Движительная установка

Изобретение относится к судостроению, а именно к движительной установке. Движительная установка содержит несущую стойку, кожух, на конце которого расположен гребной винт, кольцевую насадку. Кольцевая насадка жестко закреплена на кожухе опорной конструкцией, которая содержит по меньшей мере три лопатки. Насадка имеет впускное отверстие и выпускное отверстие, посредством чего образуется канал для потока воды между впускным и выпускным отверстием через внутреннюю область кольцевой насадки. Гребной винт тянет судно в направлении (S1) движения. Опорная конструкция расположена между гребным винтом и несущей стойкой в направлении (S1) движения судна. Лопатки опорной конструкции расположены между внешним периметром кожуха и внутренним периметром насадки для приема потока воды от лопастей гребного винта. Достигается улучшение движительной установки. 20 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к движительной установке согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.

Уровень техники

В международной публикации WO 99/14113 раскрыты движительная система для судов и способ перемещения судна в ледовых условиях. Система содержит приводной вал, гребной винт, прикрепленный к приводному валу, и насадку, окружающую гребной винт. Насадка имеет входное отверстие для воды и выходное отверстие для воды и вращаемые лопасти или лопатки, прикрепленные к участку приводного вала, которые выступают за пределы входного отверстия для воды для разрушения и/или дробления льда до входа льда в насадку. Точка максимального диаметра лопастей или лопаток расположена на аксиальном расстоянии от плоскости впускного отверстия для воды, которое составляет 0,02-0,25 диаметра гребного винта. Диаметр вращаемых лопастей или лопаток составляет 0,6-0,8 диаметра гребного винта.

В патенте США № 2,714,866 раскрыто устройство для приведения в движение корабля. Кожух двигателя в варианте осуществления, показанном на Фигуре 4, прикреплен к вертикальному рулевому валу и, тем самым, может быть повернут с помощью рулевого вала из внутренней области корабля. Электродвигатель расположен внутри кожуха двигателя. Насадка, окружающая кожух, поддерживается с помощью плоских соединительных элементов на кожухе. Тяговый гребной винт, который приводится в движение электродвигателем, расположен в переднем конце кожуха внутри насадки. Плоские соединительные элементы незначительно согнуты так, что они улавливают спиральное движение воды, поступающей от гребного винта. Это заставляет компонент спирального движения результирующей скорости потока воды изменяться в аксиальном направлении и использоваться для рассечения.

В патенте США № 8,435,089 раскрыт судовой движительный узел, включающий в себя гондолу, устанавливаемую под корпусом корабля. Судовой движительный комплекс содержит по меньшей мере одну гондолу, которая механически соединена с несущей стойкой, гребной винт, который расположен на кормовом конце гондолы и который имеет по меньшей мере две лопасти, и конструкцию из по меньшей мере трех потоконаправляющих лопаток, которые прикреплены к гондоле. Эта конструкция из лопаток образует венец, который по существу перпендикулярен продольной оси гондолы, причем указанный венец лежит в зоне, которая расположена между центральным участком указанной несущей стойки и гребным винтом. Движительный комплекс дополнительно содержит насадку, которая окружает по меньшей мере частично гребной винт и указанный венец. Каждая из указанных лопастей имеет конец с краем, подходящим вплотную к внутренней стенке насадки так, что гребной винт образует ротор винтового насоса. Лопатки расположены перед гребным винтом в направлении по нормали к перемещению корабля. После гребного винта нет никаких лопаток.

Насадки используются, например, в так называемых судах динамического позиционирования (DP), используемых при бурении нефтяных скважин. Насадка образует центральный канал с аксиальным путем потока воды от первого конца ко второму концу насадки. Тяга, создаваемая гребным винтом, усиливается насадкой на малых скоростях. Насадка может производить до 40% от общей тяги на малых скоростях, в результате чего гребной винт производит 60% от общей тяги. Имеются несколько движительных установок на таких судах, и судно удерживается неподвижным в требуемом положении с помощью этих движительных установок. Таким образом, требуется большая тяга на малых скоростях, для того чтобы постоянно удерживать судно в требуемом положении при неспокойном море.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание улучшенной движительной установки.

Движительная установка согласно изобретению характеризуется тем, что указано в отличительной части пункта 1 формулы изобретения.

