УНИВЕРСАЛЬНЫЙ СУДОВОЙ ДВИЖИТЕЛЬ ПОВЫШЕННОЙ ЗАЩИЩЕННОСТИ
HIGHLY PROTECTED VERSATILE SHIP PROPELLER

Изобретение относится к средствам создания тяги для движения судна, в частности к судовым движительно-рулевым комплексам.
В настоящее время наиболее распространенным движителем, преобразующим крутящий момент двигателя в упор, необходимый для движения судна, является гребной винт. Любой винт представляет собой по существу реактивный двигатель, лопасти которого при вращении отбрасывают массу воды в сторону, обратную направлению поступательного движения судна. Воспринимаемая лопастями реакция отбрасываемых масс воды создает упор винта.
Гребные винты различных типов отличаются главным образом количеством энергии, расходуемой на создание упора, причем наиболее эффективен винт, благодаря которому это достигается с минимальными затратами мощности. Также важное значение имеет способ соединения выходного вала двигателя с гребным винтом.
Так, известны движители маломерных судов, в которых гребные винты имеют гребной вал, связанный с реверсивным редуктором, входной вал которого предназначен для связи с приводным валом двигателя (см., например, Интернет сайт ).
Недостатком таких движителей является незащищенность гребных винтов, большая вероятность поломок в результате попадания инородных предметов в рабочую зону, большой вес из-за наличия гребного вала. Также недостатком является использование одного гребного винта, что вызывает необходимость его изготовления особой сложной конструкции, обеспечивающей равный упор воды в различных направлениях вращения.
Из уровня техники известно ледокольно-буксирное средство, содержащее размещенное в кормовом подзоре движительно-рулевой комплекс, включающий гребные движители и рулевую колонку с гребным винтом, имеющим насадку, при этом гребной винт связан с приводным двигателем через реверсивный редуктор, обеспечивающий возможность изменения направления вращения гребного винта на противоположное (см. Патент RU №116833, опубликован 10.06.2012).
Недостатком известного решения является использование одного винта для движения судна в одну и другую (противоположную) сторону, что вызывает необходимость его изготовления особой сложной конструкции, обеспечивающей равный упор воды в различных направлениях вращения; слабая защищенность гребного винта, сложная кинематическая связь гребного винта с двигателем.
Из уровня техники известен лопастной движитель, содержащий соосно расположенные гребные винты разнонаправленного вращения (см. Патент RU №2191136, опубликован 20.10.2002).
Недостатком такого исполнения гребных винтов является незащищенность их лопастей, большая вероятность поломок, а также большой вес из-за наличия гребного вала.
Известна судовая водометная установка, выбранная в качестве ближайшего аналога, включающая двигатель, водометный движитель, содержащий размещенный в корпусе ротор, двигатель снабжен турбиной, размещенной на выходном валу двигателя с возможностью зацепления с выходным валом через обгонную муфту, корпусы двигателя и турбины жестко соединены между собой и закреплены на корпусе водометного движителя, при этом выходной вал двигателя размещен параллельно оси корпуса водометного движителя и снабжен ведущим зубчатым шкивом, а водометный движитель выполнен с ротором в насадке, размещенным в корпусе, причем коренные концы лопастей ротора закреплены на ступице, вал которой размещен в подшипниках внутри ступицы спрямляющего аппарата, а периферийные концы лопастей ротора закреплены на внутренней поверхности насадки, на наружной поверхности которой выполнены зубья, ведущий шкив с насадкой ротора размещены в общем разъемном кожухе, выполненном заодно с насадкой спрямляющего аппарата, закрепленном с наружной стороны транца судна к торцу корпуса водовода и кинематически связаны между собой (см. Патент RU №2085438, опубликован 27.07.1997).
Недостатком известного решения является большая вероятность выхода движителя из строя из-за того, что вал ротора монтируется с радиальным зазором (появляется зазор между поверхностями вращающихся элементов), что может вызвать в процессе эксплуатации случайное смещение осей, деформацию лопастей и, как следствие, аварию; невозможность использования водометной установки на больших судах из-за малой мощности; невысокие маневренные характеристики и гидродинамические свойства из-за наличия только одного винта, наличия выступающих частей внутри корпуса, а также отсутствия независимого рулевого устройства.
Технической задачей изобретения является повышение надежности движителя и срока его службы, повышение маневренности, исключение необходимости выполнения гребных винтов особо сложной конфигурации, обеспечение возможности использования на разных судах и катерах (маломерных и большегрузных, быстроходных и тихоходных), уменьшение гидродинамических потерь, повышение КПД движителя.
Техническая задача изобретения решается тем, что судовой движитель содержит открытый с противоположных торцов цилиндрический корпус, внутри которого соосно установлены гребные винты противоположного вращения, реверсивный редуктор, входной вал которого предназначен для связи с приводным валом двигателя, каждый гребной винт на концах лопастей имеет цилиндрическую обечайку, на внешней поверхности которой образован зубчатый венец, кинематически связанный с соответствующей выходной шестерней реверсивного редуктора, при этом на корпусе с одного из открытых торцов закреплено рулевое устройство.
