RU2304545C2

RU2304545C2 - Propulsion plant device

Info

Publication number: RU2304545C2
Application number: RU2005122954/11A
Authority: RU
Inventors: Томи ВЕЙКОНХЕЙМО (FI); Томи ВЕЙКОНХЕЙМО; Владимир Александрович БУШКОВСКИЙ (RU); Владимир Александрович Бушковский; Александр Владимирович Пустошный (RU); Александр Владимирович Пустошный; Сергей В чеславович КАПРАНЦЕВ (RU); Сергей Вячеславович Капранцев; Ирина Геннадиевна ФРОЛОВА (RU); Ирина Геннадиевна ФРОЛОВА
Original assignee: Абб Ой
Priority date: 2002-12-20
Filing date: 2003-12-19
Publication date: 2007-08-20
Also published as: WO2004056654A1; FI20022265A; CA2509401C; NO20053510L; KR20050084403A; KR101127484B1; NO334694B1; JP2006510532A; DK1578662T3; FI20022265A0; ATE488427T1; ES2356628T3; EP1578662A1; AU2003292278A1; AU2003292278B2; US20060172632A1; CA2509401A1; CN1729123A; JP4005601B2; RU2005122954A

Abstract

FIELD: marine propulsion plants with oppositely rotating propellers.

SUBSTANCE: proposed device includes rear propeller (22) and front propeller (6) which are located opposite each other; it is provided with at least two flow control plates (28) located at similar distance and mounted on cover (30) of hub of front propeller (6); they extend beyond cover (30) in radial direction.

EFFECT: reduction of probable cavitation on rear propeller blades.

12 cl, 3 dwg

Description

Данный документ касается одного устройства в системе гребных винтов противоположного вращения (СГВПВ).This document deals with one device in the system of propellers of the opposite rotation (SGVPV).

Обычно пропульсивная установка располагается в кормовой части морского судна. Гребные винты снабжены крышкой ступицы, которая обычно закрывает крепежный болт гребного винта. Циркуляция воды вокруг каждой лопасти переднего гребного винта создает завихрение около ступицы, затем отдельные завихрения соединяются в одно завихрение у ступицы. Известно, что указанная вихревая кавитация у ступицы очень вредна для пропульсивной установки или для руля поворота, расположенного за главным гребным винтом. Вихрь у ступицы обладает эрозийным действием, но также он может приводить к другим опасным формам кавитации на конструкциях, таких как пропульсивная установка или лопасть заднего гребного винта.Typically, the propulsion system is located in the stern of the marine vessel. The propellers are provided with a hub cap that normally closes the propeller mounting bolt. The circulation of water around each blade of the front propeller creates a turbulence around the hub, then the individual turbulences are combined into one turbulence at the hub. It is known that the specified vortex cavitation at the hub is very harmful to the propulsion system or to the steering wheel located behind the main propeller. The hub vortex has an erosive effect, but it can also lead to other dangerous forms of cavitation on structures, such as a propulsion system or rear propeller blade.

Особенно в концепции движения СГВПВ, согласно которой второй гребной винт расположен близко к главному гребному винту, завихрения могут вызвать большой вред. Управление пропульсивной установкой не будет полностью адекватным из-за эрозийных завихрений у ступицы. Данное явление уменьшает интервалы между техническими обслуживаниями пропульсивной установки и, следовательно, увеличивает общие затраты.Especially in the concept of movement of the CWPW, according to which the second propeller is located close to the main propeller, the turbulence can cause great harm. The control of the propulsion system will not be fully adequate due to erosive turbulence at the hub. This phenomenon reduces the intervals between maintenance of the propulsion system and, consequently, increases the overall cost.

