ГИДРАВЛИЧЕСКОЕ ДВИГАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ТИПА ЛОПАСТНОГО НАСОСА И СУДНО, ОСНАЩЕННОЕ ТАКИМ УСТРОЙСТВОМ Российский патент 2022 года по МПК B63H5/14 

Настоящее изобретение относится к гидравлическому движителю (гидравлическому двигательному устройству типа лопастного насоса), которое далее называется «гидравлическим движителем по типу лопастного насоса», предназначенному, в частности, для судов, а также любым судам, оснащенным таким движителем.

В документе FR 2869586 раскрыт гидравлический движитель по типу лопастного насоса для судов, содержащий гондолу, подвешенную от опорного кронштейна, установленного под корпусом судна, винт с лопастями, который образует ротор для лопастного насоса и который установлен в широком сопле, расположенном на задней части гондолы, при этом винт выполнен за единое целое во вращательном направлении с приводным валом, соединенным с двигателем, и пластины внутри сопла, находящиеся выше по потоку от винта, которые образуют статор для лопастного насоса.

Опорный кронштейн гондолы выполнен с возможностью поворота относительно корпуса судна в целом на 180° относительно положения хода по нормали/переднего хода для достижения положения заднего хода.

Однако конструкция данной двигательной системы судна является чрезвычайно сложной и затратной, а также требует поворота всего узла гондолы, статора и винта на 180° из положения переднего хода в положение заднего хода.

Задачей настоящего изобретения является преодоление вышеуказанных недостатков такого гидравлического движителя по типу лопастного насоса.

Для этой цели, согласно изобретению, представлен гидравлический движитель по типу лопастного насоса, который в целом предназначен для судов, содержащий полый наружный корпус, образующий открытую с обоих концов трубу, гидравлический ротор, установленный с возможностью вращения внутри полого корпуса вокруг оси симметрии полого корпуса и содержащий муфту, на которой установлены по меньшей мере две спиральные лопасти винта и проходят вплоть до внутренней периферийной поверхности полого корпуса, отличающийся тем, что он содержит два статора, расположенные в полом корпусе на каждой стороне муфты и лопастей гидравлического ротора, при этом каждый статор содержит по меньшей мере две неподвижные радиальные опоры для поддержания гидравлического ротора внутри полого корпуса и которые являются профилированными для образования пластин, а также по меньшей мере две заслонки, расположенные относительно лопастей гидравлического ротора и проходящие вдоль кромок двух неподвижных радиальных опор, причем поворотом этих заслонок можно управлять.

Предпочтительно, заслонки статоров, расположенные относительно лопастей гидравлического ротора, выборочно ориентированы в направлении, которое обеспечивает эффективный поток воды через полый корпус в зависимости от характеристик судна, в том числе скорости его переднего и заднего хода.

Предпочтительно, статоры содержат передний статор, который находится выше по потоку, при переднем ходе судна, и ниже по потоку, при заднем ходе судна, и задний статор, который находится ниже по потоку, при переднем ходе судна, и выше по потоку, при заднем ходе судна,

при переднем ходе судна, заслонки переднего статора ориентированы в направлении лопастей винта ротора под углом ориентации, близким к углу ведущей кромки, кажущемуся углу падения указанных лопастей, равному кажущемуся углу падения указанной ведущей кромки или составляющему от плюс до минус 4° от указанного угла, и, одновременно с этим, заслонки заднего статора ориентированы в направлении лопастей винта ротора под углом ориентации, близким к кажущемуся углу падения ведомых кромок указанных лопастей, равному указанному кажущемуся углу падения указанной ведомой кромки или составляющему от плюс до минус 4° от указанного угла, и

при заднем ходе судна, заслонки переднего статора ориентированы в направлении лопастей винта ротора под углом ориентации, близким к углу ведущей кромки, кажущемуся углу падения указанных лопастей, равному кажущемуся углу падения указанной ведущей кромки или составляющему от плюс до минус 5° от указанного угла, и, одновременно с этим, заслонки заднего статора ориентированы в направлении лопастей винта ротора под углом ориентации, близким к кажущемуся углу падения ведомых кромок указанных лопастей (10), равному указанному кажущемуся углу падения указанной ведомой кромки или составляющему от плюс до минус 5° от указанного угла.

Предпочтительно, заслонки статора имеют шарнирно соединенные петли, являющиеся неподвижными вдоль длины радиальных опор указанного статора, а управление их поворотом осуществляется с помощью средств управления, содержащих зубчатую передачу, скользящую в канавке в направлении против или по часовой стрелке, для одновременной установки заслонок под одинаковым углом.

Предпочтительно, средства для поворота заслонок содержат зубчатую передачу, которая выполнена с возможностью скольжения в радиальной канавке на наружной стороне полого корпуса, и средства для преобразования скольжения этой зубчатой передачи в наружной радиальной канавке под заданным углом в одновременный поворот заслонок под одинаковым углом.

Предпочтительно, каждая лопасть гидравлического ротора выполнена из композитного углеродного волокнистого материала.

Предпочтительно, каждый ротор имеет включенный в него вязкоэластичный материал, такой как эластомерный материал.

Конфигурация 1: Средства для поворота заслонок на неподвижных радиальных опорах, расположенные на той же стороне лопастей гидравлического ротора, содержат зубчатую передачу, которая выполнена с возможностью скольжения в радиальной канавке на наружной стороне полого корпуса, а также по меньшей мере некоторый соединительный узел для фиксации зубчатой передачи относительно двух осей поворота заслонок относительно неподвижных радиальных опор, так что при скольжении этой зубчатой передачи в наружной радиальной канавке под заданным углом, она одновременно устанавливает заслонки под одинаковым углом.

Каждый соединительный узел представляет собой рукоятку.

