Малошумный пропульсивный модуль в системе электродвижения надводных кораблей Российский патент 2023 года по МПК B63H23/24 F16D7/04 

Изобретение относится к области энергетического и транспортного машиностроения и может быть использовано в составе пропульсивных комплексов надводных кораблей.

Известен способ передачи крутящего момента на винт от гребных электродвигателей (ГЭД) в системе частичного электродвижения, предусматривающий подключение высокооборотных гребных электродвигателей к главным редукторным передачам левого и правого бортов, данный способ описан в патенте RU 2716469.

Недостатками данного устройства являются: передача крутящего момента от ГЭД на винт через главный редуктор, что существенно усиливает акустический шум на поисковых режимах за счет шума главной редукторной передачи. Кроме того, в схемном решении описанном в патенте RU 2716469, гребные электродвигатели обеспечивают не только малошумные поисковые режимы на малых скоростях хода, как правило, 6÷10 уз, т.к. обеспечению поисковых режимов на более высоких скоростях (более 10 уз) начинает мешать акустический шум винтов, но и маршевые скорости экономического хода до 14 уз, на которой обеспечивается наибольшая дальность плавания корабля. Обеспечение маршевых экономических ходов корабля за счет работы ГЭД является проигрышной ситуацией по сравнению со схемным решением с использованием прямодействующей передачи крутящего момента от маршевых главных дизельных двигателей на главный редуктор, за счет двойного преобразования энергии при передаче крутящего момента на винт и, связанного с этим явлением дополнительными потерями. Так, при использовании ГЭД на маршевых ходах, дополнительными потерями являются: потери при преобразовании механической энергии в электрическую на электрических генераторах (КПД генераторов ~ 0,98), потери на повышающих трансформаторах (КПД трансформаторов ~ 0,99), потери на преобразователях частоты (КПД ПЧ ~ 0,98) и потери в самих ГЭД при преобразовании электрической энергии в механическую (КПД ГЭД ~ 0,955). Таким образом, за счет двойного преобразования энергии при передаче крутящего момента на винт, потери составляют не менее 10% (общий КПД электрической передачи ~ 0,9 без учета потерь в главном редукторе).

Таким образом, вторым недостатком известного устройства RU 2716469 являются значительные потери (не менее 10%) при обеспечении маршевых ходов корабля за счет двойного преобразования энергии.

Также известна схема пропульсивных комплексов с системой частичного электродвижения европейских фрегатов, где используются прямоприводные низкооборотные гребные электродвигатели, встраиваемые в линию вала, мощностью до 5 МВт.

Недостатками данной схемы являются значительные габариты и масса гребных электродвигателей, достигающая 60 т на одну линию вала. Кроме того, такая схема не позволяет использовать какие-либо средства амортизации ГЭД, что усиливает акустический шум от их работы.

Недостатками данной схемы также являются потери, связанные с двойным преобразованием энергии при передаче крутящего момента на винт на маршевых скоростях экономического хода, что неизбежно снижает КПД не менее, чем на 10%.

Ожидаемым техническим результатом изобретения является расширение технических возможностей в снижении акустического шума корабля на поисковых режимах за счет использования компактных высокооборотных ГЭД малой мощности, соответствующей скоростям поиска подводных лодок, устанавливаемых на общей фундаментной раме со своими редукторами через низкочастотные амортизаторы и подключаемым непосредственно к линии вала, минуя главный редуктор.

Кроме того, ожидаемым техническим результатом является повышение топливной эффективности (повышения КПД пропульсивного комплекса) на экономических маршевых ходах и, соответственно, повышения дальности плавания корабля, за счет смещения гребных электродвигателей на линию вала и появления возможности включения в состав пропульсивного комплекса главных маршевых дизельных двигателей подключаемых непосредственно к главному редуктору. Такое техническое решение позволяет исключить двойное преобразование энергии на маршевых ходах.

Ожидаемым техническим результатом является также снижение габаритов и массы электротехнического оборудования, обеспечивающего частичное электродвижение (генераторы электроэнергии, повышающие трансформаторы, преобразователи частоты и гребные электродвигатели), за счет снижения мощности гребных электродвигателей, соответствующей только потребной мощности поисковых режимов.

