RU2617310C2

RU2617310C2 - Combined propulsion system vessel

Info

Publication number: RU2617310C2
Application number: RU2015138413A
Authority: RU
Inventors: Владимир Александрович Бушковский; Вадим Петрович Ильин; Андрей Васильевич Чалов; Владимир Михайлович Юрлов; Роман Игоревич Кушнер
Priority date: 2015-09-09
Filing date: 2015-09-09
Publication date: 2017-04-24
Also published as: RU2015138413A

Abstract

FIELD: transportation.

SUBSTANCE: combined propulsion system comprises a body vessel in the form of an axially symmetric ring of the ship heads to accommodate a reversible electric motor performance and immersion features, placed downstream of the impeller coaxially with it, the propeller. Reversive electric motor has a built-in stator, and a rotor, slidably disposed in the housing. The impeller without hubs includes blades, that are attached to the inner side of the circular ring. The circular ring is suspended on thrust structures and fixed inside the rotor of mentioned electric motor. The propeller is located at the end of the propeller shaft, which passes along with deadwood. The propeller and impeller are equipped with actuators, that are capable of providing them with an opposite rotation and equipped with autonomous stoppers, which are arranged to provide a stop of rotation independently.

EFFECT: increase of the propulsion ship complex efficiency for all modes of operation of the vessel.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области судостроения и касается вопроса повышения эффективности использования водометных движителей для водоизмещающих судов.The invention relates to the field of shipbuilding and relates to the issue of increasing the efficiency of the use of water-jet propulsors for displacement vessels.

Известен водометный двигательно-движительный комплекс (ВДДК), содержащий осесимметричный корпус в виде судовой кольцевой насадки и размещенный в нем реверсивный электродвигатель погружного исполнения со статором и подвижно установленным круговым кольцом с закрепленными на его внутренней стороне лопастями, представляющим собой рабочее колесо (РК) движителя, и выполненным как единое целое с ротором упомянутого электродвигателя, закрепленным на круговом кольце с наружной стороны кольца, причем круговое кольцо зафиксировано на опорно-упорных устройствах. Длина лопастей РК составляет 0,4-0,5 внутреннего радиуса кругового кольца, а образующая внутренней поверхности носовой части корпуса на входе потока имеет синусоидальную форму (Патент РФ №2204502 от 20.05.2003 г.) - прототип.Known water-jet propulsion and propulsion system (VDK), containing an axisymmetric hull in the form of a ship's ring nozzle and placed in it a reversible electric motor with a stator and movably mounted circular ring with blades fixed on its inner side, which is the impeller (RK) of the propeller, and made as a unit with the rotor of the aforementioned electric motor, mounted on a circular ring on the outer side of the ring, and the circular ring is fixed on the supporting porn devices. The length of the blades of the Republic of Kazakhstan is 0.4-0.5 of the inner radius of the circular ring, and the generatrix of the inner surface of the bow of the body at the inlet of the stream has a sinusoidal shape (RF Patent No. 2204502 from 05.20.2003) - prototype.

Недостатком известного движительного комплекса является довольно низкий кпд вследствие того, что при работе РК ВДДК часть энергии потока затрачивается на его неизбежную закрутку за РК, что является негативным фактором, приводящим к потерям энергии. Кроме того, сами двигатели подобных движителей имеют значительные ограничения по мощности, что не позволяет их применять на судах среднего и большого водоизмещения в качестве основного двигателя-движителя.A disadvantage of the known propulsion system is the rather low efficiency due to the fact that during the work of the RC VDK part of the flow energy is spent on its inevitable swirling behind the RC, which is a negative factor leading to energy losses. In addition, the engines of such propulsion engines themselves have significant power limitations, which does not allow their use on ships of medium and large displacement as the main propulsion engine.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение кпд двигательно-движительного комплекса судна на всех режимах эксплуатации судна, в том числе на судах среднего и большого водоизмещения, за счет сохранения энергии потока, затрачиваемой на закрутку потока, путем устранения указанной закрутки.The objective of the invention is to increase the efficiency of the propulsion system of the vessel in all modes of operation of the vessel, including vessels of medium and large displacement, by conserving the flow energy spent on the flow swirl by eliminating the specified swirl.