Конфигурация 2: Средства для поворота заслонок на неподвижных радиальных опорах, расположенные на той же стороне лопастей гидравлического ротора, содержат наружную зубчатую передачу (зубцы расположены на наружной стороне), которая выполнена с возможностью скольжения в радиальной канавке на наружной стороне полого корпуса, а также по меньшей мере два соединительных узла для фиксации наружной зубчатой передачи относительно двух осей поворота заслонок относительно неподвижных радиальных опор, так что при скольжении этой наружной зубчатой передачи в наружной радиальной канавке под заданным углом, она одновременно устанавливает заслонки под одинаковым углом.

Каждый соединительный узел содержит зубчатое колесо, входящее в зацепление с наружной зубчатой передачей, ходовой винт, выполненный за единое целое с зубчатым колесом и который входит в зацепление с другим зубчатым колесом, соединенным с одним концом оси поворота для соответствующей заслонки.

Конфигурация 3: Средства для поворота заслонок на неподвижных радиальных опорах, расположенные на той же стороне лопастей гидравлического ротора, содержат наружную боковую зубчатую передачу (зубцы расположены сбоку), которая выполнена с возможностью скольжения в радиальной канавке на наружной стороне полого корпуса, а также по меньшей мере два соединительных узла для фиксации боковой зубчатой передачи относительно двух осей поворота заслонок относительно неподвижных радиальных опор, так что при скольжении этой боковой зубчатой передачи в наружной радиальной канавке под заданным углом, она одновременно устанавливает заслонки под одинаковым углом.

Каждый соединительный узел содержит зубчатое колесо, которое входит в зацепление с боковой зубчатой передачей и которое соединено с одним концом оси поворота для соответствующей заслонки.

Целью настоящего изобретения также является судно, характеризующееся тем, что оно оснащено по меньшей мере одним движителем, которое определено выше и которое установлено под корпусом судна и за судном.

Предпочтительно, средства для поворота заслонок статора с каждой стороны лопастей гидравлического ротора обеспечивают возможность выборочной ориентации заслонок в направлении, при котором достигается наиболее эффективный поток воды через полый корпус, в зависимости от текущих характеристик судна, в том числе скорости его переднего или заднего хода, его нагрузки и/или мощности его двигателя.

Предпочтительно, средства для поворота заслонок с каждой стороны лопастей гидравлического ротора должны включать гидравлический или пневматический привод. Приводной цилиндр должен являться частью корпуса судна, а поршневой шток должен являться частью зубчатой передачи для обеспечения этой зубчатой передаче возможности скольжения в наружной радиальной канавке на полом корпусе при зацеплении с приводом, для регулировки угла заслонок относительно неподвижных опор соответствующего статора.

Гидравлический ротор вращается продольным приводным валом, установленным на судне, соединенным с гребным двигателем, таким как тепловой или электрический двигатель.

Полый корпус движителя имеет форму широкого сопла, и он установлен неподвижно под корпусом судна.

Представленное далее разъяснение вместе с сопроводительными чертежами поможет понять изобретение, а также другие его задачи, характеристики, подробности и преимущества. Эти чертежи приведены лишь в качестве примера трех вариантов конструкции/конфигурации настоящего изобретения, на которых:

- Фигура 1 (Fig. 1) представляет собой вид в перспективе судна, оснащенного движителем по типу лопастного насоса, согласно изобретению;

- Фигура 2 (Fig. 2)представляет собой увеличенный вид задней части судна, на котором показана часть, обозначенная стрелкой II на фиг. 1;

- Фигура 3 (Fig. 3) представляет собой увеличенный вид в перспективе внутреннего пространства движителя по типу лопастного насоса;

- Фигура 4 (Fig. 4) представляет собой вид в перспективе движителя по типу лопастного насоса, на котором показана часть, обозначенная стрелкой IV на фиг. 3;

- Фигура 5 (Fig. 5) представляет собой частичный вид в перспективе, на котором показана часть, обозначенная стрелкой V на фиг. 4, и представляет собой часть средства, описанного в конфигурации 1, обеспечивающего возможность ориентации заслонок статора на движителе по типу лопастного насоса;

- Фигура 6 (Fig. 6) представляет собой увеличенный частичный вид в перспективе, на котором представлено одно из средств ориентации заслонки статора на движителе по типу лопастного насоса;

- Фигура 7 (Fig. 7) представляет собой увеличенный частичный вид в перспективе, на котором представлено одно из средств из конфигурации 2, обеспечивающее возможность ориентации заслонок статора на движителе по типу лопастного насоса;

- Фигура 8 (Fig. 8) представляет собой увеличенный частичный вид в перспективе, на котором представлено одно из средств из конфигурации 3, обеспечивающее возможность ориентации заслонок статора на движителе по типу лопастного насоса;

- Фигура 9 (Fig. 9) представляет собой продольное поперечное сечение лопасти, содержащей вязкоэластичный материал, внутри движителя по типу лопастного насоса;

- Фигура 10 (Fig. 10) представляет собой вид в перспективе движителя по типу лопастного насоса и соответствует фиг. 3, при переднем ходе судна при наборе рабочих условий для этого судна;

- Фигура 11 (Fig. 11) представляет собой вид в перспективе движителя по типу лопастного насоса и соответствует фиг. 10. На ней показана турбулентность, создаваемая лопастным насосом, при переднем ходе судна, за пределами набора рабочих условий, представленных на фиг. 10;

- Фигура 12 (Fig.12) представляет собой вид в перспективе лопастного насоса, соответствующий показанному на фиг. 10 и 11, и показывающий коррекцию потока воды внутри лопастного насоса для нейтрализации турбулентности, создаваемой при переднем ходе судна, как показано на фиг. 11;

- Фигура 13 (Fig. 13) представляет собой вид в перспективе того, как выглядит лопастной насос, при заднем ходе судна, показывая создаваемую внутри него турбулентность;

- Фигура 14 (Fig. 14) представляет собой вид в перспективе лопастного насоса по фиг. 13 и показывает поток воды, корректируемый внутри него для нейтрализации турбулентности по фиг. 13;

- Фигуры 15-1 (Fig. 15-1) и 15-2 (Fig. 15-2) представляют собой виды в перспективе, показывающие поток воды, при переднем ходе судна;

- Фигуры 16-1 (Fig. 16-1) и 16-2 (Fig. 16-2) показывают, соответственно, типичные профили лопасти из бронзы или типичные профили лопасти из нержавеющей стали или композитных лопастей; и

- Фигура 17 (Fig. 17) представляет собой диаграмму, на которой изображено аэродинамическое качество для винтов, изготовленных из различных материалов.

