СУДОВАЯ ГРЕБНАЯ УСТАНОВКА
SHIP PROPULSIVE MACHINERY

Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится к гребной установке судна.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В современных гребных установках имеет место некоторая неэффективность из-за расположения гребной установки. Зачастую оптимизация гребного винта на предмет эффективности не удается из-за того, что гребной винт сообщает импульсы давления и шум корпусу судна. Для устранения этой ситуации требуется улучшенное решение.
Сущность изобретения
Задача данного изобретения состоит в том, чтобы разработать судно, имеющее азимутальный гребной агрегат для смягчения вышеупомянутых недостатков. Задача изобретения решается посредством судна, которое охарактеризовано в независимом пункте формулы изобретения. Некоторые варианты осуществления раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.
В одном аспекте предложено судно, содержащее корпус, имеющий задний конец и днище, и азимутальный гребной агрегат, установленный на днище корпуса судна, причем азимутальный гребной агрегат содержит гребной винт. Азимутальный гребной агрегат предусматривает режим отрытого положения, в котором гребной винт работает за задним концом корпуса. На варианте осуществления задним концом судна называется транец корпуса судна.
В варианте осуществления азимутальный гребной агрегат является поворотным и предусматривает режим защищенного положения, в котором азимутальный гребной агрегат стоит под корпусом судна. Вследствие этого, судно можно классифицировать как являющееся настолько малым, насколько это возможно, и оно может иметь возможность заходить в большее количество гаваней.
В варианте осуществления гребной винт выполнен с возможностью обеспечения максимальной эффективности при работе в режиме работы с толкающим усилием в режиме открытого положения.
В варианте осуществления конструкция гребного винта оптимизирована для режима работы с толкающим усилием в режиме открытого положения путем применения по меньшей мере одного: распределения шага, угла откидки, диаметра гребного винта, количества лопастей, дискового отношения, скорости вращения гребного винта и формы обтекателя ступицы гребного винта в качестве параметра конструкции.
В варианте осуществления гребной винт выполнен с возможностью работы в режимах защищенного положения и работы с тянущим усилием (буксировки) с ограниченной мощностью и скоростью судна.
В варианте осуществления направление вращения гребного винта можно изменять на обратное, вследствие чего гребной винт эксплуатируется в режиме буксировки (работы с тянущим усилием) в режиме открытого положения и/или в режиме работы с толкающим усилием в режиме защищенного положения.
В варианте осуществления мощность и/или угол поворота ограничены в режиме защищенного положения азимутального гребного агрегата.
В варианте осуществления гребной винт содержит три или четыре лопасти, что обеспечивает максимальную мощность на выходе.
В варианте осуществления азимутальный гребной агрегат содержит гондолу, гребной электродвигатель, расположенный внутри гондолы, по существу, горизонтальный гребной вал, соединенный с возможностью привода с гребным электродвигателем и гребным винтом, и кронштейн, жестко прикрепленный к гондоле, причем судно дополнительно содержит подшипниковый узел для придания опоры кронштейну и обеспечения поворота кронштейна относительно корпуса судна.
В варианте осуществления форма гондолы, по меньшей мере в основном, оптимизирована для режимов работы с толкающим усилием и открытого положения.
В варианте осуществления судно содержит колпак, имеющий активированный режим, в котором колпак установлен над гребным винтом азимутального гребного агрегата для предотвращения падения пассажиров на гребной винт, причем активированный режим колпака применяется, когда азимутальный гребной агрегат эксплуатируют в режиме открытого положения. В режиме толкающего усилия, который является нормальным крейсерским режимом, не является решающим фактором то, что размеры судна могут временно расширяться. Колпак может быть установлен на транец судна.
В варианте осуществления колпак имеет неактивированный режим, в котором колпак не выходит за размеры корпуса, причем неактивированный режим применяется, когда азимутальный гребной агрегат эксплуатируют в режиме защищенного положения. Когда колпак неактивирован, его можно поднимать или поворачивать у транца судна.
В варианте осуществления колпак автоматически переключается между активированным и неактивированным режимами, когда азимутальный гребной агрегат эксплуатируют в режимах открытого и защищенного положения соответственно.
В варианте осуществления задний конец корпуса содержит транец судна.
