ДВИЖИТЕЛЬ Российский патент 2010 года по МПК B63H11/02 B63H1/02 B63H5/16 

Эволюция движителей прошла долгий путь от гребного колеса до водомета. Сотни различных конструкций за долголетнюю историю предлагалось использовать для движения судов. Широкое же распространение и использование получили гребные колеса, грибные винты и водометы. Гребные колеса были громоздки, тяжелы и не были приспособлены к работе с большими оборотами и чего потребовал технический прогресс в двигателестроении.

Несмотря на свои бесспорные преимущества в тяговых характеристиках, особенно на мелководье, гребные винты повсеместно вытеснили гребные колеса.

Более сотни лет продолжается их практически монопольное использование, несмотря на их низкий КПД в скоростном судостроении. При больших оборотах винты резко снижают свои показания и сильно кавитируют. Для судов со скоростями более 50 узлов движителей не создано, что сдерживает технический прогресс в судостроении. Применение водометов даже с применением осевых пропеллерных винтов не дало повышение КПД больше 0,4. Водометы раскруживают воду в трубах, затрачивая излишнюю энергию на этот процесс, пропуская через себя только небольшое количество воды.

Движитель должен отбрасывать воду в большом количестве и только назад, не закручивая ее. В предлагаемом изобретении упор движителя будет создаваться отбрасыванием воды только назад и не закручивая ее.

В последнее время в западных странах возобновился интерес к гребным колесам, устанавливаемым на туристских и прогулочных судах. На этих судах скорость и тяговые характеристики движителей не играют существенной роли. Размещают такие гребные колеса за кормой. Лопасти таких барабанов имеют винтовую линию и, конечно, не отбрасывают воду только назад. КПД таких движителей невелик.

Устройство движителя. Движитель состоит из цилиндра - 1, боковых дисков - 2, лопастей - 3, ребер жесткостей - 4 и ведущего вала - 5 с насаженными по его концам шестернями - 6. Широкие лопасти закреплены в продольных вырезах цилиндра, располагаемых параллельно ведущему валу. В поперечном сечении движителя лопасти изогнуты в направлении, противоположном направлению вращения цилиндра. Диски жестко соединены с цилиндром и с валом. Ребра жесткости лопастей закреплены как к цилиндру, так и к всасывающим сторонам лопастей. Ведущий вал закрепляется в подшипниках на опорах - 7, расположенных по разным сторонам днищевого корпусного проема - 8, перпендикулярно направлению движения судна. Привод гребного цилиндра осуществляется через шестерни - 6 угловой зубчатой передачи. Привод движителя возможно также осуществить через зубчатые венцы, закрепленные на боковых сторонах дисков или на ребрах дисков (смотри фиг.3 и фиг.4), в этом случае значительно увеличивается плечо приложения сил, а значит уменьшаются затраты энергии на вращение гребного цилиндра. Гребной цилиндр по высоте в проеме устанавливается так, чтобы встречный поток воды поступал непосредственно на широкие лопасти движителя. Это обеспечивается за счет установки верхней кромки носового листа - 9, водоприемника - 10 к водонепроницаемой переборке - 11 на уровне нижней линии цилиндра.

Плавность подтекания воды к гребному цилиндру обеспечивается за счет острого угла примыкания этого же листа к днищу судна. За движителем устанавливается спрямляющее устройство, состоящее из водоотбойного листа - 12 и параллельных широких пластин - 13, слегка изогнутых вверх в носовой части и параллельных водоотбойному листу в их кормовой части. На входе в движитель установлены решетки ограждения - 14. Сверху гребной цилиндр защищен кожухом.

Работает движитель следующим образом. При работе двигателя - 15 вращается вал - 16 и шестерни редуктора - 17 (смотри фиг.5), от редуктора движение передается на вал - 18 и шестерни - 19. Вал - 18 устанавливается параллельно ведущему валу - 5 гребного цилиндра. От шестерен - 19 вращаются шестерни - 20, передающие вращение двум коротким валам - 21, и шестерни - 22, которые соединены с шестернями - 6 ведущего вала - 5. При вращении вала - 5 вращаются насаженные на него диски - 2. Жестко соединенный с дисками вращается и цилиндр с насаженными на него лопастями - 3. Вращаясь, лопасти прогоняют через движитель набегающий поток и ускоряют его. Слегка закрученный поток отклоняется от водоотбойника - 13 и устремляется в спрямляющее устройство - 15, откуда он выбрасывается из движителя назад горизонтально, не поднимая за собой волну и не закручиваясь, как при применении винтов. Движитель не затрагивает на это излишней энергии. Лопасти винта изогнуты по дуге так, что плавно как входят, так и выходят из воды, не ударяясь о воду, как плицы у гребного колеса. Это позволяет движителю работать плавно во внеударном режиме и развивать большие обороты. Это обстоятельство позволяет применять современные высокоэффективные двигатели, что соответствует современным тенденциям двигателестроения.

При выходе из воды две соседние лопасти образуют как бы перевернутый вниз ковш. Спрямляющее устройство не позволяет развиваться волнообразованию и направляет поток воды только назад.

При вращении движителя изогнутые лопасти меняют свое положение в воде от горизонтального до вертикального внизу. Быстро вращаясь, своей работой они напоминают работу метлы: сначала плавно захватывая воду, а затем резко выбрасывая ее назад.

