ПОДРУЛИВАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОДВИЖЕНИЯ ПЛАВУЧЕГО СРЕДСТВА
THRUSTER FOR WATERCRAFT MOVEMENT

Изобретение относится к подруливающему устройству для продвижения плавучего средства, такого как корабль, лодка или подводная лодка. Кроме того, изобретение относится к плавучему средству, содержащему по меньшей мере одно подруливающее устройство.
Подруливающее устройство для продвижения плавучего средства является хорошо известным устройством. Одно плавучее средство может быть оснащено более чем одним подруливающим устройством. В целом, подруливающее устройство содержит мокрую часть и сухую часть, т.е. часть, которая выступает из плавучего средства в воду при обычных обстоятельствах плавания судна на/в воде, и часть, к которой обеспечен доступ из внутренней части плавучего средства и которая не контактируете водой. Как правило, мокрая часть содержит по меньшей мере один движитель, расположенный на валу движителя, вращающемся во время работы подруливающего устройства, и корпусное устройство, содержащее редукторную часть для размещения вала движителя и других компонентов, включающих компоненты редуктора, и часть в виде более-менее удлиненного трубчатого корпуса, соединяющуюся с редукторной частью на одной его стороне, которая служит для размещения и окружения части приводного вала, использующейся для привода вала движителя. Конец приводного вала проходит в редукторную часть, и вал движителя соединен с приводным валом посредством подходящего редуктора, находящегося в редукторной части, проходящей перпендикулярно приводному валу и выходному валу двигателя. При необходимости подруливающее устройство содержит полый цилиндрический компонент, выполненный с возможностью выполнения функции сопла в положении, окружающем по меньшей мере один движитель. Сухая часть содержит двигатель для привода движителя через приводной вал, причем приводной вал соединен с выходным валом двигателя через соединительное устройство, и компоненты основания для поддержки двигателя и других компонентов сухой части и для обеспечения основы, на которой подвешены компоненты мокрой части и компоненты, расположенные на границе раздела сухой части и мокрой части. Кроме того, для предотвращения попадания воды в сухую часть сухая часть закрыта на стороне, обращенной к мокрой части, например, с помощью подходящей защитной обшивки, а на границе раздела сухой части и мокрой части расположено водонепроницаемое уплотнительное устройство.
Далее для ясности направление, в котором при нормальных условиях проходят приводной вал и выходной вал двигателя, называется вертикальным направлением, а направление, в котором при нормальных условиях проходит вал движителя, называется горизонтальным направлением, что не следует понимать так, будто изобретение ограничено ситуациями, в которых соответствующие валы имеют точную вертикальную и горизонтальную ориентацию. Кроме того, такие обозначения, как "нижний" и "верхний", используемые в данном тексте, следует понимать как относящиеся к нормальной рабочей ориентации подруливающего устройства, в которой редукторная часть и по меньшей мере один движитель расположены на самом нижнем уровне, и в которой двигатель и компоненты основания расположены на самом верхнем уровне, но не ограничивающие изобретение такой ориентацией.
В плавучем средстве, содержащем одно или более подруливающих устройств, каждое подруливающее устройство жестко прикреплено к плавучему средству в подходящем месте на корпусе плавучего средства, и каждое подруливающее устройство выполняет функцию осуществления перемещения плавучего средства. Управление подруливающим устройством включает в себя приведение двигателя в активное состояние, в результате чего выходной вал двигателя, приводной вал, вал движителя и движитель, связанный с валом движителя, вращаются. Вследствие взаимодействия вращающегося движителя с водой, окружающей его, осуществляется перемещение движителя в направлении, в котором проходит вал движителя, и в результате жесткого соединения подруливающего устройства с плавучим средством все плавучее средство перемещается. В условиях обычной эксплуатации подруливающие устройства расположены на продольной центральной линии плавучего средства и/или попарно на противоположных сторонах продольной центральной линии симметричным образом. Известны подруливающие устройства, содержащие один движитель, однако у них также имеется практическая возможность крепления двух движителей, в частности, соосных движителей противоположного вращения, и в этом случае редукторная часть выполнена с возможностью поддержки двух движителей и размещения двух валов движителей и подходящего редуктора для соединения каждого из валов движителей с приводным валом.
