УЗЕЛ ДВИГАТЕЛЯ И СПОСОБ УСТАНОВКИ ТАКОГО УЗЛА
ENGINE COMPONENT AND METHOD FOR SUCH COMPONENT MOUNTING

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к двигателю для установки в корпусе судна, причем двигатель включает туннельный элемент и, по меньшей мере, один узел движителя, а туннельный элемент, установленный в корпусе, образует, по меньшей мере, часть сквозного туннеля в корпусе судна. Настоящее изобретение относится также к способу монтажа и демонтажа узла движителя, являющегося частью двигателя судна, причем двигатель включает, по меньшей мере, один узел движителя и, по меньшей мере, один туннельный элемент, а судно включает корпус, сквозь который проходит туннельный элемент.
Уровень техники
В движителях такого рода, обычно имеющих вид винтового устройства, помещенного в туннеле в корпусе судна, винтовое устройство  или устройства на современном уровне техники монтируются при постройке судна. В этих известных винтовых устройствах, построенных на использовании смазываемых подшипников и шестерен, нет возможности вынуть винтовое устройство для техобслуживания или ремонта или, при необходимости, заменить винтовое устройство без захода в док. При этом основная работа обычно должна выполняться на корпусе судна, чтобы можно было вынуть винтовое устройство, а это занимает много времени и дорого.
Раскрытие изобретения
Таким образом, задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить узел движителя, допускающий простой монтаж и демонтаж узла движителя, причем монтаж и демонтаж узла движителя могут быть выполнены без захода судна в док.
Решение вышеуказанной задачи в соответствии с настоящим изобретением достигается, как определено в независимых пунктах формулы изобретения. Дополнительные варианты осуществления настоящего изобретения раскрыты в соответствующих зависимых пунктах.
Предлагается двигатель для развития тяги на судне, имеющем корпус, причем двигатель включает, по меньшей мере, один туннельный элемент и, по меньшей мере, один узел движителя. Туннельный элемент, установленный в корпусе, образует, по меньшей мере, часть сквозного туннеля в корпусе. Далее, по меньшей мере, один узел движителя и, по меньшей мере, один туннельный элемент предпочтительно имеют в конструкции взаимодействующие крепежные устройства для разъемного соединения, по меньшей мере, одного узла движителя и, по меньшей мере, одного туннельного элемента так, чтобы, по меньшей мере, один узел движителя мог быть введен в туннель и соединен, по меньшей мере, с одним туннельным элементом или отсоединен от, по меньшей мере, одного туннельного элемента и выведен из туннеля.
Длина туннеля в осевом направлении, естественно, варьируется в зависимости от конструкции корпуса судна и от того, где в корпусе располагается туннель. Поэтому осевая длина узла движителя может быть существенно равна осевой длине туннеля или составлять большую или меньшую часть осевой длины туннеля.
Если туннельный элемент составляет часть общей длины туннеля в осевом направлении, туннельный элемент может быть прикреплен к туннелю или, в другом варианте, к корпусу с помощью подходящих крепежных средств, например, болтов или винтов. Альтернативно, туннельный элемент может быть прикреплен более постоянно к туннелю или, в другом варианте, к корпусу с помощью, например, сварки.
В туннеле возможно размещение одного или нескольких туннельных элементов. К примеру, на каждом из концов туннеля может располагаться туннельный элемент.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения узел движителя включает первое крепежное устройство, в то время как туннельный элемент включает второе крепежное устройство, причем первое и второе крепежные устройства сконструированы взаимодополняющими, чтобы можно было собрать вместе узел движителя и туннельный элемент.
