Силовая установка



Силовая установка
Силовая установка
Силовая установка

 


Владельцы патента RU 2551050:

АББ Текнолоджи АГ (CH)

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.

 

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0001] Изобретение относится к силовой установке в соответствии с преамбулой п. 1 формулы изобретения.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] Силовые установки известного уровня техники обычно содержат кожух, электродвигатель, вал и гребной винт. Кожух соединен с корпусом судна с возможностью его поворота. Электродвигатель расположен внутри кожуха. Вал проходит через электродвигатель и установлен в кожухе в подшипниках с возможностью его вращения. Гребной винт размещен на наружном конце вала, выступающем из кожуха. В силовых установках, когда требуется обеспечить высокую тягу на малых скоростях, выполнен кольцевой кожух, охватывающий гребной винт по его периметру. Кольцевой кожух прикреплен к верхней части кожуха и к одному из нескольких лопаток, размещенных на кожухе. Кольцевой кожух образует центральный проток с осевым трактом для потока воды от первого конца ко второму концу кольцевого кожуха. Тяга, развиваемая гребным винтом, усиливается на малых скоростях за счет кольцевого кожуха. Может создаться ситуация, при которой гребной винт развивает 60% максимальной тяги, а кожух дополняет 40% максимальной тяги на малых скоростях. Кожухи применяются в так называемых судах динамического позиционирования (ДП), используемых при нефтяном бурении. На таких судах имеются несколько силовых установок, и судно удерживается неподвижным в одном положении с помощью этих силовых установок. Кожух усиливает тягу, развиваемую гребным винтом, только на малых скоростях, т.е. на скоростях порядка менее 15 узлов.

[0003] В публикации WO 99/14113 раскрыт пример одной системы с гребным винтом, содержащей кожух, электродвигатель, вал, гребной винт и кольцевой кожух, охватывающий гребной винт по периметру винта. Указанная система предназначена в особенности для судов, плавающих в ледовых условиях. Указанная система включает стойку на корпусе судна с возможностью ее поворота, кожух, выполненный в форме торпеды и закрепленный на стойке, приводной вал и электродвигатель внутри кожуха, гребной винт, закрепленный на наружном конце приводного вала, и сопло, охватывающее гребной винт. Сопло имеет вход и выход для воды. Поворотные лопасти или лопатки соединены с самым дальним концом приводного вала до входа воды в сопло с целью разрушения и/или размельчения льда до его поступления в сопло.

[0004] Недостатком силовой установки этого известного уровня техники, содержащей кожух, электродвигатель внутри кожуха и гребной винт, вращаемый электродвигателем, расположенный снаружи кожуха, является потеря тяги на малых скоростях. Диаметр электродвигателя, а также длина электродвигателя внутри кожуха ограничены. Кожух, охватывающий внешний периметр гребного винта, увеличит тягу устройства на малой скорости. Однако для вышеприведенных ДП судов остается потребность в большем крутящем моменте на малой скорости и, таким образом, в большей тяге на малой скорости.

[0005] Известные силовые установки другого типа основаны на так называемых устройствах ободного привода. Узел привода обращенного типа силовой установки содержит ротор, размещенный на внешней окружности гребного винта, и статор, размещенный внутри кольцевого кожуха, охватывающий гребной винт. Диаметры ротора и статора электродвигателя могут быть значительно увеличены, при этом может быть увеличен только крутящий момент электродвигателя. Гребной винт закреплен на валу, установленном в подшипниках на обеих сторонах радиальной плоскости, проходящей через осевую срединную точку ротора и статора. Вал и подшипники находятся в потоке внутри силовой установки.

[0006] В патенте США 2012/0093668 описан движитель привода обращенного типа, содержащий кольцевой кожух, силовой агрегат, узел магнитного ротора и узел магнитного статора. Кольцевой кожух задает направление потока, выходящего по его оси. Конический передний обтекатель закреплен на переднем конце кожуха, а цилиндрический кормовой обтекатель закреплен на заднем конце кожуха. Силовой агрегат установлен внутри кожуха и содержит лопасти гребного винта, выступающие радиально от оси направления потока. Узел магнитного ротора размещен на радиальных внешних концах лопастей гребного винта. Узел магнитного статора содержит размещенные с промежутками модули привода гребного винта, установленные на внутренней кольцевой поверхности кольцевого кожуха. Модули привода гребного винта выполнены с возможностью создания электромагнитного крутящего момента в узле магнитного ротора. Имеется вал, выступающий вдоль оси в середине кольцевого кожуха и опорные кронштейны на обоих концах кольцевого кожуха в радиальном направлении от внутренней поверхности кольцевого кожуха по направлению к оси в середине кольцевого кожуха. Вал установлен в подшипниках вращения на обоих концах опорных кронштейнов.