В одном аспекте предложена движительная установка, содержащая несущую стойку, продолжающуюся вниз от корпуса судна, кожух, прикрепленный к нижнему концу несущей стойки, причем на конце кожуха расположен гребной винт, кольцевую насадку, окружающую внешний периметр лопастей гребного винта и жестко поддерживаемую на кожухе с помощью опорной конструкции, содержащей по меньшей мере три лопатки между внешним периметром кожуха и внутренним периметром насадки, причем указанная насадка имеет впускное отверстие и выпускное отверстие, посредством чего образуется канал для потока воды между впускным отверстием и выпускным отверстием через внутреннюю область кольцевой насадки. Гребной винт тянет судно в направлении движения, вода свободно поступает на лопасти гребного винта от впускного отверстия насадки, и опорная конструкция насадки расположена полностью внутри насадки и после гребного винта в направлении движения судна, причем опорная конструкция расположена между гребным винтом и несущей стойкой.

В одном варианте осуществления движительная установка содержит:

несущую стойку, продолжающуюся вниз от корпуса судна, причем верхний конец несущей стойки поддерживается с возможностью поворота на нижнем участке корпуса,

кожух, прикрепленный к нижнему концу несущей стойки,

первый электродвигатель, расположенный в кожухе,

ступицу, прикрепленную к первому концу кожуха,

первый вал, имеющий первый конец, прикрепленный к первому электродвигателю, и второй конец, прикрепленный к ступице,

гребной винт, содержащий по меньшей мере три лопасти, прикрепленные к ступице,

кольцевую насадку, окружающую внешний периметр лопастей гребного винта и жестко поддерживаемую на кожухе с помощью опорной конструкции, содержащей по меньшей мере три лопатки, продолжающиеся в радиальном направлении между внешним периметром кожуха и внутренним периметром насадки, причем указанная насадка имеет впускное отверстие и выпускное отверстие, посредством чего образуется канал для потока воды между впускным отверстием и выпускным отверстием через внутреннюю область кольцевой насадки.

В одном варианте осуществления движительная установка отличается тем, что:

гребной винт тянет судно в направлении движения,

опорная конструкция насадки расположена после гребного винта в направлении движения судна, посредством чего лопатки в указанной опорной конструкции оптимизированы для перенаправления вращательных компонентов потока, создаваемого гребным винтом, в аксиальную тягу.

Опорная конструкция насадки расположена после гребного винта в направлении движения судна. Это означает, что спиральный поток, создаваемый гребным винтом, будет проходить через опорную конструкцию. Форма, положение, угол и количество лопаток может быть оптимизировано с учетом максимального перенаправления вращательных компонентов потока гребного винта в аксиальную тягу.

Краткое описание чертежей

Далее изобретение будет описано более подробно посредством предпочтительных вариантов осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1 показывает вертикальное сечение движительной установки согласно изобретению,

Фиг.2 показывает горизонтальное сечение движительной установки согласно изобретению,

Фиг.3 показывает вид в аксонометрии части движительной установки,

Фиг.4А показывает вариант осуществления насадки,

Фиг.4B показывает вариант осуществления ротора,

Фиг.4C показывает вариант осуществления статора,

Фиг.5 иллюстрирует примерные размеры блока гондолы и насадки,

Фиг.6 показывает зависимость между размерами насадки и тяговым коэффициентом полезного действия, и

Фиг.7 показывает другую зависимость между размерами насадки и тяговым коэффициентом полезного действия.

Подробное описание изобретения

Далее изобретение будет раскрыто со ссылкой на некоторые варианты осуществления. Варианты осуществления относятся к движительной установке корабля/судна.

В одном варианте осуществления движительная установка представляет собой электрическое азимутальное подруливающее устройство, где электродвигатель расположен в подводном блоке гондолы при непосредственном соединении с гребным винтом. Электричество для электродвигателя может быть произведено первичным двигателем, таким как встроенный газовый или дизельный двигатель.

В другом варианте осуществления движительная установка представляет собой механическое азимутальное подруливающее устройство. В этом варианте осуществления двигатель расположен внутри корабля и соединен с движительной установкой зубчатой передачей. Двигатель может быть дизельным двигателем, электрическим двигателем или их комбинацией. Расположение вала может быть L- или Z-типа.

В еще одном варианте осуществления движительная установка может быть вращательно неподвижной, то есть не вращаемой. В таком варианте осуществления обеспечен дополнительный руль для управления ориентацией судна. Двигатель может быть электродвигателем, расположенным в подводной гондоле или на борту, то есть внутри корабля, или механическим подруливающим устройством, расположенным на борту.