Движитель, далее, включает одно или несколько крепежных средств для соединения первого крепежного устройства с выполненным дополняющим вторым крепежным устройством. Такие крепежные средства могут, например, включать винты, болты или другие подходящие крепежные средства, сконструированные так, чтобы их было сравнительно легко затянуть и отпустить для монтажа и демонтажа узла движителя.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения первое крепежное устройство включает скобу, которая крепится к узлу движителя, причем эта скоба выполнена с выступающим крепежным элементом. Второе крепежное устройство включает полость, созданную в туннельном элементе, предпочтительно во фланце или в кольце в туннельном элементе. Выступающий крепежный элемент и полость предпочтительно сформированы взаимодополняющими, т.е. так, что выступающий крепежный элемент имеет форму, соответствующую форме полости. К примеру, выступающий крепежный элемент и полость могут иметь цилиндрическую форму с соответственными круговыми поперечными сечениями, перпендикулярными продольной оси полости и выступающего крепежного элемента. Узел движителя и туннельный элемент оснащаются, по меньшей мере, одной, но предпочтительно несколькими парами таких скоб и полостей взаимодополняющих форм.
Разумеется, можно менять месторасположение скоб и полостей так, чтобы скобы с их выступающими крепежными элементами и полости дополняющих форм располагались соответственно на туннельном элементе или на узле движителя.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения полости снабжены кольцевым опорным элементом. После монтажа узла движителя в туннеле кольцевой опорный элемент оказывается между внутренностью полости и выступающим крепежным элементом. В одном из вариантов дальнейшей разработки изобретения кольцевой опорный элемент имеет переменную жесткость в осевом продольном направлении и/или в радиальном направлении кольцевого опорного элемента.
В одном из альтернативных вариантов осуществления настоящего изобретения первое крепежное устройство включает первую соединительную поверхность, в то время как второе крепежное устройство включает вторую соединительную поверхность, причем эти соединительные поверхности имеют взаимодополняющие формы, так что первую соединительную поверхность можно состыковать со второй соединительной поверхностью. Возможен вариант осуществления, в котором одно из крепежных средств включает фланец, в то время как формодополняющее крепежное средство включает поверхность, с которой фланец может быть состыкован. В одном из вариантов дальнейшей разработки оба крепежных средства включают соответственные поверхности, образованные соответственно на узле движителя и на туннельном элементе, причем взаимодополняющие поверхности могут быть приведены в соприкосновение друг с другом для соединения узла движителя и туннельного элемента. Упомянутые поверхности могут, например, иметь форму заплечиков, если это не поверхности фланца.
Благодаря тому, что узел движителя может быть вдвинут в туннель и смонтирован и таким же образом демонтирован и выдвинут из туннеля, монтаж и демонтаж узла движителя могут быть произведены на судне без необходимости захода в док.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения узел движителя предпочтительно выполнен таким образом, что включает винт и кольцо винта, окружающее винт, причем внешние кромки лопастей винта, наиболее удаленные от оси вращения винта, крепятся к внутренней поверхности кольца винта. В этом случае первое крепежное средство предпочтительно может быть размещено на кольце винта.
Далее, в этом варианте осуществления в туннельном элементе может быть предусмотрено вращающееся туннельное кольцо. В этом случае второе крепежное средство предпочтительно может быть размещено на туннельном кольце.
Альтернативный вариант осуществления предусматривает узел движителя с кольцом винта, включающим внутреннее кольцо и наружное кольцо, причем внутреннее кольцо с помощью необходимых подшипников размещается так, чтобы оно могло вращаться относительно наружного кольца. В этом случае первое крепежное средство двигателя предпочтительно размещено на наружном кольце так, чтобы оно могло быть прикреплено к туннельному элементу. Подшипники могут быть традиционными или магнитными  или, опционно, комбинацией традиционных и магнитных подшипников.
Взаимодействующие приводные средства вращения винта узла движителя предпочтительно размещаются на узле движителя и в туннельном элементе. Такие приводные средства могут, например, представлять собой электромагнитные средства.
Конкретнее, приводные средства привода винта могут включать магниты и обмотки, расположенные, соответственно, во вращающейся части узла движителя и в стационарной части туннельного элемента или наоборот, так, что вращающаяся часть узла движителя играет роль ротора, а туннельный элемент - статора электродвигателя. Возможны и альтернативные варианты, например, для привода ротора можно использовать систему зубчатых передач.
