RU220232U1 - Axleless screw propulsion - Google Patents

Axleless screw propulsion Download PDF

Info

Publication number
RU220232U1
RU220232U1 RU2023112645U RU2023112645U RU220232U1 RU 220232 U1 RU220232 U1 RU 220232U1 RU 2023112645 U RU2023112645 U RU 2023112645U RU 2023112645 U RU2023112645 U RU 2023112645U RU 220232 U1 RU220232 U1 RU 220232U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
solid
liners
profiled
stator
cast
Prior art date
Application number
RU2023112645U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Викторович Буднев
Антон Леонидович Оленин
Илья Павлович Федин
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "МЕЖДУНАРОДНЫЙ КОНСАЛТИНГ И БЕЗОПАСНОСТЬ" (ООО "МКБ")
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "МЕЖДУНАРОДНЫЙ КОНСАЛТИНГ И БЕЗОПАСНОСТЬ" (ООО "МКБ") filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "МЕЖДУНАРОДНЫЙ КОНСАЛТИНГ И БЕЗОПАСНОСТЬ" (ООО "МКБ")
Application granted granted Critical
Publication of RU220232U1 publication Critical patent/RU220232U1/en

Links

Abstract

Полезная модель относится к области подводной техники, в частности к движителям надводных и подводных транспортных средств. Создан безосевой винтовой движитель, содержащий вмонтированные в корпус-станину статор и подвижно размещенный цельнолитой кольцевой ротор, бесступичный гребной винт фиксированного шага, состоящий из профилированных гребных крыльчаток, выполненных по окружности внутренней стороны цельнолитого кольцевого ротора. Причем вдоль геометрической оси цельнолитого кольцевого ротора между внутренними концами крыльчаток имеется свободное пространство. Статор имеет трехфазную статорную обмотку, размещенную на магнитопроводе, установленном в корпусе-станине, и вкладыши, запрессованные в подшипниковые щиты, прикрепленные винтами к корпусу-станине. Цельнолитой кольцевой ротор, содержащий постоянные магниты, установлен внутри статора своими опорно-упорными концевыми цапфами во вкладыши, запрессованные в подшипниковые щиты, при этом соприкасающиеся поверхности опорно-упорных концевых цапф и вкладышей образуют две соответствующие пары радиально-упорных подшипников скольжения, обеспечивающих цельнолитому кольцевому ротору возможность вращения. Также цельнолитой кольцевой ротор выполнен с возможностью смазки окружающей водой соприкасающихся поверхностей опорно-упорных концевых цапф и вкладышей через профилированные гидродинамические канавки, выполненные на внутренних торцах вкладышей. Техническим результатом заявленной полезной модели является минимизация периодической смазки безосевого винтового движителя. The utility model relates to the field of underwater technology, in particular to the propulsion units of surface and underwater vehicles. An axleless screw propulsion unit has been created, containing a stator mounted in a housing-frame and a movably placed solid-cast annular rotor, a hubless fixed-pitch propeller, consisting of profiled propeller impellers made along the circumference of the inner side of the solid-cast annular rotor. Moreover, along the geometric axis of the solid-cast annular rotor there is free space between the inner ends of the impellers. The stator has a three-phase stator winding placed on a magnetic core installed in the housing-frame, and liners pressed into bearing shields attached with screws to the housing-frame. A solid-cast annular rotor containing permanent magnets is installed inside the stator with its support-thrust end journals in liners pressed into bearing shields, while the contacting surfaces of the support-thrust end journals and liners form two corresponding pairs of angular contact plain bearings, providing a solid-cast annular rotor possibility of rotation. Also, the solid-cast annular rotor is made with the ability to lubricate the contacting surfaces of the support-thrust end journals and liners with surrounding water through profiled hydrodynamic grooves made on the inner ends of the liners. The technical result of the claimed utility model is to minimize periodic lubrication of an axleless screw propeller.

Description

Область техники, к которой относится полезная модель.The technical field to which the utility model belongs.

Полезная модель относится к области подводной техники, в частности к движителям надводных и подводных транспортных средств.The utility model relates to the field of underwater technology, in particular to the propulsion units of surface and underwater vehicles.

Уровень техники.State of the art.