Ссылаясь сперва на фиг. 1 и 2, ссылочное обозначение 1 обозначает надводное судно, такое как контейнерное судно, которое имеет корпус 2, под которым и за которым установлен движитель 3 по типу лопастного насоса, согласно изобретению, и которое имеет хвостовой руль 4 перед последним.

Однако суда, на которых может быть установлен движитель 3 по типу лопастного насоса, также включают другие надводные суда, такие как, например, лодки и пассажирские суда, а также поверхностные военные суда, такие как, например, сторожевые корабли, минные тральщики или другие военные навигационные суда, такие как подводные лодки. Суда, на которых может быть установлен движитель 3 по типу лопастного насоса, также включают любые погружаемые суда.

Движителем по типу лопастного насоса также могут быть оснащены специальные движительные системы, например, система насосного водометного движителя.

Как показано на фиг. 2, движитель 3 по типу лопастного насоса соединен с приводным валом 5, который проходит вдоль длины судна 1 и который соединен с выходным валом двигателя судна, например, тепловым или электрическим двигателем, который не представлен здесь, внутри судна 1.

Движитель 3 по типу лопастного насоса, согласно конфигурации 1, представлен на фигурах 3-6 и 9-14.

Ссылаясь на эти фигуры, движитель 3 по типу лопастного насоса содержит наружный полый корпус 6, который представляет собой трубу, открытую на обоих концах и соединенную с корпусом 2 судна 1 посредством секции кронштейна 7, являющейся частью корпуса 2. Полый корпус имеет форму широкого сопла, поперечное сечение которого уменьшается от передней части к задней части судна 1.

Гидравлический движитель по типу лопастного насоса дополнительно содержит гидравлический ротор 8, установленный с возможностью поворота в полом корпусе 6 вокруг оси симметрии X-X' с полым корпусом 6.

Гидравлический ротор 6 содержит муфту 9, которая имеет по меньшей мере две лопасти 10, установленные на ней, например, восемь. Лопасти 10 представляют собой спиральные лопасти винта и проходят по всей внутренней периферийной поверхности 6a полого корпуса 6.

Когда гидравлический ротор 8 поворачивается в направлении, обозначенном стрелкой F1 на фиг. 10, прикладывая осевое усилие в направлении переднего хода судна 1, как обозначено стрелкой AV, поток воды, проходящий с заданной скоростью через полый корпус 6 движителя 3, двигается в противоположном направлении, как обозначено различными стрелками на фиг. 10. С другой стороны, когда гидравлический ротор 8 поворачивается в противоположном направлении, как обозначено стрелкой F2 на фиг. 14, прикладывая осевое усилие в направлении заднего хода судна 1, как обозначено стрелкой AR, поток воды, проходящий с заданной скоростью через полый корпус 6 движителя 3, двигается в противоположном направлении относительно стрелки AR, как обозначено стрелками на фиг. 14.

Движитель 3 по типу лопастного насоса также содержит два статора 12, расположенные в полом корпусе 6 с каждой стороны муфты 9 и лопастей 10 гидравлического ротора 8.

Каждый статор 12 содержит по меньшей мере две неподвижные радиальные опоры 14, например, восемь, которые соответствуют количеству лопастей 10 гидравлического ротора 8 и которые используются для поддержания гидравлического ротора 8 внутри полого корпуса 6.

Более конкретно, муфта 9 гидравлического ротора 8 расположена между двумя неподвижными секциями 16 и 18, которые являются противоположными в осевом направлении и каждая из которых поддерживается опорами 14 соответствующего статора 12. Таким образом, опоры 14 для статора 12, с одной стороны, в радиальном направлении представляют собой часть неподвижной секции 16, а также часть внутренней поверхности 6a полого корпуса 6, тогда как неподвижные опоры 14 для другого статора 12 в радиальном направлении представляют собой часть другой неподвижной секции 18, а также внутренней поверхности 6a полого корпуса 6. Это означает, что неподвижные секции 16 и 18 удерживаются внутри полого корпуса (6) неподвижными опорами 14 двух статоров 12, которые коаксиальны оси симметрии X-X'.

Вращение гидравлического ротора 8 выполняется приводным валом 5, который проходит через неподвижные концы 16 и 18, будучи при этом установленным с возможностью вращения в них посредством роликовых подшипников (не показаны), а муфта 9 гидравлического ротора 8 соединена с возможностью вращения с приводным валом (5) посредством, например, шлицевых соединений, при этом муфта (9) неподвижна при переходе между двумя неподвижными концевыми частями 16 и 18.

Радиальные опоры 14 двух статоров 12 профилированы для создания пластин, а каждый статор также имеет заслонки (20), которые также профилированы в пластины и установлены с возможностью поворота (поворот может быть управляемым) вдоль кромок радиальных опор 14 этого статора, и расположены относительно лопастей 10 гидравлического ротора 8.

Заслонки 20 статоров 20, расположенные относительно лопастей 10 гидравлического ротора 8, выборочно ориентированы в направлении, которое обеспечивает наиболее эффективный поток воды через полый корпус 6 в зависимости от характеристик судна 1, в том числе скорости его переднего и заднего хода.