Это достигается тем, что комбинированный двигательно-движительный комплекс (КДДК) судна, содержащий корпус в виде осесимметричной судовой кольцевой насадки с размещенным в нем реверсивным электродвигателем погружного исполнения, имеющим вмонтированный в корпус статор и подвижно размещенный в корпусе ротор, бесступичное рабочее колесо, состоящее из лопастей, закрепленных на внутренней стороне кругового кольца, подвешенного на опорно-упорных конструкциях и закрепленного внутри ротора упомянутого электродвигателя, с которым круговое кольцо выполнено как единое целое, по изобретению оснащен размещенным вниз по потоку за рабочим колесом, соосно с ним, гребным винтом (ГВ), расположенным на конце гребного вала, проходящего наряду с дейдвудом сквозь просвет между внутренними концами лопастей рабочего колеса и соединенного с приводным двигателем, размещенным в корпусе судна. Гребной винт установлен с минимальным зазором между концами его лопастей и внутренней поверхностью кольцевой насадки. Причем гребной винт и рабочее колесо оборудованы приводами, выполненными с возможностью обеспечения им противоположного вращения. При этом гребной винт и рабочее колесо оснащены автономными стопорами, выполненными с возможностью обеспечения остановки их вращения независимо друг от друга.This is achieved by the fact that the combined propulsion and propulsion complex (KDK) of the vessel, comprising a hull in the form of an axisymmetric ship ring nozzle with a submersible reversible electric motor mounted in it, having a stator mounted in the hull and a rotor movably placed in the hull, an infinitely impeller, consisting of blades mounted on the inner side of a circular ring suspended on supporting-thrust structures and fixed inside the rotor of the aforementioned electric motor, with which the ring is made as a whole, according to the invention, it is equipped with a propeller located downstream of the impeller, coaxial with it, located at the end of the propeller shaft, passing along with deadwood through the gap between the inner ends of the impeller blades and connected to the drive motor placed in the hull. The propeller is installed with a minimum clearance between the ends of its blades and the inner surface of the annular nozzle. Moreover, the propeller and impeller are equipped with drives made with the possibility of providing them with the opposite rotation. At the same time, the propeller and the impeller are equipped with autonomous stoppers made with the possibility of stopping their rotation independently of each other.

Кроме того, в предпочтительном варианте исполнения зазор между концами лопастей гребного винта и внутренней поверхностью кольцевой насадки составляет 0,01-0,015 радиуса лопасти.In addition, in a preferred embodiment, the gap between the ends of the propeller blades and the inner surface of the annular nozzle is 0.01-0.015 of the radius of the blade.

Введение в состав КДДК установленного вниз по потоку за рабочим колесом, соосно с ним, гребного винта, закрепленного на конце приводного вала, проходящего сквозь рабочее колесо в круговом просвете между внутренними концами лопастей рабочего колеса, который соединен с приводным двигателем, позволяет при стопорении ГВ и при работающем РК обеспечить раскрутку потока после рабочего колеса, то есть гребной винт выполняет функцию спрямляющего аппарата потока за рабочим колесом, и тем самым устранить потери энергии потока на его закрутку. При вращении же гребного винта в сторону, противоположную от направления вращения рабочего колеса при застопоренном РК, последний выполняет функцию направляющего аппарата, закручивающего перед гребным винтом набегающий на него поток в направлении, противоположном вращению ГВ. В результате поток на выходе из ГВ оказывается без закрутки. Благодаря этому в обоих режимах работы РК и ГВ обеспечивается сбережение энергии на закрутку потока и, как следствие, - повышение кпд КДДК. В случае одновременного вращения ГВ и РК (в противоположные стороны) при надлежащем выборе частоты вращения РК и ГВ обеспечивается снижение интенсивности закрутки потока. Преимущество такого режима работы движителя состоит в обеспечении высокого значения полной скорости хода судна за счет повышения потребляемой мощности от двух упомянутых двигателей.The introduction of the KDK installed downstream behind the impeller, coaxially with it, of a propeller mounted on the end of the drive shaft passing through the impeller in a circular clearance between the inner ends of the impeller blades, which is connected to the drive motor, allows for locking when the RK is working, to ensure the flow promotion after the impeller, that is, the propeller performs the function of a flow straightener behind the impeller, and thereby eliminate the flow energy loss for its spin. When the propeller rotates in the direction opposite to the direction of rotation of the impeller with the RC locked, the latter performs the function of a guiding apparatus, which swirls the flow running on it in front of the propeller in the direction opposite to the rotation of the hot water. As a result, the flow at the outlet from the hot water turns out to be without swirling. Due to this, in both modes of operation of the RK and GV, energy is saved for swirling the flow and, as a result, an increase in the efficiency of the KDK. In the case of simultaneous rotation of the hot water and the hot water (in opposite directions), with the appropriate choice of the rotational speed of the hot water and the hot water, a decrease in the flow swirl intensity is provided. The advantage of such an operating mode of the propulsion device is to provide a high value of the total speed of the vessel by increasing the power consumption from the two engines mentioned.

