RU2326021C2

RU2326021C2 - Solovyev's propulsion system

Info

Publication number: RU2326021C2
Application number: RU2006126957/11A
Authority: RU
Inventors: Александр Петрович Соловьев (RU); Александр Петрович Соловьев; Борис Иванович Турышев (RU); Борис Иванович Турышев
Priority date: 2006-07-24
Filing date: 2006-07-24
Publication date: 2008-06-10
Also published as: RU2006126957A

Abstract

FIELD: shipbuilding.

SUBSTANCE: propulsion system consists of an autonomous chassis and a reserve submersible electric motor, the stator of which is fixed to the chassis, while the rotor from the inner side has one full circular ring. The chassis has the shape of a profiled circular wing, and consists of an identical autonomous reserve submersible electric motor installed coaxially to the first, the stator of which is fixed to the chassis. The rotor from the inner side has one full circular ring. Propeller blades are fixed to the inner surface of each circular ring. The shaft of the rotor is also the shaft of the propeller blade. Each shaft is installed in bearings, mounted on posts, fixed onto the chassis and/or the stator. The hub of the propeller blade id rigidly fixed to the shaft of the rotor, or the shaft is rigidly fixed to the posts. The rotor rotates in the bearing of the hub of the propeller blade.

EFFECT: improved propulsion properties; increased efficiency of the system; lower levels of possible vibrations and noise.

6 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к судостроению, а именно к пропульсивным (винторулевым) системам для надводных кораблей и судов различного водоизмещения, плавсредств с откидными колонками, а также может быть применено на подводных аппаратах и других плавсредствах.The invention relates to shipbuilding, and in particular to propulsion (propeller-driven) systems for surface ships and vessels of various displacement, boats with hinged columns, and can also be used on underwater vehicles and other boats.

Известны пропульсивные системы фирмы AQUAMASTER [1], содержащие корпус и соосные гребные винты, а также механическую передачу мощности от двигателя к валам гребных винтов.Known propulsive systems of the company AQUAMASTER [1], comprising a housing and coaxial propellers, as well as mechanical transmission of power from the engine to the shafts of the propellers.

Недостатки таких систем - механическая передача мощности от двигателя к валам соосных гребных винтов достаточно сложная, требуется использование редукторов, что существенно снижает КПД системы, корпус системы создает сравнительно большое гидродинамическое сопротивление, что также снижает эффективность системы. Ограничены места в корпусе корабля, где система (в первую очередь ее двигатель) может быть установлена.The disadvantages of such systems - the mechanical transfer of power from the engine to the shafts of the coaxial propellers is quite complicated, the use of gearboxes is required, which significantly reduces the efficiency of the system, the body of the system creates a relatively large hydrodynamic resistance, which also reduces the efficiency of the system. Limited space in the ship's hull where the system (primarily its engine) can be installed.

Известны пропульсивные системы фирмы SHOTTEL GmbH с погружным электродвигателем [2], содержащие корпус, электродвигатель в корпусе, на валу которого насажены два гребных винта. Недостатки - сравнительно небольшой КПД винтов, работающих в стесненных условиях, а также существенное гидродинамическое сопротивление подводной части корпуса системы, что снижает эффективность ее работы.Known propulsion systems of the company SHOTTEL GmbH with a submersible motor [2], comprising a housing, an electric motor in the housing, on the shaft of which are mounted two propellers. Disadvantages - a relatively small efficiency of screws operating in confined spaces, as well as significant hydrodynamic resistance of the underwater part of the system, which reduces the efficiency of its operation.

Известен водометный движительно-двигательный комплекс [3], содержащий автономный корпус с погружным реверсивным электродвигателем, статор которого прикреплен к корпусу, а ротор с внутренней стороны имеет как единое целое круговое кольцо. Принят за прототип.Known water-jet propulsion system [3], containing an autonomous housing with a submersible reversible electric motor, the stator of which is attached to the housing, and the rotor on the inside has as a single whole circular ring. Adopted for the prototype.

