ГЛАВНАЯ СУДОВАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА С ШИННО-ПНЕВМАТИЧЕСКИМИ МУФТАМИ
MAIN MARINE POWER PLANT WITH TIRE-PNEUMATIC COUPLINGS

Предлагаемое изобретение относится к области судовых энергетических установок, в частности к главным судовым энергетическим установкам с зубчатыми редукторами с шинно-пневматическими муфтами.
Известна схема главной энергетической установки судна с одним гребным винтом, в состав которой входят один маршевый и два основных газотурбинных двигателя, крутящий момент от которых на гребной винт передается через единый зубчатый редуктор с фрикционными и кулачковыми муфтами в нем, а для обеспечения заднего хода использована гидромуфта (см., например, книгу: «Николаевские газотурбинные двигатели и установки». История создания, г. Николаев, «Юг-Информ», 2005, стр. 191…196, установка М5Е и редуктор РБ54).
Известна комбинированная дизель-электро-газотурбинная энергетическая установка судна с двумя гребными винтами, приводимыми в действие на экономичном ходе (до 20 узлов) двумя, питаемыми от дизель-генераторов, гребными электродвигателями (каждый своим), сцепление валов которых с валопроводами к гребным винтам осуществляется посредством многодисковых фрикционных муфт, а на ходовых режимах свыше 20 узлов гребные винты приводятся в движение одним газотурбинным двигателем, крутящий момент от силового вала которого передается на валопроводы к гребным винтам через редукторные передачи и посредством многодисковых фрикционных муфт (других), размещенных на этих же валопроводах (см., например, Ж. «Зарубежное военное обозрение», 2009 г., №5. Статья А. Хализова: «Перспективный фрегат проекта F-125 ВМС Германии», стр. 4, 5 статьи).
Известны используемые для соединения валов при передаче крутящего момента с ведущего вала на ведомый шинно-пневматические муфты, где включение муфты (жесткое замыкание) осуществляют подачей в соответствующие полости муфты управляющего воздуха (см., например, книгу: С.Н. Кожевников и др. «Механизмы». Москва, изд. «Машиностроение», 1976 г., стр. 407…408, рис. 6.60).
Известна схема главной энергетической установки судна с «форсажным» зубчатым редуктором (односкоростным трехступенчатым, без фрикционно-кулачковых муфт) в ней, в котором на валу выходного колеса установлена шинно-пневматическая муфта, что позволяет на ходу подключать редуктор к проходящему транзитом внутри него валопроводу от маршевого редуктора (см., например, книгу: «Николаевские газотурбинные двигатели и установки». История создания, г. Николаев, «Юг-Информ», 2005, стр. 200, установка М7 и редуктор Р058) - прототип.
Предлагаемое изобретение решает задачу повышения надежности главной судовой энергетической установки с шинно-пневматическими муфтами за счет установки шинно-пневматических муфт на обоих выходных концах полого вала выходного зубчатого колеса и выходного вала зубчатого редуктора с обеспечением возможности соединения этих концов и равного распределения между муфтами передаваемого крутящего момента.
Указанный технический результат в предлагаемой главной судовой энергетической установке с шинно-пневматическими муфтами, содержащей двигатель, с силовым валом которого соединен входной (ведущий) вал установленного с возможностью демпфирования зубчатого редуктора, включающего зубчатые передачи, установленное на полом валу с размещенным в нем выходным валом выходное зубчатое колесо, причем и полый и выходной валы выполнены с выходящими на две стороны редуктора выходными концами, шинно-пневматические муфты, воздухоподводящее устройство, пневмопроводы, дроссель и запорные клапаны (с приводами), соединительные муфты, подшипники и соединенный с одним из выходных концов выходного вала зубчатого редуктора гребной вал с гребным винтом, достигается согласно предлагаемому изобретению тем, что на обоих выходных концах полого вала выходного зубчатого колеса и выходного вала зубчатого редуктора выполнены с обеспечением возможности соединения этих концов шинно-пневматические муфты, к которым подведены от соединенного пневмопроводом (с запорными клапанами в нем) с судовой пневматической системой воздухоподводящего устройства пневмопроводы включения и отключения с установленными в них запорными клапанами, причем в пневмопроводе включения к одной (любой) из шинно-пневматических муфт выполнен с возможностью регулирования дроссель.
