Способ создания тяги в кольцевом движительном устройстве



Способ создания тяги в кольцевом движительном устройстве
Способ создания тяги в кольцевом движительном устройстве
Способ создания тяги в кольцевом движительном устройстве

 


Владельцы патента RU 2524798:

Российская Федерация,от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации (RU)

Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано в конструкциях винтовых движителей и устройствах активного управления плавательными средствами. Для создания тяги в кольцевом движительном устройстве осуществляют забор воды из окружающего пространства через входной канал кольцевыми гребными винтами для ускорения воды в водопроточном канале, образованном насадкой и ротором устройства, и выброс воды через выходной канал. Забор воды дополнительно осуществляют через, по крайней мере, один боковой канал, размещенный в насадке между кольцевыми гребными винтами. Достигается расширение диапазона эффективной работы движителя. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано в конструкциях винтовых движителей и устройствах активного управления плавательными средствами.

Известен способ создания тяги при помощи гребного винта, включающий забор воды из окружающего пространства через входной канал, придание ей ускорения гребным винтом, закрепленным на гондоле, и выброс воды через выходной канал (см. Э.П.Лебедев и др. «Средства активного управления судами», Ленинград, изд. «Судостроение», 1969 г., стр.118). Недостатком известного способа является узкий диапазон эффективной работы движителя.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ создания тяги в кольцевом движительном устройстве, включающий забор воды из окружающего пространства через входной канал, придание ей кольцевыми гребными винтами ускорения в водопроточном канале, образованном насадком и ротором устройства, и выброс воды через выходной канал (см. патент США №5306183, НКИ 440/6, 310/114). Недостатком известного способа является ограниченный диапазон эффективного регулирования величины тяги в кольцевом движительном устройстве. Дело в том, что в плавательных средствах приходится изменять тягу движительного устройства для придания средству различных режимов движения: экономичного на малых скоростях, форсированного на больших скоростях и др. При этом работа на каждом режиме должна проходить с высокой эффективностью (высоким кпд), что невозможно в существующем способе.

Цель настоящего изобретения - расширение диапазона эффективной работы движителя.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе, включающем забор воды из окружающего пространства через входной канал, придание ей кольцевыми гребными винтами ускорения в водопроточном канале, образованном насадком и ротором устройства, и выброс воды через выходной канал, в нем забор воды дополнительно осуществляют через, по крайней мере, один боковой канал, размещенный в насадке между кольцевыми гребными винтами. Забор воды через боковой канал позволяет уменьшить гидравлическое сопротивление участка водопроточного канала к работающему гребному винту. В этом случае работает только гребной винт, расположенный между боковым и выходным каналами, а гребные винты, расположенные между боковым и входным каналами не работают. При такой схеме работы тяга движителя минимальная (экономичный режим), но эффективность работы движителя высокая. По мере необходимости увеличения тяги к работе подключаются гребные винты в зоне от бокового до входного канала и при работе всех гребных винтов создается максимальная тяга (форсированный режим). Изменение тяги при сохранении высокого кпд может осуществляться и за счет других факторов: разнонаправленного вращения кольцевых гребных винтов (вращение одних винтов по часовой стрелке, а других против часовой) и изменения частоты вращения гребных винтов. Частота вращения каждого конкретного гребного винта определяется не только из условия создания необходимой величины тяги, но и зависит от диаметра водопроточного канала, то есть зависит от геометрии этого канала в том месте, где установлен этот гребной винт. Чем меньше диаметр водопроточного канала, тем больше должна быть частота вращения гребного винта при прочих равных условиях. Это обеспечивает уменьшение гидравлического сопротивления при прохождении жидкости через канал при постоянстве ее расхода. Следует отметить, что разнонаправленное вращение гребных винтов и изменение частоты их вращения достаточно легко реализуются именно на кольцевых движительных устройствах, когда лопасти гребных винтов установлены на роторах электродвигателей. Для создания более однородного набегающего потока перед гребными винтами осуществляют его спрямление с помощью спрямляющих аппаратов, которые установлены перед каждым последующим гребным винтом. К этому же эффекту приводит и разнонаправленное вращение гребных винтов. Если один гребной винт вращается по часовой стрелке, то гребной винт, следующий за ним по ходу движения, будет вращаться уже против часовой стрелки.

