КОЛЬЦЕВОЙ ГРЕБНОЙ ВИНТ С ОТКИДКОЙ ЛОПАСТЕЙ ВПЕРЕД
RING PROPELLER WITH BLADES RAKE FORWARD

Настоящее изобретение относится к кольцевому гребному винту и подруливающему устройству, содержащему кольцевой гребной винт, приводимый в действие двигателем с постоянными магнитами.
Подруливающее устройство такого типа с кольцевым гребным винтом, приводимым в действие посредством двигателя с постоянными магнитами, используют на различных типах судов. Однако известные кольцевые гребные винты, приводимые в действие постоянными магнитами, не имеют большого угла откидки лопастей.
При разработке предлагаемого кольцевого гребного винта и подруливающего устройства, которые приводятся в действие посредством двигателя с постоянными магнитами, ставилась задача создания подруливающего устройства, приводимого в действие постоянными магнитами, которое характеризовалось бы повышенной эффективностью по сравнению с известными из уровня техники подруливающими устройствами.
Другая задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить подруливающее устройство, приводимое в действие постоянными магнитами, с кольцевым гребным винтом, которое будет обеспечивать улучшенное управление возникновением кавитации и степенью кавитации.
Указанные задачи решены посредством кольцевого гребного винта, раскрытого в п. 1 формулы изобретения, подруливающего устройства, раскрытого в п. 7 формулы изобретения, и применения указанного кольцевого гребного винта согласно п. 8 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления указанного кольцевого гребного винта раскрыты в пп. 2-6 формулы изобретения.
Кольцевой гребной винт предназначен для использования в подруливающем устройстве. Указанный кольцевой гребной винт содержит кольцевую насадку, центральный элемент и по меньшей мере одну лопасть гребного винта, проходящую между указанным центральным элементом и указанной кольцевой насадкой и прикрепленную к указанному центральному элементу и указанной кольцевой насадке. Лопасть гребного винта имеет профиль передней кромки и профиль задней кромки, и выполнена с откидкой вперед. Кроме того, профиль передней кромки по меньшей мере одной лопасти гребенного винта имеет S-образную форму в сечении, перпендикулярном оси вращения указанного кольцевого гребного винта. Профиль задней кромки по меньшей мере одной лопасти гребного винта также может иметь S-образную форму в сечении, перпендикулярном оси вращения указанного кольцевого гребного винта. Сочетание S-образной формы профиля передней кромки и/или профиля задней кромки по меньшей мере одной лопасти гребного винта и откидки вперед по меньшей мере одной лопасти гребного винта обеспечивает улучшенные условия кавитации, то есть уменьшенную кавитацию.
Профиль передней кромки рассматривается в сечении, перпендикулярном оси вращения указанного кольцевого гребного винта. Соответственно, задняя кромка лопасти гребного винта расположена на противоположной стороне лопасти, а профиль задней кромки рассматривается в сечении, перпендикулярном оси вращения указанного кольцевого гребного винта. Откидка вперед лопасти кольцевого гребного винта означает, что вершина лопасти гребного винта, прикрепленная к кольцевой насадке, наклонена вперед в нормальном направлении вращения гребного винта, вследствие чего наиболее удаленная от центра часть лопасти раньше попадает в зоны с измененной скоростью. Применительно к откидке вперед лопастей гребного винта, можно определить угол откидки. Угол откидки является наибольшим возможным углом, видимым в сечении, перпендикулярном оси вращения кольцевого гребного винта, измеренным между прямой линией, проведенной от точки схождения центральной хорды лопасти гребного винта/линии откидки с охватывающей кольцевой насадкой указанного гребного винта и до оси вращения, и касательной, проходящей через точку, лежащую на центральной хорде лопасти гребного винта, и до оси вращения. Центральная хорда лопасти гребного винта и угол откидки лопасти гребного винта на предлагаемом кольцевом гребном винте представлены на прилагаемых чертежах.
В части лопасти гребного винта, в точке крепления к указанной кольцевой насадке S-образный профиль передней кромки может иметь вогнутую форму. На практике это значит, что касательная к профилю передней кромки в точке крепления к охватывающей кольцевой насадке указанного гребного винта и касательная к охватывающей кольцевой насадке в той же самой точке образуют угол, составляющий более 0° и менее 90°.
В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения, S-образный профиль задней кромки также может иметь вогнутую часть в точке крепления к кольцевой насадке. Как и в предыдущем случае, это значит, что касательная к профилю задней кромки в точке крепления к охватывающей кольцевой насадке указанного гребного винта и касательная к охватывающей кольцевой насадке в той же самой точке образуют угол, составляющий более 0° и менее 90°.
Что касается прочности лопастей, то они предпочтительно имеют утолщенную форму (ободок) в месте перехода в кольцевую насадку кольцевого гребного винта. Благодаря использованию вогнутой формы в наиболее удаленной от центра части лопастей, обеспечивается пространство для узкого ободка и, соответственно, улучшенные гидродинамические условия в указанной наиболее удаленной от центра части гребного винта.
В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения, указанная кольцевая насадка кольцевого гребного винта предпочтительно содержит постоянные магниты, причем указанные постоянные магниты образуют часть двигателя с постоянными магнитами, когда указанный кольцевой гребной винт установлен в подруливающем устройстве.
Настоящее изобретение также относится к подруливающему устройству, содержащему кольцевой гребной винт и двигатель с постоянными магнитами. Указанное подруливающее устройство содержит описанный выше кольцевой гребной винт и корпус подруливающего устройства, вмещающий в себе кольцевую насадку указанного кольцевого гребного винта и содержащий статорную обмотку двигателя с постоянными магнитами. Таким образом, двигатель с постоянными магнитами предназначен для приведения в действие кольцевого гребного винта. Иначе говоря, кольцевой гребной винт для подруливающего устройства предпочтительно выполнен как описано выше и может предпочтительно использоваться на судне.
