RU2330788C1

RU2330788C1 - Screw rudder complex

Info

Publication number: RU2330788C1
Application number: RU2006142436/11A
Authority: RU
Inventors: Георгий Михайлович Свиридов (RU); Георгий Михайлович Свиридов; Валентин Михайлович Пашин (RU); Валентин Михайлович Пашин; Владимир Павлович Копченов (RU); Владимир Павлович Копченов; Александр Александрович Павлов (RU); Александр Александрович Павлов
Priority date: 2006-11-30
Filing date: 2006-11-30
Publication date: 2008-08-10

Abstract

FIELD: transportation, engines and pumps.

SUBSTANCE: ship screw rudder complex incorporates a drive engine arranged above the ship water line and linked with the ship shaft running in bearing in the nacelle below the water line, the said shaft being coupled with the screw shaft accommodating the propeller screw fitted thereon. The said complex comprises also a top shaft arranged parallel to the lower shaft and coupled with the drive engine output shaft. The top and lower shafts are crankshafts coupled via a con-rod mechanical transmission arranged between them and furnished with rod bearings. Rod and main bearings of the lower crankshaft are water-lubricated plain bearings. The nacelle space can communicate with outboard.

EFFECT: higher reliability and efficiency of screw rudder columns.

3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области судостроения и касается вопроса создания движительных, винторулевых и подруливающих комплексов и может быть использовано на судах различного типа и назначения.The invention relates to the field of shipbuilding and relates to the creation of propulsion, propeller and steering systems and can be used on ships of various types and purposes.

Известен винторулевой комплекс в виде винторулевой угловой колонки типа "Аквамастер" (прототип), у которого крутящий момент от приводного двигателя, например дизеля или электродвигателя, расположенного выше ватерлинии (обычно в кормовой оконечности судна), передается на гребной вал, расположенный ниже ватерлинии, с помощью углового редуктора (УР) (см. рекл. проспект фирмы Aquamaster - Rauma Ltd., 2005 г.).A known propeller-steering complex in the form of an Aquamaster-type propeller-steering angle column (prototype), in which the torque from a drive motor, such as a diesel engine or an electric motor located above the waterline (usually in the aft end of the vessel), is transmitted to the propeller shaft located below the waterline, with using an angular gear (UR) (see advert. Prospectus of Aquamaster - Rauma Ltd., 2005).

УР размещен в герметичном корпусе (гондоле), заполненном смазочным маслом. Выходной вал УР проходит через дейдвудное устройство (сальник) и соединен через муфту и главный упорный подшипник с гребным винтом.SD is placed in a sealed enclosure (nacelle) filled with lubricating oil. The output shaft of the UR passes through the stern device (gland) and is connected through the coupling and the main thrust bearing with the propeller.

Недостатками такого устройства являются:The disadvantages of such a device are:

- наличие дейдвудного устройства, которое не может полностью исключить попадание воды в редуктор, что снижает надежность всего устройства, так как редуктор не может работать на обводненном масле;- the presence of a stern device that cannot completely exclude the ingress of water into the gearbox, which reduces the reliability of the entire device, since the gearbox cannot work on flooded oil;

- наличие угловой редукторной передачи, которая приводит к увеличению уровня шума и вибрации (структурной и подводной компонент);- the presence of an angular gear transmission, which leads to an increase in the level of noise and vibration (structural and underwater component);

- большой диаметр гондолы, в которой располагается нижний угловой редуктор и главный упорный подшипник, по сравнению с диаметром гребного винта, что снижает пропульсивный коэффициент полезного действия движителя.- the large diameter of the nacelle in which the lower angular gear and the main thrust bearing are located, compared with the diameter of the propeller, which reduces the propulsive efficiency of the propulsion device.