Кольцевое движительное устройство плавательного средства, с помощью которого реализуется предлагаемый способ, приведено на фиг.1-3 со следующими обозначениями:

1 - насадка;

2 - роторы;

3 - водопроточный канал;

4 - лопасти гребного винта;

5 - боковой канал;

6 - входной канал;

7 - выходной канал;

8 - спрямляющие аппараты.

На фиг.1 представлена схема кольцевого движительного устройства с одним боковым каналом и цилиндрическим водопроточным каналом, на фиг.2 представлено это же устройство, но с двумя боковыми каналами и коническим водопроточном каналом, на фиг.3 - это же устройство со спрямляющими аппаратами.

Предлагаемое кольцевое движительное устройство состоит из электродвигателей, установленных в общей насадке (кольцевой статор) 1 и включающих кольцевые роторы 2, образующие совместно с насадкой 1 водопроточный канал 3. Лопасти 4 гребного винта установлены на роторе 2, а вершины лопастей расположены в районе оси водопроточного канала 3. Между рядами кольцевых гребных винтов в кольцевой насадке 1 расположен боковой канал 5. В данном устройстве установлены (в зависимости от схемы) от трех до пяти кольцевых гребных винтов, расположенных между входным 6 и выходным 7 каналами. Боковых каналов может быть различное количество. На фиг.1 показан один боковой канал, а на фиг.2 и 3 - два боковых канала. Перед гребными винтами, кроме первого, (фиг.3) расположены спрямляющие аппараты 8.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом. При подаче напряжения к электродвигателю (фиг.1) ротор 2 начинает вращаться относительно насадки (статора) 1. Лопасти гребного винта 4, установленные на кольцевом роторе 2, также начинают вращаться, создавая определенную тягу. При необходимости обеспечения экономичного режима работает только пятый гребной винт. Забор воды осуществляют через боковой канал, а винты с первого по четвертый не работают. Неработающие винты создают большое гидравлическое сопротивление и необходимый забор воды осуществляют именно через боковой канал. При необходимости увеличения тяги включают четвертый гребной винт. Для дальнейшего увеличения тяги включают третий, второй гребные винты, а для максимальной тяги и первый гребной винт. Без бокового канала создать эффективный режим работы движителя на небольшой тяге невозможно, так как при работе только пятого гребного винта прокачать воду через первые четыре неработающих гребных винтов очень сложно из-за большого гидравлического сопротивления. Таким образом, при наличии бокового канала и попеременном включении гребных винтов создается возможность регулировать тягу в кольцевом движительном устройстве в широком диапазоне с эффективной работой движителя. Следует отметить, что боковых каналов может быть больше одного, например два или три. На фиг.2 и 3 их показано два. Но все они должны располагаться в насадке между кольцевыми гребными винтами. В этом случае регулирование тяги возможно еще в большем диапазоне с меньшим шагом и высокой эффективностью. Спрямление набегающего на гребной винт потока воды обеспечивает однородность потока, что способствует повышению эффективности работы устройства. В зависимости от конкретного конструктивного исполнения устройства, количество гребных винтов, расположенных между боковым и входным каналами, может быть от одного до нескольких, в зависимости от задачи, которую решает каждое конкретное движительное устройство.

1. Способ создания тяги в кольцевом движительном устройстве, включающий забор воды из окружающего пространства через входной канал, придание ей кольцевыми гребными винтами ускорения в водопроточном канале, образованном насадкой и ротором устройства, и выброс воды через выходной канал, отличающийся тем, что забор воды дополнительно осуществляют через, по крайней мере, один боковой канал, размещенный в насадке между кольцевыми гребными винтами.

2. Способ создания тяги в кольцевом движительном устройстве по п.1, отличающийся тем, что вращение кольцевых гребных винтов осуществляют разнонаправлено.

3. Способ создания тяги в кольцевом движительном устройстве по п.1, отличающийся тем, что вращение кольцевых гребных винтов осуществляют с различной частотой.

4. Способ создания тяги в кольцевом движительном устройстве по п.3, отличающийся тем, что с уменьшением диаметра водопроточного канала частоту вращения кольцевого гребного винта увеличивают.

5. Способ создания тяги в кольцевом движительном устройстве по п.1, отличающийся тем, что после каждого кольцевого гребного винта осуществляют спрямление потока воды.

6. Способ создания тяги в кольцевом движительном устройстве по п.1, отличающийся тем, что при работающем кольцевом гребном винте, расположенном между боковым и выходным каналами, выключают один, несколько или все кольцевые гребные винты, расположенные между боковым и входным каналами.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к судовым двигательно-движительным установкам. Тихоходный гребной электродвигатель с возбуждением от высококоэрцитивных магнитов непосредственного жидкостного охлаждения с электроснабжением и управлением от частного преобразователя содержит гребной электродвигатель, вал, редуктор, источник электропитания и статический преобразователь параметров электроэнергии.

