УПЛОТНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ СУДНА, СИЛОВАЯ УСТАНОВКА, СУДНО И СПОСОБ УПЛОТНЕНИЯ ГРЕБНОГО ВАЛА СУДНА
SHIP SEALING DEVICE, POWER PLANT, SHIP AND SHIP'S PROPELLER SHAFT SEALING METHOD

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к уплотнительному устройству для судна и к способу уплотнения гребного вала судна.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В патенте США 4,174,672 раскрывается уплотнительный узел гребного вала. Уплотнительный узел предназначен для гребного вала в раме шпангоута задней части судна в самом заднем подшипнике. Устройство предотвращает проникновение морской воды в узел подшипника. Уплотнительное устройство содержит три корпусных блока. Первый блок, расположенный рядом с гребным винтом, образует корпус водяного уплотнения, третий блок, расположенный рядом с подшипником, образует корпус масляного уплотнения и второй блок, расположенный между первым блоком и вторым блоком, образует корпус камеры. Уплотнительное устройство, с другой стороны, предотвращает вытекание смазки подшипника из узла подшипника в морскую воду. Водяное уплотнение содержит одно уплотнительное кольцо, и масляное уплотнение содержит два уплотнительных кольца. Между двумя уплотнительными кольцами в масляном уплотнении расположена уплотнительная камера для смазочного масла. Также имеется кольцевая вакуумная камера, образованная в корпусе камеры между водяным уплотнением и масляным уплотнением. В кольцевой камере предусмотрен выходной канал, идущий к сточной цистерне. Любая утечка из воды или из масляного уплотнения тогда может быть легко видна с судна.
В патентной публикации WO 2009/130368 раскрывается устройство для уплотнения гребного вала судна. Судно содержит силовую установку, расположенную в полом кронштейне. Силовая установка содержит электродвигатель, соединенный с валом, и гребной винт, соединенный с наружным концом вала снаружи кронштейна. Вал опирается на обшивку кронштейна посредством подшипника, расположенного между гребным винтом и электродвигателем. Наружная поверхность оболочки кронштейна находится в контакте с окружающей морской водой. Между подшипником и гребным винтом расположен закрытый промежуточный отсек. Промежуточный отсек ограничен вертикальной первой стенкой, расположенной около стороны гребного винта, и вертикальной второй стенкой, расположенной около подшипника. Внешний контур промежуточного отсека образован контуром оболочки кронштейна между первой вертикальной стенкой и второй вертикальной стенкой. Вал уплотнен посредством водяного уплотнения у первой вертикальной стенки и посредством первого масляного уплотнения у второй вертикальной стенки. Внутренний контур промежуточного пространства образован внешними контурами водяного уплотнения и первого масляного уплотнения, и внешним контуром вала между водяным уплотнением и первым масляным уплотнением.
В патентной публикации WO 2012/085325 раскрывается устройство и способ уплотнения гребного вала судна. Между гребным винтом и подшипником вала расположен промежуточный отсек. Уплотнительное устройство содержит водяное уплотнение и масляное уплотнение, расположенные в осевом направлении на расстоянии друг от друга внутри промежуточного отсека. Водяное уплотнение содержит четыре манжетных уплотнения, образующих уплотнительную камеру между каждой парой смежных манжетных уплотнений. Смазочное масло подается из контейнера для смазочного масла посредством первого насоса через теплообменник во вторую уплотнительную камеру, рас со стороны гребного винта. Смазочное масло направляется далее из второй уплотнительной камеры через фиксированный дроссель к третьей уплотнительной камере и обратно к контейнеру для смазочного масла. Давление в первой уплотнительной камере близко к давлению окружающей воды на уровне гребного вала. Давление в третьей уплотнительной камере поддерживается на постоянном уровне ниже давления в первой уплотнительной камере. Давление во второй уплотнительной камере может регулироваться посредством регулирования скорости вращения первого насоса до значения, находящегося между значениями давлений первой уплотнительной камеры и третьей уплотнительной камеры. Разность давлений на каждом манжетном уплотнении в устройстве поддерживается на низком уровне для того, чтобы уменьшить износ уплотнительных кромок.
В патентном документе WO 2013/156662 раскрывается устройство для уплотнения гребного вала морского судна и способ управления его работой. Уплотнительное устройство содержит уплотнительный корпус с наружным комплектом уплотнительных колец, образующих водяное уплотнение, и внутренним комплектом уплотнительных колец, образующих масляное уплотнение. Уплотнительный корпус выполнен с возможностью установки в соединении с гребным валом или с втулкой, расположенной на гребном валу. Уплотнительный корпус имеет первую масляную камеру между двумя кольцами водяного уплотнения, и промежуточную масляную камеру между внутренним и наружным комплектами уплотнительных колец. Промежуточная масляная камера соединена посредством соединительной линии с резервуаром для масла, называемым напорным резервуаром, расположенным над промежуточной масляной камерой. Резервуар для масла частично наполнен маслом, в результате чего верхняя часть резервуара для масла над уровнем масла заполнена воздухом. Устройство также содержит первый датчик давления для измерения давления морской воды, действующей на гребной вал, и второй датчик давления для измерения давления воздуха в резервуаре для масла. Устройство также содержит вакуумный насос для создания вакуума в резервуаре для масла и воздушный клапан для пропускания воздуха в резервуар для масла. Давление воздуха в резервуаре для масла регулируется так, чтобы давление масла в промежуточной масляной камере остается ниже давления морской воды, действующей на гребной вала. Давление масла в промежуточной масляной камере является суммой гидростатического давления масла и давления воздуха в резервуаре для масла.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью настоящего изобретения является создание улучшенного уплотнительного устройства для судна и улучшенного способа уплотнения гребного вала судна.
