ДВИЖИТЕЛЬ С ГИДРОПРИВОДОМ Российский патент 2024 года по МПК B63H1/37 E02F9/22 

Изобретение относится к судостроению, а именно к движителям надводных и подводных судов.

Известен движитель судна (Патент РФ на изобретение № 2143375, опубл. 27.12.1999), содержащий раму, на которой смонтированы два кривошипно-ползунных синусных механизма с параллельными направляющими. Ползуны состоят друг с другом в кинематической связи с передаточным отношением и смещены относительно друг друга по фазе. Между направляющими синусных механизмов расположена параллельная направляющим неподвижная направляющая, делящая расстояние между ними пополам. Неподвижная направляющая образует поступательную пару с ползуном. Ползуны синусных механизмов и ползуны поступательной пары соединены общим шатуном, соединенным с двумя любыми из этих трех ползунов посредством промежуточных звеньев, образующих с ползунами вращательные пары и с общим шатуном поступательную. С третьим ползуном общий шатун соединен посредством вращательной пары. К общему шатуну или к промежуточному звену присоединена лопасть, ориентированная вдоль общего шатуна. При вращении кривошипов шатуны синусных механизмов сообщают ползунам возвратно-поступательное движение с одинаковыми периодами и смещением по фазе. При этом центральная часть общего шатуна совершает синусоидальное движение по типу волнообразно движущихся водных обитателей и передает это движение соединенной с ним непосредственно или посредством промежуточного звена лопасти.

Недостатком движителя является сложность его конструкции и низкий КПД, так как количество энергии, приложенной к движителю, значительно больше, чем то, которое используется для толкания судна вперед, так как часть энергии тратится на бесполезное перемешивание воды.

Известен реактивный движитель, принятый за прототип (Патент РФ на изобретение № 2152332, опубл. 10.07.2000, бюл. № 19), содержащий одну или несколько прилегающих друг к другу камер прямоугольного сечения с открытыми торцами, в каждой из которых расположена пластина, один конец которой шарнирно присоединен к тяге с возможностью качания в камере в плоскости, ортогональной пластине, и полного прилегания к противоположным поверхностям камеры, а другой конец пластины вне камеры и сама камера шарнирно присоединены к корпусу или к несущей поверхности транспортного средства с возможностью передачи камере качательных движений.

Недостатками прототипа являются: низкий КПД, так как часть энергии тратится на бесполезные колебание камеры в водной среде; переменный по направлению вектор выбрасывания воды из движителя не совпадает с продольной осью судна, что приводит к снижению тяги движителя, вибрациям и шумности; низкая тяга движителя, связанная с недостаточно точным копированием волнообразного движения.

С существенными признаками изобретения совпадает следующая совокупность признаков прототипа: камера прямоугольного сечения с открытыми торцами, в которой расположена пластина.

Изобретение направлено на упрощении конструкции, повышение КПД и снижение вибрации и шумов гидродинамической природы движителя.

Это достигается тем, что движитель с гидроприводом содержит камеру прямоугольного сечения с открытыми торцами. В предложенном решении камера закреплена с возможностью жесткого крепления на корпусе судна.

В камере расположены две пластины, шарнирно соединенные между собой, с возможностью перемещения в камере с малыми зазорами в плоскости, ортогональной пластинам. При этом торцевые края пластин и шарнирное их соединение через штанги с шарнирами выполнены с возможностью перемещения в ортогональном направлении движению судна с помощью гидропривода, состоящего из гидронасоса, клапана регулировки давления, бака для масла, реле потока, сервоприводов, мальтийских механизмов, гидрораспределителей и гидроцилиндров.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена схема движителя; фиг. 2 – схема движителя и гидропривода в исходном положении; фиг. 3 – начальный момент подъема торцевого края левой пластины, шарнир прижат к нижней поверхности камеры, а торцевой край правой пластины находится в начальный момент опускания; фиг. 4 – торцевой край левой пластины прижат к верхней поверхности камеры, шарнир находится в начальном моменте подъема, торцевой край правой пластины прижат к нижней поверхности камеры; фиг. 5 – торцевой край левой пластины находится в момент опускания, шарнир прижат к верхней поверхности камеры, торцевой край правой пластины находится в начальном моменте подъема; фиг.6 – торцевой край левой пластины прижат к нижней поверхности камеры, шарнир находится в начальный момент опускания, торцевой край правой пластины прижат к верхней поверхности камеры; фиг.7 – торцевой край левой пластины находится в момент поднятия, шарнир прижат к нижней поверхности камеры, торцевой край правой пластины находится в начальном моменте опускания; фиг.8 – торцевой край левой пластины находится в момент опускания, шарнир прижат к нижней поверхности камеры, торцевой край правой пластины находится в начальном моменте подъема (реверс).

