Пропульсивная установка на судне

Пропульсивная установка на судне

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к пропульсивной установке на судне согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения.

Установка предназначена для использования на судах, обеспеченных по меньшей мере одним пропульсивным агрегатом, расположенным в корме судна. Судно может иметь либо только один пропульсивный агрегат, расположенный в корме судна, либо два параллельных пропульсивных агрегата, расположенных в корме судна на противоположных сторонах осевой линии корпуса судна. Пропульсивные агрегаты используются в частности на больших судах, например крейсерах, танкерах, перевозящих нефть или сжиженный природный газ, судах для перевозки транспортных средств, контейнерных судах и паромах.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В WO 98/54052 раскрыто судно с двойными винтами и двойными рулями Шиллинга, т.е. соответственный руль для каждого винта. Каждый руль установлен с возможностью поворачивания посредством соответственного вала, имеет выпуклый участок носовой части, суженный средний участок и расширяющуюся хвостовую часть. Расширяющаяся хвостовая часть расширяется наружу по существу только на внутренней стороне каждого руля, т.е. стороне, которая обращена к другой рулевой паре. Каждый руль имеет верхнее перо и нижнее перо, при этом перья продолжаются намного больше на внутренней стороне, чем на внешней стороне, причем перья выровнены с линиями потока от соответственного винта, а нижнее перо имеет наклоненный вниз участок на внутренней стороне. Рули способны образовывать своего рода угол развала относительно осевой линии корпуса.

В US 7,033,234 раскрыт способ управления глиссирующей лодкой с V-образным дном с двойными отдельно управляемыми приводными узлами с подводными корпусами, которые продолжаются вниз от дна лодки. При ходе на скорости глиссирования прямо вперед подводные корпуса устанавливают под так называемым углом схождения, т.е. под наклоном по направлению друг к другу с противоположными углами равной величины относительно осевой линии лодки. При поворачивании лодки внутренний приводной узел устанавливают под большим углом поворота, чем внешний приводной узел.

В JP 2006007937 раскрыта установка на судне с двумя гондолами с винтами противоположного вращения, расположенными в корме судна. В первом варианте осуществления первая гондола неподвижно установлена в скег так, что линия вала наклонена вверх. Вторая гондола прикреплена посредством горизонтальной оси к столу управления, причем стол управления вращается вокруг вертикальной оси и этот стол управления может быть опущен и поднят посредством гидравлических цилиндров. Линия вала второй гондолы выровнена с линией вала первой гондолы. Во втором варианте осуществления задний конец первой гондолы прикреплен посредством горизонтальной оси к скегу, а передний конец первой гондолы прикреплен к вертикальному цилиндру. Таким образом, наклон первой гондолы может регулироваться посредством этого цилиндра. В третьем варианте осуществления обе гондолы прикреплены к противоположным концам общей рамы, причем рама поддерживается от средней части горизонтальной оси до стола управления, причем стол управления вращается вокруг вертикальной оси и этот стол управления может быть опущен и поднят посредством гидравлических цилиндров. В этой конструкции нет отдельного руля, а управление судном выполняют путем вращения либо только второй гондолы, расположенной после первой гондолы в направлении движения судна, вокруг вертикальной оси, либо путем вращения обеих гондол вокруг вертикальной оси.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача изобретения заключается в улучшении известных из уровня техники пропульсивных установок на судах.

Пропульсивная установка согласно изобретению отличается тем, что содержит признаки согласно отличительной части пункта 1 формулы изобретения.

Пропульсивная установка содержит по меньшей мере один пропульсивный агрегат, расположенный в корме судна. Судно содержит корпус, имеющий горизонтальную ватерлинию. По меньшей мере один пропульсивный агрегат содержит полую опорную конструкцию, прикрепленную к корпусу, камеру, прикрепленную к опорной конструкции, электрический двигатель внутри камеры, винт на переднем конце камеры, причем указанный винт соединен посредством вала с электрическим двигателем, и поддерживаемый с возможностью поворачивания руль на заднем конце камеры.

Согласно изобретению по меньшей мере один пропульсивный агрегат установлен так, что линия вала образует угол вертикального наклона в диапазоне от 1 до 8 градусов относительно ватерлинии так, что передний конец камеры находится ниже, чем задний конец камеры, относительно ватерлинии.

Угол вертикального наклона по меньшей мере одного пропульсивного агрегата улучшает угол притока воды к винту, что улучшает эффективность винта.