Вращающаяся часть двигателя может опираться на стандартные подшипники, хорошо известные специалистам. Возможно также опирание вращающейся части двигателя на электромагнитный подшипник. В этом случае можно скомбинировать электромагнитный подшипник в одном узле со средствами привода.
1
2
1
2
Согласно настоящему изобретению предусмотрен, далее, туннельный вход для туннельного элемента, размещенный в корпусе судна, причем этот туннельный вход включает внутреннюю часть, обращенную к продольной центральной оси туннельного входа, и наружную часть, обращенную от центральной оси туннельного входа, а также наружную кромку, обращенную от корпуса вовне, и внутреннюю кромку, обращенную к корпусу судна. Туннельный вход съемно монтируется на туннельном элементе или непосредственно на узле движителя, размещаемом в туннельном элементе, и этот туннельный вход имеет внутренний диаметр d на своей наружной кромке и внутренний диаметр d на своей внутренней кромке, причем d больше, чем d.
1
2
2
2,
Далее, согласно настоящему изобретению предусмотрен туннельный вход для туннеля в корпусе судна, причем этот туннельный вход включает внутреннюю стенку, обращенную к продольной центральной оси туннельного входа, и наружную стенку, обращенную от центральной оси туннельного входа, а также наружную кромку, обращенную от корпуса вовне, и внутреннюю кромку, обращенную к корпусу судна, причем туннельный вход выполнен так, что может быть съемно прикреплен к туннельному элементу, который после установки в туннеле образует, по меньшей мере, часть туннеля, или так, что может быть съемно прикреплен на узле движителя, съемно размещенном в туннельном элементе, и выполнен так, что туннельный вход имеет внутренний диаметр d на своей наружной кромке и внутренний диаметр d на своей внутренней кромке, причем d больше, чем d благодаря чему может быть получен оптимальный спектр обтекания на входе воды в туннель и на выходе из туннеля.
Чтобы получить оптимальный спектр обтекания в туннельном входе, внутренней стенке туннельного входа между наружной кромкой и внутренней кромкой придана конфигурация, создающая наилучшие из возможных гидродинамические условия течения потока сквозь туннельный вход в туннельный элемент; аналогично - когда вода течет в противоположном направлении из туннельного элемента сквозь туннельный вход. Такой оптимальный спектр обтекания при течении воды в туннель или из туннеля может быть получен, если внутренней стенке туннельного входа между наружной кромкой и внутренней кромкой придана криволинейная конфигурация. Форма внутренней стенки туннельного входа, создающая оптимальные условия течения воды сквозь данный туннельный вход, может быть довольно легко рассчитана специалистом в каждом конкретном случае с помощью подходящих компьютерных программ. Компьютерные программы для расчетов такого рода имеются в свободной продаже на рынке.
В одном из вариантов осуществления туннельного входа предусмотрено усиление на наружной стороне туннельного входа, идущее по всей периферии туннельного входа. Это усиление предпочтительно выполнено в виде волн, в гребнях которых толщина материала в радиальном направлении туннельного входа максимальна, но, разумеется, усиление может иметь и другую форму. Так, например, другой возможностью является сплошное усиление по всей периферии туннельного входа.
Если туннельный вход выполнен с волнистыми усилениями, ребра гребней волн усиления туннельного входа могут быть опционно выполнены так, чтобы они были существенно параллельны продольной центральной оси туннельного входа. Но, разумеется, можно также выполнить ребра усиления так, чтобы они шли под углом к продольной центральной оси туннельного входа, если такая конфигурация желательна, например, по конструктивным соображениям.