Примечание к фигурам: элементы схемы с высоким давлением масла обозначены буквой «В», а с низким давлением масла обозначены буквой «Н». Направления, отбрасываемой воды движителем и поворота элементов показаны стрелками.

Движитель состоит из камеры 1 прямоугольного сечения с открытыми торцами. Камера жестко прикреплена к корпусу судна (на чертеже не показано). Внутри камеры 1 расположены одинаковые по размеру левая пластина 2 и правая пластина 3, соединенные шарниром 4, с возможностью перемещения в камере 1 с малыми зазорами в плоскости, ортогональной пластинам 2 и 3, т. е. с возможностью совершать волнообразные движения. Пластины 2 и 3 своими торцевыми краями и шарнир 4 соединены с гидроприводом при помощи штанг 5 с помощью шарниров 6 с возможностью перемещения в ортогональном направлении движению судна.

Гидропривод состоит из гидронасоса 7, создающего поток масла; клапана регулировки давления 8, обеспечивающего давление в гидроприводе не выше установленной величины; бака 9 для масла; реле потока 10, подающего электрический импульс при прекращении потока масла в гидроприводе; сервоприводов 11, 12, 13, вал которых под воздействием электрического импульса реле потока 10 имеет возможность поворачиваться на заданный угол и удерживаться в этом положении; мальтийских механизмов 14, 15, 16, преобразующих равномерное вращательное движение в прерывистое вращательное движение; гидрораспределителей 17, 18, 19, предназначенных для управления гидравлическими потоками в гидроприводе с помощью внешнего воздействия; гидроцилиндров 20, 21, 22 – объёмных гидродвигателей возвратно-поступательного движения. Гидроцилиндры 20, 21, 22 своими штоками через штанги 5 и шарниры 6 соединены с торцевыми краями пластин 2 и 3 и шарниром 4.

Исходное положение (см. фиг. 2, фиг. 3). Гидронасос 7 подает масло под давлением в гидропривод. Мальтийские механизмы 14, 15, 16 и гидрораспределители 17, 18, 19 находятся в положении, показанном на (фиг. 2, фиг. 3). Гидроцилиндры 20, 21, 22 механически связаны с левой пластиной 2 и правой пластиной 3 с помощью штанг 5 и шарниров 6. Гидроцилиндр 20 находится в начальном моменте подъема торцевого края левой пластины 2. Гидроцилиндр 21 прижимает шарнир 4 к нижней поверхности камеры 1. Гидроцилиндр 22 находится в начальном моменте опускания торцевого края правой пластины 3.

Для продвижения судна вперед движитель с гидроприводом работает следующим образом:

а) (см. фиг.2, фиг. 4) гидроцилиндр 20 поднимает торцевой края левой пластины 2, а гидроцилиндр 22 опускает торцевой край правой пластины 3, которые совершают волнообразное движение с выталкиванием воды между правой пластиной 3 и нижней стенкой камеры 1, создавая реакцию масс воды, отбрасываемых в сторону, противоположную движению судна, до тех пор пока гидроцилиндры 20, 21, 22 не заполнятся маслом под высоким давлением. В этом случае срабатывает реле потока 10 и подает электрический импульс на сервоприводы 11, 12, 13. Масло из гидронасоса 7 поступает через клапан регулировки давления 8 в бак 9 для масла;

