RU189402U1

RU189402U1 - Jet steering device (ASU)

Info

Publication number: RU189402U1
Application number: RU2019101277U
Authority: RU
Inventors: Юрий Арсентьевич Чашков; Роман Юрьевич Чашков
Original assignee: Юрий Арсентьевич Чашков; Роман Юрьевич Чашков
Priority date: 2019-01-17
Filing date: 2019-01-17
Publication date: 2019-05-21

Abstract

Водометное рулевое устройство (ВРУ) для использования на разных водных судах с прямым напором воды для поворота судна из сопел рулевого устройства, вместо пера руля, или ВРК и Азиподов, имеющих меньший КПД, повышенную опасность повреждения наружного корпуса с загрязнением окружающей среды. ВРУ улучшает маневренность судов на ограниченной акватории с малой скоростью движения, при плавании во льдах, повышает безопасность мореплавания за счет отсутствия внешнего пера руля. ВРУ устанавливается в корме ниже КВЛ для постоянного подпора воды на рабочее колесо водометного движителя, создающего напор потока воды на выходе из кормовых сопел, установленных горизонтально, симметрично под углом к диаметральной плоскости, что создает момент поворота корпуса для маневрирования судна.A jet steering device (ASU) for use on various watercraft with direct water pressure to turn the vessel from the nozzles of the steering device, instead of the rudder blade, or ARM and Azipods, with lower efficiency, increased risk of damage to the outer hull with environmental pollution. ASU improves the maneuverability of ships in a limited water area with a low speed, while sailing in ice, increases the safety of navigation due to the absence of an external rudder blade. The ASU is installed in the stern below the KVL for constant water supply to the impeller of the jet propulsion unit, which creates a head of water flow at the outlet of the feed nozzles installed horizontally symmetrically at an angle to the diametrical plane, which creates the moment of rotation of the hull to maneuver the vessel.

Description

Полезная модель водометное рулевое устройство (ВРУ) относится к отрасли судостроения, а именно к рулевым устройствам судов для улучшения маневренных характеристик судов при передвижении и маневрировании как в отрытом водном пространстве, так и на ограниченной акватории и во льдах. Предлагаемое ВРУ применимо для ледоколов, судов обеспечения и снабжения морских платформ, любых грузовых и пассажирских судов, имеющих корпус, содержащий в кормовой части винтовую движительную установку с открытыми винтами или в насадках, с винтами в туннельных водоводах, между которыми имеются донные отсеки, например, Патент ПМ №185954. На таких судах в кормовой части (над ахтерпиком) или в донных отсеках между туннелей устанавливаются горизонтально предлагаемые водометные рулевые устройства, создающие напор потока воды, который выходит через сопла под углом к диаметральной плоскости судна в кормовой оконечности, в результате чего создается упор для поворота кормовой части.The utility model of a jet steering device (ASU) relates to the shipbuilding industry, namely, to the steering equipment of vessels to improve the maneuverability of vessels when moving and maneuvering both in an open water area and in a limited area and in ice. The proposed ASU is applicable for icebreakers, ships providing and supplying offshore platforms, any cargo and passenger ships with a hull containing a propulsion propeller plant in the stern with open screws or in nozzles, with screws in tunnel conduits between which there are bottom compartments, for example Patent PM No. 189595. On such vessels, in the aft part (above the after-peak) or in the bottom compartments between the tunnels, horizontally proposed jet gears are installed to create a head of water flow that goes through the nozzles at an angle to the vessel’s diametral plane at the aft end, resulting in an emphasis for turning the aft parts.

В судостроении широко используется рулевое устройство в кормовой части корпуса, имеющее поворотное перо руля в потоке воды позади движителей. Такая конструкция становится неэффективной на ограниченных акваториях на малых скоростях движения судна, при небольших оборотах винтов и недостаточной скорости обтекающего перо руля потока, имеет большую инерционность (около 30 сек) при перекладке руля с борта на борт. Перо руля имеет большие размеры, с высотой соизмеримой с осадкой судна, сложный привод поворота руля и конструктивно перо крепится к оконечности корпуса снаружи, что делает его подверженным в высокой степени повреждениям при плавании во льдах и, особенно, при движении задним ходом. Кроме этого, для плавания во льдах требуется особая прочность не только пера руля и его крепления, но всей конструкции, а также повышенная мощность привода, дублирование механизмов привода руля.In shipbuilding, a steering device is widely used in the aft part of the hull, which has a steering rudder in the stream of water behind the propulsion units. Such a design becomes ineffective in limited water areas at low speeds of the vessel, at low screw speeds and insufficient speed of the steering stream flowing around the feather, has a large inertia (about 30 seconds) when the steering wheel is shifted from side to side. The rudder feather is large, with a height commensurate with the draft of the vessel, a complex drive of the rudder and structurally attached to the tip of the hull on the outside, which makes it highly prone to damage while sailing in ice and, especially, when reversing. In addition, for swimming in ice, special strength is required not only of the steering wheel and its attachment, but of the whole structure, as well as increased drive power, duplication of the steering wheel drive mechanisms.