Последний недостаток связан с тем, что высокая мощность, передаваемая угловой передачей на гребной винт, требует применения шестерен большого диаметра. В то же время пропульсивный коэффициент полезного действия (КПД) зависит от отношения диаметра гондолы к диаметру гребного винта - К_д. Чем меньше К_д, тем выше КПД. В настоящее время в винторулевых комплексах с угловыми редукторами (а также в варианте со встроенными в гондолу гребными электродвигателями) значение К_д лежит в пределах 0,5-0,6.The last drawback is that the high power transmitted by the angular transmission to the propeller requires the use of large diameter gears. At the same time, the propulsive efficiency (Efficiency) depends on the ratio of the diameter of the nacelle to the diameter of the propeller - To _d . The smaller K _d , the higher the efficiency. Currently, in propeller-driven complexes with angular gears (as well as in the version with propeller motors built into the nacelle), the value of K _d lies in the range 0.5-0.6.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков известного устройства.The task of the invention is to remedy these disadvantages of the known device.

Это достигается тем, что в состав винторулевого комплекса судна, содержащего приводной двигатель, расположенный выше ватерлинии судна и связанный через механическую передачу с размещенным на подшипниках в гондоле ниже ватерлинии судна валом, который соединен с гребным валом с установленным на нем гребным винтом, введен верхний вал, расположенный параллельно нижнему валу и соединенный с выходным валом приводного двигателя. При этом верхний и нижний валы выполнены в виде коленчатых валов, связанных друг с другом через размещенную между ними механическую передачу в виде шатунного механизма, оснащенного шатунными подшипниками. Причем шатунные и коренные подшипники нижнего коленчатого вала выполнены в виде работающих на водяной смазке подшипников скольжения, а гондола выполнена с возможностью сообщения ее полости с забортной водой.This is achieved by the fact that the upper shaft is introduced into the rotorcraft complex of the vessel, containing a drive engine located above the vessel’s waterline and connected via a mechanical transmission to a shaft located on bearings in the nacelle below the vessel’s waterline, which has a propeller installed on it located parallel to the lower shaft and connected to the output shaft of the drive motor. In this case, the upper and lower shafts are made in the form of crankshafts connected to each other through a mechanical transmission located between them in the form of a connecting rod mechanism equipped with connecting rod bearings. Moreover, the connecting rod and main bearings of the lower crankshaft are made in the form of sliding bearings operating on water lubrication, and the nacelle is made with the possibility of communication of its cavity with outboard water.

При этом шатунный механизм с целью сужения средней части пилона, на котором крепится гондола, и таким образом уменьшения лобового сопротивления пилона может быть выполнен в виде крейцкопфного механизма. Кроме того, шатунные и коренные подшипники скольжения нижнего коленчатого вала оснащены вкладышами, выполненными на основе металлокерамики или углепластиков.In this case, the connecting rod mechanism in order to narrow the middle part of the pylon on which the nacelle is mounted, and thus reduce the drag of the pylon, can be made in the form of a crosshead mechanism. In addition, the connecting rod and main bearings of the lower crankshaft are equipped with inserts made on the basis of cermet or carbon fiber.

Кроме того, гондола вместе с пилоном может быть выполнена с возможностью поворота вокруг вертикальной оси для реализации функции управления направлением движения судна.In addition, the nacelle together with the pylon can be made with the possibility of rotation around a vertical axis to implement the function of controlling the direction of movement of the vessel.

Введение двух параллельно расположенных коленчатых валов, передающих момент первичного двигателя на гребной винт, вызвано способностью кривошипно-шатунного механизма работать в водной среде в отличие от прототипа, у которого угловая зубчатая передача может работать только при заполнении маслом редуктора, что требовало применения сложного и ненадежного дейдвудного устройства. Замена дейдвудного устройства на обычный подшипник скольжения и заполнение гондолы забортной водой повышает надежность работы винторулевого комплекса. Радиус кривошипов может быть в несколько раз меньшим, чем радиус шестерен, используемых в прототипе, что позволяет уменьшить диаметр гондолы.The introduction of two parallel crankshafts transmitting the prime mover’s torque to the propeller is caused by the ability of the crank mechanism to work in the aquatic environment, unlike the prototype, in which the angle gear can only work when the gearbox is filled with oil, which required the use of a complex and unreliable stern devices. Replacing a stern device with a conventional plain bearing and filling the nacelle with outboard water increases the reliability of the propeller complex. The radius of the cranks can be several times smaller than the radius of the gears used in the prototype, which allows to reduce the diameter of the nacelle.

