РЕВЕРСИВНО-РУЛЕВОЕ УСТРОЙСТВО ДВИЖИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА (ВАРИАНТЫ)
PUSH-PULL STEERING DEVICE FOR PROPULSIVE COMPLEX (VERSIONS)

Изобретение относится к области судостроения, а именно к реверсивно-рулевым устройствам (РРУ) движительных комплексов (ДК) преимущественно с водометными движителями, а также гребным винтам в насадках.
Известное РРУ ДК (патент US №6926567 от 09.08.2005 г., МПК В63Н 11/107), принятое за прототип, содержит водовод, рабочее колесо, сопло и РРУ, расположенное за соплом и выполненное в виде поворотно смонтированных захлопок, кинематически связанных между собой тягами и управляемых при помощи привода, обеспечивающего поворот и синхронное смыкание захлопок для реверсирования и размыкание их для свободного выпуска реактивной струи при движении судна вперед.
Задачей заявляемого изобретения является достижение технического результата, заключающегося в следующем:
- в повышении эффективности РРУ при поддержании прямого курса и маневрирования судна в заданном направлении и, соответственно, в повышении реального КПД ДК;
- в эффективной работе РРУ на заднем ходу, обеспечивая при этом заданное маневрирование судна;
- в уменьшении весогабаритных параметров РРУ;
- в минимизации нагрузок на приводах подвижных элементов РРУ;
- в повышении надежности технического обслуживания РРУ.
Для решения этой задачи в РРУ ДК, содержащем водовод, рабочее колесо, сопло и РРУ, расположенное за соплом и выполненное в виде поворотно смонтированных захлопок, кинематически связанных между собой тягами и управляемых при помощи привода, обеспечивающего поворот и синхронное смыкание захлопок для реверсирования и размыкание их для свободного выпуска реактивной струи при движении судна вперед, захлопки монтируют в районе выходного отверстия сопла с возможностью эжекции, причем при смыкании захлопки образуют конусную поверхность.
Целесообразно РРУ выполнить с эжектирующей насадкой, имеющей поверхность в виде усеченного конуса, в которую вмонтированы захлопки, образующие при смыкании конусную поверхность.
Кроме того, целесообразно тяги смыкания захлопок приложить в районе центра давления реактивной струи на захлопки при реверсивном режиме работы РРУ, а также тяги и привод расположить выше ватерлинии.
Монтирование захлопок в районе выходного отверстия сопла с возможностью эжекции позволит эжектировать окружающую среду в реактивную струю после выхода из сопла, что повысит КПД ДК, а также дает возможность для поворота захлопок при маневрировании судна, причем при смыкании захлопок в конусную поверхность позволит обеспечить реверсирование судна, а также поворотом сомкнутых захлопок обеспечить маневрирование судна на заднем ходу.
Выполнение РРУ с эжектирующей насадкой, имеющей поверхность в виде усеченного конуса, позволит обеспечить увеличение эжекции набегающего потока а следовательно, эффективное движение и управление судном с повышенным КПД ДК.
Причем установка захлопок, вмонтированных в поверхность эжектирующей насадки, подвижными по отношению к РРУ и образующими при смыкании конусную поверхность позволит при их смыкании обеспечить эффективное реверсирование и маневрирование судна на заднем ходу.
Приложение тяги поворота захлопок в районе центра давления реактивной струи на захлопки при реверсивном режиме работы реверсивно-рулевого устройства позволит обеспечить минимизацию нагрузок на привод смыкания захлопок.
Расположение тяг и привода смыкания захлопок выше ватерлинии позволит уменьшить сопротивление движению судна, что повысит эффективность ДК, а также повысит надежность и упростит техническое обслуживание РРУ.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
фиг.1 - боковая проекция РРУ ДК;
фиг.2 - схематическое изометрическое изображение РРУ по первому варианту;
фиг.3 - схематический вид в плане РРУ по первому варианту на прямом ходу судна;
фиг.4 - схематический вид в плане РРУ по первому варианту при маневрировании судна на прямом ходу;
фиг.5 - схематический вид в плане РРУ по первому варианту при реверсировании судна;
фиг.6 - изометрическое изображение РРУ по первому варианту на прямом ходу судна;
фиг.7 - изометрическое изображение РРУ по первому варианту при реверсировании судна;
фиг.8 - изометрическое изображение РРУ по второму варианту, выполненного с эжектирующей насадкой, имеющей поверхность в виде усеченного конуса, на прямом ходу судна;
фиг.9 - изометрическое изображение РРУ по второму варианту при реверсировании судна;
фиг.10 - вид спереди РРУ по второму варианту при реверсировании судна;
фиг.11 - продольный разрез РРУ по второму варианту на прямом ходу судна;
фиг.12 - продольный разрез РРУ по второму варианту при реверсировании судна;
фиг.13 - изометрическое изображение РРУ по первому варианту с расположением тяг и привода в районе центра давления на захлопки;
фиг.14 - вид в плане РРУ по первому варианту с расположением тяг и привода в районе центра давления реактивной струи на захлопки на прямом ходу;
фиг.15 - вид в плане РРУ по первому варианту с расположением тяг и привода в районе центра давления реактивной струи на захлопки при реверсировании судна;
фиг.16 - изометрическое РРУ с тягами и приводом, расположенными выше ватерлинии.