Следует отметить, что подруливающее устройство представляет собой сборку компонентов, упомянутых выше, в частности, ряда неподвижных компонентов и ряда подвижных/вращающихся компонентов, и, кроме того, содержит дополнительные компоненты, такие как масляные трубки или подшипники приводного вала и вала движителя, которые подробно не описаны в настоящей заявке.
В области подруливающих устройств, пригодных для использования с плавучим средством, имеется тип подруливающих устройств, известный как азимутальные подруливающие устройства. Азимутальное подруливающее устройство помимо функции продвижения имеет функцию рулевого управления, так что на плавучем средстве, оснащенном одним или более азимутальными подруливающими устройствами, руль может отсутствовать. Вообще говоря, азимутальное подруливающее устройство содержит азимутальное устройство для установки углового положения вала движителя относительно неподвижных компонентов подруливающего устройства. Известно, что азимутальное устройство содержит опорно-поворотный подшипник, содержащий наружное кольцо, соединенное с трубчатой корпусной частью и редукторной частью таким образом, что трубчатая корпусная часть и редукторная часть поворачиваются вместе с кольцом при регулировке углового положения кольца. С целью поворота наружного кольца опорно-поворотного подшипника в какое-либо требуемое угловое положение азимутальное устройство, кроме того, содержит по меньшей мере одну шестерню с приводом от двигателя, взаимодействующую с кольцом. Азимутальное устройство поставляется с системой для обработки входного сигнала рулевого управления, т.е. входного сигнала, относящегося к требуемому направлению перемещения плавучего средства, и для управления работой двигателя(-ей) для приведения в движение по меньшей мере одной шестерни таким образом, чтобы в любое время устанавливать соответствующее угловое положение наружного кольца опорно-поворотного подшипника, и, таким образом, соответствующее угловое положение трубчатой корпусной части, редукторной части и вала движителя, расположенного в редукторной части.
В некоторых типах плавучих средств имеется ограниченное пространство. Ввиду этого, задачей настоящего изобретения является создание подруливающего устройства, часть которого, занимающая пространство внутри плавучего средства, т.е. сухая часть, занимает как можно меньше места.
В соответствии с изобретением предлагается подруливающее устройство для продвижения плавучего средства, который содержит по меньшей мере один движитель, расположенный на валу движителя, вращающемся во время работы подруливающего устройства; двигатель для привода вала движителя, содержащий выполненный с возможностью вращения выходной вал; приводное устройство, соединяющее гребной вал движителя с выходным валом двигателя, причем приводное устройство содержит выполненный с возможностью вращения приводной вал и соединительное устройство, расположенное между приводным валом и выходным валом двигателя, для соединения приводного вала с выходным валом двигателя, причем приводной вал проходит, по существу, в том же направлении, что и выходной вал двигателя, а вал движителя расположен перпендикулярно как приводному валу, так и выходному валу двигателя; и корпусное устройство, содержащее редукторную часть для размещения вала движителя и других компонентов, включающих компоненты редуктора, конец приводного вала, проходящий в редукторную часть, и трубчатую корпусную часть, в которой размещена и которая окружает часть приводного вала, соединяющуюся с редукторной частью на одной его стороне; причем двигатель представляет собой двигатель с постоянными магнитами и содержит неподвижный статор и выполненный с возможностью вращения ротор, причем выходной вал двигателя выступает из ротора; при этом статор содержит углубление на стороне статора, на которой расположено приводное устройство, причем углубление окружает по меньшей мере часть выходного вала двигателя, и соединительное устройство по меньшей мере частично расположено внутри углубления.
