RU223735U1 - Пропульсивная установка многокорпусного судна - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области судостроения, в частности к конструкциям пропульсивных судовых установок многокорпусных судов, в том числе с малой площадью ватерлинии, и может быть использована при проектировании и строительстве многокорпусных судов с улучшенными пропульсивными характеристиками, обеспечивающими энергосбережение. Технический результат полезной модели достигается за счет применения соосных гребных винтов противоположного вращения, где гребные электродвигатели выполнены биротативными, при этом вал переднего гребного винта соединен со статором электродвигателя, а вал заднего гребного винта с якорем электродвигателя. Существенным элементом предлагаемой пропульсивной установки многокорпусного судна является еще и то, что дополнительным источником электрической энергии являются дизель-генератор, топливные элементы и солнечные батареи, а судовая электрическая передача мощности выполнена в составе единого монтажного блока с упорными подшипниками.

Description

Полезная модель относится к области судостроения, в частности к конструкциям пропульсивных судовых установок многокорпусных судов, в том числе с малой площадью ватерлинии, и может быть использована при проектировании и строительстве многокорпусных судов с улучшенными пропульсивными характеристиками, обеспечивающими энергосбережение.

Известны пропульсивные установки многокорпусных судов, содержащие лопастные движители, источники энергии для их работы и средства передачи энергии к движителям, например, пропульсивная установка судна (яхты) «Silver Cloud» (см. www.yachtsilvercloud.com).

Недостатком аналога является размещение источника энергии (двух дизельных установок) в надводной части корпуса судна, что уменьшает полезный объем корпуса и надстроек для размещения пассажиров и груза. Кроме того, пропульсивная установка оснащена механической передачей мощности большой протяженности от источника энергии к лопастным движителям, что снижает ее надежность.

Наиболее близким аналогом (прототипом) полезной модели является пропульсивная установка двухкорпусного судна «EcoVolt 2.0» (см. https://emperium.ru/ecovolt/). Указанная пропульсивная установка включает в качестве лопастного движителя гребные винты фиксированного шага, аккумуляторные батареи, как источник электрической энергии, гребные электродвигатели, систему управления электродвигателями.

Недостатком прототипа является пониженный пропульсивный коэффициент за счет гидродинамических потерь на закрутку потока за гребными винтами (см. Вишневский Л.И., Тогуняц А.Р. «Корабельные лопастные движители: Новые технические решения, результаты исследований». Судостроение. Санкт-Петербург, 2011, стр. 113-115).

Предлагаемое техническое решение направлено на улучшение эксплуатационных характеристик пропульсивной установки многокорпусного судна, а именно повышение пропульсивного коэффициента в широком диапазоне нагрузок лопастного движителя. Кроме того, предлагаемая конструкция пропульсивной установки обеспечит снижение подводного шума.

Это достигается тем, что в предлагаемой пропульсивной установке многокорпусного судна, содержащей лопастные движители, источник электрической энергии, гребные электродвигатели, систему управления электродвигателями, в отличие от прототипа, лопастные движители выполнены в виде соосных гребных винтов противоположного вращения (СГВ). По сути, пропульсивная установка многокорпусного судна дополнительно оснащается гребными винтами противоположного вращения по отношению к существующим гребным винтам, которые располагаются соосно с ними, образуя соосные пары. Задний гребной винт, утилизируя энергию закрученной струи переднего гребного винта, повышает КПД лопастного движителя на 10-12%, а следовательно, и пропульсивный коэффициент (см. Тогуняц А.Р., Анчиков С.Л., Вишневский Л.И. Соосные гребные винты в зарубежном и отечественном судостроении. Морской вестник. 2019, №4 (72). С. 44-49). СГВ при равных диаметрах с одиночными гребными винтами работают при меньшей оптимальной частоте вращения (на 25-30%, (см. Воеводская Е.Н., Турбал В.К. Перспективы повышения ходовых качеств быстроходных транспортных судов. Вопросы судостроения. - Серия: Проектирование судов. ЦНИИ «Румб», 1977. Вып. 15), что обеспечивает снижение шума на докавитационных режимах их работы.

