Комбинированный двигательно-движительный комплекс судна
COMBINED PROPULSION SYSTEM VESSEL

Изобретение относится к области судостроения и касается вопроса повышения эффективности использования водометных движителей для водоизмещающих судов.
Известен водометный двигательно-движительный комплекс (ВДДК), содержащий осесимметричный корпус в виде судовой кольцевой насадки и размещенный в нем реверсивный электродвигатель погружного исполнения со статором и подвижно установленным круговым кольцом с закрепленными на его внутренней стороне лопастями, представляющим собой рабочее колесо (РК) движителя, и выполненным как единое целое с ротором упомянутого электродвигателя, закрепленным на круговом кольце с наружной стороны кольца, причем круговое кольцо зафиксировано на опорно-упорных устройствах. Длина лопастей РК составляет 0,4-0,5 внутреннего радиуса кругового кольца, а образующая внутренней поверхности носовой части корпуса на входе потока имеет синусоидальную форму (Патент РФ №2204502 от 20.05.2003 г.) - прототип.
Недостатком известного движительного комплекса является довольно низкий кпд вследствие того, что при работе РК ВДДК часть энергии потока затрачивается на его неизбежную закрутку за РК, что является негативным фактором, приводящим к потерям энергии. Кроме того, сами двигатели подобных движителей имеют значительные ограничения по мощности, что не позволяет их применять на судах среднего и большого водоизмещения в качестве основного двигателя-движителя.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение кпд двигательно-движительного комплекса судна на всех режимах эксплуатации судна, в том числе на судах среднего и большого водоизмещения, за счет сохранения энергии потока, затрачиваемой на закрутку потока, путем устранения указанной закрутки.
Это достигается тем, что комбинированный двигательно-движительный комплекс (КДДК) судна, содержащий корпус в виде осесимметричной судовой кольцевой насадки с размещенным в нем реверсивным электродвигателем погружного исполнения, имеющим вмонтированный в корпус статор и подвижно размещенный в корпусе ротор, бесступичное рабочее колесо, состоящее из лопастей, закрепленных на внутренней стороне кругового кольца, подвешенного на опорно-упорных конструкциях и закрепленного внутри ротора упомянутого электродвигателя, с которым круговое кольцо выполнено как единое целое, по изобретению оснащен размещенным вниз по потоку за рабочим колесом, соосно с ним, гребным винтом (ГВ), расположенным на конце гребного вала, проходящего наряду с дейдвудом сквозь просвет между внутренними концами лопастей рабочего колеса и соединенного с приводным двигателем, размещенным в корпусе судна. Гребной винт установлен с минимальным зазором между концами его лопастей и внутренней поверхностью кольцевой насадки. Причем гребной винт и рабочее колесо оборудованы приводами, выполненными с возможностью обеспечения им противоположного вращения. При этом гребной винт и рабочее колесо оснащены автономными стопорами, выполненными с возможностью обеспечения остановки их вращения независимо друг от друга.
Кроме того, в предпочтительном варианте исполнения зазор между концами лопастей гребного винта и внутренней поверхностью кольцевой насадки составляет 0,01-0,015 радиуса лопасти.
Введение в состав КДДК установленного вниз по потоку за рабочим колесом, соосно с ним, гребного винта, закрепленного на конце приводного вала, проходящего сквозь рабочее колесо в круговом просвете между внутренними концами лопастей рабочего колеса, который соединен с приводным двигателем, позволяет при стопорении ГВ и при работающем РК обеспечить раскрутку потока после рабочего колеса, то есть гребной винт выполняет функцию спрямляющего аппарата потока за рабочим колесом, и тем самым устранить потери энергии потока на его закрутку. При вращении же гребного винта в сторону, противоположную от направления вращения рабочего колеса при застопоренном РК, последний выполняет функцию направляющего аппарата, закручивающего перед гребным винтом набегающий на него поток в направлении, противоположном вращению ГВ. В результате поток на выходе из ГВ оказывается без закрутки. Благодаря этому в обоих режимах работы РК и ГВ обеспечивается сбережение энергии на закрутку потока и, как следствие, - повышение кпд КДДК. В случае одновременного вращения ГВ и РК (в противоположные стороны) при надлежащем выборе частоты вращения РК и ГВ обеспечивается снижение интенсивности закрутки потока. Преимущество такого режима работы движителя состоит в обеспечении высокого значения полной скорости хода судна за счет повышения потребляемой мощности от двух упомянутых двигателей.
