RU2555396C1

RU2555396C1 - Propulsion jet device

Info

Publication number: RU2555396C1
Application number: RU2014117702/11A
Authority: RU
Inventors: Алексей Вячеславович Благирев; Сергей Евгеньевич Воробьев; Валерий Андреевич Родионов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ДМ Технолоджи"
Priority date: 2014-05-05
Filing date: 2014-05-05
Publication date: 2015-07-10

Abstract

FIELD: transport engineering.

SUBSTANCE: connections of the propulsion jet device with the ship hull are vibration-isolated and moisture-proofed using the shock pads of U-shape, at that the drive engine is secured on the water pipe casing rigidly such that output shaft of the drive engine and propeller shaft are installed coaxially vertically or with deviation from vertical, and are rigidly connected with each other. The water pipe casing has cavities, one cavity creates oil crankcase connected with lubricating system of the drive engine, and another cavity creates exhaust header connected with exhaust system of spent gases of the drive engine, and HP zone of the water pipe is connected with the cooling system of the drive engine. The drive engine is made as internal-combustion engine of the outboard engine.

EFFECT: decreased dimensions and significant simplification of design of propulsion jet device due to mutual integration of the assemblies and systems of the drive engine and jet mover, and simplification of its installation and dismounting, exclusion of the effect of the vibration loads generated during the device operation on the ship hull.

3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к судостроению, а именно к двигательно-движительным комплексам, в частности к водометным двигательно-движительным комплексам, и в основном касается вопросов оснащения маломерных плавучих средств стационарными водометными установками.The invention relates to shipbuilding, namely to propulsion and propulsion systems, in particular to water jet propulsion and propulsion systems, and mainly relates to the issues of equipping small-sized floating equipment with stationary water-jet installations.

Из уровня техники широко известны водометные установки, в которых водометный движитель и приводной двигатель являются отдельными агрегатами и имеют соединение между собой различными типами муфт, редукторов (в том числе угловых), промежуточных валов и т.п.Water-jet installations are widely known in the prior art, in which the water-jet propulsion and drive motor are separate units and are interconnected by various types of couplings, gearboxes (including angular ones), countershafts, etc.

Так, например, из SU 1092098 от 15.05.1984 известна двигательно-движительная водометная установка, содержащая водовод, рабочие колеса, размещенные в водоводе и закрепленные на гребных валах, соединительно-передаточный редуктор и приводной двигатель.So, for example, from SU 1092098 from 05/15/1984, a propulsion-propulsion water jet installation is known, comprising a water conduit, impellers located in the water conduit and mounted on the propeller shafts, a transmission gear and a drive motor.

Такое техническое решение обладает рядом недостатков.This technical solution has several disadvantages.

Большие габариты такой установки, в основном в направлении длины судна, значительно занимают внутреннее пространство судна, особенно это важно для небольших судов. Установка получается достаточно тяжелой и требует дополнительных элементов, таких как компенсирующие муфты, промежуточные валы и демпферы амортизации двигателя.The large dimensions of such an installation, mainly in the direction of the length of the vessel, significantly occupy the interior of the vessel, this is especially important for small vessels. The installation is quite heavy and requires additional elements such as compensating couplings, countershafts and engine dampers.

Наиболее близким техническим решением можно считать двигательно-движительное водометное устройство, раскрытое в DE 2216344 от 18.10.1973, содержащее водовод, рабочее колесо, установленное в водоводе на вертикальном гребном валу, приводной двигатель с горизонтальным выходным валом, и угловой редуктор, жестко соединяющий выходной вал приводного двигателя и гребной вал.The closest technical solution can be considered a propulsion-water jet device, disclosed in DE 2216344 from 10/18/1973, containing a water conduit, an impeller mounted in a water conduit on a vertical propeller shaft, a drive motor with a horizontal output shaft, and an angular gearbox rigidly connecting the output shaft drive motor and propeller shaft.

