ГЛАВНАЯ ДВИГАТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА СУДНА Российский патент 1997 года по МПК B63H20/00 

Изобретение относится к судостроению, в частности в главным двигательным установкам судов.

Известна главная двигательная установка судна, содержащая двигательный блок, включающий в себя электрический ходовой двигатель с гребным валом, на котором установлен гребной винт, связанный с поворотным, преимущественно вертикальным трубчатым валом, установленным в подшипниках, смонтированных в корпусе судна, причем двигательный блок, за исключением гребного винта, и трубчатый вал заключен в полый кожух (заявка Финляндии N 76977, кл. В 63 H 23/00, 1988).

Недостатками известной двигательной установки являются низкие: мощность, экономичность и прочность.

Техническим результатом изобретения является повышение мощности, экономичности и прочности главной двигательной установки.

Результат достигается тем, что у известной главной двигательной установки судна внутри кожуха установлены, преимущественно вертикальные пластинчатые переборки, обеспечивающие жесткость конструкции и поддержку кожуха, крепление ходового двигателя относительно кожуха, передачу на кожух силы реакции от момента вращения, развиваемого ходовым двигателем, и создание туннелей для поступающего и восходящего газообразного охладителя ходового двигателя.

Кроме этого: ходовой двигатель смещен в радиальном направлении низ от центра двигательного блока;
пластинчатые переборки соединены со статором двигателя и образуют часть конструкции рамы статора;
ходовой двигатель для его поддержания соединен с пятью пластинчатыми переборками, расположенными, преимущественно, перпендикулярно гребному валу;
центр тяжести ходового двигателя смещен за ось поворота трубчатого вала в сторону от гребного винта;
отношение длины ходового двигателя к его внешнему диаметру составляет 0,5-1,8, предпочтительно 1,0-1,6;
угол между гребным валом и осью поворота трубчатого вала составляет 89-70^o, предпочтительно 85-75^o;
снаружи полого кожуха двигательного блока выполнены продольные наклонные направляющие поверхности для отклонения потока воды и увеличения жесткости кожуха;
опорный подшипник, несущий осевую нагрузку гребного вала, расположен на противоположном конце двигательного блока относительно гребного винта для обеспечения охлаждения смазочного масла подшипника забортной водой;
внутри полости кожуха создано воздушное давление, превышающее давление воды, окружающей кожух, а ходовой двигатель снабжен воздушным теплообменником для его охлаждения;
по продольной оси гребного вала выполнен туннель для протекания охлаждающей подшипники гребного вала забортной воды;
двигательный блок снабжен, по меньшей мере вторым ходовым двигателем, связанным со вторым гребным винтом.

На фиг. 1 изображен схематический перспективный вид частично в разрезе двигательной установки; на фиг. 2 схематичный продольный разрез другой двигательной установки; на фиг. 3 схематический разрез предпочтительного выполнения двигательной установки; на фиг. 4 схематичное перспективное изображение двигательной установки; на фиг. 5 схематичный вид сбоку судна, оборудованного такой двигательной установкой; на фиг. 6 схематичное изображение надутой двигательной установки общего типа на фиг. 2; на фиг. 7 - схематический продольный разрез двухмоторной двигательной установки.

Внешний кожух 1а окружает двигательную установку 1 и трубчатый вал поворота 8. Ходовой двигатель 2 выполнен в виде электромотора переменного тока, расположен внутри двигательной установки 1, прямо соединен с гребным валом 3 и приводит его во вращение. Гребной винт 4 прикреплен к гребному валу снаружи кожуха 1а. На фиг. 1 винт не показан, а на фиг. 4 винт показан лишь схематично. Винт может быть тянущим или толкающим. На фиг. 1 и 5 используют тянущий винт, на фиг. 2, 4 и 6 толкающий винт.

Ходовой двигатель 2 укреплен к кожуху 1а посредством нескольких пластинчатых переборок 5. Эти пластинчатые переборки прикреплены прямо к статору ходового двигателя 2 так, что они интегрированы в поддерживающую конструкцию статора и одновременно крепят ходовой двигатель к кожуху 1а, а также передают на кожух 1 а силы реакции от момента вращения, развиваемого ходовым двигателем. В то же время пластины переборок 5 действуют как ребра жесткости для кожуха 1а. Далее пластинчатые переборки образуют воздушные короба-туннели для поступающего и выходящего охлаждающего воздуха, необходимого для охлаждения ходового двигателя 2. Стрелки 6 а и 6 в показывают направление потока охлаждающего воздуха. Кожух 1 а и ходовой двигатель 2 также крепятся, по меньшей мере одной продольной пластинчатой переборкой 5 а.

На фиг. 2 хорошо видны пластинчатые переборки 5 и их положение относительно ходового двигателя 2. Туннели для поступающего охлаждающего воздуха находятся по концам двигателя 2, а туннели для отвода охлаждающего воздуха находятся в центральной области двигателя. Стрелки 6с показывают как часть охлаждающего воздуха, подводимого к двигателю, подводится к концу двигателя, где он проникает в воздушный зазор между статором и ротором и течет через этот зазор и через радиальные щели в статоре наружу в туннели для отходящего охлаждающего воздуха. Как уже объяснялось, ширина туннелей для подводимого охлаждающего воздуха заметно меньше в осевом направлении двигателя 2, чем соответствующая ширина туннелей для отводимого охлаждающего воздуха.

