ВИНТОРУЛЕВАЯ КОЛОНКА СУДНА
SHIP'S STEERABLE PROPELLER

Область изобретения
Настоящее изобретение относится к винторулевой колонке судна согласно ограничительной части п. 1 формулы изобретения.
Воздушное охлаждение мощных электродвигателей винторулевой колонки требует больших установок воздушного охлаждения, которые, кроме того, должны дублироваться для обеспечения резервирования. Кроме того, необходимые каналы для охлаждающего воздуха, проходящие вокруг статора, увеличивают диаметр корпуса винторулевой колонки и структура корпуса двигателя усложняется. Увеличенный диаметр повышает сопротивление корпуса и снижает гидродинамическую эффективность. В винторулевых колонках, поворотно прикрепленных к судну с помощью опорно-поворотного подшипника и которые содержат контактные кольца между силовой установкой в корпусе судна и электродвигателем привода винта в винторулевой колонке для подачи электроэнергии от этой силовой установки на электродвигатель, охлаждающий воздух в винторулевых колонках проходит через контактное кольцо между корпусом судна и винторулевой колонкой, что приводит к возникновению двух проблем: 1) нужны фильтры, чтобы угольная пыль, источником которой является контактное кольцо, не попадала в электродвигатель, и 2) возможное загрязнение контактного кольца маслом, присутствующим в охлаждающем воздухе и попадающим в него из подшипников вала винта в случае протечки масляных уплотнений.
Непосредственное охлаждение морской водой не является эффективным способом охлаждения асинхронных электродвигателей из-за потерь на роторе. Поэтому часто используются дорогие синхронные электродвигатели с возбуждением постоянными магнитами.
Известны различные охлаждающие устройства.
В US 5,403,216 раскрывается пропульсивная установка для судна большой мощности или подобного, содержащая подводное приводное устройство, соединенное с возможностью поворота на по существу вертикальном трубчатом валу, шейка которого закреплена в судне. Приводное устройство и трубчатый вал определяют полый кожух, охватывающий ходовой двигатель, соединенный с валом винта, соединенным с винтом, расположенным за пределами кожуха. Кожух изнутри поддерживается несколькими в основном вертикальными стенками, которые предназначены для работы (в комбинации) как элементы, повышающие структурную жесткость кожуха и поддерживающие его, как элементы крепящие ходовой двигатель на месте относительно кожуха, как элементы, передающие на кожух реактивные силы в ответ на момент, создаваемый ходовым двигателем, и как элементы каналов для входящего и выходящего газообразного хладагента для ходового двигателя.
В US 6,935,907 В2 представлена винторулевая колонка, содержащая корпус и сборочный узел, так называемое "гнездо" для размещения винторулевой колонки, при этом гнездо имеет нижнюю часть и верхнюю часть, а также основание ля установки корпуса винторулевой колонки, который содержит нижнюю часть корпуса для размещения ходовой установки, промежуточную часть, содержащую каналы, и верхнюю часть, фиксированно соединенную с рулевым двигателем, при этом к основанию должен крепиться зубчатый венец. В гнезде установлена система охлаждения, имеющая по меньшей мере один вентилятор.
В US 6,994,602 В2 представлена судовая пропульсивная установка, содержащая по меньшей мере один гребной винт, по меньшей мере один электродвигатель, приводящий этот по меньшей мере один гребной винт, и инверторная система подачи питания, которая подает электроэнергию на по меньшей мере один электродвигатель. Система подачи питания содержит по меньшей мере одну приводную машину и по меньшей мере один генератор, приводимый этой приводной машиной. Этот по меньшей мере один электродвигатель и по меньшей мере один генератор выполнены как трехфазные синхронные машины. Для снижения потерь на киловатт установленной мощности и для получения, в результате, более мощного возбуждающего поля в обмотках статора, этот по меньшей мере один электродвигатель, выполненный как трехфазная синхронная машина, и/или по меньшей мере один генератор, выполненный как трехфазная синхронная машина, системы подачи питания, снабжен (снабжены) трехфазной обмоткой с воздушными зазорами без пазов. Пучок проводников обмотки изготовлен из изолированной тонкой медной проволоки, расположенной в кольцевом зазоре между ротором и железным многослойным ярмом, а трехфазная обмотка с воздушными зазорами усилена пластиковыми структурами и/или внедрена в смолу или пропитана смолой, и с ней соединено соответствующее охлаждающее устройство, посредством которого выделяющаяся теплота рассеивается в этом охлаждающем устройстве.