Обычный способ избежать вихревой кавитации у ступицы заключается в том, чтобы расположить после гребного винта тупоконечный колпачок, который будет разрушать завихрения у ступицы, которые появляются из-за срыва потока после крышки ступицы. Однако в случае гребных винтов с встречным вращением подобный способ неприемлем, так как срыв потока вызывает кавитацию на лопастях заднего гребного винта, особенно в случае, когда управление осуществляется кормовым подруливающим устройством и подруливающее устройство повернуто на некоторый угол и таким образом передний и задний гребные винты не соосны и лопасти заднего гребного винта при вращении пересекают зону срыва потока.The usual way to avoid vortex cavitation at the hub is to place a blunt cap after the propeller, which will destroy the turbulence at the hub that appears due to flow stall after the hub cap. However, in the case of counter-rotating propellers, such a method is unacceptable, since flow stall causes cavitation on the blades of the rear propeller, especially when the stern thruster is controlled and the thruster is rotated at a certain angle and thus the front and rear propellers are not coaxial and the blades of the rear propeller during rotation cross the zone of stall.

Соответственно цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить новую конструкцию, в которой были бы решены проблемы, вызванные наличием завихрений. Данная цель достигается для СГВПВ согласно отличительным признакам, как определено в независимых пунктах формулы изобретения. Другие предпочтительные варианты выполнения настоящего изобретения характеризуются отличительными признаками зависимых пунктов формулы изобретения.Accordingly, the aim of the present invention is to propose a new design in which problems caused by the presence of turbulences would be solved. This goal is achieved for HHGPV according to the distinguishing features, as defined in the independent claims. Other preferred embodiments of the present invention are characterized by the features of the dependent claims.

В данном изобретении уменьшена или совсем исключена вышеуказанная проблема в концепции СГВПВ и таким образом задний гребной винт и вся пропульсивная установка защищается от повреждений. Данное изобретение увеличивает возможности управления пропульсивной установкой после переднего гребного винта, при этом не возникает опасной эрозийной вихревой кавитации у ступицы и вредной кавитации на лопастях, после колпачка передней кавитации. Это ведет к увеличению срока службы и сокращению стоимости ремонта пропульсивной установки.In the present invention, the aforementioned problem in the SGWPV concept is reduced or completely eliminated, and thus the rear propeller and the entire propulsion system are protected from damage. This invention increases the ability to control the propulsion system after the front propeller, while there is no dangerous erosive vortex cavitation at the hub and harmful cavitation on the blades, after the front cavitation cap. This leads to an increase in service life and a reduction in the cost of repairing the propulsion system.

Данное изобретение основано на идее разбиения завихрения, возникающего в результате движения лопастей переднего гребного винта. Крышка ступицы гребного винта (а именно это касается внешнего вида крышки ступицы гребного винта) выполнена так, что имеет, по крайней мере, две отстоящие друг от друга на одинаковом расстоянии пластины для направления потока, которые выступают за границы внешней поверхности крышки ступицы. На практике количество указанных пластин не превышает восьми, в то время как при четырех пластинах достигается наиболее эффективный результат.This invention is based on the idea of splitting a swirl resulting from the movement of the blades of the front propeller. The propeller hub cap (namely, the appearance of the propeller hub cap) is configured to have at least two plates for flow direction that are spaced apart from each other at the same distance and protrude beyond the boundaries of the outer surface of the hub cap. In practice, the number of these plates does not exceed eight, while with four plates the most effective result is achieved.

С другой стороны, сама крышка должна иметь хорошо обтекаемую форму, причем отношение диаметра крышки к ее длине не должно превышать 2. Это обеспечивает отсутствие развитого срыва потока после крышки, таким образом возможно избавиться от кавитации на лопастях в зоне срыва потока после передней крышки, когда подруливающее устройство не соосно с передним гребным винтом.On the other hand, the lid itself should be well streamlined, and the ratio of the diameter of the lid to its length should not exceed 2. This ensures that there is no developed flow stall after the lid, so it is possible to get rid of cavitation on the blades in the stall area after the front lid when The thruster is not aligned with the front propeller.