Технический результат изобретения заключается в исключении возможности возникновения аварии благодаря отсутствию зазоров между поверхностью каждого гребного винта и поверхностью соответствующего элемента, приводящего его во вращение, а также в обеспечении маневренности и улучшении гидродинамических свойств за счет использования двух гребных винтов противоположного вращения и особым образом выполненного рулевого устройства.
Кроме того, реверсивный редуктор имеет корпус, закрепленный на корпусе гребных винтов и имеющий масляную ванну, в которой частично размещены выходные шестерни и зубчатые венцы.
Между корпусом и обечайкой каждого гребного винта могут быть установлены радиально-упорные подшипники.
Кроме того, на открытых торцах корпуса могут быть выполнены соответственно камера для охлаждения масла и камера для охлаждения тосола.
Кроме того, на входном валу реверсивного редуктора могут быть установлены две электромагнитные муфты, каждая из которых кинематически связана с соответствующей выходной шестерней.
Рулевое устройство может быть выполнено в виде закрепленного соосно корпусу гибкого цилиндра, соединенного с приводом поворота и отклонения вверх-вниз гибкого цилиндра.
Кроме того, рулевое устройство может включать эластичную цилиндрическую оболочку и два слоя пружинной проволоки, навитой на нее виток к витку в разных направлениях.
Рулевое устройство может иметь кольца, на которых закреплены соответствующие слои пружинной проволоки посредством хомутов, при этом между слоями пружинной проволоки может быть расположена резиновая гильза.
Кроме того, рулевое устройство может иметь гидравлический диффузор, снабженный кольцевой полостью, предназначенной для охлаждения масла, а также для регулировки проходного диаметра рулевого устройства.
Изобретение поясняется чертежом, на котором показан предложенный судовой движитель.
Судовой движитель содержит открытый с противоположных торцов цилиндрический корпус 1, внутри которого соосно установлено два гребных винта 2 и 3 противоположного вращения. Каждый гребной винт на концах лопастей имеет цилиндрическую обечайку 4, на внешней цилиндрической поверхности которой, преимущественно в срединной части, образован зубчатый венец 5. Для восприятия радиальной и осевой нагрузок, гребные винты 2, 3 установлены внутри корпуса 1 на радиально-упорных подшипниках 6, которые расположены между корпусом 1 и обечайкой 4 соответствующего винта 2, 3, при этом подшипники 6 расположены, преимущественно, с обеих сторон от соответствующего зубчатого венца 5. Также на каждый гребной винт 2, 3 напрессованы по две манжеты из силиконовой резины (не показаны). Корпус 1 предназначен для закрепления на корпусе судна (не показан).
Судовой движитель также содержит реверсивный редуктор 7, герметичный корпус 8 которого закреплен на корпусе 1 и внутри которого размещены блоки шестерен (например, блок шестерен Z-40; Z-60 и блок шестерен Z-38; Z-60), кинематически связанных с соответствующими зубчатыми венцами 5 гребных винтов 2, 3. Редуктор 7 имеет масляную ванну (не показана), в которой частично размещены выходные шестерни 9, 10 и кинематически связанные с ними зубчатые венцы 5 (т.е. образуется единый общий корпус для гребных винтов 2, 3 и элементов редуктора с общей масляной ванной). На входном валу 11 реверсивного редуктора 7 установлены две электромагнитные муфты 12, обеспечивающие разнонаправленное вращение гребных винтов 2, 3. Каждая муфта 12 кинематически связана с соответствующей выходной шестерней 9, 10. Входной вал 11 редуктора 7 предназначен для связи с приводным валом двигателя 13, размещенного в корпусе судна (не показан). Зубчатые венцы 5 гребных винтов 2, 3 являются пониженной передачей редуктора 7.
На корпусе 1 с одного из открытых торцев (на выходной части движителя) закреплено рулевое устройство 14 (поворотно-откидное устройство), представляющее собой поворотное сопло с дистанционным устройством поджатия струи (потока) на ходу судна. Рулевое устройство 14 служит для поворота влево-вправо и отклонения струи от гребных винтов 2, 3 вверх-вниз (управление дифферентом). Рулевое устройство 14 выполнено в виде гибкого цилиндра 15, закрепленного соосно корпусу 1 и соединенного с приводом 16 поворота влево-вправо и отклонения вверх-вниз гибкого цилиндра. Привод 16 поворота и отклонения может быть выполнен в виде гидроцилиндров, а также в виде других устройств, обеспечивающих соответствующие отклонения и повороты рулевого устройства 14 и управляемых с поста управления судном. Гибкий цилиндр 15 включает эластичную цилиндрическую оболочку и два слоя пружинной проволоки, навитой на нее виток к витку в разных направлениях (не показаны). Также цилиндр 15 имеет кольца, на которых закреплены соответствующие слои пружинной проволоки посредством разжимных хомутов, при этом между слоями пружинной проволоки расположена резиновая гильза (не показаны). Кроме того, рулевое устройство 14 имеет гидравлический диффузор, снабженный кольцевой полостью, выдерживающей большие давления и предназначенной для охлаждения масла, а также для регулировки проходного диаметра сопла. Наиболее технологично выполнять сопло из нержавеющей стали по технологии изготовления сильфонов. Внутренняя полость поворотного сопла облицована резиновым цилиндром, изготовленным из маслобензостойкой резины. Рулевое устройство 14 также может иметь другое выполнение, обеспечивающее требуемое направление исходящей от гребных винтов 2, 3 струи воды (например, гофрированный цилиндр).