Задача изобретения
Задачей настоящего изобретения является создание винторулевой колонки судна, имеющей эффективное охлаждающее устройство.
Краткое описание изобретения
Винторулевая колонка судна по настоящему изобретению определена в независимом пункте 1 формулы.
Предпочтительные варианты винторулевой колонки судна определены в зависимых пунктах формулы.
Предпочтительный вариант винторулевой колонки содержит корпус, расположенный по меньшей мере частично под корпусом судна. Этот предпочтительный вариант винторулевой колонки содержит ходовой электродвигатель в моторной гондоле корпуса винторулевой колонки для вращения по меньшей мере одного винта. В этом предпочтительном варианте винторулевой колонки ходовой электродвигатель имеет ротор, статор, кольцевой зазор между ротором и статором, и газовые каналы, проходящие через ротор. В этом предпочтительном варианте винторулевой колонки винторулевая колонка содержит замкнутый контур газового охлаждения, в котором кольцевой зазор между ротором и статором и газовые каналы, проходящие через ротор, образуют часть замкнутого контура газового охлаждения. В этом предпочтительном варианте винторулевой колонки винторулевая колонка содержит вентилятор для циркуляции газа, например воздуха, в замкнутом контуре газового охлаждения. В этом предпочтительном варианте винторулевой колонки корпус винторулевой колонки содержит секцию стойки, расположенной между корпусом судна и моторной гондолой. В этом предпочтительном варианте винторулевой колонки винторулевая колонка содержит по меньшей мере один газожидкостный теплообменник, расположенный в замкнутом контуре газового охлаждения для обмена тепловой энергией между газом, текущим в замкнутом контуре газового охлаждения, и жидкостью, циркулирующей в по меньшей мере одном контуре охлаждающей жидкости. В этом предпочтительном варианте винторулевой колонки статор ходового электродвигателя установлен, например, с плотной посадкой, с посадкой по форме или с посадкой с натягом в трубчатой части моторной гондолы корпуса винторулевой колонки. В этом предпочтительном варианте винторулевой колонки трубчатая часть моторной гондолы имеет периферийную внешнюю поверхность, которая образует часть внешней поверхность корпуса винторулевой колонки так, что через статор ходовой электродвигатель охлаждается водой, окружающей по меньшей мере периферийную часть периферийной внешней поверхности трубчатой части моторной гондолы через стенку трубчатой части моторной гондолы. В этом предпочтительном варианте винторулевой колонки моторная гондола соединена с секцией стойки с помощью первой соединительной секции и второй соединительной секции стойки, при этом первая соединительная секция и вторая соединительная секция стойки расположены на расстоянии друг от друга так, чтобы образовать отверстие между первой соединительной секцией и второй соединительной секцией стойки и периферийной внешней поверхностью трубчатой части моторной гондолы, чтобы по меньшей мере часть этой периферийной секции периферийной внешней поверхности трубчатой секции моторной гондолы была расположена в этом отверстии.
Краткое описание чертежей
Ниже следует более подробное описание изобретения со ссылками на приложенные чертежи, где:
Фиг. 1 - иллюстрация принципа работы системы охлаждения винторулевой колонки по первому варианту изобретения.
Фиг. 2 - другой вид части винторулевой колонки по фиг. 1.
Фиг. 3 - принцип работы системы охлаждения винторулевой колонки по второму варианту.
Фиг. 4 - принцип работы системы охлаждения винторулевой колонки по третьему варианту.
Фиг. 5 - принцип работы системы охлаждения винторулевой колонки по четвертому варианту.
Фиг. 6 - принцип работы системы охлаждения винторулевой колонки по пятому варианту.
Фиг. 7 - принцип работы системы охлаждения винторулевой колонки по шестому варианту.
Фиг. 8 - принцип работы системы охлаждения винторулевой колонки по седьмому варианту.
Подробное описание изобретения
На фиг. 1 показан пример варианта винторулевой колонки судна.
Винторулевая колонка содержит корпус 1, расположенный по меньшей мере частично под корпусом 2 судна (судно не обозначено ссылочной позицией).