Такое техническое решение имеет значительный недостаток - угловой редуктор, что усложняет компоновку водометного двигательно-движительного комплекса и увеличивает его габаритные размеры. Кроме того, монтаж такой установки представляет значительные трудности, так как приводной двигатель и водометный движитель монтируются по отдельности и требуют специально подготовленных деталей корпуса судна.This technical solution has a significant drawback - an angular gearbox, which complicates the layout of the water-jet propulsion and propulsion system and increases its overall dimensions. In addition, the installation of such an installation presents significant difficulties, since the drive engine and the jet propulsion are mounted separately and require specially prepared parts of the ship's hull.

Задачей заявленного технического решения является создание компактного двигательно-движительного водометного устройства для стационарной установки на маломерные плавсредства.The objective of the claimed technical solution is to create a compact propulsion and propulsion water-jet device for stationary installation on small boats.

Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи, выражается в уменьшении габаритов и значительном упрощении конструкции двигательно-движительного водометного устройства за счет большой взаимной интегрированности узлов и систем приводного двигателя в конструкцию водометного движителя, а также в упрощении монтажа и демонтажа предлагаемого устройства и исключении влияния вибрационных нагрузок, возникающих при его работе, на корпус плавсредства.The technical result obtained when solving the problem is expressed in the reduction of dimensions and a significant simplification of the design of the propulsion-jet water-jet device due to the great mutual integration of the units and systems of the drive engine in the design of the water-jet propulsion, as well as in simplifying the installation and dismantling of the proposed device and eliminating the influence of vibration loads arising during its operation on the body of the craft.

Заявляемый технический результат достигается за счет того, что двигательно-движительное водометное устройство содержит приводной двигатель, водовод с водозаборным элементом, расположенным в днище судна, рабочее колесо, расположенное в насосной части водовода и установленное на гребном валу, расположенном вертикально или с отклонением от вертикали. Новым согласно предлагаемому изобретению является то, что все соединения двигательно-движительного водометного устройства с корпусом судна виброизолированы и гидроизолированы посредством амортизирующих прокладок П-образного профиля, при этом приводной двигатель закреплен на корпусе водовода жестко таким образом, что выходной вал приводного двигателя и гребной вал расположены соосно и жестко соединены между собой, корпус водовода содержит полости, одна из которых образует масляный картер, связанный с системой смазки приводного двигателя, а другая образует выхлопной коллектор, связанный с системой выпуска отработанных газов приводного двигателя, а зона высокого давления водовода соединена с системой охлаждения приводного двигателя.The claimed technical result is achieved due to the fact that the propulsion and water-jet device comprises a drive engine, a water conduit with a water intake element located in the bottom of the vessel, an impeller located in the pump part of the water conduit and mounted on a propeller shaft located vertically or with a deviation from the vertical. New according to the invention is that all the connections of the propulsion-water-jet device with the hull of the vessel are vibration-insulated and waterproofed by means of shock-absorbing gaskets of a U-shaped profile, while the drive motor is rigidly fixed to the casing of the waterway so that the output shaft of the drive engine and the propeller shaft are located coaxially and rigidly interconnected, the body of the conduit contains cavities, one of which forms an oil sump associated with a lubrication system of the drive motor atelier, and the other forms an exhaust manifold associated with the exhaust system of the drive engine, and the high pressure zone of the water duct is connected to the cooling system of the drive engine.

Оптимальным является выполнение приводного двигателя в виде двигателя внутреннего сгорания подвесного лодочного мотора.Optimal is the performance of the drive engine in the form of an internal combustion engine of an outboard boat engine.

Водовод может быть снабжен реверсивно-рулевым устройством, расположенным на выходе из проточной части водовода.The water conduit can be equipped with a reversing-steering device located at the outlet of the flow passage of the water conduit.

