Сдвоенная главная судовая энергетическая установка для привода винтов регулируемого шага

Предлагаемая полезная модель относится к области судовых энергетических установок, в частности, к главным энергетическим установкам судов с движителями в виде винтов регулируемого шага.
Известна схема главнойэнергетической установки судна с двумя гребными винтами, в состав которой входят два маршевых и два основных (форсажных) двигателя, крутящий момент от каждого из которых на гребной винт передается через отдельные (маршевые или форсажные, соответственно) зубчатые редукторы с возможностью совместной работы (см., например, книгу: «Николаевские газотурбинные двигатели и установки». История создания. г.Николаев, «Юг-Информ», 2005, стр.191…196, 200, установка М7 и редукторы Р063 и Р058).
Известна комбинированная дизель-электро-газотурбинная энергетическая установка судна с двумя гребными винтами, приводимыми в действие на экономичном (маршевом) ходе двумя, питаемыми от дизель-генераторов, гребными электродвигателями (каждый своим), сцепление валов которых с валопроводами к гребным винтам осуществляется посредством многодисковых фрикционных муфт, а на более высоких ходовых режимах гребные винты приводятся в движение одним газотурбинным двигателем, крутящий момент от силового вала которого передается на валопроводы к гребным винтам через редукторные передачи и посредством многодисковых фрикционных муфт (других), размещенных на этих же валопроводах (см., например, Ж. «Зарубежное военное обозрение», 2009г., №5. Статья А. Хализова: «Перспективный фрегат проекта F-125 ВМС Германии», стр.4,5 статьи) - прототип.
Предлагаемая полезная модель решает задачу повышения надежности обеспечения хода судна с различными скоростями за счет выполнения объединенной главной судовой энергетической установки для привода винтов регулируемого шага в виде двух комбинированных силовых установок, состоящих каждая из форсажной (с нереверсивным газотурбинным двигателем) и маршевой (с гребным электродвигателем или дизелем, нереверсивных) силовых установок, соединенных между собой промежуточным валом и с возможностью обеспечения многовариантности передачи крутящего момента от двигателей силовых установок на движители судна.
Указанный технический результат в предлагаемой сдвоенной главной судовой энергетической установке для привода винтов регулируемого шага, содержащей две комбинированные судовые силовые установки, состоящие каждая из форсажной силовой установки в виде нереверсивного газотурбинного двигателя и зубчатого редуктора, включающего в себя соединенный через обгонную муфту на нем с силовым валом нереверсивного газотурбинного двигателя входной вал, зубчатая шестерня на котором сцеплена с зубчатым колесом с встроенной в нем с возможностью соединения фрикционной муфтой с гидравлическим управлением на промежуточном валу, зубчатая шестерня на котором сцеплена с зубчатым колесом на выходном валу с соединительной муфтой на его выходном конце, и маршевой силовой установки в виде гребного электродвигателя (или дизеля, нереверсивных) и двух зубчатых редукторов - углового зубчатого редуктора с первым и перпендикулярным ему боковым валами с конической передачей между ними и с фрикционной муфтой с гидравлическим управлением на боковом валу и второго зубчатого редуктора с входным валом и выходным с фрикционной муфтой с гидравлическим управлением на нем, с зубчатыми шестерней и колесом, достигается согласно предлагаемой полезной модели тем, что в каждой из комбинированных судовых силовых установок у зубчатого редуктора форсажной силовой установки выходной конец промежуточного вала, выполненного с возможностью соединения посредством фрикционной муфты с гидравлическим управлением с зубчатым колесом на нем, соединен с выходным концом первого вала углового зубчатого редуктора маршевой силовой установки, другой выходной конец этого (первого) вала соединен с выходным концом выходного вала второго зубчатого редуктора маршевой силовой установки с размещенной на этом валу фрикционной муфтой с гидравлическим управлением, встроенной с возможностью соединения в зубчатом колесе, которое зацеплено с шестерней на входном валу, выходной конец которого соединен с выходным валом гребного электродвигателя (или дизеля, нереверсивных), при этом комбинированные судовые силовые установки зеркальны относительно друг друга и соединены между собой через промежуточный вал между выходными концами фрикционных муфт с гидравлическим управлением на боковых валах угловых зубчатых редукторов маршевых силовых установок.
