Биротативная электродвижительная рулевая колонка

Полезная модель относится к области судостроения, в частности к конструкциям судовых движительно-двигательных установок типа "поворотная колонка".
Известна судовая движительно-двигательная установка типа "поворотная колонка", содержащая гребной винт, горизонтальную и вертикальную линию приводных валов и двигатель, размещенный в корпусе судна (см. книгу А.В.Гофмана. Движительно-рулевой комплекс и маневрирование судна. Л., "Судостроение", 1988 г., стр.17).
Указанное устройство имеет угловую передачу крутящего момента от двигателя к движителю, что уменьшает надежность конструкции, снижает КПД за счет дополнительных механических потерь. Расположение двигателя в корпусе судна уменьшает полезный объем трюмов судна.
Частично указанного недостатка лишена судовая движительно-двигательная установка типа "поворотная колонка", содержащая заключенный в герметичный обтекаемый кожух приводной электродвигатель и соединенный с ним посредством вала гребной винт, причем кожух установлен с возможностью поворота в горизонтальной плоскости (см. журнал "NAVIGATOR", Международный морской журнал N 2/94, стр.8, фото: движитель типа "AZIPOD").
Данная конструкция предусматривает размещение электродвигателя в герметичном обтекаемом кожухе поворотной колонки, что увеличивает полезный объем трюмов судна, а также количество альтернативных вариантов компоновочных решений общего расположения в корпусе судна.
Недостатком такой конструкции является пониженный коэффициент полезного действия (КПД) установки вследствие гидродинамических потерь на корпусе обтекателя ступицы гребного винта.
ст
ст
Указанные потери связаны с разрежением на обтекателе ступицы (результирующая сила направлена против вектора упора), которое возникает из-за наличия ступичного вихря за гребным винтом. Ступичный (осевой) вихрь появляется вследствие индуцированных гребным винтом окружных (тангенциальных) вызванных скоростей потока. Кроме того, следует отметить, что относительный диаметр ступицы гребного винта из-за условий размещения электродвигателя составляет не менее d/D =0,3. При относительном диаметре ступицы гребного винта d/D = 0,3 потери на обтекателе (уменьшение упора гребного винта) составляют 4-5%.
Частично указанного недостатка лишена конструкция судовой движительно-двигательной установки типа «поворотная колонка» (см. патент Российской федерации № 2119875, кл. B63H 20/00, 20/08, 21/17, 23/24, опубл. 1998), выбранная в качестве прототипа, которая содержит установленный с возможностью поворота в горизонтальной плоскости герметичный обтекаемый кожух с электродвигателем и гребным винтом. Приводной электродвигатель выполнен биротативным с вращающимися в противоположных направлениях статором, соединенным с валом гребного винта, и ротором, соединенным другим валом с установленным за гребнем винтом контрпропеллером, при этом вал последнего установлен внутри выполненного полым вала гребного винта.
Недостатком такого решения является использование в качестве привода пропульсивной установки прямого электропривода большой мощности с малой частотой вращения, равной суммарной частоте вращения гребных винтов, что приведет к увеличению габаритов электропривода, и как следствие увеличение сечения обтекаемого кожуха поворотной колонки, что отрицательно скажется на гидродинамических характеристиках за счет увеличения гидродинамического сопротивления, снижающего коэффициент полезного действия.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является уменьшение гидродинамического сопротивления, повышение коэффициента полезного действия биротативной электродвижительной рулевой колонки.
Это достигается тем, что электропривод располагается параллельно соосно расположенным валам с гребными винтами, один из которых тянущий, а второй толкающий, а передача крутящего момента от ротора и статора на валы с гребными винтами производится через две, расположенные с двух сторон электродвигателя, одинаковые цилиндрические зубчатые передачи.
На фиг. 1 представлена конструкция биротативной электродвижительной рулевой колонки, содержащая установленный с возможностью поворота в горизонтальной плоскости  герметичный обтекаемый кожух 1, валами 2 и 3 с гребными винтами 4 и 5 соответственно, параллельно которым установлен приводной биротативный электродвигатель 6, на статоре 7 и роторе 8 которого закреплены две одинаковые цилиндрические шестерни 9 и 10, входящие в зацепление с зубчатыми колесами 11 и 12, закрепленными на соответствующих  гребных валах.
Работа конструкции осуществляется следующим образом: при подаче напряжения на обмотки статора 8, статор и ротор 7 вращаются в противоположных направлениях, передавая через зацепления, образованные шестернями 9 и 10 и зубчатыми колесами 11 и 12, одинаковые крутящие моменты на гребные валы 2 и 3 с тянущим 4 и толкающим 5 гребными винтами, вращающимися в противоположных направлениях, частоты вращения гребных винтов устанавливаются автоматически, обеспечивая их одинаковую загрузку.
Предлагаемое техническое решение является новым: в отличие от прототипа электродвигатель располагается параллельно соосно расположенным валам с гребными винтами, один из которых является тянущим, а второй толкающим, а передача крутящего момента от ротора и статора на валы с гребными винтами, вращающимися в противоположных направлениях, производится через две, расположенных с двух сторон электродвигателя, одинаковых цилиндрических зубчатых передачи.
Предлагаемое техническое решение позволяет уменьшить гидродинамическое сопротивление и повысить коэффициент полезного действия за счет применения электродвигателей с частотой вращения значительно большей, чем рабочая частота вращения гребных винтов и, следовательно, имеющих меньшие габариты при требуемой мощности, что позволяет уменьшить размеры поперечного сечения обтекаемого кожуха подводной части биротативной электродвижительной рулевой колонки.