Для приведения в движение надводных и подводных носителей (судов или подводных аппаратов) применяются различные гребные движители [Движители: элементы гребного винта. Найдено в интернет 27.04.2023 по адресу: https://mirmarine.net/component/content/article/48-dvizhiteli?layout=blog&Itemid=&catid=29]. Используются гребные винты для обеспечения в точке установки на носитель требуемого вектора тяги (упора) с возможностью регулирования его величины и реверсирования направления. Большое распространение получили движители на основе агрегатов электродвигателя и гребного винта самых разных размеров, мощности, типа электродвигателя. Электродвигатель в таких движителях соединен с гребным винтом либо непосредственно, либо через понижающий редуктор. Общие для них свойства это удобство компоновки на носителе, простота подачи на них мощности и управления ими, простота замены при ремонте носителя (Ф.А. Гельвер, И.В. Белоусов, В.Ф. Самосейко, Гребные электрические установки судов большой мощности, Электротехника, информационные технологии, системы управления, 2019, N 30, с. 7-27).To propel surface and underwater carriers (ships or underwater vehicles), various propellers are used [Propulsors: elements of a propeller. Found on the Internet 04/27/2023 at: https://mirmarine.net/component/content/article/48-dvizhiteli?layout=blog&Itemid=&catid=29]. Propellers are used to provide the required thrust vector (thrust) at the point of installation on the carrier with the ability to regulate its magnitude and reverse direction. Propulsors based on electric motor and propeller units of various sizes, power, and type of electric motor have become widespread. The electric motor in such propulsors is connected to the propeller either directly or through a reduction gearbox. Their common properties are ease of arrangement on the carrier, ease of supplying power to them and controlling them, ease of replacement when repairing the carrier (F.A. Gelver, I.V. Belousov, V.F. Samoseiko, Electrical propulsion installations for high-power ships, Electrical engineering, information technology, control systems, 2019, N 30, pp. 7-27).

Традиционно движитель это соединенные друг с другом, возможно через редуктор, удобообтекаемые и соосно расположенные гребной винт и электродвигатель. Гребной винт представляет собой удобообтекаемый, вращающийся в подшипнике вал с установленными на нем по окружности гребными крыльчатками. Как правило, гребной винт располагается коаксиально внутри удобообтекаемой кольцевой гидродинамической насадки, обеспечивающей оптимальные условия движения воды через движитель.Traditionally, the propulsion unit is a propeller and an electric motor connected to each other, possibly through a gearbox. The propeller is a streamlined shaft rotating in a bearing with propeller impellers mounted on it around its circumference. As a rule, the propeller is located coaxially inside a streamlined annular hydrodynamic nozzle, which provides optimal conditions for the movement of water through the propulsion unit.

Все элементы гребного движителя выполняются в подводном исполнении. В связи с этим особого внимания требуют подшипники ротора. Это могут быть подшипники качения или скольжения. Для минимизации трения в них и длительного ресурса работы применяют различные смазочные материалы. Использование в подводных подшипниках различных смазок сопряжено с вымыванием их водой, образованием водомасляных эмульсий, коррозии поверхностей трения или качения, что приводит к увеличению момента трения, увеличению зазоров или даже заклиниванию. Особенно остро это проявляется в шарикоподшипниках, что резко уменьшает ресурс движителей на их основе (Классификация подшипников: виды и их названия. Опубликовано Февраль 04, 2019. Найдено в интернет 27.04.2023 по адресу: https://podshipnik.mobi/klientam/blog/klassifikatsiya-podshipnikov-vidy-i-ih-nazvaniya.html).All elements of the propeller are made underwater. In this regard, rotor bearings require special attention. These can be rolling or sliding bearings. To minimize friction in them and have a long service life, various lubricants are used. The use of various lubricants in underwater bearings is associated with their washing out with water, the formation of water-oil emulsions, corrosion of friction or rolling surfaces, which leads to an increase in the friction torque, an increase in clearances, or even jamming. This is especially acute in ball bearings, which sharply reduces the service life of propellers based on them (Classification of bearings: types and their names. Published February 04, 2019. Found on the Internet 04/27/2023 at: https://podshipnik.mobi/klientam/blog /klassifikatsiya-podshipnikov-vidy-i-ih-nazvaniya.html).

Серьезным эксплуатационным недостатком традиционных винтовых движителей является опасность наматывания на ось винта различных веревок, обрывков рыболовных сетей, водорослей и прочих предметов, достаточно часто встречающихся в реальных водоемах. Это может стать причиной остановки гребного винта, а значит потере хода или подвижности носителя, невозможности выполнения работы и даже опасности для жизни людей, если они находятся на борту носителя. Кроме того, применение редуктора приводит к повышенному акустическому шуму движителя.A serious operational disadvantage of traditional screw propellers is the danger of various ropes, pieces of fishing nets, seaweed and other objects that are quite often found in real bodies of water being wound around the screw axis. This can cause the propeller to stop, which means loss of speed or mobility of the carrier, inability to perform work, and even danger to the lives of people if they are on board the carrier. In addition, the use of a gearbox leads to increased acoustic noise of the propulsion unit.