Из фиг. 2 также видно, что ходовой двигатель 2 находится не прямо под поворотной осью 7 двигательной установки 1 и трубчатого вала 8. Центр тяжести двигателя 2 или его центральная точка находится в той половине проекции сечения трубчатого вала 8 поворота, которая расположена дальше от гребного винта 4. Такое расположение обеспечивает выгодное распределение масс относительно оси поворота 7 и оно также благоприятно для хорошей обтекаемой формы двигательной установки 1. На фиг. 2 отношение диаметра d двигательной установки 1 к диаметру D гребного винта 4 менее 0,5, что является сравнительно благоприятным.

В воплощении, показанном на фиг. 2, используется охлаждающее действие окружающей воды для охлаждения подшипников гребного вала. Когда судно движется в направлении стрелки 9, окружающая вода проталкивается в осевой охлаждающий туннель 10, расположенный в гребном валу 3, как показано стрелками 11. Поток воды в туннеле 10 тем сильнее, чем выше скорость судна и на полном ходу охлаждение наиболее интенсивное, когда это как раз необходимо. Расход воды может быть увеличен посредством предусмотрения радиальных туннелей на стороне гребного винта, и в этих туннелях поток (показан стрелками 11а) увеличивается под действием центробежной силы. Если гребной винт 4 является тянущим, простейшее решение представляет собой охладительный туннель 10, проходящий по оси по всему гребному валу и через втулку гребного винта.

На фиг. 2 осевая тяга гребного винта 3 принимается опорным подшипником 12, который является подшипником, требующий наиболее интенсивного охлаждения. Этот подшипник посредством стенок 13 может быть отделен от остальной внутренней полости двигательной установки 1. Замкнутая полость 14 на конце двигательной установки находится под сильным действием охлаждения окружающей водой. Это может быть использовано так, чтобы пропускать там часть контура циркуляции смазочного масла для подшипника 12 так, что оно сильно охлаждается, отдавая тепло забортной воде.

На фиг. 3 схематично показан главный двигатель судовая машина М, приводящая электрогенератор С. Эта комбинация соединена с центральным устройством управления 15, которое передает мощность, выдаваемую генератором С, по кабелям 16 на ходовой электромотор 2. Кабели 16 показаны лишь схематично, так как ходовой двигатель 2 находится в поворотном блоке 1, мощность приходится передавать на него через контактное устройство с контактными кольцами 17. Поворот двигательной установки 1 осуществляется посредством рулевой машины мотора 18, который через малую шестерню 19 воздействует на зубчатый венец 20, скрепленный с трубчатым валом поворота 8. Конструкции корпуса судна обозначены позиционным номером 21. На фиг. 3 показано, что ходовой двигатель 2 установлен не по оси двигательной установки 1. Центр 22 электромотора ниже центра 23 двигательной установки. Вследствие этого пластинчатые переборки имеют более широкую часть 5в с верхней стороны двигателя, что улучшает их конструктивную прочность. Эта несоосность составляет примерно 3-5% внешнего диаметра двигателя 2.

На фиг. 4 показана продольная поставленная слегка косо направляющая поверхность 24 снаружи двигательной установки 1. Эти направляющие поверхности придают текущей мимо воде вращательную составляющую в направлении стрелок 25, т.е. в направлении, противоположном направлению вращения гребного винта 4 по стрелке 4 а. Это повышает мощность двигательной установки и КПД винта. Одновременно направляющие поверхности служат элементами жесткости для кожуха 1 а.

На фиг. 5 показано, как двигательная установка 1 может быть установлена на судне. Двигательная установка может быть установлена косо, так, что угол а между осью поворота 7 и гребным валом 3 составляет примерно 80^o. Это - хорошее решение, особенно когда гребной винт является тянущим, в каком случае гребной винт расположен близко от наклонной кормовой части дна 26 корпуса, которая обтекается водой в основном в направлении стрелки 27. Наклонное положение двигательной установки 1 обеспечивает работаетe винта, в основном в направлении, протекающей мимо него воды, что благоприятно с точки зрения получения максимального КПД винта. Показанное косое положение двигательной установки 1 уменьшает длину трубчатого вала 8, что дает заметные преимущества в смысле его прочности.

На фиг. 6 показана двигательная установка 1 с герметизированной и наддутой внутренней полостью двигательной установки 1 и трубчатого вала 8. Давление поддерживается выше максимального давления воды, так что вода не затекает в двигательную установку и не может вызвать повреждений оборудования в наддутой полости. Давление поддерживается с помощью компрессорного устройства 28 и управляется автоматом управления 29. Требующиеся манометры и/или приборы контроля 30 соединены с системой. Чтобы обеспечить правильное функционирование системы охлаждения ходового двигателя 2, приходится использовать теплообменник 31, через который прокачивается хладоагент, такой как вода или воздух, по стрелке 6. Для циркуляции охлаждающего воздуха внутри замкнутой полости требуется один или несколько вентиляторов 32. Охлаждение ходового двигателя посредством одного или нескольких теплообменников может также использоваться и в случае, когда внутренняя полость двигательной установки не наддута или не является замкнутой по другим причинам.

