Приводной агрегат для морских судов, содержащий систему торможения и блокировки гребного вала
MARINE PROPULSION UNIT COMPRISING PROPELLER SHAFT BRAKING AND LOCKING SYSTEM

Предложенное изобретение относится к приводным агрегатам для морских судов, таких как водные суда, корабли или подводные лодки, а также нефтяные платформы.
Указанные приводные агрегаты, также известные как «движительный агрегат», обычно содержат подвижный корпус, прикрепленный с помощью поворотного соединения к обшивке морского судна. Элемент обшивки может быть расположен на корме или носу судна.
По причине сильных течений гребной винт судового приводного агрегата может случайно повредить роликовый подшипник гребного вала приводного агрегата. Более того, при сильных течениях может возникнуть необходимость торможения или блокировки гребного вала гребного винта приводного агрегата.
Кроме того, при отказе одной из двигательных установок вращение гребного вала неисправного приводного агрегата должно быть заблокировано. Это позволит судну вернуться в порт при эксплуатации работоспособного приводного агрегата, чтобы предотвратить дальнейшее повреждение дефектного приводного агрегата.
К приводным агрегатам, применяемым в условиях ледокольных работ, предъявляют более жесткое ограничение размера в осевом направлении, а это значит, что система должна обеспечивать и торможение, и блокировку гребного вала без увеличения ее осевых размеров.
Целью изобретения является устранение ранее указанных недостатков и создание системы торможения и блокировки для гребного вала приводного агрегата морского судна.
Главной целью настоящего изобретения является приводной агрегат, устанавливаемый на морском судне. Данный агрегат содержит подвижный корпус, который поворачивается вокруг оси относительно обшивки морского судна, гребной вал, установленный с возможностью вращения относительно подвижного корпуса и опирающийся на два подшипника качения, и приводной элемент, который вращается вместе с гребным валом.
В передней части приводного агрегата выполнены по меньшей мере две системы торможения и блокировки, расположенные между передним подшипником качения и движительным элементом. Когда приводной агрегат погружен в воду, область между передним подшипником качения и движительным элементом заполнена морской водой. Системы торможения и блокировки расположены внутри приводного агрегата и погружены в воду в данной области. Это помогает избежать попадания пыли или предотвратить нагревание агрегата при торможении и/или блокировке гребного вала.
Система торможения и блокировки преимущественно содержит исполнительный механизм, выполненный с возможностью регулировки трения накладки тормозной колодки по дисковому тормозу, вращающемуся вместе с гребным валом.
В случае торможения и/или блокировки гребного вала, накладка обеспечивает радиальную опору по наружной цилиндрической поверхности тормозного диска.
В нормальном положении тормозная колодка отведена в радиальном направлении от тормозного диска с помощью разделительного элемента, такого как пружина.
Согласно одному варианту выполнения, исполнительный механизм содержит червячный винт, поворачиваемый редукторным двигателем и обеспечивающий передачу линейного движения к рычагу исполнительного механизма, выполненного с тормозящим элементом, контактирующим с тормозной колодкой.
Например, внутренняя поверхность тормозящего элемента и наружная поверхность тормозной колодки наклонены относительно оси рычага исполнительного механизма. Другими словами, две контактирующие поверхности соответствуют друг другу по форме.
Обе системы торможения и блокировки могут быть одинаковыми и могут быть расположены симметрично относительно гребного вала.
Согласно другому варианту выполнения, приводной агрегат содержит по меньшей мере три системы торможения и блокировки, расположенные вокруг гребного вала с угловым интервалом более 120° относительно друг друга.
Наличие одной или двух систем торможения и блокировки, расположенных ниже уровня гребного вала и вокруг гребного вала, обеспечивает радиальную опору гребного вала в случае разборки переднего подшипника качения. Например, разборка может потребоваться в процессе технического обслуживания и ремонта в сухом доке.
Система торможения и блокировки расположена между движительным элементом и подшипником вала, расположенным на стороне гребного винта. Система торможения расположена под подвижным корпусом, при этом поток морской воды циркулирует вокруг приводного агрегата во время перемещения морского судна в обычном режиме.
Другие цели, характеристики и преимущества изобретения станут понятными из приведенного ниже описания, выполненного исключительно в качестве не ограничивающего примера и со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:
а) Фиг. 1 изображает энергетическую систему согласно примеру варианта выполнения изобретения, в разрезе.
б) Фиг. 2 изображает детальный вид тормозящей системы, расположенной внутри двигательной установки, изображенной на фиг. 1.