Винторулевая колонка содержит ходовой электродвигатель 3, расположенный в моторной гондоле 4 корпуса 1 винторулевой колонки для вращения по меньшей мере одного гребного винта 5.
Ходовой электродвигатель 3 имеет ротор 6, статор 7, кольцевой зазор 8 между ротором 6 и статором 7 и газовые каналы 9, проходящие через ротор 6.
Винторулевая колонка содержит замкнутый контур 10 газового охлаждения, в котором кольцевой зазор 8 между ротором 6 и статором 7 и газовые каналы 9, проходящие через ротор 6, образуют часть замкнутого контура 10 газового охлаждения.
Винторулевая колонка содержит по меньшей мере один вентилятор для циркуляции газа, например воздуха, в замкнутом контуре 10 газового охлаждения.
Корпус 1 винторулевой колонки содержит секцию 12 стойки, расположенную между корпусом 2 судна и моторной гондолой 4.
Винторулевая колонка может содержать газожидкостный теплообменник 13, расположенный в замкнутом контуре 10 газового охлаждения между подающим каналом 27 и отводящим каналом 28 для обмена тепловой энергией между газом, текущим по замкнутому контуру 10 газового охлаждения, и жидкостью, циркулирующей в по меньшей мере одном контуре 14 охлаждающей жидкости.
Ротор 6 ходового электродвигателя 3 предпочтительно, но не обязательно имеет два противоположных торца 16 ротора и газовые каналы 9 в роторе проходят предпочтительно, но не обязательно, в направлении оси вращения ротора 6 ходового электродвигателя 3 между этими двумя противоположными торцами 16 ротора 6 ходового электродвигателя 3.
Контур 14 охлаждающей жидкости может быть замкнутым контуром охлаждающей жидкости. Замкнутый контур охлаждающей жидкости может быть частью замкнутой жидкостной охлаждающей системы судна.
Жидкость, циркулирующая в замкнутом контуре 14 охлаждающей жидкости, может быть морской водой и контур 14 охлаждающей жидкости может быть открытым контуром охлаждающей жидкости так, чтобы контур 14 охлаждающей жидкости имел по меньшей мере один впуск (не показан на чертежах), для поступления морской воды в контур 14 охлаждающей жидкости и по меньшей мере один выпуск (не показан на чертежах) для выпуска морской воды из контура 14 охлаждающей жидкости.
Вентилятор 11 и факультативный газожидкостный теплообменник 13 могут быть частями независимого охлаждающего устройства 17. Это независимое охлаждающее устройство 17 может быть расположено вне корпуса 1 винторулевой колонки и в корпусе 2 судна, как показано на фиг. 2. Винторулевая колонка может содержать множество таких независимых охлаждающих устройств 17.
Статор 7 ходового электродвигателя 3 установлен, например, с плотной посадкой, с посадкой по форме или с посадкой с натягом и дополнительно приклеен в трубчатой части 18 моторной гондолы 4 винторулевой колонки. В таком случае трубчатая секция 18 моторной гондолы 4 имеет периферийную внешнюю поверхность 19, которая образует часть внешней поверхности корпуса 1 винторулевой колонки так, что статор 7 ходового электродвигателя 3 охлаждается водой, окружающей трубчатую секцию 18 моторной гондолы 4 через стенку (не обозначена ссылочной позицией) этой трубчатой секции 18 моторной гондолы 4.