Заслонки 20 статора имеют шарнирно соединенные петли, являющиеся неподвижными вдоль длины радиальных опор 14 указанного статора, а управление их поворотом осуществляется с помощью средств управления, содержащих зубчатую передачу 24, скользящую в канавке 26 в направлении против или по часовой стрелке, для одновременной установки заслонок 20 под одинаковым углом. Предпочтительно, каждая заслонка 20 имеет шарнирно соединенную петлю, неподвижную вдоль длины кромки радиальной опоры 14, а ось 22 для этой петлю проходит через петли опоры 14 и заслонку 20, и является частью петель для этой заслонки, так что заслонка 20 может поворачиваться относительно опоры 14.

Конфигурация 1: Средства для поворота заслонок 20 на неподвижных радиальных опорах 14, расположенные на той же стороне лопастей 10 гидравлического ротора 8, содержат зубчатую передачу 24, которая выполнена с возможностью скольжения в радиальной канавке 26 на наружной стороне полого корпуса 6, а также по меньшей мере некоторый соединительный узел 28 для фиксации зубчатой передачи 24 относительно двух осей 22 поворота заслонок 20 относительно неподвижных радиальных опор 14, так что при скольжении этой зубчатой передачи 24 в наружной радиальной канавке 26 под заданным углом, она одновременно устанавливает заслонки 20 под одинаковым углом.

Предпочтительно, каждый соединительный узел 28 представляет собой рукоятку, расположенную за пределами полого корпуса 6, при этом один конец представляет собой часть выпуклости 30, выступающей из зубчатой передачи 24 на наружной стороне полого корпуса 6, и перпендикулярную ей. Другой конец соединен с одним концом оси 22 поворота, который выступает из полого корпуса 6 через его периферийную боковую стенку. Более конкретно, конец рукоятки 28, который является частью выпуклости 30, проходит через продолговатое отверстие 32 в выпуклости 30, а также в целом параллельно зубчатой передаче 24, а противоположный конец рукоятки 28 является частью кронштейна 34, который удерживает квадратный блок 36, являющийся частью наружного конца оси 22 поворота. Таким образом, когда зубчатая передача 24 скользит в канавке 26 под заданным углом, рукоятка 28 двигается посредством выпуклости 30 для вращения оси 22 в том же направлении с заданным значением угла, что поворачивает соответствующую заслонку 20.

Скольжение каждой зубчатой передачи 24 в соответствующей канавке 26 достигается благодаря наружному приводу 38, расположенному в плоскости, которая в целом лежит и проходит над медианной плоскостью симметрии зубчатой передачи 24. Этот привод, который может быть приводом гидравлического или пневматического типа, имеет цилиндр, прикрепленный за единое целое с помощью хомута 42 к части кронштейна 7 для полого корпуса 6 под корпусом 2 судна 1, и поршневой шток 44, прикрепленный шарнирно соединенной опорой, закрепленной хомутом 46, которая является частью зубчатой передачи 24; при этом хомут прикреплен снаружи к зубчатой передаче. Таким образом, активация привода 38 обеспечивает возможность скольжения зубчатой передачи 24 в соответствующей канавке 26 в угловом направлении или в другом направлении в зависимости от того, каким образом двигается поршневой шток 44 привода 38, для того, чтобы заслонки 20 двигались одновременно и в том же направлении относительно опор 14.

Конфигурация 2, как показано на фиг. 7: Средства для поворота заслонок 20 на неподвижных радиальных опорах 14, расположенные на той же стороне лопастей 10 гидравлического ротора 8, содержат наружную зубчатую передачу (зубцы расположены на наружной стороне) 48, которая выполнена с возможностью скольжения в радиальной канавке 50 на наружной стороне полого корпуса 6, а также соединительные узлы для фиксации наружной зубчатой передачи 48 относительно двух осей 22 поворота заслонок 20 относительно неподвижных радиальных опор 14, так что при скольжении этой наружной зубчатой передачи 48 в наружной радиальной канавке 50 под заданным углом, она одновременно устанавливает заслонки 20 под одниаковым углом.

Предпочтительно, каждый соединительный узел содержит зубчатое колесо 52, входящее в зацепление с наружной зубчатой передачей 48, ходовой винт 54, являющийся частью другого зубчатого колеса 52 и который входит в зацепление с другим зубчатым колесом 56, соединенным с одним концом оси 22 поворота для соответствующей заслонки 20. Зубчатое колесо 26 перпендикулярно оси 22 и перпендикулярно зубчатому колесу 52. Безусловно, ходовой винт 54 установлен для вращения относительно полого корпуса 6, будучи при этом неподвижным в процессе изменения относительно последнего в части встроенного кронштейна 57 снаружи полого корпуса.

Каждая наружная зубчатая передача 48 может двигаться в канавке 50 в направлении против или по часовой стрелке посредством привода (здесь не показан), который идентичен приводу 38, используемому для скольжения зубчатой передачи 24 в канавке 26. Этот привод установлен между зубчатой передачей 48 и частью кронштейна 7 на полом корпусе 6 на корпусе 2 таким же образом, как показано для каждого привода 38 в Конфигурации 1.

Таким образом, когда привод обуславливает скольжение наружной зубчатой передачи 48 в канавке 50 в направлении по или против часовой стрелки, зубчатые колеса 52 вращаются, что затем вращает ходовые винты 54, которые, в свою очередь, вращают другие зубчатые колеса 56 для вращения осей 22 для одновременного поворота заслонок 20 относительно опор 14.

Конфигурация 3, как показано на фиг. 8: Средства для поворота заслонок 20 на опорах (14) каждого статора содержат боковую зубчатую передачу 58 (с зубцами, расположенными на одной стороне), которая выполнена с возможностью скольжения в наружной радиальной канавке 60 на полом корпусе 6, и узлы 62 для фиксации боковой зубчатой передачи относительно двух осей 22 поворота заслонок 20 относительно неподвижных радиальных опор 14 каждого статора.

