ЧАСТИЧНО ПОГРУЖЕННЫЙ ДИСКОВЫЙ ДВИЖИТЕЛЬ В РУЛЕВОЙ НАПРАВЛЯЮЩЕЙ НАСАДКЕ
PARTIALLY SUBMERSIBLE DISC MOTOR IN STEERING GUARD NOZZLE

Предлагаемое изобретение относится к конструкции устройства движительного и рулевого комплекса быстроходных судов.
Необходимость в использовании предлагаемого нового типа движителя в рулевой направляющей насадке связано с тем, что распространенные в настоящее время на высокоскоростных судах частично погруженные гребные винты имеют сложную конструкцию, ограниченный ресурс и высокую стоимость. Кроме того, такие гребные винты имеют низкую ремонтопригодность. Требуется более простая, универсальная и технологичная в изготовлении и эксплуатации конструкция частично погруженного движителя, которая бы удовлетворяла всем требованиям по прочности, надежности, моторесурсу, ремонтопригодности и создавал бы минимальное воздействие на окружающую водную среду.
В настоящее время в основном распространены многочисленные конструкции частично погруженных гребных винтов Арнесона на быстроходных катерах и патрульных кораблях в широком диапазоне мощности двигателей от 150 до 7500 кВт, в зависимости от размеров судна. Все движители Арнесона значительно вынесены в корму за габариты транца судна, чтобы обеспечить плавность потока к лопастям, но это требует дополнительных раскреплений для повышения жесткости конструкции и устранения вибрации. В поздних наиболее совершенных модификациях движителей Арнесона отсутствует перо руля, а управления судна по курсу осуществляется за счет поворота оси гребного вала в горизонтальной плоскости с помощью шарнирного звена и гидроприводов. В небольшом диапазоне также имеется возможность регулирования оси гребного вала и в вертикальной плоскости. Существенным отличием указанных аналогов является то, что они представляют собой сложную консольную конструкцию из многочисленных высокоточных деталей, карданов, шарниров и приводов. Основными недостатками таких конструкций является чрезмерная конструктивная сложность, громоздкость, высокая стоимость и уязвимость от механических повреждений лопастей винтов при швартовных операциях и контактов о грунт. Кроме того при скоростном движении такие движители оставляют за кормой судна громадный шлейф брызг и издают повышенный шум. Пока не появилась, по настоящему, универсальная, простая и технологичная конструкция комплекса частично погруженного движителя и рулевого устройства, которая при умеренной стоимости имела бы высокую надежность, моторесурс и ремонтопригодность, а также максимальную защищенность от механических повреждений.
Задачей изобретения является создание нового типа универсального судового движительного рулевого комплекса с высокими техническими и эксплуатационными характеристиками. Реализацию этой задачи можно обеспечить, выполнив следующие исходные требования:
- плавные днищевые обводы судна без выступающих частей;
- минимальное сопротивление движению судна;
- простота, целостность и жесткость конструкции;
- общая конструктивная компактность;
- защищенность от механических повреждений;
- минимальная вибрация и шум;
- безопасность эксплуатации для окружающих;
- минимальный уровень обслуживания;
- выполнение классификационных требований и норм техники безопасности.
Для решения поставленной задачи и осуществляется всех, выше перечисленных, требований автором предложена совершенно новая, объединенная в единый комплекс, конструкция частично погруженного дискового многолопастного движителя и рулевого устройства в виде поворотной направляющей насадки. Техническая новизна указанного комплекса заключается в том, что предлагаемый вариант движителя представляет собой частично погруженный в воду многолопастной диск в рулевой направляющей насадке. Ступица диска закреплена на гребном вале, который вращающемся в дейдвудном устройстве, размещенного в надводной части кормового скега судна. При этом лопасти на ободе диска выходят за габариты днищевой радиусной части скега в набегающий поток. Непосредственно через дейдвудное устройство проходит трубчатый баллер, связанный с помощью румпеля с рулевой направляющей насадкой. В остальном дейдвудное устройство имеет типовую конструкцию узлов и деталей, базовые размеры, используемые материалы и изготовлено по существующим отраслевым стандартам. Вращение гребного вала с диском для движения передним или задним ходом осуществляется через реверс-редуктор главным двигателем, а поворот рулевой насадки в одну или другую сторону с помощью гидропривода. Для обеспечения плавности набегающего потока к лопастям днищевое радиусное закругление скега R равно наружному диаметру обода диска, а зазор между нижней кромкой скега и ободом диска закрыт днищевым спойлером. Непременным условием защиты движителя и направляющей насадки от значительных механических повреждений является то, что при любой загрузке их заглубление не выходят за габариты осадки судна Т. Рулевая направляющая насадка состоит из двух связанных полуколец. Верхнее широкое полукольцо имеет плавно отогнутые в сторону оси кромки, которые при повороте насадки в ту или другую стороны входят в набегающий поток создают боковую силу и выполняют функцию руля. Нижнее направляющее полукольцо крыловидного сечения формирует и направляет поток к лопастям, защищает их кромки от повреждений и локализует брызгообразование.