Уплотнительное устройство для судна в соответствии с изобретением определено в пункте 1 формулы изобретения.
Способ уплотнения гребного вала судна в соответствии с изобретением определено в пункте 18 формулы изобретения.
Уплотнительное устройство для судна содержит:
гребной вал, опирающийся с возможностью вращения по меньшей мере на один подшипник,
водяное уплотнение, расположенное на гребном валу для уплотнения гребного вала относительно морской воды,
первое масляное уплотнение, расположенное на гребном валу рядом с подшипником в осевом направлении на расстоянии от водяного уплотнения для уплотнения относительно масла подшипника,
промежуточный отсек, проходящий между водяным уплотнением и первым масляным уплотнением,
первый датчик давления для измерения давления морской воды, действующей на гребной вал.
второй датчик давления для измерения давления внутри промежуточного отсека, причем промежуточного отсека, заполняемого газом,
нагнетающую систему для создания давления для газа внутри промежуточного отсека, в результате чего
давление газа внутри промежуточного отсека удерживается на более низком уровне по сравнению с давлением морской воды, действующим на гребной вал.
Уплотнительное устройство отличается тем, что:
Водяное уплотнение (100) и первое масляное уплотнение (200) расположены в промежуточном отсеке (300).
Способ уплотнения гребного вала судна посредством уплотнительного устройства, содержит:
гребной вал, удерживаемый с возможностью вращения посредством по меньшей мере одного подшипника,
водяное уплотнение, расположенное на гребном валу для уплотнения гребного вала относительно морской воды,
первое масляное уплотнение, расположенное на гребном валу рядом с подшипником на расстоянии в осевом направлении от водяного уплотнения для уплотнения относительно масла из подшипника,
промежуточный отсек, проходящий между водяным уплотнением и первым масляным уплотнением, причем водяное уплотнение (100) и первое масляное уплотнение (200) расположены в промежуточном отсеке (300),
первый датчик давления для измерения давления морской воды, действующей на гребной вал,
второй датчик давления для измерения давления в промежуточном отсеке, причем промежуточный отсек заполняется газом,
нагнетающая система для создания давления для газа внутри промежуточного отсека,
Способ содержит:
измерение давления морской воды, действующей на гребной вал, посредством первого датчика давления,
измерение давления газа в промежуточном отсеке посредством второго датчика давления,
удерживание давления газа в промежуточном отсеке на более низком уровне по сравнению с давлением морской воды, действующей на гребной вал.
Уплотнительное устройство обеспечивает использование любого имеющегося в наличии коммерческого уплотнения с водяной смазкой, такого как водяное уплотнение. Водяное уплотнение может быть торцевым уплотнением или манжетным уплотнением. Первое масляное уплотнение также может быть торцевым уплотнением или манжетным уплотнением.
Уплотнительное устройство обеспечивает возможность использования пневматически активируемого аварийного уплотнения в соединении с водяным уплотнением. Это происходит в результате того факта, что водяное уплотнение, имеющее простую конструкцию, может быть использовано в уплотнительном устройстве, в результате чего остается пространство для пневматически активируемого аварийного уплотнения. Каналы для морской воды, идущие к уплотнительной камере в водяном уплотнении, могут быть закрыты для того, чтобы исключить проникновение морской воды в уплотнительную камеру в водяном уплотнении во время замены уплотнения. Замена уплотнительных колец в водяном уплотнении и в первом масляном уплотнении может быть выполнено изнутри судна. Доступ может быть обеспечен через сервисное отверстие к промежуточному отсеку изнутри судна.
Уплотнительное устройство обеспечивает возможность использования простого и эффективного по стоимости решения для водяного уплотнения. В устройстве может быть использовано манжетное водяное уплотнение, содержащее только два уплотнительных кромочных кольца с уплотнительной камерой между уплотнительными кольцами. Морская вода может циркулировать в уплотнительной камере для того, чтобы смазывать и охлаждать уплотнительные кольца. Нет необходимости повышать давление смазочной воды, направляемой в уплотнительную камеру. Давление воздуха в промежуточном отсеке будет действовать на заднюю сторону второго уплотнительного кольца так, чтобы поддерживалась подходящая разность давлений между передней стороной и задней стороной второго уплотнительного кольца.
Уплотнительное устройство снижает количество элементов, необходимых в уплотнении, по сравнению с решениями предшествующего уровня техники. Насос, электрический двигатель с частотным конвертером и охлаждающий элемент могут не использоваться. Необходимы только два уплотнительных кольца в водяном уплотнении, базирующихся на манжетных уплотнениях в этом уплотнительном устройстве по сравнению с четырьмя уплотнительными кольцами в решениях предшествующего уровня техники.
Уплотнительные устройства сводят к минимуму явление накачивания («pumping phenomenon»), вызываемого вибрациями, в особенности при ломке льда.