Гребни волн волнистого усиления предпочтительно снабжаются сквозными отверстиями для крепежных средств, чтобы можно было соединить туннельный вход с туннельным элементом и узлом движителя или, опционно, непосредственно с корпусом судна. Эти отверстия предпочтительно располагаются так, чтобы они были существенно параллельны центральной оси туннельного входа, но, разумеется, могут располагаться и под углом к центральной оси туннельного входа, если такая конфигурация желательна, например, по конструктивным соображениям.
Альтернативой использования отделяемого туннельного входа является такое формирование боковины собственно узла движителя, обращенной вовне от туннеля, чтобы она создавала оптимальные гидродинамические условия течения воды в туннель и движитель или из туннеля и движителя. Эта боковина узла движителя образует в таком случае вход в туннель, в котором располагается узел движителя.
Предлагается также способ монтажа и демонтажа узла движителя, являющегося частью двигателя судна, причем двигатель включает, по меньшей мере, один узел движителя и, по меньшей мере, один туннельный элемент. Далее, судно включает корпус со сквозным туннелем, в котором туннельный элемент, по меньшей мере, частично образует часть туннеля, когда туннельный элемент установлен в корпусе. Когда узел движителя должен быть смонтирован с туннельным элементом, выполняются следующие шаги: узел движителя вдвигают существенно по оси в туннельный элемент через одно из отверстий туннельного элемента до того места в туннельном элементе, где узел движителя должен быть смонтирован; соединяют узел движителя с туннельным элементом с помощью взаимодействующих крепежных устройств узла движителя и туннельного элемента.
Если узел движителя, смонтированный в туннельном элементе, должен быть демонтирован, выполняются следующие шаги: отсоединяют узел движителя от туннельного элемента, для чего снимают взаимодействующие крепежные устройства, которые крепят узел движителя к туннельному элементу, и выдвигают узел движителя из туннельного элемента существенно по его оси через одно из отверстий туннельного элемента.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения предусмотрен узел движителя, оснащенный, по меньшей мере, одним первым крепежным устройством, и туннельный элемент, оснащенный, по меньшей мере, одним вторым крепежным устройством, причем эти, по меньшей мере, одно первое и, по меньшей мере, одно второе крепежные устройства являются крепежными устройствами взаимодополняющих форм.
Альтернативно, первое крепежное устройство, как описано выше, может включать скобу, которая выполнена с выступающим крепежным элементом, в то время как второе крепежное устройство может включать полость, имеющую внутреннюю стенку, причем выступающий крепежный элемент и полость имеют взаимодополняющие формы. При монтаже узла движителя в туннельном элементе в полости предпочтительно размещается кольцевой опорный элемент, причем до того, как в кольцевой опорный элемент будет помещен выступающий крепежный элемент. Затем узел движителя вдвигают в туннель, пока он не достигнет скобы или предпочтительно скоб, размещенных в соответствующих полостях в туннельном элементе. После чего узел движителя съемно крепится к скобам с помощью подходящих крепежных средств, например, болтов, винтов и т.п.
Для этого скоба может быть выполнена со сквозными отверстиями под один или несколько болтов, которые могут быть ввинчены в соответствующие резьбовые отверстия в туннельном элементе.
Скобы могут быть прикреплены к туннельному элементу, например, с помощью листового элемента, окружающего выступающий крепежный элемент и имеющего радиальную протяженность, превосходящую диаметр полости или поперечное сечение полости, если поперечное сечение полости некруговое. Далее, этот листовой элемент может быть выполнен с отверстиями под болты, винты и т.п., которые могут быть ввинчены в резьбовые отверстия в туннельном элементе. Когда листовой элемент привинчен к туннельному элементу, этот листовой элемент располагается так, чтобы зажимать выступающий крепежный элемент внутри полости и удерживать его там.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения туннельный вход крепится к узлу движителя или туннельному элементу после того, как узел движителя введен и неподвижно прикреплен к крепежным средствам туннельного элемента. Туннельный вход предпочтительно выполнен так, чтобы создавался оптимально благоприятный режим течения на входе или выходе туннеля в корпусе.
