СКОРОСТНОЕ СУДНО С ДВУМЯ РЕЖИМАМИ ДВИЖЕНИЯ
HIGH-SPEED VESSEL WITH TWO SPEED MODES

Изобретение относится к судостроению, а более конкретно, к скоростным судам, которым по эксплуатационным особенностям необходимо иметь два режима движения, например, экономический и крейсерский ход.
На современных скоростных судах во многих случаях устанавливают легкие быстроходные дизельные двигатели или газовые турбины, которые обладают ограниченными возможностями но изменению мощности и не экономичны при работе на нерасчетной мощности.
Указанная особенность подобных двигателей приводит к необходимости для обеспечения экономической скорости устанавливать на судно дополнительную силовую установку малой мощности, которая работала бы на собственный движитель или на основные движители с помощью различных устройств. Однако такое конструктивно-компоновочное решение приводит к увеличению массы силовой установки и судна в целом, что для скоростных судов является неприемлемым.
В связи с этим существенным является достижение возможности эксплуатации скоростных судов в режиме двух скоростей без установки дополнительной силовой установки в целях реализации экономичного хода судна, достижение возможности использования на судах, имеющих двухвальные (трехвальные) двигательно-движительные установки, только одного из двигателей для эксплуатации судна в режиме экономического хода, и с этой целью достижения возможности передачи крутящего момента от одного из двигателей на гребные валы обоих бортов, либо одного любого борта без использования сложных механизмов передачи.
Целью заявляемого изобретения является устранение описанных недостатков посредством разработки судна с двумя режимами движения, имеющего двигательно-движительную установку с устройством передачи мощности, обладающим указанными характеристиками.
В целом же заявляемое изобретение направлено на преодоление недостатков силовой установки скоростных катеров, использующих высокооборотные двигатели, к частности, газовые турбины.
Известно техническое решение, используемое для катеров типа «Молния» разработки центрального морского конструкторского бюро «Алмаз», где установлены газовая турбина и дизель, работающие на гребной вал раздельно или совместно (http://russianarms.mybb.ru/viewtopic.php?id=3044, http://www.greatflags.su/sssr-v-kartinkah/1765.html). Наличие дизеля, на который возложена задача обеспечения экономического хода, также увеличивает массу судна в целом и конкретно силовой установки и приводит к усложнению ее конструкции. Недостатками установки являются также большая масса и сложный механическим редуктор, обеспечивающий совместную или раздельную работу агрегатов.
Известна судовая энергетическая установка но патенту РФ 2272743, МПК В63Н 21/16, опубл. 27.03.2006 г., в которой газотурбинные агрегаты каждого борта разделяются на маршевую и форсажную части. Маршевая часть включает, но крайней мере, два маршевых газотурбинных двигателя, соответственно левого и правого борта, сообщенных с вал о про вода ми и движителями, и соответственно два маршевых двухскоростных редуктора, а форсажная часть включает, по крайней мере, два форсажных двигателя и два форсажных односкоростных редуктора соответственно левого и правого борта.
Недостатками данной силовой установки являются возможность реализации режима экономического хода только при использовании маршевых двигателей, а режима полного хода - только при использовании форсажных двигателей. Кроме того, применение для каждого борта агрегатов, состоящих из двух отдельно стоящих двигателей, обуславливает наличие двух трансмиссий для передачи крутящего момента от двигателей к валопроводам. Наличие на судне отдельных двигателей, предназначенных для работы в разных режимах и редукторов больших масс и габаритов, обеспечивающих передачу крутящего момента от любого из двигателей к валопроводам, приводит к увеличению массы силовой установки и судна в целом и усложнению конструкции двигательно-движительной установки.
В заявляемом техническом решении газотурбинный агрегат каждого борта функционально может представлять собой либо маршевый, либо форсажный агрегат, в зависимости от передаваемой мощности к гребным валам обоих бортов или к гребному валу только своего борта, при совместной работе с агрегатом противоположного борта в экономичном режиме. Двигатели при этом работают на режиме близком к расчетному, соответственно, с минимальным удельным расходом топлива.
