RU220247U1 - Судовая движительная установка - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к судостроению, в частности к судовым движительным установкам.

Судовая движительная установка содержит корпус, состоящий из верхнего цилиндрического отсека, средней цилиндрической части, руля и гондолы. Корпус судовой движительной установки может разворачиваться относительно корпуса судна вокруг вертикальной оси рулевыми приводами. Внутри корпуса судовой движительной установки размещаются два приводных электродвигателя, на которые электропитание подается по кабелям через блок контактных колец, установленный в верхней части корпуса соосно с вертикальной осью поворота корпуса относительно корпуса судна. На валу каждого из приводных электродвигателей закреплены по два конических зубчатых колеса. Каждое двух конических зубчатых колес, закрепленных на валу одного приводного электродвигателя, входит в зацепление с коническим зубчатым колесом, установленным на верхнем конце одного из двух вертикальных валов, при этом общее число вертикальных валов равно четырем. На нижнем конце этих двух вертикальных валов закреплено по одному коническому зубчатому колесу, каждое из которых входит в зацепление с одним из двух конических зубчатых колес, установленных на одном из двух выходных валов с закрепленным на этом выходном валу гребным винтом.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение мощности и надежности судовой движительной установки за счет передачи механической мощности от каждого приводного электродвигателя на соответствующий выходной вал с гребным винтом одновременно по двум параллельным механическим трансмиссиям.

Description

Полезная модель относится к судостроению, в частности к судовым движительным установкам.

Аналогом является, например, судовая движительная установка, описание конструкции которой приведено в «Вестнике Государственного университета морского и речного флота им. Макарова», выпуск 4 (38) 2016, стр. 164-165. Судовая движительная установка состоит из двух корпусов - надводного и подводного. Надводный корпус (в статье он назван сварным корпусом) закреплен неподвижно на палубе судна. Подводный корпус, состоящий из полой стойки, руля и гондолы, присоединен к надводному корпусу снизу на опорах вращения, при этом бόльшая часть подводного корпуса располагается ниже ватерлинии. В надводном корпусе в подшипниках установлен входной (ведущий) горизонтальный вал, один конец которого выведен из надводного корпуса. Снаружи надводного корпуса к концу входного вала присоединен вал приводного двигателя судовой движительной установки, установленного вне надводного корпуса. Внутри надводного корпуса на входном валу закреплено коническое зубчатое колесо. Коническое зубчатое колесо входного вала входит в зацепление с коническим зубчатым колесом, закрепленным на верхнем конце вертикального вала, который проходит вниз через оба корпуса судовой движительной установки - надводный и подводный. Конические зубчатые колеса входного и вертикального валов образуют надводный редуктор судовой движительной установки. Вертикальный вал установлен в надводном и подводном корпусах в подшипниках и имеет возможность вращаться. На нижнем конце вертикального вала закреплено еще одно коническое зубчатое колесо. Внутри гондолы подводного корпуса вдоль продольной оси в подшипниках установлен выходной вал судовой движительной установки. На выходном валу закреплено коническое зубчатое колесо, которое входит в зацепление с коническим зубчатым колесом, закрепленным на нижнем конце вертикального вала. Конические зубчатые колеса вертикального и выходного валов образуют подводный редуктор судовой движительной установки. Конец выходного вала через герметичное уплотнение выведен за пределы гондолы, и на нем закреплен гребной винт.

Наиболее близкой к предлагаемой судовой движительной установке является судовая движительная установка, описание конструкции которой приведено в патенте РФ на изобретение №2785390 от 11.01.2022. В прототипе судовая движительная установка выполнена в виде единого корпуса, состоящего из верхнего цилиндрического отсека, средней цилиндрической части, руля и гондолы, при этом большая часть руля и гондола находятся ниже ватерлинии. Корпус судовой движительной установки установлен в корпусе судна в подшипниках. Снизу на верхнем цилиндрическом отсеке судовой движительной установки закреплено зубчатое колесо, в зацепление с которым входят зубчатые колеса рулевых приводов. Внутри верхнего цилиндрического отсека корпуса размещены два приводных электродвигателя. Приводные электродвигатели соединены с источниками питания, находящимися вне корпуса судовой движительной установки кабелями через блок контактных колец. На валу каждого приводного электродвигателя закреплено коническое зубчатое колесо, которое входит в зацепление с коническим зубчатым колесом, установленным на верхнем конце одного из двух вертикальных валов, которые проходят из верхнего цилиндрического отсека корпуса судовой движительной установки в гондолу. На нижнем конце каждого вертикального вала также закреплено по одному коническому зубчатому колесу, каждое из которых входит в зацепление с коническим зубчатым колесом, установленным на одном из двух выходных валов, расположенных горизонтально вдоль оси гондолы. Концы выходных валов через уплотнения выведены из гондолы с разных сторон, и на них установлены гребные винты.

