ПРОПУЛЬСИВНАЯ СИСТЕМА С ПОГРУЖНЫМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ДВИГАТЕЛЕМ

Полезная модель относится к судостроению, а именно к пропульсивным системам с погружным электрическим двигателем.
Термины, использованные в заявке.
Втулка - цилиндрическая деталь, в отверстие которой входит сопрягаемая деталь. (Новый политехнический словарь. Гл. ред. А.Ю.Ишлинский. М: Научное издательство «Большая Российская энциклопедия», 2000 г., стр.87)
Цапфа - часть вала, опирающаяся на подшипник, (там же, стр.601).
Под термином «гильза» в заявке понимается цилиндрическая вставка.
Из патента RU 2323123 C2, МПК В63Н 1/16, В63Н 5/14, публ. 27.04.2008 г., известна конструкция пропульсивной системы, в состав которой входят корпус, погружной электрический двигатель и гребной винт. Статор электрического двигателя прикреплен к корпусу, а ротор с внутренней стороны имеет как единое целое круговое кольцо. Вал ротора установлен в опорах подшипников и является одновременно валом гребного винта.
Из патента US 8229669 B2, МПК Н02К 5/10, публ. 30.10.2012 г., известна также конструкция пропульсивной системы, содержащей погружной электродвигатель, ротор которого конструктивно совмещен с гребным винтом, а вал гребного винта установлен в опорах подшипников.
Из уровня техники известно использование в пропульсивных системах с погружным электрическим двигателем подшипников скольжения со смазкой и охлаждением забортной водой.
Из уровня техники известна, например, конструкция судового подшипника гребного вала, см. описание к патенту RU 2385256 C1, МПК В63Н 23/34, 23/26, публ. 27.03.2010 г., включающая в себя опору подшипника скольжения и антифрикционные вкладыши, закрепленные в пазах, выполненных на внутренней поверхности опоры подшипника скольжения. Для удаления абразива из зоны трения на поверхности антифрикционных вкладышей выполнены продольные канавки.
Как известно из описания к патенту RU 2382717 C1, МПК В63Н 23/36, F16C 17/14, публ. 27.02.2010 г., выполнение пазов на внутренней поверхности опоры судового подшипника скольжения является весьма трудоемким процессом.
При эксплуатации подшипников скольжения более интенсивно стирается нижняя нагруженная часть опоры подшипника, поддерживающая вал, что предопределяет малый ресурс эксплуатации системы. При истирании нижней нагруженной части опоры подшипника ротор погружного электродвигателя смещается вниз, нарушая нормальное функционирование электродвигателя (в частности, изменяется потокосцепление обмоток статора с постоянными магнитами ротора).
За прототип заявляемой полезной модели взята конструкция пропульсивной системы с погружным электрическим двигателем, известная из патента US 6837757 B2, МПК В63Н 23/24, публ. 04.01.2005 г., включающая в себя погружной электродвигатель, ротор которого конструктивно совмещен с гребным винтом, а вал гребного винта установлен в опорах подшипников скольжения. В прототипе для увеличения ресурса эксплуатации системы опоры подшипников выполнены из материала с повышенной твердостью.
Недостатками системы-прототипа являются недостаточный ресурс эксплуатации, обусловленный отсутствием средств для эффективной смазки и охлаждения подшипников, и повышенные требования к материалу опор подшипников.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является создание пропульсивной системы с погружным электрическим двигателем, характеризующейся повышенной технологичностью изготовления, повышенной надежностью и увеличенным ресурсом эксплуатации.
Указанный технический результат достигается в конструкции пропульсивной системы, в себя погружной электрический двигатель, ротор которого конструктивно совмещен с гребным винтом, а вал гребного винта установлен в опорах подшипников скольжения.
Технический результат достигается тем, что опоры подшипников скольжения снабжены гильзами, на рабочую поверхность которых нанесено износостойкое покрытие, а цапфы гребного вала снабжены втулками из антифрикционного материала, на наружных рабочих поверхностях которых расположены продольные смазочные канавки, открытые с торцов.
В варианте реализации в качестве износостойкого покрытия рабочих поверхностей гильз опор может быть использован слой керамики, а смазочные канавки могут быть выполнены винтовой формы, с постоянным или переменным шагом.