[0007] В патенте США 6,837,757 описан движитель привода обращенного типа. Устройство содержит кольцевой кожух, поддерживаемый стойкой от смежного судна, которое должно приводиться в движение силовой установкой. Кожух образует канал с осевым трактом для потока воды. Внутренняя поверхность канала имеет коническую форму на кормовом конце кожуха. Цилиндрический опорный узел ротора расположен внутри по центру кожуха и на кормовом конце кожуха посредством набора опорных модулей в виде лопастей. Узел ротора содержит ступицу и радиальные лопасти гребного винта, закрепленные на ступице. Ступица установлена в радиальных подшипниках вращения на центральном стационарном опорном валу в опоре узла ротора на переднем конце опоры узла ротора. Осевой подшипник, т.е. подшипник тяги содержит кольцо тяги, вращающееся вместе с ротором на переднем конце ступицы, и стационарную пластину тяги, прикрепленную к опоре узла ротора. В подшипнике тяги в качестве смазочного материала используется вода.

[0008] В патенте Японии 10257752 описан блок движителя водного судна. Блок движителя содержит центральный вал, установленный в подшипниках вращения внутри цилиндрического кожуха и кольцевого корпуса, охватывающего цилиндрический кожух. Ступица расположена на центральном валу, причем указанная ступица содержит лопасти гребного винта, прикрепленные к нему радиально. Узел сцепления прикреплен к внешним концам лопастям гребного винта. В узле сцепления выполнены несколько обмоток ротора. Обмотки статора расположены в кольцевом кожухе, охватывающем кожух. Либо обмотка статора, либо обмотка ротора выполнена из сверхпроводящего материала, а другая обмотка выполнена из обычного проводящего материала. Гребной винт, а также центральный вал приводятся во вращение путем подачи тока на обмотку статора для создания электромагнитной силы между обмотками статора и обмотками ротора.

[0009] Все три описанные выше известные движители привода обращенного типа схожи тем, что радиальная плоскость, проходящая через осевую срединную точку ротора, совпадает с радиальной плоскостью, проходящей через осевую срединную точку, расположенную между радиальными подшипниками центрального вала. Это свойство в прошлом было стандартным способом определения привода движителей обращенного типа.

[0010] Движители привода обращенного типа развивают больший крутящий момент на малой скорости благодаря увеличению диаметра ротора и статора. Проблемой силовой установки этого известного уровня техники, однако, является смазка подшипников вала, поддерживающего ротор силовой установки привода обращенного типа. Радиальные и осевые подшипники, используемые в устройствах известного уровня техники, часто базируются на устройствах, специально разработанных для конкретного применения. Эти специальные устройства основаны на использовании воды в качестве смазочного материала. Осуществление смазки водой, однако, вызывает проблемы коррозии и смазывающие свойства воды ограничены. Морская вода особенно способствует коррозии и поэтому обычно для смазки используют пресную воду. Использование пресной воды подразумевает наличие на судне отдельных емкостей с пресной водой для этой цели.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0011] Целью изобретения является создание улучшенной силовой установки, устраняющей вышеописанные недостатки силовых установок известного уровня техники.

[0012] Силовая установка согласно изобретению отличается тем, что указано в отличительной части п. 1 формулы изобретения.

Силовая установка содержит:

кожух, имеющий верхнюю часть и нижнюю часть, причем указанный кожух установлен с возможностью поворота от верхней части, закрепленной на корпусе судна,

вал, установленный в радиальных и осевых роликовых подшипниках в нижней части кожуха, причем указанный вал имеет центральную ось и его внешний конец выступает от первого конца нижней части кожуха,

гребной винт, закрепленный на внешнем конце вала снаружи первого конца нижней части кожуха, причем указанный гребной винт вращается вместе с валом,

кольцевой корпус, установленный жестко в кожухе, при этом указанная центральная ось вала также образует центральную ось кольцевого корпуса, указанный кольцевой корпус, охватывает внешний периметр гребного винта и образуюет канал для воды, проходящей внутри кольцевого корпуса.