В приведенном далее описании выражения «продольный», «поперечный», «вертикальный», «передний», «задний», «левый» и «правый» используют применительно к обычной прямоугольной системе координат для морских судов, представленной на чертежах и содержащей:
а) Ось X, перпендикулярную плоскости фиг. 1 и ориентированную согласно оси 2 килевой качки морского судна, при этом указанное судно расположено в соответствии с плоскостью нормальной эксплуатации. «Плоскость нормальной эксплуатации» содержит продольное и поперечное направления морского судна, при этом указанное судно перемещается по спокойному морю и в условиях обычной нагрузки.
б) Ось Y, горизонтальную относительно фиг. 1 и ориентированную согласно оси килевой качки морского судна, при этом указанное судно расположено согласно плоскости нормальной эксплуатации.
с) Ось Z, вертикальную относительно фиг. 1 и ориентированную согласно вертикальной оси морского судна, при этом указанное судно передвижения расположено в соответствии с плоскостью нормальной эксплуатации.
Выражение «морские суда» относится к водным судам, кораблям, подводным лодкам или нефтяным платформам.
Как изображено на фиг. 1, судно 2 имеет обшивку 4, в которой выполнено сквозное отверстие, в котором установлено цилиндрическое гнездо 6. Гнездо 6 заключено в обшивке 4 при помощи средств крепления (не показаны). Например, гнездо 6 может быть соединено с обшивкой с помощью болтов, точечной сварки или сварных швов, либо с помощью прессовой посадки. Ось цилиндрического гнезда 6 параллельна вертикальному направлению, определенному относительно судна 2 вдоль оси Z. Цилиндрическое гнездо 6 имеет зажим 8, имеющий кольцевую или овальную форму и ориентированный перпендикулярно относительно осевого направления гнезда 6.
Энергетическая система 10 судна 2, представленного на фиг. 1, установлена на обшивке 4. Энергетическая система 10 содержит приводной агрегат 12 и один подшипник 14 руля. Приводной агрегат 12 выступает наружу из обшивки 4. Другими словами, приводной агрегат 12 расположен на наружной части обшивки 4 и выполнен с возможностью погружения в воду. Приводной агрегат 12 имеет подвижный корпус 16, выполненный с возможностью поворота вокруг оси А относительно обшивки 4 с помощью подшипника 14 руля.
Подвижный корпус 16 имеет нижнюю часть 18, выполненную в виде удлиненной цилиндрической трубы. Внутри нижней части 18 установлен гребной вал 20 гребного винта, так что указанный вал может вращаться относительно подвижного корпуса 16. Гребной вал 20 может вращаться вокруг своей оси 22. Для этого нижняя часть 18 имеет два поворотных роликовых подшипника 24, 26, ориентированных перпендикулярно направлению гребного вала 22 и связывающих нижнюю часть 18 с гребным валом 20.
Для обеспечения вращения гребного вала 20 относительно подвижного корпуса 16, внутри нижней части 18 расположен электродвигатель 28. Электродвигатель 28 содержит статор 30, установленный на нижней части 18, и ротор 32, установленный на гребном валу 20.
Гребной вал 20 вращает опору 34 гребного винта, на которой установлен гребной винт 36. Хотя в варианте выполнения, представленном со ссылкой на чертежи, приводной агрегат 12 содержит гребной винт, данный агрегат также может содержать (в пределах объема изобретения) другой приводной элемент, например, ротор насоса.
Согласно проиллюстрированному варианту выполнения, гребной винт 36 установлен на одном конце перед приводным агрегатом 12, в направлении от морского судна 2. Таким образом, гребной винт 36 расположен впереди подвижного корпуса 16 по потоку воды, циркулирующему вокруг приводного агрегата 12, когда морское судно 2 движется в обычном режиме.
Другими словами, гребной винт 36 работает при тяговой мощности. Тем не менее, в пределах объема изобретения, можно рассмотреть возможность расположения гребного винта на противоположном конце, так чтобы данный винт работал на мощности упора. Данное альтернативное решение отличается от проиллюстрированного примера перевернутым положением, а именно, опора 34 гребного винта будет установлена не на приводном конце приводного агрегата, а на другом, не приводном конце вала 20.
Подвижный корпус 16 имеет верхнюю часть 38, механически соединенную с нижней частью 18 вблизи проксимального конца 40. Например, верхняя часть 38 и нижняя часть 18 могут быть собраны с помощью болтов, точечной сварки и/или сварных швов (не показаны на чертежах). Верхняя часть 38 и нижняя часть 18 также могут представлять две части детали, отлитой как единое целое.
