РЕВЕРСИВНО-РУЛЕВОЕ УСТРОЙСТВО ВОДОМЕТНОГО ДВИЖИТЕЛЯ
REVERSE-STEERING DEVICE OF WATER-JET PROPELLER

Изобретение относится к области судостроения, в частности к реверсивно-рулевым устройствам судов с водометными движителями.
Известны реверсивно-рулевые устройства (РРУ) для судов с водометными движителями, предназначенные для обеспечения судну заднего хода, управляемости на заднем ходу и без хода при работающем водометном движителе, например, изобретения по патентам RU 2436706 С2 от 28.05.2009 г., RU 2534500 С1 от 01.04.2013 г., RU 2459741 С1 от 14.01.2011 г., RU 2584039 С1 от 25.12.2014 г.
Однако в представленных реверсивно-рулевых устройствах имеются свойственные им недостатки.
В патенте RU 2436706 С2 от 28.05.2009 г. недостатками являются сложность конструкции и отсутствие мнемонического управления судном по курсу на заднем ходу.
Сложность конструкции обусловлена применением поворотного сопла в качестве органа управления по курсу, а также применением поворотной, на поперечной оси, реверсивной заслонки с большими габаритами и сложной конфигурацией.
В патенте RU 2534500 С1 от 01.04.2013 г. конструкция РРУ упрощена за счет применения двух вертикальных синхронных рулей за соплом движителя вместо поворотного сопла, а также упрощена и уменьшена по габаритам реверсивная заслонка. Уменьшение габаритов реверсивной заслонки достигнуто за счет того, что вертикальные рули в компоновке РРУ расположены внутри реверсивной заслонки (смотри Рис. 1 патента RU 2534500 С1). Однако, в патенте RU 2534500 С1 реверсивно-рулевое устройство остается все же сложным и в нем отсутствует мнемоническое управление судном по курсу на заднем ходу.
В приведенных патентах RU 2436706 С2 и RU 2534500 С1 отсутствие мнемоники при управлении курсом на заднем ходу объясняется тем, что при повороте сопла (вертикальных рулей), например, на левый борт, поток воды из сопла отклоняется влево и, истекая из левого бокового окна реверсивной заслонки, создает реактивную силу, отклоняющую судно вправо, что усложняет управление на заднем ходу, так как при повороте органа управления влево судно поворачивает вправо.
Аналог предлагаемому реверсивно-рулевому устройству по патенту RU 2459741 С1 имеет следующие недостатки:
- сложность изготовления поворотных заслонок, имеющих коническую форму;
- сложность механизма смыкания и поворота захлопок, осуществляемых с помощью соосных цилиндрических втулок с тягами, проушинами и шатунами;
- низкая надежность механизма поворота захлопок ввиду большого количества деталей, находящихся в постоянном напряженном взаимодействии при работе реверсивно-рулевого устройства;
- низкая эффективность при управлении курсом на заднем ходу, так как выброс воды из реверсивной заслонки производится в носовую часть под острым углом к диаметральной плоскости (ДП) водометного движителя, а боковую силу для управления по курсу создает только нижняя часть этого потока воды, поскольку верхняя часть потока попадает на транец судна и его энергия теряется.
Положительным эффектом РРУ по патенту RU 2459741 С1 является наличие мнемонического управления по курсу на заднем ходу.
Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является реверсивно-рулевое устройство по патенту RU 2584039 С1, в котором реализовано мнемоническое управление по курсу на заднем ходу. Указанное изобретение принято за прототип. Однако реверсивно-рулевое устройство прототипа сложно по конструкции и технологии изготовления и имеет большие массогабаритные характеристики. Ввиду необходимости шарнирного соединения рулей с закрылками и применения большого количества рычагов и тяг в механизмах приводов рулевого устройства понижена надежность РРУ - прототипа.
Задачей настоящего изобретения является устранение отмеченных недостатков.
Решение указанной задачи достигается следующим образом. В заявляемом изобретении реверсирование осуществляется с помощью двух вертикальных синхронных рулей, установленных за соплом водометного движителя по боковым краям его обечайки. При этом на нижних торцах рулей имеются наклонные гидродинамические шайбы со стороны диаметральной плоскости движителя, а в нижней части сопла установлен козырек, являющийся продолжением сопла в корму.
В отличие от прототипа в заявляемом изобретении на рулях отсутствуют закрылки и, соответственно отсутствуют рычаги для поворота закрылков относительно рулей в определенной пропорции углов поворота.
Исключение закрылков из РРУ существенно упрощает конструкцию, массогабаритные характеристики и повышает надежность работы.
Сущность изобретения заключается в том, что по сигналам от системы управления курсом рули могут отклоняться синхронно влево, вправо или в противоположные стороны. При установке обоих рулей, с помощью системы управления курсом, отклоненными к ДП движителя со смыканием их кормовых кромок или с некоторым зазором между ними сформировывается реверсивная заслонка.
