RU2583125C1

RU2583125C1 - Marine propulsion installation

Info

Publication number: RU2583125C1
Application number: RU2014149027/11A
Authority: RU
Inventors: Фёдор Андреевич Гельвер
Priority date: 2014-12-04
Filing date: 2014-12-04
Publication date: 2016-05-10

Abstract

FIELD: shipbuilding.

SUBSTANCE: invention relates to designs of ship electric propulsions of ship electric propulsion systems. Proposed propulsion system comprises encased in sealed streamlined body drive motor, pipe, which connect drive motor with vessel hull, tractor and pusher propellers. Drive motor is bi-rotary, with rotating in different directions stator, which is connected with tractor propeller and rotor, which is connected with pusher propeller. Stator and rotor shafts are aligned and come out of housing of drive motor in opposite directions. Stator of drive motor on outside of the birotatory motor contains current-collecting ring and bearings, resting on motor housing. To collector rings adjoin brushes with brush mechanism secured at ship hull. On inner side of stator between stator and rotor bearings are installed, in which rotor rotates.

EFFECT: higher efficiency, reduced weight and dimensions of the propulsion motor, increased capacity and capacity of ship is achieved.

2 cl, 4 dwg

Description

Предложение относится к области судостроения, в частности к конструкциям судовых электрических движителей систем электродвижения судов, и может быть использовано при проектировании и строительстве судов различного назначения.The proposal relates to the field of shipbuilding, in particular to the designs of ship electric propulsion systems for ship electric propulsion, and can be used in the design and construction of ships for various purposes.

Известно устройство судового движительно-рулевого комплекса (Судовой движительно-рулевой комплекс, МПК B63H 5/125, патент RU 2276039, 04.10.2004, Кеслер Анатолий Александрович), содержащего трубу, жестко связанную с корпусом судна, и закрепленного на трубе поворотного пропульсивного блока, включающего гондолу с двумя винтами - тянущим и толкающим. Технический результат такой конструкции обеспечивает повышение надежности крепления движителя и расширение эксплуатационных возможностей комплекса, а также повышение коэффициента полезного действия (КПД) всей пропульсивной установки и, как следствие, повышение эффективности ее работы. Недостатками известного устройства является сложная кинематическая передача механической энергии от источника к движителю.A device of a ship propulsion and steering complex is known (Ship propulsion and steering complex, IPC B63H 5/125, patent RU 2276039, 10/04/2004, Kesler Anatoly Aleksandrovich), containing a pipe rigidly connected to the hull of the vessel, and mounted on the pipe of the rotary propulsion unit, including a gondola with two screws - a pulling and a pushing one. The technical result of this design provides an increase in the reliability of the propulsion mount and an increase in the operational capabilities of the complex, as well as an increase in the efficiency (efficiency) of the entire propulsion system and, as a result, an increase in the efficiency of its operation. The disadvantages of the known device is the complex kinematic transfer of mechanical energy from a source to a mover.

Известно устройство судовой движительно-двигательной установки типа "поворотная колонка" (журнал "NAVIGATOR", Международный морской журнал №2/94, стр. 8, фотодвижитель типа "AZIPOD"), содержащая заключенный в герметичный обтекаемый кожух приводной электродвигатель и соединенный с ним посредством вала гребной винт. Причем кожух установлен с возможностью поворота в горизонтальной плоскости. Недостатком известного устройства является пониженный КПД установки вследствие гидродинамических потерь на корпусе обтекателя ступицы гребного винта.A device of a ship propulsion and propulsion system of the "rotary column" type is known (NAVIGATOR magazine, International Maritime Journal No. 2/94, p. 8, AZIPOD type photomotor) containing a drive motor enclosed in a sealed streamlined casing and connected to it by shaft propeller. Moreover, the casing is mounted to rotate in a horizontal plane. A disadvantage of the known device is the reduced efficiency of the installation due to hydrodynamic losses on the body of the fairing of the propeller hub.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранное в качестве прототипа устройство судового электрического движителя (Электрический гондольный привод для судна, МПК B63H 020/00, B63H 023/24, H02K 009/00, H02K 009/10, H02K 009/19, H02K 005/02, патент RU 2205129, ЖАДКИ В., ХАРТИГ Р., БРАБЕК Ш., ХЕЕР М., РОЙТЕР Р., ШЮРИНГ И., ХАЙН П., МЕЙЕР К.), содержащего водообтекаемую гондолу, установленную на днище судна посредством полого ствола, в гондоле установлен гребной электродвигатель, содержащий два выходных вала ротора, на которых закреплены тянущий и толкающий гребные винты. Достоинствами такой конструкции является повышенный КПД установки вследствие работы обоих винтов, а также факт размещения электродвигателя в герметичном обтекаемом кожухе поворотной колонки, что увеличивает полезный объем трюмов судна, а также количество альтернативных вариантов компоновочных решений общего расположения в корпусе судна. Недостатком прототипа является необходимость использования низкооборотного гребного электродвигателя, что приводит к увеличению его габаритов и массы, а также отсутствие возможности разворота колонки в горизонтальной плоскости.The closest in technical essence to the claimed device is the device of a marine electric propulsion device selected as a prototype (Electric gondola drive for a ship, IPC B63H 020/00, B63H 023/24, H02K 009/00, H02K 009/10, H02K 009/19, H02K 005/02, patent RU 2205129, GREES B., HARTIG R., BRABEK S., HEER M., REUTER R., SHURING I., HEIN P., MEIER K.) containing a streamlined gondola mounted on the bottom of the vessel by means of a hollow barrel, a propulsion motor is installed in the gondola, containing two output rotor shafts on which a pulling and then snapping propellers. The advantages of this design are the increased efficiency of the installation due to the operation of both screws, as well as the fact of placing the electric motor in a sealed streamlined casing of the rotary column, which increases the useful volume of the ship's holds, as well as the number of alternative layout solutions for the general arrangement in the ship's hull. The disadvantage of the prototype is the need to use a low-speed propeller motor, which leads to an increase in its size and weight, as well as the inability to turn the column in a horizontal plane.