В контексте изобретения выбран конкретный тип двигателя, а именно двигатель с постоянными магнитами. По сравнению с возможным использованием других типов двигателя это позволяет иметь относительно компактную конструкцию сухой части подруливающего устройства, в частности, относительно небольшую конструктивную высоту. Более того, изобретение основано на удивительном понимании того, что использование двигателя с постоянными магнитами позволяет еще больше уменьшить конструктивную высоту, а именно за счет выполнения углубления в статоре для приема по меньшей мере части соединительного устройства. Следовательно, при применении изобретения достигается уменьшение конструктивной высоты части подруливающего устройства, которая расположена внутри плавучего средства, причем это уменьшение имеет два аспекта, а именно: в целом, компактную конструкцию двигателя с постоянными магнитами и адаптацию конструкции статора двигателя, обеспечивающую возможность расположения двигателя как можно ниже на соединительном устройстве. Для полноты, в отношении последнего аспекта следует отметить, что в обычных ситуациях двигатель расположен на более высоком уровне, чем соединительное устройство, тогда как согласно изобретению часть двигателя и по меньшей мере часть соединительного устройства перекрываются в вертикальном направлении.
Предложенный в соответствии с настоящим изобретением подруливающее устройство может представлять собой азимутальное подруливающее устройство. Кроме того, в этом случае подруливающее устройство содержит азимутальное устройство для установки углового положения вала движителя относительно неподвижных компонентов подруливающего устройства, включающих в себя статор двигателя, причем азимутальное устройство содержит опорно-поворотный подшипник, содержащий наружное кольцо, поддерживаемое рулевым фланцем и жестко соединенное с ним, и по меньшей мере одну шестерню с приводом от двигателя, взаимодействующую с кольцом для поворота кольца в требуемое угловое положение, причем часть трубчатого корпуса, называемая рулевой колонкой в контексте азимутального подруливающего устройства, жестко соединена с рулевым фланцем на другой его стороне. Из этого определения следует, что в этом типе предложенного в соответствии с изобретением подруливающего устройства вся рулевая колонка и редукторная часть проходят вниз от рулевого фланца. В этой конфигурации, когда наружное кольцо опорно-поворотного подшипника поворачивают в требуемое угловое положение, и рулевой фланец автоматически включают в это перемещение, получают также изменение углового положения рулевой колонки и редукторной части.
Рулевой фланец может быть выполнен таким образом, чтобы он был достаточно прочным для несения компонентов подруливающего устройства, которые жестко связаны с ним, а также для поглощения сил и крутящих моментов, возникающих в результате продвигающего перемещения во время работы подруливающего устройства для продвижения плавучего средства, так что нет необходимости в дополнительных усиливающих и/или несущих/поддерживающих компонентах в подруливающем устройстве, что способствует обеспечению общей компактной конструкции подруливающего устройства. В одном предпочтительном практическом варианте осуществления изобретения рулевой фланец содержит центральное отверстие, при этом соединительное устройство частично расположено в рулевом фланце в месте расположения отверстия, а приводной вал проходит частично через рулевой фланец, который содержит гильзообразную часть помимо фланцеобразной части, причем гильзообразная часть расположена по центру рулевого фланца и проходит в направлении рулевой колонки, а рулевая колонка и редукторная часть свисают с гильзообразной части рулевого фланца.
Конфигурация двигателя, опорно-поворотного подшипника и рулевого фланца может быть такой, что и наружное кольцо, и внутреннее кольцо, вокруг которого может вращаться наружное кольцо, расположены на уровне, обеспечивающем окружение части статора двигателя, причем фланцеобразная часть рулевого фланца находится в положении, обращенном к двигателю на близком расстоянии. Таким образом, если предложенный в соответствии с изобретением подруливающее устройство является азимутальным подруливающим устройством, компактность конструкции все же может быть оптимальной.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения фланцеобразная часть рулевого фланца содержит узор из углублений и ребер на своей поверхности, обращенной к двигателю.
В результате этого облегчено изготовление рулевого фланца и обращение с ним. Вес рулевого фланца находится в допустимых пределах без ущерба для прочности конструкции. Ввиду необходимости обеспечения достаточно прочного фланца предпочтительно, чтобы ребра, проходящие в том же направлении, что и вал движителя, были шире, чем другие ребра узора, поскольку эти ребра подвержены воздействию наибольшей нагрузки во время эксплуатация подруливающего устройства.