Далее изобретение будет пояснено со ссылкой на вариант осуществления, в котором движительная установка имеет электродвигатель, расположенный в подводной гондоле, но следует понимать, что раскрытая концепция, относящаяся к насадке и соответствующим элементам, таким как гребной винт и лопатки, не зависит от того, где и как производится двигательная энергия.

На Фиг.1 показана движительная установка согласно варианту осуществления изобретения. Движительная установка 20 содержит полую несущую стойку 21, кожух 22, первый электродвигатель 30, первый вал 31, ступицу 40, гребной винт 50 и кольцевую насадку 60, окружающую гребной винт 50. Гребной винт 50 тянет судно вперед в первом направлении S1, т.е. в направлении движения судна. Если судно требуется приводить в движение в противоположном направлении, азимутальная движительная установка может быть повернута на 180 градусов, посредством чего движительная установка по-прежнему работает в тянущем режиме. Таким образом, гребной винт разработан и оптимизирован для работы в главном направлении вращения.

В некоторых ситуациях, таких как аварийные ситуации, например, ориентация движительной установки может быть сохранена, но направление вращения гребного винта может быть реверсировано для остановки судна и/или для приведения в движение судна в обратном направлении. В этом режиме гребной винт работает путем толкания воды впереди гребного винта. Однако такая работа носит временный характер, и гребной винт не оптимизирован для такой работы.

Несущая стойка 21 продолжается вниз от корпуса 10 судна. Верхний конец 21А стойки 21 продолжается во внутреннюю область корпуса 10 судна и поддерживается с возможностью вращения на нижнем участке корпуса 10 судна. Несущая стойка 21 дополнительно имеет передний край 21C, обращенный в направлении S1 движения судна. Кожух 22 прикреплен к нижнему концу 21B стойки 21. Кожух 22 имеет форму гондолы, имеющей первый конец 22А и второй противоположный конец 22B. Гондола может иметь по меньшей мере по существу форму капли, посредством чего первый конец 22А, который является передним концом, может быть более тупым, чем второй конец 22B, являющийся кормовым концом гондолы. Таким образом, кожух/гондола выполнена с возможностью продвижения/движения тупой носовой частью 22А вперед для минимизации сопротивления воды. Первый конец 22А кожуха 22 направлен в направлении S1 движения судна, когда судно движется вперед.

Ступица 40 соединена с первым концом 22А кожуха 22, а гребной винт 50 прикреплен к ступице 40. Первый конец 31A первого вала 31 соединен с первым электродвигателем 30, расположенным в кожухе 22, а второй конец 31B первого вала 31 соединен со ступицей 40. Ступица 40 и, таким образом, также гребной винт 50 вращаются вместе с первым валом 31, приводимым в движение первым электродвигателем 30. Первый вал 31 вращается вокруг линии X-X вала.

Гребной винт 50 содержит по меньшей мере три радиально продолжающихся лопасти 51, 52, предпочтительно 3-7 лопастей 51, 52. Вода поступает на лопасти 51, 52 гребного винта 50 напрямую без каких-либо сдвигающих элементов, расположенных перед гребным винтом 50. Таким образом, нет никаких лопаток, например, перед тянущим гребным винтом в направлении движения, посредством чего вода имеет возможность свободно поступать на лопасти гребного винта. Лопасти 51, 52 гребного винта 50 рассчитываются согласно обычным процессам определения размеров судового гребного винта. Геометрия лопастей 51, 52 гребного винта 50 оптимизирована для свободного поступления трехмерного потока воды, учитывая расположенное дальше по потоку оборудование, такое как опорная конструкция 70 насадки 60 и несущая стойка 21.

Кольцевая насадка 60 окружает внешний периметр лопастей 51, 52 гребного винта 50. Линия X-X вала образует также аксиальную центральную линию для кольцевой насадки 60. В предпочтительном варианте осуществления центр гребного винта в продольном направлении насадки 60 находится на расстоянии 0,30-0,45 диаметра гребного винта 50 от впускного отверстия 61 насадки 60.