[0013] Силовая установка отличается тем, что также содержит:

электродвигатель обращенного типа, включающий обращенный ротор и статор, указанный обращенный ротор выполнен на внешнем периметре гребного винта и вращается вместе с гребным винтом, причем указанный статор выполнен внутри кольцевого корпуса и охватывает обращенный ротор.

[0014] Изобретение делает возможным использование стандартных осевых и радиальных роликовых подшипников с масляной смазкой с установкой в них вала внутри кожуха. Указанные подшипники в любом случае не контактируют с морской водой. Вал, выступающий из первого конца нижней части кожуха герметизирован так, чтобы морская вода не могла проникнуть в кожух. Такое же уплотнение используется между валом и кожухом в существующих силовых установках, где вал выступает из кожуха, могут также использоваться в изобретении. Такого же типа подшипники качения с масляной смазкой, какие используются в известных силовых установках, могут использоваться в изобретении. Смазка маслом может быть просто осуществлена посредством размещения подходящей емкости снизу каждого роликового подшипника таким образом, чтобы нижняя часть подшипника находилась в слое масла. Таким образом, будет обеспечена смазка маслом во время каждого оборота роликового подшипника.

[0015] Обычный электродвигатель, расположенный в кожухе, заменен согласно изобретению на электродвигатель обращенного типа, расположенный в корпусе, охватывающем гребной винт. Поэтому кожух содержит только вал и радиальные и осевые подшипники, в которых он установлен. В результате только радиальные и осевые подшипники вырабатывают тепло в кожухе. Количество тепла, выделяемое в кожухе здесь значительно меньше по сравнению с тем, когда электродвигатель расположен внутри кожуха. Относительно малое количество тепла, вырабатываемое подшипниками, может быть легко отведено через стенку кожуха непосредственно в морскую воду, омывающую кожух. Поэтому нет необходимости в использовании специальных охлаждающих устройств внутри самого кожуха.

[0016] Отсутствие электродвигателя, выделяющего тепло внутри кожуха, будет также иметь выгодные последствия в отношении долговечности уплотнения между валом и кожухом. Указанное уплотнение будет подвержено только теплу, выделяемому радиальными подшипниками около уплотнения, но не теплу производимому электродвигателем. Рабочая температура уплотнения в результате будет ниже, что увеличит долговечность уплотнения.

[0017] Электродвигатель согласно изобретению основан на электродвигателе обращенного типа, в котором ротор размещен на наружном периметре гребного винта, а статор размещен внутри корпуса, охватывающего гребной винт. Диаметр наружного периметра гребного винта и диаметр корпуса велики, например, порядка нескольких метров. Это означает, что существует большая поверхность вокруг ротора и еще большая поверхность вокруг статора, причем обе поверхности находятся в непосредственном контакте с морской водой. Поэтому охлаждение ротора и статора непосредственно морской водой, окружающей ротор и статор, эффективно. Поэтому нет необходимости в использовании специальных охлаждающих устройств электродвигателя обращенного типа.

[0018] Большой крутящий момент согласно изобретению достигается за счет электродвигателя обращенного типа, который имеет гораздо больший диаметр по сравнению обычным электродвигателем, размещенным в кожухе.

[0019] Устройство согласно изобретению особенно подходит для использования в вышеупомянутых судах ДП типа. Тяга, необходимая для ДП судов, где изобретение особенно применимо, находится в диапазоне от 50 до 150 тонн. Порядок мощности электродвигателя для этого применения составляет мегаватты. Порядок диаметра наружного периметра гребного винта составляет несколько метров.

[0020] Продольная длина кожуха и корпуса согласно изобретению значительно меньше, например на 40-50% меньше, чем продольная длина кожуха и корпуса в силовых установках известного уровня техники с электродвигателем, размещенным внутри кожуха. Это означает, что размеры технологического отверстия для обслуживания в подводной части судна, через которое кожух и корпус монтируют, опуская их вниз, могут быть выполнены меньшими соответственно.

[0021] Устройство согласно изобретению также влияет на размеры вала, на котором установлен гребной винт. Вал не должен выдерживать крутящий момент, т.к. крутящий момент, развиваемый электродвигателем, передается от ротора прямо от обращенного ротора, расположенного по наружной периферии гребного винта, на гребной винт. Вал только должен выдерживать изгибающие усилия, производимые гребным винтом. Это означает, что согласно изобретению может быть использован полый вал. Охлаждающая вода может подаваться через полый вал для интенсивного охлаждения подшипников и уплотнений.