Уплотнительное устройство вносит вклад в быструю замену водяного уплотнения. Наиболее критичным уплотнительным кольцом в манжетном водяном уплотнении является второе уплотнительное кольцо. Если второе уплотнительное кольцо становится неисправным, то будет легко заменить только это второе уплотнительное кольцо во время нормальной остановки в порту.
Уплотнительное устройство обеспечивает возможность отложить на время замену водяного уплотнения в аварийной ситуации. Неисправное второе уплотнительное кольцо в водяном уплотнении может приводить к ситуации, когда вся внутренняя часть промежуточного отсека будет затоплена. Силовая установка все еще может работать на полную мощность в такой ситуации до тех пор, пока водяное уплотнение не можно будет заменить в порту. В случае использования первого масляного уплотнения на основе манжетного уплотнения с двумя уплотнительными кольцами, в уплотнительной камер между двух уплотнительных колец можно будет вручную увеличить давление выше давления морской воды для того, чтобы исключить проникновение морской воды в подшипник.
Уплотнительное устройство облегчает дублирование критических элементов. Промежуточный отсек всегда должен быть под давлением, которое ниже давления морской воды. Элементы, используемые для поддержания давления промежуточного отсека, могут быть выполнены с дублированием. Объем промежуточного отсека может быть выполнен достаточно большим, например, в диапазоне от 500 до 3000 литров, что означает, что короткий перерыв в подаче воздуха не оказывает влияния на систему.
Уплотнительное устройство в целом дешевле по сравнению с решениями предшествующего уровня техники из-за простоты устройства.
Водяное уплотнение смазывается просто водой. Это означает, что не может возникать утечка смазочного масла из водяного уплотнения в море. Естественно, существует возможность использования биоразлагаемых масел в качестве смазочных масел в водяных уплотнениях, но использование биоразлагаемых масел будет снижать ожидаемый срок службы уплотнения вала. Срок службы уплотнения вала, смазываемого минеральным маслом, составляет порядка 5 лет и срок службы уплотнения вала, смазываемого биоразлагаемым маслом, составляет порядка 2,5 лет.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Далее изобретение будет подробно описано с использованием предпочтительных вариантов осуществления со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:
Фиг.1 - поперечное сечение силовой установки судна,
Фиг.2 - увеличенный вид нижней концевой части силовой установки из фиг.1,
Фиг.3 - поперечное сечение уплотнительного кольца для гребного вала,
Фиг.4 - поперечное сечение уплотнительного устройства предшествующего уровня техники для гребного вала,
Фиг.5 - принципиальная схема уплотнительного устройства предшествующего уровня техники и система управления для гребного вала,
Фиг.6 - поперечное сечение уплотнительного устройства и система управления гребного вала в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения,
Фиг.7 - принципиальная схема уплотнительного устройства и система управления из фиг.6,
Фиг.8 - поперечное сечение уплотнительного устройства и система управления гребного вала в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
На фиг.1 показано поперечное сечение силовой установки на судне. Силовая установка 20 содержит полый кронштейн 21 с верхней частью 22 и с нижней частью 23. Верхняя часть 22 кронштейна 21 образует опорный рычаг, удерживающий нижнюю часть 23 кронштейна. Нижняя часть 23 кронштейна 21 образует продольный отсек, имеющий первый конец 23A и второй противоположный конец 23B. В нижней части 23 кронштейна размещен приводной агрегат 30, 31, 32. В этом варианте осуществления приводной агрегат содержит первый электрический двигатель 30, первый вал 31 и гребной винт 32, расположенный снаружи второго конца 23B нижней части 23 кронштейна 21. Первый конец 31A первого вала 31 соединен с первым электрическим двигателем 30, и второй конец 31B первого вала 31 выступает из второго конца 23B нижней части 23 кронштейна 21. Гребной винт 32 соединен со вторым наружным концом 31B первого вала 31. Осевая центральная линия X-X первого вала 31 образует линию вала. Силовая установка 20 прикреплена с возможностью вращения к судну 10 посредством верхней части 22 кронштейна 21 так, что она может поворачиваться на 360 градусов вокруг центральной оси вращения Y-Y. Силовая установка 20 может быть повернута на 360 градусов вокруг центральной оси вращения Y-Y посредством зубчатого колеса 25. Первый вал 31 прикреплен с возможностью вращения посредством подшипников 41, 42 внутри нижней части 23 кронштейна 21. Второй конец 31B первого вала 31 уплотнен посредством водяного уплотнения 100 в отверстии O1, из которого выступает первый вал 31 на втором конце 23B нижней части 23 кронштейна 21. Подшипник 41 на втором конце 31B первого вала 31 со стороны, обращенной к водяному уплотнению 100, уплотнен первым масляным уплотнение 200, и с противоположной стороны уплотнен вторым масляным уплотнением 400. Масляные уплотнения 200, 400 предотвращают утечку масла из подшипника 41 в нижнюю часть 23 кронштейна и в морскую воду, окружающую нижнюю часть 23 кронштейна 21.