Установка ГВ с минимальным зазором между концами его лопастей и внутренней поверхностью корпуса насадки, составляющим 0,01-0,015 радиуса лопасти, позволяет повысить эффективность работы ГВ.The installation of hot water with a minimum gap between the ends of its blades and the inner surface of the nozzle body, comprising 0.01-0.015 radius of the blade, improves the efficiency of the hot water.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого комбинированного двигательно-движительного комплекса судна, на фиг. 2 - разрез по А-A на фиг. 1 и на фиг. 3 - разрез по Б-Б на фиг. 1.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a General view of the proposed combined propulsion and propulsion complex of the vessel, in FIG. 2 is a section along AA in FIG. 1 and in FIG. 3 is a section along BB in FIG. one.

КДДК судна имеет корпус 1 в виде осесимметричной судовой кольцевой насадки, в котором размещен реверсивный электродвигатель погружного исполнения, состоящий из вмонтированного в корпус 1 статора 2 и подвижно размещенного в корпусе 1 ротора 3 реверсивного электродвигателя (фиг. 1). Внутри кольцевой насадки установлено бесступичное рабочее колесо 4, состоящее из лопастей 5, закрепленных на внутренней стороне кругового кольца 6, подвешенного на опорно-упорных конструкциях (на рисунке не показаны). Круговое кольцо 6 закреплено внутри ротора 3 упомянутого электродвигателя, с которым круговое кольцо 6 выполнено как единое целое (фиг. 1, 2). Вниз по потоку за рабочим колесом 4, соосно с ним, размещен лопастной гребной винт 7, который расположен на гребном валу 8, консольно выходящем из приводного двигателя (не показан), размещенного в корпусе судна, и проходящем наряду с дейдвудом сквозь просвет между внутренними концами лопастей 5 рабочего колеса 4. Гребной винт 7 установлен с минимальным зазором между концами его лопастей 9 и внутренней поверхностью корпуса 1 насадки, составляющим 0,01-0,015 радиуса лопасти 9 (фиг. 1). Гребной винт 7 и рабочее колесо 4 оборудованы приводами (не показаны) для обеспечения их противоположного вращения и автономными стопорами (не показаны) для остановки их вращения. Число лопастей гребного винта 7 и рабочего колеса 4 выбирается из условия выполнения требований получения наивысшего кпд.KDK vessel has a hull 1 in the form of an axisymmetric ship's ring nozzle, which houses a submersible reversible electric motor, consisting of a stator 2 mounted in the hull 1 and movable placed in the hull 1 of the rotor 3 of the reversing electric motor (Fig. 1). An annular impeller 4 is installed inside the annular nozzle, consisting of blades 5 mounted on the inner side of the circular ring 6 suspended on supporting-thrust structures (not shown in the figure). The circular ring 6 is fixed inside the rotor 3 of the aforementioned electric motor, with which the circular ring 6 is made as a unit (Fig. 1, 2). Downstream of the impeller 4, coaxially with it, there is placed a blade propeller 7, which is located on the propeller shaft 8, cantilever emerging from a drive motor (not shown) located in the hull of the vessel, and passing along with deadwood through the gap between the inner ends the blades 5 of the impeller 4. The propeller 7 is installed with a minimum clearance between the ends of its blades 9 and the inner surface of the nozzle body 1, comprising 0.01-0.015 of the radius of the blade 9 (Fig. 1). The propeller 7 and the impeller 4 are equipped with drives (not shown) to ensure their opposite rotation and autonomous stoppers (not shown) to stop their rotation. The number of propeller blades 7 and the impeller 4 is selected from the conditions for meeting the requirements for obtaining the highest efficiency.

Дейдвуд 11 предназначен для прохождения вала 8.Deadwood 11 is designed to pass the shaft 8.

Кольцевая насадка крепится к корпусу судна посредством кронштейнов 10.The annular nozzle is attached to the hull by means of brackets 10.

