RU126316U1

RU126316U1 - SHIP MOTOR AND ENGINE INSTALLATION

Info

Publication number: RU126316U1
Application number: RU2012135456/11U
Authority: RU
Inventors: Владимир Ильич Штрамбранд; Андрей Владимирович Григорьев; Елена Алексеевна Глеклер; Георгий Васильевич Тарица; Александр Николаевич Суслов; Александр Владиславович Андрюшин
Original assignee: Федеральное государственное унитарное предприятие "Росморпорт" (ФГУП "Росморпорт")
Priority date: 2012-08-08
Filing date: 2012-08-08
Publication date: 2013-03-27

Abstract

1. Судовая двигательно-движительная установка, характеризующаяся тем, что содержит тепловой двигатель, снабженный блоком управления скоростью вращения и соединенный первым валом с вариатором, который вторым валом соединен с гребным винтом, валы механически не связаны между собой и на них установлены соответственно первый и второй датчики скорости вращения, установка также содержит систему управления, при этом вариатор содержит униполярный генератор, установленный на первом валу и электрически соединенный с униполярным двигателем, установленным на втором валу, а система управления соединена с блоком управления скоростью вращения теплового двигателя, с датчиками скорости вращения и с обмотками возбуждения униполярного двигателя и униполярного генератора.2. Судовая двигательно-движительная установка по п.1, отличающаяся тем, что первый и второй валы расположены под углом друг к другу.3. Судовая двигательно-движительная установка по п.1, отличающаяся тем, что первый и второй валы расположены в разных плоскостях.4. Судовая двигательно-движительная установка по п.1, отличающаяся тем, что первый и второй валы расположены под углом друг к другу и в разных плоскостях.5. Судовая двигательно-движительная установка по п.2, отличающаяся тем, что в ней использован тепловой двигатель вертикального исполнения, размещенный вместе с системой управления в корпусе судна, а вариатор размещен в поворотной гондоле.6. Судовая двигательно-движительная установка по п.5, отличающаяся тем, что дополнительно имеет второй гребной винт, соединенный третьим валом с вариатором, который содержит дополнительный униполярный двигатель, эле�1. Marine propulsion system, characterized in that it contains a heat engine equipped with a speed control unit and connected by a first shaft to a variator, which is connected to the propeller by a second shaft, the shafts are not mechanically connected to each other and the first and second are mounted on them, respectively rotation speed sensors, the installation also contains a control system, while the variator contains a unipolar generator mounted on the first shaft and electrically connected to the unipolar motor, mounted on the second shaft, and the control system is connected to the control unit of the rotation speed of the heat engine, to the rotation speed sensors and to the excitation windings of the unipolar engine and the unipolar generator. 2. Ship propulsion system according to claim 1, characterized in that the first and second shafts are located at an angle to each other. 4. Ship propulsion system according to claim 1, characterized in that the first and second shafts are located in different planes. The ship propulsion system according to claim 1, characterized in that the first and second shafts are located at an angle to each other and in different planes. The ship propulsion system according to claim 2, characterized in that it uses a vertical engine mounted together with the control system in the ship's hull, and the variator is located in a rotary gondola. The ship propulsion system according to claim 5, characterized in that it further has a second propeller connected by a third shaft to the variator, which contains an additional unipolar engine, electric

Description

Полезная модель относится к области судостроения, а конкретно - к двигательно-движительным агрегатам судовых систем электродвижения.The utility model relates to the field of shipbuilding, and specifically to the propulsion and propulsion units of ship electrical propulsion systems.

Известна гребная электрическая установка [патент РФ №2392180 опубл. 20.06.2010], состоящая из гребного электродвигателя, присоединенного к гребному винту через редуктор и разъединительные муфты. Гребной электродвигатель подключен к источнику электроэнергии, через статический преобразователь частоты. В структуре так же имеется задатчик частоты вращения гребного винта, который соединен с системой управления, выходы последней подключены к входам управления преобразователя частоты и разъединительных муфт. К недостаткам этой установки относятся значительная масса, габариты и повышенные уровни электромагнитных помех и гармонических составляющих в токе, потребляемом из судовой сети электрическими элементами трансмиссии. Кроме того, передача энергии от теплового двигателя к гребному электродвигателю и гребному винту производится через тракт преобразования, рассчитанный на полную мощность, в том числе - электрогенератор, статический преобразователь частоты, редуктор и разъединительные муфты, что снижает надежность и увеличивает потери.Known rowing electrical installation [RF patent No. 2392180 publ. 06/20/2010], consisting of a propeller motor connected to the propeller through a gearbox and disconnect couplings. A rowing electric motor is connected to a source of electricity through a static frequency converter. The structure also has a propeller speed controller, which is connected to the control system, the outputs of the latter are connected to the control inputs of the frequency converter and disconnect couplings. The disadvantages of this installation include the significant weight, dimensions and increased levels of electromagnetic interference and harmonic components in the current consumed from the ship’s network by the electric transmission elements. In addition, energy is transferred from the heat engine to the propeller motor and the propeller through a conversion path designed for full power, including an electric generator, a static frequency converter, gearbox, and disconnect couplings, which reduces reliability and increases losses.

