RU125159U1 - SHIP'S WATER DEVICE - Google Patents

Abstract

Разработанное решение относится к устройствам для движения судна по воде, в частности, к устройствам типа «водомет», у которых гребной винт заключен внутри полости, например, внутри трубы. Решение применимо в качестве основного движителя на маломерных судах или в качестве подруливающих устройств на крупных судах. Техническим результатом разработанного решения является расширение технологических возможностей водомета (движителя) за счет обеспечения требуемой величины тяги при меньшем числе оборотов гребного винта. Это позволяет выполнить гребной винт больших размеров при его вращении с малой скоростью и большим крутящим моментом. Для получения такого крутящего момента место приложения крутящего момента должно отстоять как можно дальше от оси вращения гребного винта, например, крутящий момент может быть приложен к периферии лопастей гребного винта. Указанный технический результат достигается тем, что вращательное движение от двигателя судна передается на трансмиссионный вал, передающий вращательное движение на ряд вспомогательных гребных винтов, тангенциально установленных на обечайке, несущей внутри себя лопасти рабочего гребного винта. The developed solution relates to devices for moving the vessel through the water, in particular, to devices of the “water jet” type, in which the propeller screw is enclosed inside the cavity, for example, inside the pipe. The decision is applicable as the main driver on small vessels or as thrusters on large vessels. The technical result of the developed solution is the expansion of the technological capabilities of the water jet (propulsion unit) by providing the required thrust with a smaller number of propeller revolutions. This allows you to perform a propeller of large sizes when it rotates at low speed and high torque. To obtain such a torque, the point of application of the torque should be as far as possible from the axis of rotation of the propeller, for example, the torque can be applied to the periphery of the propeller blades. This technical result is achieved by the fact that the rotational movement from the vessel's engine is transmitted to the transmission shaft, which transmits the rotational movement to a number of auxiliary propellers, tangentially mounted on the sidewall, which carries the blades of the working propeller inside.

Description

Разработанное решение относится к устройствам для движения судна по воде, в частности, к устройствам типа «водомет», у которых гребной винт заключен внутри полости, например, внутри трубы. Решение применимо в качестве основного движителя на маломерных судах или в качестве подруливающих устройств на крупных судах.The developed solution relates to devices for moving the vessel through the water, in particular, to devices of the “water jet” type, in which the propeller screw is enclosed inside the cavity, for example, inside the pipe. The decision is applicable as the main driver on small vessels or as thrusters on large vessels.

Из уровня развития техники известно [Папир А.Н. Водометные движители малых судов. - Л.: Судостроение, 1970, - 250 с. (рис.7в на стр.17)] решение, в котором вращательное движение от двигателя внутреннего сгорания передается на гребной винт (лопасти осевого насоса), установленный на гребном валу внутри всасывающего канала судна. Недостатком этого решения является ограниченные технологические возможности устройства, состоящие в том, что величина тяги в первую очередь определяется числом оборотов гребного винта и, соответственно, для необходимой величины тяги требуются высокооборотные двигатели внутреннего сгорания с большим крутящим моментом на гребном валу. Дизельные двигатели этого обеспечить не могут, карбюраторные двигатели могут это обеспечить лишь при малых диаметрах гребного винта, что ограничивает размеры и массу судна.From the level of development of technology known [Papir A.N. Water jet propulsion of small vessels. - L .: Shipbuilding, 1970, - 250 p. (Fig. 7c on p. 17)] a solution in which rotational motion from an internal combustion engine is transmitted to a propeller (blades of an axial pump) mounted on the propeller shaft inside the vessel’s intake channel. The disadvantage of this solution is the limited technological capabilities of the device, consisting in the fact that the amount of thrust is primarily determined by the number of revolutions of the propeller and, accordingly, the required amount of thrust requires high-speed internal combustion engines with high torque on the propeller shaft. Diesel engines cannot provide this, carburetor engines can only provide this with small diameters of the propeller, which limits the size and weight of the vessel.