Угол вертикального наклона по меньшей мере одного пропульсивного агрегата также уменьшает шум и вибрации в корпусе судна, которые возникают из-за кавитации, так как улучшенный угол притока к винту уменьшает кавитацию.

Угол вертикального наклона по меньшей мере одного пропульсивного агрегата также уменьшает вибрации и силы линии вала. Это происходит за счет того, что на винт воздействуют меньшие асимметрические силы, когда угол притока воды к винту улучшен. Уменьшенные нагрузки и вибрации будут увеличивать срок службы подшипников вала, а также других компонентов, подвергаемых воздействию этих вибраций и сил.

Изобретение предпочтительно может быть использовано на судне, имеющем два пропульсивных агрегата, расположенных вплотную на противоположных сторонах осевой линии судна в корме судна. Каждый пропульсивный агрегат предпочтительно установлен в положении развала, образуя угол горизонтального наклона в диапазоне от 0,5 до 6 градусов относительно осевой линии корпуса. Таким образом, передний конец камеры наклонен в сторону от осевой линии корпуса судна, а задний конец камеры наклонен по направлению к осевой линии корпуса судна.

Эта конструкция развала пропульсивных агрегатов будет дополнительно улучшать эффективность винтов и уменьшать шум и вибрации в корпусе судна.

Изобретение может быть использовано на больших судах, обеспеченных по меньшей мере одним пропульсивным агрегатом в корме судна, например, крейсерах, танкерах, перевозящих нефть или сжиженный природный газ, судах для перевозки транспортных средств, контейнерных судах и паромах. Мощность пропульсивного агрегата на таких больших судах составляет порядка по меньшей мере 1 МВт.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Некоторые конкретные варианты осуществления изобретения описаны далее подробно со ссылкой на сопровождающие фигуры, на которых:

Фиг. 1 показывает пропульсивную установку известного уровня техники.

Фиг. 2 показывает один вариант осуществления пропульсивной установки согласно изобретению.

Фиг. 3 показывает другой вариант осуществления пропульсивной установки согласно изобретению.

Фиг. 4 показывает вид сверху дополнительного варианта осуществления пропульсивной установки согласно изобретению.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг. 1 показывает пропульсивную установку известного уровня техники. Установка содержит пропульсивный агрегат 10, расположенный в корме судна. Пропульсивный агрегат 10 содержит опорную конструкцию 11, камеру 12, электрический двигатель 13, вал 14, винт 15 и руль 16. Камера 12 соединена посредством полой опорной конструкции 11 с корпусом 100 судна. Вал 14 имеет первый конец, который соединен с электрическим двигателем 13, и второй конец, выступающий из переднего конца камеры 12 и соединенный с винтом 15. Таким образом, винт 15 расположен на переднем конце камеры 12. Электрический двигатель 13 может представлять собой индукционный двигатель или синхронный двигатель. Пропульсивный агрегат 10 прикреплен к корпусу 100 судна опорной конструкцией 11. Это означает, что винт 15 будет все время оставаться в неподвижном положении относительно корпуса 100 судна. Руль 16 расположен на заднем конце камеры 12. Руль 16 соединен с возможностью поворачивания с корпусом 100 и камерой 12 посредством оси 17. Руль 16 выполнен так, что он образует плавное продолжение опорной конструкции 11 и камеры 12. Нижняя часть руля 16 продолжается на расстоянии ниже камеры 12. Рулевая передача, которая не показана на фигуре, вращает руль 16 на основании команд с навигационного мостика. Фигура также показывает направление S движения судна.

Вал 14 образует линию SL вала пропульсивного агрегата 10. Линия SL вала и ватерлиния WL параллельны, это означает, что угол α между ними составляет 0 градусов. Угол между осью 17 руля 16 и линией SL вала, т.е. угол γ составляет 90 градусов. Угол между осью 17 руля 16 и ватерлинией WL, т.е. угол δ также составляет 90 градусов.

Фиг. 1 также показывает линии F потока воды, текущей к пропульсивному агрегату 10. На фигуре может быть видно, что линии F потока не поступают в винт 15 пропульсивного агрегата 10 под оптимальным углом. Это ослабляет гидродинамическую эффективность винта 15.