Далее изобретение описано более подробно со ссылкой на чертежи, на которых одинаковые или схожие компоненты обозначены одинаковыми ссылочными номерами и на которых:
ФИГ. 1 схематично изображает вид с перспективой подруливающего устройства, предложенного в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения;
ФИГ. 2 схематично изображает вид с перспективой с пространственным разделением деталей подруливающего устройства, показанного на ФИГ. 1;
ФИГ. 3 схематично изображает деталь, показанную на ФИГ. 2; и
ФИГ. 4 схематично изображает вид в разрезе подруливающего устройства, показанного на ФИГ. 1.
Ориентация подруливающего устройства и его различных компонентов, как показано на чертежах, относится к нормальной рабочей ориентации подруливающего устройства, упомянутой выше. Еще раз следует отметить, что такие обозначения, как "вертикальный", "горизонтальный", "нижний" и "верхний", используемые в настоящем описании со ссылкой на чертежи, следует понимать в контексте этой нормальной рабочей ориентации, а не ограничивающими объем изобретения каким бы то ни было образом.
ФИГ. 1-4 относятся к подруливающему устройству, предложенному в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения. В соответствии с общим описанием подруливающего устройства, приведенным выше, следует отметить, что подруливающее устройство 1 предназначено для продвижения плавучего средства и выполнен с возможностью жесткого крепления к плавучему средству в подходящем положении на корпусе плавучего средства, при этом верхняя сухая часть 2 располагается внутри корпуса плавучего средства, а нижняя мокрая часть 3 выступает вниз из корпуса плавучего средства.
На самом нижнем уровне подруливающее устройство 1 содержит по меньшей мере один выполненный с возможностью вращения движитель для развития (части) тяги, необходимой для перемещения плавучего средства.
В показанном примере использованы два соосных движителя 11, 12 противоположного вращения, что не меняет того факта, что изобретение применимо также к подруливающего устройствам, содержащим только один движитель. Как можно видеть из ФИГ. 4, движители 11, 12 расположены на соответствующих валах 13, 14 движителей с двух сторон редукторной части 15, вмещающего в себя ряд компонентов помимо валов 13, 14 движителей, таких как компоненты 16 редуктора и подшипники 17. Валы 13, 14 движителей проходят по существу в одном и том же направлении и на одном и том же вертикальном уровне, причем один вал 13 движителя проходит от центрального положения внутри редукторной части 15 до первой стороны редукторной части 15, а другой вал 14 движителя проходит от центрального положения внутри редукторной части 15 до второй, противоположной стороны редукторной части 15.
Для вращения валов 13, 14 движителей во время работы подруливающее устройство 1 оснащено двигателем 20. Двигатель 20 представляет собой двигатель с постоянными магнитами, только статор 21 и выходной вал 22 которого показаны на ФИГ. 4. Для ясности, другие компоненты, входящие в состав двигателя с постоянными магнитами, такие как ротор и расположенные на нем обмотки, не показаны.
Кроме того, подруливающее устройство 1 содержит приводное устройство, соединяющее валы движителей 13, 14 с выходным валом 22 двигателя 20, причем приводное устройство содержит выполненный с возможностью вращения приводной вал 31 и соединительное устройство 32, расположенное между приводным валом 31 и выходным валом 22 двигателя 20, для соединения приводного вала 31 с выходным валом 22 двигателя 20 на его самом верхнем конце. Приводной вал 31 проходит по существу в том же направлении, что и выходной вал 22 двигателя 20, а именно по существу в вертикальном направлении, тогда как соответствующие валы 13, 14 движителей перпендикулярны как приводному валу 31, так и выходному валу 22 двигателя 20, т.е. проходят по существу в горизонтальном направлении.