РРУ ДК содержит водовод 1 с рабочим колесом 2, за которым расположены сопло 3 со спрямляющим аппаратом 4, имеющее круговое выходное сечение, и РРУ, состоящее из захлопок 5, расположенных за соплом 3 и управляемых при помощи привода 6 через тяги 7. Рабочее колесо 2 приводится двигателем (на чертежах не показан) через вал 8. Вал 8 крепится на опорно-упорном подшипнике 9 и опоре 10. РРУ может быть выполнено любой конфигурации.
На фигурах 2-5 представлены схематические изображения РРУ по первому варианту с эжектирующими захлопками 5, смотированными в районе выходного отверстия сопла 3, с возможностью свободного выпуска реактивной струи на прямом ходу судна, изменения направления реактивной струи при маневрировании судна и смыкания захлопок 5 с образованием конусной поверхности при реверсировании судна.
На фигурах 6 и 7 представлены РРУ по первому варианту с приводом 6 поворота и смыкания захлопок 5. Привод 6 состоит из баллера 11, представляющего прямой цилиндр, на который последовательно одеты внутренняя втулка 12 и наружная втулка 13, представляющие собой прямые пустотелые цилиндры. Внутренняя втулка 12 одета на баллер 11, а наружная втулка 13 одета на наружную поверхность внутренней втулки 12. Внутренняя втулка 12 и наружная втулка 13 посажены с зазором с возможностью поворота как относительно друг друга, так и относительно баллера 11. Каждая из втулок 12 и 13 жестко соединена со своей тягой 7. Каждая тяга 7 соединена со своей осью 14 поворота захлопок 5 между собой. Захлопки 5 связаны между собой подвижно шарнирами 15 для смыкания захлопок 5 по типу ножниц.
На фигурах 8-12 представлены изображения РРУ по второму варианту, выполненного с эжектирующей насадкой 16, имеющей поверхность в виде усеченного конуса. В насадку 16 вмонтированы три (например) захлопки 5. Каждая захлопка 5 при смыкании выходит из соответствующей ниши 17 в насадке 16. При смыкании захлопки 5 образуют конусную поверхность. Число захлопок 5 не ограничено. Сопрягаемые захлопки 5 связаны между собой подвижно через шарниры 15 для смыкания и размыкания захлопок 5. Привод 6 может быть любой конструкции. Например, на фигурах 11 и 12 представлен привод 6 линейного действия телескопического типа.
На фигурах 13-15 представлен вариант привода 6 с приложением тяг 7 поворота захлопок 5 в районе центра давления реактивной струи на захлопки 5 при реверсивном режиме работы РРУ. Здесь привод 6 содержит баллер 11, внутреннюю втулку 12 и наружную втулку 13, расположенные между собой аналогично описанному выше. При этом на нижнем торце баллера 11 жестко установлена пластина 18, ориентированная перпендикулярно оси РРУ. На нижних торцах каждой из втулок 12 и 13 имеется по жестко соединенному уху 19. Каждое ухо 19 через шатун 20 соединено со своей тягой 7. Каждая тяга 7 соединена со своей осью 14 поворота захлопки 5, расположенной в районе центра давления на захлопки 5 при реверсивном режиме работы РРУ. В результате представлены два четырехзвенных кривошипно-шатунных механизма, симметричных оси РРУ.
На фиг.16 представлен другой вариант привода 6, расположенного выше ватерлинии.
РРУ с ДК обеспечивает движение судна с разными скоростями на переднем ходу, реверсирование судна и положение «стоп», а также маневрирование судна на всех режимах движения. При этом устройство работает следующим образом.
Поток воды, поступающий в водовод 1, проходит через рабочее колесо 2, которое приводится во вращение с помощью вала 8, попадает в сопло 3 со спрямляющим аппаратом 4 и отбрасывается в виде реактивной струи.