Известен комбинированный двигательно-движительный комплекс (КДДК) судна, имеющий корпус в виде осесимметричной судовой кольцевой насадки, в котором размещен реверсивный электродвигатель погружного исполнения, состоящий из вмонтированного в корпус статора и подвижно размещенного в корпусе ротора реверсивного электродвигателя. Внутри кольцевой насадки установлено бесступичное рабочее колесо, состоящее из лопастей, закрепленных на внутренней стороне кругового кольца, подвешенного на опорно-упорных конструкциях. Круговое кольцо закреплено внутри ротора упомянутого электродвигателя, с которым круговое кольцо выполнено как единое целое. Вниз по потоку за рабочим колесом, соосно с ним, размещен лопастной гребной винт, который расположен на гребном валу, консольно выходящем из приводного двигателя, размещенного в корпусе судна, и проходящем наряду с дейдвудом сквозь просвет между внутренними концами лопастей рабочего колеса. Гребной винт установлен с минимальным зазором между концами его лопастей и внутренней поверхностью корпуса насадки, составляющим 0,01-0,015 радиуса лопасти. Гребной винт и рабочее колесо оборудованы приводами для обеспечения их противоположного вращения и автономными стопорами для остановки их вращения. Число лопастей гребного винта и рабочего колеса выбирается из условия выполнения требований получения наивысшего кпд (RU 2617310, 24.04.2017). Однако это не исключает возможность наматывания посторонних протяженных предметов на ось винта.A combined propulsion-propulsion complex (CPPC) of a vessel is known, having a body in the form of an axisymmetric ship ring nozzle, which houses a reversible submersible electric motor, consisting of a stator mounted in the body and a reversible electric motor movably placed in the rotor housing. Inside the annular nozzle there is a hubless impeller, consisting of blades mounted on the inner side of a circular ring suspended on support structures. The circular ring is fixed inside the rotor of the mentioned electric motor, with which the circular ring is made as a single unit. Downstream of the impeller, coaxially with it, there is a bladed propeller, which is located on the propeller shaft, cantilevered out from the drive motor located in the hull of the vessel, and passing along with the deadwood through the gap between the inner ends of the impeller blades. The propeller is installed with a minimum gap between the ends of its blades and the inner surface of the nozzle body, amounting to 0.01-0.015 of the blade radius. The propeller and impeller are equipped with drives to ensure their counter-rotation and autonomous stoppers to stop their rotation. The number of propeller blades and impeller is selected from the condition of meeting the requirements for obtaining the highest efficiency (RU 2617310, 04/24/2017). However, this does not exclude the possibility of foreign extended objects wrapping around the screw axis.

Наиболее близким техническим решением к заявленному устройство является гребная электрическая установка (ГЭУ) открытого типа, включающая гребной винт, встроенный в полый цилиндрический ротор, статор с обмотками и подшипниковые щиты, объединенные в единую конструкцию, применен асинхронный электродвигатель с полым трехслойным ротором, который выполнен в виде сборки из трех концентрических цилиндров различной толщины из различных материалов с наперед заданными электромагнитными свойствами, причем полый цилиндрический ротор включает активную рабочую часть с размещенным внутри нее гребным винтом. Лопасти гребного винта закреплены в верхней части в расточке ротора, а в центральной части - на шейке ротора с фиксацией шпонкой и вращаются вместе с валом в двух опорно-упорных подшипниках скольжения, выполненных из специальных материалов, предназначенных для работы в морской воде (RU 2306656, 20.09.2007). Однако наличие подшипников скольжения требуют различных смазок сопряженных с вымыванием их водой, образованием водомасляных эмульсий, коррозии поверхностей трения, что приводит к увеличению момента трения, увеличению зазоров или даже заклиниванию. Особенно остро это проявляется в шарикоподшипниках, что резко уменьшает ресурс движителей на их основе.The closest technical solution to the claimed device is an open-type electric propulsion unit (GEM), including a propeller built into a hollow cylindrical rotor, a stator with windings and bearing shields combined into a single structure; an asynchronous electric motor with a hollow three-layer rotor is used, which is made in in the form of an assembly of three concentric cylinders of various thicknesses from various materials with predetermined electromagnetic properties, and the hollow cylindrical rotor includes an active working part with a propeller located inside it. The propeller blades are fixed in the upper part in the rotor bore, and in the central part - on the rotor neck with a key and rotate together with the shaft in two thrust bearings made of special materials intended for operation in sea water (RU 2306656, 20.09.2007). However, the presence of sliding bearings requires various lubricants associated with their washing out with water, the formation of water-oil emulsions, corrosion of friction surfaces, which leads to an increase in the friction torque, an increase in gaps or even jamming. This is especially acute in ball bearings, which sharply reduces the service life of propulsors based on them.

Сущность изобретения.The essence of the invention.

Техническим результатом заявленной полезной модели является минимизация периодической смазки безосевого винтового движителя.The technical result of the claimed utility model is the minimization of periodic lubrication of an axleless screw propeller.

