. Устройство для подачи движительной энергии к движительной системе с противоположно вращающимися гребными винтами (CRP) в морском судне, причем устройство содержит первый гребной винт (6), приводимый вращающимся силовым агрегатом (2), и второй гребной винт (12), приводимый двигателем (8) переменного тока, посредством чего второй гребной винт (12) вращается в направлении, противоположном первому гребному винту (6), при этом генератор (4) переменного тока приводится вращающимся силовым агрегатом (2), и генератор (4) переменного тока электрически соединен с двигателем (8) переменного тока, отличающееся тем, что скорость вращения второго гребного винта (12) составляет между 95-150% от скорости вращения первого гребного винта (6), тем, что двигатель (8) переменного тока и генератор (4) переменного тока имеют одинаковую электрическую частоту, и тем, что количество полюсов генератора (4) переменного тока составляет от 2 до 40, и количество полюсов двигателя (8) переменного тока составляет от 2 до 40, так что отношение количества полюсов двигателя (8) переменного тока и генератора (4) переменного тока составляет от 0,05 до 20.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что диаметр второго гребного винта (12) меньше, чем диаметр первого гребного винта (6).
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что расстояние между первым гребным винтом (6) и вторым гребным винтом (12) меньше, чем два диаметра первого гребного винта (6).
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что отношение мощности первого гребного винта (6) и второго гребного винта (12) лежит в диапазоне между 50:50 и 80:20.
5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что двигатель (50) переменного тока питается вторым источником (66) электрической энергии, который электрически соединен параллельно с генератором (42) переменного тока.
6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что генератор (42) переменного тока подает электрическую энергию ко второму электрическому потребителю (64), который электрически соединен с генератором (42) переменного тока.
7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что второй источник энергии содержит преобразователь (66) частоты, и тем, что второй источник энергии электрически соединен через переключатель (76) с двигателем (50) переменного тока.
8. Устройство по п.5, отличающееся тем, что второй источник энергии выполнен с возможностью переключения к двигателю (50) переменного тока и/или к генератору (42) переменного тока при изменении распределения энергии между первым гребным винтом (44) и вторым гребным винтом (48).
9. Устройство по п.5, отличающееся тем, что электрическое силовое соединение между двигателем (50) переменного тока и генератором (42) переменного тока содержит линейный выключатель (54), и тем, что генератор (42) переменного тока и второй источник (66) энергии альтернативно подключаются к двигателю (50) переменного тока, при маневрировании судна.
10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что двигатель переменного тока и/или генератор переменного тока имеют одну или более независимых катушек.
11. Устройство по п.1, отличающееся тем, что генератор переменного тока содержит один или более независимых генераторов.
12. Устройство по п.1, отличающееся тем, что между первым гребным винтом (6) и вращающимся силовым агрегатом (2), приводящим первый гребной винт, имеется одна или более механических зубчатых передач (24).
13. Устройство по п.1, отличающееся тем, что между генератором (4) переменного тока и вращающимся силовым агрегатом (2), приводящим генератор переменного тока, имеется одна или более механических зубчатых передач (20), и/или агрегат зубчатой передачи расположен между вторым гребным винтом и двигателем переменного тока.
14. Устройство по п.1, отличающееся тем, что второй гребной винт относится к азимутальному типу.
