ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ДВИЖИТЕЛЬНО-РУЛЕВАЯ КОЛОНКА
ELECTRIC STEERING COLUMN

Изобретение относится к области судостроения, а именно к движителям судна, преимущественно к судовым движительно-рулевым колонкам.
Мировое судостроение является одной из наиболее динамично развивающихся отраслей техники, а объем ввода в действие новых судов демонстрирует неуклонный рост. Для перевозки большого количества пассажиров проектируются новые круизные суда, для которых свойствен повышенный уровень комфорта, что ведет к требованиям повышения маневренности и снижению шумности хода. Перспективным направлением являются ледоколы, работа которых сопровождается частыми реверсами и переменными режимами.
Традиционная поворотная винторулевая колонка является управляемым движителем, содержащим связанные между собой вертикальную стойку и гондолу, с размещенными внутри них элементами приводного механизма гребного винта. Стойка с гондолой с помощью механизма поворота имеет возможность поворачиваться вокруг своей оси. Привод гребного винта может быть механическим, гидравлическим или электрическим.
Известные судовые поворотные винторулевые колонки, обеспечивающие движение и маневрирование судна в различных условиях, выпускаются фирмами ABB Group, Schottel, Rolls Royce, Wartsila, Steerprop.
Из уровня техники известна винторулевая колонка (RU 2651435 21.05.2015), которая содержит корпус винторулевой колонки, который расположен, по меньшей мере, частично под корпусом судна, ходовой электродвигатель в моторной гондоле корпуса винторулевой колонки, кольцевой зазор между статором и ротором ходового электродвигателя и газовые каналы, проходящие через ротор, замкнутый контур газового охлаждения и вентилятор для циркуляции газа в замкнутом контуре газового охлаждения. Замкнутый контур газового охлаждения содержит подающий воздухопровод, проходящий между отводящим каналом и первым торцом ходового электродвигателя, и отводящий воздухопровод, проходящий между подающим воздухопроводом и вторым торцом ходового электродвигателя. Недостатком данного технического решения является применение замкнутого воздушного контура охлаждения, имеющего меньшую эффективность, по сравнению с комбинированной системой охлаждения.
Известен движительный агрегат корабля (RU 2573694 03.04.2014), содержащий конструкцию оболочки, электродвигатель, систему охлаждения с замкнутой циркуляцией газа, которая содержит газ и средство циркуляции газа для циркуляции газа через каналы в электродвигателе, замкнутую жидкостную систему охлаждения, которая имеет внутренне пространство и газожидкостный теплообменник, который предназначен для обмена тепловой энергией между газом, циркулирующим в системе охлаждения с замкнутой циркуляцией газа и жидкостью в замкнутой жидкостной системе охлаждения. Недостатком данного технического решения является применение сложной системы жидкостного охлаждения, имеющей замкнутый жидкостный контур охлаждения, для которого характерна низкая эффективность охлаждения из-за ограниченной теплоотдачи в окружающую среду.
Данный недостаток частично устранен в винто-рулевой колонке (RU 2699510 16.11.2018), включающей в себя гондолу с расположенными в ней электродвигателем с гребным валом, на конце которого установлен размещенный вне гондолы гребной винт, и связанную с гондолой стойку, располагающуюся своей верхней частью внутри корпуса судна, а нижней частью - погруженной в воду, и оснащенную входящей в ее состав системой охлаждения электродвигателя, состоящей из замкнутого воздушного контура охлаждения, включающего средство циркуляции газа, и их теплообменника с жидкостным контуром охлаждения со средством циркуляции жидкости. Жидкостный контур охлаждения выполнен незамкнутым и сообщенным с забортной водой трубопроводами, соединенными с водозаборниками, установленными в погруженной в воду нижней части корпуса стойки. Недостатком данного технического решения является использование аксиальной схемы воздушного охлаждения, применимой только для двигателей небольшой мощности.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности охлаждения электродвигателя привода гребного винта, уменьшение габаритов и упрощение технического обслуживания систем электрической движительно-рулевой колонки (ЭДРК).