Судовая движительная установка, являющаяся прототипом, работает следующим образом. При подаче электропитания от преобразователей частоты на приводные электродвигатели через блок контактных колец и кабели приводные электродвигатели запускаются и их валы, на которых установлены конические зубчатые колеса начинают вращаться. Вращение валов приводных двигателей с коническими зубчатыми колесами передается на конические зубчатые колеса, установленные на верхних концах вертикальных валов, и вертикальные валы. Далее вращение от вертикальных валов через конические зубчатые колеса, закрепленные на нижних концах вертикальных валов, и конические зубчатые колеса, закрепленные на выходных валах, передается на выходные валы, вместе с которыми вращаются гребные винты, создавая силу тяги, движущую судно. При этом две трансмиссии от приводных электродвигателей до выходных валов с гребными винтами работают раздельно и не имеют между собой механических связей. Сила тяги регулируется за счет изменения частоты вращения приводных электродвигателей, а направление тяги может изменяться с помощью рулевых приводов, разворачивающих корпус судовой движительной установки вместе с гребными винтами относительно корпуса судна.

Однако недостатком судовой движительной установки, выполненной в соответствии с прототипом, является ограниченная мощность судовой движительной установки и низкая надежность. Ограниченная мощность и низкая надежность данной судовой движительной установки обусловлена тем, что каждый из двух гребных винтов соединен с одним из двух приводных электродвигателей единственной механической трансмиссией, состоящей из установленного на валу приводного электродвигателя конического зубчатого колеса, входящего в зацепление с коническим зубчатым колесом, установленным на верхнем конце одного из двух вертикальных валов, вертикального вала, конического зубчатого колеса, закрепленного на нижнем конце этого вертикального вала, с которым входит в зацепление коническое зубчатое колесо, установленное на одном из двух выходных валов с закрепленном на этом валу гребным винтом. Прочность элементов этих механических трансмиссией ограничивает мощность судовой движительной установки. Низкая надежность связана с тем, что поломка любого элемента в одной из механических трансмиссий приведет к остановке одного из двух гребных винтов.

Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение мощности и надежности судовой движительной установки за счет дублирования элементов механических трансмиссий.

Это достигается тем, что предлагаемая судовая движительная установка, содержащая корпус, состоящий из верхнего цилиндрического отсека, средней цилиндрической части, руля и гондолы, установленное в нижней части верхнего цилиндрического отсека зубчатое колесо, в зацепление с которым входят зубчатые колеса рулевых приводов, приводные электродвигатели, размещенные внутри верхнего цилиндрического отсека и соединенные с источниками питания, находящимися вне корпуса судовой движительной установки, кабелями через блок контактных колец, и на валу приводных электродвигателей закреплены конические зубчатые колеса, входящие в зацепление с коническими зубчатыми колесами, установленными на верхних концах вертикальных валов, проходящих из верхнего цилиндрического отсека через среднюю цилиндрическую часть и руль в гондолу, конические зубчатые колеса, закрепленные на нижних концах вертикальных валов, каждое из которых входит в зацепление с коническим зубчатым колесом, установленным на одном из двух выходных валов, причем концы двух выходных валов через уплотнения выведены из гондолы и на концах выходных валов закреплены гребные винты, выполнена с закреплением на валу каждого из приводных электродвигателей двух конических зубчатых колес, каждое из которых входит в зацепление с коническим зубчатым колесом, установленным на верхнем конце одного из двух вертикальных валов, при этом общее число вертикальных валов равно четырем, и на нижнем конце этих двух вертикальных валов закреплено по одному коническому зубчатому колесу, каждое из которых входит в зацепление с одним из двух конических зубчатых колес, установленных на одном из двух выходных валов с закрепленным на этом выходном валу гребным винтом.