Кольцевая насадка 60 имеет впускное отверстие 61 и выпускное отверстие 62, посредством чего образуется центральный канал 65 между впускным отверстием 61 и выпускным отверстием 62 насадки 60. Центральный канал 65 образует аксиальный путь потока воды, текущей через внутреннюю область кольцевой насадки 60. Форма насадки 60 разработана для минимального собственного сопротивления и для максимальной тяги. Длина, толщина и положение насадки 60 относительно кожуха 22 должны быть оптимизированы. В одном предпочтительном варианте осуществления длина насадки 60 составляет 0,45-0,65 диаметра гребного винта 50. В дополнительном предпочтительном варианте осуществления длина насадки составляет 0,45-0,55 диаметра гребного винта. Угол переднего конца 22А кожуха 22 оказывает большое влияние на форму насадки 60. Это будет более подробно объяснено со ссылкой на Фиг. 4А-7.

Кольцевая насадка 60 жестко прикреплена к кожуху 22 с помощью опорной конструкции 70, содержащей радиально продолжающиеся лопатки 71, 72, продолжающиеся между внешним периметром кожуха 22 и внутренним периметром насадки 60. Имеются по меньшей мере три лопатки 71, 72, предпочтительно 2-7 лопаток 71, 72, поддерживающих кольцевую насадку 60 на кожухе 22.

Количество лопастей гребного винта и лопаток может взаимно отличаться для исключения нестационарных сил. В некоторых вариантах осуществления статор может иметь больше лопаток, чем ротор имеет лопастей. В некоторых вариантах осуществления разница составляет единицу (1), то есть статор имеет на одну лопатку больше, чем ротор имеет лопастей. В одном варианте осуществления гребной винт может иметь 4 лопасти, а статор - 5 лопаток.

Лопатки 71, 72 расположены после гребного винта 50 в направлении S1 движения судна. Вращение гребного винта 50 заставляет воду протекать через центральный канал 65 от первого конца 61 центрального канала 65 ко второму концу 62 центрального канала 65 во втором направлении S2, которое противоположно первому направлению S1, т.е. направлению движения судна. Тяга, создаваемая гребным винтом 50, усиливается кольцевой насадкой 60. Таким образом, гребной винт 50 тянет судно в первом направлении S1.

Лопатки 71, 72 опорной конструкции 70 принимают спиральный поток воды от лопастей 51, 52 гребного винта 50, так как лопатки 71, 72 расположены после гребного винта 50 в направлении движения S1 судна 10. Лопатки 71, 72 восстанавливают вращательную энергию, создаваемую лопастями 51, 52 гребного винта 50. Лопатки 71, 72 перенаправляют вращательный компонент потока спирального потока воды в аксиальном направлении. Это приведет к увеличению тяги, создаваемой гребным винтом 50.

Форма поперечного сечения лопаток 70 разработана для минимизации собственного сопротивления. Каждая лопатка 71, 72 разработана, учитывая поступающий трехмерный поток воды, т.е. поток воды, поступающий от гребного винта 50. Влияние несущей стойки 21, которая расположена после лопаток 71, 72, также принимать во внимание при разработке лопаток 71, 72.

Лопатки 71, 72 в опорной конструкции 70 оптимизированы для перенаправления вращательных компонентов потока, создаваемого гребным винтом 50, в аксиальную тягу. Оптимизация выполняется путем вычисления поля потока, создаваемого гребным винтом 50 непосредственно перед опорной конструкцией 70. Вычисление может быть выполнено с помощью методов вычислительной гидродинамики (CFD) или более простого панельного метода. Когда поле потока известно, то оптимальное угловое распределение в радиальном направлении лопаток 71, 72 относительно поступающего потока определяется так, что отношение между дополнительной тягой, которую производят лопатки 71, 72, и собственным сопротивлением, которое производят лопатки 71, 72, максимизируется. Отношение между толщиной и длиной каждой лопатки 71, 72 определяется прочностью лопаток 71, 72. Лопатки 71, 72 несут и обеспечивают тягу и гидродинамические нагрузки, создаваемые гребным винтом 50.