Применяемые в настоящее время на судах сложные по конструкции и дорогие в производстве и эксплуатации винторулевые колонки (ВРК) и Азиподы имеют меньший КПД, по сравнению с системами прямого привода на винты, что описано в сравнительных анализах эффективности применения разных движителей. Эти устройства имеют дополнительные мощные системы поворота наружного корпуса для маневрирования и требуют значительное время для перемены тяги с борта на борт при изменении курса или поворота наружного корпуса на 360 градусов для смены движения судна с переднего на задний ход. Существует большая вероятность повреждений наружных конструкций таких движителей на мелководье и при плавании во льдах, при этом возникает опасность загрязнения окружающей среды маслом (несколько тонн) из поврежденного редуктора ВРК или гондолы Азипода.The spin-steering columns (CRS) and Azipods, which are currently used on ships and are complex in design and expensive to manufacture and operate, have a lower efficiency compared to direct drive systems for screws, as described in comparative analyzes of the effectiveness of using various propulsive devices. These devices have additional powerful systems for turning the outer hull for maneuvering and require considerable time to change traction from side to side when changing course or turning the outer hull 360 degrees to change the movement of the vessel from forward to reverse. There is a high probability of damage to the external structures of such thrusters in shallow water and when swimming in ice, and there is a danger of environmental pollution by oil (several tons) from a damaged gear box or Azipod nacelle.

Технической задачей предлагаемой полезной модели является улучшение эксплуатационных и маневренных характеристик судов с повышением безопасности мореплавания в различных условиях работы судна, включая плавание в ледовых условиях Арктики и мелководных замерзающих акваторий.The technical objective of the proposed utility model is to improve the operational and maneuverability characteristics of ships with increased safety of navigation in various vessel operating conditions, including navigation in the ice conditions of the Arctic and shallow freezing waters.

Указанная техническая задача решается установкой предлагаемого водометного рулевого устройства с общим напорным водоводом и выходными соплами в кормовой части корпуса за плоскостью вращения винтов или в донном отсеке между кормовыми тоннельными водоводами движительной установки судна. Водометные движители рулевого устройства создают напор потока воды с выходом через сопла правого/левого борта в кормовой оконечности, чтобы получить упор под углом к диаметральной плоскости судна для соответствующего поворота корпуса.This technical problem is solved by installing the proposed jet steering device with a common pressure conduit and exit nozzles in the rear part of the hull behind the plane of rotation of the screws or in the bottom compartment between the rear tunnel conduits of the propulsion installation of the vessel. Water jet propulsion devices create a flow of water with an exit through the nozzles of the right / left side in the aft tip to get a stop at an angle to the center of the ship for a corresponding rotation of the hull.

Водометное рулевое устройство может быть реализовано различными вариантами.The jet steering device can be implemented in various ways.

Если судно имеет кормовой винт(ы) открытый или в насадке, то водометное рулевое устройство устанавливается выше окружности вращения лопастей за плоскостью вращения винтов в том месте, где обычно размещены механизмы привода пера руля. Заборные отверстия входного водовода находятся на кормовых обводах корпуса судна с двух сторон ниже действующей КВЛ, при установке за плоскостью вращения винта в кильватерной струе создается преднапор в заборном входном водоводе перед рабочим колесом водометного движителя. Выходные сопла рулевого устройства находятся выше окружности вращения лопастей и выходящие потоки воды не ухудшают пропульсивные качества судового движителя, не уменьшает упор винта. Изменение направления напорного потока в соответствующее сопло водометного рулевого устройства приводит к необходимому повороту корпуса судна.If the vessel has the stern screw (s) open or in the nozzle, the jet steering device is installed above the blade rotation circle beyond the screw rotation plane in the place where the rudder drive mechanisms are usually located. Intake duct intake openings are located on the ship hull aft bypasses on two sides below the existing KVL. When installed behind the screw rotation plane in the wake, a pre-head is created in the intake duct in front of the water jet propulsion wheel. The output nozzles of the steering device are located above the circumference of rotation of the blades and the outflow of water does not impair the propulsive qualities of the ship propulsion and does not reduce the stop of the propeller. Changing the direction of the pressure flow into the corresponding jet steering nozzle leads to the necessary rotation of the hull.