Известна силовая установка по патенту США 4344760, МПК В63Н 21/00, В63Н 23/К), опубл. 17.08.1982 г., в состав которой входят два двигателя (газотурбинных или дизельных), один из которых выполняет роль форсажного и предполагается большей мощности, другой - роль маршевого и предполагается меньшей мощности. Существует возможность передачи крутящего момента от одного из двигателей на гребные валы обоих бортов, либо одного борта. В зависимости от выбранного режима на два гребных вала работает один из двигателей. Реализация экономичного хода судна возможна только при использовании двигателя меньшей мощности.
Недостатками данной установки является необходимость установки на судне отдельных двигателей разной мощности. Это требует отдельных систем, обеспечивающих работу двигателей и управление ими, что отрицательно сказывается на удельных массогабаритных характеристиках энергетической установки в целом. Кроме того, для раздельной передачи крутящего момента от любого из двигателей к валопроводам требуется сложный редуктор, имеющий большую массу и габариты. Также для передачи крутящего момента от поперечного вала к гребным валам устанавливаются угловые редукторные передачи. Таким образом, наличие значительного количества элементов трансмиссии, имеющих большие массы, и в целом сложная конструкция всего комплекса, обеспечивающего передачу крутящего момента от двигателей к гребным валам приводит к увеличению массы силовой установки и судна в целом, а также к снижению надежности ее работы.
В заявляемом же техническом решении любой газотурбинный агрегат может работать в обеспечение полного хода судна совместно с агрегатом противоположного борта, либо в обеспечение экономичного хода судна при неработающем агрегате противоположного борта. В обоих вариантах двигатели будут работать к режиме, близком к расчетному, и, соответственно, с минимальным удельным расходом топлива. Энергетическая установка при этом обладает простотой конструкции и в целом имеет лучшие массогабаритные характеристики и экономические показатели.
Известно техническое решение но патенту РФ 2169103, МПК В63Н 23/08, опубл. 20.06.2001 г., принятое за прототип, согласно которому движение судна в экономичном режиме может осуществляться при одном работающем двигателе на два гребных вала. Задействованное при этом устройство передачи мощности от главных двигателей на гребные валы содержит главные двигатели, реверс-редукторы и поперечные передачи, установленные за реверс-редукторами и кинематически связанные с гребными валами.
Недостатком указанного устройства является осуществление передачи крутящего момента от одного из двигателей на гребной вал противоположного борта с помощью ценной передачи с промежуточным звеном в виде цилиндрического редуктора с механизмом соединения-разъединения. Наличие на судне дополнительного цилиндрического редуктора приводит к увеличению массы силовой установки и судна в целом.
Предметом настоящего изобретения является скоростное судно с главной энергетической установкой, обеспечивающей оптимальную работу силовых агрегатов (двигателей) при движении судна не только на полной, но и на экономической скорости с существенным упрощением комплекса «двигатель, валопровод, движитель». Судно имеет две газовые турбины и водометные движители.
В машинном отделении располагаются два агрегата силовой установки, каждый из которых включает в свой состав газовую турбину, промежуточный вал, редуктор и гребной вал. Кроме того, по предлагаемому техническому решению силовые агрегаты включают в свой состав разделительные механизмы и разобщительные муфты. Также предусмотрен поперечный вал - вал перекидки мощности с одного силового агрегата па другой.
Компоновочные решения могут быть различными.
По одному из них на каждом гребном валу установлен разделительный механизм, соединенный поперечным валом - валом перекидки мощности - с аналогичным разделительным механизмом на гребном валу противоположного борта.
В данном случае указанные разделительные механизмы служат для одновременной передачи вращения (мощности):
- от редуктора к гребному валу и валу перекидки мощности;
- от вала перекидки мощности к гребному валу.
Конструктивно разделительный механизм выполняется как самостоятельный узел, корпус которого устанавливается на судовой фундамент. В корпусе размещены шестерни, закрепленные па валах, оси которых взаимно перпендикулярны. Валы разделительного механизма опираются на подшипники, размещенные и гнездах корпуса, и имеют фланцы для соединения с редуктором, гребным валом и валом перекидки мощности.
В варианте 1 описываемой конструктивно-компоновочной схемы (рис.1) разделительные механизмы имеют разобщительные муфты для включения-выключения вала перекидки мощности. Разобщительная муфта может быть установлена только на одном разделительном механизме.
Другой вариант компоновочного решения (рис.2) предполагает применение одной разобщительной муфты, установленной к пролете вала перекидки мощности. Вал перекидки мощности в данном случае выполнен из двух половин - правого и левого борта.