На фиг.2 показан увеличенный вид нижней концевой части силовой установки из фиг.1. На увеличенном виде показан второй конец 23B нижней части 23 кронштейна 21. На фигуре показан первый электрический двигатель 30, вал 31, гребной винт 32, подшипник 41, водяное уплотнение 100, первое масляное уплотнение 200 и второе масляное уплотнение 400. Силовая установка содержит промежуточный отсек 300 между гребным винтом 32 и подшипником 41. Промежуточный отсек 300 ограничен в осевом направлении X-X вертикальной первой стенкой 26, расположенной около гребного винта 32, и вертикальной второй стенкой 27, образованной опорной конструкцией подшипника 41. Внешний контур промежуточного отсека 300 образован частью внешнего контура 28 нижней части 23 кронштейна 21, которая проходит в осевом направлении X-X между упомянутой первой стенкой 26 и упомянутой второй стенкой 27. Внутренний контур промежуточного отсека 300 ограничивается внешним контуром водяного уплотнения 100, внешним контуром первого масляного уплотнения 200 и внешним контуром вала 31 между водяным уплотнением 100 и первым масляным уплотнением 200. Первая стенка 26 и вторая стенка 27 расположены вдоль оси X-X на расстоянии A1 друг от друга. Вал 31 проходит через промежуточный отсек 300.
На фиг.3 показано поперечное сечение уплотнительного кольца для уплотнения вала гребного винта. Уплотнительное кольцо 110 образовано из манжетного уплотнения и содержит первую кромочную часть 111 и вторую опорную часть 112. Опорная часть 112 вставлена в опорную раму 113, поддерживающую уплотнительное кольцо 110. Кромочная часть 111 действует на наружную поверхность вала 31 или на наружную поверхность облицовки, которая насаживается на вал 31. Кромочная часть 111 прижимается пружиной 114 к облицовке. Морская вода, действующая на переднюю сторону FS манжетной части 111 дополнительно прижимает манжетную часть 111 к облицовке. Давление морской воды зависит от углубления линии X-X вала силовой установки 20. Уплотнения вала в силовой установке могут быть сконструированы, например, для углублений линии X-X вала в диапазоне от 4 до 10 метров. Идея заключается в том, чтобы сохранять небольшую разность давлений между передней стороной FS манжетной части 111 и задней стороной BS манжетной части 111. Целевая разность давлений для манжетной части 111 для того, чтобы удерживать манжетную часть 111 плотно прижатой к облицовке, находится в диапазоне от 0,1 бар до 0,5 бар, преимущественно, составляет 0,3 бар. Уменьшение этой разности давлений будет повышать риск утечки, а слишком большая разность давлений будет слишком увеличивать износ манжеты. Сильные перемещения вала в осевом направлении или в радиальном направлении также будет повышать риск утечки. Кромочная часть 111 дополнительно смазывается смазочным веществом, содержащим, например, воду или масло. Смазочное вещество направляют на заднюю сторону BS манжетной части 111. Таким образом, поддерживается разность давлений между морской водой и смазочным веществом.
На фиг.4 показано поперечное сечение уплотнительного устройства вала гребного винта предшествующего уровня техники. На фигуре показано водяное уплотнение 100, содержащее четыре уплотнительных кольца 110, 120, 130, 140 водяного уплотнения и три уплотнительных камеры 115, 125, 135, образованные между четырьмя уплотнительными кольцами 110, 120, 130, 140 водяного уплотнения. На валу 31 предусмотрена облицовка 33, и кромочные части уплотнительных колец 110, 120, 130, 140 действуют, таким образом, на наружную поверхность облицовки 33. Все кромочные части в уплотнительных кольцах 110, 120, 130, 140 обращены к морской воде. Разность давлений на кромочных частях уплотнительных колец 110, 120, 130, 140 поддерживается при минимальном значении для того, чтобы уменьшать износ уплотнительных колец 110, 120, 130, 140. Кромочные части 111 уплотнительных колец 110, 120, 130, 140 прижимаются к облицовке 33 посредством пружины 114, которая интегрирована в кромочную часть 111, и посредством давления смазочного вещества, например, воды или масла в уплотнительных камерах 115, 125, 135.
Давление морской воды зависит от углубления судна. Углубление судна, составляющее, например, 4 метра, равно давлению, составляющему около 0,4 бар, действующему на первое уплотнительное кольцо 110. Давление в первой уплотнительной камере 115 зависит от условия первого уплотнительного кольца 110. Основная функция первого уплотнительного кольца 110 заключается в его действии в качестве «грязезащитного уплотнения», и считается нормальным, что первое уплотнительное кольцо 110 обеспечивает стабилизацию давления между морской водой и первой уплотнительной камерой 115 после некоторого времени работы. Совершенно новое первое уплотнительное кольцо 110 в любом случае сохраняет очень плотный контакт с облицовкой 33. Давление в первой уплотнительной камере 115 может, таким образом, быть ниже, чем давление морской воды, когда первое уплотнительное кольцо 110 представляет собой новое кольцо. Давление в первой уплотнительной камере 115 будет, однако, после некоторого времени работы, таким же, что и давление морской воды на линии X-X вала.
На фиг.5 показана принципиальная схема уплотнительного устройства предшествующего уровня техники и система управления гребного вала. Это уплотнительное устройство раскрыто в вышеупомянутой патентной публикации WO 2012/085325 предшествующего уровня техники.
