Пропульсивная система с погружным электродвигателем

Изобретение относится к судостроению, а именно к пропульсивным системам. Пропульсивная система с погружным электродвигателем содержит автономный корпус и реверсивный погружной электродвигатель, статор которого прикреплен к корпусу, а ротор с внутренней стороны имеет как единое целое круговое кольцо. Катушки статора размещены по кругу параллельно центральной оси двигателя. С обоих торцов статора соосно размещены роторы с круговым кольцом, к внутренней поверхности которого закреплены лопасти гребного винта. Внутренний диаметр кругового кольца равен внутреннему диаметру статора. Оба ротора имеют единый вал, который одновременно является валом гребных винтов. Вал прикреплен к стойкам, закрепленным к несущим конструкциям корпуса и/или статора. Ступицы гребных винтов снабжены подшипниками вала. Достигается увеличение пропульсивных характеристик корабля, а также снижение акустических шумов. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к судостроению, а именно к пропульсивным (винторулевым) системам для надводных кораблей и судов различного водоизмещения, а также может быть применено на подводных аппаратах и других плавсредствах. При соответствующем изменении формы корпуса система может быть использована в трубопроводном транспорте для перекачки жидких сред.

Известны пропульсивные системы фирмы AQUAMASTER [1], содержащие корпус и винт в насадке, а также механическую передачу мощности от двигателя к валу гребного винта. Известны пропульсивные системы этой же фирмы с соосными винтами. Недостатки таких систем - механическая передача мощности имеет существенные массогабаритные характеристики, использование редуктора снижает КПД системы, корпус системы создает сравнительно большое гидродинамическое сопротивление, что также снижает эффективность системы, кроме того системы имеют достаточно сложную конструкцию.

Известны пропульсивные системы фирмы SHOTTEL GmbH с погружным электродвигателем [2], содержащие корпус, электродвигатель в корпусе, на валу которого насажен гребной винт. Недостатки - сравнительно небольшой КПД винта, работающего в стесненных условиях, а также существенное гидродинамическое сопротивление корпуса системы, что снижает эффективность ее работы.

Известен водометный движительно-двигательный комплекс [3], содержащий автономный корпус с погружным электродвигателем, статор которого прикреплен к корпусу, а ротор с внутренней стороны имеет как единое целое круговое кольцо. Принят за прототип.

Недостатки прототипа - отсутствие устойчивого вращения ротора, возможность повышенной вибрации и шумов от опорно-упорных устройств, сравнительно низкая их ремонтопригодность и относительная сложность конструкции комплекса.

Технический результат изобретения - обеспечение устойчивого вращения ротора, упрощение конструкции комплекса, снижение уровня вибрации и шума, улучшение ремонтопригодности, повышение КПД.

Технический результат достигается тем, что пропульсивная система с погружным электродвигателем содержит автономный корпус в виде направляющей насадки и реверсивный погружной электродвигатель, статор которого прикреплен к корпусу, а ротор с внутренней стороны имеет как единое целое круговое кольцо. Катушки статора размещены по кругу параллельно центральной оси двигателя, а с обоих торцов статора соосно размещены роторы с круговым кольцом, к внутренней поверхности которого закреплены лопасти гребного винта. При этом внутренний диаметр кругового кольца равен внутреннему диаметру статора. Оба ротора имеют единый вал, который одновременно является валом гребных винтов, причем вал прикреплен к стойкам, закрепленным к несущим конструкциям корпуса системы и/или статора, а ступицы гребных винтов снабжены подшипниками вала.

Стойки выполнены полыми из композиционных материалов, отличающихся максимальными значениями внутренних потерь, могут быть заполнены вибропоглощающими материалами, расширяющими диапазон частот эффективного звуко- и вибропоглощения, могут иметь по длине виброакустические развязки. При этом стойки имеют оптимальный гидродинамический профиль, обеспечивающий минимальное сопротивление. К кормовым стойкам или к кормовой части корпуса системы крепятся перья рулевого устройства.

Пропульсивная система с погружным электродвигателем изображена на фиг.1 (вертикальный продольный разрез), фиг.2 (вид спереди) и фиг.3 (вариант размещения стоек).

Система включает корпус (насадку) 1, несущую конструкцию движителя 2, токоввод катушки статора электродвигателя 3, катушки статора 4, наружную обойму статора 5, внутреннюю разборную обойму статора 6, корпус ротора электродвигателя 7, высококоэрцетивный магнит 8, магнитопровод ротора 9, круговое кольцо 10, гребной винт 11, вал 12 и ступицу винта 13, носовую стойку (носовые стойки) 14, носовой подшипник вала 15, кормовую стойку (кормовые стойки) 16, кормовой подшипник вала 17, перо рулевой установки 18.

