Судновий вінторульовий стовпчик
Винахід відноситься до суднобудування, рушійних комплексів суден, призначених для експлуатації у льодах. Сутність винаходу полягає в тому, що у гвинтовій колонці, що містить стійку і гондолу з елементами приводного механізму і гребним валом, на консольній виступаючій частині якого закріплений гребний гвинт у напрямній насадці і кригоруйнівні елементи у вигляді лопаток або лопатей, закріплених перед гвинтом з можливістю дробу , останні встановлені з відривом 0,02-0,25 діаметра гвинта від площини вхідного отвору насадки, які діаметр дорівнює 0,6-0,8 діаметра гребного гвинта. Лопатки або лопаті льодоруйнівних елементів рівномірно розподілені по колу в поперечному валу гребному площині. Використання винаходу підвищує експлуатаційні якості суден при плаванні у льодах, захищаючи вхідний отвір насадки винторулевої колонки від забивання уламками льоду. 1 з.п.ф-ли, 2 іл.
Винахід відноситься до суднобудування, зокрема до рушійного комплексу судна, призначеного для експлуатації у льодах.
В даний час велика увага приділяється використанню суднових гвинтових колонок, що забезпечують рух і маневрування судна в льодових умовах.
Широко відомі суднові винторулеві колонки, що забезпечують рух і маневрування судна в льодових умовах типу Azipod фірми Kvaerner Masa-Yards, що працюють у тягнуть режимі і містять обтічну стійку і торпедоподібну гондолу з розміщеними всередині них елементами приводного механізму і гребним валом, гвинт (див. наприклад, Azipod, Project Guide, Kvaerner Masa-Azipod, Керівництво, сент. 1995).
Недоліком відомого пристрою є те, що гребний гвинт не захищений від руйнівної діїльоду, а ефективність рушія з лопатями фіксованого кроку недостатня.
Відомі суднові винторулеві колонки норвезької фірми Ugland Offshore, що працюють в режимі, що тягне, і містять обтічну стійку і торпедоподібну гондолу з розміщеними всередині них елементами приводного механізму і гребним валом, на консольній частині якого закріплений гребний гвинт регульованого кроку, встановлений проспект фірми Ugland Offshore, Норвегія, на криголам "Fennica", "Nordica").
Недоліком відомого пристрою є незахищеність лопатей гребного гвинта від руйнівної дії льоду і незадовільні експлуатаційні якості судна при плаванні у важких льодах, через забивання вхідного отвору насадки блоками льоду, підсмоктуються гребним гвинтом, що призводить до різкого зниження тяги. При цьому часто спостерігаються раптові зупинки судна, що збільшує небезпеку зіткнення з судном, що рухається в каравані. У разі заклинювання крижини між лопатями та насадкою під час руху судна в торосистому льоду її видалення при реверсуванні гребного гвинта може виявитися неможливим.
Відома також судова винторулевая колонка для руху і маневрування судна в льодових умовах, що містить обтічну стійку і торпедоподібну гондолу з розміщеними всередині них елементами приводного механізму, гребним валом, на консольно виступаючої частини якого закріплені гребний гвинт у напрямній насадці і льодоруйнуючі елемент або лопатей, закріплених перед гребним гвинтом з можливістю ламання та дроблення льоду (див. патент Фінляндії N 91513 А, 31.03.94, B 63 H 5/16) - прототип.
Недоліком відомого пристрою єнезахищеність вхідного отвору направляючої насадки від забивання його уламками льоду, неможливість відкидання крижин убік від насадки через дуже малих розмірів кригоруйнівних елементів порівняно з діаметром гребного гвинта.
Відомий пристрій призначений для руйнування (подрібнення) льоду та пропускання його через насадку. Така операція можлива тільки для тонких льодів, в яких працюють порівняно невеликі рушії, наприклад, рушійні комплекси портових криголамів. У важких льодових умовах арктичних льодів відомий пристрій неефективний, оскільки він не здатний відкидати великі крижини від вхідного отвору насадки, а дрібні крижини, що захоплюються насадкою, знижують ефективність роботи рушія.
Заявляється винахід спрямовано на підвищення експлуатаційних якостей суден льодового плавання шляхом забезпечення надійного захисту вхідного отвору направляючої насадки винторулевої колонки судна від забивання його уламками льоду та підвищення ефективності використання винторулевих суднових колонок у важких льодових умовах.
Поставлена мета досягається тим, що льодоруйнуючі елементи у вигляді лопаток або лопатей у точці свого максимального діаметра розташовані від площини вхідного отвору насадки на відстані 0.02-0.25 діаметра гребного гвинта, а діаметр лопаток або лопатей гвинт дорівнює 0.6-0.8 діаметра. При цьому лопатки або лопаті розміщені рівномірно по колу в поперечному валу гребному площині.
Сутність заявленого винаходу пояснюється малюнками, де на фіг.1 зображено суднова винторулевая колонка з льодоруйнуючими елементами; на фіг. 2 - результати модельних випробувань рушія з льодоруйнуючими елементами.
Суднова винторулевая колонка (фіг.1) складається з обтічної стійки 1 іторпедоподібної гондоли 2, всередині яких розміщені елементи приводного механізму (на фіг. не показані), і гребного валу 3, на консольно виступаючій частині якого закріплений гребний гвинт 4, встановлений всередині напрямної насадки 5. Льодоруйнуючі елементи 6 у вигляді лопаток або лопатей закріплені на гребном валу 3 перед гребним гвинтом та насадкою на відстані = (0.02-0.25)DВ, де DВ - діаметр гребного гвинта. Направляюча насадка закріплена на корпусі гондоли 2 за допомогою кронштейнів 7, а винторулевая колонка в цілому закріплена в кормовій частині судна 8 (Винторулевая колонка може бути встановлена також у носовій частині судна).