Компоновка предлагаемого устройства, обеспечивающая соосное вертикальное или с отклонением от вертикали расположение выходного вала приводного двигателя и гребного вала и непосредственное их соединение с исключением промежуточных элементов, позволяет значительно уменьшить его габариты и упростить конструкцию. Жесткое закрепление приводного двигателя непосредственно на корпусе водовода также позволяет значительно уменьшить габариты двигательно-движительного водометного устройства и упростить его конструкцию.The layout of the proposed device, providing coaxial vertical or with a deviation from the vertical location of the output shaft of the drive motor and propeller shaft and their direct connection with the exception of the intermediate elements, can significantly reduce its dimensions and simplify the design. Rigid fastening of the drive motor directly to the casing of the conduit also allows you to significantly reduce the dimensions of the propulsion and water-jet device and simplify its design.

Выполнение на корпусе водовода полостей, образующих масляный картер и выхлопной коллектор, а также соединение зоны высокого давления водовода с системой охлаждения приводного двигателя позволяет за счет взаимной интеграции узлов и систем двигателя в конструкцию водометного движителя упростить конструкцию и уменьшить общие габариты устройства.The implementation of the cavities on the body of the water conduit, forming the oil sump and the exhaust manifold, as well as the connection of the high pressure zone of the water conduit to the cooling system of the drive engine, due to the mutual integration of engine components and systems into the structure of the water jet propeller, simplify the design and reduce the overall dimensions of the device.

Выполнение виброизоляции и гидроизоляции посредством амортизирующих прокладок П-образного профиля обеспечивает одновременно несколько важных функций: во-первых, виброизоляцию комплекса двигатель - водометный движитель от корпуса судна; во-вторых, герметизацию комплекса при установке его в корпус судна; в-третьих, позволяет воспринимать нагрузку от веса всей установки, а также силу упора, создаваемого водометным движителем; в-четвертых, дает возможность быстрого монтажа и демонтажа всей установки, так как нет жесткого крепления водомета в корпусе судна, что обычно применяется в судостроительной практике.The implementation of vibration isolation and waterproofing by means of shock-absorbing gaskets of the U-shaped profile provides several important functions at the same time: firstly, vibration isolation of the engine-water-jet complex from the ship’s hull; secondly, sealing the complex when installing it in the hull; thirdly, it allows you to perceive the load from the weight of the entire installation, as well as the force of the stop created by the jet propulsion; fourthly, it makes it possible to quickly mount and dismantle the entire installation, since there is no hard mount of the water jet in the ship's hull, which is usually used in shipbuilding practice.

Далее предлагаемое изобретение будет раскрыто в предпочтительном варианте исполнения более подробно со ссылкой на графические материалы, на которых изображено:Further, the invention will be disclosed in a preferred embodiment in more detail with reference to graphic materials, which depict:

- фиг. 1 - боковой разрез двигательно-движительного водометного устройства,- FIG. 1 is a lateral section of a propulsion jet propulsion device,

- фиг. 2 - узел крепления двигательно-движительного водометного устройства к корпусу судна.- FIG. 2 - attachment point of a propulsion-propulsion water-jet device to the hull of the vessel.

Предлагаемое двигательно-движительное водометное устройство предназначено для стационарной установки на плавсредствах, преимущественно на маломерных судах.The proposed propulsion and propulsion water-jet device is intended for stationary installation on boats, mainly on small vessels.