На фиг. 7 показаны два независимо работающих ходовых двигателя 2 а и 2 в в двигательной установке 1. Ходовой двигатель 2 а прямо соединен с гребным винтом 4 в, а ходовой двигатель 2 в прямо соединен с гребным винтом 4 с. В показанном положении винты 4 в и 4 с находятся с одного конца двигательной установки, но можно представить конструкцию, когда они находятся по разным концам двигательной установки. Винты 4 в и 4 с вращаются в противоположных направлениях. Каждый винт имеет свой опорный подшипник 12 а и 12 в соответственно. Воздушное охлаждение ходовых двигателей 2 а и 2 в выполнено в основном таким же образом, как на фиг. 1 и 2, но имеется лишь четыре пластинчатых переборки 5, расположенных крестообразно относительно ходовых двигателей 2 а и 2 в. Использование двух или более гребных винтов, вращающихся попарно в противоположных направлениях, повышает эффективность двигательной установки.

Использование: в судостроении. Сущность изобретения: главная двигательная установка судна содержит подводную двигательную установку 1, соединенную с возможностью поворота посредством практически вертикального трубчатого вала 8, установленного с возможностью поворота в этом судне. Полый кожух 1а, окружает ходовой двигатель 2, выполненный в виде электромотора переменного тока и соединенный с гребным валом 3, который соединен с гребным винтом 4, находящимся снаружи кожуха 1а. Кожух 1а внутри поддерживается несколькими в основном вертикальными пластинчатыми переборками 5, которые устроены так, что они в комбинации действуют как элементы жесткости и поддержки кожуха 1а, как элементы крепления ходового двигателя 2 в кожухе, как элементы, передающие на кожух 1а силы реакции на момент вращения, развиваемый ходовым двигателем 2, и как элементы стенок воздушных туннелей для поступающего и отходящего газообразного хладоагента для ходового двигателя 2. 11 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Главная двигательная установка судна, содержащая двигательный блок, включающий в себя электрический ходовой двигатель, соединенный с гребным валом, на котором установлен гребной винт, связанный с поворотным, преимущественно вертикальным, трубчатым валом, установленным в подшипниках, смонтированных в корпусе судна, причем двигательный блок, за исключением гребного винта, и трубчатый вал заключены в полый кожух, отличающаяся тем, что внутри кожуха установлены преимущественно вертикальные пластинчатые переборки, обеспечивающие жесткость конструкции и поддержку кожуха, крепление ходового двигателя относительно кожуха, передачу на кожух силы реакции от момента вращения, развиваемого ходовым двигателем, и создание стенок туннелей для поступающего и выходящего газообразного охладителя ходового двигателя. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что ходовый двигатель смещен в радиальном направлении вниз от центра двигательного блока. 3. Установка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что пластинчатые переборки соединены со статором двигателя и образуют часть конструкции рамы статора. 4. Установка по пп.1 3, отличающаяся тем, что ходовый двигатель для его поддержания соединен с пятью пластинчатыми переборками, расположенными преимущественно перпендикулярно гребному валу. 5. Установка по пп. 1 4, отличающаяся тем, что центр тяжести ходового двигателя смещен за ось поворота трубчатого вала в сторону от гребного винта. 6. Установка по пп.1 5, отличающаяся тем, что отношение длины ходового двигателя к его внешнему диаметру составляет 0,5 1,8, предпочтительно 1,0 - 1,6. 7. Установка по пп.1 6, отличающаяся тем, что угол между гребным валом и осью поворота трубчатого вала составляет 89 70^o, предпочтительно 85 - 75^o. 8. Установка по пп. 1 7, отличающаяся тем, что снаружи полого кожуха двигательного блока выполнены продольные наклонные направляющие поверхности для отклонения потока воды и увеличения жесткости кожуха. 9. Установка по пп.1 8, отличающаяся тем, что опорный подшипник, несущий осевую нагрузку гребного вала, расположен на противоположном конце двигательного блока относительно гребного винта для обеспечения охлаждения смазочного масла подшипника забортной водой. 10. Установка по пп. 1 9, отличающаяся тем, что внутри полости кожуха создано воздушное давление, превышающее давление воды, окружающей кожух, а ходовой двигатель снабжен воздушным теплообменником для его охлаждения. 11. Установка по пп.1 10, отличающаяся тем, что по продольной оси гребного вала выполнен туннель для протекания охлаждающей подшипники гребного вала забортной воды. 12. Установка по пп.1 11, отличающаяся тем, что двигательный блок снабжен по меньшей мере вторым ходовым двигателем, связанным с вторым гребным винтом.