Недостатки прототипа - отсутствие устойчивого вращения ротора, возможность проявления повышенной вибрации и шумов от опорно-упорных устройств, относительная сложность конструкции комплекса. Использование одновременно двух комплексов для получения пропульсивной системы с соосными винтами противоположного вращения будет сопряжено с этими же недостатками.The disadvantages of the prototype are the lack of stable rotation of the rotor, the possibility of manifestation of increased vibration and noise from support-stop devices, the relative complexity of the design of the complex. The use of two complexes at the same time to obtain a propulsive system with coaxial screws of opposite rotation will be associated with the same disadvantages.

Технический результат изобретения - улучшение пропульсивных качеств, обеспечение устойчивого вращения ротора, упрощение конструкции комплекса, повышение КПД системы, снижение уровня возможных вибраций и шума.The technical result of the invention is the improvement of propulsive qualities, ensuring stable rotation of the rotor, simplifying the design of the complex, increasing the efficiency of the system, reducing the level of possible vibration and noise.

Технический результат достигается тем, что в известной пропульсивной установке, содержащей автономный корпус с погружным реверсивным электродвигателем, статор которого закреплен к корпусу, а ротор с внутренней стороны имеет как единое целое круговое кольцо, корпус выполнен по форме профилированного кольцевого крыла (направляющей насадки), и в нем дополнительно установлен соосно второй погружной реверсивный электродвигатель, статор которого закреплен к корпусу, а ротор с внутренней стороны имеет как единое целое круговое кольцо. При этом к внутренней поверхности каждого кругового кольца прикреплены лопасти гребного винта. Вал каждого ротора является одновременно валом гребного винта. Причем вал установлен в подшипниках, размещенных в стойках, закрепленных на корпусе и/или статоре, при этом ступица гребного винта жестко связана с валом ротора. Если же вал жестко связан со стойками, то ротор вращается в подшипнике ступицы гребного винта. Оба электродвигателя автономны, не зависят друг от друга.The technical result is achieved in that in a known propulsive installation containing an autonomous housing with a submersible reversible electric motor, the stator of which is fixed to the housing, and the rotor on the inside has as a single whole circular ring, the housing is made in the form of a profiled annular wing (nozzle guide), and it additionally has a second submersible reversible electric motor coaxially mounted, the stator of which is fixed to the housing, and the rotor on the inside has as a single whole circular ring. In this case, the propeller blades are attached to the inner surface of each circular ring. The shaft of each rotor is simultaneously the shaft of the propeller. Moreover, the shaft is installed in bearings located in racks mounted on the housing and / or stator, while the hub of the propeller is rigidly connected to the rotor shaft. If the shaft is rigidly connected to the uprights, then the rotor rotates in the bearing of the propeller hub. Both electric motors are autonomous, independent of each other.

Стойки выполнены полыми и заполнены вибропоглощающими материалами, они могут быть выполнены из композитных материалов и иметь виброакустические развязки по длине стоек, могут иметь гидродинамический профиль наименьшего сопротивления. У неповоротной пропульсивной системы к кормовым стойкам или к кормовой части корпуса крепятся перья рулевого устройства для маневрирования судна.The racks are made hollow and filled with vibration-absorbing materials, they can be made of composite materials and have vibroacoustic decoupling along the length of the racks, can have a hydrodynamic profile of least resistance. In a fixed propulsion system, the feathers of the steering device for maneuvering the vessel are attached to the stern posts or to the stern of the hull.

Пропульсивная система Соловьева изображена на фиг.1 (продольный разрез); на фиг.2 - вид с носовой части системы; на фиг.3 - вид с кормовой части.Soloviev’s propulsive system is shown in FIG. 1 (longitudinal section); figure 2 is a view from the bow of the system; figure 3 is a view from the stern.