Наиболее близким к заявляемому объекту является решение [рис.18 на странице 27 работы Куликов С.В., Храмкин М.Ф. «Водометные двигатели», Л., Судостроение, 1970, - 251 с.], в котором движитель-двигатель содержит взаимодействующую с корпусом судна полый корпус (обечайку), внутри которого закреплен статор электродвигателя, состоящий из набора пластинчатых колец и обмоток. В статоре с зазором расположен вращающийся полый ротор электродвигателя. На внутренней поверхности ротора закреплены лопасти. С ротором соединены патрубки, заканчивающиеся чашеобразными опорами, соединенными с упомянутым выше полым корпусом. Опоры содержат внутри патрубков ребра (направляющие лопатки движителя), несущие центральный вал, на котором неподвижно установлен контрпропеллер. Центральный вал выполнен сборным, не имеющим вращения. Он проходит через камеру всасывания и камеру нагнетания. Со стороны камеры всасывания имеется заборное отверстие, камера нагнетания оканчивается соплом. Камеры условно разделяются контрпропеллером. По сути решение является водометным движителем с осевым насосом, являющимся одновременно ротором электродвигателя. Работает устройство следующим образом. При подводе электрического тока к обмоткам статора ротор получает вращение с постоянной частотой. Лопасти камеры всасывания через патрубок всасывания захватывают воду и тем самым создают некоторую осевую силу тяги, которая через чашеобразные опоры передается на корпус (он может быть прикреплен к судну и т.д.). Усиление силы тяги происходит в нагнетательной части движителя за счет того, что вода, вытесняемая лопастями из камеры всасывания, проходит через контрпропеллер (он выпрямляет направление потока воды), подхватывается следующими лопастями ротора и вытесняется через сопло наружу образуя дополнительную осевую силу тяги. Сила тяги пропорциональна напору воды, создаваемому во всасывающей и нагнетательной камерах. Напор пропорционален числу оборотов лопастей.The closest to the claimed object is the solution [Fig. 18 on page 27 of the work of S. Kulikov, M. Khramkin. "Water-jet engines", L., Shipbuilding, 1970, 251 pp.], In which the propulsion engine contains a hollow body (shell) interacting with the hull of the vessel, inside which a motor stator is fixed, consisting of a set of lamellar rings and windings. In the stator with a gap is a rotating hollow rotor of the electric motor. The blades are fixed on the inner surface of the rotor. Nozzles are connected to the rotor, ending with cup-shaped supports connected to the hollow body mentioned above. The supports contain ribs inside the nozzles (propulsor guide vanes) carrying the central shaft on which the counterpropeller is fixedly mounted. The Central shaft is made teams, not having rotation. It passes through the suction chamber and discharge chamber. On the suction side there is an intake port, the discharge chamber ends in a nozzle. Cameras are conventionally divided by a counter propeller. In essence, the solution is a jet propulsion unit with an axial pump, which is also the rotor of an electric motor. The device works as follows. When electric current is applied to the stator windings, the rotor receives rotation with a constant frequency. The blades of the suction chamber through the suction nozzle capture water and thereby create some axial thrust force, which is transferred through the cup-shaped supports to the hull (it can be attached to the vessel, etc.). Strengthening of the thrust occurs in the discharge part of the propulsion due to the fact that the water displaced by the blades from the suction chamber passes through the counterpropeller (it straightens the direction of water flow), is picked up by the following rotor blades and is forced out through the additional thrust. The thrust force is proportional to the water pressure generated in the suction and discharge chambers. The head is proportional to the number of revolutions of the blades.

Недостатком решения является его ограниченные технологические возможности, связанные с отсуствием возможности регулирования числа оборотов гребного винта. Дополнительным недостатком устройства является вид используемого энергоносителя, а именно необходимость выработки на судне электрического тока промышленной частоты.The disadvantage of the solution is its limited technological capabilities associated with the lack of the ability to control the speed of the propeller. An additional drawback of the device is the type of energy carrier used, namely the need to generate an electric current of industrial frequency on the vessel.