Отсутствие вихря у ступицы обеспечивает возможность безопасного функционирования заднего гребного винта и управляемой пропульсивной установки. Данное изобретение легко внедрить, так как для этого не требуется других модификаций структуры или функционирования пропульсивной установки или ее периферийных устройств. Далее, так как главным образом изобретение реализуется посредством придания специальной формы отдельному компоненту, то данное изобретение также можно применить к уже работающим пропульсивным установкам.The absence of a vortex at the hub enables the safe operation of the rear propeller and the controlled propulsion system. This invention is easy to implement, since it does not require other modifications to the structure or functioning of the propulsion system or its peripheral devices. Further, since the invention is mainly realized by giving a special form to a separate component, this invention can also be applied to already operating propulsion systems.

В соответствии с одним предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения на передний гребной винт, между двумя гребными винтами, установлена крышка ступицы, имеющая хорошо обтекаемую форму и предназначена для исключения отрыва потока после передней крышки.In accordance with one preferred embodiment of the present invention, a hub cover having a well streamlined shape and designed to prevent flow separation after the front cover is mounted on the front propeller between two propellers.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения на крышке ступицы переднего гребного винта расположены прямые пластины для направления потока, по форме схожие друг с другом. Это дает оптимальный эффект и сбалансированную структуру.In accordance with another preferred embodiment of the present invention, straight plates for guiding the flow are similar in shape to each other on the front propeller hub cover. This gives an optimal effect and balanced structure.

В соответствии с еще одним предпочтительным вариантом выполнения данного изобретения количество указанных пластин не зависит от количества лопастей переднего гребного винта и расположение пластин не зависит от расположения лопастей переднего гребного винта. Данный предпочтительный вариант облегчает планирование и установку крышек ступиц, так как не возникает необходимость согласовывать пластины с лопастями гребного винта. Одинаковые крышки могут использоваться для гребных винтов с различными конфигурациями.In accordance with another preferred embodiment of the invention, the number of said plates is independent of the number of front propeller blades and the location of the plates is independent of the location of the front propeller blades. This preferred embodiment facilitates the planning and installation of the hub caps, since there is no need to align the plates with the propeller blades. The same covers can be used for propellers with different configurations.

В другом предпочтительном варианте выполнения изобретения отношение диаметра концевых кромок пластин и максимального диаметра крышки составляет 0,4-2. При указанном отношении эффективность устройства, соответствующего изобретению, особенно высока.In another preferred embodiment, the ratio of the diameter of the end edges of the plates to the maximum diameter of the lid is 0.4-2. With this ratio, the efficiency of the device according to the invention is particularly high.

Пластины для направления потока закреплены на крышке ступицы или посредством приваривания к крышке или посредством болтов. Размеры и форму указанных пластин можно легко изменить при необходимости, в зависимости от соответствующих требований. Если пластины для направления потока используются для работающих суден, то данная возможность предпочтительна. Альтернативно крышка ступицы с пластинами для направления потока может быть отлита в одной форме, при этом с крышкой ступицы можно обращаться как с единой деталью.The plates for guiding the flow are fixed to the hub cap either by welding to the cap or by means of bolts. The size and shape of these plates can be easily changed if necessary, depending on the relevant requirements. If flow direction plates are used for working vessels, this option is preferred. Alternatively, the hub cap with plates for guiding the flow can be molded in one mold, while the hub cap can be handled as a single piece.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом выполнения задний гребной винт выполнен с возможностью поворота и с возможностью приведения в движение судна и его управления.In accordance with another preferred embodiment, the rear propeller is rotatable and capable of propelling and controlling the vessel.

Детали одного предпочтительного варианта выполнения изобретения, а также достоинства и другие отличительные признаки изобретения будут понятны из последующего описания и чертежей. На чертежах представлено:Details of one preferred embodiment of the invention, as well as advantages and other features of the invention will be apparent from the following description and drawings. The drawings show:

фиг.1 - схема конструкции СГВПВ, соответствующей настоящему изобретению;figure 1 is a structural diagram of the AGWS, corresponding to the present invention;

фиг.2а - вид сбоку крышки ступицы, соответствующей данному изобретению;figa is a side view of the hub cap corresponding to this invention;

фиг.2b - вид спереди крышки ступицы, согласно фиг.2а.fig.2b is a front view of the cap of the hub, according figa.