Пропульсивная система включает автономный корпус (направляющую насадку) 1, два идентичных модифицированных погружных реверсивных электродвигателя, расположенных соосно, каждый из которых состоит из: статора электрического двигателя 2, ротора 3, кругового кольца 4, закрепленного к внутренней поверхности ротора, гребного винта 5, лопасти которого жестко связаны с внутренней поверхностью кольца, ступицы гребного винта 6 и общего вала ротора и гребного винта 7. Носовой (передний) электродвигатель системы имеет носовую стойку (носовые стойки) 8, закрепленную к корпусу 1 или статору 2, носовой подшипник 9 вала в стойке 8. Аналогично кормовой (задний) электродвигатель имеет кормовую стойку (кормовые стойки) 10, закрепленную к корпусу или статору, кормовой подшипник 11 вала. Посредине между электродвигателями размещена средняя стойка 12, закрепленная к корпусу, с опорно-упорными подшипниками 13 для вторых концов валов обоих роторов (гребных винтов). Кроме этого для неповоротной пропульсивной системы имеется перо рулевого механизма 14, штанга 15 для поворотной пропульсивной системы, а также электрический кабель 16.The propulsive system includes an autonomous housing (guide nozzle) 1, two identical modified submersible reversible electric motors located coaxially, each of which consists of: a stator of an electric motor 2, a rotor 3, a circular ring 4 fixed to the inner surface of the rotor, a propeller 5, a blade which is rigidly connected with the inner surface of the ring, the hub of the propeller 6 and the common shaft of the rotor and the propeller 7. The bow (front) electric motor of the system has a bow rack (bow strut) 8, fixed to the housing 1 or stator 2, the bow bearing 9 of the shaft in the rack 8. Similarly, the stern (rear) electric motor has a stern rack (stern stands) 10, fixed to the housing or stator, the stern bearing 11 of the shaft. In the middle between the electric motors there is a middle rack 12, fixed to the housing, with thrust bearings 13 for the second ends of the shafts of both rotors (propellers). In addition, for a fixed propulsive system, there is a feather of the steering mechanism 14, a rod 15 for a rotary propulsive system, as well as an electric cable 16.

Пропульсивная система работает следующим образом. При подаче электроэнергии по кабелю 16 (например, по штанге 15) в статоры электродвигателя 2 происходит вращение в противоположные стороны роторов 3 с кольцом 4 и, следовательно, приходят во вращение гребные винты 5, приводящие в движение в кормовую часть системы окружающую его воду. При натекании воды на лопасти гребных винтов образуется сила тяги. Лопасти отбрасывают часть воды на периферию к внутренней поверхности кругового кольца, при этом образуется разрежение по центру кольца, что приводит к увеличению объема воды, проходящей через установку, на 40-50%. С учетом наличия стоек в проходном сечении установки указанный выигрыш составит около 30-40%. Так как лопасти жестко закреплены к круговому кольцу, отсутствует зазор между лопастью и поверхностью кольца, что скажется на снижении индуктивных потерь. Таким образом, за счет использования соосных гребных винтов в насадке, увеличения расхода рабочего тела (воды) и уменьшения индуктивных потерь может быть существенно повышен КПД пропульсивной системы, уменьшен диаметр винтов (по сравнению с одиночным винтом), снижена частота вращения и, как следствие, уменьшен шум.The propulsive system operates as follows. When electric power is supplied via cable 16 (for example, via rod 15) to the stators of electric motor 2, the rotors 3 with ring 4 rotate in opposite directions and, therefore, the propellers 5 come into rotation, which drive the surrounding water into the stern of the system. When water flows on the propeller blades, traction is generated. The blades discard part of the water to the periphery to the inner surface of the circular ring, while a vacuum is formed in the center of the ring, which leads to an increase in the volume of water passing through the installation by 40-50%. Given the presence of racks in the installation cross section, the indicated gain will be about 30-40%. Since the blades are rigidly fixed to the circular ring, there is no gap between the blade and the surface of the ring, which will reduce the inductive losses. Thus, by using coaxial propellers in the nozzle, increasing the flow rate of the working fluid (water) and reducing inductive losses, the efficiency of the propulsion system can be significantly increased, the diameter of the screws can be reduced (compared to a single screw), the speed can be reduced and, as a result, noise is reduced.

Для неповоротной пропульсивной системы маневрирование судна производится путем поворота пера (перьев) рулевого устройства 14, закрепленных к кормовым стойкам или к кормовой части корпуса системы.For a fixed propulsive system, maneuvering the vessel is done by turning the feather (s) of the steering device 14, fixed to the aft posts or to the stern of the hull.