б) (см. фиг. 2, фиг. 4) реле потока 10 подает электрический импульс на сервоприводы 11, 12, 13, которые поворачивают на угол 90° вращающее звено мальтийских механизмов 14, 15, 16 по часовой стрелке, которые поворачивают мальтийские кресты против часовой стрелке, а именно мальтийского механизма 14 на угол 0°, мальтийского механизма 15 на угол 90°, мальтийского механизма 16 на угол 0°. Таким образом, мальтийские механизмы 14, 15, 16, механически связанные с роторами гидрораспределителей 17, 18, 19, поворачивают их, соответственно, на угол 0°, 90°, 0°. Гидрораспределители 17, 18, 19 находятся в положении, показанном на (фиг. 4). Гидроцилиндр 20 прижимает торцевой край левой пластины 2 к верхней поверхности камеры 1. Гидроцилиндр 21 находится в начальном моменте подъема шарнира 4. Гидроцилиндр 22 прижимает торцевой край правой пластины 3 к нижней поверхности камеры 1. Гидроцилиндр 21 поднимает шарнир 4 в сторону верхней стенки камеры 1, тем самым совершает волнообразное движение пластин 2 и 3 с выталкиванием воды между левой пластиной 2, правой пластиной 3 и верхней стенкой камерой 1, создавая реакцию масс воды, отбрасываемых в сторону, противоположную движению судна, до тех пор пока гидроцилиндры 20, 21, 22 не заполнятся маслом под высоким давлением, то есть, прекратится поток масла по трубопроводу высокого давления. В этом случае срабатывает реле потока 10 и подает электрический импульс на сервоприводы 11, 12, 13. Масло из гидронасоса 7 поступает через клапан регулировки давления 8 в бак 9 для масла;

в) (см. фиг. 2, фиг. 5) реле потока 10 подает электрический импульс на сервоприводы 11,12,13, которые поворачивают на угол 90° вращающее звено мальтийских механизмов 14, 15, 16 по часовой стрелке, которые поворачивают мальтийские кресты против часовой стрелке, а именно мальтийского механизма 14 на угол 90°, мальтийского механизма 15 на угол 0°, мальтийского механизма 16 на угол 90°. Таким образом, мальтийские механизмы 14, 15, 16, механически связанные с роторами гидрораспределителей 17, 18, 19, поворачивают их, соответственно, на угол 90°, 0°, 90°. Гидрораспределители 17, 18, 19 находятся в положении, показанном на (фиг. 5). Гидроцилиндр 20 находится в начальный момент опускания торцевого края левой пластины 2. Гидроцилиндр 21 прижимает шарнир 4 к верхней поверхности камеры 1. Гидроцилиндр 22 находится в начальном моменте подъема торцевого края правой пластины 3. Гидроцилиндр 20 опускает торцевой левой пластины 2, а гидроцилиндр 22 поднимает торцевой край правой пластины 3, которые совершают волнообразные движения с выталкиванием воды между правой пластиной 3 и верхней стенкой камеры 1, создавая реакцию масс воды, отбрасываемых в сторону, противоположную движению судна, до тех пор пока гидроцилиндры 20, 21, 22 не заполнятся маслом под высоким давлением, то есть, прекратится поток масла по трубопроводу высокого давления. В этом случае срабатывает реле потока 10 и подает электрический импульс на сервоприводы 11, 12, 13. Масло из гидронасоса 7 поступает через клапан регулировки давления 8 в бак 9 для масла;

г) (см. фиг. 2, фиг. 6) реле потока 10 подает электрический импульс на сервоприводы 11, 12, 13, которые поворачивают на угол 90° вращающее звено мальтийских механизмов 14, 15, 16 по часовой стрелке, которые поворачивают мальтийские кресты против часовой стрелке, а именно мальтийского механизма 14 на угол 0°, мальтийского механизма 15 на угол 90°, мальтийского механизма 16 на угол 0°. Таким образом, мальтийские механизмы 14, 15, 16, механически связанные с роторами гидрораспределителей 17, 18, 19, поворачивают их, соответственно, на угол 0°, 90°, 0°. Гидрораспределители 17, 18, 19 находятся в положении показанном на (фиг. 6). Гидроцилиндр 20 прижимает торцевой край левой пластины 2 к нижней поверхности камеры 1. Гидроцилиндр 21 находится в начальном моменте опускания шарнира 4. Гидроцилиндр 22 прижимает торцевой край правой пластины 3 к верхней поверхности камеры 1. Гидроцилиндр 21 опускает шарнир 4 в сторону нижней стенки камеры 1, тем самым совершает волнообразное движение пластин 2 и 3 с выталкиванием воды между левой пластиной 2, правой пластиной 3 и нижней стенкой камерой 1, создавая реакцию масс воды, отбрасываемых в сторону, противоположную движению судна, до тех пор пока гидроцилиндры 20, 21, 22 не заполнятся маслом под высоким давлением, то есть прекратится поток масла по трубопроводу высокого давления. В этом случае срабатывает реле потока 10 и подает электрический импульс на сервоприводы 11, 12, 13. Масло из гидронасоса 7 поступает через клапан регулировки давления 8 в бак 9 для масла;