ЧЕРТЕЖИ
Ниже будет приведено описание более подробное изобретения посредством нескольких вариантов осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи, при этом:
на фиг.1 показан вариант осуществления судна, имеющего азимутальный гребной агрегат, эксплуатируемый в режиме открытого положения;
на фиг.2 показан гребной агрегат согласно фиг.1, эксплуатируемый в режиме защищенного положения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Варианты осуществления относятся к судну, имеющему азимутальный гребной агрегат. Варианты осуществления относятся главным образом к расположению азимутального гребного агрегата на судне. Один такой вариант осуществления изображен на фиг.1.
Предложено судно, имеющее корпус 100. В связи с пояснением изобретения показан только задний конец днища судна. Корпус судна содержит днище 102, которое достигает основной линии 120 и полого касается ее. На днище 102 может быть установлен скег 105, который в типичном случае имеет ширину от примерно одного до нескольких метров, то есть скег не простирается на всю ширину днища. Под днищем образуется пространство 104 для заключения в нем азимутального гребного агрегата. Азимутальный гребной агрегат предпочтительно находится за скегом (скегами), как показано на фиг.1 и 2. На альтернативном варианте, если судно имеет два или более азимутальных гребных агрегатов, некоторые из них можно разместить, по меньшей мере, частично рядом со скегом (скегами) сбоку от него (них). Таким образом, в показанном стрелками направлении вперед для судна, гребной агрегат 110 защищен днищем 102 судна. Судно также содержит транец 106, который представляет собой концевую поверхность корпуса судна.
Азимутальный гребной агрегат 110 содержит гондолу 112, которая неподвижно крепится к кронштейну 114. Кронштейн 114 установлен с возможностью поворота посредством подшипникового или вертлюжного узла на днище 102A судна.
В гондоле 112 заключен гребной электродвигатель, представляющий собой электродвигатель для вращения гребного винта 118, крепящегося к ступице 116 на конце гондолы 112. Вал, вращаемый электродвигателем, является тем самым валом, который вращает гребной винт, или, по меньшей мере, соосен с ним.
Азимутальный гребной агрегат 110 имеет два главных рабочих положения, которые изображены на фиг.1 и 2. На фиг.1 гребной агрегат находится в режиме открытого положения, в котором гребной винт открыт, выступая наружу за габаритные размеры корпуса судна, если смотреть по вертикали сверху судна. На фиг.2 показан режим защищенного положения гребного агрегата 110, в котором гребной винт остается в пределах габаритных размеров корпуса судна, то есть гребной винт все время остается под корпусом судна.
Как показано на фиг.1, гребной винт 118 установлен в режиме открытого положения за транцем 106 корпуса судна 100. То есть продольное направление лопастей гребного винта 118 заходит за наиболее отдаленную точку транца корпуса судна. Продольным направлением лопастей гребного винта здесь называется направление, перпендикулярное по сравнению с осью вращения гребного винта.
На фиг.2 гребная установка согласно фиг.1 показана в режиме защищенного положения, т.е. в положении после поворота на 180 градусов. Можно заметить, что весь гребной агрегат 110, а в частности - гребной винт, находится в пределах размеров корпуса судна. В продольном направлении гребной агрегат находится перед крайней сзади точкой корпуса. Кроме того, в направлении ширины судна гребной агрегат сидит под днищем судна. Этого можно достичь путем выбора размеров гребного агрегата и/или ограничения поворота гребного агрегата, когда тот находится в режиме защищенного положения.
В варианте осуществления положение гребной установки, показанной на фиг.1, может найти применение, когда гребной винт находится режиме толкающего усилия. Этот режим можно применить во время нормального крейсерского режима судна. В варианте осуществления гребной винт 118 можно эксплуатировать также в режиме тяги в положении согласно фиг.1. Он применим, например, в гаванях, если по какой-либо причине не используется режим защищенного положения согласно фиг.2. Вместе с тем, гребной винт предпочтительно оптимизируют для работы с толкающим усилием в режиме открытого положения.
Положение гребного агрегата, показанное на фиг.2, может найти применение в режиме тяги судна. Режим тяги можно использовать, например, в гаванях. В этом режиме максимальная мощность может быть ограниченной. Можно ограничить и углы поворота, чтобы гребной агрегат не выходил за пределы размеров корпуса судна. Таким образом, судно можно классифицировать как короткое, вследствие чего судну разрешается заходить в меньшие гавани. В варианте осуществления гребной винт также можно использовать в режиме толкающего усилия в режиме защищенного положения, хотя такое использование может оказаться неоптимальным и применяемым только по мере необходимости.