Как описано выше, редукторная часть 15 служит для размещения в ней валов 13, 14 движителей и других компонентов 16, 17. Нижний конец 33 приводного вала 31 выступает в редукторную часть 15 и взаимодействует с соответствующими зубчатыми колесами для сообщения вращательного движения соответствующим валам движителей 13, 14 во время работы подруливающего устройства 1. Основная часть приводного вала 31 размещена в рулевой колонке 34 и окружена ею, причем рулевая колонка соединяется с редукторной частью 15 на ее нижней стороне и предпочтительно составляет одно единое корпусное устройство в сочетании с редукторной частью 15. Между внутренней поверхностью рулевой колонки 34 и приводным валом 31 расположены подходящие подшипники 35, 36.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения подруливающее устройство 1 оснащено азимутальным устройством, чтобы можно было использовать подруливающее устройство для определения направления движения плавучего средства после его установки на плавучем средстве. В рамках изобретения подруливающее устройство 1 не обязательно должен иметь эту дополнительную функциональную возможность осуществления рулевого управления на плавучем средстве. Когда подруливающее устройство 1 содержит азимутальное устройство, как в показанном примере, азимутальное устройство используют для установки углового положения соответствующих валов движителей 13, 14 в подруливающем устройстве 1, т.е. относительно неподвижных компонентов подруливающего устройства 1. Таким образом, когда подруливающее устройство 1 содержит азимутальное устройство, можно изменять направление, в котором проходят валы движителей 13, 14 в горизонтальной плоскости относительно неподвижных компонентов подруливающего устройства 1 и, следовательно, относительно плавучего средства, когда подруливающее устройство 1 установлен на плавучее средство. В частности, азимутальное устройство выполнено с возможностью изменения горизонтального углового положения вала 13, 14 движителя путем изменения горизонтального углового положения узла редукторной части 15 и рулевой колонки 34. В этом случае азимутальное устройство содержит опорно-поворотный подшипник, содержащий наружное кольцо 41 и внутреннее кольцо 42, вокруг которого может вращаться наружное кольцо 41, и рулевой фланец 50, причем наружное кольцо 41 опирается на рулевой фланец 50 и жестко соединено с ним, а внутреннее кольцо 42 жестко соединено с основанием 61 подруливающего устройства. На ФИГ. 2 ясно видно, что в представленном примере основание 61 подруливающего устройства объединено с другим компонентом основания, а именно с так называемым нижним кольцом 62, служащим в качестве противоположного компонента основания, с которым жестко соединено основание 61 подруливающего устройства.
Подруливающее устройство 1 в соответствии с показанным вариантом осуществления изобретения содержит два двигателя 43, 44 для привода соответствующих шестерен 45, 46, которые находятся во взаимодействии с наружным кольцом 41 опорно-поворотного подшипника. Двигатели 43, 44 опираются на несущую раму 63, которая жестко соединена с комбинацией основания 61 подруливающего устройства и нижнего кольца 62. Посредством синхронного управления работой двигателей 43, 44 можно непрерывно изменять угловое положение валов движителей 13, 14 в соответствии с входным сигналом ручного или автоматического рулевого управления.
Для полноты следует отметить, что количество шестерен 45, 46 и связанных с ними двигателей для управления угловым положением наружного кольца 41 опорно-поворотного подшипника равно по меньшей мере одному, что указанное количество может быть равно двум, как изображено, и что указанное количество также может быть больше двух в соответствии с конкретным случаем.
В показанном примере рулевой фланец 50 содержит центральное отверстие 51, фланцеобразную часть 52 и гильзообразную часть 53, проходящую вниз относительно фланцеобразной части 52. В рулевом фланце 50 на верхней его стороне частично расположено соединительное устройство 32, а гильзообразная часть 53 находится в положении, окружающем верхний конец приводного вала 31. Узел рулевой колонки 34 и редукторной части 15 жестко соединен с гильзообразной частью 53 рулевого фланца 50 посредством соединительного фланца 37.
Различные компоненты подруливающего устройства 1, такие как редукторная часть 15, рулевая колонка 34, гильзообразная часть 53 рулевого фланца 50 и основание 61 подруливающего устройства, выполняют функцию закрытия вращающихся компонентов и предотвращения попадания воды в расположенные внутри компоненты. Подруливающее устройство 1 содержит два уплотнительных устройства 71, 72, причем одно уплотнительное устройство 71 расположено на границе раздела сухой части 2 и мокрой части 3 подруливающего устройства 1, а другое уплотнительное устройство 72 расположено между рулевым фланцем 50 и соединительным устройством 32.