Технический результат при реализации изобретения состоит в следующем:
- в упрощении конструкции РРУ;
- в уменьшении массогабаритных характеристик РРУ;
- в повышении надежности работы РРУ;
- в повышении безопасности плавания при управлении судном на заднем ходу.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
Фиг. 1 - вид сбоку РРУ,
Фиг. 2 - вид А на Фиг. 1,
Фиг. 3 - сечение Б-Б на Фиг. 1,
Фиг. 4 - сечения В-В на Фиг. 1, где показано нулевое положение рулей и штрихточками показано положение рулей при предельном отклонении к ДП движителя, до смыкания кормовых кромок, при реверсировании без управления по курсу,
Фиг. 5 - сечение Д-Д на Фиг. 4.
Фиг. 6 - сечение В-В на Фиг. 1, где показано положение рулей при управлении по курсу на переднем ходу,
Фиг. 7 - сечение В-В на Фиг. 1, где показано положение рулей при реверсировании и управлении по курсу на заднем ходу.
Фиг. 8 - сечение В-В на Фиг. 1, где показано положение рулей, отклоненных к ДП движителя в промежуточное положение для режима «стоп», то есть при работающем движителе судно не имеет ход.
В соответствии с настоящим изобретением реверсивно-рулевое устройство установлено за соплом 1 водометного движителя и состоит из двух синхронных рулей 2, расположенных вертикально и симметрично по обе стороны от ДП водометного движителя на расстоянии L=0,65-1,0R, где R - радиус сопла водометного движителя.
Рули 2 в верхней части закреплены к коробчатой раме 3 с помощью баллеров 7, а в нижней части закреплены с помощью обухов 5 к соплу 1 водометного движителя (смотри Фиг. 1 и 2). При этом в коробчатой раме 3 и на обухах 5 установлены шарнирные опоры 6 для осуществления поворота рулей.
Баллеры 7 рулей 2 проходят внутрь корпуса судна через сальниковые уплотнения 8.
Верхние концы баллеров рулей соединены с зубчатыми приводами: 9 - для правого руля и 10 - для левого руля. Зубчатые привода 9 и 10 сочленены со штоками рулевых гидроцилиндров 11 и 12 соответственно для обеспечения поворота правого и левого рулей.
Зубчатые привода предназначены для преобразования поступательного движения штоков рулевых гидроцилиндров во вращение баллеров для поворота рулей на значительные углы, требующиеся в предлагаемой конструкции реверсивно-рулевого устройства.
Управление реверсивно-рулевым устройством осуществляется с помощью системы управления курсом (на чертежах не показана) путем синхронного поворота рулей 2 по определенным алгоритмам, которые будут описаны ниже.
р
В режиме реверсирования оба руля синхронно отклоняются к ДП движителя на углы σ=50-60°, обеспечивающие смыкание кормовых кромок рулей левого и правого борта в районе ДП движителя. (Смотри Фиг. 4, показано штрихточками). Так сформировывается кормовая стенка реверсивной заслонки.
На нижнем торце рулей 2 со стороны ДП движителя приварены гидродинамические шайбы 15 с наклоном к низу (смотри Фиг. 1, 2) для формирования нижней части реверсивной заслонки с оптимальным углом выброса потока воды «вниз-вперед» из реверсивной заслонки.
Для формирования нижней части реверсивной заслонки предназначен также козырек 13, приваренный к нижней части сопла 1 в виде его продолжения в корму. Козырек препятствует выходу потока воды вертикально вниз из реверсивной заслонки, и поэтому поток направляется в сечения 14, образуемые с помощью рулей 2, гидродинамических шайб 15 и козырька 13 (смотри Фиг. 2, 4), а также поток направляется в сечение 16, образованное между гидродинамическими шайбами 15 и козырьком 13 (смотри Фиг. 5).
Внутреннее пространство реверсивной заслонки сверху ограничено коробчатой рамой 3 (смотри Фиг. 1, 2 и 3), что не позволяет потоку воды, истекающему из сопла 1 движителя, распространяться вверх и поэтому поток отклоняется вниз, где у него есть выход из реверсивной заслонки в сечениях 14 (смотри Фиг. 2, 4) и в сечении 16 (смотри Фиг. 5).
Коробчатая рама 3 приварена к верхней части сопла 1 с помощью книц 17, которые одновременно являются носовой стенкой реверсивной заслонки и предотвращают утечку потока воды из нее в сторону носа (смотри Фиг. 1 и 2).
Реверсивно-рулевое устройство работает следующим образом.
На судне может быть установлен один или несколько водометных движителей с предлагаемым реверсивно-рулевым устройством.
При движении судна передним ходом от системы управления курсом (на чертежах не показана) подается сигнал на рулевые гидроцилиндры таким образом, чтобы оба руля синхронно отклонялись в сторону одного борта - влево или вправо на заданный угол от нулевого положения.