Отличительным признаком предлагаемого изобретения является то, что на обоих выходных концах полого вала выходного зубчатого колеса и выходного вала зубчатого редуктора выполнены с обеспечением возможности соединения этих концов шинно-пневматические муфты, к которым подведены от соединенного пневмопроводом (с запорными клапанами в нем) с судовой пневматической системой воздухоподводящего устройства пневмопроводы включения и отключения с установленными в них запорными клапанами, причем в пневмопроводе включения к одной (любой) из шинно-пневматических муфт выполнен с возможностью регулирования дроссель.
Предлагаемая главная судовая энергетическая установка с шинно-пневматическими муфтами схематично представлена на фиг. 1, на фиг. 2 схематично представлены выполненные на выходных концах полого вала выходного зубчатого колеса и выходного вала зубчатого редуктора установки шинно-пневматические муфты и пневмопроводы с размещенными в них запорными клапанами для включения и отключения этих муфт.
Силовой вал двигателя 1 (см. фиг. 1) соединен с входным (ведущим) валом 2 установленного с возможностью демпфирования зубчатого редуктора 3. Внутри выполненного с выходными на противоположные стороны редуктора 3 концами 4, 5 полого вала 6 выходного зубчатого колеса 7 (поз. других зубчатых передач в редукторе 3 не обозначены) соосно размещен выходной вал 8 редуктора 3. Выполненный с выходными концами 9 и 10 выходной вал 8 установлен в подшипниках 11 и 12, размещенных вне корпуса редуктора 3 (то есть выходной вал 8, являющийся частью судового валопровода, не демпфирован, в отличие от редуктора 3). Выходные концы 4, 5 полого вала 6 выполнены в виде ободьев, представляющих собой наружную часть шинно-пневматических муфт 13, 14, соответственно, а на выходных концах 9, 10 выходного вала 8 выполнены барабаны 15, 16 - также представляющие собой часть (внутреннюю) шинно-пневматических муфт 13, 14. С выходным концом 10 выходного вала 8 соединен посредством соединительной муфты (поз. на фиг. 1 не обозначена) гребной вал 17 с гребным винтом (движителем) 18. К размещенному на редукторе 3 воздухоподводящему устройству 19 (см. фиг. 2) от судовой пневматической системы 20 подведены пневмопроводы (неподвижные) включения 21 и отключения 22 с размещенными в них электроприводными запорными клапанами включения 23 и отключения 24, соответственно. В воздухоподводящем устройстве 19 с пневмопроводом включения 21 (неподвижным) сочленен (поз. на фиг. 2 не обозначена) с обеспечением герметичности (относительной) выполненный с возможностью вращения вместе с полым валом 6 выходного колеса 7 пневмопровод включения 25 с установленными в нем пневмоприводными запорными клапанами 26 и 27. От выхода клапана 26 к муфте 13 выполнен пневмопровод включения 28, а от выхода клапана 27 к муфте 14 - пневмопровод включения 29 (пневмопроводы 28, 29 выполнены также с возможностью вращения вместе с полым валом бис муфтами 13, 14). В пневмопроводе включения 28 к муфте 13 выполнен с возможностью регулирования дроссель 30 (равнозначен вариант с выполнением дросселя 30 не в пневмопроводе включения 28 к муфте 13, а в пневмопроводе включения 29 к муфте 14). Аналогично, в воздухоподводящем устройстве 19 с пневмопроводом отключения 22 (неподвижным) сочленен (поз. на фиг. 2 не обозначена) с обеспечением герметичности (относительной) выполненный с возможностью вращения вместе с полым валом 6 выходного колеса 7 пневмопровод отключения 31, соединенный с управляющими входами пневмоприводных запорных клапанов 32 и 33, с входами которых соединены пневмопроводы включения 28, 29 (подведенные к муфтам 13, 14). Выходы клапанов 32, 33 соединены с атмосферой.
Работает предлагаемая главная судовая энергетическая установка с шинно-пневматическими муфтами следующим образом (см. фиг. 1, 2).
Следует отметить, что управление включением, работой и отключением шинно-пневматических муфт 13,14 производят по сигналам от размещенных в них (в их баллонах - на фиг. 1, 2 поз. не обозначены) и в пневмопроводах включения и выключения этих муфт (13, 14) датчиков давлений (на фиг. 1, 2 - не показаны).