Коэффициент полезного действия гребного винта существенно зависит от диаметра гондолы, но практически (в известных пределах) не зависит от ее длины. Это обстоятельство позволяет наращивать передаваемую на гребной винт мощность, увеличивая число кривошипов на валах, то есть длину коленчатых валов, сохраняя малый радиус кривошипа, а значит, и гондолы в целом.The efficiency of the propeller substantially depends on the diameter of the nacelle, but practically (within certain limits) it does not depend on its length. This circumstance allows you to increase the power transmitted to the propeller, increasing the number of cranks on the shafts, that is, the length of the crankshafts, while maintaining a small radius of the crank, and hence the nacelle as a whole.

Характер взаимодействия элементов кривошипно-шатунного механизма отличается от кинематики зубчатой передачи. И в коренных, и в мотылевых шейках используются подшипники скольжения, которые надежно работают в воде при использовании современных металлокерамических или углепластиковых материалов.The nature of the interaction of the elements of the crank mechanism differs from the kinematics of the gear transmission. In both the main and crank necks, plain bearings are used that work reliably in water when using modern metal-ceramic or carbon-plastic materials.

Выполнение связи между коленчатыми валами с помощью крейцкопфного механизма позволяет снизить площадь поперечного сечения пилона, на котором укреплена гондола, и таким образом снизить лобовое сопротивление подводной части винторулевого комплекса судна.The connection between the crankshafts using a crosshead mechanism allows to reduce the cross-sectional area of the pylon on which the gondola is mounted, and thus reduce the drag of the underwater part of the propeller-driven complex of the vessel.

Устройство предлагаемого винторулевого комплекса судна поясняется чертежом, где на фиг.1 схематически представлен общий вид винторулевого комплекса, а на фиг.2 - вид сбоку устройства на фиг.1.The device of the proposed rotorcraft complex of the vessel is illustrated in the drawing, where Fig.1 schematically shows a General view of the rotorcraft complex, and Fig.2 is a side view of the device in Fig.1.

Устройство включает в себя приводной двигатель 1, в качестве которого могут быть использованы любые первичные двигатели, применяемые в судостроении (дизель, дизель-редукторный агрегат, газо или турборедукторный агрегат, гребной электродвигатель), с выходным валом 2 которого соединен верхний коленчатый вал 3, связанный через шатуны 4 и ползуны крейцкопфного механизма 5 с нижним коленчатым валом 6, размещенном в гондоле 7, причем один из концов нижнего коленчатого вала через главный упорный подшипник 8 соединен с гребным винтом 9. Нижний коленчатый вал 6 имеет коренные подшипники 10 и шатунные подшипники 11. Винторулевой комплекс крепится к корпусу судна 12 и располагается ниже ватерлинии.The device includes a drive engine 1, which can be used any primary engines used in shipbuilding (diesel, diesel gear unit, gas or turbo gear unit, propeller motor), with the output shaft 2 of which is connected to the upper crankshaft 3, connected through the connecting rods 4 and sliders of the crosshead mechanism 5 with the lower crankshaft 6 located in the nacelle 7, and one of the ends of the lower crankshaft through the main thrust bearing 8 is connected to the propeller 9. The lower crankshaft The first shaft 6 has main bearings 10 and connecting rod bearings 11. The propeller-drive complex is attached to the hull of the vessel 12 and is located below the waterline.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Приводной двигатель 1 вращает верхний коленчатый вал 3. Момент вращения через систему шатунов 4 и ползуны крейцкопфного механизма 5 передается нижнему коленчатому валу 6, расположенному ниже ватерлинии судна и работающему в гондоле 7, заполненной забортной водой. Нижние коренные 10 и шатунные подшипники 11 работают в воде. Несущая способность воды как смазки подшипников скольжения ниже, чем у смазочного масла. Однако вкладыши подшипников на основе металлокерамики или углепластиков, например, типа "ФУТ" в паре с материалом "Анита-10" успешно применяются в современных дейдвудных устройствах гребных валов, а также в подшипниковых узлах погружных насосов, роторных механизмах гидроэлектростанций и имеют большой ресурс.The drive engine 1 rotates the upper crankshaft 3. The moment of rotation through the system of connecting rods 4 and the slide of the crosshead mechanism 5 is transmitted to the lower crankshaft 6 located below the waterline of the vessel and operating in a nacelle 7 filled with sea water. The lower main 10 and connecting rod bearings 11 operate in water. The bearing capacity of water as a lubricant for sliding bearings is lower than that of a lubricating oil. However, bearing shells based on cermet or carbon-fiber reinforced plastics, for example, “FUT” type paired with “Anita-10” material are successfully used in modern stern shaft propeller devices, as well as in bearing units of submersible pumps, rotary mechanisms of hydroelectric power stations and have a long resource.