[0022] Для иллюстрации размеров силовой установки можно обратиться к известному устройству Azipod® для судов ДП типа, приведенному заявителем. Мощность электродвигателя, размещенного внутри кожуха, составляет 4,5 МВт, крутящий момент электродвигателя составляет около 200 кНм, скорость вращения электродвигателя равна 210 об/мин, диаметр внешней периферии гребного винта равно 3,5 м и продольная длина всего устройства, включающего кожух и корпус, равна 6 м. При использовании электродвигателя обращенного типа с тем же крутящим моментом длина устройства может быть сокращена примерно на 50%. Диаметр гребного винта может быть увеличен благодаря выдаваемого электродвигателем крутящего момента. Длина статора в электродвигателе, размещенном в кожухе, составляет около 2,2 м, а длина статора в электродвигателе обращенного типа составляет около 0,35 м. Увеличение диаметра электродвигателя обращенного типа естественно приведет к тому, что масса двигателя соответственно не уменьшится. Масса постоянных магнитов, используемых в электродвигателе, может быть снижена от примерно 1000 кг до примерно 400 кг в электродвигателе обращенного типа. Рабочий коэффициент полезного действия электродвигателя обращенного типа равен примерно 97,8%.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0023] Ниже изобретение будет описано более подробно на примерах предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на приложенные чертежи, где:

Фиг. 1 - силовая установка известного уровня техники;

Фиг. 2 - первый вариант воплощения силовой установки согласно изобретению;

Фиг. 3 - второй вариант воплощения силовой установки согласно изобретению.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0024] На Фиг. 1 показана силовая установка известного уровня техники. Гребной винт толкает судно вперед в направлении S1. Силовая установка 100 содержит кожух 20, электродвигатель 30, вал 31, гребной винт 37 и кольцевой корпус 40. Пустотелый кожух 20 содержит верхнюю часть 21 и нижнюю часть 22. Верхняя часть 21 кожуха 20 образует изогнутую опорную деталь кожуха 20. Кожух 20 установлен посредством верхней части 21 на корпусе 10 судна с возможностью его поворота. Кожух 20, таким образом, может поворачиваться на 360 градусов вокруг центральной вертикальной оси Y относительно корпуса 10 судна. Нижняя часть 22 кожуха 20 имеет первый конец 22А и противоположный второй конец 22 В. Нижняя часть 22 кожуха 20 образует продолговатое отделение торпедо-образной формы. Электродвигатель 30 расположен внутри нижней части 22 кожуха 20.

[0025] Электродвигатель 30 соединен с помощью кабеля 35 с генератором, размещенном на судне, указанный генератор приводится в действие дизельным двигателем. Вал 31 с центральной осью X проходит через электродвигатель 30. Вал 31 с возможностью вращения установлен в подшипниках 32, 33 внутри нижней части 22 кожуха 20. Радиальный подшипник 32 расположен со стороны электродвигателя 30 на первом конце 22А нижней части 22 кожуха 20 и комбинированный радиальный/осевой подшипник 33 расположен с другой противоположной стороны электродвигателя 30 на втором конце 22В нижней части 22 кожуха 20. Ротор электродвигателя 30 размещен на валу 31, а статор электродвигателя 30 окружает ротор. Диаметр D1 электродвигателя 30 в кожухе 20 имеет порядок от 0,5 до 2 м. Увеличение диаметра D1 электродвигателя 30 приведет к увеличению физического размера кожуха 20 и ухудшит гидродинамические свойства кожуха 20. Внешний конец 31А вала 31 выступает из отверстия на первом конце 22А нижней части 22 кожуха 20. Вал 31 герметизирован уплотнением 34 на первом конце 22А нижней части 22 кожуха 20 так, чтобы вода не могла проникнуть в кожух 20 по валу 31. Ступица 36 соединена с внешним концом 31А вала 31 вне первого конца 22А нижней части 22 кожуха 20 и гребной винт 37 прикреплен к ступице 36.