д) (см. фиг. 2, фиг. 3) реле потока 10 подает электрический импульс на сервоприводы 11,12,13, которые поворачивают на угол 90° вращающее звено мальтийских механизмов 14, 15, 16 по часовой стрелке, которые поворачивают мальтийские кресты против часовой стрелке, а именно, мальтийского механизма 14 на угол 90°, мальтийского механизма 15 на угол 0°, мальтийского механизма 16 на угол 90°. Таким образом, мальтийские механизмы 14, 15, 16, механически связанные с роторами гидрораспределителей 17, 18, 19, поворачивают их, соответственно, на угол 90°, 0°, 90°. Гидрораспределители 17, 18, 19 находятся в положении, показанном на (фиг. 3). Гидроцилиндр 20 находится в начальный момент поднятия торцевого края левой пластины 2. Гидроцилиндр 21 прижимает шарнир 4 к нижней поверхности камеры 1. Гидроцилиндр 22 находится в начальном моменте опускания торцевого края правой пластины 3. Гидроцилиндр 20 поднимает торцевой край левой пластины 2, а гидроцилиндр 22 опускает торцевой край правой пластины 3, которые совершают волнообразные движения с выталкиванием воды между правой пластиной 3 и нижней стенкой камеры 1, создавая реакцию масс воды, отбрасываемых в сторону, противоположную движению судна, до тех пор пока гидроцилиндры 20, 21, 22 не заполнятся маслом под высоким давлением, то есть прекратится поток масла по трубопроводу высокого давления. В этом случае срабатывает реле потока 10 и подает электрический импульс на сервоприводы 11, 12, 13. Масло из гидронасоса 7 поступает через клапан регулировки давления 8 в бак 9 для масла.

Далее, переходя к пункту «б», цикл повторяется.

Для продвижения судна назад движитель с гидроприводом работает следующим образом:

Для изменения направления тяги движителя на противоположное (реверс) достаточно поменять направление вращения сервоприводов за счет изменения полярности подаваемого на них электрического импульса от реле потока 10

а) (см. фиг. 2, фиг. 7) гидроцилиндр 20 поднимает торцевой край левой пластины 2, а гидроцилиндр 22 опускает торцевой край правой пластины 3, которые совершают волнообразное движение с выталкиванием воды между правой пластиной 3 и нижней стенкой камеры 1, создавая реакцию масс воды, отбрасываемых в сторону, противоположную движению судна, до тех пор пока гидроцилиндры 20, 21, 22 не заполнятся маслом под высоким давлением, то есть прекратится поток масла по трубопроводу высокого давления. В этом случае срабатывает реле потока 10 и подает электрический импульс на сервоприводы 11, 12, 13. На сервопривод подается электрический импульс для изменение его вращения на противоположное. Масло из гидронасоса 7 поступает через клапан регулировки давления 8 в бак 9 для масла;