Лопатки або лопаті 6 виконані з підвищеною міцністю, тобто. більш масивними, ніж це необхідно для виконання функції напрямку потоку води, для того, щоб вони ефективно виконували іншу основну функцію - руйнування та відкидання льоду в області перед насадкою.
Діаметр льодоруйнуючих лопаток або лопат вибраний таким чином, щоб вони ефективно виконували своє функціональне призначення: ефективно відкидати і руйнувати лід і формувати потік перед насадкою. Для цього їх діаметр повинен бути в 1.5-2 рази більшим за діаметр маточини гребного гвинта. Верхня межа діаметра лопаток або лопат вибрана з необхідності виконання очевидної вимоги неприпустимості появи більш значних льодових навантажень гребного валу, ніж від відкритого гребного гвинта. Лопатки (лопаті) у процесі роботи рушійного комплексу досить часто мають фрезерувати лід. При цьому льодовий момент опору обертанню буде пропорційний їх діаметру в ступені (2-2.5) (див. наприклад, 5th Lips Propeller Symposium, Drunen, The Nethorlands, 19-20 May, 1983). Тому вибір діаметра льодоруйнівних лопаток є предметомдослідження, яке має проводитися з урахуванням як характеристик рушійного комплексу, так і кормових обводів судна та умов його плавання у льодах. Модельні випробування показують, що вибір діаметра лопаток або лопат у діапазоні 0.6-0.8 діаметра гребного гвинта є оптимальним.
Льодоруйнуючі лопатки повинні бути встановлені перед спрямовуючою насадкою на деякому віддаленні від носової кромки насадки. При дуже близькому розташуванні лопаток від вхідного отвору насадки відкидання лопатками крижин буде утруднено силами підсмоктування насадки. У цьому випадку всі крижини в районі вхідного отвору насадки руйнуватимуться лопатками шляхом фрезерування, на що витрачається енергія обертання валу та навантажуватиметься валопровід. Однак лопатки не можуть бути встановлені далеко попереду насадки, тому що втратять здатність захисту гвинта та насадки. Результати модельних випробувань показують, що оптимальна відстань між лопатками (лопатями) у точці їх максимального діаметра та площиною вхідного отвору насадки становить 0.02-0.25 діаметра гребного гвинта у насадці.
Льодоруйнуючі лопатки або лопаті повинні бути встановлені рівномірно в поперечній до валу гребного площині з тим, щоб виключити інерційні навантаження на валопровід.
Діаметр льодоруйнівних лопаток (лопатей), їх кількість та віддалення від носової кромки насадки для кожного конкретного судна та льодових умов його плавання має вибиратися на підставі випробувань у гідродинамічному та льодовому дослідному басейнах.
Встановлення кригоруйнівних лопаток перед насадкою неминуче призводить до зменшення гідродинамічної ефективності рушійного комплексу. Тому була потрібна оцінка ступеня впливу лопаток (лопатей) на гідродинамічну ефективність запропонованого в заявцірушій. Авторами заявки були виконані спеціальні порівняльні гідродинамічні випробування рушія за заявкою та ізольованого комплексу "гвинт-насадка". В обох випадках використовувався той самий комплект "гвинт-насадка", а лопатки (лопаті) моделювалися за рахунок установки на різних відстанях перед насадкою додаткової моделі чотирилопатевого гвинта, діаметр якого становив 0.7 діаметра гвинта в насадці. За допомогою динамометрів вимірювалися гідродинамічний упор на валу TВ, момент, що крутить Q, упор насадки TН, а також частота обертання валу n і швидкість руху рушія V. Розраховувалися значення безрозмірних коефіцієнтів: коефіцієнт сумарного упору , коефіцієнт моменту рушія , - щільність води; D – діаметр гвинта в насадці; відносна хода = V/nD та коефіцієнт корисної дії рушія .
Результати модельних випробувань представлені на фіг.2, де осі абсцис відкладені значення , а по осі ординат - значення KT, KQ і P. Криві (1), (2), (3) на цьому графіку відповідають значенням KT, KQ та P стандартного рушійного комплексу "гвинт-насадка". Криві (4), (5) та (6) показують зміну KT, KQ та P відповідно, які відносяться до пропонованого рушія.
Таким чином видно, що установка перед напрямною насадкою лопаток-лопатей, що обертаються, не погіршує гідродинамічної ефективності рушія за заявкою в порівнянні з комплексом "гвинт-насадка".
Суднова винторулевая колонка працює наступним чином. Гребний гвинт при обертанні розвиває акцент, що забезпечує рух судна. За рахунок використання направляючої насадки наголос додатково збільшується на 20-25%. Лопатки або лопаті, обертаючись разом з гребним гвинтом, відкидають або руйнують лід і запобігають закриттю вхідного отвору насадки.
1.Суднова винторулевая колонка для руху і маневрування судна в льодових умовах, що містить обтічну стійку і гондолу з розміщеними всередині них елементами приводного механізму, гребним валом, на консольній частині, що виступає, якого закріплений гребний гвинт у напрямній насадці і льодоруйнуючі елементи, виконані у вигляді лопаток закріплених перед гребним гвинтом з можливістю ломки і дроблення льоду, що відрізняється тим, що лопатки або лопаті в точці свого максимального діаметра розташовані від площини вхідного отвору насадки на відстані 0,02 - 0,25 діаметра гребного гвинта, а діаметр лопаток або лопатей обраний ,6 – 0,8 діаметра гребного гвинта.
2. Колонка по п.1, яка відрізняється тим, що лопатки або лопаті льодоруйнівних елементів розміщені рівномірно по колу в поперечному валу гребному площині.