На фигуре показано водяное уплотнение 100 с четырьмя уплотнительными кольцами 110, 120, 130, 140 и тремя уплотнительными камерами 115, 125, 135, расположенными между уплотнительными кольцами 110, 120, 130, 140. Водяное уплотнение 100 предотвращает проникновение воды в судно. Резервуар 70 для смазочного масла соединен посредством первой подающей трубы 72 со входом в первый насос 62. Выход первого насоса 62 соединен посредством второй подающей трубы 73 со входом в теплообменник 63. Выход теплообменника 63 соединен посредством третьей подающей трубы 74 с водяным уплотнением 100. Вторая уплотнительная камера 125 соединена с третьей уплотнительной камерой 135 посредством первой соединительной трубы 75 и второй соединительной трубы 77. Между первой соединительной трубой 75 и второй соединительной трубой 77 также предусмотрен фиксированный дроссель 76. Также предусмотрена возвратная труба 78, идущая от третьей уплотнительной камеры 135 обратно к резервуару 70 для смазочного масла. Имеется также наливная труба 71, идущая во внутреннюю часть судна, через которую резервуар 70 для смазочного масла может быть заполнен смазочным маслом. Также имеется дренажная труба 81, соединенная через клапан 80 со второй соединительной трубой 77. Теплообменник 63 может быть соединен напрямую с корпусом силовой установки 20 для того, чтобы охлаждение теплообменника 63 обеспечивалось морской водой, окружающей силовую установку 20.
Таким образом, смазочное масло подается из резервуара 70 для смазочного масла посредством первого насоса 62 во вторую уплотнительную камеру 125 и затем через фиксированный дроссель 76 в третью уплотнительную камеру 135 и затем обратно в резервуар 70 для смазочного масла.
Первый насос 62 приводится в действие вторым электрическим двигателем 61, и второй электрический двигатель 62 управляется конвертером 56 частоты.
Первый датчик 51 давления измеряет давление в первой уплотнительной камере 115 и передает сигнал измерения к первому блоку 53 управления. Первый блок 53 управления соединен через суммирующее устройство 54 и далее через пи-образный управляющий контур 55 с конвертером 56 частоты. Второй датчик 52 давления измеряет давление во второй уплотнительной камере 125 и передает сигнал измерения к суммирующему устройству 54.
Баланс смазочного масла в системе поддерживается посредством контроля скорости вращения второго электрического двигателя 61 и, тем самым, также скорости вращения первого насоса 62, который соединен с первым электрическим двигателем 61. Скорость вращения первого насоса 62 соответствует количеству масла, который он закачивает в водяное уплотнение 100. Разность давлений на втором уплотнительном кольце 120 поддерживается в заданном диапазоне посредством регулирования скорости вращения первого насоса 62. Если, например, давление морской воды на уровне Х-X вала составляет 1,0 бар, тогда давление во второй уплотнительной камере 125 регулируется скоростью вращения первого насоса 62 так, чтобы оно составляло, например, 0,45 бар. Фиксированный дроссель 76 уменьшает давление смазочного масла, когда оно поступает в третью уплотнительную камеру 135. Давление смазочного масла в третьей уплотнительной камере 135 определяется гидростатическим давлением, вызванным высотой H1 высоты, представляющей собой разницу между высотой линией X-X вала и высотой резервуара 70 для масла. Давление смазочного масла в третьей уплотнительной камере 135 обычно составляет 0,1 бар. Идея заключается в том, чтобы поддерживать давление во второй уплотнительной камере 125 на уровне между давлением морской воды на уровне X-X вала и давлением в третьей уплотнительной камеры 135. Разность давлений, которая существует на втором уплотнительном кольце 120 и третьем уплотнительном кольце 130, таким образом, уравнивается с использованием этого устройства. Смазочное масло проходит через теплообменник 63, в котором смазочное масло охлаждается. Охлажденное смазочное масло будет охлаждать водяное уплотнение 100.
Первое масляное уплотнение 200 содержит два уплотнительных кольца 210, 220 и одну уплотнительную камеру 215. Первое масляное уплотнение 200 предотвращает утечку смазочного масла из подшипника 41 в море. Подшипник 41 непрерывно смазывается смазочным маслом, которое также будет смазывать первое уплотнительное кольцо 210 в первом масляном уплотнении 200. Часть смазочного масла подшипника может быть также направлено через уплотнительную камеру 215 для того, чтобы смазывать и также охлаждать второе уплотнительное кольцо 220 в первом масляном уплотнении 200.
На фиг.6 показано поперечное сечение уплотнительного устройства и система управления гребного вала в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.
Водяное уплотнение 100 представляет собой манжетное уплотнение, содержащее два уплотнительных кольца 110, 120 и уплотнительную камеру 115, образованную между двумя уплотнительными кольцами 110, 120. Уплотнительные кольца 110, 120 опираются на манжетные уплотнения. Также у находящейся ближе всего к морской воде кромки водяного уплотнения 100 предусмотрено аварийное уплотнительное кольцо 105. Водяное уплотнение 100 смазывается морской водой SW, проходящей через уплотнительную камеру 115. Основная функция первого уплотнительного кольца 110 заключается в действии в качестве «грязезащитного уплотнения», и это является нормальным, когда первое уплотнительное кольцо 110 обеспечивает стабилизацию давления между морской водой и камерой 115 первого водяного уплотнения после некоторого времени работы.