Известна судовая движительно-двигательная установка типа «поворотная колонка» [патент РФ №2119875 опубл. 10.10.1998 г.], принятая за прототип. Установка содержит заключенный в обтекаемый кожух гребной биротативный электродвигатель и два гребных винта, вращающихся в противоположных направлениях, а именно, контрпропеллер, установленный на валу ротора биротативного двигателя, и гребной винт, установленный на полом валу вращающегося статора, коаксиальном валу ротора.Known ship propulsion system of the type "rotary column" [RF patent No. 2119875 publ. 10.10.1998,], adopted as a prototype. The installation contains a rotational rotational motor enclosed in a streamlined casing and two propellers rotating in opposite directions, namely, a counter-propeller mounted on the rotor shaft of the rotational motor and a propeller mounted on the hollow shaft of the rotating stator, the coaxial rotor shaft.

Кожух установлен с возможностью поворота в горизонтальной плоскости. Для специалиста очевидно, хотя об этом в описании прямо не сказано, что гребной электродвигатель установки подключен к статическому преобразователю частоты, который, в свою очередь, подключен к энергосистеме и к электрогенератору, приводимому во вращение тепловым двигателем.The casing is mounted to rotate in a horizontal plane. It is obvious to a specialist, although this is not explicitly stated in the description that the propulsion motor of the installation is connected to a static frequency converter, which, in turn, is connected to the power system and to the electric generator driven by the rotation of the heat engine.

В данной гребной установке передача механической энергии от теплового двигателя к гребным винтам осуществляется через тракт преобразования, рассчитанный на полную мощность, (в том числе -электрогенератор, статический преобразователь частоты). Это снижает надежность, увеличивает массу, габариты, уровни электромагнитных помех и гармонических составляющих при преобразовании электроэнергии.In this propulsion system, the transfer of mechanical energy from the heat engine to the propellers is carried out through the conversion path, designed for full power (including an electric generator, a static frequency converter). This reduces reliability, increases the mass, dimensions, levels of electromagnetic interference and harmonic components in the conversion of electricity.

Задача, решаемая полезной моделью - расширение арсенала средств и создание новой, надежной судовой двигательно-движительной установки с улучшенными эксплуатационными характеристиками, за счет исключения применения нелинейных широтно-импульсных преобразователей энергии.The problem solved by the utility model is the expansion of the arsenal of means and the creation of a new, reliable ship propulsion and propulsion system with improved operational characteristics, by eliminating the use of non-linear pulse-width energy converters.

Достигаемый технический результат заключается:The technical result achieved is:

- в повышении надежности и снижение потерь судовой двигательно-движительной установки;- to increase reliability and reduce losses of the ship propulsion system;

- в снижении массы, габаритов;- in reducing weight, dimensions;

- в снижении уровня электромагнитных помех и гармонических составляющих при преобразовании энергии;- in reducing the level of electromagnetic interference and harmonic components during energy conversion;

- в возможности установки оси выходного вала вариатора с гребным винтом под произвольным углом и в произвольно ориентированной плоскости по отношению к входному валу.- the ability to set the axis of the output shaft of the variator with the propeller at an arbitrary angle and in an arbitrarily oriented plane with respect to the input shaft.

Поставленная задача решается изменением конструкции установки.The problem is solved by changing the design of the installation.