Предпочтительно, соединительные узлы 62 состоят из зубчатых колес, которые, соответственно, встроены в концы осей 22 снаружи полого корпуса 6, причем эти оси поворачивают заслонки соответствующего статора. Эти зубчатые колеса будут проходить перпендикулярно зубчатой передаче 58 и входить в зацепление с боковыми зубцами этой зубчатой передачи.

Как это имеет место в двух предыдущих конфигурациях, скольжение каждой зубчатой передачи 58 в соответствующей канавке 60 под заданным углом активируется приводом. Этот привод соединен с зубчатой передачей 58 и кронштейном 7 для полого корпуса 6 в точности таким же образом, что и описан выше для двух других конфигураций. Таким образом, необходимости в повторном приведении подробной информации в отношении сборной конструкции этого управляющего привода нет.

Таким образом, когда привод, соединенный с зубчатой передачей 58 на каждом статоре, активирован, зубчатая передача 58 скользит в канавке 60 в направлении и под углом, которые заданы приводом, и вращает зубчатые колеса 62 и одновременно поворачивает заслонки 20 относительно опор 14 этого статора под соответствующим углом.

Предпочтительно, каждая лопасть 10 гидравлического ротора 8 должна быть выполнена из композитного углеродного волокнистого материала. Использование композитного материала для лопастей 10 гидравлического ротора 8 демпфирует шум и вибрации, вызываемые движителем 3 по типу лопастного насоса. Кроме того, направление углеродных волокон в композитном материале обеспечивает возможность использования давления воды для управления тем, каким образом изгибается каждая лопасть 10, в зависимости от скорости вращения гидравлического ротора 8, а также мощности и/или скорости переднего хода судна 1. Таким образом, скручиванием лопастей 10 гидравлического ротора 8 можно управлять в зависимости от скорости вращения ротора, а также мощности и/или скорости переднего хода судна, и нагрузки судна. Это означает, что эти лопасти 10 могут изгибаться практически оптимальным образом для создания перепада скручивания, что обеспечивает возможность оптимального функционирования этих лопастей при различных конфигурациях плавания. Наличие углеродного волокна в каждой лопасти из композитного материала также используется для уменьшения толщины профиля каждой лопасти, тем самым повышая эффективность движителя 3 по типу лопастного насоса. Наконец, изготовление лопастей 10 из композитного материала означает то, что масса гидравлического ротора 8 значительно уменьшается, а также это коренным образом устраняет проблемы, связанные с коррозией и кавитацией в лопастях ротора.

Предпочтительно, как показано на фиг. 9, вязкоэластичный материал 11, а также эластомерный материал, включен в каждую из лопастей (10) гидравлического ротора. Включение вязкоэластичного материала в лопасти используется для подавления шума и вибраций. В действительности, включение вязкоэлстичного материала в каждую лопасть 10 между двумя ее поверхностями работает на уровне натяжения-сжатия, и вязкоэластичный материал функционирует под напряжением сдвига ввиду разницы между плотностью композитного материала лопасти и вязкоэластичного материала. Таким образом, волны, проходящие через каждую лопасть, сталкиваются с очень сильным рассеиванием энергии, приводя к подавлению шума.

При дальнейшем разъяснении того, каким образом движитель 3 по типу лопастного насоса будет работать, при переднем ходе судна 1 в направлении стрелки AV, будет сделана ссылка на фиг. 10-12.

На фиг. 10 представлен движитель 3 по типу лопастного насоса в конфигурации, соответствующей заданным рабочим параметрам судна, в частности, с учетом скорости его переднего хода, мощности двигателя и его нагрузки. В этой конфигурации, гидравлический ротор 8 вращается с соответствующей скоростью вращения, а заслонки 20 двух статоров 12 находятся в угловом положении относительно опор 14 в условиях, при которых они не создают турбулентность, когда движитель по типу лопастного насоса находится в рабочем состоянии. Таким образом, ориентация заслонок 20 двух статоров 12 адаптируется таким образом, что углы ведущей и ведомой кромок лопастей 10 согласуются со скоростью переднего хода судна и скоростью вращения насоса. Это означает, что поток воды, проходящий через полый корпус 6 для вырабатывания осевого усилия, обеспечивает возможность переднего хода судна с оптимальной эффективностью, не создавая турбулентность, когда движитель 3 по типу лопастного насоса находится в рабочем состоянии.

На фиг. 11 представлена конфигурация для движителя 3 по типу лопастного насоса, используемого, когда судно 1 имеет параметры, отличающиеся от показанных на фиг. 10, такие как, например, другая нагрузка или когда море является более волнистым, и повышенная мощность двигателя используется для меньшей скорости движения, так что в результате затем регулируется скорость вращения гидравлического ротора 8.

При таких условиях, на фиг. 11 показано, что баланс потока воды, проходящей через полый корпус 6, нарушается тем, что положение заслонок 20 относительно опоры 14 каждого статора 12 более не регулируется для обеспечения согласованности ведущей и ведомой кромок лопастей 10 гидравлического ротора 8 с изменениями скорости переднего хода судна и скорости вращения этого ротора. Путем изменения положения заслонок 20, управляемых приводами 38, поток воды, проходящий через движитель 3 по типу лопастного насоса, может быть отлажен до оптимальной производительности, при этом предотвращая его застопоривание ввиду расширенного диапазона эксплуатации движителя. Путем использования регулируемых заслонок статоров в направлении вверх и вниз относительно направления потока воды, обеспечивается возможность предотвращения турбулентности в движителе 3 по типу лопастного насоса, когда он работает за пределами своих нормальных условий. Таким образом, на фиг. 12 представлена оптимальная коррекция по потоку воды между статором выше по потоку, лопастями 10 гидравлического ротора 8 и статором ниже по потоку, не создавая какую-либо турбулентность внутри движителя.