Установка ГВ с минимальным зазором между концами его лопастей и внутренней поверхностью корпуса насадки, составляющим 0,01-0,015 радиуса лопасти, позволяет повысить эффективность работы ГВ.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого комбинированного двигательно-движительного комплекса судна, на фиг. 2 - разрез по А-A на фиг. 1 и на фиг. 3 - разрез по Б-Б на фиг. 1.
КДДК судна имеет корпус 1 в виде осесимметричной судовой кольцевой насадки, в котором размещен реверсивный электродвигатель погружного исполнения, состоящий из вмонтированного в корпус 1 статора 2 и подвижно размещенного в корпусе 1 ротора 3 реверсивного электродвигателя (фиг. 1). Внутри кольцевой насадки установлено бесступичное рабочее колесо 4, состоящее из лопастей 5, закрепленных на внутренней стороне кругового кольца 6, подвешенного на опорно-упорных конструкциях (на рисунке не показаны). Круговое кольцо 6 закреплено внутри ротора 3 упомянутого электродвигателя, с которым круговое кольцо 6 выполнено как единое целое (фиг. 1, 2). Вниз по потоку за рабочим колесом 4, соосно с ним, размещен лопастной гребной винт 7, который расположен на гребном валу 8, консольно выходящем из приводного двигателя (не показан), размещенного в корпусе судна, и проходящем наряду с дейдвудом сквозь просвет между внутренними концами лопастей 5 рабочего колеса 4. Гребной винт 7 установлен с минимальным зазором между концами его лопастей 9 и внутренней поверхностью корпуса 1 насадки, составляющим 0,01-0,015 радиуса лопасти 9 (фиг. 1). Гребной винт 7 и рабочее колесо 4 оборудованы приводами (не показаны) для обеспечения их противоположного вращения и автономными стопорами (не показаны) для остановки их вращения. Число лопастей гребного винта 7 и рабочего колеса 4 выбирается из условия выполнения требований получения наивысшего кпд.
Дейдвуд 11 предназначен для прохождения вала 8.
Кольцевая насадка крепится к корпусу судна посредством кронштейнов 10.
Работа КДДК судна осуществляется следующим образом. На больших режимах (полной скорости) эксплуатации судна вращается рабочее колесо 4, работающее от реверсивного электродвигателя, на который подается электропитание; гребной винт 7 за рабочим колесом 4 при этом тоже вращается, но в противоположную сторону с помощью гребного вала 8 и приводного электродвигателя, расположенного в корпусе судна. При вращении РК 4 полезный упор создается по аналогии с традиционным гребным винтом. Лопасти противоположно вращающегося ГВ 7 также создают полезный упор, при этом одновременно происходит утилизация энергии потока, идущей на его закрутку от работающего РК 4, что в итоге приводит к существенному повышению кпд КДДК и тяги.
На малых скоростях движения судна по первому варианту работы КДДК, когда вращается только РК 4 от реверсивного электродвигателя, а ГВ 7 за РК 4 застопорен, поток за РК 4 закручивается, что является негативным фактором, свидетельствующим о потерях энергии и, соответственно, о понижении кпд движителя. Одновременно при обтекании потоком воды системы лопастей застопоренного ГВ 7, расположенного за РК 4, на лопастях ГВ 7 также создается упор, а закрутка потока устраняется.
При втором варианте движения судна на малой скорости РК 4 застопорено и предварительно закручивает поток перед вращающимся ГВ 7. В этом случае за счет закрутки потока, противоположной направлению вращения ГВ 7, на последнем создается упор, больший, чем при отсутствии РК 4, и, как следствие, необходимая скорость хода достигается при пониженной частоте вращения ГВ.
При правильно спроектированном ГВ 7 достигается полное устранение закрутки потока, что обеспечивает получение наивысшего кпд.
Число оборотов гребного винта и рабочего колеса при их автономном или совместном вращении выбирается для каждого режима движения судна из условия достижения наибольшей тяги.
Предлагаемый КДДК судна позволяет в зависимости от решаемой задачи снизить энергопотребление или увеличить скорость движения, повышая при этом его кпд в том числе и на судах среднего и большого водоизмещении, что выгодно отличает его от прототипа.