Моторная гондола 4 может быть соединена с секцией 12 стойки с помощью первой соединительной секции 20а и второй соединительной секции 20b секции 12 стойки, при этом эти две соединительные секции 20 секции 12 стойки расположены на расстоянии друг от друга так, чтобы между первой соединительной секцией 20а и второй соединительной секцией 20b секции 12 стойки и периферийной внешней поверхностью 19 трубчатой секции 18 моторной гондолы 4 образовалось отверстие 21, так, чтобы по меньшей мере часть периферийной секции периферийной внешней поверхности 19 трубчатой секции 18 моторной гондолы 4 находилась в этом отверстии 21. Альтернативно, моторная гондола 4 может быть соединена с секцией 12 стойки с помощью первой соединительной секции 20а и второй соединительной секции 20b секции 12 стойки, при этом первая соединительная секция 20а и вторая соединительная секция 20b секции 12 стойки расположены на расстоянии друг от друга так, чтобы отверстие 21 образовалось между первой соединительной секцией 20а и второй соединительной секцией 20b секции 12 стойки и периферийной внешней поверхностью 19 трубчатой секции 18 моторной гондолы 4 и нижней поверхностью 22 секции 12 стойки так, чтобы по меньшей мере часть периферийной секции периферийной внешней поверхности 18 моторной гондолы 4 находилась в этом отверстии 21. Такое отверстие 21 может проходить по меньшей мере на 50%, предпочтительно 75%, более предпочтительно 90-110% длины статора 7 ходового электродвигателя 3. Если моторная гондола 4 должна соединяться с секцией 12 стойки с помощью первой соединительной секции 20а и второй соединительной секции 20b секции 12 стойки, часть подающего канала 27 замкнутого контура 10 газового охлаждения может проходить в первой соединительной секции 20а, а часть отводящего канала 28 замкнутого контура 10 газового охлаждения может проходить во второй соединительной секции 20b.
Винторулевая колонка может содержать первый датчик 23 температуры для измерения температуры газа, текущего по замкнутому контуру 10 газового охлаждения после ходового электродвигателя 3 по потоку и перед газожидкостным теплообменником 13 по потоку, если винторулевая колонка оснащена газожидкостным теплообменником 13, и второй датчик 24 температуры для измерения температуры газа, текущего в замкнутом контуре 10 газового охлаждения перед ходовым электродвигателем 3 по потоку и после газожидкостного теплообменника 13 по потоку, если винторулевая колонка оснащена газожидкостным теплообменником 13.
Факультативный газожидкостный теплообменник 13, предпочтительно, но не обязательно, имеет двухтрубную конструкцию, чтобы минимизировать риск утечки охлаждающей жидкости за пределы газожидкостного теплообменника 13.
Винторулевая колонка может содержать датчик утечки (не показан на чертежах) для выдачи информации о возможной утечке охлаждающей жидкости в факультативном газожидкостном теплообменнике 13, соединенном с контуром 14 охлаждающей жидкости.
Винторулевая колонка может содержать датчик влажности (не показан на чертежах) для измерения влажности газа, текущего в замкнутом контуре 10 газового охлаждения перед ходовым электродвигателем 3 по потоку и после газожидкостного теплообменника 13 по потоку, если винторулевая колонка оснащена газожидкостным теплообменником 13.
Винторулевая колонка может содержать третий датчик температуры для измерения температуры жидкости, циркулирующей в этом по меньшей мере одном контуре охлаждения.
Винторулевая колонка может содержать управляющее средство для управления вентилятором 11 на основе температуры ходового электродвигателя 3.
Винторулевая колонка может содержать управляющее средство для управления вентилятором 11 на основе мощности, развиваемой ходовым электродвигателем 3.
Вентилятор 11 может быть расположен в корпусе 2 судна.
Факультативный газожидкостный теплообменник 13 может быть установлен в корпусе 2 судна.
Секция 12 стойки корпуса 1 винторулевой колонки может быть прикреплена к судну с помощь опорно-поворотного подшипника 25 для обеспечения возможности поворота корпуса 1 винторулевой колонки относительно корпуса 2 судна, как показано на фиг. 1-7. В этом случае винторулевая колонка содержит контактное кольцо 26 между силовой установкой 36 в корпусе 2 судна и ходовым электродвигателем 3 в корпусе 1 винторулевой колонки для подачи электроэнергии от силовой установки 36 на ходовой электродвигатель 3. В этом случае винторулевая колонка содержит электрические провода 39 между контактным кольцом 26 и ходовым электродвигателем 3 в корпусе 1 колонки.
Альтернативно, секция 12 стойки корпуса 1 винторулевой колонки может быть прикреплена к судну так, чтобы корпус 1 винторулевой колонки не имел возможности поворачиваться относительно корпуса, т.е. винторулевая колонка не была поворотной, как, например, в седьмом варианте по фиг. 8.
Замкнутый контур 10 газового охлаждения содержит подающий канал 27 и отводящий канал 28 для направления газа между корпусом 1 винторулевой колонки и корпусом 2 судна так, что ходовой электродвигатель 3 имеет первый торец 30 двигателя и противоположный второй торец 31 двигателя, и так, что подающий канал 27 проходит между отводящим каналом 28 и первым торцом 30 ходового электродвигателя 3, и так, что отводящий канал 28 проходит между подающим каналом 27 и противоположным вторым торцом 31 ходового электродвигателя 3.