Расчеты показывают, что отношение диаметра гондолы к диаметру гребного винта с применением кривошипно-шатунной передачи может быть снижено до значений К_д<0,25. Это обстоятельство приводит к существенному повышению КПД винта по сравнению с прототипом.Calculations show that the ratio of the diameter of the nacelle to the diameter of the propeller using a crank gear can be reduced to values of K _d <0.25. This fact leads to a significant increase in the efficiency of the screw compared with the prototype.

Использование современных материалов для подшипников скольжения кривошипно-шатунного механизма позволяет обеспечить его надежную работу не в масляной среде, а в воде. Таким образом, устраняется недостаток прототипа винторулевого комплекса, а дейдвудное устройство можно исключить из его состава.The use of modern materials for sliding bearings of the crank mechanism allows to ensure its reliable operation not in an oil environment, but in water. Thus, the disadvantage of the prototype propeller complex is eliminated, and the stern device can be excluded from its composition.

Наличие кривошипно-шатунной передачи в предлагаемом винторулевом комплексе судна позволяет избавиться от повышенной виброактивности, присущей прототипу, поскольку кривошипно-шатунные механизмы в диапазоне частот вращений гребных винтов работают практически бесшумно, что позволяет говорить об устранении такого недостатка, присущего зубчатым передачам.The presence of the crank gear in the proposed rotorcraft complex of the vessel allows you to get rid of the increased vibration activity inherent in the prototype, since the crank mechanisms in the frequency range of rotation of the propellers operate almost silently, which suggests the elimination of such a drawback inherent in gear transmissions.

Claims

1. A propeller-ship complex containing a drive engine located above the ship’s waterline and connected through a mechanical transmission to a shaft located on bearings in the nacelle below the ship’s waterline, which is connected through the main thrust bearing to the propeller shaft with a propeller mounted on it, characterized in that the complex includes an upper shaft parallel to the lower shaft and connected to the output shaft of the drive motor, while the upper and lower shafts are made in the form of crankshafts connected with each other through a mechanical transmission located between them in the form of a connecting rod mechanism equipped with connecting rod bearings, the connecting rod and main bearings of the lower crankshaft being made in the form of sliding bearings operating on water lubrication, and the nacelle is capable of communicating its cavity with outboard water.

2. Vintorulovaya complex of the ship according to claim 1, characterized in that the connecting rod and main bearings of the lower crankshaft are equipped with inserts made on the basis of cermet or carbon fiber.

3. Vintorulovaya complex of the ship according to claim 1, characterized in that the connecting rod mechanism is made in the form of a crosshead mechanism.

4. The propeller-ship complex of claim 1, wherein the nacelle is rotatable about a vertical axis.