[0026] Кроме того, кольцевой корпус 40 охватывает внешний периметр гребного винта 37. Кольцевой корпус 40 прикреплен к верхней части 21 кожуха 20 и к стойке 23, выступающей вниз из нижней части 22 кожуха 20. Может быть выполнено несколько стоек 23, удерживающих кольцевой корпус 40 на кожухе 20. Кольцевой корпус 40 образует центральный канал 45 с осевым направлением потока воды от первого конца 41 ко второму концу 42 кольцевого корпуса 40. Электродвигатель 30 приводит во вращение гребной винт 37 через вал 31. Центральная ось X вала 31 также образует центральную ось корпуса 40. Общая длина L1 кожуха 20 и кольцевого корпуса 40 в осевом направлении довольно значительна в устройствах известного уровня техники. Внутренняя поверхность кольцевого корпуса 40 образует цилиндр с центральной осью, совпадающей с центральной осью X вала 31. Вращающийся гребной винт 37 заставляет воду течь через центральный канал 45 от первого конца 41 центрального канала 45 ко второму концу 42 центрального канала 45 во втором направлении S2, противоположном первому направлению S1.

[0027] Первая радиальная плоскость Y1, проходящая через срединную точку оси ротора 51, расположена снаружи первого конца 22А нижней части 22 кожуха 20. Первая радиальная плоскость Y1, проходящая через срединную точку оси ротора 51, и вторая радиальная плоскость Y2, проходящая через срединную точку между подшипниками 32, 33, расположены на расстоянии А1 друг от друга. Ротор 51 обладает определенной шириной в осевом направлении, и срединная точка оси ротора 51 находится в середине указанной ширины. Подшипники 32, 33 расположены на определенном расстоянии друг от друга в осевом направлении. Срединная точка между подшипниками 32, 33 находится в середине указанного расстояния.

[0028] Радиальный подшипник 32 около наружного конца 31А вала 31 обычно является роликовым подшипником, а комбинированный радиальный/осевой подшипник 33 на противоположном внутреннем конце 31В вала 31 обычно также является роликовым подшипником. Радиальный/осевой подшипник 33 удерживает вал 31 от радиального и осевого перемещения. Вращающийся гребной винт 37 создает тягу, которая прикладывает осевую силу вдоль вала 31. Радиальный/осевой подшипник 33 передает эту осевую силу на кожух 20, и кожух 20 передает ее далее на корпус 10 судна. Тяга, созданная гребным винтом 37, усиливается посредством корпуса 40 на малых скоростях. Может возникнуть ситуация, когда гребной винт 37 создает 60% суммарной тяги, а корпуса 40 создает 40% суммарной тяги на малых скоростях. Корпус 40 образует своего рода сопло и успешно применяется на так называемых судах динамического позиционирования (ДП), используемых при нефтяных буровых работах. На указанных судах имеется несколько силовых установок, и судно удерживается в неподвижном положении указанными силовыми установками. Это означает, что на малых скоростях требуется большая тяга для постоянного удержания положения судна, особенно при неспокойном море.

[0029] На Фиг. 2 показан первый вариант воплощения согласно изобретению. Гребной винт в этом варианте воплощения толкает судно вперед в первом направлении S1. Силовая установка 100 в этом варианте воплощения содержит кожух 20, электродвигатель 50, вал 31, гребной винт 37 и кольцевой корпус 40. Полый кожух 20 содержит верхнюю часть 21 и нижнюю часть 22. Верхняя часть 21 и кожух 20 образуют криволинейный опорный элемент для кожуха 20. Кожух 20 установлен с возможностью его поворота на верхней части 21 на корпусе 10 судна. Таким образом, кожух 20 может поворачиваться на 360 градусов вокруг вертикальной центральной оси Y относительно корпуса 10 судна. Нижняя часть 22 кожуха 20 имеет первый конец 22А и противоположный второй конец 22В. Нижняя часть 22 кожуха 20 образует продольное пространство для вала 31 и подшипников 32, 33.

[0030] Электродвигатель 30, размещенный в кожухе 20 по Фиг. 1, заменен на электродвигатель 50 обращенного типа, размещенный в корпусе 40. Вал 31 с центральной осью X по-прежнему установлен с возможностью поворота в отсеке нижней части 22 корпуса 20 в радиальном подшипнике 32 и комбинированном радиальном/осевом подшипнике 33. Внешний конец 31А вала 31 выступает из отверстия на первом конце 22А нижней части 22 кожуха 20. Ступица 36 закреплена на наружном конце 31А вала 31 снаружи первого конца 22А нижней части 22 кожуха 20, а гребной винт 37 прикреплен к ступице 36.

