лопастной движитель судна

Формула изобретения

1. Лопастной движитель судна, содержащий передний гребной винт и соосно с ним расположенный задний гребной винт противоположного вращения, отличающийся тем, что по меньшей мере лопасти заднего гребного винта закреплены в ступице подвижно, причем каждая лопасть установлена с возможностью поворота на оси, проходящей через корневую часть лопасти параллельно оси гребного вала, а в ступице в плоскости диска винта выполнены пазы, в которых размещены корневые части лопастей гребного винта, при этом каждая из упомянутых корневых частей неподвижно закреплена на соответствующей оси, которая подвижно установлена в пазу.

2. Лопастной движитель по п.1, отличающийся тем, что каждая лопасть гребных винтов установлена с возможностью поворота на угол 10^o.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области судостроения, в частности к судовым лопастным движителям типа соосные гребные винты (СГВ) противоположного вращения.

Известен лопастной движитель, содержащий соосные гребные винты противоположного вращения в составе поворотной колонки, включающий горизонтальную и вертикальную линию приводных валов (см. NAVIGATOR, the Yearbook of the Finnish marine industry 1996, p. 46).

Недостатком указанного движителя является повышенный уровень вибрации заднего гребного вала соосной пары.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому, принятым за прототип изобретения, является движитель, содержащий два соосных гребных винта противоположного вращения, приводящихся во вращение одним двигателем посредством гребных валов, один из которых имеет полость, а другой (вал заднего гребного винта) размещен в этой полости (см. ж. Фунэ-но-кагаку, V01 41, 11, 1988г.).

Конструкция прототипа предусматривает использование заднего гребного винта противоположного вращения, что обеспечивает утилизацию энергии закрученной струи за передним гребным винтом и повышает коэффициент полезного действия (кпд) лопастного движителя на 10-14%.

Недостатком указанного прототипа является повышенный уровень пульсаций давлений от лопастей заднего гребного винта соосной пары, а также увеличение периодических сил гидродинамической природы на заднем гребном винте по сравнению с одиночным гребным винтом. Кроме того, прототип обладает максимальной гидродинамической эффективностью только на режиме проектной нагрузки. При других нагрузках (в т.ч. во всем диапазоне повышенных нагрузок, т. е. при плавании судна в штормовых условиях, при разгоне судна, при преодолении горба сопротивления для судов с динамическими принципами поддержания и т. п. ) в результате разбалансировки СГВ по моментным характеристикам их гидродинамическая эффективность снижается вследствие наличия остаточной закрутки потока за задним гребным винтом.

Предлагаемое техническое решение направлено на улучшение эксплуатационных характеристик лопастного движителя, а именно: уменьшение пульсирующих давлений от движителя и периодических сил на элементах движителя, а также увеличение кпд на режимах, не соответствующих проектному.

Указанный технический результат достигается тем, что в лопастном движителе судна, содержащим передний гребной винт и соосно с ним расположенный задний гребной винт противоположного вращения, по меньшей мере лопасти заднего гребного винта закреплены в ступице подвижно, причем каждая лопасть установлена с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси, проходящей через корневую часть лопасти и расположенной параллельно оси гребного вала. При этом каждая лопасть гребных винтов установлена с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси на угол 10^o. Кроме того, в ступице в плоскости диска винта выполнены пазы, в которых размещены корневые части лопастей гребного винта, причем каждая из упомянутых корневых частей подвижно закреплена на валу, который неподвижно установлен в пазу, или каждая из упомянутых корневых частей неподвижно закреплена на валу, который подвижно установлен в пазу.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на фиг.1 которого схематично изображен вид сбоку (разрез) лопастного движителя судна, на фиг.2 и 3 варианты крепления корневых частей лопастей в ступице винта (увеличено).

Примером конкретного выполнения заявляемого технического решения является лопастной движитель судна, содержащий полый вал 1, во внутренней полости которого размещен вал 2. На валу 2 закреплена ступица 3 заднего гребного винта, в которой выполнены пазы 4. В пазах 4 размещены корневые части 5 лопастей 6, которые установлены подвижно относительно ступицы 3, при этом корневая часть 5 лопасти 6 может быть подвижно закреплена на валу 7, жестко закрепленным в пазу 4 и проходящим через отверстие 8, которое выполнено в корневой части 5 (см. фиг.2), или корневая часть 5 лопасти 6 может быть жестко закреплена на валу 7, который подвижно закреплен, например, в подшипниках 9 (см. фиг. 3). На валу 1 закреплена ступица 10 переднего гребного винта, на которой закреплены лопасти 11, которые могут быть установлены неподвижно относительно указанной ступицы 10 или подвижно. При подвижной установке лопастей 11 их корневые части 12 закреплены аналогично корневым частям 5 лопастей 6 заднего гребного винта. Лопасти 6 и 11 заднего гребного винта и переднего гребного винта соответственно установлены с возможностью поворота в плоскости диска соответствующего винта на угол 10^o.

Лопастной движитель судна работает следующим образом. На вращающуюся в составе заднего гребного винта лопасть 6 действует центробежный и гидродинамический моменты относительно вала 7, обусловленные центробежной силой и гидродинамической силой. Действие моментов противоположно, причем относительному перемещению лопасти 6 в направлении, противоположном ее вращению вместе с движителем, соответствует увеличение момента от центробежной силы и уменьшение момента от гидродинамической силы. При отклонении же лопасти 6 в противоположном направлении наблюдается обратная картина. Таким образом, положение лопасти 6 на ступице 3 определяется равенством действующих взаимно противоположных моментов. Причем в зависимости от режима работы движителя (относительной поступи) положение лопасти 6 на ступице 3 будет разным. Аналогично изменяют свое положение и лопасти 11 переднего гребного винта при подвижном закреплении их в ступице 10. При этом изменяются в сравнении с винтом с неподвижными лопастями его гидродинамические характеристики, поскольку указанные перемещения (относительно вала 7, несовпадающего с осью движителя) приводят к изменению геометрических характеристик винта, обеспечивая высокие пропульсивные характеристики в широком диапазоне режимов работы.

В случае неравномерного натекающего потока на лопасти возникают переменные гидродинамические нагрузки, вследствие чего лопасть начинает колебаться, образуя колебательную систему, где в качестве восстанавливающих сил выступают силы инерции, а в качестве возмущающих - переменные гидродинамические нагрузки. Частота собственных колебаний зависит от геометрии лопастей и их массовых характеристик, изменяясь пропорционально частоте вращения винта. Анализ частот собственных колебаний показал, что они меньше частоты вращения гребного вала. В результате, по отношению к возмущающим гидродинамическим нагрузкам, действующим в плоскости диска движителя, каждая лопасть колеблется в зарезонансном режиме так, что переменные гидродинамические силы в указанной плоскости в значительной степени компенсируются инерционными силами и на ступицу не передаются. По этой причине виброактивность винта со "свободно" перемещающимися лопастями и создаваемые им пульсирующие давления меньше по сравнению с их жестким креплением на ступице.

Таким образом, заявленный лопастной движитель судна позволяет снизить уровень пульсаций давлений на корпусе судна, уменьшить периодические гидродинамические силы на гребных винтах и увеличить кпд движителя на непроектных режимах.