Выполнение предлагаемой судовой движительной установки с закреплением на валу каждого из приводных электродвигателей двух конических зубчатых колес, каждое из которых входят в зацепление с коническим зубчатым колесом, установленным на верхнем конце одного из двух вертикальных валов, при этом общее число вертикальных валов равно четырем, и на нижнем конце этих вертикальных валов закреплено по одному коническому зубчатому колесу, каждое из которых входит в зацепление с одним из двух конических зубчатых колес, установленных на одном из двух выходных валов с закрепленным на этом выходном валу гребным винтом, позволяет по сравнению с прототипом передавать механическую мощность от каждого из приводных электродвигателей на связанный с этим приводным электродвигателем выходной вал с гребным винтом одновременно по двум параллельным механическим трансмиссиям, каждая из которых состоит из конического зубчатого колеса, закрепленного на валу приводного электродвигателя, конического зубчатого колеса, установленного на верхнем конце одного из вертикальных валов, этого вертикального вала, конического зубчатого колеса, установленного на нижнем конце этого вертикального вала, и конического зубчатого колеса, установленного на выходном валу. Передача механической мощности в предлагаемой судовой движительной установке от каждого из приводных электродвигателей на соответствующий выходной вал с гребным винтом с помощью двух параллельно работающих механических трансмиссий, а не одной трансмиссии, как в прототипе, позволяет примерно в два раза увеличить мощность передаваемую от каждого из двух приводных электродвигателей на соответствующий гребной винт. То есть мощность предлагаемой судовой движительной установки может быть увеличена по сравнению с прототипом в два раза. Предлагаемая судовая движительная установка является также более надежной, чем прототип, так как при одинаковой мощности с прототипом, механическая нагрузка на элементы двух параллельно работающих трансмиссий в предлагаемой судовой движительной установке, в два раза меньше, чем на элементы единственной механической трансмиссии в прототипе. Следовательно, вероятность поломки элементов механических трансмиссий в предлагаемой судовой движительной установке ниже, чем в прототипе, а надежность выше.

Таким образом, судовая движительная установка, выполненная в соответствии с предлагаемой полезной моделью, имеет более высокую мощность и надежности по сравнению с прототипом.

Судовая движительная установка представлена на:

фиг. 1 - осевое сечение судовой движительной установки, в которой выходные валы выведены из гондолы с противоположных сторон;

фиг. 2 - осевое сечение судовой движительной установки, в которой выходные валы выведены из гондолы с одной стороны.

В изображенной на фиг. 1 схеме предлагаемой судовой движительной установки корпус 1 состоит из четырех частей, объединенных в единую конструкцию: верхнего цилиндрического отсека 2, средней цилиндрической части 3, руля 4 и гондолы 5. Корпус 1 установлен на палубе 6 кормовой части корпуса 7 судна в подшипниках 8. Снизу на верхнем цилиндрическом отсеке 2 закреплено зубчатое колесо 9, в зацепление с которым входят зубчатые колеса 10, закрепленные на валах рулевых приводов 11, которых может быть несколько. Внутри верхнего цилиндрического отсека 2 корпуса 1 установлены два приводных электродвигателя 12a и 12b. На валу 13a и 13b каждого из приводных электродвигателей 12a и 12b установлено по два конических зубчатых колеса - 14a и 15а на валу 13a приводного электродвигателя 12a; 14b и 15b на валу 13b приводного электродвигателя 12b. Коническое зубчатое колесо 14a входит в зацепление с коническим зубчатым колесом 16a, установленным на верхнем конце первого вертикального вала 18a. Коническое зубчатое колесо 15a входит в зацепление с коническим зубчатым колесом 17a, установленным на верхнем конце второго вертикального вала 19a. На нижнем конце вертикального вала 18а закреплено коническое зубчатое колесо 20а, а на нижнем конце вертикального вала 19а закреплено коническое зубчатое колесо 21а. Коническое зубчатое колесо 20a входит в зацепление с коническим зубчатым колесом 22a, установленным на выходном валу 24a, а коническое зубчатое колесо 21а входит в зацепление с коническим зубчатым колесом 23a, установленным на том же выходном валу 24a, на котором закреплен гребной винт 25a. Таким образом, в предлагаемой судовой движительной установке вал 13а приводного электродвигателя 12а соединен с выходным валом 24a, на котором закреплен гребной винт 25a, двумя параллельными механическими трансмиссиями. Одну трансмиссию образуют пара конических зубчатых колес 14а и 16а, вертикальный вал 18а и пара конических зубчатых колес 20а и 22а. Вторую трансмиссию образуют пара конических зубчатых колес 15а и 17а, вертикальный вал 19а и пара конических зубчатых колес 21а и 23а.