Отличительным признаком предлагаемой полезной модели является то, что в каждой из комбинированных судовых силовых установок у зубчатого редуктора форсажной силовой установки выходной конец промежуточного вала, выполненного с возможностью соединения посредством фрикционной муфты с гидравлическим управлением с зубчатым колесом на нем, соединен с выходным концом первого вала углового зубчатого редуктора маршевой силовой установки, другой выходной конец этого (первого) вала соединен с выходным концом выходного вала второго зубчатого редуктора маршевой силовой установки с размещенной на этом валу фрикционной муфтой с гидравлическим управлением, встроенной с возможностью соединения в зубчатом колесе, которое зацеплено с шестерней на входном валу, выходной конец которого соединен с выходным валом гребного электродвигателя (или дизеля, нереверсивных), при этом комбинированные судовые силовые установки зеркальны относительно друг друга и соединены между собой через промежуточный вал между выходными концами фрикционных муфт с гидравлическим управлением на боковых валах угловых зубчатых редукторов маршевых силовых установок.
На фиг. 1 схематично представлена предлагаемая сдвоенная главная судовая энергетическая установка для привода винтов регулируемого шага, состоящая из двух комбинированных судовых силовых установок, соответственно, 1 и 2.
В форсажной силовой установке 3 комбинированной судовой силовой установки 1 силовой вал нереверсивного газотурбинного двигателя 4 соединен с входным (ведущим) валом 5 с обгонной муфтой 6 на нем зубчатого редуктора 7. Зубчатая шестерня 8 на входном валу 5 редуктора 7 выполнена в зацеплении с размещенным на промежуточном валу 9 зубчатым колесом 10, в котором встроена с возможностью соединения фрикционная муфта с гидравлическим управлением 11. На промежуточном валу 9 установлена также зубчатая шестерня 12, находящаяся в зацеплении с зубчатым колесом 13, размещенным на выходном валу 14 с соединительной муфтой 15 на его выходном конце 16 (с возможностью соединения через муфту 15 с гребным валом винта регулируемого шага ВРШ1 судна, поз. на фиг. 1 не обозначены). Выходной конец 17 промежуточного вала 9 соединен с выходным концом 18 первого вала 19 углового зубчатого редуктора 20 маршевой силовой установки 21. Конической передачей 22 вал 19 связан с боковым валом 23 с выполненной на нем с возможностью соединения фрикционной муфтой с гидравлическим управлением 24 с выходным концом 25 на ней. Другой выходной конец 26 вала 19 соединен с выходным валом 27 второго зубчатого редуктора 28 маршевой силовой установки 21. Выходной вал 27 редуктора 28 оснащен фрикционной муфтой с гидравлическим управлением 29, размещенной с возможностью связи с ним в зубчатом колесе 30, находящимся в зацеплении с шестерней 31 на входном валу 32, который соединен с выходным валом гребного электродвигателя 33 (или дизеля, нереверсивных).
Аналогично, в форсажной силовой установке 34 комбинированной судовой силовой установки 2 силовой вал нереверсивного газотурбинного двигателя 35 соединен с входным (ведущим) валом 36 с обгонной муфтой 37 на нем зубчатого редуктора 38. Зубчатая шестерня 39 на входном валу 36 редуктора 38 выполнена в зацеплении с размещенным на промежуточном валу 40 зубчатым колесом 41, в котором встроена с возможностью соединения его с валом 40 фрикционная муфта с гидравлическим управлением 42. На промежуточном валу 40 установлена также зубчатая шестерня 43, находящаяся в зацеплении с зубчатым колесом 44, размещенным на выходном валу 45 с соединительной муфтой 46 на его выходном конце 47 (с возможностью соединения через муфту 46 с гребным валом винта регулируемого шага ВРШ2 судна, поз. на фиг. 1 не обозначены). Выходной конец 48 промежуточного вала 40 соединен с выходным концом 49 первого вала 50 углового зубчатого редуктора 51 маршевой силовой установки 52. Конической передачей 53 вал 50 связан с боковым валом 54 с выполненной на нем с возможностью соединения фрикционной муфтой с гидравлическим управлением 55 с выходным концом 56 на ней. Другой выходной конец 57 вала 50 соединен с выходным валом 58 второго зубчатого редуктора 59 установки 52. Выходной вал 58 редуктора 59 оснащен фрикционной муфтой с гидравлическим управлением 60, размещенной с возможностью связи в зубчатом колесе 61, находящимся в зацеплении с шестерней 62 на входном валу 63, который соединен с выходным валом гребного электродвигателя 64 (или дизеля, нереверсивных).