Технический результат достигается тем, что создан безосевой винтовой движитель, содержащий вмонтированный в корпус-станину статор, подвижно размещенный цельнолитой кольцевой ротор и бесступичный гребной винт фиксированного шага, состоящий из профилированных гребных крыльчаток, выполненных по окружности внутренней стороны цельнолитого кольцевого ротора, причем вдоль геометрической оси цельнолитого кольцевого ротора между внутренними концами крыльчаток имеется свободное пространство, статор имеет трехфазную статорную обмотку, размещенную на магнитопроводе, установленном в корпусе-станине, и вкладыши, запрессованные в подшипниковые щиты, прикрепленные винтами к корпусу-станине, цельнолитой кольцевой ротор, содержащий постоянные магниты, установлен внутри статора своими опорно-упорными концевыми цапфами во вкладыши, запрессованные в подшипниковые щиты, при этом соприкасающиеся поверхности опорно-упорных концевых цапф и вкладышей образуют две соответствующие пары радиально-упорных подшипников скольжения, обеспечивающих цельнолитому кольцевому ротору возможность вращения, а также цельнолитой кольцевой ротор выполнен с возможностью смазки окружающей водой соприкасающихся поверхностей опорно-упорных концевых цапф и вкладышей через профилированные гидродинамические канавки, выполненные на внутренних торцах вкладышей.The technical result is achieved by creating an axleless screw propulsion device containing a stator mounted in the body-frame, a movably placed solid-cast annular rotor and a hubless fixed-pitch propeller, consisting of profiled propeller impellers made along the circumference of the inner side of the solid-cast annular rotor, and along the geometric axis a solid-cast annular rotor has free space between the inner ends of the impellers, the stator has a three-phase stator winding placed on a magnetic core installed in the housing-frame, and liners pressed into bearing shields attached with screws to the housing-frame, a solid-cast annular rotor containing permanent magnets, installed inside the stator with its support-thrust end journals in liners pressed into bearing shields, while the contacting surfaces of the support-thrust end journals and liners form two corresponding pairs of angular contact sliding bearings, providing the solid-cast ring rotor with the possibility of rotation, as well as the solid-cast ring rotor made with the ability to lubricate the contacting surfaces of the support-thrust end journals and liners with ambient water through profiled hydrodynamic grooves made on the inner ends of the liners.

В предпочтительном варианте геометрия профилированных гидродинамических канавок выполнена с возможностью подсоса окружающей воды в трущуюся торцевую пару вкладышей при вращении подшипника скольжения.In a preferred embodiment, the geometry of the profiled hydrodynamic grooves is designed to allow ambient water to be sucked into the rubbing end pair of liners when the sliding bearing rotates.

В предпочтительном варианте статор размешен в удобообтекаемой кольцевой гидродинамической насадке, внутри которой на подшипниках скольжения вращается цельнолитой кольцевой ротор, образованный кольцевой профилированной обоймой с профилированными крыльчатками и находящейся внутри нее по окружности магнитной системой на постоянных магнитах.In the preferred embodiment, the stator is placed in a conveniently streamlined annular hydrodynamic nozzle, inside of which a solid-cast annular rotor rotates on sliding bearings, formed by an annular profiled cage with profiled impellers and a magnetic system on permanent magnets located inside it along the circumference.

Краткое описание чертежейBrief description of drawings

Сущность полезной модели поясняется чертежами.The essence of the utility model is illustrated by drawings.

На фиг. 1 представлен общий вид безосевого винтового движителя с блоком управления.In fig. Figure 1 shows a general view of an axleless screw propulsion unit with a control unit.

На фиг. 2, 3 представлены разрезы безосевого винтового движителя.In fig. 2, 3 show sections of an axleless screw propeller.

На фиг. 4 представлен общий вид цельнолитого кольцевого ротора.In fig. Figure 4 shows a general view of a solid-cast annular rotor.

На фиг. 5 представлен разрез цельнолитого кольцевого ротора.In fig. Figure 5 shows a cross-section of a solid-cast annular rotor.

На фиг. 6 представлен общий вид магнитопровода.In fig. Figure 6 shows a general view of the magnetic circuit.

На фиг. 7 представлен общий вид безосевого винтового движителя с условно не показанным цельнолитым кольцевым ротором.In fig. Figure 7 shows a general view of an axleless screw propeller with a conventionally not shown solid-cast ring rotor.

На фиг. 8 показано сечение профилированной гидродинамической канавки на вкладышах.In fig. Figure 8 shows a cross-section of a profiled hydrodynamic groove on the liners.

На фиг. 9 показано положение ротора при создании силы тяги (упора).In fig. Figure 9 shows the position of the rotor when creating traction (thrust) force.

Безосевой движитель представляет собой агрегат погружного электродвигателя и бесступичного гребного винта фиксированного шага (см. фиг. 1-9). При этом безосевой движитель содержит статор 1, корпус-станину 2, магнитопровод 3, трехфазную статорную обмотку 4, вкладыши 5, подшипниковые щиты 6, цельнолитой кольцевой ротор 7, профилированные крыльчатки 8, постоянные магниты 9, опорно-упорные концевые цапфы 10, профилированные гидродинамические канавки 13, винты 14. В корпус-станину 2 вмонтирован статор 1, подвижно размещен цельнолитой кольцевой ротор 7 и бесступичный гребной винт фиксированного шага, состоящий из профилированных гребных крыльчаток 8. Статор 1 имеет трехфазную ста торную обмотку 4, размещенную на магнитопроводе 3, установленном в корпусе-станине 2, и вкладыши 5, запрессованные в подшипниковые: щиты 6, прикрепленные винтами 14 к корпусу-станине 2.The axleless propulsion unit is a unit of a submersible electric motor and a hubless fixed-pitch propeller (see Fig. 1-9). In this case, the axleless propulsion device contains a stator 1, a frame housing 2, a magnetic circuit 3, a three-phase stator winding 4, liners 5, bearing shields 6, a solid-cast ring rotor 7, profiled impellers 8, permanent magnets 9, support-thrust end journals 10, profiled hydrodynamic grooves 13, screws 14. A stator 1 is mounted in the body-frame 2, a solid-cast ring rotor 7 and a hubless fixed-pitch propeller, consisting of profiled propeller impellers 8, are movably placed. Stator 1 has a three-phase stator winding 4 placed on a magnetic core 3 installed in the body-frame 2, and liners 5, pressed into bearing shields 6, attached with screws 14 to the body-frame 2.