Устройство работает следующим образом. При подаче электроэнергии по токовводу 3 в катушки статора электродвигателя 4 происходит вращение роторов 7 с кольцом 10 и, следовательно, приходят во вращение гребные винты 11. Засасываемый гребными винтами поток воды натекает на лопасти гребных винтов 11, образуется сила тяги. Лопасти отбрасывают воду на периферию к внутренней поверхности кольца. При этом образуется разрежение по центру кольца, что приводит к увеличению объема воды, проходящей через винт, на 30-40%. За счет этого эффекта может быть уменьшен диаметр гребных винтов без ухудшения их КПД, снижена частота вращения и, как следствие, уменьшен шум. Кормовой гребной винт может иметь вращение в одну сторону с носовым или в противоположную сторону. Это зависит от расстояния между гребными винтами. При небольшом расстоянии кормовой гребной винт может служить выпрямителем потока от носового гребного винта, для чего будет вращаться в противоположную сторону. Постоянные магниты кормового ротора при этом будут иметь одинаковые с носовым ротором полюсы к катушкам статора.

Для поворота судна на тот или иной борт, в случае невозможности вращения штанги 19, производят поворот пера (перьев) 18 рулевого устройства.

Предлагаемая пропульсивная система по сравнению с существующими имеет сравнительно малый вес и габариты. Может быть размещена в любой части корпуса судна, на любом разумном удалении от корпуса (на подводном крыле, на рулях или вместо них, в откидных и поворотных колонках, между корпусами многокорпусных судов и т.п.) независимо от места размещения источника электрического тока. В системе отсутствует гребной вал, проходящий через корпус судна. Система не требует охлаждения. Возможно достижение низких уровней вибрации и шума в помещениях судна, а также в окружающем водном пространстве. Система обладает хорошей ремонтопригодностью, проста в обслуживании. Диапазон мощностей системы в таком исполнении практически не ограничивается [4].

Применение предлагаемой пропульсивной системы по сравнению с системами с механической передачей на винт (например, [1]) позволит ориентировочно снизить массу оборудования и объем занимаемых средствами электродвижения в пределах 20-40%, увеличить пропульсивные характеристики корабля не менее чем на 15-20% [5], снизить в 2-3 раза и более уровень шума и вибрации в помещениях корабля и в окружающей водной среде.

По сравнению с существующими пропульсивными системами с погружным электродвигателем (например, [2]) следует ожидать снижения массы и габаритов системы, увеличения пропульсивных характеристик корабля не менее чем на 10-15%, а также дальнейшего снижения вибрации и акустических шумов.

Применение автономного корпуса в виде направляющей насадки позволит увеличить тягу в 1,3-2 раза, существенно повысить КПД системы.

Часть системы (кроме ее корпуса), заключенная в несущей конструкции движителя 2, может быть применена для встраивания в круговую туннель корпуса судна, например в подруливающем устройстве, в водовод водометного движителя, в трубопровод транспорта текучих сред (газа, жидкости).

Источники информации

1. Excellence in Propulsion "News from the KaMeWa Group", Number 1, July 1997.

2. WWW.Schottel.de.

3. Патент РФ № 2204502, публ. 2003.

4. "Demonstration and spin-off of the Integral Motor/ Propeller Propulsion System", Proceedings, 1994, Technical Innovation Symposium, 7-9 September 1994, pp.109-124.

5. Вексляр В.Я. Поиск путей совершенствования конструкции движителей и пропульсивных систем боевых кораблей и судов. 3-я международная конференция и выставка по морским интеллектуальным технологиям, "Morintex - 1999", 14-16 сентября 1999 г., Санкт-Петербург.

1. Пропульсивная система с погружным электродвигателем, содержащая автономный корпус и реверсивный погружной электродвигатель, статор которого прикреплен к корпусу, а ротор с внутренней стороны имеет как единое целое круговое кольцо, отличающаяся тем, что катушки статора размещены по кругу параллельно центральной оси двигателя, с обоих торцов статора соосно размещены роторы с круговым кольцом, к внутренней поверхности которого закреплены лопасти гребного винта, при этом внутренний диаметр кругового кольца равен внутреннему диаметру статора, оба ротора имеют единый вал, который одновременно является валом гребных винтов, причем вал прикреплен к стойкам, закрепленным к несущим конструкциям корпуса и/или статора, а ступицы гребных винтов снабжены подшипниками вала.

2. Пропульсивная система по п.1, отличающаяся тем, что автономный корпус выполнен в виде направляющей насадки.

3. Пропульсивная система по п.1, отличающаяся тем, что стойки выполнены полыми и заполнены вибропоглощающими материалами.

4. Пропульсивная система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что стойки выполнены из композитных материалов с максимальными значениями коэффициента внутренних потерь и имеют виброакустические развязки по длине стоек.

5. Пропульсивная система по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что стойки имеют оптимальный гидродинамический профиль, обеспечивающий минимальное гидродинамическое сопротивление.

6. Пропульсивная система по п.1, отличающаяся тем, что к кормовым стойкам крепятся перья рулевого устройства.

7. Пропульсивная система по п.1, отличающаяся тем, что перья рулевого устройства закреплены на кормовой части корпуса за винтом.