Двигательно-движительное водометное устройство включает в себя водовод, образованный корпусом водометного движителя. Водовод включает проточную часть 1, входной водозаборный элемент 2, расположенный в днище судна, насосную часть 3, сопло 4. На выходе из проточной части водовода и сопла находится реверсивно-рулевое устройство 5 и привод реверсивно-рулевого устройства 6. В насосной части корпуса водометного движителя находятся рабочее колесо 7 и спрямляющий аппарат 8. Рабочее колесо жестко закреплено на гребном валу 9, который в свою очередь через подшипники 10 и 11 опирается на спрямляющий аппарат и корпус водометного движителя (корпус водовода). Ось гребного вала расположена вертикально или с небольшим углом установки относительно основной плоскости судна.The propulsive water-jet device includes a water conduit formed by the body of the water-jet propulsion device. The water conduit includes a flow part 1, an inlet water intake element 2 located at the bottom of the vessel, a pump part 3, a nozzle 4. At the outlet of the flow part of the water conduit and the nozzle there is a reversing-steering device 5 and a reversing-steering device 6. In the pumping part of the water-jet housing the propeller are the impeller 7 and the straightening apparatus 8. The impeller is rigidly fixed to the propeller shaft 9, which, in turn, is supported through the bearings 10 and 11 on the straightening apparatus and the body of the water jet propulsion unit (water main body). The axis of the propeller shaft is located vertically or with a small installation angle relative to the main plane of the vessel.

Для того чтобы реализовать тягу водометного движителя, водовод после рабочего колеса и спрямляющего аппарата выполнен в виде изогнутой трубы, изменяющей направление движения воды на угол, близкий к 90 градусам, и обеспечивающей выброс реактивной струи в направлении, противоположном направлению движения судна. При этом рабочее колесо и спрямляющий аппарат находятся в цилиндрической части водовода. На корпусе водовода выполнены полости, образующие масляный картер 12 и выхлопной коллектор 13 с выхлопным патрубком 14. Приводной двигатель 15 крепится к фланцам масляного картера и выхлопного коллектора жестко болтовым соединением через прокладку.In order to realize the thrust of the water-jet propulsion device, the water conduit after the impeller and the straightening apparatus is made in the form of a curved pipe that changes the direction of water movement by an angle close to 90 degrees and provides a jet stream in the direction opposite to the direction of motion of the vessel. In this case, the impeller and the straightening apparatus are located in the cylindrical part of the water conduit. On the casing body of the water conduit there are cavities forming an oil sump 12 and an exhaust manifold 13 with an exhaust pipe 14. The drive motor 15 is attached to the flanges of the oil sump and the exhaust manifold by a bolt-tight connection through a gasket.

В качестве приводного двигателя может быть использован двигатель внутреннего сгорания от подвесного лодочного мотора. Приводной двигатель расположен таким образом, что его выходной вал 16 и гребной вал 9 водометного движителя соосны и соединены жестко для передачи крутящего момента. Соединение выходного вала приводного двигателя и гребного вала может быть реализовано в виде шлицевого соединения, которое обеспечивает жесткое соединение валов при передаче крутящего момента и допускает возможность их осевых перемещений, что актуально при монтажно-демонтажных работах, выполняемых в рамках технического обслуживания и ремонта.An internal combustion engine from an outboard motor can be used as a drive engine. The drive motor is located in such a way that its output shaft 16 and the propeller shaft 9 of the water jet propulsion device are coaxial and are rigidly connected to transmit torque. The connection of the output shaft of the drive motor and the propeller shaft can be implemented in the form of a spline connection, which provides a rigid connection of the shafts during transmission of torque and allows the possibility of their axial movements, which is important during installation and dismantling work performed as part of maintenance and repair.

Для снижения вибраций, возникающих при работе приводного двигателя 15 на корпус судна 17, фланцевые соединения в зоне входного водозаборного элемента на днище судна и в зоне сопла на транце судна виброизолированы через кольцевые объемные эластичные прокладки 18, при этом полностью исключен жесткий контакт элементов корпуса судна и корпуса водометного движителя с установленным на нем приводном двигателе. Эластичные прокладки 18 выполняют также роль уплотнителей и амортизаторов, имеют П-образный профиль и могут быть выполнены из объемного эластичного материала.To reduce the vibrations that occur when the drive motor 15 is operating on the ship’s hull 17, the flange joints in the zone of the inlet water intake element on the ship’s bottom and in the nozzle area on the ship’s transom are vibroisolated through elastic ring gaskets 18, and the hard contact of the ship’s hull elements is completely excluded and the body of the water-jet propulsion with a drive motor mounted on it. The elastic gaskets 18 also play the role of seals and shock absorbers, have a U-shaped profile and can be made of bulk elastic material.