Масляное уплотнение состоит из двух симметричных масляных уплотнений 200, 400 на противоположных сторонах подшипника 41. Первое масляное уплотнение 200, то есть масляное уплотнение на правой стороне подшипника 41, представляет собой манжетное уплотнение, содержащее два уплотнительных кольца 210, 220 и уплотнительную камеру 215, образованную между двумя уплотнительными кольцами 210, 220. Первое масляное уплотнение 200 смазывается смазочным маслом, циркулирующим от резервуара 70 для смазочного масла к уплотнительной камере 215. Также второе масляное уплотнение 400, то есть масляное уплотнение на левой стороне подшипника 41, представляет собой манжетное уплотнение, содержащее два уплотнительных кольца 410, 420 и уплотнительную камеру 415 между двумя уплотнительными кольцами 410, 420.
Водяное уплотнение 100 и первое масляное уплотнение 200 размещены в общем промежуточном отсеке 300. Промежуточный отсек 300 ограничивается первой вертикальной стенкой 26, расположенной около гребного винта 32, и второй вертикальной стенкой 27, расположенной около подшипника 41. Внешний контур промежуточного отсека 300 образован внешним контуром 28 оболочки нижней части 23 кронштейна 21 между первой вертикальной стенкой 26 и второй вертикальной стенкой 27. Внутренний контур промежуточного отсека 300 образован водяным уплотнением 100, первым масляным уплотнением 200 и внешним контуром вала 31 между водяным уплотнением 100 и первым масляным уплотнением 200. Между первой вертикальной стенкой 26 и второй вертикальной стенкой 27 существует первое осевое расстояние A1. Также между водяным уплотнением 100 и первым масляным уплотнением 200 существует второе расстояние А2. Во второй вертикальной стенке 27 предусмотрено сервисное отверстие 29, обеспечивающее доступ к промежуточному отсеку 300 из внутренней части кронштейна 21. Нагнетающая система 500 контролирует давление воздуха в промежуточном отсеке 300. Объем промежуточного отсека 300 обычно находится в диапазоне от 500 до 3000 литров.
Второе осевое расстояние необходимо для обслуживания и замены водяного уплотнения 100 и первого масляного уплотнения 200. Устройство может быть таким, что механик может проходить через сервисное отверстие 29 в промежуточный отсек 300 при обслуживании водяного уплотнения 100 и первого масляного уплотнения 200. Другая возможность заключается в том, что обслуживание происходит через сервисное отверстие 29 без прохождения механика полностью в промежуточный отсек 300. Второе осевое расстояние A2 между водяным уплотнением 100 и первым масляным уплотнением 200 необходимо для того, чтобы обеспечивать снятие старого уплотнения и установки нового уплотнения. Водяное уплотнение 100 снимается посредством снятия одного уплотнительного кольца 110, 120 за другим, начиная со второго уплотнительного кольца 120. Крепежные болты во втором уплотнительном кольце 120 отвинчивают, и второе уплотнительное кольцо 120 вытягивают в осевом направлении X-X в пространство между водяным уплотнением 100 и первым масляным уплотнением 200, где второе уплотнительное кольцо 120 может быть снято. Такая же процедура выполняется для первого уплотнительного кольца 110. Первое масляное уплотнение 200 может быть снято таким же образом. Установка нового водяного уплотнения 100 и нового первого масляного уплотнения 200 выполняется в обратном порядке.
Использование герметичного промежуточного отсека 300 обеспечивает возможность использования простого коммерческого водяного уплотнения 100 любого типа. Водяное уплотнение 100 может быть манжетным уплотнением, показным на фигуре, или торцовым уплотнением. Первое масляное уплотнение также может быть манжетным уплотнением, показанным на фигурах, или торцовым уплотнением.
На фиг.7 показана принципиальная схема уплотнительного устройства и система управления из фигуры 6.
На фигуре показано водяное уплотнение с двумя 100 уплотнительными кольцами 110, 120 и уплотнительной камерой 115, расположенной между уплотнительными кольцами 110, 120. Уплотнительные кольца 110, 120 действуют на первую облицовку 33, расположенную на вале 31 гребного винта. Водяное уплотнение 100 смазывается и охлаждается только морской водой SW. Для вращения морской воды SW в уплотнительной камере 115 в водяном уплотнении 100 может быть использован простой механический циркуляционный насос. Также имеется первый датчик 91 давления, измеряющий давление в уплотнительной камере 115 в водяном уплотнении 100.
Давление в уплотнительной камере 115 в водяном уплотнении 100 такое же, что и давление морской воды на уровне X-X вала. Давление воздуха подается из нагнетающей системы 500 к промежуточному отсеку 300 посредством первой трубы 93, в которой предусмотрен первый клапан 94. Давление воздуха в промежуточном отсеке 300 поддерживается нагнетающей системой 500 на постоянном уровне, например, на 0,1 бар ниже давления морской воды, действующей на уплотнительную камеру 115 водяного уплотнения 100. Это означает, что соответствующая разность давлений может поддерживаться на втором уплотнительном кольце 120 в водяном уплотнении 100. Блок 510 управления нагнетающей системы 500 получает входные сигналы о давлении уплотнительной камеры 115 в водяном уплотнении 100, измеряемом первым датчиком 91 давления, и о давлении в промежуточном отсеке 300, измеряемом вторым датчиком 92 давления. Блок 510 управления контролирует блок 520 для создания давления воздуха, требуемого в промежуточном отсеке 300, на основе давления в уплотнительной камере 115 в водяном уплотнении 100, измеряемом первым датчиком 91 давления. Разность давлений на втором уплотнительном кольце 120 в водяном уплотнении 100 поддерживается, таким образом, постоянно на уровне, например, 0,1 бар. Это будет вносить свой вклад в обеспечение хороших рабочих условий для второго уплотнительного кольца 120 в водяном уплотнении 100.