Таким образом, в этих вариантах осуществления гребной винт производит вращательный крутящий момент в воде, поступающей свободно/непосредственно на гребной винт. После гребного винта в направлении движения вращающийся поток воды поступает на лопатки, что производит противоположный крутящий момент, чем гребной винт для потока воды. Тем самым, аксиальный поток воды возвращается с помощью лопаток. Таким образом, лопатки компенсируют вращательный крутящий момент, создаваемый гребным винтом, противоположным крутящим моментом для возвращения вращающегося потока воды, поступающего на лопатки, к аксиальной тяге, когда вода выпускается с лопаток и из насадки. Таким образом, можно сказать, что лопатки придают противодействующий крутящий момент потоку воды по сравнению с крутящим моментом, придаваемым гребным винтом, этот противодействующий крутящий момент по меньшей мере по существу уравнивает вращательный эффект гребного винта так, что в результате насадкой обеспечивается прямой поток воды. Предпочтительным является то, что лопатки расположены внутри насадки, то есть между впускным и выпускным отверстиями насадки. Таким образом, аксиальный поток воды возвращается максимально быстро, что максимизирует тягу, получаемую от насадки.

Гребной винт 50 и опорная конструкция 70 полностью находятся внутри насадки 60, т.е. в пределах впускного конца 61 и выпускного конца 62 насадки 60. То есть лопасти гребного винта и лопатки расположены внутри трубы, образуемой насадкой.

Верхний конец 21А несущей стойки 21 прикреплен к зубчатому колесу 26 внутри корпуса судна. Второй электродвигатель 110 соединен через второй вал 111 с шестерней 112, соединяемой с зубцами поворотного колеса 26. Таким образом, второй электродвигатель 110 будет поворачивать зубчатое колесо 26 и, тем самым, также движительную установку 20. Таким образом, движительная установка 20 поддерживается с возможностью поворота на корпусе 10 судна и может поворачиваться на 360 градусов вокруг вертикальной центральной оси Y-Y относительно корпуса 10 судна. На чертеже показан только один второй электродвигатель 110, соединенный с зубчатым колесом 26, но, естественно, может быть два или более вторых электродвигателей 110, приводящих в движение зубчатое колесо 26.

Электрическая энергия, необходимая электродвигателям 30, 110, производится в пределах корпуса 10 судна. Электрическая энергия может быть произведена генератором, соединенным с двигателем внутреннего сгорания. Электрическая энергия для первого электродвигателя 30 подается по кабелям, идущим от генератора в пределах внутренней области корпуса 10 судна к движительной установке 20. Конструкция 100 контактного кольца необходима в соединении с зубчатым колесом 26 внутри корпуса 10, для того чтобы передавать электрическую энергию от неподвижного корпуса 10 вращаемой движительной установке 20.

Центральная ось X первого вала 31 направлена в горизонтальном направлении в варианте осуществления, показанном на чертежах. Однако центральная ось X первого вала 31 может быть наклонена относительно горизонтального направления. Таким образом, кожух 22 будет наклонен относительно горизонтального направления. Это в некоторых случаях может приводить к гидродинамическим преимуществам.

Угол α1 между осью Y-Y вращения движительной установки 20 и линией X-X вала предпочтительно составляет 90 градусов, но он может быть меньше 90 градусов или больше 90 градусов.

Фиг.2 показывает горизонтальное сечение движительной установки согласно изобретению. На чертеже показана несущая стойка 21 и кожух 22. Несущая стойка 21 поддерживает движительный блок 20 на корпусе судна. Горизонтальное сечение несущей стойки 21 показывает, что передний край 21C несущей стойки 21 наклонен на угол α2 относительно поступающего потока воды. Передний край 21C несущей стойки 21 может быть оптимизирован и может иметь форму для увеличения тяги всей установки путем наклона переднего края 21C относительно поступающего потока воды. Таким образом, несущая стойка 21 может восстанавливать оставшуюся вращательную энергию из трехмерного потока после опорной конструкции 70. Угол α2 наклона переднего края 21C несущей стойки 21 изменяется в диапазоне 0-10 градусов. В предпочтительном варианте осуществления угол наклона находится в диапазоне 3-7 градусов. Предпочтительно, наклонение выполняется по направлению к приближающейся лопасти ротора. То есть, если ротор вращается по часовой стрелке, наклонение указывает вправо, если смотреть сзади стойки. Угол α2 наклона переднего края 21C несущей стойки 21 может изменяться в радиальном направлении. Угол потока воды после опорной конструкции 70 насадки 60 может быть вычислен методами вычислительной гидродинамики (CFD) или более простым панельным методом, для того чтобы определять угол α2.

Лопасти 51, 52 гребного винта 50 расположены в первой аксиальной зоне X1, и лопатки 71, 72 опорной конструкции 70 расположены во второй аксиальной зоне X2. Вторая аксиальная зона X2 расположена на аксиальном расстоянии X3 после первой аксиальной зоны X1 в нормальном направлении S1 перемещения судна.