Изобретение относится к судостроению, в частности к электроэнергетическим установкам судов с преобразователями частоты и гребными электродвигателями. Судовая электроэнергетическая установка содержит главные двигатели или турбины, главные синхронные генераторы, обмотки статора, автоматические выключатели, главный распределительный щит, трансформаторы, преобразователи частоты, линии питания, гребные электродвигатели.

Изобретение относится к устройствам электрического привода для передачи энергии от первичного теплового двигателя к движителям. Судовая двигательно-движительная установка с накопителем энергии содержит: тепловой двигатель, первый вал, вариатор, второй вал, на котором установлен гребной винт.

Изобретение относится к судостроению, в частности к судовым электроэнергетическим установкам с валогенераторами. Судовая электроэнергетическая установка содержит первый тепловой двигатель, второй тепловой двигатель, валогенератор, генератор, первый, второй и третий валы, вариатор, который соединен с гребным винтом, систему управления, шины питания, датчики скорости вращения.

Изобретение относится к области судостроения, а конкретно - к забортным двигательно-движительным агрегатам. Судовая двигательно-движительная установка содержит: тепловой двигатель, первый вал, вариатор, второй вал, соединенный с гребным винтом, систему управления.

Изобретение относится к судовой электротехнике и может быть использовано в качестве электроэнергетической установки как на надводных, так и на подводных судах. Установка содержит: дизель-генератор, блок аккумуляторных батарей, генератор на топливных элементах, инвертор, преобразователь DC/DC, к выходам которых подключены общесудовые потребители и потребители собственных нужд генератора на топливных элементах, на переменном и постоянном токе, зарядное устройство, гребной электродвигатель, механически связанный с винтом, и блок автоматического управления и контроля.

Изобретение относится к электрической передаче мощности тягового транспортного средства. Электрическая передача содержит первичный тепловой двигатель, асинхронный генератор переменного тока с фазным ротором, тяговый асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором, обратимый статический преобразователь частоты.

Изобретение относится к судостроению. Судовая валогенераторная установка, подключаемая к винту (4) гребному, имеет в своем составе двигатель (1) приводного вала, разъединительные муфты (2), (5), редуктор (3) и валогенератор (6) (электрическую машину с возбуждением от постоянных магнитов).

Изобретение относится к области судовых энергетических установок. .

Изобретение относится к судостроению, в частности к электроэнергетическим установкам судов с преобразователями частоты и гребными электродвигателями. Судовая электроэнергетическая установка содержит главные дизели или турбины, главные синхронные генераторы, аварийный дизель-генератор, обмотки статора, главный распределительный щит, входы выпрямителей преобразования частоты. Обмотки статора через автоматические выключатели подключены к линиям питания главного распределительного щита, к которым через автоматические выключатели подключены входы выпрямителей преобразователей частоты. Число выпрямителей равно числу линий главного распределительного щита, выходы выпрямителей подключены к входам многоуровневых инверторов, составляющих с выпрямителями преобразователи частоты, питающие гребные электродвигатели. К каждой линии главного распределительного щита через автоматические выключатели подключены также первичные многофазные обмотки трансформаторов с вращающимся магнитным полем, а вторичные трехфазные обмотки этих трансформаторов через автоматические выключатели присоединены к трехфазной линии питания распределительного щита остальных судовых потребителей. Обмотка статора аварийного дизель-генератора через автоматические выключатели подключена к трехфазной линии питания судовых потребителей. На статоре каждого главного синхронного генератора размещена одна многофазная обмотка с числом фаз более трех, фазы которой соединены звездой или треугольником, а линии главного распределительного щита имеют такое же число фаз, что и обмотки главных синхронных генераторов. Достигается обеспечение электроэнергией судовых потребителей и электродвигателей от одной электростанции, повышение к.п.д. и качества электроэнергии в судовой сети. 1 ил.

Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано в конструкциях винтовых движителей и устройствах активного управления плавательными средствами. Кольцевое движительное устройство включает электродвигатель, кольцевую насадку и кольцевой ротор, которые образуют водопроточный канал, а также гребной винт. Лопасти гребного винта комлями установлены на кольцевом роторе, а вершины лопастей расположены в районе оси водопроточного канала и скреплены между собой. Скрепление вершин лопастей между собой и установка комлей лопастей на роторе осуществляется через демпфирующие прокладки. Достигается снижение виброактивности и повышение долговечности гребного винта, а также снижение акустических загрязнений окружающей среды. 2 ил.