Техническим результатом разработанного решения является расширение технологических возможностей водомета (движителя-двигателя, т.е. движителя с осевым насосом) за счет обеспечения требуемой величины тяги при меньшем числе оборотов гребного винта. Это позволяет выполнить гребной винт больших размеров при его вращении с малой скоростью и большим крутящим моментом. Для получения такого крутящего момента место приложения крутящего момента должно отстоять как можно дальше от оси вращения гребного винта, например, крутящий момент может быть приложен к периферии лопастей гребного винта.The technical result of the developed solution is the expansion of the technological capabilities of a water jet (propulsion engine, i.e. propulsion unit with an axial pump) by providing the required amount of thrust with a smaller number of revolutions of the propeller. This allows you to perform a propeller of large sizes when it rotates at low speed and high torque. To obtain such a torque, the point of application of the torque should be as far as possible from the axis of rotation of the propeller, for example, the torque can be applied to the periphery of the propeller blades.

Указанный технический результат достигается тем, что вращательное движение от двигателя судна передается не на привычный гребной вал, несущий гребной винт, а на трансмиссионный вал, передающий вращательное движение на ряд вспомогательных гребных винтов, тангенциально установленных на обечайке, несущей внутри себя лопасти рабочего гребного винта.This technical result is achieved by the fact that the rotational movement from the ship’s engine is transmitted not to the usual propeller shaft bearing the propeller, but to the transmission shaft transmitting the rotational motion to a number of auxiliary propellers mounted tangentially on the shell that carries the propeller blades inside.

Таким образом, заявляемое решение, как и прототип, содержит взаимодействующую с корпусом судна обечайку, внутри которой установлены лопасти гребного винта. Однако заявляемый объект отличается тем, что на наружной поверхности обечайки тангенциально установлены вспомогательные гребные винты, получающие вращение от судового двигателя через трансмиссионный вал и обеспечивающие вращение обечайки вокруг своей оси. При таком устройстве движителя судовой двигатель может быть высокооборотным и выдавать на трансмиссионный вал малый крутящий момент. Этот крутящий момент будет достаточным для вращения вспомогательных гребных винтов, которые будут вращать обечайку с невысокой скоростью, но с большим крутящим моментом. При этом лопасти гребного винта, расположенные внутри обечайки, будут развивать тяговое усилие, зависящее от диаметра обечайки. Таким образом, в решении реализовано «золотое правило механики», согласно которому здесь требуемое тяговое усилие (сила тяги) достигается при меньшей мощности (или меньшем крутящем моменте судового двигателя) за счет того, что крутящий момент приложен к периферии лопастей гребного винта. На сколько больше отнесена от оси вращения лопастей точка приложения крутящего момента, на столько меньше требуется крутящий момент.Thus, the proposed solution, like the prototype, contains a shell that interacts with the hull of the vessel, inside which the propeller blades are installed. However, the claimed object differs in that auxiliary propellers are installed tangentially on the outer surface of the shell; they receive rotation from the ship’s engine through the transmission shaft and ensure rotation of the shell around its axis. With such a propulsion device, the ship's engine can be high-speed and deliver small torque to the transmission shaft. This torque will be sufficient to rotate the auxiliary propellers, which will rotate the shell with a low speed, but with a large torque. In this case, the propeller blades located inside the shell, will develop traction force, depending on the diameter of the shell. Thus, the decision implements the “golden rule of mechanics”, according to which here the required tractive effort (traction force) is achieved with less power (or less torque of the ship engine) due to the fact that the torque is applied to the periphery of the propeller blades. The point of application of torque is much more separated from the axis of rotation of the blades, and so much less is the torque required.