На фиг. 13 представлен движитель 3 по типу лопастного насоса в точке, где лопасти 10 гидравлического ротора меняют свое направление на обратное для заднего хода судна 1, что создает турбулентность одновременно в потоке воды через полый корпус 6. На самом деле, ввиду обратного направления вращения гидравлического ротора 8, ведущая и ведомая кромки лопастей 10 гидравлического ротора 8 (которые теперь обращены в обратном направлении) более не работают эффективно (для эффективной работы, поток воды вокруг лопастей 10 должен оставаться близко к ведущей и ведомой кромкам лопастей).

На фиг. 14 показана конфигурация движителя 3 по типу лопастного насоса, когда поток воды через полый корпус 6 был отлажен оптимальным образом, как обозначено соответствующими стрелками. Более конкретно, путем ориентации лопастей 20 двух статоров 12 под соответствующим углом путем использования приводов 38, обеспечивается возможность предотвращения застопоривание потоком воды статоров и лопастей 10 гидравлического ротора 8, а также поддержания максимальной эффективности в части ведущей и ведомой кромок лопастей 10, которые повернуты в противоположном направлении. Таким образом, путем изменения углов заслонок 20 статоров 12, обеспечивается возможность предотвращения застопоривания, при этом разворачивая судно, а также предотвращения турбулентности внутри движителя 3 по типу лопастного насоса.

Безусловно, приводы 38, используемые для поворота заслонок 20 двух статоров 12, активируются блоком управления (не показан здесь), который установлен внутри судна (1) и который принимает рабочие параметры судна, так что приводы могут перемещать заслонки в соответствующее положение в зависимости от рабочих условий судна. Это обеспечивает возможность работы движителя 3 по типу лопастного насоса с оптимальной эффективностью.

Путем использования движителя по типу лопастного насоса с двумя статорами, оснащенными подвижными пластинами с каждой стороны гидравлического ротора этого движителя, эффективность этого движителя улучшается не только при переднем ходе судна, но также, когда ротор двигается в зацеплении в обратном направлении, даже если полый корпус движителя имеет форму наподобие сопла.

В трех описанных выше конфигурациях, средства для поворота заслонок 20 содержат зубчатую передачу 24, 48, 58, которая выполнена с возможностью скольжения в радиальной канавке 26, 50, 60 на наружной стороне полого корпуса 6, и средства 28, 52, 54, 56, 62 для преобразования скольжения этой зубчатой передачи 24 в наружной радиальной канавке 26 под заданным углом в одновременный поворот заслонок 20 под одинаковым углом.

Наличие радиальной канавки 26, 50, 60, расположенной на наружной стороне полого корпуса 6, обеспечивает возможность достижения скольжения зубчатой передачи 24, 48, 58 снаружи полого корпуса 6, например, посредством внешнего привода 38, тем самым способствуя достижению скольжения кольца 24, 48, 58, а также достижению одновременного поворота заслонок 20.

Как изображено, в частности, на фиг. 15-1 и 15-2, статоры 12 содержат передний статор, который находится выше по потоку, при переднем ходе судна, и ниже по потоку, при заднем ходе судна, и задний статор, который находится ниже по потоку, при переднем ходе судна, и выше по потоку, при заднем ходе судна. При переднем ходе судна 1, заслонки 20 переднего статора ориентированы в направлении лопастей 10 винта ротора 10 под углом ориентации, близким к углу ведущей кромки, кажущемуся углу падения указанных лопастей 10, равному кажущемуся углу падения указанной ведущей кромки или составляющему от плюс до минус 4° от указанного угла, и, одновременно с этим, заслонки 20 заднего статора ориентированы в направлении лопастей 10 винта ротора 10 под углом ориентации, близким к кажущемуся углу падения ведомых кромок указанных лопастей, равному указанному кажущемуся углу падения указанной ведомой кромки или составляющему от плюс до минус 4° от указанного угла. При заднем ходе судна 1, заслонки 20 переднего статора ориентированы в направлении лопастей 10 винта ротора 10 под углом ориентации, близким к углу ведущей кромки, кажущемуся углу падения указанных лопастей 10, равному кажущемуся углу падения указанной ведущей кромки или составляющему от плюс до минус 5° от указанного угла, и, одновременно с этим, заслонки 20 заднего статора ориентированы в направлении лопастей 10 винта ротора 10 под углом ориентации, близким к кажущемуся углу падения ведомых кромок указанных лопастей, равному указанному кажущемуся углу падения указанной ведомой кромки или составляющему от плюс до минус 5° от указанного угла. Кажущийся угол падения ведущей или ведомой кромки лопастей является суммой скорости потока выше/ниже по потоку и скорости, вызываемой вращением винта. Направление вверх/вниз по потоку является обратным относительно осевой скорости винтов, а также может быть определено, как результат векторного вычитания скорости потока из скорости вращательного движения лопастей винта. Радиальные опоры переднего статора уменьшают радиальную деформацию верхней части 55 потока, заслонки ведомой кромки обеспечивают возможность направления верхней части 55 потока к лопастям 10 винта под углом, близким к (который < или равняется 4°) кажущемуся углу падения лопасти винта при сильно отличающихся условиях плавания судна (максимальной скорости, максимальной нагрузке при сильных волнах, движении «на малых парах» без нагрузки), и причем расположенный ниже по потоку статор имеет предкрылки (заслонки ведущей кромки), которые располагаются под небольшим углом (который < или равняется 4°) потока ведомой кромки винта для перенаправления потока таким образом, чтобы устранить радиальное искажение нижней части 56 потока так, чтобы она стала прямой, обеспечивая улучшенную общую эффективность системы, при этом лопасти 10 винта, которые, как правило, выполнены с возможностью нивелирования углов падения в намного более широких диапазонах (до плюс/минус 15°), что приводит к необходимости в их значительной толщине (фиг. 15), связанной с низким аэродинамическим качеством, что обеспечивает возможность их выполнения из материалов, имеющих низкий предел прочности на растяжение, таких как высокопрочная латунь (Mn-Ni-бронза, CU2) с пределом прочности на растяжение 175 Н/мм2, теперь могут быть выполнены с меньшей возможной толщиной, используя материалы, такие как углеродное волокно или мартенситная нержавеющая сталь (13Cr 4Ni/13Cr 6Ni) с минимальным пределом прочности на растяжение 550 Н/мм2, что в противном случае, при отсутствии заслонок ведомой кромки расположенного выше по потоку статора и предкрылков ведущей кромки расположенного ниже по потоку статора, возможно только, если гидравлический ротор 8 выполнен с переменным шагом. Типичные профили лопасти из бронзы или нержавеющей стали, или композитного материала, соответственно, показаны на фиг. 16-1 и 16-2.

