ДВИЖИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС СУДНА ЛЕДОВОГО ПЛАВАНИЯ Российский патент 1999 года по МПК B63H5/14 B63H5/16 

Изобретение относится к судостроению, в частности к движительному комплексу судна, предназначенного для эксплуатации во льдах.

В настоящее время большое внимание уделяется использованию высокоэффективных движительных комплексов, содержащих гребной винт, размещенный в направляющей насадке, эксплуатирующихся в ледовых условиях. Их применение способствует увеличению тяги движительного комплекса на 20-25%, заметному увеличению ледопроходимости судна и надежной защите лопастей движителя (в том числе ВРШ) от перегрузок. Однако, как показал опыт эксплуатации таких движителей на судах, работающих в ледовых условиях, входное отверстие насадки частично или полностью экранируется большими льдинами, подсасываемыми гребным винтом. Это приводит к значительной вибрации корпуса из-за появления нестационарных гидродинамических сил, ухудшению работы всех элементов валовой линии, потере тяговых характеристик движителя и необходимости частых остановок судна для удаления ледяной "пробки" реверсированием гребного винта.

Известен движительный комплекс судна, предназначенного для движения в тяжелых льдах, содержащий многолопастной гребной винт регулируемого шага в насадке, которая защищает на периферии гребной винт от льда. В переднем и заднем концах насадки закреплены неподвижные ледоразрушающие лопатки повышенной прочности, которые формируют поток перед гребным винтом и ограничивают размеры льдин, попадающих внутрь насадки (См. патент Великобритании по заявке N 2085827, МКИ В 63 H 5/14 от 6.05.82 г.).

Недостатком известного устройства является то, что неподвижные лопатки ледовой защиты направляющей насадки не способны предотвратить перекрывание входного отверстия насадки блоками льда, подсасываемыми гребным винтом.

Известен также движительный комплекс судна ледового плавания, содержащий гребной винт, закрепленный на гребном валу и размещенный внутри направляющей насадки, и ледоразрушающие элементы в виде лопаток или лопастей, выполненных с возможностью ломки и дробления льда, при этом ледоразрушающие элементы закреплены на валу гребного винта перед насадкой (см. патент Финляндии, FI, 91513A, 31.03.94, В 63 H 5/16, АО Аквамастер-Раума) - прототип.

Недостатком известного устройства является незащищенность входного отверстия направляющей насадки от забивания его обломками льда, что приводит к резкому снижению тяги движительного комплекса и увеличению вибрации корпуса судна.

Заявленное изобретение направлено на повышение эксплуатационных качеств судов ледового плавания путем обеспечения надежной защиты входного отверстия направляющей насадки движителя судна от забивания его обломками льда и повышение эффективности использования комплекса "винт-насадка" в тяжелых ледовых условиях.

Поставленная цель достигается тем, что в движительном комплексе судна ледового плавания, содержащем гребной винт, закрепленный на гребном валу и размещенный внутри направляющей насадки, и не менее двух ледоразрушающих элементов в виде лопаток или лопастей, выполненных с возможностью ломки и дробления льда, закрепленных на валу гребного винта перед насадкой, диаметр лопаток или лопастей выбран равным 0.6-0.8 диаметра гребного винта, и они установлены равномерно по окружности в поперечной к гребному валу плоскости на удалении от плоскости входного отверстия насадки до плоскости сечения лопаток или лопастей, проходящей через контур их максимального диаметра, равный (0.02-0.25) диаметра гребного винта.

Сущность заявленного изобретения поясняется рисунками, где на фиг. 1 показан движительный комплекс гребной винт в насадке с ледоразрушающими лопатками (лопастями); на фиг 2 - результаты модельных испытаний движительного комплекса.

Движительный комплекс судна ледового плавания состоит (фиг. 1) из гребного винта 1 в насадке 2, на гребном валу 3 которого закреплены ледоразрушающие лопатки или лопасти 4. Насадка жестко закреплена на корпусе судна 5. Лопатки 4 расположены перед насадкой на расстоянии Δ и выполнены с повышенной прочностью с тем, чтобы они эффективно выполняли другую основную функцию - разрушение и отбрасывание льда в области перед насадкой.

Диаметр ледоразрушающих лопаток или лопастей выбран таким образом, чтобы они эффективно выполняли свое функциональное назначение: эффективно отбрасывать и разрушать лед и формировать поток перед насадкой. Для этого их диаметр должен быть в 1.5-2 раза больше диаметра ступицы гребного винта. Верхний предел диаметра лопаток или лопастей выбран из необходимости выполнения очевидного требования недопустимости появления более значительных ледовых нагружений гребного вала, чем от открытого гребного винта. Лопатки (лопасти) в процессе работы движительного комплекса достаточно часто должны будут фрезеровать лед. При этом ледовый момент сопротивления вращению будет пропорционален их диаметру в степени 2-2.5 (см. например, 5th Lips Propeller Symposium, Drunen, The Nethоrlands, 19-20 May, 1983). Поэтому выбор диаметра ледоразрушающих лопаток представляет собой предмет исследования, который должен проводиться с учетом как характеристик движительного комплекса, так и кормовых обводов судна и условий его плавания во льдах. Модельные испытания показывают, что выбор диаметра лопаток (лопастей) в диапазоне 0.6-0.8 диаметра гребного винта является оптимальным.