В передней части приводного агрегата 12 расположены две системы 40 торможения и блокировки гребного вала 20. Системы 40 торможения и блокировки могут быть одинаковыми и могут быть расположены симметрично относительно гребного вала 20. В альтернативном варианте может быть три системы торможения, расположенные вокруг гребного вала 20 с интервалом в 120° относительно друг друга. Наличие одной или двух систем 40 торможения и блокировки, расположенных ниже гребного вала, обеспечивает радиальную опору гребного вала в случае разборки подшипника 24, расположенного в передней части приводного агрегата 12.
На фиг. 2 детально изображена одна из систем 40 торможения и блокировки гребного вала 20. Система 40 торможения и блокировки расположена внутри приводного агрегата 12, между подшипником 24 и гребным винтом 36.
Как изображено на чертеже, система 40 торможения и блокировки имеет исполнительный механизм 42.
В проиллюстрированном варианте выполнения и в качестве неограничивающего примера, исполнительный механизм 42 содержит червячный винтовой механизм 46, поворачиваемый редукторным двигателем 44 и преобразующий вращательное движение, обеспечиваемое редукторным двигателем, в линейное движение. На одном конце исполнительного механизма 42 выполнен кулачок 48, обеспечивающий передачу линейного движения рычагу 50 исполнительного механизма. Противоположный кулачку 48 конец рычага 50 исполнительного механизма, с помощью шарнира 52, соединен с тормозящим элементом 54, внутренняя поверхность 54а которого наклонена относительно оси указанного рычага 50.
Тормозящий элемент 54 опирается на тормозную колодку 56, имеющую тормозную накладку 58, выполненную с возможностью радиальной опоры на наружную цилиндрическую поверхность 60а диска 60, вращающегося вместе с гребным валом 20 и закрепленного на опоре 34 гребного винта. Накладка 58 выполнена из фрикционного материала.
Наружная поверхность 56а тормозной колодки 56 наклонена относительно оси рычага 50 исполнительного механизма. В нормальном положении тормозная колодка 56 отведена в радиальном направлении от тормозного диска 60 с помощью разделительного элемента (не показан на чертеже).
При необходимости замедлить движение гребного вала 20 приводят в действие систему 40 торможения и блокировки, обеспечивая линейное движение рычага 50 исполнительного механизма. Тормозящий элемент 54 скользит по наружной наклонной поверхности 56а тормозной колодки 56, которая перемещается в радиальном направлении к диску 60 при взаимодействии двух наклонных поверхностей 54а, 56а тормозящего элемента 54 и тормозной колодки 56, соответственно. Система 40 торможения и блокировки по существу обеспечивает трение накладки 58 тормозной колодки 56 по тормозному диску 60, вращающемуся вместе с гребным валом 20. Поверхности 54а, 56а выполнены из ограничивающего трение материала, такого как фторопласт, бронза, нержавеющая сталь или другие материалы.
Термин «исполнительный механизм» относится к любой механической системе, которая преобразует подаваемую энергию в механическую энергию. Исполнительный механизм может представлять собой электрический или гидравлический механизм. По существу, исполнительный механизм управляет рычагом исполнительного механизма, обеспечивая радиальное трение накладки о тормозной диск. Кроме того, может иметь место осевое трение накладки о тормозной диск.
Система 40 торможения и блокировки расположена в зоне 62, заполненной водой. Таким образом, при трении накладки 58 тормозной колодки 56 по тормозному диску 60, не образуется пыль внутри приводного агрегата 12. Более того, благодаря расположению системы 40 торможения и блокировки в заполненной водой зоне 62 между передним подшипником 24 и гребным винтом 36, не образуется тепла при торможении или блокировке гребного вала.
Ход рычага 50 исполнительного механизма увеличивают для полной блокировки гребного вала 20.
Данные системы торможения и блокировки подходят для движительных установок, применяемых для ледокольных работ, требующих небольшой площади основания.
Настоящее изобретение не ограничено конкретной конструкцией систем торможения и блокировки. В качестве альтернативы, в приводном агрегате между передним подшипником 24 и гребным винтом может быть использован исполнительный механизм любого типа, обеспечивающий опору на гребной вал с помощью тормозного башмака.
Согласно настоящему изобретению гребной вал может быть застопорен, заблокирован и подперт радиальным образом, с предотвращением при этом образования пыли при торможении и блокировке гребного вала.