Изобретение относится к судостроению, в частности к судовым электроэнергетическим установкам с комбинированным пропульсивным комплексом. Судовая электроэнергетическая установка имеет в своем составе главный тепловой двигатель, разъединительную муфту, дополнительный тепловой двигатель, соединенный с дополнительным генератором, главные шины, шины питания судовых электропотребителей, систему управления установки, автоматические выключатели, датчики тока и датчики напряжения, первый управляемый и обратимый преобразователь частоты, который имеет управляемые выпрямитель и инвертор, конденсаторный накопитель звена постоянного тока, локальный блок управления, также дополнительный гребной электродвигатель, подсоединенный к гребному винту и второй гребной электродвигатель кольцевой конструкции с встроенным вторым гребным винтом, второй преобразователь частоты, преобразователь напряжения и четыре силовые электрические цепи. Достигается уменьшение массы и габаритов, повышение максимального КПД, минимальность потерь энергии и экономичность топлива, повышение надежности электроэнергетической установки. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к судовым электроэнергетическим установкам с валогенераторами и полупроводниковыми преобразователями частоты. Судовая валогенераторная установка содержит главный двигатель, разъединительную муфту, валопровод, гребной винт, валогенератор, электрическую цепь, первый и второй датчики тока, входной дроссель, преобразователь частоты, выходной дроссель, LC-фильтр, первый и второй автоматические выключатели, шины судовых электропотребителей, дополнительный генератор, механически связанный с дополнительным двигателем, конденсаторный накопитель звена постоянного тока с датчиком напряжения. Главный двигатель, валогенератор и гребной винт установлены на валопроводе соосно. Ротор валогенератора закреплен на конце валопровода, подсоединяемом к гребному винту. На валу главного двигателя дополнительно установлен первый датчик положения вала, а на валопроводе со стороны гребного винта дополнительно установлен второй датчик положения вала. Оба датчика положения вала подключены к блоку контроля крутильных колебаний, выход которого соединен с сигнальным входом задатчика режимов. Достигается повышение надежности и увеличение межремонтного ресурса за счет снижения динамических нагрузок на главный двигатель и уменьшение усталостных явлений в материале валопровода. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к судостроению, в частности к судовым электроэнергетическим системам с комбинированными пропульсивными установками. Судовая пропульсивная валогенераторная установка содержит двигатель приводного вала, редуктор, валогенератор, шины, преобразователь частоты, трехфазные статорные обмотки, диоды, цепи управления, выпрямительные мосты. Валогенератор через преобразователь частоты, дроссель, LC-фильтр, первый датчик тока, первый датчик напряжения и первый автоматический выключатель соединен с шинами судовых электропотребителей. К шинам судовых электропотребителей также подсоединен с помощью второго автоматического выключателя вспомогательный генератор, механически связанный с вспомогательным двигателем. Преобразователь частоты имеет в своем составе задатчик режимов, первый и второй блоки управления, обратимый инвертор и конденсаторный накопитель звена постоянного тока. В качестве валогенератора применен вентильно-индукторный обратимый валогенератор, к которому подключен возбудитель, который своим входом соединен с первым выходом второго блока управления. Выходы первой и второй трехфазных статорных обмоток валогенератора соединены с преобразователем частоты. В преобразователе частоты установлены два выпрямительных трехфазных моста. К каждому диоду каждого моста подсоединен управляемый шунтирующий ключ с проводимостью, противонаправленной проводимости диода. Цепи управления ключей соединены со вторым блоком управления. Выпрямительные мосты подсоединены к конденсаторному накопителю. Достигается расширение арсенала средств, энергоэффективность и экономичность судовой валогенераторной установки. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к устройству для подачи движительной энергии к движительной системе с противоположно вращающимися гребными винтами в морском судне. Устройство содержит первый гребной винт, приводимый вращающимся силовым агрегатом, и второй гребной винт, приводимый двигателем переменного тока. Второй гребной винт вращается в направлении, противоположном первому гребному винту. Генератор переменного тока приводится вращающимся силовым агрегатом, а также электрически соединен с двигателем переменного тока. Скорость вращения второго гребного винта составляет между 95-150% от скорости вращения первого гребного винта. Двигатель переменного тока и генератор переменного тока имеют одинаковую электрическую частоту, и количество полюсов генератора переменного тока составляет от 2 до 40 и количество полюсов двигателя переменного тока составляет от 2 до 40. Отношение количества генератора переменного тока и двигателя переменного тока составляет от 0,05 до 20. Достигается рентабельность устройства для обеспечения электрической энергии на корабле или морском судне. 