При этом объемная эластичная прокладка, располагающаяся на днище судна, воспринимает нагрузку от веса всего устройства, а объемная эластичная прокладка, располагающаяся на транце судна, воспринимает нагрузку от силы упора, возникающей при работе водометного движителя.In this case, the volumetric elastic gasket located on the bottom of the vessel perceives the load from the weight of the entire device, and the volumetric elastic gasket located on the transom of the vessel perceives the load from the stop force arising from the operation of the jet propulsion.

Зона высокого давления воды в водоводе имеет соединение с системой охлаждения приводного двигателя посредством шланга 19. Количество подаваемой воды регулируется подбором проходного сечения шланга.The high-pressure zone of the water in the water conduit is connected to the cooling system of the drive motor through the hose 19. The amount of water supplied is regulated by the selection of the bore of the hose.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Приводной двигатель через жесткое соединение валов передает крутящий момент и вращение на гребной вал водометного движителя. Рабочее колесо, закрепленное на гребном валу, при вращении реализует крутящий момент в движение воды. Вода поступает в водопроточную часть водовода через входной водозаборный элемент, а после рабочего колеса и спрямляющего аппарата попадает в водовод, который изменяет направление течения воды на угол близкий к 90 градусам. При истечении воды в конце водопроточной части из сопла возникает реактивная сила тяги водометного движителя. После выхода струи воды из сопла установлено реверсивно рулевое устройство, с помощью которого реализуется управление судном поворотами и реверсом.The drive motor transmits torque and rotation to the propeller shaft of the jet propulsion through a rigid connection of the shafts. The impeller mounted on the propeller shaft, during rotation, implements a torque in the movement of water. Water enters the water-flowing part of the water conduit through the inlet water intake element, and after the impeller and the straightening apparatus it enters the water conduit, which changes the direction of the water flow by an angle close to 90 degrees. When water flows out at the end of the water-flowing part from the nozzle, reactive thrust of the water-jet propulsion occurs. After the jet of water exits the nozzle, a steering gear is installed reversely, with the help of which the vessel is controlled by turns and reverse.