Фиг. 2 показывает один вариант осуществления пропульсивной установки согласно изобретению. Пропульсивный агрегат 10 соответствует по существу пропульсивному агрегату, показанному на фиг. 1. Разница по сравнению с установкой, показанной на фиг. 1, заключается в том, что линия SL вала пропульсивного агрегата 10 образует угол α вертикального наклона относительно ватерлинии WL. Это означает, что передний конец камеры 12 находится ниже, чем задний конец камеры 12 относительно ватерлинии WL. Угол потока F воды, поступающего в винт 15, будет улучшен при вертикальном наклоне пропульсивного агрегата 10. Это означает, что гидродинамическая эффективность винта 15 будет улучшена. Угол между осью 17 руля 16 и ватерлинией WL, т.е. угол δ, составляет все еще 90 градусов, как на фиг. 1. Угол между осью 17 руля 16 и линией SL вала, т.е. угол ϒ, составляет, однако, менее 90 градусов в этом варианте осуществления из-за вертикального наклона пропульсивного агрегата 10. Фиг.2 также показывает направление S движения судна.

Фиг. 3 показывает другой вариант осуществления пропульсивной установки согласно изобретению. Эта установка соответствует по существу конструкции на фиг. 2, т.е. пропульсивный агрегат 10 наклонен под углом α относительно ватерлинии WL. Разница заключается в конструкции руля 16. Угол между осью 17 руля 16 и линией SL вала, т.е. угол γ, составляет в этом варианте осуществления 90 градусов, что соответствует ситуации на фиг. 1. Это означает, что ось 17 руля 16 наклонена относительно ватерлинии WL, т.е. угол δ составляет более 90 градусов. Конструкция, где ось 17 руля 16 образует прямой угол с линией SL вала, является предпочтительной в отношении потока, создаваемого винтом 15. Фигура также показывает направление S движения судна.

Фиг. 4 показывает вид сверху дополнительного варианта осуществления пропульсивной установки согласно изобретению. Имеется два пропульсивных агрегата 10, 20, расположенных вплотную на каждой стороне осевой линии CL корпуса 100 в корме судна. Каждый пропульсивный агрегат 10, 20 содержит камеру 12, 22, соединенную посредством опорной конструкции с корпусом 100 судна, винт 15, 25, расположенный на переднем конце камеры 12, 22, приводимый в движение электрическим двигателем 13, 23, размещенным в камере 12, 22. Руль 16, 26 дополнительно расположен на заднем конце камеры 12, 22. Каждый пропульсивный агрегат 10, 20 может соответствовать пропульсивному агрегату, показанному либо на фиг. 2, либо на фиг.3. Это означает, что каждый пропульсивный агрегат 10, 20 вертикально наклонен относительно ватерлинии WL под углом α, как показано на фиг. 2 и фиг. 3. Конструкция руля 16, 26 может быть либо такой, которая показана на фиг. 2, либо такой, которая показана на фиг. 3. Фигура также показывает направление S движения судна.

В этом варианте осуществления линии SL вала пропульсивных агрегатов 10, 20 расположены в положении развала относительно осевой линии CL корпуса 100 судна. Линии SL вала образуют угол β горизонтального наклона с осевой линией CL корпуса 100 судна так, что линии SL вала будут пересекаться друг с другом в точке на осевой линии CL корпуса судна, причем указанная точка пересечения расположена после судна. Передний конец камер 12, 22 наклонен наружу (положение развала) относительно осевой линии CL корпуса 100 судна, а задний конец камер 12, 22 наклонен внутрь относительно осевой линии CL корпуса 100 судна. Угол β развала находится в диапазоне от 0,5 до 6 градусов. Фигура также показывает грузовой резервуар 200 для сжиженного природного газа (LNG) на судне.

Такая конструкция развала пропульсивных агрегатов 10, 20 будет дополнительно улучшать угол притока воды к винтам 15, 25. Такая конструкция развала будет улучшать эффективность и уменьшать вибрации в корпусе и в вале.

Эффективность варианта осуществления, показанного на фиг. 2, вероятно такая же, как эффективность варианта осуществления, показанного на фиг. 3. Управляемость судна может быть немного лучше у варианта осуществления, показанного на фиг. 2, по сравнению с вариантом осуществления, показанным на фиг. 3. С другой стороны, вариант осуществления, показанный на фиг. 3, может быть лучше с точки зрения обрабатываемости и архитектуры изделия, так как угол α наклона регулируют посредством угла установки изделия, но при этом отсутствует необходимость преобразования самого изделия в каждом проекте. С другой стороны, изделие может иметь заданный угол α вертикального наклона, например 4 градуса, согласно конструкции, показанной на фиг. 2, а оставшиеся, например, 2 градуса в ситуации, где весь угол α вертикального наклона должен составлять 6 градусов, будут, в этом случае, достигаться согласно конструкции, показанной на фиг. 3.