Известно, что рули, расположенные за соплом движителя, обладают высокой эффективностью.
На Фиг. 6 показано управление по курсу вправо при перекладке рулей на правый борт.
При управлении судном влево, - рули синхронно перекладываются на левый борт.
При реверсировании судна (задний ход) на рулевые гидроцилиндры подаются такие сигналы, чтобы оба руля синхронно отклонились к ДП движителя на углы, обеспечивающие смыкание их кормовых кромок (смотри Фиг. 4, показано штрихточками).
При рассмотрении Фиг. 2 и 4 видно, что внутреннее пространство реверсивной заслонки, сформированное рулями 2 с гидродинамическими шайбами 15, козырьком 13 и сверху ограниченное коробчатой рамой 3, вполне достаточно для осуществления разворота потока воды, истекающего из сопла 1, и для направления потока «вниз-вперед» через сечения 14, обеспечивая реактивную тягу на задний ход. Поток воды истекает также «вниз-вперед» через сечение 16 (смотри Фиг. 5)
На Фиг. 2 и 4 стрелками показано направление потоков воды в реверсивной заслонке при реверсировании судна. На Фиг. 5 стрелкой показан поток истекающий из реверсивной заслонки в нижней части по сечению Д-Д на Фиг. 4.
Иллюстрации дают наглядное представление о создании значительной реактивной тяги на задний ход предлагаемым РРУ, так как отсутствуют нерациональные потоки воды из реверсивной заслонки.
Изменение скорости заднего хода осуществляется как отклонением обоих рулей к ДП движителя, не доводя их кормовые кромки до смыкания, обеспечивая различные значения зазора между ними, так и изменением частоты вращения рабочего колеса водометного движителя.
р
Управление судном по курсу на заднем ходу осуществляется следующим образом. От системы управления курсом при подаче сигнала на задний ход оба руля отклонены до смыкания их кормовых кромок в ДП движителя. Затем по сигналу от системы управления курсом рули дополнительно синхронно отклоняются в одну сторону (влево или вправо). При этом дополнительное отклонение рулей осуществляется на углы до σ=±10°. В итоге положение рулей формирует внутреннее пространство реверсивной заслонки как показано на Фиг. 7, где рули дополнительно отклонены на левый борт. Такое положение рулей обеспечивает эффективное управление на заднем ходу, так как поток воды из реверсивной заслонки вытекает сформированной струей между кормовыми кромками рулей в сторону правого борта и, следовательно, реакция струи создает боковую силу на левый борт. На Фиг. 7 также видно, что в носовой части заслонки между носовыми частями рулей 2 и соплом 1 струи воды, вытекающие из заслонки, на правом борту более массивные чем на левом, вследствие получившейся конфигурации внутреннего пространства реверсивной заслонки. Это увеличивает эффект реактивной силы на левый борт.
Таким образом в приведенном примере Фиг. 7, при дополнительном отклонении рулей 2 на левый борт от их симметричного положения с сомкнутыми кормовыми кромками, судно будет двигаться задним ходом влево.
Это, так называемое мнемоническое управление, в предлагаемом изобретении является преимуществом над большинством существующих РРУ, т.к. повышает удобство управления и безопасность плавания на заднем ходу.
Режим «стоп» предлагаемым РРУ обеспечивается следующим образом. По сигналам от системы управления курсом оба руля устанавливаются к ДП движителя в промежуточное положение, как показано на Фиг. 8. Необходимый угол отклонения рулей зависит от числа оборотов рабочего колеса водометного движителя и назначается индивидуально в каждом конкретном случае так, чтобы скорость судна отсутствовала. При этом струя воды из сопла распределяется взаимным расположением рулей так, что суммарная реакция растекающихся струй к носу и в корму судна равна нулю (смотри Фиг. 8).
Для разворота судна на месте, оба руля дополнительно синхронно отклоняются, но уже в одну сторону (влево или вправо) по сигналам от системы управления курсом. При этом разворот судна на месте будет осуществляться за счет реактивных сил от вытекающих из реверсивного устройства и создающих гидродинамический момент на разворот судна по курсу аналогично показанному на Фиг. 7.
Предлагаемое РРУ обеспечивает эффективное управление судном по курсу на переднем и заднем ходах, управление скоростью судна от переднего хода до заднего (без изменения оборотов движителя), а также маневрирование при отсутствии хода. При этом управление на заднем ходу выполняется с повышенной безопасностью, так как РРУ на режиме заднего хода обеспечивает поворот судна в ту же сторону, что и поворот руля, то есть осуществляется мнемоническое правило управления судном на заднем ходу.
Применение в РРУ преимущественно плоских и цилиндрических конструкций существенно упрощает его и, следовательно, повышает надежность работы и удешевляет изготовление.