Установленное на валу 13b приводного электродвигателя 12b коническое зубчатое колесо 14b входит в зацепление с коническим зубчатым колесом 16b, установленным на верхнем конце вертикального вала 18b. Коническое зубчатое колесо 15b входит в зацепление с коническим зубчатым колесом 17b, установленным на верхнем конце вертикального вала 19b. На нижнем конце вертикального вала 18b закреплено коническое зубчатое колесо 20b, а на нижнем конце вертикального вала 19b закреплено коническое зубчатое колесо 21b. Коническое зубчатое колесо 20b входит в зацепление с коническим зубчатым колесом 22b, установленным на выходном валу 24b, а коническое зубчатое колесо 21b входит в зацепление с коническим зубчатым колесом 23b, установленным на том же выходном валу 24b, на котором закреплен гребной винт 25b. Вал 13b приводного электродвигателя 12b соединен с выходным валом 24b, на котором закреплен гребной винт 25b, двумя параллельными механическими трансмиссиями. Одну трансмиссию образуют пара конических зубчатых колес 14b и 16b, вертикальный вал 18b и пара конических зубчатых колес 20b и 22b. Вторую трансмиссию образуют пара конических зубчатых колес 15b и 17b, вертикальный вал 19b и пара конических зубчатых колес 21b и 23b.

Обмотки статора приводных электродвигателей 12а и 12b соединены с источниками электропитания, находящимися вне корпуса 1 судовой движительной установки, через блок контактных колец 26 кабелями 27а и 27b.

На корпусе 1 размещен входной воздуховод 28, через который во внутреннюю полость корпуса 1 подается охлажденный воздух, а также выходной воздуховод 29, через который нагревшийся от компонентов судовой движительной установки воздух выводится из корпуса 1.

Все составляющие системы смазки - напорный бак 30 с маслом, маслопроводы, насосы, фильтры (на фиг. 1 не показаны) и т.д., элементов трения судовой движительной установки размещены внутри корпуса 1.

Между корпусом 7 судна и средней цилиндрической частью 3 корпуса 1 судовой движительной установки располагается уплотнение 31, которое препятствует проникновению воды при волнении в зазор между корпусом 1 и корпусом 7 судна.

Предлагаемая судовая движительная установка работает следующим образом. При подаче электропитания от преобразователей частоты, находящихся вне корпуса 1, через блок контактных колец 26 и кабели 27a и 27b на фазы обмоток статора приводных электродвигателей 12a и 12b роторы и валы 13a и 13b приводных электродвигателей 12a и 12b начинают вращаться. Вращение вала 13a приводного электродвигателя 12a через зацепление конических зубчатых колес 14a и 16a передается на вертикальный вал 18a. Затем от вертикального вала 18a через зацепление конических зубчатых колес 20a и 22a вращение передается на выходной вал 24a с гребным винтом 25a. Одновременно с этим вращение вала 13a приводного электродвигателя 12a через зацепление конических зубчатых колес 15a и 17a передается на вертикальный вал 19a, далее от вертикального вала 19a через зацепление конических зубчатых колес 21a и 23a вращение передается на тот же выходной вал 24a с гребным винтом 25a. В результате механическая мощность от приводного электродвигателя 12a на выходной вал 24a с гребным винтом 25a предается по двум параллельным механическим трансмиссиям.

Аналогичным образом по двум параллельным механическим трансмиссиям предается механическая мощность от вала 13b приводного электродвигателя 12b на выходной вал 24b с гребным винтом 25b. Вращение вала 13b через зацепление конических зубчатых колес 14b и 16b передается на вертикальный вал 18b, и далее от вертикального вала 18b через зацепление конических зубчатых колес 20b и 22b вращение передается на выходной вал 24b с гребным винтом 25b. Одновременно вращение вала 13b приводного электродвигателя 12b передается на выходной вал 24b по параллельной трансмиссии - через зацепление конических зубчатых колес 15b и 17b на вертикальный вал 19b и от вертикального вала 19b через зацепление конических зубчатых колес 21b и 23b на выходной вал 24b с гребным винтом 25b. От приводного электродвигателя 12b, также, как и от приводного электродвигателя 12a, механическая мощность на выходной вал 24b с гребным винтом 25b передается одновременно по двум параллельным механическим трансмиссиям.