Таким образом, узел движителя легко может быть вдвинут в туннель в корпусе судна и прикреплен к туннельному элементу и, опционно, впоследствии легко отсоединен от туннельного элемента и выдвинут из туннеля в корпусе судна.
Аналогично, туннельный вход, который опционно крепится к узлу движителя или к туннельному элементу, демонтируется до того, как узел движителя отсоединяется от туннельного элемента и выдвигается из туннельного элемента.
Краткое описание графических материалов
Ниже подробно описывается неограничивающий вариант осуществления настоящего изобретения со ссылкой на сопроводительные фигуры, на которых представлены:
Фиг.1 представляет в аксонометрической проекции узел движителя согласно настоящему изобретению.
Фиг.2 представляет в аксонометрической проекции туннельный элемент согласно настоящему изобретению.
Фиг.3 представляет разрез по А-А, как показано на Фиг.4.
Фиг.4 показывает вид спереди туннельного элемента.
Фиг.5 представляет в аксонометрической проекции туннельный вход.
Фиг.6 представляет вид сзади туннельного входа.
Фиг.7 представляет разрез по В-В, как показано на Фиг.6.
Фиг.8 представляет вид спереди туннельного входа.
Фиг.9 представляет вариант осуществления крепежных устройств в туннельном элементе.
Фиг.10 представляет вариант осуществления крепежных устройств при смонтированном в туннельном элементе узле движителя.
Осуществление изобретения
Фиг.1 показывает узел движителя согласно настоящему изобретению. Ниже описывается один вариант осуществления настоящего изобретения, который не должен рассматриваться как ограничивающий настоящее изобретение.
На Фиг.1-4 показан узел движителя 12, являющийся частью двигателя, предназначенного для использования в корпусе судна. Конкретнее, двигатель сконструирован для размещения в сквозном туннеле в корпусе судна. Опционно двигатель может образовывать весь сквозной туннель в корпусе судна.
Двигатель включает узел движителя 12 и туннельный элемент 14. Туннельный элемент 14 неподвижно закреплен в корпусе судна так, что образует часть сквозного туннеля или, если сквозной туннель короткий, туннельный элемент 14 может образовывать весь туннель.
Узел движителя 12 включает винт с винтовыми лопастями 34, прикрепленными к втулке 32 винта, и внутреннее кольцо 40 винта на наружных кромках 35 винтовых лопастей. Наружное кольцо 41 винта окружает внутреннее кольцо 40 винта. Внутреннее кольцо 40 винта размещено так, чтобы оно могло вращаться относительно наружного кольца 41 винта. В альтернативном варианте туннельный элемент 14 выполнен с вращающимся кольцом так, что узел движителя включает уже только одно кольцо. Это одно кольцо включает первое крепежное устройство 16, а внешние кромки 35 лопастей винта прикреплены к внутренней поверхности кольца.
Далее, внутреннее кольцо 40 винта или наружное кольцо 41 винта оснащено первым крепежным устройством 16, включающим первую соединительную поверхность 26. Туннельный элемент 14 оснащен соответствующим крепежным устройством 17, включающим вторую соединительную поверхность 27. Первая соединительная поверхность 26 и вторая соединительная поверхность 27 сконструированы так, чтобы их можно было состыковать друг с другом и соединить вместе.
Для этого, т.е. для соединения друг с другом первой и второй соединительных поверхностей, в первом крепежном устройстве предусмотрены отверстия 36, а во втором крепежном устройстве 17 предусмотрены соответствующие отверстия 37. Для крепления узла движителя 12 к туннельному элементу 14 могут затем использоваться такие крепежные средства, как болты, винты и т.п.Таким образом, узел движителя легко может быть смонтирован, а позднее, при необходимости, демонтирован с туннельного элемента 14.
Возможно также оборудовать конец сквозного туннеля, предусмотрев на конце, сквозь который узел движителя 12 вводится в туннельный элемент 14, туннельный вход 45. Пример такого туннельного входа представлен на Фиг.5-8.