[0031] Также имеется кольцевой корпус 40, установленный в кожухе 20. Кольцевой корпус 40 закреплен непосредственно на верхней части 21 кожуха 20 и через стойку 23 на нижней части 22 кожуха 20. Кольцевой корпус 40 охватывает внешний периметр гребного винта 37 и образует центральный канал 45 с осевым трактом потока воды от первого конца 41 ко второму концу 42 кольцевого корпуса 40. Гребной винт 37 приводится в движение посредством электродвигателя 50. Электродвигатель 50 обращенного типа представляет собой индукционный двигатель, содержащий кольцевой ротор 51 и статор 52. Кольцевой ротор 51 установлен по внешнему периметру гребного винта 37, т.е. на внешних концах лопастей гребного винта 37, и вращается совместно с гребным винтом 37. Статор 52 смонтирован внутри кольцевого корпуса 40 и охватывает кольцевой ротор 51. Кольцевой ротор 51 содержит постоянные магниты и представляет собой ротор с постоянными магнитами.

[0032] Первая радиальная плоскость Y1, проходящая через осевую срединную точку ротора 51, расположена снаружи первого конца 22А нижней части 22 кожуха 20. Первая радиальная плоскость Y1, проходящая через осевую срединную точку ротора 51, и вторая радиальная плоскость Y2, проходящая через осевую срединную точку между подшипниками 32, 33, находятся по оси на расстоянии А1 друг от друга. Ротор 51 обладает определенной толщиной в осевом направлении, и осевая срединная точка ротора 51 расположена в середине указанной ширины. Подшипники 32, 33 размещены на определенном расстоянии друг от друга в осевом направлении. Срединная точка между подшипниками 32, 33 находится в середине указанного расстояния.

[0033] Электрическая мощность, необходимая для электродвигателя 50 обращенного типа, вырабатывается внутри корпуса 10 судна. Электрическая мощность может вырабатываться генератором, соединенным с дизельным двигателем. Электрическая мощность подводится к статору 52 электродвигателя 50 обращенного типа посредством кабеля 35, проходящего от генератора внутри помещений корпуса 10 судна через кожух 20 и далее к статору 52 внутри кольцевого корпуса 40.

[0034] По крайней мере, первый конец 22А нижней части 22 кожуха 20 размещен внутри кольцевого корпуса 40. Вращающийся гребной винт 37 заставляет воду течь через центральный канал 45 от первого конца 41 центрального канала 45 ко второму концу 42 центрального канала 45 во втором направлении S2, которое противоположно первому направлению S1. Поток воды проходит вдоль наружной поверхности кожуха 20 перед его попаданием в центральный канал 45. Кожух 20 и кольцевой корпус 40 имеют гладкую форму с целью беспрепятственного прохождения воды вдоль поверхностей указанного оборудования. Верхняя часть 21 кожуха 20 размещена на расстоянии от оси гребного винта 37 и означает, что кожух 20 не приводит к заметному возмущению потока воды, текущему к гребному винту 37. У потока воды имеется время для его стабилизации после прохождения кожуха 20 перед его поступлением в гребной винт 37. Второе направление S2 проходит по центральной оси X вала 31.

[0035] Кожух 20, показанный на Фиг. 2, может быть выполнен значительно короче в осевом направлении по сравнению с кожухом 20 по Фиг. 1. Это возможно благодаря переносу электродвигателя 50, вращающего гребной винт 37, из кожуха 20 в корпус 40. Подшипники 32, 33 вала 31 внутри отсека нижней части 22 кожуха 20 могут представлять собой обычные роликовые подшипники 32, 33, смазываемые маслом. Нижняя часть подшипников 32, 33 может быть погружена в масло, которое обеспечивает смазку во время вращения подшипников 32, 33. Таким образом, нет необходимости применять специальные устройства для смазки подшипников 32, 33. Тепло, вырабатываемое подшипниками 32, 33, нагревает воздух внутри кожуха 20, и этот теплый воздух внутри кожуха 20 охладится при прохождении вдоль внутренних поверхностей оболочки кожуха 20. Внешняя поверхность оболочки кожуха 20 находится в непосредственном контакте с окружающей морской водой и поэтому будет охлаждаться морской водой, проходящей вдоль наружной поверхности оболочки кожуха 20.

[0036] Уплотнение 34, герметизирующее вал 31 на первом конце 22А, нижней части 22 кожуха 20, где внешний конец 31А вала 31 выступает из первого конца 22А нижней части 22 кожуха 20, нагревается извне только теплом, вырабатываемым подшипниками 32, 33. В основном радиальный подшипник 32, расположенный рядом с уплотнением 34, передает тепло на уплотнение 34. В нижней части 22 кожуха 20 нет электродвигателя, который мог бы вызвать дополнительное тепло для уплотнения 34. Это приводит к тому, что рабочая температура уплотнения 34 остается на нижнем уровне, продлевая срок службы уплотнения 34.