На фигуре также показано первое масляное уплотнение 200 с двумя уплотнительными кольцами 210, 220 и уплотнительная камера 215, расположенная между уплотнительными кольцами 210, 220. Уплотнительные кольца 210, 220 действуют на вторую облицовку 34, расположенную на валу 31 гребного винта. Первое масляное уплотнение 200 смазывается смазочным маслом, поступающим из резервуара 70 для смазочного масла. Смазочное масло циркулирует через уплотнительную камеру 215. К резервуару 70 для смазочного масла проходит наливная труба 71. Первое масляное уплотнение 200 предотвращает вытекание смазочного масла из подшипника 41. С другой стороны, первое масляное уплотнение 200 также предотвращает проникновение морской воды в подшипник 41 даже в случае аварии, когда отсек 300 затапливается.
В уплотнительной камере 215 в первом масляном уплотнении 200 создается гидростатическое давление, создаваемое разностью высот H2 между линией X-X вала и резервуаром 70 для смазочного масла. В уплотнительной камере 215 может быть использован простой механический циркуляционный насос для масла. Резервуар 70 для смазочного масла уменьшает температуру охлаждающего воздуха, используемого для охлаждения первого электрического двигателя 30 в нижней части 23 кронштейна 21. Уплотнительное кольцо 210, расположенное ближе к подшипнику 41, охлаждается смазочным маслом, циркулирующим в подшипнике 41. Давление воздуха, создаваемое нагнетающей системой управления 500, дополнительно направляется второй трубой 95, в которой предусмотрен второй клапан 96, в резервуар 70 для смазочного масла. Это означает, что давление, действующее в уплотнительной камере 215 в первом масляном уплотнении 200, является гидростатическим давлением, создаваемым высотой H2, являющейся разностью высот между линией Х-X вала и резервуаром 70для смазочного масла, к которому добавляется давление воздуха, создаваемого нагнетающей системой 500. Давление воздуха в промежуточном отсеке 300 на 0,1 бар ниже давления морской воды на уровне X-X вала. Давление в уплотнительной камере 215, таким образом, будет на 0,1 бар ниже давления морской воды на уровне X-X вала плюс гидростатическое давление, создаваемое высотой H2. Высота H2 может составлять, например, 1 м, что означает, что соответствующее гидростатическое давление будет составлять 0,1 бар. Давление в уплотнительной камере 215 будет, таким образом, соответствовать давлению морской воды на уровне X-X вала. Таким образом, на втором уплотнительном кольце 220 в первом масляном уплотнении 200 будет существовать разность давлений, составляющая 0,1. В первом масляном уплотнении также предусмотрена дренажная труба 81, соединенная через клапан 80 с уплотнительной камерой 215 в первом масляном уплотнении 200.
На фиг.8 показано поперечное сечение уплотнительного устройства и системы управления для вала гребного винта в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения. Единственное отличие этого варианта осуществления от варианта осуществления, показанного на фиг.7, заключается в водяном уплотнении 100. Водяное уплотнение 100 в этом варианте осуществления основано на торцевом уплотнении 150. В вале 31 предусмотрен цилиндрический крепежный элемент 35, и торцевое уплотнение 150 прикреплено к крепежному элементу 35. Вертикальный торец водяного уплотнения 150 действует на вертикальную облицовку 36, расположенную в первой вертикальной стенке 26. Торцевое уплотнение 150 образовано из цилиндрической части 152, прикрепленной к крепежному элементу 35, и кольцевой части, действующей на облицовку 36. В кольцевой части 151, действующей на вертикальную облицовку 36, могут быть предусмотрены кромки, образующие уплотнение (не показаны на чертеже). Существуют различные виды торцевых уплотнений 150, но кольцевая часть 151, возможно имеющая кромки, действующие на вертикальную облицовку, является типичным признаком торцевого уплотнения 150. Первый датчик 91 давления может измерять давление морской воды на уровне линии Х-Х вала в небольшой камере водяного уплотнения между кромками в кольцевой части 151 или непосредственно в морской воде, действующей на наружную сторону первой концевой стенки 26. Уплотнительное устройство и система управления соответствуют в других отношениях тому, что показано на фиг.7. Давление воздуха в промежуточной камере 300 будет действовать на торцевое уплотнение 150, прижимая кромки кольцевой части торцевого уплотнения 150 к вертикальной облицовке 36.