Предварительно, до включения установки в работу, необходимо убедиться, что в шинно-пневматических муфтах (ШПМ) 13, 14 при подаче в них включающего воздуха одинаковое рабочее давление устанавливается за одно время заполнения. Для этого открывают запорный клапан (включения) 23 и воздух из судовой пневматической системы 20 по пневмопроводу включения 21 поступает через воздухоподводящее устройство (ВПУ) 19 в пневмопровод включения 25, затем открывают пневмоприводные запорные клапаны 26, 27 и по пневмопроводам включения 28, 29 воздух поступает в баллоны (поз. на фиг. 1, 2 не обозначены) ШПМ 13, 14, включая их. Запорные клапаны 24, 32, 33 в пневмопроводах отключения 22, 31 при этом должны быть закрыты. С помощью дросселя 30 выравнивают время достижения рабочего давления воздуха в обеих ШПМ 13 и 14 (чтобы обеспечить одновременное вступление муфт в работу и избежать неравномерности в распределении передаваемого ими крутящего момента).
При включении главной судовой энергетической установки в работу в нормальных условиях запускают двигатель 1 при выключенных ШПМ 13, 14. Крутящий момент с силового вала работающего двигателя 1 передается на входной (ведущий) вал 2 зубчатого редуктора 3. Через зубчатые передачи в редукторе 3 (на фиг. 1, 2 не обозначены) выходное зубчатое колесо 7 вместе с полым валом 6 и его выходными концами 4, 5 вращаются. Для передачи крутящего момента с колеса 7 и его полого вала 6 на выходной вал 8 и далее на гребной вал 17 и гребной винт (движитель) 18 включают ШПМ 13 и 14. Для этого открывают запорные клапаны 23, 26, 27 и воздух из судовой пневматической системы 20 по пневмопроводу 21, клапан 23, через ВПУ 19, затем по пневмопроводам 25, 28, 29 поступит в ШПМ 13, 14, в которых происходит замыкание (посредством баллонов - поз. на фиг. 1, 2 не обозначены) выполненных в виде ободьев выходных концов 4, 5 вала 6 выходного колеса 7 с барабанами 15, 16, соответственно, на выходных концах 9, 10 выходного вала 8, и крутящий момент с полого вала 6 выходного колеса 7 передается через муфты 13 и 14 на выходной вал 8 и через его выходной конец 10 и соединительную муфту (поз. на фиг. 1, 2 не обозначена) на гребной вал 17 и гребной винт (движитель) 18. При этом передача крутящего момента двигателя 1 с выходного колеса 7 на оба выходных конца 9, 10 (вместо одного) выходного вала 8 редуктора 3 позволяет передавать больший крутящий момент и способствует лучшему устранению несоосностей, имеющих место не только из-за неточностей при изготовлении узлов, но и в результате того, что сам редуктор 3 демпфирован, а его выходной вал 8, являющийся частью судового валопровода, установлен в независимых от редуктора 3 подшипниках 11, 12. После включения муфт 13, 14 (вступления их в работу) запорные клапаны 23, 26, 27 закрывают, чтобы исключить падение давления воздуха в пневмопроводах 28, 29 из-за протечек в ВПУ 19 (из-за сложности обеспечения герметичности в сочленениях подвижных пневмопроводов с неподвижными). При снижении, в процессе работы установки, рабочего давления воздуха в пневмопроводах 28, 29, соответственно, и в муфтах 13, 14, ниже определенного уровня для его восстановления на время открывают клапаны 23, 26, 27.
В экстренных случаях возможно включение в работу установки (запуск двигателя 1)при включенных ШПМ 13, 14.
Для размыкания ШПМ 13, 14 (для прекращения передачи крутящего момента от двигателя 1 на гребной винт 18) открывают при закрытых клапанах 23, 26, 27 запорные клапаны 24, 32, 33. При этом сбрасывается в атмосферу воздух из пневмопроводов 28, 29 (соответственно, и из баллонов ШПМ 13, 14) и ШПМ 13, 14 размыкаются (выключаются).
Выполнение шинно-пневматических муфт (13, 14) на обоих выходных концах (9, 10) выходного вала (8) зубчатого редуктора (3) установки повышает надежность и качество передачи крутящего момента также в случае другого варианта выполнения главной судовой энергетической установки, когда к свободному выходному концу (9) выходного вала (8) зубчатого редуктора (3) присоединен посредством соединительной муфты (поз. не обозначена) выходной конец силового вала второго двигателя (например, маршевого) или выходного вала его зубчатого редуктора (на фиг. 1, 2 не показаны).