Если винторулевая колонка имеет газожидкостный теплообменник 13, как показано на фиг. 1, 3, 5 и 6, замкнутый контур 10 газового охлаждения содержит подающий канал 27 и отводящий канал 28 для направления газа между корпусом 1 винторулевой колонки и корпусом 2 судна так, что ходовой электродвигатель 3 имеет первый торец 30 электродвигателя и противоположный второй торец 31 электродвигателя, и так, что подающий канал 27 проходит между газожидкостным теплообменником 13 и первым торцом 30 ходового электродвигателя 3, и так, что отводящий канал 28 проходит между газожидкостным теплообменником 13 и противоположным вторым торцом 31 ходового электродвигателя 3. Если секция 12 стойки корпуса 1 винторулевой колонки прикреплена к судну с помощью опорно-поворотного подшипника, описанного выше, и винторулевая колонка содержит контактное кольцо 26, как описано выше, подающий канал 27 и отводящий канал 28 замкнутого контура 10 газового охлаждения предпочтительно, но не обязательно выполнен с возможностью проводить газ мимо контактного кольца 26.
Если секция 12 стойки корпуса 1 винторулевой колонки прикреплена к судну помощью опорно-поворотного подшипника, как описано выше, и винторулевая колонка содержит контактное кольцо 26, как описано выше, контактное кольцо 26 предпочтительно, но не обязательно расположено за пределами замкнутого контура 10 газового охлаждения.
Если секция 12 стойки корпуса 1 винторулевой колонки прикреплена к судну с помощью опорно-поворотного подшипника, как описано выше, и винторулевая колонка содержит контактное кольцо 26, как описано выше, замкнутый контур 10 газового охлаждения может содержать подающий канал 27 и отводящий канал 28 для направления газа мимо контактного кольца, при этом подающий канал 27 может быть расположен внутри отводящего канала 28 на уровне опорно-поворотного подшипника 25, как это имеет место в первом варианте винторулевой колонки, показанном на фиг. 1, и в четвертом варианте винторулевой колонки, показанном на фиг. 5. В первом варианте винторулевой колонки, показанном ан фиг. 1, и в четвертом варианте винторулевой колонки, показанном на фиг. 5, подающий канал 27 содержит трубчатую поворотную секцию 312а подающего канала, которая расположена соосно с опорно-поворотным подшипником 25, который выполнен с возможностью поворота вместе с корпусом 1 винторулевой колонки относительно судна и который уплотнен относительно разделительной стенки 34а. В первом варианте винторулевой колонки, показанном на фиг. 1, и в четвертом варианте винторулевой колонки, показанном на фиг. 5, отводящий канал содержит кольцевую секцию 33а отводящего канала, расположенную соосно с опорно-поворотным подшипником 25 и соосно с трубчатой поворотной секцией 32а подающего канала 27 и которая установлена стационарно относительно судна. В первом варианте винторулевой колонки, показанном ан фиг. 1, и в четвертом варианте винторулевой колонки, показанном на фиг. 5, трубчатая поворотная секция 32 подающего канала 27 и кольцевая секция 33а отводящего канала 28 расположены в области между контактным кольцом 26 и моторной гондолой 4 корпуса 1 винторулевой колонки. В первом варианте винторулевой колонки, показанном на фиг. 1, и в четвертом варианте винторулевой колонки, показанном на фиг. 5, кольцевая секция 33а отводящего канала заканчивается разделительной стенкой 34а, а трубчатая поворотная секция 32а подающего канала имеет по меньшей мере одно отверстие 35 для подачи газа в трубчатую поворотную секцию 32а подающего канала. Первый вариант винторулевой колонки, показанный на фиг. 1, и четвертый вариант винторулевой колонки, показанный на фиг. 5, можно модифицировать, например, так, чтобы трубчатая поворотная секция 32а подающего канала имела некруглую форму сечения, чтобы кольцевая секция 33а отводящего канала имела некруглую форму сечения, и/или чтобы трубчатая поворотная секция 32 подающего канала была расположена асимметрично относительно кольцевой секции 33а отводящего канала и опорно-поворотного подшипника 25.