На фигуре 1 показана конструкция движителя 2, которая выполнена для системы гребных винтов противоположного вращения (СГВПВ), расположенной под корпусом 4 судна. Главный гребной винт, выполненный в виде переднего гребного винта 6, расположен на главном приводном валу 8, который крепится посредством опор к корпусу 4 судна. Передний гребной винт 6 выполнен с возможностью приведения в действие, например, с помощью приводного блока, подобного дизельному двигателю, напрямую или посредством электропривода, где электричество вырабатывается дизель-генераторным устройством с помощью преобразователя частоты, данное устройство известно специалистам. В блоке привода, опорах и других характеристиках устройства передачи энергии используются обычные, хорошо известные технологии и для понимания настоящего изобретения нет необходимости их подробно пояснять. Передний гребной винт 6 имеет ступицу 10, расположенную на приводном валу 8, и лопасти 12 гребного винта, закрепленные на ступице 10. Количество лопастей, наклон лопастей и размеры лопастей определяются при задании размеров пропульсивной установки судна, и они могут изменяться от случая к случаю. Наклон лопастей также может быть регулируемым.The figure 1 shows the design of the propulsor 2, which is made for the system of propellers of the opposite rotation (SGVPV), located under the hull 4 of the vessel. The main propeller, made in the form of a front propeller 6, is located on the main drive shaft 8, which is attached by bearings to the hull 4 of the vessel. The front propeller 6 is arranged to be actuated, for example, by means of a drive unit, like a diesel engine, directly or by means of an electric drive, where electricity is generated by a diesel generator device using a frequency converter, this device is known to specialists. Conventional, well-known technologies are used in the drive unit, supports and other characteristics of the power transmission device and there is no need to explain them in detail to understand the present invention. The front propeller 6 has a hub 10 located on the drive shaft 8, and the propeller blades 12 mounted on the hub 10. The number of blades, the inclination of the blades and the dimensions of the blades are determined by setting the dimensions of the propulsive installation of the vessel, and they can vary from case to case. The inclination of the blades can also be adjustable.

Корпус 4 судна спроектирован так, что днище корпуса судна закругляется вокруг переднего гребного винта 6 и после данного винта уровень днища повышается. Таким образом, днище 14 в самой задней части судна расположено выше, чем днище 16 судна впереди переднего гребного винта. Под днищем 14 расположен поворотный рулевой механизм 18, который состоит из азимутального гребного блока, подобного блоку AZIPOD®, посредством которого выполняется управление судном и его движение вперед. Рулевой механизм 18 содержит пилон 20, имеющий подшипник и выполненный с возможностью вращения на 360 градусов вокруг своей вертикальной оси. Обтекаемый корпус 21, содержащий приводной двигатель подруливающего гребного винта 22, закреплен под пилоном 20. Подруливающий гребной винт 22 выполнен с возможностью приведения в действие посредством приводного вала 24, который расположен на одном уровне с валом 8 переднего гребного винта.The hull 4 of the vessel is designed so that the bottom of the hull is rounded off around the front propeller 6 and after this screw the level of the bottom increases. Thus, the bottom 14 at the very rear of the vessel is located higher than the bottom 16 of the vessel in front of the front propeller. Under the bottom 14 is a rotary steering gear 18, which consists of an azimuthal propeller unit, similar to the AZIPOD® unit, by which the vessel is controlled and moved forward. The steering mechanism 18 includes a pylon 20 having a bearing and made to rotate 360 degrees around its vertical axis. A streamlined housing 21, comprising a thruster of the propeller 22, is mounted under the pylon 20. The thruster propeller 22 is configured to be driven by a drive shaft 24, which is located flush with the shaft 8 of the front propeller.