Расстояние между гребными винтами вдоль центральной оси системы составляет 0,2-0.25 их диаметра. Этого достаточно для размещения между ними средней стойки 13 с опорно-упорными подшипниками для обоих валов 7 роторов 3 (гребных винтов 5). Каждый из валов 7 независимо друг от друга может вращаться вместе с закрепленной на валу ступицей гребного винта в подшипниках двух стоек: носовой 8 и средней 12 стойки для носового ротора и кормовой стойки 10 и средней стойки 12 - для кормового ротора. Возможен вариант, при котором оба конца валов жестко соединены с соответствующими стойками, а вращение гребных винтов происходит в подшипнике ступицы винтов. Возможны несколько вариантов использования стоек: одной (например, вертикальной), двух - крестообразно, трех (угол между стойками 120°) - сходящихся на центральной оси и др.The distance between the propellers along the central axis of the system is 0.2-0.25 of their diameter. This is enough to accommodate between them an average strut 13 with thrust bearings for both shafts 7 of rotors 3 (propellers 5). Each of the shafts 7 can independently rotate together with the propeller hub mounted on the shaft in the bearings of two struts: bow 8 and middle 12 struts for the bow rotor and stern strut 10 and the middle strut 12 - for the stern rotor. A variant is possible in which both ends of the shafts are rigidly connected to the respective uprights, and the rotation of the propellers occurs in the bearing of the hub of the screws. There are several options for using racks: one (for example, vertical), two - crosswise, three (angle between racks 120 °) - converging on the central axis, etc.

Предлагаемая пропульсивная система по сравнению с существующими имеет сравнительно малый вес и габариты. Может быть размещена в любой части корпуса судна, на любом разумном удалении от корпуса (на подводном крыле, на рулях или вместо них, в откидных и поворотных колонках, между корпусами многокорпусных судов и т.п.) независимо от места размещения источника электрического тока. В системе отсутствует гребной вал, проходящий через корпус судна. Система не требует охлаждения. Возможно достижение низких уровней вибрации и шума в помещениях судна, а также в окружающем водном пространстве. Система обладает хорошей ремонтопригодностью, проста в обслуживании. Диапазон мощностей системы в таком исполнении практически не ограничивается [4].The proposed propulsive system in comparison with existing has a relatively low weight and dimensions. It can be placed in any part of the ship’s hull, at any reasonable distance from the hull (on the hydrofoil, on the rudders or instead of them, in hinged and rotary columns, between the hulls of multihull vessels, etc.), regardless of the location of the electric current source. The system does not have a propeller shaft passing through the hull. The system does not require cooling. It is possible to achieve low levels of vibration and noise in the premises of the vessel, as well as in the surrounding body of water. The system has good maintainability, easy to maintain. The range of system capacities in this design is practically unlimited [4].

Применение предлагаемой пропульсивной системы по сравнению с системами с механической передачей мощности на винт (например, [1]) позволит ориентировочно снизить массу оборудования и объем занимаемых средствами электродвижения на 20-40%, увеличить пропульсивные характеристики корабля не менее чем на 15-20%, снизить уровень шума в помещениях корабля и в окружающей водной среде [5].The application of the proposed propulsion system in comparison with systems with mechanical transmission of power to the screw (for example, [1]) will approximately reduce the mass of equipment and the volume occupied by electric propulsion by 20-40%, increase the propulsive characteristics of the ship by at least 15-20%, reduce the noise level in the premises of the ship and in the surrounding water environment [5].

По сравнению с существующими пропульсивными системами с погружным электродвигателем (например, [2]) следует ожидать увеличение пропульсивных характеристик корабля еще на 10-15%, а также дальнейшее снижение акустических шумов.Compared with existing propulsion systems with a submersible electric motor (for example, [2]), one should expect an increase in the propulsive characteristics of the ship by another 10-15%, as well as a further decrease in acoustic noise.

Кроме этого применение направляющей насадки в виде профилированного кругового кольца позволит повысить тягу в 1,3-2 раза, существенно увеличить КПД системы.In addition, the use of a guide nozzle in the form of a profiled circular ring will increase thrust 1.3-2 times, significantly increase the efficiency of the system.

Часть системы (кроме ее корпуса) может быть применена для встраивания в круговую туннель корпуса судна, например в подруливающем устройстве, в водовод водометного движителя, в трубопровод транспорта текучих сред (газа, жидкости).Part of the system (except its hull) can be used for embedding in the circular tunnel of the hull of the vessel, for example in a thruster, in the conduit of a water-jet propulsion device, in the pipeline for transporting fluid (gas, liquid).