13 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к судостроению, а именно к силовым установкам. Силовая установка включает в себя кожух, вал, гребной винт, кольцевой корпус и электродвигатель обращенного типа. Кожух содержит верхнюю часть и нижнюю часть и закреплен на корпусе судна верхней частью с возможностью его поворота. Вал установлен внутри кожуха с возможностью его вращения в радиальном и осевом подшипниках и имеет центральную ось и наружный конец нижней части кожуха. Гребной винт закреплен на наружном конце вала снаружи первого конца нижней части кожуха и вращается посредством вала. Кольцевой корпус жестко установлен в кожухе и охватывает внешний периметр гребного винта и образующий канал (45) для воды, которая протекает внутри кольцевого корпуса. Центральная ось вала образует центральную ось кольцевого корпуса. Электродвигатель обращенного типа содержит обращенный ротор и статор. Обращенный ротор выполнен на внешнем периметре гребного винта и вращается совместно с гребным винтом. Статор размещен внутри кольцевого корпуса и охватывает обращенный ротор. Достигается улучшение и устранение недостатков в работе силовой установки. 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к компоновке для подачи электрической энергии к движительной системе морского судна. Компоновка для подачи электрической энергии к движительной системе морского судна содержит двигатель гребного винта, генератор переменного тока и преобразователь частоты. Генератор переменного тока вращается посредством вращающегося силового агрегата. Преобразователь частоты присоединен посредством переключателя к электрическому силовому соединению, которое присоединяет генератор переменного тока к двигателю гребного винта. Электрическое силовое соединение содержит линейный выключатель. Генератор и преобразователь частоты выполнены с возможностью альтернативного подключения к двигателю гребного винта при маневрировании судна. Мощностью и частотой управляют посредством преобразователя частоты. Достигается обеспечение электрической энергии на корабле или морском судне. 4 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к судостроению, в частности к электроэнергетическим установкам судов. Электроэнергетическая установка судна содержит главный первичный тепловой двигатель, редуктор, разобщительную муфту, гребную электрическую машину, гребной винт, электрический преобразователь, главный распределительный щит, коммутационные элементы, вспомогательный дизель-генератор, статический источник постоянного тока и потребители собственных нужд. Выходной вал первичного теплового двигателя через редуктор и первую разобщительную муфту соединен с валом гребной электрической машины. Вспомогательный дизель-генератор через первый коммутационный элемент подключен к шинам главного распределительного щита, с которым связаны потребители собственных нужд. Силовой канал электроэнергетической установки выполнен с использованием электрических машин постоянного тока. Электрический преобразователь состоит из активного выпрямителя напряжения и обратимого преобразователя постоянного напряжения. Якорные цепи гребных электрических машин постоянного тока электрически соединены между собой по системе генератор-двигатель. Достигается высокая надежность и улучшение эксплуатационных характеристик системы, повышение энергетической эффективности и улучшение виброшумовых характеристик. 2 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к судостроению, а именно к движительному агрегату корабля. Движительный агрегат корабля содержит конструкцию (1) оболочки, электрический двигатель (3), замкнутую жидкостную систему (9) охлаждения, которая имеет внутреннее пространство (10). Внутреннее пространство (10) содержит жидкость и частично ограничено цилиндрической наружной поверхностью цилиндрической секции (7) секции (6) размещения двигателя движительного агрегата для обмена тепловой энергией между электрическим двигателем (3), расположенным в цилиндрической секции (7) секции (6) размещения двигателя, и жидкостью во внутреннем пространстве (10). Внутреннее пространство (10) замкнутой жидкостной системы (9) охлаждения частично ограничено конструкцией (1) оболочки движительного агрегата, так что жидкость во внутреннем пространстве (10) находится в непосредственном контакте с конструкцией (1) оболочки движительного агрегата для обмена тепловой энергией между жидкостью во внутреннем пространстве и водой. Вода окружает движительный агрегат через конструкцию (1) оболочки движительного агрегата. Достигается эффективное охлаждение движительного агрегата корабля. 15 з.п. ф-лы, 36 ил.
Наверх