Судовая движительная установка

Реферат

Полезная модель представляет собой конструкцию судовой движительной установки, применение которой на судах надводного и подводного плавания позволяет повысить коэффициент полезного действия движителя, уменьшить шум при его работе.

Судовая движительная установка состоит их двух приводных валов с закрепленными на них ступицей гребного винта цилиндрической формы с . лопастями формы усеченного сегмента окружности, помещенных в горизонтальную прямоточную трубой жестко соединенную с корпусом судна. Внутри трубы дополнительно помещен конический редуктор, расположенный на приводном валу, выходящем из корпуса судна. Ступица гребного винта жестко соединена передней частью с вторичным валом конического редуктора, а задней частью с прямоточной трубой.

Полезная модель относиться к движителям морских, озерных и речных судов подводного и надводного плавания.

В мировой практике кораблестроения преобладающим способом перемещения судов как наиболее эффективным является движитель, конструктивные элементы которого состоят из приводного вала, гребного винта, состоящего из ступицы с закрепленными на ней лопастями различной конструкции, который закреплен на конце приводного вала в кормовой части корпуса судна.

Наиболее близкой по конструктивным элементам модели из общеизвестных источников, является конструкция движителей, которыми оснащены современные подводные лодки ВМФ России, выпускаемые по проекту 949 «А», шифр «Антей» (Шунков В.И., Подводные лодки. Справочник, Минск, ООО «Попурри», 2004 г., с.119-134).

Движительная установка на указанных подводных лодках состоит из двух приводных валов (двухвальная), на конце каждого из которых закреплен гребной винт, состоящий из ступицы, имеющей форму цилиндрического конуса с жестко закрепленными на ней саблевидными лопастями, диаметром 5,8 метра (рис.1). Приводные валы помещены каждый в корпусе вдоль его продольной оси (рис.2). Приводные валы, получая вращение через понижающий редуктор от силовой установки судна, приводят во вращение гребные винты, лопасти которых за счет определенной формы и сечения, отталкиваются от набегающей воды и тем происходит процесс «ввинчивания» лопастей в воду. Так как лопасти, ступицы, корпуса валов и корпус судна имеют между собой жесткие связи, то поступательное движение передается всей лодке. Характерными отрицательными особенностями конструкции движителя - прототипа являются: незащищенный гребной винт большого диаметра, неэффективная форма лопастей и поперечное сечение лопасти, недостаточное расстояние между лопастями соседних гребных винтов - всего 2,0 метра. Такая конструкция движительной установки:

- не позволяет достичь коэффициента полезного действия (пропульсивного коэффициента) более чем 0,84 в подводном режиме плавания, и более чем 0,45 в надводном плавании;

- увеличивает риск наматывания рыболовных сетей на лопасти винта;

- повышает шумность работы винтов на 15,0-17,0 процентов из-за «набрасывания» лопастями потоков воды друг на друга (эффект турбулентности), что для подводного судна военного назначения является одной из важнейших характеристик.

Несовершенство конструкции подтверждается также тем фактом, что лодка при полном подводном водоизмещении в 24000 тонны способна развивать скорость до 33 узлов, тогда как в надводном положении скорость только 15 узлов при водоизмещении всего 14700 тонн.

Предлагаемое конструктивное решение движительной установки полностью устраняет все негативные факторы, так как его работа основана на использовании эффекта несжимаемости воды, при котором происходит процесс «чистого ввинчивания» лопастей в воду без пробуксовывания. При этом пропульсивный коэффициент установки может достигать величины не менее 0,97. Шумность работы винтов понижается на значительную величину (отсутствует турбулентность), а также исключается попадание на лопасти любых твердых предметов.