Как видно на фиг. 17, показана имитация аэродинамического качества для лопастей винта, выполненных из нержавеющей стали или композитных материалов, а также лопастей винта, выполненных из бронзы, для различных углов падения. Видно, что для лопастей винта, выполненных из нержавеющей стали или композитных материалов, пик кривой получают для углов падения, которые составляют около 4°. Поэтому будет особенно преимущественно использовать лопасти винта, выполненные из нержавеющей стали или композитных материалов, в движителях, согласно изобретению.

Движитель по типу лопастного насоса особенно пригоден, но без ограничения, для надводных судов, таких как, например, контейнерные суда, в которых стандартные движители не являются достаточно эффективными при заднем ходе судна до такой степени, что иногда они не могут использоваться при заднем ходе.

Изобретение относится к судостроению, а именно к гидравлическому двигательному устройству типа лопастного насоса, предназначенныму, в частности, для судов. Гидравлический движитель содержит полый наружный корпус, гидравлический ротор, два статора, расположенные в полом корпусе с каждой стороны муфты и лопастей гидравлического ротора, и представляющие собой передний статор, расположенный при переднем ходе судна выше по потоку, и при заднем ходе судна ниже по потоку, соответственно, и задний статор, расположенный при переднем ходе судна ниже по потоку, и при заднем ходе судна выше по потоку. Каждый статор содержит по меньшей мере две неподвижные радиальные опоры для поддержания гидравлического ротора внутри полого корпуса, выполненные профилированными для образования пластин. По меньшей мере две поворотные заслонки, расположенные относительно лопастей гидравлического ротора проходящие вдоль кромок двух неподвижных радиальных опор, и установленные с возможностью управления их поворотом. При переднем ходе судна заслонки переднего статора ориентированы в направлении лопастей винта ротора под углом, близким к углу ведущей кромки. При заднем ходе судна заслонки переднего статора ориентированы в направлении лопастей винта ротора под углом ориентации, близким к углу ведущей кромки. Заслонки заднего статора ориентированы в направлении лопастей винта ротора под углом ориентации, близким к видимому углу падения ведомых кромок указанных лопастей. Достигается долговечность данного гидравлического движителя. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 17 ил.

1. Гидравлический движитель (3) по типу лопастного насоса, предназначенный для оснащения судна (1), содержащий полый наружный корпус (6), представляющий собой открытую с двух концов трубу, гидравлический ротор (8), установленный с возможностью вращения внутри полого корпуса (6) вокруг оси симметрии (X-X’) полого корпуса (6) и содержащий муфту (9), на которой установлены по меньшей мере две спиральные лопасти (10) винта, проходящие вплоть до внутренней периферийной поверхности (6a) полого корпуса (6), отличающийся тем, что он содержит два статора (12), расположенные в полом корпусе (6) с каждой стороны муфты (9) и лопастей (10) гидравлического ротора (8), и представляющие собой передний статор, расположенный при переднем ходе судна выше по потоку, и при заднем ходе судна ниже по потоку, соответственно, и задний статор, расположенный при переднем ходе судна ниже по потоку, и при заднем ходе судна выше по потоку, при этом каждый статор (12) содержит по меньшей мере две неподвижные радиальные опоры (14) для поддержания гидравлического ротора (8) внутри полого корпуса (6), выполненные профилированными для образования пластин, а также по меньшей мере две поворотные заслонки (20), расположенные относительно лопастей (10) гидравлического ротора (8) проходящие вдоль кромок двух неподвижных радиальных опор (14), и установленные с возможностью управления их поворотом, при этом при переднем ходе судна (1) заслонки (20) переднего статора ориентированы в направлении лопастей (10) винта ротора (10) под углом, близким к углу ведущей кромки, видимому углу падения указанных лопастей (10), равному видимому углу падения указанной ведущей кромки или составляющему ±4° от указанного угла, и, одновременно с этим, заслонки (20) заднего статора ориентированы в направлении лопастей (10) винта ротора (10) под углом ориентации, близким к видимому углу падения ведомых кромок указанных лопастей (10), равному указанному видимому углу падения указанной ведомой кромки или составляющему ±4° от указанного угла, и при заднем ходе судна (1) заслонки (20) переднего статора ориентированы в направлении лопастей (10) винта ротора (10) под углом ориентации, близким к углу ведущей кромки, видимому углу падения указанных лопастей (10), равному видимому углу падения указанной ведущей кромки или составляющему ±5° от указанного угла, и, одновременно с этим, заслонки (20) заднего статора ориентированы в направлении лопастей (10) винта ротора (10) под углом ориентации, близким к видимому углу падения ведомых кромок указанных лопастей (10), равному указанному видимому углу падения указанной ведомой кромки или составляющему ±5° от указанного угла.

2. Гидравлический движитель по п.1, отличающийся тем, что заслонки (20) статоров (12), расположенные вблизи лопастей (10) гидравлического ротора (8), выборочно ориентированы в направлении, обеспечивающем эффективный поток воды сквозь полый корпус (6) в зависимости от характеристик судна (1), в том числе скорости его переднего и заднего хода.