Одним из вариантов выполнения полезной модели оптимальным с точки зрения компоновки пропульсивной установки в многокорпусном судне является конструкция, у которой судовая электрическая передача мощности на каждую пару СГВ выполнена в составе двух гребных электродвигателей, расположенных последовательно. Вал переднего гребного винта соединен с ротором ближайшего к нему электродвигателя, а вал заднего гребного винта с ротором другого электродвигателя, при этом вал переднего гребного винта выполнен полым с размещением в нем вала заднего гребного винта. Для конструкций многокорпусных судов линейное расположение гребных электродвигателей является рациональным, а для судов с малой площадью ватерлинии единственно возможным, так как их подводная часть корпусов, как правило, имеет форму гондолы, поперечный размер которой ограничен для минимизации сопротивления воды движению судна.

Более совершенным вариантом пропульсивной установки с передачей мощности на СГВ (по массогабаритным показателям) является конструкция, у которой электрическая передача мощности на каждую пару СГВ выполнена в виде биротативного электродвигателя (статор и ротор биротативного электродвигателя вращаются в противоположные стороны), при этом вал переднего гребного винта соединен со статором электродвигателя, а вал заднего гребного винта с ротором электродвигателя.

Для повышения экономичности пропульсивной установки предусмотрен вариант ее оснащения солнечными батареями. Этот вариант наиболее применим в южных регионах, где большое количество солнечных дней в период навигации.

Для повышения надежности пропульсивной установки предложен вариант ее конструкции с дизель-генератором, обеспечивающим дублирование источника питания электродвигателей.

Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 схематично изображен вид сбоку предлагаемой пропульсивной установки многокорпусного судна, на фиг. 2 - вид с кормы, на фиг. 3 - схематичный разрез судовой электрической передачи мощности, содержащей два последовательно установленных электродвигателя, на фиг. 4 - схематичный разрез судовой электрической передачи мощности, выполненной в виде биротативного электродвигателя.

Примером конкретного заявляемого технического решения является пропульсивная установка, содержащая СГВ (передний гребной - 1 и задний гребной винт - 2), валопровод 3 типа вал в валу с противоположным вращением последних, источник электрической энергии в виде аккумуляторных батарей 4, судовую электрическую передачу мощности 5, систему управления гребными электродвигателями 6 и размещенных в одном или более корпусах 7 многокорпусного судна (см. фиг. 1 и 2).

В варианте использования двух последовательно расположенных автономных гребных электродвигателей 8 и 9 в качестве судовой электрической передачи мощности 5 на валопровод 3, передний гребной винт 1 закреплен на полом внешнем гребном валу 10, являющимся общим с валом гребного электродвигателя 8. Задний гребной винт 2 закреплен на внутреннем валу 11, размещенным на опорных подшипниках (на чертеже не показаны) внутри осевой полости внешнего гребного вала 10, являющегося общим с валом гребного электродвигателя 8. Второй конец вала заднего гребного винта 2 соединен со своим автономным электродвигателем 9. Упоры от переднего гребного винта и от заднего гребного винта передаются через упорные подшипники 12 и 13, соответственно, на корпус судна 7. Опорные подшипники валов на чертеже не показаны.

При использовании биротативного электродвигателя 14 в качестве судовой электрической передачи мощности 5 на валопровод 3 (см. фиг. 4), передний гребной винт 1 закреплен на полом внешнем валу 15, прикрепленном к вращающемуся статору 16. Задний гребной винт 2 закреплен на внутреннем валу 17, проходящем внутри осевой полости внешнего гребного вала 15, противоположный конец которого (вала 17) соединен с ротором 18 биротативного двигателя 14. Упоры от переднего гребного винта и от заднего гребного винта передается через упорные подшипники 19 и 20, соответственно, на корпус судна 7. Опорные подшипники ротора 18 и статора 16 на чертеже не показаны.