Цельнолитой кольцевой ротор 7, содержащий постоянные магниты 9 и опорно-упорные концевые цапфы 10, установлен внутри статора 1 своими опорно-упорными концевыми цапфами 10 во вкладыши 5, запрессованные в подшипниковые щиты 6. При этом соприкасающиеся поверхности опорно-упорных концевых цапф 10 и вкладышей 5 образуют две соответствующие пары радиально-упорных подшипников скольжения, обеспечивающих цельнолитому кольцевому ротору 7 возможность вращения за счет радиальных и осевого зазоров. Причем статор 1 находится в удобообтекаемой кольцевой гидродинамической насадке, внутри которой на подшипниках скольжения вращается цельнолитой кольцевой ротор 7, образованный кольцевой профилированной обоймой с профилированными крыльчатками 8 и находящейся внутри нее по окружности магнитной системой на постоянных магнитах 9. Также цельнолитой кольцевой ротор 7 выполнен с возможностью смазки окружающей водой соприкасающихся поверхностей опорно-упорных концевых цапф 10 и вкладышей 5 через профилированные гидродинамические канавки 13, выполненные на внутренних торцах вкладышей 5. Геометрия профилированных гидродинамических канавок 13 обеспечивает при вращении подшипника скольжения гидродинамический подсос окружающей воды в трущуюся торцевую пару. Радиально-упорный подшипник скольжения состоит из двух коаксиальных цилиндрических колец с двумя сопряженными парами поверхностей: пара концентрических поверхностей с зазором обеспечивает свободное вращение одного кольца внутри другого с передачей радиальных нагрузок, пара торцевых поверхностей обеспечивает осевой упор одного кольца в другое для передачи требуемого осевого усилия между кольцами. Окружающая вода свободно попадает в соответствующие радиальные и осевые зазоры подшипников, обеспечивая их смазку. Это обеспечивает поддержание во время работы движителя требуемой водяной пленки в трущейся паре концентрических поверхностей подшипника скольжения (на фигурах не показан) и ее принудительное водяное охлаждение.A solid-cast annular rotor 7, containing permanent magnets 9 and support-thrust end journals 10, is installed inside the stator 1 with its support-thrust end journals 10 in liners 5, pressed into bearing shields 6. At the same time, the contacting surfaces of the support-thrust end journals 10 and liners 5 form two corresponding pairs of angular contact sliding bearings, providing the solid-cast annular rotor 7 with the ability to rotate due to radial and axial clearances. Moreover, the stator 1 is located in a conveniently streamlined annular hydrodynamic nozzle, inside of which a solid-cast annular rotor 7 rotates on sliding bearings, formed by an annular profiled cage with profiled impellers 8 and a magnetic system on permanent magnets 9 located inside it along the circumference. Also, the solid-cast annular rotor 7 is designed with the possibility lubrication of the contacting surfaces of the support-thrust end journals 10 and liners 5 with ambient water through profiled hydrodynamic grooves 13 made on the inner ends of the liners 5. The geometry of the profiled hydrodynamic grooves 13 ensures, when the sliding bearing rotates, hydrodynamic suction of surrounding water into the rubbing end pair. An angular contact sliding bearing consists of two coaxial cylindrical rings with two mating pairs of surfaces: a pair of concentric surfaces with a gap ensures free rotation of one ring inside the other with the transmission of radial loads, a pair of end surfaces provides axial support of one ring to the other to transfer the required axial force between rings. Ambient water freely enters the corresponding radial and axial clearances of the bearings, ensuring their lubrication. This ensures the maintenance of the required water film in the rubbing pair of concentric surfaces of the sliding bearing (not shown in the figures) during operation of the propulsion device and its forced water cooling.

Бесступичный гребной винт фиксированного шага, состоящий из профилированных гребных крыльчаток 8, выполнен по окружности внутренней стороны цельнолитого кольцевого ротора 7, причем вдоль геометрической оси цельнолитого кольцевого ротора 7 между внутренними концами профилированных гребных крыльчаток 8 имеется свободное пространство.A hubless fixed-pitch propeller, consisting of profiled propeller impellers 8, is made along the circumference of the inner side of the solid-cast annular rotor 7, and there is free space along the geometric axis of the solid-cast annular rotor 7 between the inner ends of the profiled propeller impellers 8.