Уплотнительное устройство делает возможным откладывание на более поздний срок замену уплотнения в аварийной ситуации. Поврежденное уплотнительное кольцо 120 в водяном уплотнении 100 может приводить к ситуации, когда вся внутренняя часть промежуточного отсека 300 будет затоплена. Силовая установка 20 может все еще работать на полную мощность в такой ситуации до тех пор, пока второе уплотнительное кольцо 120 в водяном уплотнении 100 не будет заменено в порту. В уплотнительной камере 215 между двумя уплотнительными кольцами 210, 220 в масляном уплотнении 200 может быть вручную создано давление выше давления морской воды для того, чтобы исключать проникновение морской воды в подшипник 41. Это может быть выполнено посредством закрытия первого клапан 94 и удерживанием второго клапана 96 открытым. Воздух под давлением, имеющий давление выше, чем давление в затопленном промежуточном отсеке 300, измеряемое вторым датчиком давления 92, может быть направлен в резервуар 70 для смазочного масла. Давление в уплотнительной камере 215 в первом масляном уплотнении 200 будет, таким образом, выше, чем давление в затопленном промежуточном отсеке 300, что будет предотвращать проникновение морской воды в уплотнительную камеру 215 в первом масляном уплотнении 200.
Подача давления воздуха из нагнетающей системы 500 в резервуар 70 для смазочного масла не обязательно требуется в случае, когда углубление судна более или менее постоянно. Резервуар 70 для смазочного масла в этом случае может быть расположен на подходящей высоте H2 для того, чтобы поддерживать соответствующее гидростатическое давление в уплотнительной камере 215 в первом масляном уплотнении 200. Давление в уплотнительной камере 215 в первом масляном уплотнении 200 должно быть на выше, чем давление в промежуточной камере 300 для того, чтобы предотвращать утечку масла из подшипника 41 в промежуточную камеру 300.
Это даже можно делать без резервуара 70 для смазочного масла для первого масляного уплотнения 200. Первое масляное уплотнение 200 в этом случае может содержать только одно уплотнительное кольцо 210. Это возможно, если углубление судна небольшое и постоянное, что означает, что давление в промежуточном отсеке 300 небольшое и постоянное.
Также возможно использовать торцевое уплотнение в качестве первого масляного уплотнения 200. Манжетное уплотнение, однако, более пригодно для использования в качестве первого масляного уплотнения 200.
Аварийное уплотнение 105, показанное на фиг.6, используется по желанию в уплотнительном устройстве. Аварийное уплотнение 105 может быть заполнено воздухом в ситуации, когда водяное уплотнение 100 требуется заменить. Аварийное уплотнение 105 будет предотвращать проникновение воды в судно, когда водяное уплотнение 100 заменяют. В случае, когда аварийное уплотнение 105 не используется, водолазу необходимо расположить временное надувное уплотнение между гребным винтом 32 и первой вертикальной стенкой 26 при замене водяного уплотнения 100.
Естественно, аварийное уплотнение 105, также может быть использовано в варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.8.
Промежуточный отсек 300 закрывают, делая его непроницаемым для воздуха. Воздух может выходить из промежуточного отсека 300 только через водяное уплотнение 100 и первое масляное уплотнение 200. Сервисное отверстие 29, таким образом, может быть уплотнено для того, чтобы быть воздухонепроницаемым, когда оно закрыто. Естественно, может быть несколько сервисных отверстий 29 вдоль контура вертикальной второй стенки 27.
Отверстие O1, показанное на фиг.1, у второго конца 23B нижней части 23 кронштейна 21, образовано в корпусе силовой установки 20. Корпус силовой установки 20 образован кронштейном 21.
Промежуточный отсек 300 преимущественно заполнен воздухом, но может быть использован любой другой газ вместо воздуха в промежуточном отсеке 300. Использование воздуха является преимущественным, так как уплотнительное устройство окружено воздухом, который может быть использован. Воздух дешевле использовать, и использование какого-либо другого газа увеличивает затраты.
Уплотнительное устройство в соответствии с изобретением не ограничивается силовой установкой, показанной на фиг.1. Естественно, уплотнительное устройство также может быть использовано в силовой установке, в которой расположен приводной двигатель 30, например, в верхней части 22 кронштейна 21 или даже внутри корпуса 11 судна 10. Силовая установка 20 в таком случае будет содержать вертикальный приводной вал, проходящий от приводного двигателя или через приводной двигатель вниз к валу 31 гребного винта. Вертикальный приводной вал может быть соединен посредством зубчатого устройства к валу 31 гребного винта. Уплотнительное устройство также может быть использовано внутри судна 10, когда не имеется наружной силовой установки. Силовая установка может тогда содержать вал грибного винта, проходящий из внутренней части корпуса 11 судна 10 через отверстие O1 в корме корпуса 11 судна 10 к морской воде. Приводной двигатель 30 в силовой установке будет в таком случае расположен внутри корпуса 11 судна 10. Приводной двигатель 30 может быть двигателем внутреннего сгорания вместо электрического двигателя. В таком случае уплотнительное устройство будет расположено в соответствии с отверстием O1 в корпусе 11 судна 10. Подшипник 41 будет расположен у отверстия O1. Уплотнительное устройство в корпусе 11 судна 10 будет по существу соответствовать уплотнительному устройству, показанному на фиг.2.
Изобретение и варианты его осуществления не ограничиваются примерами, описанными выше, но могут изменяться в объеме формулы изобретения.