Для улучшения маневренности судна, повышения мощности и надежности рулевого устройства, для возможности применения разных вариантов его эксплуатации устанавливаются 2 водометных движителя рулевого устройства. В обычных условиях эксплуатации на открытой акватории можно поочередно использовать по одному водометному движителю с изменением направления выхода потока поворотом управляющей заслонки направо или налево. При необходимости улучшения маневренности судна на ограниченной акватории или во льдах работают оба водометных движителя для создания повышенного напора через общий водовод на соответствующее сопло.To improve the maneuverability of the vessel, increase the power and reliability of the steering device, for the possibility of using different variants of its operation, 2 jet propulsion devices of the steering device are installed. Under normal operating conditions in open water areas, it is possible to alternately use one jet propulsion unit with a change in the direction of flow exit by turning the control flap to the right or left. If it is necessary to improve the maneuverability of the vessel, in the limited water area or in the ice both jet propulsion units are used to create an increased head through the common water line to the corresponding nozzle.

Если судно имеет двух винтовой вариант движителей в кормовых туннелях с центральным днищевым отсеком над килем между тоннелями, то в нем устанавливаются 1 или 2 водометных движителя рулевого устройства для использования в разных режимах работы. В этом случае заборные отверстия входных водоводов находятся на вертикальных стенках тоннелей водоводов, а выходные сопла находятся за плоскостью вращения винтов в центральном кормовом выступе и выходящий поток не ухудшает пропульсивные качества движителей.If the vessel has two screw-type propellers in the aft tunnels with a central bottom compartment above the keel between the tunnels, then 1 or 2 jet propulsion elements of the steering device are installed for use in different operating modes. In this case, the intake openings of the inlet conduits are on the vertical walls of the tunnels of the conduits, and the outlet nozzles are located behind the plane of rotation of the screws in the central stern ledge and the outgoing flow does not impair the propulsive qualities of the propulsion units.

При трех и четырех винтовых движителях в туннельных водоводах на мелкосидящих ледоколах и буксирах при малой осадке около 4 м, работающих в районах Северной части Азовского и Каспийского морей, Финском заливе, по одному или по два водометных движителя рулевого устройства размещаются в каждом днищевом отсеке между туннелями с использованием в разных режимах работы в зависимости от условий эксплуатации: одиночное плавание или буксировка, на свободной воде или в ледовых условиях, а также для получения дополнительного упора от всех водометных движителей, например, для преодоления ледовых перемычек.With three and four screw propellers in tunnel conduits on small-set icebreakers and tugs with a small draft of about 4 m, operating in the northern part of the Azov and Caspian Seas, the Gulf of Finland, one or two water jet propulders of the steering device are placed in each bottom compartment between the tunnels using in different operating modes depending on the operating conditions: single swimming or towing, in free water or in ice conditions, as well as for obtaining an additional stop from all water cannons movers, for example, to overcome the ice jumpers.

На Фиг. 1 изображена конструкция судна с двумя винтовыми движителями в кормовых туннелях с водометным рулевым устройством: 1 - конусообразные туннели, 2 - бортовые балластные танки, 3 - средний отсек, 9 - выправляющее трехпластинчатое устройство с грушевидной насадкой 8, 7- винт фиксированного шага, 4 - вал привода вращения винта, 6 - кронштейны с муфтой крепления вала, 10 - дейдвуд, 5 - водометное рулевое устройство с двумя водометами, 11 - заборные отверстия входных водоводов, 12 - выходные сопла водометного рулевого устройства, 13 - общий напорный водовод, 14 - заслонка управления поворотом с осью поворота 15, центральный кормовой выступ 16, рабочее колесо водометного движителя 17.FIG. 1 shows the vessel design with two screw propellers in the stern tunnels with a jet steering device: 1 - conical tunnels, 2 - side ballast tanks, 3 - middle compartment, 9 - three-plate straightening device with pear-shaped nozzle 8, 7 - fixed-pitch propeller, 4 - screw rotation drive shaft, 6 - brackets with shaft fastening coupling, 10 - deadwood, 5 - two-wheel power steering device, 11 - inlet water supply intakes, 12 - water steering device outlet nozzles, 13 - common pressure water conduit, 14 - for Lonka control rotation with the pivot 15, the central stern projection 16, the impeller 17, the jet propulsion unit.