На режиме переднего хода при обтекании потоком воды вращающегося рабочего колеса 2 создаются тяга движителя переднего хода и упор, воспринимаемый опорно-упорным подшипником 9. В результате обтекания потоком воды захлопок 5 при малых углах их перекладки поддерживается прямолинейное движение судна на курсе (фиг.3), а при больших углах перекладки захлопок 5 производится поворот судна в ту или иную сторону в соответствии с направлением перекладки захлопок 5 (фиг.4).
Для реверсирования судна захлопки 5 смыкаются, образуя конусную поверхность, и перекрывают реактивную струю, истекающую из сопла 3, чем изменяют направление реактивной струи на противоположное (фиг.5). Курсовые поправки и управление на заднем ходу производится при помощи поворотов сомкнутых захлопок 5. Причем при одном из положений захлопок 5 создается «стоповый» режим судна, когда при неполном смыкании захлопок 5 создаются две уравновешенные реактивные струи, направленные в противоположные стороны.
Привод 6 функционирует следующим образом. На прямом ходу захлопки 5 устанавливаются коаксильно соплу 3, обеспечивая свободный выпуск реактивной струи с эффективной эжекцией набегающего потока (фиг.6). При повороте захлопок 5 посредством баллера 11 в ту или иную сторону обеспечивается маневрирование судна в заданном направлении.
При реверсировании судна привод 6 посредством рулевой машины (на чертежах не показана) осуществляют радиальное смещение втулок 12 и 13 с соответствующими тягами 7. Происходит смыкание захлопок 5 относительно шарниров 15 по типу ножниц, обеспечивая изменение направления реактивной струи на противоположное. Представленный на фигурах 6 и 7 привод 6 является простым и надежным.
Следует отметить, что в РРУ по первому варианту, представленному на фигурах 2-5, отсутствует эффект эжекции в месте соединения захлопок 5 на прямом ходу судна, что снижает эффективность РРУ.
Поэтому в РРУ по второму варианту этот недостаток устраняется. На фигурах 8-12 представлены изображения РРУ с эжектирующей насадкой 16, имеющей поверхность в виде усеченного конуса, в которую вмонтированы захлопки 5 в нишах 17. На прямом ходу и маневрировании судна захлопки 5 совместно с насадкой 16 создают единую обтекаемую в набегающем потоке конструкцию. При реверсировании судна захлопки 5 смыкаются, образуя конусную поверхность. На фигурах 8-12 показано три захлопки 5. При этом количество захлопок 5 не ограничено. Насадка 16 имеет крыльевой профиль в продольном сечении, поэтому захлопки 5 выполняются как часть внутренней поверхности этого крыльевого профиля, не нарушая целостности насадки 16. Функционирует РРУ по второму варианту аналогично первому варианту. При этом осуществляется эффективное эжектирование набегающего потока насадкой 16 на прямом ходу, что обеспечивает повышение КПД ДК.
Как отмечалось выше, привод 6, представленный на фигурах 6 и 7, является простым и надежным, но при работе такого привода 6 необходимо создавать значительные усилия как при повороте, так и при смыкании захлопок 5 из-за расположения центра давления реактивной струи на захлопки 5 вниз по потоку. Поэтому предпочтительно тяги 7 смыкания и баллер 11 поворота захлопок 5 приложить в районе центра давления реактивной струи на захлопки 5 при реверсивном режиме работы РРУ. На фигурах 13-15 представлен привод 6, выполненный в виде двух четырехзвенных кривошипно-шатунных механизмов, симметричных относительно оси РРУ. Маневрирование судна посредством баллера 11, расположенного в районе центра давления реактивной струи, позволит снизить усилие на рулевую машину, а следовательно, уменьшить ее весогабаритные размеры. Смыкание и размыкание захлопок 5 осуществляется радиальным смещением пустотелых цилиндрических втулок 12 и 13, в каждой из которых на нижних торцах, имеющих по уху 19, производится воздействие на соответствующие тяги 7 через соответствующие шатуны 20. Каждая тяга 7 воздействует на соответствующую захлопку 5 через ось 14 смыкания захлопки 5, расположенной в районе центра давления реактивной струи на захлопки 5 при режиме реверсирования судна. Это позволит снизить усилия на механизм смыкания захлопок 5, что приведет к уменьшению его весогабаритных размеров.
На фиг.16 представлен вариант расположения тяг 7 и привода 6 выше ватерлинии, а оси 14 смыкания захлопок 5 выполнены в поперечном сечении обтекаемого профиля, что позволит уменьшить сопротивление РРУ движению судна, а также повысит надежность РРУ и удобство его технического обслуживания.
В результате предложенное РРУ ДК за счет эффективного создания движущей силы на корпусе судна позволит обеспечить как прямой, так и задний ход судна, а также обеспечить маневрирование судна в заданном направлении с повышенным КПД ДК.