Ниже приведено описание неограничивающего варианта осуществления настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено следующее.
На фиг. 1 в разрезе показано подруливающее устройство с предлагаемым кольцевым гребным винтом перпендикулярно оси А вращения указанного кольцевого гребного винта.
На фиг. 2 представлен вид, аналогичный фиг. 1, при этом на данном чертеже обозначены углы между кольцевой насадкой и профилем передней кромки и профилем задней кромки соответственно.
На фиг. 1 показано предлагаемое в настоящем изобретении подруливающее устройство 10. Указанное подруливающее устройство 10 содержит корпус 13 подруливающего устройства и кольцевой гребной винт 12, который может быть установлен с возможностью вращения в указанном корпусе 13 подруливающего устройства вокруг оси А вращения. Указанный гребной винт 12 содержит кольцевую насадку 15 и центральный элемент 16. Между указанной кольцевой насадкой 15 и указанным центральным элементом 16 предпочтительно установлено несколько лопастей 18 гребного винта, прикрепленных к указанному центральному элементу 16 и указанной кольцевой насадке 15. Таким образом, указанный кольцевой гребной винт 12 представляет собой единую цельную конструкцию, причем указанные лопасти 18 гребного винта имеют фиксированный шаг. Указанное подруливающее устройство 10 предназначено для крепления к судну (не показано). Для этого указанное подруливающее устройство 10 может содержать крепежный элемент 17, позволяющий, например, привинтить, прикрепить болтами или приварить подруливающее устройство 10 к судну.
Указанный кольцевой гребной винт 12 дополнительно содержит постоянные магниты (не показаны), предпочтительно установленные в указанной кольцевой насадке 15. Также в корпусе 13 подруливающего устройства предусмотрена статорная обмотка (не показана), вследствие чего указанный кольцевой гребной винт приводится в действие посредством двигателя с постоянными магнитами. Электропитание на двигатель с постоянными магнитами может поступать например, через указанный крепежный элемент 17.
Указанные лопасти 18 гребного винта имеют профиль 19 передней кромки и профиль 20 задней кромки, в сечении, перпендикулярном оси вращения кольцевого гребного винта 12, как показано на фиг. 1. Профиль 19 передней кромки и профиль 20 задней кромки заданы относительно направления R вращения кольцевого гребного винта 12, как показано на фиг.1.
Воображаемая центральная хорда 24 лопастей 18 гребного винта проходит от указанного центрального элемента 16 до точки 27, в которой указанная центральная хорда пересекает указанную кольцевую насадку 15. Центральная хорда 24 является воображаемой линией, расположенной на одинаковом расстоянии от профиля 19 передней кромки и от профиля 20 задней кромки на лопасти 18 гребного винта.
Как видно на чертежах, гребной винт выполнен с откидкой вперед, то есть лопасти 18 гребного винта наклонены вперед в нормальном направлении R вращения гребного винта, вследствие чего наиболее удаленная от центра часть лопасти раньше попадает в зоны с измененной скоростью. Степень откидки вперед может быть обозначена посредством угла V откидки. Угол V откидки является наибольшим углом, образованным между первой линией 25, проходящей через ось А вращения и точку 27, в которой центральная хорда 24 пересекает внутренний диаметр кольцевой насадки 15, и второй линией 26, проходящей через ось А вращения и точку 28, лежащую на центральной хорде 24. В зависимости от степени откидки вперед лопасти гребного винта, точка 28, лежащая на центральной хорде, может меняться. На фиг.1 точка 28, лежащая на центральной хорде 24, которая обеспечивает наибольший угол, то есть угол V откидки, находится прямо на центральном элементе 16. В других вариантах осуществления настоящего изобретения точка 28 может быть расположена в любом месте на центральной хорде между центральным элементом 16 и кольцевой насадкой 15. Такой кольцевой гребной винт 12 с откидкой лопастей вперед имеет улучшенные свойства кавитации, поскольку на вершину лопасти 18 гребного винта приходится меньшая часть общего упора.
Как видно на чертежах, профиль 19 передней кромки лопасти 18 гребного винта имеет слегка S-образную форму. Это значит, что в месте перехода в кольцевую насадку 15 лопасти 18 гребного винта могут иметь тонкое сечение, что обеспечивает хороший гидродинамический эффект и в то же время достаточную прочность. Профиль передней кромки также может иметь слегка S-образную форму, как видно на чертежах.
В месте перехода между профилем 19 передней кромки лопасти гребного винта и кольцевой насадкой 15, лопасти 18 гребного винта предпочтительно имеют вогнутую форму. Это ясно видно на фиг.2, где обозначены касательная 30 к профилю 19 передней кромки лопасти гребного винта в точке 37 крепления и касательная 31 к кольцевой насадке 15 в точке 37 крепления к кольцевой насадке. За счет того, что лопасти 18 гребного винта имеют вогнутую форму, угол 35, выходящий на кольцевую насадку, составляет менее 90° и более 0°.
Аналогичным образом, в месте перехода между профилем 20 задней кромки лопасти гребного винта и кольцевой насадкой 15, лопасти 18 гребного винта предпочтительно имеют вогнутую форму. Это также можно видеть на фиг.2, где обозначены касательная 32 к профилю 20 задней кромки лопасти гребного винта в точке 38 крепления и касательная 33 к кольцевой насадке 15 в точке 38 крепления к кольцевой насадке. За счет того что лопасти 18 гребного винта имеют вогнутую форму, угол 36, выходящий на кольцевую насадку, составляет менее 90° и более 0°.