СУДОВАЯ ДВИЖИТЕЛЬНАЯ УСТАНОВКА
MARINE PROPULSION INSTALLATION

Предложение относится к области судостроения, в частности к конструкциям судовых электрических движителей систем электродвижения судов, и может быть использовано при проектировании и строительстве судов различного назначения.
Известно устройство судового движительно-рулевого комплекса (Судовой движительно-рулевой комплекс, МПК B63H 5/125, патент RU 2276039, 04.10.2004, Кеслер Анатолий Александрович), содержащего трубу, жестко связанную с корпусом судна, и закрепленного на трубе поворотного пропульсивного блока, включающего гондолу с двумя винтами - тянущим и толкающим. Технический результат такой конструкции обеспечивает повышение надежности крепления движителя и расширение эксплуатационных возможностей комплекса, а также повышение коэффициента полезного действия (КПД) всей пропульсивной установки и, как следствие, повышение эффективности ее работы. Недостатками известного устройства является сложная кинематическая передача механической энергии от источника к движителю.
Известно устройство судовой движительно-двигательной установки типа "поворотная колонка" (журнал "NAVIGATOR", Международный морской журнал №2/94, стр. 8, фотодвижитель типа "AZIPOD"), содержащая заключенный в герметичный обтекаемый кожух приводной электродвигатель и соединенный с ним посредством вала гребной винт. Причем кожух установлен с возможностью поворота в горизонтальной плоскости. Недостатком известного устройства является пониженный КПД установки вследствие гидродинамических потерь на корпусе обтекателя ступицы гребного винта.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа устройство судового электрического движителя (Электрический гондольный привод для судна, МПК B63H 020/00, B63H 023/24, H02K 009/00, H02K 009/10, H02K 009/19, H02K 005/02, патент RU 2205129, ЖАДКИ В., ХАРТИГ Р., БРАБЕК Ш., ХЕЕР М., РОЙТЕР Р., ШЮРИНГ И., ХАЙН П., МЕЙЕР К.), содержащего водообтекаемую гондолу, установленную на днище судна посредством полого ствола, в гондоле установлен гребной электродвигатель, содержащий два выходных вала ротора, на которых закреплены тянущий и толкающий гребные винты. Достоинствами такой конструкции является повышенный КПД установки вследствие работы обоих винтов, а также факт размещения электродвигателя в герметичном обтекаемом кожухе поворотной колонки, что увеличивает полезный объем трюмов судна, а также количество альтернативных вариантов компоновочных решений общего расположения в корпусе судна. Недостатком прототипа является необходимость использования низкооборотного гребного электродвигателя, что приводит к увеличению его габаритов и массы, а также отсутствие возможности разворота колонки в горизонтальной плоскости.
Предлагаемая судовая движительная установка с биротативным гребным электродвигателем позволяет значительно снизить массу и габариты гребного электродвигателя и, как следствие, увеличить вместимость и грузоподъемность судна. К достоинствам предлагаемой установки также можно отнести повышенный КПД установки вследствие упора, создаваемого обоими винтами, причем винты будут работать со скоростями, обеспечивающими равенство моментов на них во всем диапазоне нагрузок.
Описанные преимущества достигаются тем, что движительная установка судна содержит биротативный гребной электродвигатель с вращающимися в разные стороны относительно корпуса статором и ротором. При этом номинальная частота вращения гребного электродвигателя выбирается равной двойной частоте вращения гребного винта, а мощность выбирается с учетом суммарной номинальной мощности обоих винтов. Таким образом, мощность, передаваемая на гребные винты, остается такой же, как в прототипе, а вот номинальная частота вращения гребного электродвигателя увеличивается в два раза. Такие схемные и конструктивные решения позволяют значительно снизить массу и габариты гребного электродвигателя, а подвижный кольцевой токосъем, закрепленный на трубе поворотного пропульсивного блока, обеспечит возможность поворота колонки в горизонтальной плоскости.