Использованные источники информацииInformation Sources Used

1. Excellence in Propulsion "News from the KaMeWa Group", Number 1, July 1997.1. Excellence in Propulsion "News from the KaMeWa Group", Number 1, July 1997.

2. WWW.Schottel.de.2. WW.Schottel.de.

3. Патент РФ № 2204502, публ. 2003 г.3. RF patent No. 2204502, publ. 2003 year

4. "Demonstration and spin-off of the Integral Motor Propeller Propulsion System", Proceedings, 1994, Technical Innovation Symposium, 7-9 September 1994, pp.109-124.4. "Demonstration and spin-off of the Integral Motor Propeller Propulsion System", Proceedings, 1994, Technical Innovation Symposium, 7-9 September 1994, pp. 109-124.

5. Вексляр В.Я. Поиск путей совершенствования конструкции движителей и пропульсивных систем боевых кораблей и судов. 3-я международная конференция и выставка по морским интеллектуальным технологиям. 14-16 сентября 1999 г., Санкт-Петербург.5. Vekslyar V.Ya. Search for ways to improve the design of propulsion systems and propulsion systems of warships and ships. 3rd international conference and exhibition on marine intellectual technologies. September 14-16, 1999, St. Petersburg.

Claims

1. Пропульсивная система, содержащая автономный корпус и реверсивный погружной электродвигатель, статор которого закреплен к корпусу, а ротор с внутренней стороны имеет как единое целое круговое кольцо, отличающаяся тем, что корпус выполнен по форме профилированного кольцевого крыла, дополнительно содержит соосно к первому идентичный автономный реверсивный погружной электродвигатель, статор которого закреплен к корпусу, а ротор с внутренней стороны имеет как единое целое круговое кольцо, при этом к внутренней поверхности каждого кругового кольца прикреплены лопасти гребного винта, вал ротора является одновременно валом гребного винта, причем каждый вал установлен в подшипниках, размещенных в стойках, закрепленных на корпусе и/или статоре, при этом ступица гребного винта жестко связана с валом ротора, или вал жестко связан со стойками, а ротор вращается в подшипнике ступицы гребного винта.1. A propulsive system comprising an autonomous body and a reversible submersible electric motor, the stator of which is fixed to the body, and the rotor on the inside has as a single whole circular ring, characterized in that the body is made in the form of a profiled annular wing, additionally coaxial to the first, identical autonomous reversible submersible motor, the stator of which is fixed to the housing, and the rotor on the inside has as a single whole circular ring, while to the inner surface of each circle the propeller blades are attached to the ring, the rotor shaft is simultaneously the propeller shaft, each shaft mounted in bearings mounted in racks mounted on the housing and / or stator, while the propeller hub is rigidly connected to the rotor shaft, or the shaft is rigidly connected to racks, and the rotor rotates in the bearing of the hub of the propeller.

2. Пропульсивная система по п.1, отличающаяся тем, что стойки выполнены полыми и заполнены вибропоглощающими материалами.2. The propulsive system according to claim 1, characterized in that the racks are made hollow and filled with vibration-absorbing materials.

3. Пропульсивная система по п.1, отличающаяся тем, что стойки выполнены из композитных материалов и имеют виброакустические развязки по длине стоек.3. The propulsive system according to claim 1, characterized in that the racks are made of composite materials and have vibroacoustic decoupling along the length of the racks.

4. Пропульсивная система по п.1, отличающаяся тем, что стойки имеют гидродинамический профиль наименьшего сопротивления.4. The propulsive system according to claim 1, characterized in that the racks have a hydrodynamic profile of least resistance.

5. Пропульсивная система по п.1, отличающаяся тем, что к кормовым стойкам крепятся перья рулевого устройства.5. The propulsion system according to claim 1, characterized in that the feathers of the steering device are attached to the aft racks.

6. Пропульсивная система по п.1, отличающаяся тем, что перья рулевого устройства закреплены на кормовой части корпуса за винтом.6. The propulsive system according to claim 1, characterized in that the feathers of the steering device are mounted on the aft part of the body for a screw.