В соответствии с концепцией СГВПВ хорошо обтекаемая крышка 30 ступицы переднего гребного винта 6 и крышка 26 ступицы подруливающего гребного винта 22 расположены напротив друг друга и при движении судна вперед передний гребной винт 6 и подруливающий гребной винт 22 вращаются в противоположные стороны. При повороте судна, для того чтобы добиться нужного поворотного действия, рулевой механизм 18 поворачивается вокруг вертикальной оси пилона 20.In accordance with the concept of the HHGPV, the well-streamlined hub cover 30 of the front propeller 6 and the hub cover 26 of the thruster propeller 22 are opposed to each other and when the vessel moves forward, the front propeller 6 and the thruster propeller 22 rotate in opposite directions. When turning the vessel, in order to achieve the desired turning action, the steering gear 18 rotates around the vertical axis of the pylon 20.

Когда гребные винты расположены напротив друг друга, плоскости вращения переднего и подруливающего гребных винтов отстоят друг от друга более чем на двойной диаметр переднего гребного винта. В таком случае крышка 30 ступицы переднего гребного винта 6 и крышка 26 ступицы подруливающего гребного винта расположены значительно ближе. Следовательно, завихрения и давление, в результате работы винтов, сильно воздействуют на крышку ступицы переднего гребного винта и также на подруливающий гребной винт. Согласно настоящему изобретению вихревая кавитация крышки ступицы и кавитация лопастей заднего гребного винта и их вредное воздействие минимизируется при применении хорошо обтекаемой крышки 30 ступицы переднего гребного винта и пластин 28 для направления потока, установленных на крышке 30 ступицы.When the propellers are located opposite each other, the rotation planes of the front and the propeller propellers are spaced apart by more than double the diameter of the front propeller. In this case, the cap 30 of the hub of the front propeller 6 and the cap 26 of the hub of the thruster propeller are located much closer. Consequently, the turbulence and pressure resulting from the operation of the screws strongly affect the hub cover of the front propeller and also the thruster propeller. According to the present invention, vortex cavitation of the hub cover and cavitation of the blades of the rear propeller and their harmful effects are minimized by using the well streamlined hub cover 30 of the front propeller hub and the plates 28 for guiding the flow mounted on the hub cover 30.

В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения четыре пластины 28 для направления потока закреплены симметрично или на равных расстояниях к внешней поверхности крышки 30 ступицы, как показано на фигурах 2а и 2b. На фигуре 2а изображен боковой вид, а на фигуре 2b представлен вид спереди, который можно видеть с задней части судна. Крышка ступицы имеет длину L и диаметр D, при этом отношение D/L не превосходит 2. Пластины направления потока выполнены в виде прямых пластин, приваренных или прикрепленных болтами к поверхности крышки 30 ступицы главного гребного винта. Пластины 28 направления потока также могут отливаться вместе со всей крышкой ступицы гребного винта. Пластина для направления потока устанавливается по всей длине поверхности крышки, и данные пластины соединяются друг с другом вне поверхности крышки, выступая немного за верхний край крышки. В данном примере высота пластин направления потока не превосходит радиальные границы крышки. Таким образом, указанные пластины не выступают за диаметр крышки ступицы. Пластины направления потока выступают в радиальном направлении за границы поверхности крышки ступицы, и упомянутые пластины установлены в направлении оси гребного винта без наклона. Отношение размеров концевых кромок пластин для направления потока к максимальному диаметру D ступицы может изменяться в пределах от 0,4 до 2. Данные границы соответствуют отношению с диаметром гребного винта примерно от 0,12 до 0,4.According to a preferred embodiment of the present invention, four flow direction plates 28 are fixed symmetrically or at equal distances to the outer surface of the hub cap 30, as shown in FIGS. 2a and 2b. Figure 2a shows a side view, and figure 2b presents a front view that can be seen from the rear of the vessel. The hub cap has a length L and diameter D, while the D / L ratio does not exceed 2. The plates of the flow direction are made in the form of straight plates welded or bolted to the surface of the cap 30 of the hub of the main propeller. The flow direction plates 28 can also be molded together with the entire propeller hub cap. A plate for guiding the flow is installed along the entire length of the surface of the lid, and these plates are connected to each other outside the surface of the lid, protruding slightly beyond the upper edge of the lid. In this example, the height of the flow direction plates does not exceed the radial boundaries of the cap. Thus, these plates do not protrude beyond the diameter of the hub cap. The flow direction plates protrude in a radial direction beyond the boundaries of the surface of the hub cap, and said plates are mounted in the direction of the axis of the propeller without tilting. The ratio of the sizes of the end edges of the plates for the direction of flow to the maximum diameter D of the hub may vary from 0.4 to 2. These boundaries correspond to a ratio with the diameter of the propeller from about 0.12 to 0.4.