Дополнительными источниками электрической энергии в различных вариантах предлагаемой пропульсивной установки являются солнечные батареи 21, топливные элементы (на чертеже не показаны) и дизель-генератор 22. Дизель-генератор 22 может использоваться также как резервный источник электрической энергии в случае разрядки аккумуляторных батарей 4 и в аварийных случаях для исключения режима "судно без хода".

Пропульсивная установка многокорпусного судна работает следующим образом.

Источник электрической энергии в виде аккумуляторных батарей 4 через систему управления гребными двигателями 6 приводит в действие судовую электрическую передачу мощности 5, например, выполненную в виде двух последовательно расположенных автономных гребных электродвигателей 8 и 9, размещенных в одном или более корпусах 7. Гребной электродвигатель 8 через внешний гребной вал 10 валопровода 3 приводит во вращение передний гребной винт 1, а гребной электродвигатель 9 через внутренний вал 11 приводит во вращение в противоположном направлении задний гребной винт 2. Гребные винты 1 и 2 через упорные подшипники 12 и 13 передают упор на корпуса 7 и судно приходит в движение. Система управления гребными двигателями 6 обеспечивает, посредством изменения частоты вращения гребных винтов, равенство моментов (M₁=M₂) на валах 10 и 12 во всем диапазоне гидродинамических нагрузок, что свидетельствует о практически устранении остаточной закрутки потока за задним гребным винтом и, следовательно, максимальной гидродинамической эффективности СГВ (см. Вишневский Л.И., Тогуняц А.Р. "Корабельные лопастные движители: новые технические решения, результаты исследований", - СПб: Судостроение 2011, стр. 111 и 148). Автономность электродвигателей 8 и 9 обеспечивает дублирование элементов пропульсивного комплекса и гарантирует отсутствие режима "судно без хода": в случае выхода из строя одного из электродвигателей исправный электродвигатель обеспечит движение судна путем вращения одного из винтов СГВ.

При использовании биротативного электродвигателя 14 в качестве судовой электрической передачи мощности 5 посредством вращающихся в противоположных направлениях ротора 18 и статора 16 через валы 17 и 15, соответственно, приводятся во вращение задний гребной винт 2 и передний гребной винт 1. Гребные винты 1 и 2 через упорные подшипники 19 и 20 передают упор на корпуса 7 и судно приходит в движение. Вследствие взаимодействия электромагнитных полей ротора 18 и статора 16 на валах гребных винтов 17 и 15 выполняется равенство моментов M₁=M₂ во всем диапазоне гидродинамических нагрузок, что обеспечивает максимальную гидродинамическую эффективность СГВ. В этом варианте пропульсивной установки указанный эффект (M₁=M₂) достигается без задействования системы управления гребными двигателями 6.

Дополнительные источниками электрической энергии (солнечные батареи 21, топливные элементы и дизель-генератор 22) используются в вариантах предлагаемой пропульсивной установки с целью энергосбережения или в аварийных случаях для исключения режима "судно без хода", т.е. для повышения безопасности мореплавания.

Claims (1)

1. Пропульсивная установка многокорпусного судна, состоящая из лопастных движителей, источника электрической энергии в виде аккумуляторных батарей, системы управления электродвигателями, пропульсивной установки, отличающаяся тем, что лопастные движители выполнены в виде соосных гребных винтов противоположного вращения, причем гребные винты выполнены биротативными, у которых вал переднего гребного винта выполнен полым с размещением в нем вала заднего гребного винта, а вал заднего гребного винта с ротором другого электродвигателя, при этом вал переднего гребного винта соединен со статором электродвигателя, а вал заднего гребного винта с якорем электродвигателя, имеющая дополнительный источник электрической энергии, которыми являются дизель-генератор, топливные элементы и солнечные батареи, а судовая электрическая передача мощности выполнена в составе единого монтажного блока с упорными подшипниками.