Предлагаемая судовая движительная установка с биротативным гребным электродвигателем позволяет значительно снизить массу и габариты гребного электродвигателя и, как следствие, увеличить вместимость и грузоподъемность судна. К достоинствам предлагаемой установки также можно отнести повышенный КПД установки вследствие упора, создаваемого обоими винтами, причем винты будут работать со скоростями, обеспечивающими равенство моментов на них во всем диапазоне нагрузок.The proposed marine propulsion system with a bi-rotational propulsion motor can significantly reduce the mass and dimensions of the propeller motor and, as a result, increase the capacity and carrying capacity of the vessel. The advantages of the proposed installation can also include increased efficiency of the installation due to the emphasis created by both screws, and the screws will work at speeds that ensure equal moments on them in the entire load range.

Описанные преимущества достигаются тем, что движительная установка судна содержит биротативный гребной электродвигатель с вращающимися в разные стороны относительно корпуса статором и ротором. При этом номинальная частота вращения гребного электродвигателя выбирается равной двойной частоте вращения гребного винта, а мощность выбирается с учетом суммарной номинальной мощности обоих винтов. Таким образом, мощность, передаваемая на гребные винты, остается такой же, как в прототипе, а вот номинальная частота вращения гребного электродвигателя увеличивается в два раза. Такие схемные и конструктивные решения позволяют значительно снизить массу и габариты гребного электродвигателя, а подвижный кольцевой токосъем, закрепленный на трубе поворотного пропульсивного блока, обеспечит возможность поворота колонки в горизонтальной плоскости.The described advantages are achieved in that the ship’s propulsion system comprises a bi-rotational propeller motor with a stator and a rotor rotating in different directions relative to the hull. In this case, the rated speed of the propeller motor is selected equal to the double speed of the propeller, and the power is selected taking into account the total rated power of both screws. Thus, the power transmitted to the propellers remains the same as in the prototype, but the rated speed of the propeller is doubled. Such circuit and structural solutions can significantly reduce the mass and dimensions of the propeller motor, and a movable ring current collector mounted on the pipe of the rotary propulsive block will provide the ability to rotate the column in a horizontal plane.