Хотя на чертежах оказан лишь один узел гребного винта, изобретение также применимо в ситуации нескольких гребных винтов.
В месте нахождения гребного винта (местах нахождения гребных винтов) могут быть установлены закрываемые предохранительные колпаки, если существует опасение, что пассажиры могут упасть непосредственно на гребные винты. На варианте осуществления, колпак устанавливают на транец. В варианте осуществления колпак является опускаемым и поднимаемым. В еще одном варианте осуществления колпак может быть телескопически (де)активируемым.
Таким образом, колпак может иметь два режима работы - активированный режим и неактивированный режим. Активированный режим применяется, когда гребной винт остается вне размеров корпуса судна, то есть в режиме открытого положения. Неактивированный режим применяется, когда азимутальный гребной агрегат эксплуатируют в режиме защищенного положения. Перевод колпака между активированным и неактивированным режимами колпака может происходить автоматически, когда изменяется режим работы гребного агрегата.
Таким образом, в изобретении гребной винт не находится во всех случаях эксплуатации под корпусом судна, а оказывается и за транцем, где над гребным винтом больше нет корпуса судна. Следовательно, конструкцию гребного винта можно оптимизировать для достижения наивысшей эффективности для режимов работы с толкающим усилием и открытого положения.
В известных технических решениях, когда гребной винт расположен под корпусом судна, корпус негативно влиял на кпд гребного винта. То есть работа гребного винта приводит к созданию импульсов давления, которые вызывают передачу вибрации и шума на корпус. В известных технических решениях количество лопастей зачастую увеличено, например, до 5, чтобы снизить импульсы давления, что было бы оптимальным с точки зрения кпд. В вариантах осуществления изобретения количество лопастей можно уменьшить до четырех или даже трех, чтобы получить от гребной установки максимальный кпд. В дополнение к этому, можно увеличить нагрузку на внешние кромки гребного винта. Расположение гребного винта под корпусом также накладывает ограничения на конструкцию гребного винта.
Посредством изобретения, когда гребной винт расположен в режиме толкающего усилия за транцем, импульсы давления больше не являются проблемой, и эксплуатацию можно оптимизировать с точки зрения кпд.
Конструкцию гребного винта оптимизируют главным образом для режима толкающего усилия и/или режима открытого положения, рассматривая, например, один или более следующих факторов конструкции: распределение шага, угол откидки, диаметр гребного винта, количество лопастей, дисковое отношение, скорость вращения (об/мин) гребного винта и форма колпака, но в конструкции гребного винта учитывается и тот факт, что работа в режиме тяги или защищенном режиме возможна или резонна с ограниченной мощностью и скоростью судна. В качестве примера отметим, что можно увеличить, например, диаметр гребного винта. В качестве еще одного примера отметим, что можно выбрать такое распределение шага, что гребной винт не будет нуждаться в как можно большем облегчении, характерном для традиционных гребных винтов, к внешней кромке гребного винта.
Помимо конструкции гребного винта можно также оптимизировать главным образом корпус гондолы для режима толкающего усилия и/или режима открытого положения, но это решение должно быть компромиссным, чтобы обеспечить возможность эксплуатации также в режиме буксировки (тянущего усилия) и/или режиме открытого положения - с ограниченной мощностью и скоростью судна.
Посредством изобретения можно получить пропульсивный кпд типичного гребного винта в гондоле, увеличивающийся - по оценкам - примерно на 5-8%, что дает существенную экономию затрат на топливо.
В вариантах осуществления также очень выгоден режим тяги, используемый в гаванях. За счет наличия азимутального гребного агрегата в пределах размеров судна можно минимизировать общую длину судна при эксплуатации в гавани. Кроме того, гребные винты в целости и сохранности находятся в пределах габаритных размеров судна, минимизируя риск столкновения гребного винта с другими объектами.
Специалисту в данной области техники будет очевидно, что, по мере достижений в технологии, изобретательский замысел можно будет воплотить различными путями. Изобретение и варианты его осуществления не сводятся к вышеописанным примерам, а могут быть изменены в рамках объема притязаний формулы изобретения.