Судовая двигательно-движительная установка содержит тепловой двигатель, снабженный блоком управления скоростью вращения и соединенный первым валом с электродинамическим вариатором, который вторым валом соединен с гребным винтом. Валы механически не связаны между собой и на них установлены, соответственно, первый и второй датчики скорости вращения. Установка также содержит систему управления, при этом вариатор содержит униполярный генератор, установленный на первом валу и электрически соединенный с униполярным двигателем, установленным на втором валу. При этом система управления соединена с блоком управления скоростью вращения теплового двигателя, с датчиками скорости вращения и с обмотками возбуждения униполярного двигателя и униполярного генератора.The marine propulsion system comprises a heat engine equipped with a speed control unit and connected by a first shaft to an electrodynamic variator, which is connected to a propeller by a second shaft. The shafts are not mechanically interconnected and the first and second rotational speed sensors are installed on them, respectively. The installation also contains a control system, while the variator contains a unipolar generator mounted on the first shaft and electrically connected to a unipolar motor mounted on the second shaft. The control system is connected to the control unit of the rotation speed of the heat engine, to the rotation speed sensors and to the excitation windings of the unipolar engine and the unipolar generator.

Возможна реализация, при которой первый и второй валы расположены под углом друг к другу, а также в разных плоскостях.An implementation is possible in which the first and second shafts are located at an angle to each other, as well as in different planes.

В установке может быть применен тепловой двигатель вертикального исполнения, размещенный вместе с системой управления в корпусе судна, а вариатор размещен в поворотной гондоле.The installation can be applied to a vertical thermal engine, placed together with the control system in the ship's hull, and the variator is placed in a rotary nacelle.

Судовая двигательно-движительная установка может дополнительно иметь второй гребной винт, соединенный третьим валом с вариатором, который при этом содержит дополнительный униполярный двигатель, электрически соединенный с униполярным генератором, все валы механически не связаны между собой. При этом на третьем валу установлен третий датчик скорости вращения, соединенный с системой управления, которая также соединена с обмоткой возбуждения дополнительного униполярного двигателя.The ship propulsion system may additionally have a second propeller connected to the variator by a third shaft, which further comprises an additional unipolar engine electrically connected to the unipolar generator, all the shafts are not mechanically interconnected. At the same time, a third speed sensor is mounted on the third shaft, connected to the control system, which is also connected to the excitation winding of the additional unipolar motor.

По меньшей мере, два вала могут быть расположены в разных плоскостях.At least two shafts may be located in different planes.

Полезная модель иллюстрируется Фигурами, на которых представлено - Фиг.1 - принципиальная схема установки, Фиг.2 - размещение части оборудования установки по схеме, представленной на Фиг.1 в гондоле «поворотной колонки» и при применении теплового двигателя вертикального исполнения, Фиг.3 - аналогично Фиг.2, но с двумя двигателями и гребными винтами.The utility model is illustrated by the Figures, in which: Fig. 1 is a schematic diagram of the installation; Fig. 2 is a layout of a part of the equipment of the installation according to the diagram shown in Fig. 1 in a nacelle of a "rotary column" and when using a vertical heat engine; - similar to Figure 2, but with two engines and propellers.

Заявляемая установка содержит тепловой двигатель 1 (например, турбина), который первым валом 2 механически соединен с вариатором 3, а конкретно, с униполярным генератором 4, входящим в состав вариатора.The inventive installation comprises a heat engine 1 (for example, a turbine), which is mechanically connected by a first shaft 2 to a variator 3, and specifically, to a unipolar generator 4 included in the variator.

Таким образом, тепловой двигатель 1 и униполярный генератор вариатора установлены на одном первом валу 2. В состав вариатора также входит униполярный двигатель 5, установленный на втором валу 6, на котором также остановлен гребной винт 7 фиксированного шага. На валах 2 и 6 установлены первый и второй датчики скорости вращения - 8 и 9, соответственно. Валы 2 и 6 механически не связаны между собой и могут находиться по одной геометрической оси и в одной плоскости, как показано на Фиг.1, или под заданным углом (Фиг.2, при применении вертикальной турбины) и тоже - в одной или разных плоскостях. Униполярные машины 4 и 5 электрически соединены между собой шинами 10, а их обмотки возбуждения 11 соединены с системой управления 12 (расположенной в корпусе судна и на Фиг.2 и 3 не показана), которая своими другими входами соединена с датчиками скорости вращения 8, 9, а также с блоком управления 13 скоростью вращения теплового двигателя 1. Как показано на Фиг.2, вариатор 3 (со своими униполярными машинами 4 и 5 и датчиками 8 и 9) может быть размещен в гондоле 14 поворотной колонки.Thus, the heat engine 1 and the unipolar variator generator are mounted on one first shaft 2. The variator also includes a unipolar motor 5 mounted on the second shaft 6, on which a fixed pitch propeller 7 is also stopped. On the shafts 2 and 6, the first and second rotational speed sensors are installed - 8 and 9, respectively. The shafts 2 and 6 are not mechanically interconnected and can be located on the same geometric axis and in the same plane, as shown in Figure 1, or at a given angle (Figure 2, when using a vertical turbine) and also in one or different planes . Unipolar machines 4 and 5 are electrically interconnected by tires 10, and their field windings 11 are connected to a control system 12 (located in the ship’s hull and not shown in FIGS. 2 and 3), which is connected to rotational speed sensors 8, 9 by its other inputs and also with the control unit 13 of the rotation speed of the heat engine 1. As shown in FIG. 2, the variator 3 (with its unipolar machines 4 and 5 and sensors 8 and 9) can be placed in the nacelle 14 of the rotary column.