Статор 1, цельнолитой кольцевой ротор 7, опорно-упорные концевые цапфы 10, вкладыши 5, винты 14 выполнены в подводном исполнении.Stator 1, solid-cast annular rotor 7, support-thrust end journals 10, liners 5, screws 14 are made in underwater design.

Подробное описание осуществления полезной модели.Detailed description of the implementation of the utility model.

Безосевой винтовой движитель функционирует следующим образом (см. фиг. 3, 4, 7, 9). Безосевой винтовой движитель устанавливают на носитель и помещают вместе с ним в воду. Цельнолитой кольцевой ротор 7, размещенный внутри статора 1, вращается за счет осевых зазоров во вкладышах 5, осевое перемещение ограничено величиной осевого зазора в конструкции. Первый, второй и третий входы трехфазной статорной обмотки 4 соединены проводами 12 соответственно с первым, вторым и третьим выходами блока управления 11. При подаче управляющего сигнала на вращение цельнолитого кольцевого ротора 7 в заданном направлении блок управления 11 подает на трехфазную статорную обмотку 4 трехфазный ток, формирующий вращающееся электрическое поле, с которым взаимодействуют постоянные магниты 9 в цельнолитом кольцевом роторе 7, что и вызывает его вращение, а значит и вращение профилированных крыльчаток 8, что дает силу тяги (упор) винтового движителя. Величина и направление силы тяги (упора) Р определяется направлением и скоростью вращения цельнолитого кольцевого ротора 7, что определяется заданными блоком управления 11 направлением, частотой и силой трехфазного тока. Цельнолитой кольцевой ротор 7 с профилированными крыльчатками 8 вращается, при этом сила тяги (упор) с него передается через одну из опорно-упорных концевых цапф 10 на статор 1 и в итоге на корпус-станину 2, с которой передается на носитель. Окружающая вода попадает в радиальные и осевые зазоры и профилированные гидродинамические канавки 13 на вкладышах 5, обеспечивая эффективную водяную смазку и охлаждение соприкасающихся трущихся поверхностей радиально-упорного подшипника скольжения.The axleless screw propulsion system functions as follows (see Fig. 3, 4, 7, 9). An axleless screw propeller is installed on the carrier and placed together with it in water. The solid-cast annular rotor 7, located inside the stator 1, rotates due to the axial clearances in the liners 5, the axial movement is limited by the size of the axial clearance in the structure. The first, second and third inputs of the three-phase stator winding 4 are connected by wires 12, respectively, to the first, second and third outputs of the control unit 11. When a control signal is applied to rotate the solid-cast ring rotor 7 in a given direction, the control unit 11 supplies the three-phase stator winding 4 with a three-phase current, forming a rotating electric field with which permanent magnets 9 interact in the solid-cast annular rotor 7, which causes its rotation, and hence the rotation of the profiled impellers 8, which gives the traction force (thrust) of the screw propeller. The magnitude and direction of the thrust force (thrust) P is determined by the direction and speed of rotation of the solid-cast ring rotor 7, which is determined by the direction, frequency and strength of the three-phase current specified by the control unit 11. The solid-cast annular rotor 7 with profiled impellers 8 rotates, while the traction force (thrust) from it is transmitted through one of the support-thrust end journals 10 to the stator 1 and ultimately to the body-frame 2, from which it is transmitted to the carrier. The surrounding water enters the radial and axial gaps and profiled hydrodynamic grooves 13 on the liners 5, providing effective water lubrication and cooling of the contacting rubbing surfaces of the angular contact sliding bearing.

При трении на нагруженной силой тяги Р опорно-упорной концевой цапфе 10 цельнолитого кольцевого ротора 7 (см. фиг. 9) происходит интенсивное выдавливание смазывающей воды, но она постоянно подсасывается в него нагруженной вращающейся опорно-упорной концевой цапфой 10 через профилированные гидродинамические канавки 13 при текущем направлении вращения цельнолитого кольцевого ротора 7. Противоположная опорно-упорная концевая цапфа 10 цельнолитого кольцевого ротора 7 при этом вращается, не соприкасаясь, с торцевой поверхностью соответствующего вкладыша 5.During friction on the support-thrust end journal 10 of the solid-cast annular rotor 7 (see Fig. 9), loaded by traction force P, intense squeezing out of lubricating water occurs, but it is constantly sucked into it by the loaded rotating support-thrust end journal 10 through profiled hydrodynamic grooves 13 at the current direction of rotation of the solid-cast annular rotor 7. The opposite support-thrust end journal 10 of the solid-cast annular rotor 7 rotates without contacting the end surface of the corresponding liner 5.

При смене направления вращения цельнолитого кольцевого ротора 7 меняется направление силы тяги (упора). Соответственно, нагруженной становится опорно-упорная концевая цапфа 10, противоположная ранее нагруженной. На ней происходит интенсивное выдавливание смазывающей воды, но она постоянно подсасывается в него нагруженной вращающейся опорно-упорной концевой цапфой 10 через профилированные гидродинамические канавки 13 при текущем направлении вращения цельнолитого кольцевого ротора 7.When changing the direction of rotation of the solid-cast annular rotor 7, the direction of the thrust force (thrust) changes. Accordingly, the support-thrust end pin 10, opposite to the previously loaded one, becomes loaded. There is intense squeezing out of lubricating water on it, but it is constantly sucked into it by the loaded rotating support-thrust end pin 10 through profiled hydrodynamic grooves 13 at the current direction of rotation of the solid-cast annular rotor 7.