Угол α вертикального наклона и угол β горизонтального наклона, т.е. угол развала, должны определяться отдельно для каждого судна или серии судов. Оптимизацию угла α вертикального наклона и угла β горизонтального наклона выполняют на основании модельного испытания для каждого судна или серии судов. Оптимизацию выполняют отдельно для угла α вертикального наклона и угла β горизонтального наклона. Цель оптимизации заключается в минимизации потребления топлива, т.е. в повышении эффективности. Наилучшую эффективность обычно достигают, когда приток воды к винту является прямым.

Внутри корпуса 100 судна предусмотрен по меньшей мере один генератор (не показан на фигурах), обеспечивающий электроэнергией электрические двигатели 13, 23 в пропульсивных агрегатах 10, 20 посредством электрической сети (не показана на фигурах).

На фигурах отдельный руль 26 поддерживается с возможностью поворачивания на корпусе 100 и на камере 22 пропульсивного агрегата 20. Руль 26 может поддерживаться с возможностью поворачивания на корпусе 100 и/или на пропульсивном агрегате 20. Таким образом, руль 26 может поддерживаться с возможностью поворачивания только на полой опорной конструкции 21 или на корпусе 100 и полой опорной конструкции 21, или на корпусе 100 и камере 22, или на камере 22 и полой опорной конструкции 21.

Представленные выше примеры вариантов осуществления настоящего изобретения не предназначены для ограничения объема охраны изобретения только этими вариантами осуществления. Могут быть выполнены некоторые преобразования изобретения в пределах объема охраны формулы изобретения.

1. Пропульсивная установка на судне, содержащем корпус (100), имеющий горизонтальную ватерлинию (WL) и осевую линию (CL), содержащая, по меньшей мере, один неподвижный пропульсивный агрегат (10, 20), расположенный в корме корпуса (100), причем указанный, по меньшей мере, один пропульсивный агрегат (10, 20) содержит полую опорную конструкцию (11), прикрепленную к корпусу (100), камеру (12), имеющую передний конец и задний конец, прикрепленную к опорной конструкции (11), электрический двигатель (13) внутри камеры (12), вал (14), имеющий первый конец и второй конец, причем указанный первый конец вала (14) соединен с электрическим двигателем (13), а указанный второй конец вала (14) выступает из переднего конца камеры (12) и соединен с винтом (15), причем центральная ось указанного вала (14) образует линию (SL) вала, и поддерживаемый с возможностью поворачивания руль (16) на заднем конце камеры (12), отличающаяся тем, что, по меньшей мере, один пропульсивный агрегат (10, 20) установлен так, что линия (SL) вала образует угол (α) вертикального наклона в диапазоне от 1 до 8 градусов относительно ватерлинии (WL) так, что передний конец камеры (22) находится ниже заднего конца камеры (22) относительно ватерлинии (WL).

2. Пропульсивная установка по п.1, отличающаяся тем, что пропульсивная установка содержит два неподвижных пропульсивных агрегата (10, 20), расположенных вплотную на противоположных сторонах осевой линии (CL) корпуса (100) судна в корме судна, причем каждый пропульсивный агрегат (10, 20) установлен так, что линия (SL) вала образует угол (α) вертикального наклона в диапазоне от 1 до 8 градусов относительно ватерлинии (WL) так, что передний конец камеры (22) находится ниже, чем задний конец камеры (22), относительно ватерлинии (WL), и линия (SL) вала образует угол (β) горизонтального наклона в диапазоне от 0,5 до 6 градусов относительно осевой линии (CL) корпуса (100) судна так, что передний конец камеры (22) наклонен в сторону от осевой линии (CL), а задний конец камеры (22) наклонен к осевой линии (CL).

3. Пропульсивная установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что судно представляет собой крейсер, танкер, перевозящий нефть или сжиженный природный газ, судно для перевозки транспортных средств, контейнерное судно или паром.

4. Пропульсивная установка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что мощность, по меньшей мере, одного пропульсивного агрегата (10, 20) составляет, по меньшей мере, 1 МВт.

5. Пропульсивная установка по п.3, отличающаяся тем, что мощность по меньшей мере одного пропульсивного агрегата (10, 20) составляет, по меньшей мере, 1 МВт.