Гребной винт 50 имеет диаметр D1, измеряемый по окружности, проходящей через радиальные внешние края лопастей 51, 52 гребного винта 50.

Фиг.3 показывает вид в аксонометрии части движительной установки. На чертеже показан кожух 22 и насадка 60, окружающая кожух 22. На чертеже дополнительно показана одна лопатка 71. Угол α3 поворота сечения каждой лопатки 71, 72 изменяется в радиальном направлении от 0 до 15 градусов. В одном предпочтительном варианте осуществления угол составляет от 3 до 10 градусов. Угол α3 поворота сечения представляет собой угол между аксиальным направлением X-X и радиальным направлением плоскости лопатки 71, 72. Другими словами, эту угол определяет, насколько лопатка наклонена относительно продольной оси X-X, которая также образует ось вращения гребного винта.

На Фиг.4А показано трехмерное представление одного варианта осуществления насадки. Таким образом, насадка геометрически может быть цилиндром или усеченным конусом с открытыми концами. Форма насадки может зависеть от формы гондолы, окружаемой насадкой. Предпочтительно, открытая площадь между гондолой и насадкой больше в передней части насадки, чем в кормовой части насадки. Передняя часть насадки относится к концу насадки, который ближе к гребному винту, размещаемому внутри насадки. В другом варианте осуществления диаметры обоих концов насадки по существу равны.

На Фиг.4B показано трехмерное представление варианта осуществления ротора/гребного винта. Можно увидеть, что гребной винт содержит по существу цилиндрический средний участок, роторный диск, к которому прикреплены лопасти. Участок основания лопастей, который прикреплен к роторному диску, может быть незначительно наклонен от оси вращения гребного винта. Форма лопасти может дополнительно иметь скрученную форму так, что на вершине лопасти задний конец находится радиально дальше от основания лопасти, чем передний конец лопасти.

На Фиг.4C показано трехмерное представление варианта осуществления статора. Лопатки статора также могут быть наклонены относительно оси вращения ротора. Наклонение лопаток статора может быть в противоположном направлении, чем наклонение лопастей ротора. Например, когда лопасти ротора на Фиг. 4B наклонены вправо, если смотреть сзади ротора, лопатки статора на Фиг. 4C могут быть наклонены влево, это означает, что передний конец лопатки находится левее, чем задний конец лопатки. Наклонение лопатки может быть до 15 градусов по сравнению с осью вращения ротора. Предпочтительно, наклонение лопатки составляет 3-10 градусов от продольной оси, проходящей продольно через гондолу.

Так как наклона лопастей ротора и лопаток статора выполнены в противоположных направлениях, они вызывают по существу противоположный вращательный эффект на воде. То есть лопатки расположены, чтобы по существу вызывать противоположную вращательную силу на воде, чем лопасти ротора, посредством чего вращательный эффект ротора по существу компенсируется статором так, что тяга, развиваемая статором, является по меньшей мере по существу аксиальной.

На Фиг.5 показан вариант осуществления части движительной установки для иллюстрации различных размеров и зависимостей между размерами. На Фиг.5 используются следующие обозначения:

Dα представляет собой диаметр передней части насадки в главном направлении продвижения гондолы 22. Dβ представляет собой диаметр кормовой части насадки, то есть конца насадки в главном направлении продвижения гондолы 22. dα относится к диаметру гондолы в плоскости передней части насадки, и dβ относится к диаметру гондолы в плоскости кормовой части насадки. Din представляет собой внутренний диаметр насадки в плоскости роторного диска, к которому прикреплены лопасти ротора. dRh относится к диаметру ступицы ротора.

Более того, выполнены следующие определения:

, где представляет собой площадь сечения передней части насадки, и представляет собой площадь сечения насадки в плоскости роторного диска,

, где представляет собой площадь сечения кормовой части насадки

,

,

,

,

.

На Фиг.6 показано отношение между α и тягой, создаваемой гребным винтом. Можно увидеть, что тяга максимизирована, когда α, которое иллюстрирует деление открытой площади для потока воды в передней носовой части насадки на открытую площадь для воды на роторном диске, составляет приблизительно 1,25. Оптимальный диапазон может быть определен между 1,15-1,35, еще более предпочтительно между 1,20-1,30. Тяга здесь иллюстрирует, как большая сила зависит от площади, покрываемой гребным винтом.