Корпус 1 имеет также систему охлаждения масла и систему охлаждения тосола, представляющие собой выполненные на открытых торцах корпуса 1 соответствующие кольцевые камеры 17 (кольцевой диффузор, предназначенный для изменения диаметра струи на ходу судна и охлаждения масла) и 18 (полый герметичный обтекатель на входной части движителя, предназначенный для охлаждения тосола).
Таким образом, благодаря выполнению устройства в таком виде (гребные винты с обечайкой заключены в корпусе и имеют зубчатый венец, кинематически связанный с выходной шестерней редуктора), обеспечивается защищенность элементов конструкции движителя, а также надежность работы, поскольку отсутствует радиальный зазор между каждым гребным винтом 2, 3 и соответствующим элементом, приводящим его во вращение (выходные шестерни 9, 10). Данное обстоятельство позволяет исключить возможность возникновения аварии из-за случайной деформации лопастей гребных винтов 2, 3 (тогда как в ближайшем аналоге вал ротора монтируется с радиальным зазором, что может вызвать в процессе эксплуатации случайное смещение осей и, как следствие, аварию).
Отсутствие выступающих частей (спрямляющего аппарата в ближайшем аналоге) внутри корпуса 1 (кроме соосных двухлопастных винтов 2, 3) создает прямоточный движитель с минимальной осадкой, что позволяет эксплуатировать судно на мелких, засоренных водоемах, в том числе на торфяных болотах. В данном случае роль спрямляющего аппарата имеют винты противоположного вращения.
Наличие поворотного сопла, направляющего струю воды от гребных винтов 2, 3, имеющих противоположное вращение (реверс), влево или вправо, вверх или вниз (управление дифферентом), создает отличные маневренные качества судна.
В связи с отсутствием гребного вала уменьшается сопротивление и вес движителя. Гребные винты 2, 3 изготавливаются отливкой в «кокиль» из никель-алюминиевой бронзы и представляют собой отливку в форме двух концентрических колец, соединенных двумя лопастями. Уменьшение относительной толщины лопастей и закрепление лопастей по наружному диаметру снижают возможность возникновения кавитации.
Конструкция движителя позволяет использовать его с частично погруженными винтами для оснащения быстроходных судов. Данный прямоточный движитель идеально защищен от заклинивания в результате попадания инородных предметов (камни, сучки и т.п.), поскольку происходит вымывание посторонних предметов под воздействием потока и центробежной силы.
Кроме того, предложенный движитель позволяет осуществлять монтаж автомобильного двигателя (бензинового или дизельного) на движитель непосредственно. В данном случае получают подвесной мотор, закрепленный на судне. Для обслуживания движителя достаточно иметь механизм откидывания мотора с блокировкой откидывания при движении задним ходом. Механизм откидывания снабжен сайлент-блоками для гашения вибрации при работе двигателя 13.
Как правило, водометные установки (ближайший аналог) используют на легких быстроходных катерах, поскольку диаметр водовода и сопла имеют малый размер колеса (импеллер).
В книге X. Баадера «Разъездные туристические и спортивные катера» стр.262 приводятся данные о весовой нагрузке для катеров, оснащенных водометами.
У приводимого в движение при помощи водомета легкого быстроходного катера, аналогичного катеру с гребным винтом, имеются два состояния равновесия: первое - между мощностью двигателя на валу и мощностью, используемой насосом (водометом); второе - между реакцией водяной струи и сопротивлением катера. Третье состояние свойственно только водомету - равновесие между потребным количеством воды и диаметром выпускного сопла.
Исходя из этого, при малых оборотах двигателя не создается давление внутри спрямляющего аппарата и катер теряет ход.
Поэтому водометы отличаются повышенным расходом топлива.
В конструкции предложенного движителя заложена идея регулировки проходного сечения посредством полого диффузора, изменяющего диаметр выходного сопла под воздействием давления масла в масляной системе при работе двигателя.
Все это позволяет нагружать двигатель на переходных режимах.
Все вышесказанное позволяет уменьшить гидродинамические потери и повысить КПД предложенного движителя.