Выбрасываемая с большой скоростью вода и создает упор движителя. По принципу создания упора - это лопастной движитель. Вместе с тем по своему устройству он обеспечивает закрытое прямоточное прохождение воды без необходимости подъема воды как на входе, так и на выходе. Это обеспечивается взаимным расположением водозаборника, вращающегося цилиндра с лопастями, спрямляющего устройства и водоотборника. Водопроточным каналом движитель частично похож на водомет со всеми его положительными качествами. Вместе с тем он принципиально отличается от водомета размерами гидравлического сечения движителя. Плоский водозаборник и плоское спрямляющее устройство на выходе практически на всю ширину судна обеспечивает предлагаемому движителю во много раз большее гидравлическое сечение движителя - самого важного показателя при создании упора. Количество движения должно создаваться не только за счет скорости, но и за счет массы отбрасываемой назад воды. Вышесказанное позволяет получить КПД гораздо больше, чем у ныне существующих водометов.

Изогнутые по дуге широкие лопасти, находясь в воде, бывают нагружены как со стороны нагнететательной, так и со стороны всасывающей стороны от набегающего потока. Поочередное кратковременное нахождение лопастей в воде и воздухе не позволяет развиваться кавитации, так как на лопастях не может развиваться разряжение. При входе в воду нагнетательная сторона лопасти своей выпуклой стороной как бы перекатывает воду в сторону всасывающей стороны впереди идущей лопасти, создавая на ней давление. Широкие лопасти, поставленные навстречу набегающему потоку, позволяют создавать давление на всасывающей стороне лопастей. Широкие лопасти позволяют развивать большой упор на мелководье, что невозможно достичь другими типами движителей.

Хорошая защищенность движителя снизу позволяет создавать мощные буксиры и толкачи для боковых рек, имеющих малые глубины и засоренный фарватер. На возрождаемом речном флоте они будут востребованы на всех типах судов, работающих на лесосплавах, на рыбацких судах, туристских, разъездных судах и т.д. Хорошая управляемость за счет горизонтальных закрылков, устанавливаемых за спрямляющим устройством, позволяет придавать судам хорошую управляемость. Как на водометах, на судах, где будет установлен предлагаемый движитель, легко устанавливается гидрореверсивное устройство, что придаст судам хорошие маневренные качества.

Установка в корме двух таких движителей, работающих в автономном режиме от своих двигателей, позволяет создавать мощные суда, разворачивающиеся практически на одном месте. Такие движители, в первую очередь, будут востребованы для судов ВМФ. Использование движителя позволит впервые проектировать суда, учитывающие функциональное влияние комплекса корпус-двигатель-движитель в полной мере. Так, плавное подтекание воды к движителю, выполненное за счет корпуса судна, с лихвой окупается снятием «чулка» пограничного слоя с кормовой части корпуса движителем, уменьшая тем самым сопротивление трения судна. Влияние движителя на двигатель огромно. Так, изогнутые лопасти гребного цилиндра позволяют работать двигателю в безударном режиме и при больших оборотах. Удачно размещенные на цилиндре широкие лопасти позволяют иметь очень большое гидравлическое сечение движителя, что обеспечивает возможность прокачивания через движитель огромного количества воды мощными двигателями.

Вышесказанное позволит иметь движителю высокий КПД, не достижимый другими типами движителей.

Изобретение относится к области судостроения, в частности к судовым движителям. Движитель содержит цилиндр с лопастями, ограниченный по бокам дисками, водозаборник, водоотбойник, спрямляющее устройство, решетку ограждения на входе в водозаборник. Цилиндр закреплен на ведущем валу, который расположен перпендикулярно направлению движения судна и опирается на подшипники в опорах кормовой платформы. Лопасти движителя закреплены по всей длине цилиндра параллельно валу и изогнуты в поперечном сечении по дуге в направлении, противоположном вращению движителя. На всасывающих сторонах лопастей гребного цилиндра, между дисками и параллельно им, установлены ребра жесткости, закрепленные как к лопастям, так и к цилиндру. За гребным цилиндром установлено спрямляющее устройство, состоящее из горизонтальных пластин, закрепленных к вертикальным стенкам кормовой платформы. Ускорение воды в движителе происходит в прямоточном канале, образующемся при взаимном расположении водоприемника и гребного цилиндра так, что верхняя плоскость водоприемника располагается на уровне нижней линии гребного цилиндра. Достигается увеличение гидравлического сечения движителя, повышается КПД движителя. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Движитель, состоящий из цилиндра с лопастями, ограниченного по бокам дисками и закрепленного на ведущем валу, который расположен перпендикулярно направлению движения судна и опирается на подшипники в опорах кормовой платформы; водозаборника, водоотбойника, спрямляющего устройства и решетки ограждения на входе в водозаборник, отличающийся тем, что лопасти движителя закреплены по всей длине цилиндра параллельно валу и изогнуты в поперечном сечении по дуге в направлении, противоположном вращению движителя.

2. Движитель по п.1, отличающийсяся тем, что в целях избежания потерь энергии ускорение воды в нем происходит в прямоточном канале, образующемся при взаимном расположении водоприемника и цилиндра так, что верхняя плоскость водоприемника располагается на уровне нижней линии цилиндра.

3. Движитель по п.1, отличающийся тем, что на всасывающих сторонах лопастей гребного цилиндра, между дисками и параллельно им устанавливаются ребра жесткости, закрепленные как к лопастям, так и к цилиндру.

4. Движитель по п.1, отличающийся тем, что за гребным цилиндром устанавливается спрямляющее устройство, изготовленное из горизонтальных пластин, слегка погнутых по дуге вверх в своей носовой части и закрепленных к вертикальным стенкам кормовой платформы.