В отдельных случаях в вариаторе могут содержаться два униполярных двигателя (Фиг.3), а соответственно два гребных винта. Дополнительный униполярный двигатель 15 соединен третьим валом 16 со вторым гребным винтом 17. На третьем валу 16 также установлен датчик скорости вращения (третий датчик скорости вращения). Дополнительный униполярный двигатель 15 соединен с униполярным генератором 4, а его обмотка возбуждения, как и третий датчик вращения (на Фигуре не показан), установленный на третьем валу 16, соединена с системой управления 12.In some cases, the variator may contain two unipolar motors (Figure 3), and accordingly two propellers. An additional unipolar motor 15 is connected by the third shaft 16 to the second propeller 17. A speed sensor (third speed sensor) is also mounted on the third shaft 16. An additional unipolar motor 15 is connected to a unipolar generator 4, and its field winding, as well as a third rotation sensor (not shown in the Figure) installed on the third shaft 16, is connected to the control system 12.

В конструкции, имеющей три вала (первый: тепловой двигатель -униполярный генератор, второй: униполярный генератор - гребной винт; третий: дополнительный униполярный генератор - второй гребной винт), все валы механически не связаны между собой. Они могут располагаться в одной плоскости, как показано на Фиг.3: валы второй и третий - на одной оси, перпендикулярной оси первого вала. Возможно расположение всех валов под заданным углом друг к другу. Возможны реализации, когда, например, первый вал лежит в другой плоскости, чем второй и третий, или первый и второй валы в одной плоскости, а третий - в другой, или все три в разных плоскостях. «Развязка» системы по валам позволяет реализовать любую требуемую комбинацию по углам ориентации валов, а также по плоскостям расположения валов (гребных винтов).In a design having three shafts (the first: a heat engine — a unipolar generator, the second: a unipolar generator — a propeller; the third: an additional unipolar generator — a second propeller), all the shafts are not mechanically interconnected. They can be located in one plane, as shown in Figure 3: the shafts of the second and third - on the same axis perpendicular to the axis of the first shaft. It is possible to arrange all shafts at a given angle to each other. Implementations are possible when, for example, the first shaft lies in a different plane than the second and third, or the first and second shafts in one plane, and the third in the other, or all three in different planes. The "decoupling" of the system along the shafts allows you to realize any desired combination in the orientation angles of the shafts, as well as in the planes of the shafts (propellers).

На Фиг.2 и 3 представлены конструкции с движителем типа «поворотная колонка» в ее составе. В гондоле 14 располагается вариатор 3 с одним или двумя униполярными двигателями. При этом тепловой двигатель и система управления могут быть размещены в корпусе судна.Figure 2 and 3 presents the design with the propulsion type "rotary column" in its composition. In the gondola 14 is a variator 3 with one or two unipolar engines. In this case, the heat engine and control system can be placed in the hull.

Предлагаемая судовая двигательно-движительная установка с одним гребным винтом работает следующим образом.The proposed marine propulsion system with one propeller operates as follows.

По сигналам извне (система управления верхнего уровня), поступающим на систему управления 12, через блок управления 13 скоростью вращения теплового двигателя задается скорость вращения теплового двигателя 1, которая контролируется с помощью первого датчика скорости вращения 8.The signals from the outside (upper-level control system) received by the control system 12, through the control unit 13 of the rotation speed of the heat engine, sets the rotation speed of the heat engine 1, which is controlled by the first rotation speed sensor 8.