Судовая движительная установка, конструкция которой представлена на фиг. 1, состоит из заключенного в герметичный обтекаемый корпус 1 приводного электродвигателя 2, трубы 3, соединяющей корпус 1 приводного электродвигателя 2 с корпусом судна 4, тянущего гребного винта 5 и толкающего гребного винта 6. Приводной электродвигатель 2 выполнен биротативным, с вращающимися в разных направлениях статором 7, соединенным с тянущим гребным винтом 5, и ротором 8, соединенным с толкающим гребным винтом 6. Валы статора 7 и ротора 8 расположены соосно и выходят из корпуса 1 приводного электродвигателя 2 в разные стороны, статор 7 приводного биротативного электродвигателя 2 с наружной стороны содержит токосъемные кольца 9 и подшипники 10 и 11, опирающиеся на корпус 1 приводного электродвигателя 2. К токосъемным кольцам 9 прилегают щетки 12 со щеточным механизмом 13, закрепленным на корпусе судна 4, с внутренней стороны статора 7 между статором 7 и ротором 8 установлены подшипники 14, 15, в которых вращается ротор 8.Ship propulsion system, the design of which is shown in FIG. 1, consists of a drive motor 2 enclosed in a sealed streamlined housing 1, a pipe 3 connecting the housing 1 of the drive electric motor 2 to the hull of the vessel 4, the pulling propeller 5 and the pushing propeller 6. The drive motor 2 is made birobative, with a stator rotating in different directions 7, connected to the pulling propeller 5, and the rotor 8, connected to the pushing propeller 6. The shafts of the stator 7 and the rotor 8 are aligned and exit the housing 1 of the drive motor 2 in different directions, the stator 7 is driven The external biotative motor 2 contains current collector rings 9 and bearings 10 and 11, which are supported by the housing 1 of the drive motor 2. Brushes 12 adjoin the collector rings 9 with a brush mechanism 13 mounted on the vessel 4, from the inside of the stator 7 between the stator 7 and the rotor 8 mounted bearings 14, 15, in which the rotor 8 rotates.

Судовая движительная установка, изображенная на фиг. 2, имеет корпус 1 приводного электродвигателя 2 с жестко закрепленной трубой 3, установленные с возможностью поворота в горизонтальной плоскости относительно корпуса судна 4; токосъемное устройство 16, содержащее токосъемные кольца 9 щетки 12 и щеточный механизм 13. Токосъемное устройство 16 выполнено с кольцевым контактом (фиг. 3). Поворотное устройство содержит зубчатое поворотное кольцо 17, закрепленное на трубе 3 корпуса 1 приводного двигателя 2, и поворотные электродвигатели 18 и 19, закрепленные в корпусе судна 4 и механически соединенные с зубчатым поворотным кольцом 17.The ship propulsion system depicted in FIG. 2, has a housing 1 of a drive motor 2 with a rigidly fixed pipe 3, mounted for rotation in a horizontal plane relative to the hull of the vessel 4; a current collection device 16 comprising current collection rings 9 of a brush 12 and a brush mechanism 13. The current collection device 16 is made with an annular contact (Fig. 3). The rotary device comprises a gear rotary ring 17, mounted on the pipe 3 of the housing 1 of the drive motor 2, and rotary motors 18 and 19, mounted in the hull of the vessel 4 and mechanically connected to the gear rotary ring 17.

Предлагаемая судовая движительная установка, изображенная на фиг. 1, работает следующим образом. Принцип работы биротативного приводного электродвигателя 2 состоит в том, что статор 7 и ротор 8 связаны между собой не механически, а только общим электромагнитным полем. Статор 7 и ротор 8 приводят во вращение тянущий 5 и толкающий 6 гребные винты, имеющие разное направление шага винта - один левого направления, другой правого направления. Электромагнитные моменты на статоре 7 и роторе 8 равны по величине, но противоположны по направлению. При этом сумма модулей угловых скоростей статора 7 и ротора 8 - величина постоянная, определяемая угловой скоростью биротативного приводного электродвигателя 2. Таким образом, тянущий 5 и толкающий 6 гребные винты вращаются в разных направлениях, но за счет того, что имеют разное направление шага винта, создают движущие силы, направленные в одну и ту же сторону. Для изменения величины тяги (упора), создаваемых тянущим 5 и толкающим 6 гребным винтом, необходимо изменить электромагнитный момент приводного электродвигателя 2.The proposed ship propulsion system depicted in FIG. 1, works as follows. The principle of operation of the biirotational drive electric motor 2 is that the stator 7 and the rotor 8 are not connected mechanically, but only by a common electromagnetic field. The stator 7 and the rotor 8 rotate the propeller 5, which pushes 6 and 6, pushing 6, having different direction of the pitch of the screw - one of the left direction, the other of the right direction. The electromagnetic moments on the stator 7 and the rotor 8 are equal in magnitude, but opposite in direction. In this case, the sum of the angular velocity modules of the stator 7 and rotor 8 is a constant value determined by the angular velocity of the bi-rotational drive electric motor 2. Thus, the propellers pulling 5 and pushing 6 rotate in different directions, but due to the fact that they have different screw pitch directions, create driving forces directed in the same direction. To change the magnitude of the thrust (emphasis) created by the pulling 5 and pushing 6 propeller, it is necessary to change the electromagnetic moment of the drive motor 2.