Конструктивно судовая движительная установка состоит из двух первичных приводных валов (двухвальная), на концах которых расположены конические редукторы известной конструкции, помещенные в соответствующие корпуса и изменяющие направление вращения вала на 90 градусов (рис.3). На вторичных валах редукторов жестко закреплены цилиндрические ступицы, на наружных поверхностях которых жестко закреплены лопасти. Лопасти имеют плоское сечение и представляют собой усеченный снизу сегмент круга

радиусом R, (рис.4). Радиус R равен 6,5 диаметрам ступицы винта. Высота сегмента Н зависит от диаметра ступицы винта и равна 1,5 диаметра. Наименьшее число лопастей 8 и может увеличиваться в зависимости от диаметра ступицы винта. Корпуса конических редукторов и ступицы с лопастями помещены в горизонтальные прямоточные трубы с зазором между лопастями и внутренними стенками трубы равным 3-5 миллиметров. Трубы в передней части имеют скосы под углом 45 градусов для установки отсекателей, предохраняющих гребные винты от попадания на них любых твердых предметов как животного так и технического происхождения. Движительная установка через корпуса конических редукторов и труб жестко соединена с корпусом лодки, что обеспечивает передачу поступательного движения корпусу. Первичные приводные валы редукторов располагаются по обоим бортам судна ниже ватерлинии поперек продольной оси судна на расстоянии 1/3 длины корпуса судна считая от кормы (рис.5).

Судовая движительная установка работает следующим образом:

Горизонтальная проточная труба в своей передней части формирует устойчивый горизонтальный столб воды, удерживаемый внутренними стенками трубы от действия центробежных сил, создавая тем самым условия для использования эффекта несжимаемости воды. Лопасти винта, получая вращение от вторичного вала редуктора, производят ввинчивание в воду точно также, как это происходит с твердым телом, то есть без пробуксовывания. В трубе за гребным валом создается демфперная зона, которая дополнительно выполняет роль формирования столба воды при движении лодки задним ходом. На фото 1 дан общий вин гребного винта, который проходил экспериментальную проверку и на котором отрабатывались конструктивные элементы. Так экспериментально было установлено, что оптимальный угол наклона нижней опорной поверхности сегмента к оси вращения ступицы составляет 45 градусов. Было также установлено, что с изменением угла наклона менее указанной величины, скорость судна резко возрастает при одновременном возрастании потребной мощности силовой установки в геометрической прогрессии и наоборот.

Предлагаемая конструкция судовой движительной установки, основанной на лопастях сегментного вида, способных использовать эффект несжимаемости воды, дает возможность:

- повысить пропульсивный коэффициент на 16-18 процентов за счет отсутствия «пробуксовывания» лопастей винта в режиме подводного плавания лодки и на 212-215 процентов в режиме надводного плавания;

- снизить шумность от работы винтов за счет ликвидации турбулентности при набрасывании воды винтами друг на друга;

- повысить при тех же мощностных характеристиках силовой установки скорость движения лодки на 15-16 процентов в подводном режиме движения и более чем в 2 раза при движении в надводном положении;

- полностью отказаться от горизонтальных рулей за счет особого способа расположения движительной установки на корпусе судна. Причем за счет варьирования скорости и направления вращения первичных валов редукторов возможности маневрирования будут более существенными (разворот на одном месте).

1. Судовая движительная установка, содержащая два приводных вала с закрепленными на них гребными винтами, отличающаяся тем, что каждый из приводных валов дополнительно снабжен горизонтальной прямоточной трубой жестко соединенной с корпусом судна, внутри которой размещены конический редуктор, расположенный на приводном валу, выходящем из корпуса судна, ступица винта цилиндрической формы с лопастями формы усеченного сегмента окружности, жестко соединенная передней частью с вторичным валом конического редуктора, а задней частью с прямоточной трубой.

2. Судовая движительная установка по п.1, отличающаяся тем, что лопасти выполнены в виде усеченного сегмента окружности радиусом равным 6,5 диаметров ступицы винта и высотой сегмента равной 1,5 диаметра ступицы винта.

3. Судовая движительная установка по п.1, отличающаяся тем, что приводные валы расположены поперек продольной оси судна на расстоянии 1/3 длины судна от кормы.