После разгона теплового двигателя 1, на обмотки возбуждения 11 униполярного генератора 4 и униполярного двигателя 5 подается ток возбуждения, величина и полярность которого задается системой управления 12. Униполярный генератор 4 генерирует ток, передаваемый по шинам 11 на вход униполярного двигателя 5, который приводится во вращение со скоростью, заданной системой управления 12, которая контролируется датчиком 8. Двигатель 5 приводит во вращение гребной винт 7. Изменение величины тока возбуждения униполярных машин изменяет величину мощности на выходных зажимах генератора 4 и на втором валу 6. Изменение направления тока возбуждения униполярных машин изменяет направление их вращения. При работе установки на малых скоростях вращения гребного винта 7, по сигналу системы управления 12 в блок управления 13, скорость вращения теплового двигателя 1 может быть понижена.After acceleration of the heat engine 1, the excitation current 11 is supplied to the excitation windings 11 of the unipolar generator 4 and unipolar motor 5, the magnitude and polarity of which is set by the control system 12. The unipolar generator 4 generates a current transmitted via buses 11 to the input of the unipolar motor 5, which is rotated at the speed set by the control system 12, which is controlled by the sensor 8. The engine 5 drives the propeller 7. The change in the magnitude of the excitation current of unipolar machines changes the amount of power and output terminals of the generator 4 and on the second shaft 6. Changing excitation current direction unipolar machine changes direction of rotation. When the installation is operating at low speeds of rotation of the propeller 7, by the signal of the control system 12 to the control unit 13, the rotation speed of the heat engine 1 can be reduced.

Работа установки со вторым гребным винтом 17 происходит аналогично. Его приводит во вращение дополнительный униполярный двигатель 16, а скорость вращения фиксируется третьим датчиком скорости вращения.The operation of the installation with the second propeller 17 is similar. It is driven into rotation by an additional unipolar motor 16, and the rotation speed is detected by a third rotation speed sensor.

Таким образом, применение в полезной модели электродинамического вариатора на базе униполярных электрических машин для передачи энергии с вала теплового двигателя на гребной винт (гребные винты) позволяет исключить применение широтно-импульсных нелинейных преобразователей частоты, рассчитываемых на полную мощность, что позволяет повысить надежность и снизить потери судовой двигательно-движительной установки, снизить массу, габариты, снизить уровень электромагнитных помех и гармонических составляющих в энергосистеме судна при преобразовании энергии. Кроме того, это позволяет обеспечить возможность установки оси вала вариатора с гребным винтом под произвольным углом по отношению к входному валу и в произвольной плоскости, а также применять в конструкциях с двумя гребными винтами, в том числе, с различной пространственной ориентацией.Thus, the use in a utility model of an electrodynamic variator based on unipolar electric machines for transferring energy from the shaft of a heat engine to a propeller (propellers) eliminates the use of pulse-width nonlinear frequency converters designed for full power, which improves reliability and reduces losses ship propulsion system, reduce weight, dimensions, reduce the level of electromagnetic interference and harmonic components in the ship’s power system when Free energy. In addition, this makes it possible to set the axis of the variator shaft with the propeller at an arbitrary angle with respect to the input shaft and in an arbitrary plane, and also can be used in constructions with two propellers, including those with different spatial orientations.

Claims

1. Marine propulsion system, characterized in that it contains a heat engine equipped with a speed control unit and connected by a first shaft to a variator, which is connected to the propeller by a second shaft, the shafts are not mechanically connected to each other and the first and second are mounted on them, respectively rotation speed sensors, the installation also contains a control system, while the variator contains a unipolar generator mounted on the first shaft and electrically connected to the unipolar motor, mounted on the second shaft, and the control system is connected to the control unit of the rotation speed of the heat engine, with speed sensors and with the excitation windings of a unipolar engine and a unipolar generator.

2. Ship propulsion system according to claim 1, characterized in that the first and second shafts are located at an angle to each other.

3. Ship propulsion system according to claim 1, characterized in that the first and second shafts are located in different planes.

4. Ship propulsion system according to claim 1, characterized in that the first and second shafts are located at an angle to each other and in different planes.

5. The ship propulsion system according to claim 2, characterized in that it uses a vertical engine mounted together with the control system in the ship’s hull, and the variator is located in a rotary gondola.

6. The ship propulsion system according to claim 5, characterized in that it further has a second propeller connected to a variator by a third shaft, which comprises an additional unipolar engine electrically connected to a unipolar generator, all shafts are not mechanically interconnected, on the third the shaft is equipped with a third rotation speed sensor connected to a control system, which is also connected to the excitation winding of an additional unipolar motor.

7. Ship propulsion system according to claim 6, characterized in that at least two shafts are located in different planes.