Кроме того, прокачиваемая через безосевой винтовой движитель вода эффективно охлаждает магнитопровод 3 с трехфазной статорной обмоткой 4 и постоянные магниты 9 в цельнолитом кольцевом роторе 7.In addition, the water pumped through the axleless screw propulsion effectively cools the magnetic circuit 3 with the three-phase stator winding 4 and the permanent magnets 9 in the solid-cast ring rotor 7.

Также в безосевом движителе ось вращения гребного винта является чисто геометрической, без физически осевого вращающегося вала как такового, поскольку профилированные крыльчатки 8 внешними концами закреплены внутри кольцевой профилированной обоймы, вращающейся в подшипнике скольжения, а между внутренними концами профилированных крыльчаток 8 около геометрической оси вращения кольцевой обоймы имеется свободное пространство. Таким образом, получается бесступичный гребной винт фиксированного шага во вращающейся кольцевой профилированной обойме. Это позволяет исключить наматывание посторонних протяженных предметов на ось винта ввиду отсутствия физической оси как таковой.Also, in an axleless propulsion unit, the axis of rotation of the propeller is purely geometric, without a physically axial rotating shaft as such, since the profiled impellers 8 with their outer ends are fixed inside the annular profiled race, rotating in a plain bearing, and between the inner ends of the profiled impellers 8 near the geometric axis of rotation of the annular race there is free space. Thus, a hubless propeller of a fixed pitch is obtained in a rotating annular profiled cage. This makes it possible to eliminate the winding of foreign extended objects around the screw axis due to the absence of a physical axis as such.

Вращение кольцевой профилированной обоймы безосевого винтового движителя осуществляется без редуктора низкооборотным бесконтактным электродвигателем постоянного тока, основными элементами которого являются статор 1 с трехфазной статорной обмоткой 4 и цельнолитой кольцевой ротор 7 на постоянных магнитах 9.The rotation of the annular profiled cage of the axleless screw propeller is carried out without a gearbox by a low-speed contactless DC electric motor, the main elements of which are stator 1 with a three-phase stator winding 4 and a solid-cast ring rotor 7 on permanent magnets 9.

Таким образом, созданный безосевой винтовой движитель является эффективным устройством для создания требуемой силы тяги (упора) для надводных или подводных носителей с повышенной устойчивостью к наматыванию посторонних предметов на винт и подшипниками скольжения водяной смазки увеличенного ресурса работы. Движитель прост в эксплуатации и надежен.Thus, the created axleless screw propeller is an effective device for creating the required traction force (thrust) for surface or underwater carriers with increased resistance to the winding of foreign objects on the propeller and water-lubricated sliding bearings with an increased service life. The mover is easy to operate and reliable.

Claims (3)

1. Безосевой винтовой движитель, содержащий вмонтированный в корпус-станину статор, подвижно размещенный цельнолитой кольцевой ротор и бесступичный гребной винт фиксированного шага, состоящий из профилированных гребных крыльчаток, выполненных по окружности внутренней стороны цельнолитого кольцевого ротора, причем вдоль геометрической оси цельнолитого кольцевого ротора между внутренними концами крыльчаток имеется свободное пространство, статор имеет трехфазную статорную обмотку, размещенную на магнитопроводе, установленном в корпусе-станине, и вкладыши, запрессованные в подшипниковые щиты, прикрепленные винтами к корпусу-станине, цельнолитой кольцевой ротор, содержащий постоянные магниты, установлен внутри статора своими опорно-упорными концевыми цапфами во вкладыши, запрессованные в подшипниковые щиты, при этом соприкасающиеся поверхности опорно-упорных концевых цапф и вкладышей образуют две соответствующие пары радиально-упорных подшипников скольжения, обеспечивающих цельнолитому кольцевому ротору возможность вращения, а также цельнолитой кольцевой ротор выполнен с возможностью смазки окружающей водой соприкасающихся поверхностей опорно-упорных концевых цапф и вкладышей через профилированные гидродинамические канавки, выполненные на внутренних торцах вкладышей.1. An axleless screw propulsion device containing a stator mounted in the housing-frame, a movably placed solid-cast ring rotor and a hubless fixed-pitch propeller, consisting of profiled propeller impellers made around the circumference of the inner side of the solid-cast ring rotor, and along the geometric axis of the solid-cast ring rotor between the inner there is free space at the ends of the impellers, the stator has a three-phase stator winding placed on a magnetic core installed in the housing-frame, and liners are pressed into bearing shields attached with screws to the housing-frame; a solid-cast ring rotor containing permanent magnets is installed inside the stator with its supporting -thrust end journals into liners pressed into bearing shields, while the contacting surfaces of the support-thrust end journals and liners form two corresponding pairs of angular contact sliding bearings, providing the solid-cast ring rotor with the ability to rotate, and also the solid-cast ring rotor is made with the possibility of lubrication of the surrounding water of the contacting surfaces of the support-thrust end journals and liners through profiled hydrodynamic grooves made on the inner ends of the liners. 2. Безосевой винтовой движитель по п.1, отличающийся тем, что геометрия профилированных гидродинамических канавок выполнена с возможностью подсоса окружающей воды в трущуюся торцевую пару вкладышей при вращении подшипника скольжения.2. An axleless screw propeller according to claim 1, characterized in that the geometry of the profiled hydrodynamic grooves is designed to allow ambient water to be sucked into the rubbing end pair of liners when the sliding bearing rotates. 3. Безосевой винтовой движитель по п.1, отличающийся тем, что статор размещен в удобообтекаемой кольцевой гидродинамической насадке, внутри которой на подшипниках скольжения вращается цельнолитой кольцевой ротор, образованный кольцевой профилированной обоймой с профилированными крыльчатками и находящейся внутри нее по окружности магнитной системой на постоянных магнитах.3. An axleless screw propulsion device according to claim 1, characterized in that the stator is placed in a streamlined annular hydrodynamic nozzle, inside of which a solid-cast annular rotor rotates on sliding bearings, formed by an annular profiled cage with profiled impellers and a magnetic system on permanent magnets located inside it along the circumference .
RU2023112645U 2023-05-17 Axleless screw propulsion RU220232U1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU220232U1 true RU220232U1 (en) 2023-09-04