3. Гидравлический движитель по одному из пп.1, 2, отличающийся тем, что заслонки (20) статора имеют шарнирно соединенные петли, являющиеся неподвижными вдоль длины радиальных опор (14) указанного статора, при этом возможность управления их поворотом реализована посредством средств управления, содержащих зубчатую передачу (24), размещенную в канавке (26) с возможностью скольжения в направлении против или по часовой стрелке, для одновременной установки заслонок (20) под одинаковым углом.

4. Гидравлический движитель по одному из пп.1, 2, отличающийся тем, что средства для поворота заслонок (20) содержат зубчатую передачу (24, 48, 58), выполненную с возможностью скольжения в радиальной канавке (26, 50, 60) на наружной стороне полого корпуса (6), и средства (28, 52, 54, 56, 62) для преобразования скольжения этой зубчатой передачи (24) в наружной радиальной канавке (26) под заданным углом в одновременный поворот заслонок (20) под одинаковым углом.

5. Гидравлический движитель по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что лопасти (10) каждого гидравлического ротора (8) выполнены из композитного углеродного волокнистого материала.

6. Гидравлический движитель по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что материал изготовления лопасти (10) каждого гидравлического ротора (8) содержит вязкоэластичный компонент, а именно эластомерный компонент.

7. Гидравлический движитель по одному из пп.1-6, отличающийся тем, что средства для поворота заслонок (20) на неподвижных радиальных опорах (14), расположенные на той же стороне лопастей (10) гидравлического ротора (8), содержат зубчатую передачу (24), выполненную с возможностью скольжения в радиальной канавке (26) на наружной стороне полого корпуса (6), а также по меньшей мере некоторый соединительный узел (28) для фиксации зубчатой передачи (24) относительно двух осей (22) поворота заслонок (20) относительно неподвижных радиальных опор (14), так что при скольжении этой зубчатой передачи (24) в наружной радиальной канавке (26) под заданным углом она одновременно устанавливает заслонки (20) под одинаковым углом.

8. Гидравлический движитель по п.7, отличающийся тем, что каждый соединительный узел (28) представляет собой рукоятку.

9. Гидравлический движитель по одному из пп.1-6, отличающийся тем, что средства для поворота заслонок (20) на неподвижных радиальных опорах (14), расположенные на той же стороне лопастей (10) гидравлического ротора (8), содержат наружную зубчатую передачу (зубцы расположены на наружной стороне) (48), которая выполнена с возможностью скольжения в радиальной канавке (50) на наружной стороне полого корпуса (6), а также соединительные узлы для фиксации наружной зубчатой передачи (48) относительно двух осей (22) поворота заслонок (20) относительно неподвижных радиальных опор (14), так что при скольжении этой наружной зубчатой передачи (48) в наружной радиальной канавке (50) под заданным углом, она одновременно настраивает заслонки (20) под одинаковым углом.

10. Гидравлический движитель по п.9, отличающийся тем, что каждый соединительный узел содержит зубчатое колесо (52), входящее в зацепление с наружной зубчатой передачей (48), ходовой винт (54), являющийся частью другого зубчатого колеса (52) и который входит в зацепление с другим зубчатым колесом (56), соединенным с одним концом оси (22) поворота для соответствующей заслонки (20). Зубчатое колесо 26 перпендикулярно оси 22 и перпендикулярно зубчатому колесу 52.

11. Гидравлический движитель по одному из пп.1-6, отличающийся тем, что средства для поворота заслонок (20) на неподвижных радиальных опорах (14), расположенные на той же стороне лопастей (10) гидравлического ротора (8), содержат боковую зубчатую передачу (зубцы расположены сбоку) (58), которая выполнена с возможностью скольжения в радиальной канавке (60) на наружной стороне полого корпуса (6), а также по меньшей мере два соединительных узла (62) для фиксации боковой зубчатой передачи (58) относительно двух осей (22) поворота заслонок (20) относительно неподвижных радиальных опор (14), так что при скольжении этой боковой зубчатой передачи (58) в наружной радиальной канавке (60) под заданным углом, она одновременно устанавливает заслонки (20) под одинаковым углом.

12. Гидравлический движитель по п.7, отличающийся тем, что каждый соединительный узел содержит зубчатое колесо (62), выполненное с возможностью зацепления с наружной зубчатой передачей (58) и являющееся частью одного конца оси (22) поворота для соответствующей заслонки (20).

13. Судно (1), отличающееся тем, что оно снабжено по меньшей мере одним движителем (3), выполненным в соответствии с одним из пп.1-12, установленным под корпусом (2) судна (1) в задней его части.

14. Судно по п.13, отличающееся тем, что средства для поворота заслонок (20) статоров (12) с каждой стороны лопастей (10) гидравлического ротора (8) обеспечивают возможность выборочной ориентации заслонок (20) в направлении, при котором достигается наиболее эффективный поток воды через полый корпус (6), в зависимости от текущих характеристик судна (1), в том числе скорости его переднего или заднего хода, его нагрузки и/или мощности его двигателя.

15. Судно по п.13 или 14, отличающееся тем, что средства для поворота заслонок (20) с каждой стороны лопастей (10) гидравлического ротора (8) включают гидравлический или пневматический привод (38), при этом приводной цилиндр (40) является частью корпуса (2) судна (1), а поршневой шток (44) является частью зубчатой передачи (24, 48 и 58) для обеспечения возможности ее скольжения в наружной радиальной канавке (26, 50 и 60) на полом корпусе (6) при зацеплении с приводом (38), для регулировки угла заслонок (20) относительно неподвижных опор (14) соответствующего статора (12).

16. Судно по любому из пп.13-15, отличающееся тем, что гидравлический ротор (8) выполнен с возможностью приведения во вращение продольным приводным валом (5), установленным на судне (1), соединенным с гребным двигателем, а именно тепловым или электрическим двигателем.

17. Судно по любому из пп.13-16, отличающееся тем, что полый корпус (6) движителя имеет форму широкого сопла и установлен неподвижно под корпусом (2) судна.