Туннельный вход 45 включает внутреннюю стенку 47, которая частично обращена внутрь к центральной оси туннельного входа, наружную стенку 48, внутреннюю кромку 50, которая в сборе упирается в туннельный элемент 14, в узел движителя 12 или в корпус судна, и наружную кромку.
Внутренняя стенка 47 выполнена так, чтобы создавался оптимально благоприятный режим течения воды, втекающей в сквозной туннель в корпусе судна. Внутренняя стенка предпочтительно имеет в сечении изогнутую форму,  если смотреть разрез туннельного входа 45, перпендикулярный центральной оси туннельного входа, как ясно показано на Фиг.7.
Наружная стенка 48 выполнена с усилениями 52 по всей периферии туннельного входа 45. В варианте осуществления, показанном на фиг., эти усиления 52 образуют волнистое усиление по всей периферии туннельного элемента. Волнистые усиления 52 включают гребни 53 волн, образующие ребра 55 волн, в которых радиальная толщина туннельного элемента максимальна.
Усиления 52 предпочтительно снабжены отверстиями 56, чтобы можно было смонтировать  и, опционно, впоследствии демонтировать  туннельный вход 45 с туннельным элементом 14, или узлом движителя 12, или, опционно, в корпусе судна с помощью крепежных средств, например болтов, винтов и т.п.
Благодаря этому изобретению, в котором туннельный элемент 14 и узел движителя 12 выполнены так, что узел движителя может быть введен по оси в туннельный элемент 14, и в котором туннельный элемент 14 и узел движителя 12 оснащены соответствующими крепежными устройствами 16, 17, узел движителя 12 легко может быть прикреплен к туннельному элементу 14 и, опционно, впоследствии отсоединен от туннельного элемента 14. Кроме того, туннельный вход 45, адаптированный к конкретному двигателю, может быть смонтирован  и, опционно, впоследствии демонтирован  с двигателем или корпусом судна так, чтобы создавать оптимальные условия течения воды, втекающей в сквозной туннель в корпусе судна или вытекающей из туннеля.
На Фиг.9 и 10 представлен альтернативный вариант крепления узла движителя 12 к туннельному элементу 14. На Фиг.9 туннельный элемент 14 показан со скобами 60, смонтированными в полостях туннельного элемента 14. Скобы 60 съемно прикреплены к узлу движителя 12, предпочтительно с помощью болтов, винтов или аналогичных крепежных средств. Следует заметить, что на Фиг.9 показана только та часть узла движителя 12, к которой прикреплены скобы 60.
На Фиг.10 более детально показана скоба 60 и крепление узла движителя 12 к туннельному элементу 14. В туннельном элементе 14 имеется полость 58. В полости 58 предпочтительно располагается кольцевой опорный элемент 63, который может иметь переменную жесткость. Между кольцевым опорным элементом 63 и полостью 58 может быть помещена кольцевая литая деталь 65. Скоба 60 выполнена с выступающим крепежным элементом 61, размещенным в кольцевом опорном элементе 63. Скоба 60, далее, крепится к узлу движителя 12 болтами 67. Таким образом, узел движителя 12 легко может быть смонтирован в туннельном элементе 14 посредством вдвигания узла движителя 12 внутрь, пока он не достигнет скоб 60, расположенных в туннельном элементе 14, и затем креплением узла к скобам болтами. Если позднее, в связи с техобслуживанием или заменой, потребуется демонтировать узел движителя, для этого нужно будет лишь снять болты 67 и выдвинуть узел движителя 12 из туннельного элемента и из туннеля. Для выполнения такой операции не потребуется заходить в док, и предлагаемая конструкция значительно проще традиционной, в которой узел движителя является составной частью пропульсивной установки и требуется выполнить большой объем работ в ее конструкции, чтобы можно было вынуть узел движителя.