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU222322U1 (en) * 2023-10-23 2023-12-20 Общество с ограниченной ответственностью "Судоимпэкс" SUBMERSIBLE HIGH-SPEED MULTIPHASE RING ELECTRIC MOTOR

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5306183A (en) * 1993-02-25 1994-04-26 Harbor Branch Oceanographic Institute Inc. Propulsion systems for submarine vessels
RU2204502C2 (en) * 2001-07-18 2003-05-20 Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова Water-jet propulsor-and-engine complex
RU2306656C1 (en) * 2006-02-03 2007-09-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательское проектно-технологическое бюро "Онега" Combined electric propulsion plant of open type
RU2524798C1 (en) * 2013-01-17 2014-08-10 Российская Федерация,от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Thrust generation in circular propulsor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5306183A (en) * 1993-02-25 1994-04-26 Harbor Branch Oceanographic Institute Inc. Propulsion systems for submarine vessels
RU2204502C2 (en) * 2001-07-18 2003-05-20 Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова Water-jet propulsor-and-engine complex
RU2306656C1 (en) * 2006-02-03 2007-09-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательское проектно-технологическое бюро "Онега" Combined electric propulsion plant of open type
RU2524798C1 (en) * 2013-01-17 2014-08-10 Российская Федерация,от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Thrust generation in circular propulsor

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU222322U1 (en) * 2023-10-23 2023-12-20 Общество с ограниченной ответственностью "Судоимпэкс" SUBMERSIBLE HIGH-SPEED MULTIPHASE RING ELECTRIC MOTOR

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yan et al. A review of progress and applications of ship shaft-less rim-driven thrusters
US5185545A (en) Dual propeller shock resistant submersible propulsor unit
US2714866A (en) Device for propelling a ship
CN212172503U (en) Circumferential multi-motor driven annular electric propeller supported by water lubricating bearing
US9869320B2 (en) Propulsion unit
US2509442A (en) Inverse rotor
CN102803063B (en) Thrust generating device
CN112478118A (en) Pod type shaftless rim drive integrated motor propeller
CN113815832B (en) Rim-driven semi-submerged propeller
CN105129060A (en) Integrated water lubrication bearing for thruster with hub flange
CN111439362A (en) Annular electric propeller supported by magnetic-liquid composite suspension bearing
KR20010034298A (en) Machine, in particular electrical machine, in particular energy converter for flowing fluids and gases
CN114524074A (en) Rim-driven propeller of magnetic suspension permanent magnet motor
RU220232U1 (en) Axleless screw propulsion
CN212709918U (en) Circumferential multi-motor driven annular electric propeller supported by shafting
CN111661294A (en) Axial magnetic flux motor driven counter-rotating propeller type electric propeller
CN114633866B (en) Ship propulsion system with two supporting shafting and ship
KR100308180B1 (en) Underwater Propulsion
CN111439361A (en) Annular electric propeller driven by multiple circumferential motors
KR100818885B1 (en) Shaft-less Propeller Device
JP2022157536A (en) Fluid machinery and underwater sailing body
RU2670341C1 (en) Engine-propulsion module of ring structure
CN212172504U (en) Annular electric propeller driven by multiple circumferential motors
CN212354371U (en) Annular electric propeller supported by magnetic-liquid composite suspension bearing
CN212530034U (en) Magnetic-liquid composite suspension bearing supported contra-rotating propeller type electric propeller