На Фиг.7 показано отношение между β, которое относится к открытой площади на кормовой части насадки, поделенной на открытую площадь на роторном диске, и коэффициентом полезного действия, создаваемым гребным винтом. Можно увидеть, что незначительное улучшение коэффициента полезного действия достигается, когда β ниже 1,10, особенно между 1,00 и 1,10.

Изобретение и его варианты осуществления не ограничены примерами, описанными выше, но могут изменяться в пределах объема охраны формулы изобретения.

1. Движительная установка (20), содержащая:

несущую стойку (21), продолжающуюся вниз от корпуса (10) судна,

кожух (22), прикрепленный к нижнему концу (21B) несущей стойки (21), причем на конце кожуха (22) расположен гребной винт (50),

кольцевую насадку (60), окружающую внешний периметр лопастей (51, 52) гребного винта (50) и жестко поддерживаемую на кожухе (22) опорной конструкцией (70), содержащей по меньшей мере три лопатки (71, 72), при этом указанная насадка (60) имеет впускное отверстие (61) и выпускное отверстие (62), посредством чего образуется канал (65) для потока воды между впускным отверстием (61) и выпускным отверстием (62) через внутреннюю область кольцевой насадки (60),

причем гребной винт (50) тянет судно в направлении (S1) движения,

вода свободно поступает на лопасти (51, 52) гребного винта от впускного отверстия (61) насадки (60),

отличающаяся тем, что опорная конструкция (70) расположена между гребным винтом (50) и несущей стойкой (21) в направлении (S1) движения судна, а лопатки опорной конструкции (70) расположены между внешним периметром кожуха (22) и внутренним периметром насадки (60) для приема потока воды от лопастей гребного винта.

2. Движительная установка по п.1, отличающаяся тем, что верхний конец (21А) несущей стойки (21) поддерживается с возможностью поворота на нижнем участке корпуса (10).

3. Движительная установка по любому из пп.1,2, отличающаяся тем, что движительная установка содержит первый электродвигатель (30), расположенный в кожухе (22).

 4. Движительная установка по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что движительная установка содержит ступицу (40), прикрепленную к первому концу (22А) кожуха (22), а гребной винт (50) прикреплен к ступице (40).

 5. Движительная установка по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что движительная установка содержит первый вал (31), имеющий первый конец (31A), прикрепленный к первому электродвигателю (30), и второй конец (31B), прикрепленный к ступице (40).

 6. Движительная установка по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что лопатки (71, 72) в указанной опорной конструкции (70) выполнены с возможностью перенаправления вращательных компонентов потока, создаваемого гребным винтом (50), в аксиальную тягу.

7. Движительная установка по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что лопатки (71, 72) в указанной опорной конструкции (70) выполнены с возможностью компенсирования вращательного эффекта, вызываемого гребным винтом, так, что поток после лопаток возвращается к по меньшей мере по существу аксиальной тяге.

8. Движительная установка по любому из пп.1-7, отличающаяся тем, что лопатки (71, 72) в указанной опорной конструкции (70) расположены так, чтобы продолжаться в радиальном направлении насадки.

 9. Движительная установка по любому из пп.1-8, отличающаяся тем, что количество лопаток (71, 72) в опорной конструкции больше количества лопастей (51, 52) в гребном винте (50).

10. Движительная установка по любому из пп.1-9, отличающаяся тем, что первый конец (22А) кожуха (22) имеет более тупую форму, чем второй конец (22B), посредством чего кожух выполнен с возможностью продвижения в направлении (S1) движения первой носовой частью (22А) вперед.

11. Движительная установка по любому из пп.1-10, отличающаяся тем, что она содержит узел зубчатой передачи для приема двигательной энергии от двигателя, внешнего по отношению к кожуху (22).

12. Движительная установка по любому из пп.1-11, отличающаяся тем, что длина насадки (60) составляет 0,45-0,65 диаметра гребного винта (50).

13. Движительная установка по любому из пп.1-12, отличающаяся тем, что центр гребного винта (50) в продольном направлении насадки (60) находится на расстоянии 0,30-0,45 диаметра гребного винта от впускного отверстия (61) насадки.

14. Движительная установка по любому из пп.1-13, отличающаяся тем, что опорная конструкция (70) содержит 3-7 лопаток (71, 72).