б) (см. фиг. 2, фиг. 8) реле потока 10 подает электрический импульс на сервоприводы 11, 12, 13, которые поворачивают на угол 90° вращающее звено мальтийских механизмов 14, 15, 16 против часовой стрелки, которые поворачивают мальтийские кресты по часовой стрелке, а именно мальтийского механизма 14 на угол 90°, мальтийского механизма 15 на угол 0°, мальтийского механизма 16 на угол 90°. Таким образом, мальтийские механизмы 14, 15, 16, механически связанные с роторами гидрораспределителей 17, 18, 19, поворачивают их, соответственно, на угол 90°, 0°, 90°. . Гидрораспределители 17, 18, 19 находятся в положении показанном на (фиг. 8). Гидроцилиндр 20 находится в начальный момент опускания торцевого края левой пластины 2. Гидроцилиндр 21 прижимает шарнир 4 к нижней поверхности камеры 1. Гидроцилиндр 22 находится в начальном моменте подъема торцевого края правой пластины 3. Затем гидроцилиндр 20 опускает левую пластину 2 к нижней поверхности камеры 1, а гидроцилиндр 22 поднимает правую пластину 3 в сторону верхней стенки камеры 1, тем самым пластины 2 и 3 совершают волнообразное движение пластин с выталкиванием воды между левой пластиной 2 и нижней стенкой камерой 1, создавая реакцию масс воды, отбрасываемых в сторону, по ходу движения судна, т. е. реверс движения судна. И так до тех пор, пока гидроцилиндры 20, 21, 22 не заполнятся маслом под высоким давлением, то есть прекратится поток масла по трубопроводу высокого давления. В этом случае срабатывает реле потока 10 и подает электрический импульс на сервоприводы 11, 12, 13. Далее смотри фиг. 2.

Таким образом, предложенное изобретение обеспечивает упрощение конструкции движителя с гидроприводом, повышение КПД за счет того, что энергия не тратится на бесполезное колебание камеры в водной среде. Движитель позволяет быстро менять силу тяги, меняя частоту перемещения пластин в камере; повышать маневренность (управляемость), осуществляя мгновенный полный реверс, изменив направление вращения сервоприводов. Вектор выбрасывания воды, создающей тягу движителя, параллелен продольной оси судна, тем самым помимо повышения КПД, снижаются вибрации и шумы гидродинамической природы движителя путем улучшения характера обтекания колеблющихся пластин 2 и 3, копирующих волнообразное движение. Все эти преимущества по сравнению с прототипом достигаются за счет того, что камера 1 жестко закреплена на корпусе судна, в которой расположены левая 2 и правая 3 пластины, шарнирно соединенные между собой, способные совершать волнообразные движения. Торцевые края левой пластины 2 и правой пластины 3 и шарнир 4 при помощи штанг 5 с шарнирами 6 приводятся в движение в ортогональном направлению движению судна. Гидропривод состоит из гидронасоса 7, клапана регулировки давления 8, бака 9 для масла, реле потока 10, сервоприводов 11, 12, 13, мальтийских механизмов 14, 15, 16, гидрораспределителей 17, 18, 19 и гидроцилиндров 20, 21, 22. Все это обеспечивает высокие эксплуатационные качества движителя с гидроприводом и значительно повышает гидродинамическую эффективность, путем улучшения характера обтекания колеблющихся пластин, копирующих волнообразное движение, экономичность и улучшает виброакустические характеристики, что создает возможность его широкого использования в различных областях техники.

Изобретение направлено на упрощении конструкции, повышение КПД и снижение вибрации и шумов гидродинамической природы движителя.

Изобретение относится к судостроению, а именно к движителям надводных и подводных судов. Движитель с гидроприводом содержит камеру прямоугольного сечения с открытыми торцами, которая закреплена с возможностью жесткого крепления на корпусе судна, и в которой расположены две пластины, шарнирно соединенные между собой, с возможностью перемещения в камере с малыми зазорами в плоскости, ортогональной пластинам. Торцевые края пластин и шарнирное их соединение через штанги с шарнирами выполнены с возможностью перемещения в ортогональном направлении движению судна с помощью гидропривода, состоящего из гидронасоса, клапана регулировки давления, бака для масла, реле потока, сервоприводов, мальтийских механизмов, гидрораспределителей и гидроцилиндров. Достигается упрощение конструкции, повышение КПД и снижение вибрации и шумов гидродинамической природы движителя. 8 ил.

Движитель с гидроприводом, содержащий камеру прямоугольного сечения с открытыми торцами, отличающийся тем, что камера закреплена с возможностью жесткого крепления на корпусе судна, в которой расположены две пластины, шарнирно соединенные между собой, с возможностью перемещения в камере с малыми зазорами в плоскости, ортогональной пластинам, при этом торцевые края пластин и шарнирное их соединение через штанги с шарнирами выполнены с возможностью перемещения в ортогональном направлении движению судна с помощью гидропривода, состоящего из гидронасоса, клапана регулировки давления, бака для масла, реле потока, сервоприводов, мальтийских механизмов, гидрораспределителей и гидроцилиндров.