Работа КДДК судна осуществляется следующим образом. На больших режимах (полной скорости) эксплуатации судна вращается рабочее колесо 4, работающее от реверсивного электродвигателя, на который подается электропитание; гребной винт 7 за рабочим колесом 4 при этом тоже вращается, но в противоположную сторону с помощью гребного вала 8 и приводного электродвигателя, расположенного в корпусе судна. При вращении РК 4 полезный упор создается по аналогии с традиционным гребным винтом. Лопасти противоположно вращающегося ГВ 7 также создают полезный упор, при этом одновременно происходит утилизация энергии потока, идущей на его закрутку от работающего РК 4, что в итоге приводит к существенному повышению кпд КДДК и тяги.The work of the KDK ship is as follows. At high modes (full speed) of operation of the vessel, the impeller 4 rotates, operating from a reversible electric motor, to which power is supplied; the propeller 7 behind the impeller 4 also rotates, but in the opposite direction with the help of the propeller shaft 8 and a drive motor located in the hull. When rotating the PK 4, a useful emphasis is created by analogy with a traditional propeller. The blades of the oppositely rotating GV 7 also create a useful emphasis, while at the same time the energy of the flow going to its swirl from the working RK 4 is utilized, which ultimately leads to a significant increase in the efficiency of the KDK and thrust.

На малых скоростях движения судна по первому варианту работы КДДК, когда вращается только РК 4 от реверсивного электродвигателя, а ГВ 7 за РК 4 застопорен, поток за РК 4 закручивается, что является негативным фактором, свидетельствующим о потерях энергии и, соответственно, о понижении кпд движителя. Одновременно при обтекании потоком воды системы лопастей застопоренного ГВ 7, расположенного за РК 4, на лопастях ГВ 7 также создается упор, а закрутка потока устраняется.At low vessel speeds according to the first variant of the KDK operation, when only RC 4 rotates from a reversible electric motor, and GW 7 behind RC 4 is blocked, the flow behind RC 4 is twisted, which is a negative factor indicating energy losses and, accordingly, a decrease in efficiency mover. At the same time, when a stream of water flows around the system of blades of a locked GV 7 located behind RK 4, emphasis is also created on the blades of GV 7, and the swirl of the flow is eliminated.

При втором варианте движения судна на малой скорости РК 4 застопорено и предварительно закручивает поток перед вращающимся ГВ 7. В этом случае за счет закрутки потока, противоположной направлению вращения ГВ 7, на последнем создается упор, больший, чем при отсутствии РК 4, и, как следствие, необходимая скорость хода достигается при пониженной частоте вращения ГВ.In the second version of the vessel’s movement at low speed, the RC 4 is blocked and pre-spins the flow before the rotating HS 7. In this case, by twisting the flow opposite to the direction of rotation of the HS 7, an emphasis is created on the latter, which is greater than in the absence of RC 4 and, as Consequence, the necessary speed is achieved at a lower rotational speed.

При правильно спроектированном ГВ 7 достигается полное устранение закрутки потока, что обеспечивает получение наивысшего кпд.With a correctly designed GV 7, a complete elimination of the flow swirl is achieved, which ensures the highest efficiency.

Число оборотов гребного винта и рабочего колеса при их автономном или совместном вращении выбирается для каждого режима движения судна из условия достижения наибольшей тяги.The number of revolutions of the propeller and the impeller during their independent or joint rotation is selected for each mode of movement of the vessel from the condition of achieving the highest thrust.

Предлагаемый КДДК судна позволяет в зависимости от решаемой задачи снизить энергопотребление или увеличить скорость движения, повышая при этом его кпд в том числе и на судах среднего и большого водоизмещении, что выгодно отличает его от прототипа.The proposed KDKK of the vessel allows, depending on the task to be solved, reduce energy consumption or increase speed, while increasing its efficiency, including on vessels of medium and large displacement, which distinguishes it from the prototype.

Claims

1. The combined propulsion and propulsion complex of the vessel, comprising a hull in the form of an axisymmetric ship's ring nozzle with a submersible reversible electric motor mounted in it, having a stator mounted in the hull and a rotor movably placed in the hull, a stepless impeller, consisting of blades mounted on the inside a circular ring suspended on supporting-thrust structures and fixed inside the rotor of the aforementioned electric motor, with which the circular ring is made as a single A file, characterized in that it is equipped with a propeller located downstream of the impeller, coaxial with it, located at the end of the propeller shaft, passing along with deadwood through the gap between the inner ends of the impeller blades and connected to the drive motor located in the housing the vessel, the propeller is installed with a gap between the ends of its blades and the inner surface of the annular nozzle, and the propeller and the impeller are equipped with actuators configured to provide them with the opposite th rotation, the propeller and impeller equipped with autonomous stoppers adapted to ensure stop of rotation independently.

2. The combined propulsion and propulsion complex of the vessel according to claim 1, characterized in that the gap between the ends of the propeller blades and the inner surface of the annular nozzle is 0.01-0.015 of the radius of the propeller blade.