Водометное рулевое устройство работает следующим образом. Например, при работе одного водомета вода через входное отверстие 11 в вертикальной внутренней стенке туннеля подходит к рабочему колесу 17 водометного движителя и под напором подается в общий напорный водовод 13, имеющий заслонку 14 управления поворотом. Для изменения курса судна заслонка поворачивается на оси 15, перекрывает выходное сопло соответствующего борта: при перекрытии сопла 12 левого борта корма идет вправо, а нос идет влево и наоборот. Скорость поворота может регулироваться двумя способами: числом оборотов рабочего колеса - силой напора потока воды, или установкой угла заслонки - объемом проходящего потока воды. При работе двух водометов вода из входных отверстий проходит к рабочим колесам и в общем напорном водоводе создается повышенное давление двойного потока, который направляется заслонкой управления в соответствующее сопло.Jet steering device works as follows. For example, when a water jet is operated, water flows through the inlet 11 in the vertical inner wall of the tunnel to the impeller impeller 17 and is fed under pressure to a common discharge conduit 13 having a rotation control valve 14. To change the course of the vessel, the flap rotates on the axis 15, overlaps the output nozzle of the corresponding side: when the nozzle 12 of the left side is blocked, the feed goes to the right and the nose goes to the left and vice versa. The speed of rotation can be adjusted in two ways: by the number of revolutions of the impeller - by the force of the flow of water, or by setting the angle of the flap - by the volume of the flowing water flow. When two water jets operate, the water from the inlets goes to the impellers and in the general pressure conduit creates an increased double-flow pressure, which is guided by the control flap to the corresponding nozzle.

На Фиг. 3, 4, 5 изображена конструкция судна с двумя движителями прямого привода открытых винтов (или в насадках) с водометным рулевым устройством из двух водометов. В кормовой части корпуса за ахтерпиком 1 имеется отсек водометного рулевого устройства 2, заборные отверстия 3, рабочее колесо 4, общий напорный водовод 6 с заслонкой управления поворотом 5 на оси поворота заслонки 7, ледозащитный козырек 8. При всех эксплуатационных условиях эксплуатации КВЛ судна должна быть выше рабочего колеса водомета для создания подпора во входном водоводе. Работает такая конструкция водометного рулевого устройства аналогично выше описанному.FIG. 3, 4, 5 shows the design of the vessel with two direct propulsion engines of open propellers (or in nozzles) with a jet steering device of two water jets. In the stern of the hull behind the after-peak 1 there is a compartment of the jet steering device 2, intake openings 3, impeller 4, common pressure conduit 6 with a rotary control flap 5 on the axis of rotation of the flap 7, ice-protection visor 8. Under all operational conditions the ship’s water jet should be above the water jet impeller to create backwater in the inlet conduit. Such a design of the jet steering device works as described above.

Эксплуатация предлагаемого водометного рулевого устройства судна с движителями в туннельных водоводах на замерзающих мелководных акваториях осуществляется следующим образом. При движении передним ходом ледокола или грузового судна в ледовых условиях обломки льда проходят вдоль борта, затем за кормовыми обводами попадают в кильватерную струю винта(ов) и в поток воды, идущей из сопел водометного рулевого устройства под углом к кромке канала. В результате часть льдин силой напора потока из одного сопла или из двух одновременно задвигаются под лед по краям канала, не всплывая позади судна.The operation of the proposed jet propulsion device of the vessel with propellers in the tunnel conduits in the freezing shallow waters is as follows. When moving forward the icebreaker or cargo ship in ice conditions, ice fragments pass along the side, then behind the feed lines they fall into the wake stream of the propeller (s) and into the flow of water coming from the jet-drive nozzles at an angle to the channel edge. As a result, part of the ice floes with a force of flow from one nozzle or from two simultaneously move under the ice along the edges of the channel, not emerging behind the vessel.

При движении задним ходом ледозащитный козырек 8 по периметру кормового подзора с наклоном наползает на лед, изгибает его вниз до обламывания, кормовые обводы, кильватерная струя и потоки воды из сопел водометного рулевого устройства раздвигают льдины в стороны под лед, облегчая движение судна назад.When reversing, the ice visor 8 around the perimeter of the aft valance creeps onto the ice, bends it down to breaking off, the feed lines, the wake and water flows from the nozzles of the jet gear to push the ice into the sides under the ice, facilitating the vessel to move back.

Claims

A jet steering device for use on various watercraft, having a jet propulsion unit with inlet ducts and outlet nozzles, characterized in that after the impeller it has a common discharge conduit with two outlet horizontally arranged symmetrically at an angle to the vertical plane of the vessel through the nozzles through which flow water, creating the necessary emphasis for the rotation of the vessel, with the ability to control the speed of rotation of the vessel by changing the force of the emphasis of the flow of water exiting through the nozzles, turning the flaps and management installed at the junction of the output conduits.