Полезная модель поясняется иллюстрациями:
На Фиг.1 показана пропульсивная система с погружным электрическим двигателем;
На Фиг.2 показана часть пропульсивной системы, включающая цапфу вала гребного винта с напрессованной на нее втулкой и опору с гильзой.
Позициями на фигурах обозначены:
1 - устройство крепления;
2 - опорный модуль;
3 - статор погружного электрического двигателя;
4 - ротор погружного электрического двигателя;
5 - гребной винт;
6 - вал гребного винта;
7 - опора подшипника скольжения вала гребного винта;
8 - кабельный ввод;
9 - гильза с износостойким покрытием;
10 - втулка цапфы вала гребного винта;
11 - канавки на втулке цапфы вала гребного винта.
Описанная ниже конструкция поясняет суть заявляемого технического решения, но не исчерпывает варианты его реализации.
Полезная модель может быть реализована в конструкции пропульсивной системы (см. Фиг.1, 2), включающей в себя, по меньшей мере, погружной электрический двигатель со статором 3 и ротором 4. Ротор 4 конструктивно совмещен с гребным винтом 5, а вал 6 гребного винта 5 установлен в опорах 7 подшипников скольжения.
Погружной электрический двигатель пропульсивной системы соединяют с корпусом судна с помощью устройства 1 крепления и опорного модуля 2, каждый из которых представляет собой сварной узел. Подвод напряжения питания на обмотки статора погружного электрического двигателя выполняют через кабельный ввод 8.
Для реализации полезной модели выполняют следующие изменения конструкции (см. Фиг.2).
Опоры 7 подшипников скольжения снабжают гильзами 9, на рабочую поверхность которых наносят износостойкое покрытие.
2
3
В предпочтительном варианте реализации полезной модели в качестве материала для изготовления гильз используют титановый сплав или коррозионностойкую сталь, а износостойкое покрытие выполняют детонационным напылением слоя AlO.
Цапфы гребного вала снабжают втулками 10 из антифрикционного материала, на наружных рабочих поверхностях которых выполняют продольные смазочные канавки 11, открытые с торцов втулок.
Смазочные канавки 11 выполняют несколько функций. По канавкам 11 в подшипники скольжения гребного вала поступает забортная вода, используемая в качестве смазки и для охлаждения трущихся поверхностей. Через канавки 11 также удаляется абразив из зоны трения.
Смазочные канавки 11 могут быть выполнены прямыми или винтовыми.
Винтовые канавки, в свою очередь, могут выполняться с постоянным или переменным шагом.
В случае выполнения канавок с переменным шагом шаг канавки выполняют таким образом, чтобы увеличивалась скорость потока забортной воды на выходе из подшипника. При вращении вала гребного винта с напрессованной на цапфу вала втулкой смазочные канавки 11, выполненные с переменным шагом, создают насосный эффект, увеличивающий расход воды через подшипник, и тем самым способствуют интенсивному вымыванию абразивных частиц из рабочей зоны подшипника. Благодаря этому зазор в подшипнике скольжения может быть значительно уменьшен.
Нарезание смазочных канавок 11 на наружной поверхности втулки цапфы гребного вала существенно технологичнее, чем нарезание смазочных канавок на внутренней поверхности гильзы опоры подшипника скольжения.
Система работает следующим образом. При подаче напряжения питания через кабельный ввод 8 на обмотки статора 3 погружного электрического двигателя пропульсивной системы по обмоткам начинает протекать электрический ток, который создает магнитное поле, заставляющее вращаться ротор 4, соединенный с гребным винтом 5. Лопасти гребного винта 5, вал 6 которого вращается в опорах 7 подшипников скольжения, захватывают массу воды и отбрасывают ее назад. Сила реакции отбрасываемой воды заставляет двигаться судно.
Вода через открытые с торцов смазочные канавки 11 подается в подшипники скольжения вала 6 гребного винта, обеспечивая смазку и охлаждение трущихся рабочих поверхностей гильз и втулок, а также отвод из рабочей зоны абразивных частиц.
Опытные образцы разработанной пропульсивной системы испытаны в составе судна и показали повышенную надежность в эксплуатации и долговечность. В частности, срок службы подшипников вала гребного винта с сохранением допустимого зазора превысил 10000 часов.