Ледоразрушающие лопатки должны быть установлены перед направляющей насадкой на некотором удалении от носовой кромки насадки. При очень близком расположении лопаток от входного отверстия насадки отбрасывание лопатками льдин будет затруднено силами подсоса насадки. В этом случае все льдины в районе входного отверстия насадки будут разрушаться лопатками путем фрезерования, на что будет затрачиваться энергия вращения вала и нагружаться валопровод. Однако лопатки не могут быть установлены далеко впереди насадки, т. к. потеряют способность защиты винта и насадки. Результаты модельных испытаний показывают, что оптимальное расстояние между лопатками (лопастями) в точке их максимального диаметра и плоскостью входного отверстия насадки составляет 0.02-0.25 диаметра гребного винта в насадке.

Диаметр ледоразрушающих лопаток (лопастей), их количество и удаление от носовой кромки насадки для каждого конкретного судна и ледовых условий его плавания должно выбираться на основании испытаний в гидродинамическом и ледовом опытовом бассейнах.

Установка ледоразрушающих лопаток перед насадкой неизбежно приводит к уменьшению гидродинамической эффективности движительного комплекса. Поэтому потребовалась оценка степени влияния лопаток (лопастей) на гидродинамическую эффективность предлагаемого в заявке движителя. Авторами заявки были выполнены специальные сравнительные гидродинамические испытания движителя по заявке и изолированного комплекса винт - насадка. В обоих случаях использовался один и тот же комплект винт - насадка, а лопатки (лопасти) моделировались за счет установки на различных отстояниях перед насадкой дополнительной модели четырехлопастного винта, диаметр которого составлял 0.7 диаметра винта в насадке. С помощью динамометров измерялись гидродинамический упор на валу Т_в, крутящий момент Q_Σ, упор насадки Т_н а также частота вращения вала n и скорость движения движителя V. Рассчитывались значения безразмерных коэффициентов:
суммарного упора

и момента

движителя,
где ρ - плотность воды, D - диаметр винта в насадке, относительная поступь λ=V/nD и КПД движителя

Результаты модельных испытаний представлены на фиг. 2, где по оси абсцисс отложены значения λ, а по оси ординат - значение K_TΣ, K_QΣ и η_P.
Кривые (1), (2), (3) на этом графике соответствуют значениям K_TΣ, K_QΣ и η_P стандартного движительного комплекса винт - насадка. Кривые (4), (5) и (6) показывают изменение K_TΣ, K_QΣ и η_P соответственно, которые относятся к предлагаемому движителю.

Таким образом видно, что установка перед направляющей насадкой вращающихся лопаток-лопастей не ухудшает гидродинамической эффективности движителя по заявке в сравнении с комплексом винт - насадка.

В ледовых условиях движительный комплекс работает следующим образом. Гребной винт, как гидравлический движитель, развивает упор, который за счет использования направляющей насадки дополнительно увеличивается на 20-25%. Лопатки или лопасти, вращаясь вместе с гребным винтом, отбрасывают либо разрушают лед и препятствуют закрытию входного отверстия насадки.

Изобретение относится к судостроению, к движительным комплексам судов, предназначенных для эксплуатации во льдах. Сущность изобретения: в движительном комплексе, содержащем гребной винт в направляющей насадке и не менее двух ледоразрушающих элементов в виде лопаток или лопастей, закрепленных на валу винта перед насадкой, диаметр указанных лопаток или лопастей равен 0,6-0,8 диаметра гребного винта. Ледоразрушающие элементы установлены равномерно по окружности в поперечной к гребному валу плоскости. Плоскость сечения этих элементов, проходящая через контур их максимального диаметра, удалена от плоскости входного отверстия насадки на расстояние, равное 0,02-0,25 диаметра гребного винта. Использование изобретения обеспечивает повышение зксплуатационных качеств судов ледового плавания путем обеспечения надежной защиты движительного комплекса от забивания обломками льда и тем самым повышения его эффективности в тяжелых ледовых условиях. 2 ил.

Движительный комплекс судна ледового плавания, содержащий гребной винт, закрепленный на гребном валу и размещенный внутри направляющей насадки, и не менее двух ледоразрушающих элементов в виде лопаток или лопастей, выполненных с возможностью ломки и дробления льда, закрепленных на валу гребного винта перед насадкой, отличающийся тем, что диаметр лопаток или лопастей равен 0,6 - 0,8 диаметра гребного винта, при этом они установлены равномерно по окружности в поперечной к гребному валу плоскости на удалении от плоскости входного отверстия насадки до плоскости сечения лопаток или лопастей, проходящей через контур их максимального диаметра, равном 0,02 - 0,25 диаметра гребного винта.