На фиг.1 показана принципиальная схема водометного судового устройства при виде сбоку, на фиг.2 - показан вид с торца устройства на примере с тремя вспомогательными гребными винтами.Figure 1 shows a schematic diagram of the jet of the ship device when viewed from the side, figure 2 shows the end view of the device on the example with three auxiliary propellers.

Устройство содержит трансмиссионный вал 1, получающий вращение от судового двигателя, например от высокооборотного карбюраторного двигателя внутреннего сгорания. С вала 1 вращательное движение через промежуточные элементы передается на вспомогательные гребные винты 2, 3, например, с помощью зубчатых колес 4, 5 и промежуточных валов 6 и 7. Корпуса элементов 8, несущих вспомогательные гребные винты, закреплены на наружной поверхности обечайки 9, к внутренней поверхности которой закреплены лопасти 10 гребного винта. Центровая часть лопастей может быть связана с опорными элементами 11, взаимодействующими с корпусом судна. Для разгрузки лопастей винта от взаимодействия с корпусом судна обечайка может быть снабжена контрпропеллером, связанным с корпусом судна.The device contains a transmission shaft 1, which receives rotation from a ship engine, for example from a high-speed carburetor internal combustion engine. From the shaft 1, the rotational movement is transmitted through intermediate elements to the auxiliary propellers 2, 3, for example, by means of gear wheels 4, 5 and intermediate shafts 6 and 7. The housings of the elements 8 carrying the auxiliary propellers are fixed on the outer surface of the shell 9, the inner surface of which is fixed propeller blades 10. The central part of the blades may be associated with the supporting elements 11, interacting with the hull. To unload the propeller blades from interacting with the hull, the shell may be equipped with a counter-propeller associated with the hull.

Работает устройство следующим образом. Вращение от судового двигателя передается через трансмиссионный вал 1, зубчатые передачи 4, промежуточный вал 6, зубчатые передачи 5 на вспомогательные гребные винты 2 и 3. Их вращение в результате взаимодействия с водой, создает тангенциальное усилие тяги Т, которое обеспечивает вращение В обечайке 9. Вместе с обечайкой вращаются лопасти 10 гребного винта. Их взаимодействие с водой создает рабочее усилие тяги Р, передаваемое через элементы 11 на корпус судна, в результате чего судно получает требуемое движение. Рабочее усилие тяги Р тем больше, чем больше тангенциальное усилие Т и чем на большей длине L плеча (иначе говоря на радиусе R обечайки) оно приложено.The device works as follows. Rotation from the ship's engine is transmitted through the transmission shaft 1, gears 4, intermediate shaft 6, gears 5 to the auxiliary propellers 2 and 3. Their rotation, as a result of interaction with water, creates a tangential thrust force T, which provides rotation in the shell 9. Together with the shell rotate blades 10 propeller. Their interaction with water creates a working force of thrust P transmitted through the elements 11 to the hull of the vessel, as a result of which the vessel receives the required movement. The working force of the pull P is greater, the greater the tangential effort T and the greater the length L of the shoulder (in other words, on the radius R of the shell), it is applied.

Описание работы устройства подтверждает достижение технического результата и расширяет технологические возможности решения как в части возможности применения судовых двигателей, так и в части применения устройства как основного, так и подруливающего движителя.The description of the operation of the device confirms the achievement of the technical result and expands the technological capabilities of the solution both in terms of the possibility of using ship engines, and in terms of applying the device to both the main and thrusters.

Claims (1)

Устройство судовое водометное, содержащее взаимодействующую с корпусом судна обечайку, внутри которой установлены лопасти гребного винта, отличающееся тем, что на наружной поверхности обечайки тангенциально установлены вспомогательные гребные винты, получающие через промежуточные передачи вращение от судового двигателя через трансмиссионный вал и обеспечивающие вращение обечайки вокруг своей оси.

Ship's water jet device containing a shell that interacts with the hull of the ship, inside which the propeller blades are installed, characterized in that auxiliary propellers are installed tangentially on the outer surface of the shell; .

Images