Предполагается, что предлагаемая конструкции будет наиболее эффективна для судов катамаранов, скеговых судов на воздушной подушке, судов с малой площадью ватерлинии, а также для однокорпусных высокоскоростных судов с двухскеговыми обводами кормы. Благодаря исключительной простоте конструкции, удобству обслуживания и ремонта в большинстве случаев предлагаемый новый тип движительного и рулевого комплекса потеснит использование сложных и дорогостоящих движителей Арнесона. Высокая геометрическая точность нового типа частично погруженного дискового движителя в рулевой насадке обеспечивается сборкой, контролем размеров и центровкой всех деталей относительно общей оси в цеховых условиях до установки на судно. А исключительно точный и быстрый монтаж на судне осуществляется заливкой самотвердеющим полимерным составом Chockfast зазора, формирующую прочную композитную прослойку между корпусом судна и дейдвудной втулкой. Для простоты сборки и разборки при ремонте предлагаемый движительный и рулевой комплекс имеет сборную конструкцию. Все наружные детали крепятся механическим способом с обеспечением удобного доступа ко всем болтовым соединениям через вырезы в диске и за счет поворота кольцевой наделки в одну и другую сторону.
Устройство предлагаемого нового типа частично погруженного дискового движителя в рулевой направляющей насадке наглядно показано на фигурах №1-6.
Принципиальная конструкция частично погруженного дискового многолопастного движителя и рулевого устройства в виде поворотной направляющей насадки наглядно изображена на продольном сечении фигуры 1. Основными элементами предлагаемого движительного и рулевого комплекса является вращающейся диск (24) из нержавеющего сплава или бронзы, связанный ступицей (23) и шпоночным соединением (22) с гребным валом (11) и закрепленный на нем гайкой (20) и ее фиксатором (21). Гребной вал вращается в подшипниках качения (7) в трубчатом баллере (10), который поворачивается в скользящих частях дейдвудной втулки (9), установленной в корпусной дейдвудной трубе (8) и скрепленной с ней полимерным составом Chockfast (13). Дейдвудная труба закреплена в надводной части транца кормовой ниши (6). Зазор между радиусной частью скега (14) и ободом диска сглажен установкой спойлера (16) с помощью крепления (17). На фланцевой части баллера крепится с помощью болтов (15) румпель (5), связанный болтовым соединением (4) с верхней рулевой частью насадки (3) и через нее с нижней частью насадки (18). На ободе диска (25) расположены многочисленные лопасти (26). Весь движительный и рулевой комплекс компактно размещен в нос от транца корпуса судна (1) в кормовой нише (2). Для исключения протечек из дейдвудного устройства в воду смазочных материалов установлено кормовое уплотнение гребного вала (19) и кормовое уплотнение баллера (12). Отдельные детали устройства наглядно показаны на виде А фигуры 2, сечение Б-Б на фигуре 3 и сечение В-В на фигуре 4. Функциональные преобразования движителя за счет поворота рулевой насадки для управления судном по курсу показаны на фигурах 5 и 6.
На представленных изображениях фигур 1-6 видна общая идея предлагаемого частично погруженного дискового многолопастного движителя и рулевого устройства в виде поворотной направляющей насадки, их особенность и техническая новизна, но без подробной детализации всех узлов конструкции.
Предлагаемое устройство при исключительной простоте конструкции обеспечивает выполнение всех вышеперечисленных исходных требований, а анализ возможности его производства и практического использования дает следующие очевидные эксплуатационные преимущества по сравнению со сложными и дорогими движителями Арнесона:
- простая и технологичная конструкции для массового производства;
- минимальная материалоемкость и масса;
- простота обеспечения непроницаемости надводных уплотнений дейдвудного устройства;
- минимальный уровень вибрации и шума;
- минимальная пульсация гидродинамических сил за счет большого количества лопастей;
- локализация брызгообразования рулевой насадкой при скоростном движении;
- возможность безопасно плавать на малых глубинах;
- доступность к механическим соединениям для сборки или разборки при ремонте;
- безопасность для обитателей водной среды;
- возможность использования на многих типах судов;
- использование в производстве стандартного оборудования и существующих технологий;
- высокий экспортный потенциал предлагаемого нового типа движительного и рулевого комплекса благодаря высоким техническим характеристикам, надежности, ремонтопригодности, меньшей стоимости, а также полному отсутствию зарубежных аналогов.
Еще одним важным преимуществом предлагаемого нового типа движителя и рулевого устройства является то, что оно не выступает за габариты кормовой части корпуса судна и надежно защищено от повреждений при швартовных операциях и случайных навалах.
Учитывая уникальность нового типа движителя, предлагается дать ему наименование: «Частично погруженный дисковый движитель в рулевой направляющей насадке».
После разработки документации нового типа движителя, проведении модельных испытаний, изготовления опытных образцов с различными размерами, формой и сечением лопастей, выбора материалов и технологии изготовления основных деталей и узлов, а также проведения гидродинамических и ресурсных испытаний будет окончательно сформулированы и поданы новые заявки с потенциальным Инвестором на оформление международных патентов.