Приводной двигатель, установленный на фланцах масляного картера и выхлопного коллектора, являющихся одним целым элементом с корпусом водовода, при своей работе забирает масло из масляного картера и собственным насосом подает в систему смазки. При этом масло, прошедшее через систему смазки двигателя и нагретое в двигателе, возвращается в масляный картер, в котором охлаждается водой, протекающей в водоводе водометного движителя. Выхлопные газы при работе двигателя попадают в отдельную полость - выхлопной коллектор, также находящуюся на корпусе водовода. Выхлопные газы охлаждаются водой, протекающей в водоводе водометного движителя, что способствует значительному снижению шума из выхлопной системы. Из выхлопного коллектора охлажденные выхлопные газы через выхлопной патрубок поступают за борт судна. Для охлаждения приводного двигателя используется вода из зоны высокого давления в водоводе водометного движителя. Вода по шлангу поступает в систему охлаждения двигателя и после охлаждения двигателя выбрасывается в выхлопной коллектор, что дополнительно способствует снижению температуры выхлопных газов. Поскольку части двигателя, такие как масляный картер, полость газовыхлопа и глушитель, а также система охлаждения являются частями корпусных деталей водометного движителя, при этом протекающая по водоводу вода через корпусные массы металла охлаждает масло, находящееся в картере двигателя, и полость газовыхлопа, обеспечивается лучшая работа двигателя и существенное снижение шумности выхлопных газов. Вода для охлаждения двигателя забирается из напорной магистрали водометного движителя за рабочим колесом и спрямляющим аппаратом, в котором постоянно есть избыточное давление, исключая необходимость оснащения приводного двигателя собственным насосом для подачи охлаждающей забортной воды.The drive motor mounted on the flanges of the oil sump and exhaust manifold, which are one integral element with the casing of the duct, takes oil from the oil sump during its operation and delivers it to the lubrication system with its own pump. In this case, the oil that has passed through the engine lubrication system and heated in the engine is returned to the oil sump, in which it is cooled by the water flowing in the water pipe of the jet propulsion device. Exhaust gases during engine operation fall into a separate cavity - the exhaust manifold, which is also located on the water main body. The exhaust gases are cooled by water flowing in the conduit of the water jet propulsion, which contributes to a significant reduction in noise from the exhaust system. From the exhaust manifold, cooled exhaust gases through the exhaust pipe enter overboard. To cool the drive motor, water is used from the high pressure zone in the conduit of the jet propulsion. Water through a hose enters the engine cooling system and after engine cooling is discharged into the exhaust manifold, which further contributes to lowering the temperature of the exhaust gases. Since engine parts, such as the oil sump, the gas exhaust cavity and the muffler, as well as the cooling system are parts of the body parts of the jet propulsion device, while the water flowing through the duct through the metal body mass cools the oil in the engine crankcase and the gas exhaust cavity, the best performance engine and a significant reduction in noise emissions. Water for cooling the engine is taken from the pressure line of the jet propulsion device behind the impeller and the straightener, in which there is always excess pressure, eliminating the need to equip the drive motor with its own pump for supplying cooling sea water.

Вибрации, возникающие при работе двигателя, снижаются за счет использования виброизолирующих объемных П-образных прокладок, через которые устройство установлено в корпусе судна на днище и на транце, которые также воспринимают нагрузку от веса устройства и силы упора, создаваемого при работе водометного движителя. Объемные прокладки, кроме того, обеспечивают гидроизоляцию двигательно-движительного водометного устройства, установленного в корпусе судна.Vibrations arising during engine operation are reduced due to the use of vibration-insulating volume U-shaped gaskets through which the device is installed in the hull of the vessel on the bottom and on the transom, which also absorb the load from the weight of the device and the stop force created during the operation of the jet propulsion. Volumetric gaskets, in addition, provide waterproofing of a propulsion-water-jet device installed in the hull.

Таким образом, предлагаемое изобретение представляет собой компактное, простое в использовании и обслуживании двигательно-движительное водометное устройство для стационарной установки на маломерные плавсредства, реализуемое посредством интеграции приводного двигателя в конструкцию водометного движителя.Thus, the present invention is a compact, easy to use and maintain a propulsion-propulsion water-jet device for stationary installation on small craft, implemented by integrating a drive motor into the design of the water-jet propulsion.

Claims

1. A propulsion and water-jet device comprising a driving engine, a water conduit with a water intake element located at the bottom of the vessel, an impeller located in the pump part of the water conduit and mounted on a propeller shaft located vertically or with a deviation from the vertical, characterized in that all of it connections to the hull of the vessel are vibration-insulated and waterproofed by means of shock-absorbing gaskets of a U-shaped profile, while the drive motor is rigidly fixed to the waterway body so that the output the drive motor shaft and the propeller shaft are coaxially and rigidly interconnected, the casing of the water conduit contains cavities, one of which forms an oil sump connected to the lubrication system of the drive engine, and the other forms an exhaust manifold connected to the exhaust system of the drive engine, and the zone high pressure water conduit is connected to the cooling system of the drive motor.

2. A propulsion and water jet device according to claim 1, characterized in that the drive engine is made in the form of an internal combustion engine of an outboard boat engine.

3. The propulsion and water-jet device according to claim 1 or 2, characterized in that the water conduit is equipped with a reversing-steering device located at the outlet of the flow passage of the water conduit.