В случае если на одном из винтов, тянущем 5 или толкающем 6, возрастет момент сопротивления, то произойдет автоматическое перераспределение скоростей вращения винтов до установления равенства момента на них. Таким образом, предлагаемая судовая движительная установка обладает свойством автоматического регулирования и распределения частот вращения тянущего 5 и толкающего 6 гребных винтов при том, что сумма модулей угловых скоростей статора 7 и ротора 8 остается величиной постоянной. Для создания в судовой движительной установке тяги (упора) противоположного направления необходимо произвести реверс приводного электродвигателя 2.If on one of the screws, pulling 5 or pushing 6, the moment of resistance increases, then the redistribution of the rotational speeds of the screws will occur until the moment is equal on them. Thus, the proposed ship propulsion system has the ability to automatically control and distribute the rotational speeds of the pulling 5 and 6 propellers pushing 6, while the sum of the angular velocity modules of the stator 7 and rotor 8 remains constant. To create in the marine propulsion system thrust (emphasis) of the opposite direction, it is necessary to reverse the drive motor 2.

Для расширения функциональных возможностей движительная установка может быть выполнена полноповоротной (фиг. 2). При таком конструктивном исполнении необходимо обеспечить возможность разворота движительной установки в горизонтальной плоскости относительно корпуса судна 4. Реализация такой возможности осуществляется посредством введения токосъемного устройства 16, выполненного с кольцевым токосъемом (фиг. 3), и редуктора, состоящего из зубчатого поворотного кольца 17, закрепленного на трубе 3 корпуса 1 и поворотных электродвигателей 18 и 19, закрепленных в корпусе судна 4 и механически соединенных с зубчатым поворотным кольцом 17. Поворотные электродвигатели 18 и 19 и зубчатое поворотное кольцо 17 организуют взаимосвязанный электропривод.To expand the functionality of the propulsion system can be made fully rotary (Fig. 2). With this design, it is necessary to provide the possibility of a propulsion system turning in a horizontal plane relative to the hull of the vessel 4. This possibility is realized by introducing a current collector 16 made with an annular current collector (Fig. 3) and a gearbox consisting of a gear rotary ring 17 fixed to the pipe 3 of the housing 1 and rotary motors 18 and 19, mounted in the hull of the vessel 4 and mechanically connected to the gear rotary ring 17. Rotary electromotors tor 18 and 19 and the rotary ring gear 17 interconnected electric organize.

Токосъемное устройство 16 содержит токосъемные кольца 9, щетки 12 и щеточный механизм 13, содержащий кольцевой прижим щеток (фиг. 3). Благодаря предложенному токосъемному устройству 16 появляется возможность осуществления разворота движительной установки относительно корпуса судна. При необходимости поворота движительной установки включаются поворотные электродвигатели 18 и 19, работающие согласованно, и происходит разворот винтов относительно корпуса судна. При таком конструктивном исполнении изменение направления тяги может быть реализовано поворотом движительной установки на 180° без изменения направления вращения биротативного приводного электродвигателя 2.The current collector 16 comprises current collector rings 9, brushes 12, and a brush mechanism 13 comprising an annular clip of brushes (Fig. 3). Thanks to the proposed current collection device 16, it becomes possible to turn the propulsion system relative to the hull. If it is necessary to rotate the propulsion system, the rotary motors 18 and 19 are switched on, working in concert, and the screws are rotated relative to the hull. With this design, a change in the direction of thrust can be implemented by rotating the propulsion system through 180 ° without changing the direction of rotation of the biotic drive electric motor 2.

На фиг. 4 показан один из возможных вариантов использования предлагаемой движительной установки в качестве подруливающего устройства.In FIG. 4 shows one of the possible uses of the proposed propulsion system as a thruster.

Claims

1. A ship propulsion system comprising a drive motor enclosed in a sealed streamlined body, a pipe connecting the body of the drive motor to the hull of the ship, a pulling propeller and a propeller propelling, characterized in that the drive motor is made bi-rotational, with a stator rotating in different directions, connected with a pulling propeller and a rotor connected to a pushing propeller, the stator and rotor shafts being aligned and out of the drive motor housing In different directions, the stator of the drive biotational motor on the outside contains slip rings and bearings resting on the housing of the drive motor, brushes with a brush mechanism attached to the ship hull adjacent to the slip rings, bearings are installed on the inside of the stator between the stator and rotor, in which the rotor rotates.

2. Ship propulsion system according to claim 1, characterized in that the housing of the drive motor with a rigidly fixed pipe is mounted to rotate in a horizontal plane relative to the hull of the vessel, and the collector device containing the collector rings, brushes and brush mechanism is made with an annular contact, the rotary device comprises a gear rotary ring fixed to the pipe of the drive motor housing, and rotary motors mounted in the ship's hull and mechanically connected to the gear collar ring.