Ожидаемым техническим результатом при использовании гибридных гребных электродвигателей/генераторов, является появление возможности переключения ГЭД в режиме генераторов электроэнергии на больших скоростях хода при движении корабля под газотурбинным двигателем (ГТД) или под двигателем внутреннего сгорания (ДВС). В этом случае могут быть отключены один или даже два дизель-генератора, обеспечивающие потребности электросети корабля.

Ожидаемый технический результат достигается тем, что на кораблях разделяются технические средства в обеспечение поисковых ходовых режимов поиска подводных лодок и режимов экономического хода корабля в обеспечение наибольшей дальности плавания. Использование малошумного пропульсивного модуля в системе электродвижения надводных кораблей (см. фиг.1) позволяет обеспечить малошумные поисковые режимы, а возможность использования прямодействующих главных дизельных двигателей, подключаемых непосредственно к главному редуктору, позволяет обеспечить высокоэкономичные маршевые скорости хода.

Сущность изобретения заключается в использовании гибридного электропривода (см. фиг.1), представляющего собой пропульсивный модуль с высокооборотным гребным электродвигателем/генератором (1), размещенным на единой раме (2) с собственной редукторной передачей (3). С помощью фланцевого соединения (5) модуль соединяется с линией вала, а с помощью фланцевого соединения (6) соединяется с выходным валом главной редукторной передачи. В составе пропульсивного модуля имеется специальная сервоуправляемая соединительная муфта (4), допускающая смещение в осевом и радиальном направлениях, с помощью которой редукторная передача модуля (3) соединяется с линией вала. Такое решение позволяет установить единую раму (2) на корабельном фундаменте через низкочастотные амортизирующие крепления.

Сервоуправляемая соединительная муфта (4) обеспечивает как полное рассоединение модуля с валолинией при работе главного газотурбинного или дизельного двигателя, так и совместную работу ГТД или ДВС.

Для уменьшения уровня шума гребной электродвигатель/генератор может быть размещен в звукоизолирующем кожухе.

Для существенного снижения уровней вибрации и шума на поисковых режимах подводной лодки, с помощью сервоуправляемой муфты (4) главная редукторная передача может полностью отключаться от валолинии, позволяя вывести из действия главные двигатели (ГТД и ДВС), обеспечив малошумный режим движения корабля только под ГЭД, обеспечиваемых электроэнергией от работающих дизель-генераторов.

С увеличением скорости хода корабля при работе от ГТД или ДВС гребные электромоторы (1) могут переключаться в генераторный режим, повышая электроэнергетические возможности корабля, что позволит отключать один или два работающих дизель-генератора.

Изобретение относится к области энергетического и транспортного машиностроения и может быть использовано в составе пропульсивных комплексов надводных кораблей. Малошумный пропульсивный модуль содержит высокооборотный гребной электродвигатель/генератор, размещенный на единой раме с собственной редукторной передачей, закрепленной к фундаменту через низкочастотные амортизирующие крепления, и соединенный с линией вала и с выходным валом главной редукторной передачи с помощью фланцевых соединений. В составе пропульсивного модуля имеется сервоуправляемая соединительная муфта, допускающая смещение в осевом и радиальном направлениях, с помощью которой редукторная передача модуля соединяется с линией вала. Достигается снижение акустического шума и повышение КПД при передаче крутящего момента от гребных электродвигателей на винт, а также снижение габаритов и массы оборудования пропульсивного комплекса, обеспечивающего малошумные поисковые режимы. 1 ил.

Малошумный пропульсивный модуль, содержащий высокооборотный гребной электродвигатель/генератор, размещенный на единой раме с собственной редукторной передачей, закрепленной к фундаменту через низкочастотные амортизирующие крепления, и соединенный с линией вала и с выходным валом главной редукторной передачи с помощью фланцевых соединений, отличающийся тем, что имеет сервоуправляемую соединительную муфту, допускающую смещение в осевом и радиальном направлениях, и автоматически соединяет/рассоединяет редукторную передачу модуля с линией вала.