Подруливающее устройство 1 приводят в действие посредством приведения двигателя 20 в активное состояние, т.е. в состояние, в котором выходной вал 22 двигателя 20 вращается. Вращательное движение выходного вала 22 двигателя 20 передают на валы 13, 14 движителей и движители 11, 12 через соединительное устройство 32, приводной вал 31 и шестерни, которые находятся в редукторной части 15 и взаимодействуют с нижним концом 33 приводного вала 31. Регулировку углового положения валов 13, 14 движителей при необходимости осуществляют путем вращения шестерен 45, 46, взаимодействующих с наружным кольцом 41 опорно-поворотного подшипника, при помощи двигателей 43, 44, которые предусмотрены для этой цели. При регулировке положения кольца 41 на определенный угол положение рулевого фланца 50, соединительного фланца 37, рулевой колонки 34 и редукторной части 15, включая валы 13, 14 движителей, также регулируется.
Примечательной характерной чертой подруливающего устройства 1, предложенного в соответствии с настоящим изобретением, является его компактная конструкция. В частности, высота сухой части 2 подруливающего устройства 1 является насколько возможно малой вследствие того, что двигатель 20 является двигателем с постоянными магнитами, и что конструкция двигателя 20 выбрана таким образом, чтобы он мог быть установлен как можно ниже на нижележащих компонентах подруливающего устройства 1. Дело в том, что на нижней стороне статора 21 двигателя 20 выполнено углубление 23. Форма углубления 23 адаптирована к форме соединительного устройства 32, так что соединительное устройство 32 может быть частично расположено внутри углубления 23. Кроме того, в этом нижнем положении двигателя 20 относительно соединительного устройства 32 фланцеобразная часть 52 рулевого фланца 50 проходит прямо под двигателем, а опорно-поворотный подшипник, содержащий наружное кольцо 41 и внутреннее кольцо 42, вокруг которого может вращаться наружное кольцо 41, расположен на уровне, обеспечивающем окружение части статора 21 двигателя 20. Относительно традиционной конструкции подруливающего устройства двигатель 20, верхняя часть приводного устройства и компоненты азимутального устройства расположены ближе друг к другу без ущерба для основных функциональных возможностей подруливающего устройства.
В рамках изобретения рулевой фланец 50 может представлять собой сплошной элемент, но предпочтительно, чтобы фланцеобразная часть 52 рулевого фланца 50 содержала узор 54 из углублений 55 и ребер 56 на своей верхней поверхности, т.е. на поверхности, обращенной к двигателю 20, как в показанном примере, так чтобы рулевой фланец 50 мог иметь ограниченный вес и при этом обладать достаточной конструкционной прочностью. В таком узоре 54 предпочтительно, чтобы ребра 56а, проходящие в том же направлении, что и валы 13, 14 движителей, были шире, чем другие ребра 56 узора 54, как в показанном примере. Специалисту в данной области техники понятно, что объем изобретения не ограничен примерами, описанными выше, и что возможны различные изменения и модификации в пределах объема изобретения, заданного прилагаемой формулой изобретения. Несмотря на то, что изобретение подробно изображено и описано на чертежах и в описании, такое изображение и описание следует рассматривать только как иллюстративное или примерное, а не ограничивающее.
Различные компоненты подруливающего устройства 1, предложенного в соответствии с изобретением, могут быть выполнены из любых подходящих материалов, включающих в себя металлические материалы и пластиковые материалы.
Компактная конструкция сухой части 2 подруливающего устройства 1, предложенного в соответствии с изобретением, может быть объединена с любой подходящей конструкцией мокрой части 3 подруливающего устройства 1. Так, например, мокрая часть 3 может иметь большую длину по сравнению с сухой частью 2, чем показано на чертежах, причем может быть использована в целом конусообразная компоновка, которая по существу известна, что может обеспечивать опору для опорно-поворотного подшипника в случае, когда подруливающее устройство 1 является азимутальным подруливающим устройством.