Комбинированные судовые силовые установки 1 и 2 соединены между собой промежуточным валом 65, установленным между выходными концами 25 и 56 фрикционных муфт с гидравлическим управлением ФМ с ГУ 24 и 55 угловых зубчатых редукторов 20 и 51.
Работает предлагаемая сдвоенная главная судовая энергетическая установка для привода винтов регулируемого шага следующим образом (см. фиг. 1).
1. При работе двигателей маршевых силовых установок 21 и 52 возможны пять вариантов обеспечения маршевого (экономичного) хода судна.
1.1. Для движения судна на маршевом ходе при одном работающем гребном электродвигателе (или дизеле, нереверсивных) например, 33 маршевой силовой установки 21 включают фрикционную муфту с гидравлическим управлением (ФМ с ГУ) 29 в редукторе 28, а ФМ с ГУ 11 и 24 в редукторах 7 и 20, соответственно, должны быть выключены. При этом крутящий момент с выходного вала электродвигателя 33 передается на входной вал 32 редуктора 28, далее через шестерню 31, колесо 30, ФМ с ГУ 29 на выходной вал 27, с него на выходной конец 26 вала 19 углового зубчатого редуктора 20 установки 21, далее через детали и узлы (элементы) 18,17,9,12,13,14,16 на муфту 15 (с возможностью передачи с нее момента (через гребной вал) на ВРШ1).
1.1.1. Для передачи крутящего момента от работающего электродвигателя 33 установки 21 еще и на ВРШ2 (подключаемого к муфте 46 установки 34) включают дополнительно ФМ с ГУ 24 и 55 в редукторах 20 и 51. При этом должны быть выключены ФМ с ГУ 11, 42 и 60. Крутящий момент с вала 19 редуктора 20 дополнительно будет передаваться через коническую передачу 22 на вал 23 и далее через детали и узлы 24,25, 65,56,55,54,53,50,49,48,40,43,44,45,47 на муфту 46 (с возможностью передачи с нее момента на ВРШ2).
1.2. Для движения судна на маршевом ходе при одном работающем гребном электродвигателе (или дизеле, нереверсивных) 64 маршевой силовой установки 52 включают ФМ с ГУ 60 в редукторе 59, а ФМ с ГУ 42 и 55 в редукторах 38 и 51, соответственно, должны быть выключены. При этом крутящий момент с выходного вала электродвигателя 64 передается на входной вал 63 редуктора 59, далее через шестерню 62, колесо 61, ФМ с ГУ 60 на выходной вал 58, с него на выходной конец 57 вала 50 углового зубчатого редуктора 51 установки 52, далее через детали и узлы 49,48,40,43,44,45,47 на муфту 46 (с возможностью передачи с нее момента на ВРШ2).
1.2.1. Для передачи крутящего момента от работающего электродвигателя 64 установки 52 еще и на ВРШ1 (подключаемого к муфте 15 установки 3) включают дополнительно ФМ с ГУ 24 и 55 в редукторах 20 и 51. При этом должны быть выключены ФМ с ГУ 42,11 и 29. Крутящий момент с вала 50 редуктора 51 дополнительно будет передаваться через коническую передачу 53 на вал 54 и далее через детали и узлы 55,56,65,25,24,23,22,19,18,17,9,12,13,14,16 на муфту 15 (с возможностью передачи с нее момента на ВРШ1).
1.3. При одновременной (и независимой) работе маршевых силовых установок 21 и 52 передача крутящего момента от электродвигателей 33 и 64 производится к соединительным муфтам 15 и 46, соответственно (с возможностью передачи с них момента на ВРШ1 и ВРШ2). При этом включены ФМ с ГУ 29 и 60, выключены ФМ с ГУ 11, 24, 42 и 58.
Синхронность частоты вращения муфт 15 и 46 (соответственно и движителей ВРШ1 и ВРШ2) при этом обеспечивается заданием частоты вращения двигателей 33 и 64 из системы автоматического управления (на фиг. 1 не показана) сдвоенной главной судовой энергетической установки для привода винтов регулируемого шага.
Обгонные муфты 6 и 37 на валах 5 и 36 редукторов 7 и 38 препятствуют передаче на силовые валы неработающих газотурбинных двигателей (ГТД) 4 и 35 в форсажных установках 3 и 34 крутящих моментов, возникающих от трения дисков выключенных ФМ с ГУ 11 и 42, размещенных на валах 9 и 40, передающих крутящие моменты от работающих двигателей 33 и 64 маршевых установок 21 и 52.