Количество пластин направления потока не связано с количеством лопастей гребного винта и оно может изменяться от двух до восьми, при этом установлено, что наиболее предпочтительным является число четыре. Хотя расположение указанных пластин не привязано к положению лопастей гребного винта, но оно может совпадать или быть другим.The number of flow direction plates is not related to the number of propeller blades and it can vary from two to eight, and it has been found that the number four is most preferred. Although the location of these plates is not tied to the position of the propeller blades, it can be the same or different.

Изобретение описано выше с использованием одной модификации в качестве примера. Настоящее изобретение может иметь множество различных модификаций, при этом границы изобретения определены в формуле изобретения.The invention is described above using one modification as an example. The present invention may have many different modifications, with the scope of the invention defined in the claims.

Claims

1. The device in the system of propellers of the opposite rotation, comprising a rear propeller (22) mounted on a thruster (18) rotatably and a front propeller (6) mounted on a shaft (8) or on a thruster moreover, the propellers are located essentially on the same axis and the rear propeller (22) and the front propeller (6) are rotatable in opposite directions and the front and rear propellers each contain a hub with a cover, while the hub with lid h the bottom of the propeller and the hub with the cover of the front propeller are located opposite each other, characterized in that at least two equally directional plates (28) of the flow direction are located on the cover (30) of the hub of the front propeller (6 ) and flow direction plates (28) protrude behind the cover (30) in the radial direction.

2. The device according to claim 1, characterized in that the cover (30) of the hub of the front propeller is made streamlined.

3. The device according to claim 1, characterized in that the ratio of the diameter of the cover (30) of the hub of the front propeller to its length does not exceed 2.

4. The device according to claim 1, characterized in that the plates (28) of the flow direction are made straight, and all have the same shape with each other.

5. The device according to claim 1, characterized in that the ratio of the diameter of the cap (30) of the hub of the front propeller to its length does not exceed 2, while the plates (28) of the flow direction are made straight and all have the same shape with each other.

6. The device according to claim 2, characterized in that the ratio of the diameter of the cap (30) of the hub of the front propeller to its length does not exceed 2, while the plates (28) of the flow direction are made straight and all have the same shape with each other.

7. The device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the number of plates (28) of the flow direction does not depend on the number of blades (12) of the front propeller (6) and the location of the plates (28) of the flow direction does not depend on the location of the blades front propeller.

8. The device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the ratio of the diameter of the end edges of the plates (28) of the flow direction to the maximum diameter of the hub cap is in the range from 0.4 to 2.

9. A device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the plates (28) of the flow direction are made in one piece with the cap (30) of the hub.

10. Device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the plates (28) of the flow direction are fixed to the cap (30) of the hub by welding or bolts.

11. The device according to claim 1, characterized in that the rear propeller (22) is rotatable and is intended to set the vessel in motion and control it.

12. The device according to claim 1, characterized in that the rear propeller (22) is located behind the front propeller (6) and is provided with a cover (26) having a streamlined shape.