Предусмотрены варианты, при которых разделительные механизмы и разобщительные муфты включены в конструкцию редукторов.
Предполагается, что конструкция редукторов позволяет разобщить двигатель и последующие элементы трансмиссии.
При включении в конструкцию редуктора разделительный механизм представляет собой отдельный функциональный блок, предназначенный для одновременной передачи вращения (мощности):
- от редуктора к гребному валу и валу перекидки мощности;
- от вала перекидки мощности к гребному валу.
Элементами разделительных механизмов являются шестерни, закрепленные на валах. Валы опираются на подшипники, размещенные в гнездах корпуса редуктора. Один из валов имеет фланец для соединения с валом перекидки мощности.
В случае применения водометных движителей е устройствами реверса тяги реверсивные механизмы из конструкции редукторов исключаются, что позволяет упростить конструкцию редукторов и снизить массу.
Предлагаемые конструктивно-компоновочные решения изображены на рисунках.
На рис.1 на конструктивно-компоновочной схеме машинного отделения изображены:
1 - силовые агрегаты (газовые турбины);
2 - промежуточные валы, связывающие силовые агрегаты с редукторами;
3 - редукторы, обеспечивающие возможность отключения силового агрегата от гребного вала;
4 - разделительные механизмы со встроенными разобщительными муфтами;
5 - гребные валы;
6 - вал перекидки мощности, связывающий гребные валы каждого борта друг с другом.
На рис.2 изображен вариант, когда разделительные механизмы 4 не имеют встроенных разобщительных муфт, а разобщительная муфта 7 - одна и расположена она на валу перекидки мощности 6, состоящем из двух половин правого и левого бортов.
На рис.3 изображена конструктивно-компоновочная схема со встроенными в редукторы 3 разделительными механизмами и разобщительными муфтами.
На рис.4 изображен вариант, когда раздел игольные механизмы также встроены в редукторы 3, а разобщительная муфта - одна и навешена на один из редукторов.
Предлагаемая установка при движении судна на полной скорости работает следующим образом:
Силовые агрегаты 1 через промежуточные валы 2 и редукторы 3 вращают гребные валы 5, при этом каждый силовой агрегат вращает гребной вал своего борта.
Но варианту конструкции, изображенному на рис.1, разобщительные муфты, встроенные в разделительные механизмы 4, отключены и вал перекидки мощности 6 не вращается.
По варианту на рис.2 разобщительная муфта 7 выключена, правая и левая половины вала перекидки мощности 6 вращаются вхолостую независимо друг от друга.
По варианту на рис.3 разобщительные муфты, встроенные в редукторы 3, отключены и вал перекидки мощности 5 не вращается.
При варианте исполнения, изображенном на рис.4, разобщительная муфта выключена и вал перекидки мощности вращается вхолостую.
На режиме экономического хода один из силовых агрегатов, например, левого борта, не работает (выключен) и разобщен с гребным валом своего борта с помощью соответствующего редуктора.
При варианте исполнения, показанном на рис.1, в этом случае разобщительные муфты, встроенные в разделительные механизмы 4, включены и мощность от правого силового агрегата 1 передается как на гребной вал правого борта, так и через вал перекидки мощности 6 на гребной вал левого борта.
При варианте исполнения на рис.2 разобщительная муфта 7 на валу перекидки мощности 6 включена, чем обеспечивается вращение обоих гребных валов от одного правого силового агрегата 1.
По варианту па рис.3 передачу мощности от правого силового агрегата па левый гребной вал обеспечивает включение разобщительных муфт, встроенных в редукторы 3.
По варианту на рис.4 вращение левого гребного вала от правого силового агрегата обеспечивается включением единственной разобщительной муфты, установленной па одном из редукторов.
Каждый из вариантов предлагаемого технического решения обеспечивает два режима движения судна: режим полного хода под двумя двигателями и режим экономического хода при использовании только одного двигателя, работающего на оба движителя. Это решение позволяет на полном ходу использовать двигатели на расчетном для них режиме, а на экономическом ходу - сохранять режим, близкий к расчетному на одном двигателе, и отключать второй, сберегая его ресурс и экономя топливо.
Исходя из изложенного, можно сделать вывод, что сущность изобретение не следует явным образом из уровня техники. Это позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «изобретательский уровень».