2. При работе двигателей форсажных силовых установок 3 и 34 также возможны пять вариантов обеспечения скоростного (форсажного) хода судна.
2.1. Для движения судна на скоростном ходе при одном работающем нереверсивном газотурбинном двигателе (ГТД), например ГТД 4 форсажной силовой установки 3, включают ФМ с ГУ 11. При этом ФМ с ГУ 24 и 29 в редукторах 20 и 28 маршевой силовой установки 21 должны быть выключены. Крутящий момент от силового вала ГТД 4 передается на входной вал 5 с обгонной муфтой 6 на нем зубчатого редуктора 7, далее через шестерню 8 на зубчатое колесо 10 и через включенную ФМ с ГУ 11 на промежуточный вал 9, далее через шестерню 12 на зубчатое колесо 13 и через вал 14 и его выходной конец 16 на соединительную муфту 15 (с возможностью передачи с нее момента (через гребной вал) на ВРШ1).
2.1.1. Для передачи крутящего момента от работающего ГТД 4 комбинированной судовой силовой установки 1 еще и на ВРШ2 (подключаемого к муфте 46 установки 34 в комбинированной судовой силовой установке 2) включают дополнительно ФМ с ГУ 24 и 55 в редукторах 20 и 51, соответственно. При этом с вала 9 крутящий момент дополнительно передается через его выходной конец 17 на выходной конец 18 вала 19 редуктора 20, далее через коническую передачу 22 на вал 23, на ФМ с ГУ 24 и ее выходной конец 25, затем через вал 65 на выходной конец 56 ФМ с ГУ 55, вал 54 редуктора 51 маршевой установки 52 комбинированной установки 2. Затем через коническую передачу 53, вал 50 и далее через детали и узлы 49,48,40,43,44,45,47 на муфту 46 (с возможностью передачи с нее момента на ВРШ2).
2.2. Аналогично, для движения судна на скоростном ходе при одном работающем ГТД 35 форсажной силовой установки 3, включают ФМ с ГУ 42. При этом ФМ с ГУ 55 и 60 в редукторах 51 и 59 маршевой силовой установки 52 должны быть выключены. Крутящий момент от силового вала ГТД 35 передается на входной вал 36 с обгонной муфтой 37 на нем зубчатого редуктора 38, далее через шестерню 39 на зубчатое колесо 41 и через включенную ФМ с ГУ 42 на промежуточный вал 40, далее через шестерню 43 на зубчатое колесо 44 и через вал 45 и его выходной конец 47 на соединительную муфту 46 (с возможностью передачи с нее момента на ВРШ2).
2.2.1. Для передачи крутящего момента от работающего ГТД 35 установки 34 еще и на ВРШ1 (подключаемого к муфте 15 установки 3) включают дополнительно ФМ с ГУ 55 и 24 в редукторах 51 и 20, соответственно. ФМ с ГУ 60, 29 и 11 должны быть выключены. При этом крутящий момент с вала 40 передается дополнительно через его выходной конец 48 на выходной конец 49 вала 50, далее через коническую передачу 53 на вал 54 и через ФМ с ГУ 55 на ее выходной конец 56, затем через промежуточный вал 65 на выходной конец 25 ФМ с ГУ 24 редуктора 20 установки 21. Далее через ФМ с ГУ 24, вал 23, коническую передачу 22, вал 19 и через детали и узлы 18,,17,9,12,13,14,16 на муфту 15 (с возможностью передачи с нее момента на ВРШ1).
2.3. При одновременной (и независимой) работе нереверсивных газотурбинных двигателей 4 и 35 форсажных силовых установок 21 и 52 передача крутящего момента производится к соединительным муфтам 15 и 46, соответственно (с возможностью передачи с них момента на ВРШ1 и ВРШ2). При этом включены ФМ с ГУ 11 и 42, выключены ФМ с ГУ 24, 29, 55 и 60.
Синхронность частоты вращения муфт 15 и 46 (соответственно и движителей ВРШ1 и ВРШ2) при этом обеспечивается заданием частоты вращения газотурбинных двигателей 4 и 35 из системы автоматического управления (на фиг. 1 не показана) сдвоенной главной судовой энергетической установки для привода винтов регулируемого шага.
Во всех вариантах хода судна его задний ход обеспечивается разворотом в соответствующее положение лопастей ВРШ.