15. Движительная установка по любому из пп.1-14, отличающаяся тем, что передний край (21C) несущей стойки (21) наклонен на угол (α2) относительно поступающего потока воды, причем указанный угол (α2) переднего края (21C) несущей стойки (21) находится в диапазоне 3-7°.

16. Движительная установка по любому из пп.1-15, отличающаяся тем, что угол (α3) наклона по меньшей мере одной лопатки (71, 72) относительно оси вращения гребного винта составляет 3-10°.

17. Движительная установка по любому из пп.1-16, отличающаяся тем, что площадь сечения между гондолой и насадкой в передней части насадки составляет 1,15-1,35 площади сечения между роторным диском и насадкой.

18. Движительная установка по любому из пп.1-17, отличающаяся тем, что площадь сечения между гондолой и внутренней поверхностью насадки в задней части насадки составляет 1,00-1,15 площади сечения между роторным диском и насадкой.

19. Движительная установка по любому из пп.1-18, отличающаяся тем, что опорная конструкция расположена полностью внутри насадки (60).

20. Движительная установка по любому из пп.1-19, отличающаяся тем, что гребной винт содержит по существу цилиндрический средний участок, роторный диск, к которому прикреплены лопасти, и участок основания лопастей, который прикреплен к роторному диску, наклонен от оси вращения гребного винта, и форма лопасти имеет скрученную форму так, что на вершине лопасти задний конец находится радиально дальше от основания лопасти, чем передний конец лопасти.

21. Движительная установка по любому из пп.1-20, отличающаяся тем, что лопатки наклонены относительно оси вращения ротора, причем этот наклон лопаток выполнен в противоположном направлении, чем наклонение лопастей ротора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к судостроению, а именно к управлению судами с помощью рулевых устройств. Рулевое устройство содержит водоходный канал, неподвижный насадок круглого поперечного сечения с помещенным внутри него гребным винтом, балансирными рулями, рулевую коробку с вертикальными боковыми стенками и горизонтальными перемычками.

Изобретение относится к судостроению, а именно к конструкции винтового привода судов. Кольцевая насадка для гребного винта плавучего средства имеет цилиндрическую форму с увеличенной шириной.

Изобретение относится к области судостроения, а именно к водометным движителям. Водометный движительный комплекс содержит водовод, который выполнен в виде осесимметричной профилированной кольцевой насадки, внутри которой соосно размещено установленное на валу рабочее колесо.

Изобретение относится к области судостроения и касается вопроса повышения эффективности использования водометных движителей для водоизмещающих судов. Комбинированный двигательно-движительный комплекс судна содержит корпус в виде осесимметричной судовой кольцевой насадки с размещенным в нем реверсивным электродвигателем погружного исполнения и оснащен размещенным вниз по потоку за рабочим колесом, соосно с ним, гребным винтом.

Изобретение относится к области судостроения, а именно к водометным движителям. Водометный двигательно-движительный комплекс включает осесимметричный корпус в виде судовой кольцевой насадки, в котором размещены статор электродвигателя и подвижно установленное круговое кольцо.

Изобретение относится к области морской подводной техники, а именно к конструкциям движительно-рулевых устройств подводных аппаратов. Движительно-рулевое устройство содержит гребной винт, который размещен в направляющей насадке.

Изобретение относится к области судостроения, а именно к созданию движительно-рулевых комплексов, обеспечивающих движение и маневрирование судна в ледовых условиях.

Изобретение относится к области судостроения и касается конструкции, а также технологии монтажа и демонтажа узла пропульсивной установки судна. Судно содержит корпус и двигатель, причем двигатель включает по меньшей мере один туннельный элемент и по меньшей мере один узел движителя.

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

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

Изобретение относится к судостроению, а именно к движительной установке. Движительная установка содержит несущую стойку, кожух, на конце которого расположен гребной винт, кольцевую насадку. Кольцевая насадка жестко закреплена на кожухе опорной конструкцией, которая содержит по меньшей мере три лопатки. Насадка имеет впускное отверстие и выпускное отверстие, посредством чего образуется канал для потока воды между впускным и выпускным отверстием через внутреннюю область кольцевой насадки. Гребной винт тянет судно в направлении движения. Опорная конструкция расположена между гребным винтом и несущей стойкой в направлении движения судна. Лопатки опорной конструкции расположены между внешним периметром кожуха и внутренним периметром насадки для приема потока воды от лопастей гребного винта. Достигается улучшение движительной установки. 20 з.п. ф-лы, 9 ил.

Наверх