Вращение выходного вала 24a с гребным винтом 25a и выходного вала 24b с гребным винтом 25b создает силу тяги судовой движительной установки, движущую судно. Величина силы тяги регулируется с помощью преобразователей частоты, изменяющих частоту вращения приводных электродвигателей 12a и 12b, а направление силы тяги можно изменять с помощью рулевых приводов 11, поворачивающих корпус 1 судовой движительной установки относительно корпуса 7 судна.

Мощность судовой движительной установки, выполненной по прототипу, ограничена прочностью элементов единственной механической трансмиссии, которая передает механическую мощность от каждого из двух приводных электродвигателей на соответствующий выходной вал с гребным винтом. В предлагаемой судовой движительной установке механическая мощность от каждого из двух приводных электродвигателей на соответствующий выходной вал с гребным винтом передается одновременно по двум аналогичным трансмиссиям. Следовательно, это позволяет передать от каждого из двух приводных электродвигателей на соответствующий выходной вал с гребным винтом в два раза бόльшую мощность, чем в прототипе, и увеличить в два раза предельную мощность судовой движительной установки. Предлагаемая судовая движительная установка является также более надежной, чем прототип, так как при одинаковой мощности с прототипом, механическая нагрузка на элементы двух параллельно работающих трансмиссий в предлагаемой судовой движительной установке, в два раза меньше, чем на элементы единственной механической трансмиссии в прототипе, вследствие чего вероятность поломки элементов механических трансмиссий в предлагаемой судовой движительной установке ниже, чем в прототипе.

Таким образом, предлагаемая полезная модель позволит создать судовую движительную установку, имеющую более высокую мощность и надежность, чем прототип.

Выходные валы 24a и 24b предлагаемой судовой движительной установки могут быть выведены из гондолы 5 с разных сторон, как показано на фиг. 1. В этом случае гребные винты 25a и 25b располагаются вдоль оси вращения винтов на расстоянии нескольких метров друг от друга. Но для лучшего использования задним по ходу движения судна гребным винтом кинетической энергии потока воды, закрученного передним винтом, и получения дополнительной силы тяги гребные винты целесообразно расположить ближе друг к другу. На фиг. 2 показана предлагаемая судовая движительная установка, в которой выходные валы 24a и 24b выведены с одной стороны гондолы и гребные винты 25a и 25b расположены на минимальном осевом расстоянии. Выходной вал 24a на фиг. 2 выполнен полым в виде втулки. Во внутренней полости выходного вала 24a соосно с выходным валом 24a проходит второй выходной вал 24b. Выходные валы 24a и 24b выведены с одной и той же стороны гондолы 5, что позволяет расположить гребной винт 25a на выходном валу 24a и гребной винт 25b на выходном валу 24b на минимальном осевом расстоянии. Такое расположение гребных винтов 25a и 25b позволяет при движении судна вперед заднему гребному винту 25b использовать кинетическую энергию потока воды, закрученного передним винтом 25a, для получения дополнительной силы тяги предлагаемой судовой движительной установки.

Claims (1)

1. Судовая движительная установка, содержащая корпус, состоящий из верхнего цилиндрического отсека, средней цилиндрической части, руля и гондолы, установленное в нижней части верхнего цилиндрического отсека зубчатое колесо, в зацепление с которым входят зубчатые колеса рулевых приводов, приводные электродвигатели, размещенные внутри верхнего цилиндрического отсека и соединенные с источниками питания, находящимися вне корпуса судовой движительной установки, кабелями через блок контактных колец, и на валу приводных электродвигателей закреплены конические зубчатые колеса, входящие в зацепление с коническими зубчатыми колесами, установленными на верхних концах вертикальных валов, проходящих из верхнего цилиндрического отсека через среднюю цилиндрическую часть и руль в гондолу, конические зубчатые колеса, закрепленные на нижних концах вертикальных валов, каждое из которых входит в зацепление с коническим зубчатым колесом, установленным на одном из двух выходных валов, причем концы двух выходных валов через уплотнения выведены из гондолы, и на концах выходных валов закреплены гребные винты, выполнена с закреплением на валу каждого из приводных электродвигателей двух конических зубчатых колес, каждое из которых входит в зацепление с коническим зубчатым колесом, установленным на верхнем конце одного из двух вертикальных валов, при этом общее число вертикальных валов равно четырем, и на нижнем конце этих двух вертикальных валов закреплено по одному коническому зубчатому колесу, каждое из которых входит в зацепление с одним из двух конических зубчатых колес, установленных на одном из двух выходных валов с закрепленным на этом выходном валу гребным винтом.