Судовая движительная установка, конструкция которой представлена на фиг. 1, состоит из заключенного в герметичный обтекаемый корпус 1 приводного электродвигателя 2, трубы 3, соединяющей корпус 1 приводного электродвигателя 2 с корпусом судна 4, тянущего гребного винта 5 и толкающего гребного винта 6. Приводной электродвигатель 2 выполнен биротативным, с вращающимися в разных направлениях статором 7, соединенным с тянущим гребным винтом 5, и ротором 8, соединенным с толкающим гребным винтом 6. Валы статора 7 и ротора 8 расположены соосно и выходят из корпуса 1 приводного электродвигателя 2 в разные стороны, статор 7 приводного биротативного электродвигателя 2 с наружной стороны содержит токосъемные кольца 9 и подшипники 10 и 11, опирающиеся на корпус 1 приводного электродвигателя 2. К токосъемным кольцам 9 прилегают щетки 12 со щеточным механизмом 13, закрепленным на корпусе судна 4, с внутренней стороны статора 7 между статором 7 и ротором 8 установлены подшипники 14, 15, в которых вращается ротор 8.
Судовая движительная установка, изображенная на фиг. 2, имеет корпус 1 приводного электродвигателя 2 с жестко закрепленной трубой 3, установленные с возможностью поворота в горизонтальной плоскости относительно корпуса судна 4; токосъемное устройство 16, содержащее токосъемные кольца 9 щетки 12 и щеточный механизм 13. Токосъемное устройство 16 выполнено с кольцевым контактом (фиг. 3). Поворотное устройство содержит зубчатое поворотное кольцо 17, закрепленное на трубе 3 корпуса 1 приводного двигателя 2, и поворотные электродвигатели 18 и 19, закрепленные в корпусе судна 4 и механически соединенные с зубчатым поворотным кольцом 17.
Предлагаемая судовая движительная установка, изображенная на фиг. 1, работает следующим образом. Принцип работы биротативного приводного электродвигателя 2 состоит в том, что статор 7 и ротор 8 связаны между собой не механически, а только общим электромагнитным полем. Статор 7 и ротор 8 приводят во вращение тянущий 5 и толкающий 6 гребные винты, имеющие разное направление шага винта - один левого направления, другой правого направления. Электромагнитные моменты на статоре 7 и роторе 8 равны по величине, но противоположны по направлению. При этом сумма модулей угловых скоростей статора 7 и ротора 8 - величина постоянная, определяемая угловой скоростью биротативного приводного электродвигателя 2. Таким образом, тянущий 5 и толкающий 6 гребные винты вращаются в разных направлениях, но за счет того, что имеют разное направление шага винта, создают движущие силы, направленные в одну и ту же сторону. Для изменения величины тяги (упора), создаваемых тянущим 5 и толкающим 6 гребным винтом, необходимо изменить электромагнитный момент приводного электродвигателя 2.
В случае если на одном из винтов, тянущем 5 или толкающем 6, возрастет момент сопротивления, то произойдет автоматическое перераспределение скоростей вращения винтов до установления равенства момента на них. Таким образом, предлагаемая судовая движительная установка обладает свойством автоматического регулирования и распределения частот вращения тянущего 5 и толкающего 6 гребных винтов при том, что сумма модулей угловых скоростей статора 7 и ротора 8 остается величиной постоянной. Для создания в судовой движительной установке тяги (упора) противоположного направления необходимо произвести реверс приводного электродвигателя 2.
Для расширения функциональных возможностей движительная установка может быть выполнена полноповоротной (фиг. 2). При таком конструктивном исполнении необходимо обеспечить возможность разворота движительной установки в горизонтальной плоскости относительно корпуса судна 4. Реализация такой возможности осуществляется посредством введения токосъемного устройства 16, выполненного с кольцевым токосъемом (фиг. 3), и редуктора, состоящего из зубчатого поворотного кольца 17, закрепленного на трубе 3 корпуса 1 и поворотных электродвигателей 18 и 19, закрепленных в корпусе судна 4 и механически соединенных с зубчатым поворотным кольцом 17. Поворотные электродвигатели 18 и 19 и зубчатое поворотное кольцо 17 организуют взаимосвязанный электропривод.
Токосъемное устройство 16 содержит токосъемные кольца 9, щетки 12 и щеточный механизм 13, содержащий кольцевой прижим щеток (фиг. 3). Благодаря предложенному токосъемному устройству 16 появляется возможность осуществления разворота движительной установки относительно корпуса судна. При необходимости поворота движительной установки включаются поворотные электродвигатели 18 и 19, работающие согласованно, и происходит разворот винтов относительно корпуса судна. При таком конструктивном исполнении изменение направления тяги может быть реализовано поворотом движительной установки на 180° без изменения направления вращения биротативного приводного электродвигателя 2.
На фиг. 4 показан один из возможных вариантов использования предлагаемой движительной установки в качестве подруливающего устройства.