[0037] Электродвигатель 50 обращенного типа развивает большой крутящий момент, который выгоден при применении в качестве силовой установки. Большой крутящий момент развивается благодаря большому диаметру D2 ротора 51 электродвигателя 50 обращенного типа. Крутящий момент электродвигателя пропорционален объему электродвигателя. Объем электродвигателя 50 обращенного типа увеличен за счет большого диаметра D2. Диаметр D2 электродвигателя 50 обращенного типа по Фиг. 2 составляет порядка от 2 до 6 раз диаметра D1 электродвигателя 30 по Фиг. 1. Электродвигатель 50 обращенного типа может быть выполнен таким образом, чтобы достаточное охлаждение статора 52 достигалось посредством непосредственно окружающей морской воды. Также ротор 51 электродвигателя 50 обращенного типа может охлаждаться непосредственно окружающей морской водой. Ротор 51 вращается в кольцевой проточке 46, выполненной во внутренней поверхности корпуса 40. В указанной кольцевой проточке 46 образуется проход Р1 между ротором 51 и статором 52, позволяя морской воде проходить по указанной проточке Р1 во время прохождения морской воды по центральному каналу 45. Морская вода, протекающая в проточке Р1 охлаждает как ротор 51, так и статор 52. Статор 52 электродвигателя 50 обращенного типа также охлаждается морской водой, обтекающей внешнюю поверхность кольцевого корпуса 40. Размеры внешней поверхности кольцевого корпуса 40 велики благодаря большому диаметру корпуса 40 и поэтому образует большую охлаждающую поверхность для статора 52, указанная большая охлаждающая поверхность при этом находится в непосредственном контакте с морской водой. Таким образом, охлаждение статора 52 может быть организовано как пассивное охлаждение окружающей морской водой непосредственно через оболочку корпуса 40.

[0038] На Фиг. 3 показан второй вариант воплощения силовой установки, согласно настоящему изобретению. В этом варианте воплощения гребной винт тянет судно во втором направлении S2.

[0039] Указанный второй вариант воплощения силовой установки 100 соответствует первому варианту воплощения силовой установки 100 по Фиг. 2 кроме гребного винта 37 и корпуса 40. Гребной винт 37 согласно второму варианту воплощения работает в противоположном направлении S1 по сравнению с рабочим направлением S2 гребного винта 37 согласно первому варианту воплощения, показанному на Фиг. 2. Направление корпуса 40 согласно второму варианту воплощения повернут на 180 градусов по сравнению с направлением корпуса 40 согласно первому варианту воплощения, показанному на Фиг. 2. По крайней мере, первый конец 22А нижней части 22 кожуха 20 также и во втором варианте воплощения размещен в кольцевом корпусе 40. Вращающийся гребной винт 37 заставляет воду течь через центральный канал 45 от первого конца 41 центрального канала 45 ко второму концу 42 центрального канала 45 во втором направлении S2, которое противоположно первому направлению S1. Вода свободно течет через центральный канал 45 и проходит вдоль наружной поверхности кожуха 20 перед его выходом из центрального канала 45. Кожух 20 и кольцевой корпус 40 имеют гладкую форму как и в варианте воплощении по Фиг. 1 с целью беспрепятственного прохождения воды вдоль поверхностей указанного оборудования. Верхняя часть 21 кожуха 20 размещена на расстоянии от оси гребного винта 37 и означает, что кожух 20 не приводит к заметному возмущению потока воды, текущему к гребному винту 37.

[0040] Кожух 20 может поворачиваться на 360 градусов вокруг центральной оси Y относительно корпуса 10 судна. Вал 31 вокруг горизонтальной оси X. Угол между шарнирной осью Y корпуса 20 и шарнирной осью X вала 31 равен 90 градусам на этих чертежах. Шарнирная ось X вала 31 естественно может быть наклонной относительно горизонтальной плоскости. Наклонная шарнирная ось X вала 31 может обладать гидродинамическими преимуществами. Наклон шарнирной оси X вала 31 может быть получен наклоном всего кожуха 20 относительно корпуса 10 судна.

[0041] Изобретение и варианты его воплощения не ограничиваются приведенными примерами, но могут изменяться в объеме приложенной формулы изобретения.