Указанная задача решается тем, что движительно-рулевая колонка, включает рулевой модуль, движительный модуль, включающий гондолу, с расположенным в ней электродвигателем привода гребного винта, с гребным валом, на котором установлен гребной винт, оснащенная системой охлаждения электродвигателя, состоящей из блока воздушного охлаждения, включающего воздухоохладители и вентиляторы. При этом ротор электродвигателя охлаждается воздухом, который подается с торцов двигателя и, пройдя через радиальные каналы ротора, охлаждается в воздухоохладителях, а охлаждение статора электродвигателя осуществляется забортной водой, кроме сектора, не омываемого водой, воздух, проходящий через радиальные каналы статора, движется вдоль спинки сердечника и выходит из статора в зоне сектора, не охлаждаемого водой, а блок воздушного охлаждения установлен в корпусе рулевого модуля на неповоротной части.
Из конструкции ЭДРК исключена дополнительная система жидкостного охлаждения статора и гидропереход. Выполнение предлагаемой системы охлаждения повышает эффективность охлаждения электродвигателя привода гребного винта ЭДРК с меньшим расходом охлаждаемого воздуха, снижает гидродинамическое сопротивление колонки, за счет уменьшения диаметра гондолы. Расположение блока воздушного охлаждения на неповоротной части в корпусе рулевого модуля обеспечивает упрощение технического обслуживания и ремонта оборудования систем ЭДРК и освобождает место в помещении установки рулевого модуля на судне.
На фиг. 1 показана компоновка и схема вентиляции ЭДРК, на фиг. 2 - схема охлаждения статора.
ЭДРК содержит рулевой модуль 1, движительный модуль 2, включающий гондолу 3 с расположенным в ней электродвигателем 4, содержащим ротор 5 и статор 6, включающий сердечник 7, радиальные каналы 8, обмотку 9, вентиляционные распорки 10, с гребным валом 11, на конце которого установлен гребной винт 12, размещенный вне гондолы 3. ЭДРК содержит в своем составе систему 13 охлаждения электродвигателя 4, которая состоит из блока 14 воздушного охлаждения, расположенного в корпусе рулевого модуля 1 на неповоротной части и включающего воздухоохладители 15, вентиляторы 16. В рулевом модуле 1 расположены двигатели 17 поворота и редукторы 18, токопереход 19.
Работа предполагаемой ЭДРК осуществляется следующим образом.
При движении судна посредством электродвигателя 4, состоящего из ротора 5 и статора 6, соединенного с гребным валом 11, осуществляется вращение гребного винта 12 установленного на гребном валу 11, в процессе происходит нагрев электродвигателя 4. Воздух нагнетается вентиляторами 16 и подается с двух торцов электродвигателя 4 и, проходя через радиальные каналы 8 ротора 5 и статора 6, охлаждается в воздухоохладителях 15. Охлажденный воздух поступает обратно к электродвигателю 4 и цикл начинается снова (фиг. 1). Отвод тепла от сердечника 7 и обмотки 9 статора 6 осуществляется непосредственно забортной водой, кроме сектора, не омываемого водой, который охлаждается воздухом, проходящим через радиальные каналы 8 статора 6. Воздух, проходящий через радиальные каналы 8 статора 6, движется вдоль спинки сердечника 7 и выходит из статора 6 в зоне сектора, не охлаждаемого водой (фиг. 2.). Такая схема движения воздуха достигается за счет особой формы и компоновки вентиляционных распорок 10 статора 6. Охлаждение ротора 5 осуществляется полностью воздухом через радиальные каналы 8.
Размещение блока 14 воздушного охлаждения (вентиляторы 16 и воздухоохладители 15) в неповоротной части рулевого модуля 1 позволяет упростить техническое обслуживание и ремонт оборудования систем ЭДРК и освобождает место в помещении установки рулевого модуля 1 на судне.
Оснащение ЭДРК двумя вентиляторами 16 (основным и резервным) и двумя воздухоохладителями 15 обеспечивает надежную работу ЭДРК, т.к. при выходе из строя одного из них ЭДРК сохраняет работоспособность.
В качестве электродвигателя привода гребного винта используется асинхронный или синхронный электродвигатель.
За счет эффективного охлаждения и особенностей компоновки ЭДРК имеет меньшие габариты по сравнению с аналогами.