Если секция 12 стойки винторулевой колонки прикреплена к судну с помощью опорно-поворотного подшипника, как описано выше, и винторулевая колонка содержит контактное кольцо 26, как описано выше, замкнутый контур 10 газового охлаждения может содержать подающий канал 27 и отводящий канал 28 для направления газа мимо контактного кольца, так, чтобы отводящий канал 28 можно было расположить внутри подающего канала 27 на уровне опорно-поворотного подшипника 25, как имеет место во втором варианте винторулевой колонки, показанном на фиг. 3, и в пятом варианте винторулевой колонки, показанном на фиг. 6, во втором варианте винторулевой колонки, показанном на фиг. 3, и в пятом варианте винторулевой колонки, показанном на фиг. 6, подающий канал 27 содержит кольцевую секцию 32b подающего канала, расположенную соосно с опорно-поворотным подшипником 25, которая установлена стационарно относительно судна. Во втором варианте винторулевой колонки, показанном на фиг. 3 и в пятом варианте винторулевой колонки, показанном на фиг. 6, отводящий канал 28 содержит трубчатую поворотную секцию 33b, расположенную соосно с опорно-поворотным подшипником 25 и соосно с кольцевой секцией 32b подающего канала 27, и которая выполнена с возможностью поворачиваться вместе к корпусом 1 винторулевой колонки относительно судна, и которая уплотнена относительно разделительной стенки 34b. Во втором варианте винторулевой колонки, показанном на фиг. 3, и в пятом варианте винторулевой колонки, показанном на фиг. 6, кольцевая секция 32b подающего канала 27 и трубчатая поворотная секция 33b отводящего канала 28 расположены в области между контактным кольцом 26 и моторной гондолой 4 корпуса 1 винторулевой колонки. Во втором варианте винторулевой колонки, показанном на фиг. 3 и в пятом варианте винторулевой колонки, показанном на фиг. 6, кольцевая секция 32b подающего канала заканчивается разделительной стенкой 34b, а трубчатая поворотная секция 33b отводящего канала имеет по меньшей мере одно отверстие 35 для подачи газа из трубчатой поворотной секции 33b отводящего воздухопровода. Второй вариант винторулевой колонки, показанный на фиг. 3 и пятый вариант винторулевой колонки, показанный на фиг. 6, можно модифицировать, например, так, чтобы трубчатая поворотная секция 32b отводящего канала имела некруглое сечение, чтобы кольцевая секция 33b подающего канала имела некруглое сечение, и/или так, чтобы трубчатая поворотная секция 32b отводящего канала была установлена асимметрично относительно кольцевой секции 33b подающего канала и опорного-поворотного подшипника 25, т.е. не соосно с кольцевой секцией 33b подающего канала и с опорно-поворотным подшипником 25.
В вариантах, показанных на фиг. 1, 3, 4, 5, 6, 7 и 8, замкнутый контур 10 газового охлаждения содержит перегородку 37 в корпусе винторулевой колонки, отделяющую подающий канал 27 от отводящего канала 28.
Замкнутый контур 10 газового охлаждения может быть термически соединен со стенкой секции 12 стойки корпуса 1 винторулевой колонки.
Винторулевая колонка может содержать дополнительный вентилятор (не показан на чертежах) для циркуляции газа в замкнутом контуре 10 газового охлаждения, при этом такой дополнительный вентилятор выполнен с возможностью включаться автоматически при отказе первичного вентилятора 11.
Винторулевая колонка, как в третьем варианте, показанном на фиг. 4, и в шестом варианте, показанном на фиг. 7, может содержать ребра 38 охлаждения, расположенные в замкнутом контуре 10 газового охлаждения и прикрепленные к корпусу 1 винторулевой колонки для обмена тепловой энергией между газом, текущим в замкнутом контуре 10 газового охлаждения, и водой, окружающей корпус 1 винторулевой колонки.
Ходовой электродвигатель 3 может быть синхронным электродвигателем или асинхронным электродвигателем.
Специалистам понятно, что по мере развития технологии основная идея изобретения может быть реализована разными способами. Настоящее изобретение и его варианты, таким образом, не ограничиваются вышеописанными вариантами, которые могут меняться в рамках объема, определяемого формулой изобретения.