1. Силовая установка, включающая:
кожух (20), содержащий верхнюю часть (21) и нижнюю часть (22), указанный кожух (20) закреплен на корпусе (10) судна верхней частью (21) с возможностью его поворота;
вал (31), установленный внутри кожуха (20) с возможностью его вращения в радиальном и осевом подшипниках (32, 33), указанный вал (31) имеет центральную ось (X) и наружный конец (22А) нижней части (22) кожуха (20);
гребной винт (37), закрепленный на наружном конце (31А) вала (31) снаружи первого конца (22А) нижней части (22) кожуха (20), указанный гребной винт (37) вращается посредством вала (31);
кольцевой корпус (40), жестко установленный в кожухе (20), указанная центральная ось (X) вала (31) также образует центральную ось кольцевого корпуса (40), указанный кольцевой корпус (40) охватывает внешний периметр гребного винта (37) и образующий канал (45) для воды, протекающей внутри кольцевого корпуса (40),
отличающаяся тем, что силовая установка также содержит:
электродвигатель (50) обращенного типа, содержащий обращенный ротор (51) и статор (52), указанный обращенный ротор (51) выполнен на внешнем периметре гребного винта (37) и вращается совместно с гребным винтом (37), указанный статор (52) размещен внутри кольцевого корпуса (40) и охватывает обращенный ротор (51).

2. Силовая установка по п.1, отличающаяся тем, что радиальный и осевой подшипники (32, 33) внутри кожуха (20) представляют собой смазываемые маслом подшипники.

3. Силовая установка по любому пп.1 и 2, отличающаяся тем, что наружный конец (31А) вала (31) герметизирован посредством уплотнения (34) на первом конце (22А) нижней части (22) кожуха (20) для предотвращения поступления воды в кожух (20).

4. Силовая установка по п.1, отличающаяся тем, что первая радиальная плоскость (Y1), проходящая через осевую (X) срединную точку обращенного ротора (51), расположена снаружи первого конца (22А) нижней части (22) кожуха (20).

5. Силовая установка по п.4, отличающаяся тем, что первая радиальная плоскость (Y1), проходящая через осевую (X) срединную точку обращенного ротора (51) и вторая радиальная плоскость (Y2), проходящая через осевую срединную точку между подшипниками (32, 33), находятся на расстоянии (А) по оси (X) друг от друга.

6. Силовая установка по п.1, отличающаяся тем, что внутренняя поверхность кольцевого корпуса (40) содержит кольцевую проточку (46), указанный обращенный ротор (51) вращается внутри указанной кольцевой проточки (46).

7. Силовая установка по п.6, отличающаяся тем, что имеется проход (Р1) между обращенным ротором (51) и корпусом (40) в кольцевой проточке (46), причем вода может протекать через указанный проход (Р1) для охлаждения ротора (51) и статора (52).

8. Силовая установка по п.1, отличающаяся тем, что канал (45), проходящий внутри кольцевого корпуса (40), представляет собой цилиндр.

9. Силовая установка по п.1, отличающаяся тем, что, по крайней мере, первый конец (22А) нижней части (22) кожуха (20) расположен внутри кольцевого корпуса (40).

10. Силовая установка по п.1, отличающаяся тем, что ротор (51) представляет собой ротор с постоянными магнитами.

11. Силовая установка по п.1, отличающаяся тем, что охлаждение статора (52) организовано как пассивное охлаждение непосредственно через оболочку корпуса (40) посредством морской воды, окружающей оболочку корпуса (40).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано в конструкциях винтовых движителей. Насадка движительно-рулевого комплекса плавательного средства содержит полый цилиндрический корпус, решетку, которая выполнена из скрепленных между собой элементов.

Группа изобретений относится к области судостроения, а более конкретно к движителям с частично погруженным винтом (ЧПВ). Частично погруженный винторулевой привод содержит частично погруженный винт, поворотную дейдвудную трубу с шаровой частью, упорный корпус, сферические шарниры управляющих гидроцилиндров расположены в дейдвудной трубе, ведущий, промежуточный и ведомый валы соединены с винтами.

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

Изобретение относится к области судовых движителей. .

Изобретение относится к области водного транспорта. .

Изобретение относится к плавсредствам, в частности речным судам. .

Изобретение относится к судостроению, в частности к движителям подводных аппаратов, имеющих полные обводы корпуса. .

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.

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.

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.

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.

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

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.

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

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 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.
Наверх