Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Современные движительно-рулевые и подруливающие устройства для морских и речных судов. Часть 1. Учебное пособие
.pdf
31
товлены несколько типоразмеров ВПУ. ВПУ, мощностью 500 кВт, было установлено на первом отечественном супертанкере пр. 1551, только на головное
судно и по результатам эксплуатации снято. Пять ВПУ, мощностью 1400 кВт,
были установлены на первом отечественном буровом судне пр. 16280, но судно
почти сразу продали зарубежной компании и переоборудовали, заменив в т.ч. и
ВПУ. Как видно из этих примеров, а других нет, применение ВПУ оказалось
нецелесообразным по многим причинам. К достоинствам этого типа ПУ их авторы относили симметричность величины тяги на оба борта, простоту конструкции из-за расположения редуктора привода и механизмов поворота заслонок (полуцилиндра) в корпусе судна. Однако последний довод представляется
спорным, т.к. конструкция ВПУ реально достаточно сложная, особенно при
необходимости обеспечения плавной регулировки тяги по величине и направлении в системе динамического позиционирования. К недостаткам ВПУ можно
отнести низкие по сравнению с ПУ с ВФШ или ВРШ значения величины относительного гидродинамического качества ξ′ и существенно большие значения
величин массы и габаритов при одинаковых значениях тяги.
Были примеры использования конструкций ПУ с насосами общесудового и
специального назначения (водоотливные, пожарные, грузовые, рефулерные и
др.). Примеры применения таких ПУ были на танкерах, пожарных судах, землесосах и т.п. судах. Как правило, это были центробежные насосы. Эффективность и эксплуатационные характеристики этих ПУ были низкие, поэтому развития они не нашли.
3.1.5. Подруливающие устройства с двигателем привода, размещенным в
гондоле в канале ПУ.
К указанной группе относятся ПУ с ВФШ (в т.ч. парными, разно вращающимися) или ВРШ в прямом канале круглого сечения с осью перпендикулярной
ДП судна и с приводом от низкооборотного (высокомоментного) двигателя,
расположенного в гондоле непосредственно в канале ПУ. Примеров применения в этой группе ПУ других рабочих органов помимо гребных винтов неизвестно. В качестве двигателя в этой группе ПУ применяются в основном элек-
32
тродвигатели (как переменного, так и постоянного тока) и реже гидромоторы. В
свою очередь электродвигатели, размещенные в гондоле и применяемые в ПУ и
ПК, делятся на несколько конструктивных типов: электродвигатели так называемого «мокрого типа» - водопогружные, имеющих принципиальное отличие по
способу охлаждения обмоток двигателя и подшипников, и электродвигатели
непогружного типа (обычные) с принудительным воздушным охлаждением.
Примером водопогружных электродвигателей («мокрого типа») являются: конструкции ПУ, АР и ПК фирмы «Pleuger» (60–70 г.г., в настоящее время вошла в
фирму «Flowserve»), в которых внутренний объем двигателя переменного тока
заполнен и охлаждается водой, и конструкции ПУ и ПК с двигателями переменного тока и постоянного тока, которые заполнены и охлаждаются маслом.
Общий вид такого ПУ приведен на рис. 12.
Рис. 12
ПУ с водопогружным электродвигателем в гондоле фирмы «Pleuger»
Примером электродвигателей непогружного типа в гондоле являются конструкции ПУ и АР фирмы ГДР в 60–70 г.г. и ПК фирмы ABB (получивших наиме-
нование «Азипод»), в которых двигатели охлаждаются принудительной циркуляцией воздуха. Общий вид такого ПК приведен на рис. 27 в разделе 3.2.6.
По сравнению с ПУ, у которых в гондоле размещен понижающий редуктор
(п. 3.1.2), ПУ, с размещенным в гондоле двигателем, имеют существенно большие размеры гондолы при одинаковом диаметре гребного винта и близких значениях мощности (точнее крутящего момента на гребном валу). Поэтому в ме-
33
сте размещения гондолы в канале ПУ, канал, как правило, делается расширенным, что показано на рис. 12. Диаметр и длина гондолы с непогружным электродвигателем и принудительным обдувом воздухом имеют размеры ещё
больше, чем гондолы с водопогружными электродвигателями с соответствующими по крутящему моменту (мощности) характеристиками, и поэтому крайне
редко применяются в ПУ. ПУ с водопогружными электродвигателями в гондоле нашли применение, в основном, в подводном судостроение. Из-за больших
размеров гондолы, рассматриваемые ПУ, имеют более низкие значения относительного гидродинамического качества ξ′ и большие значения величин массы и габаритов при одинаковых значениях тяги по сравнению с ПУ, рассмотренными в п.
3.1.2. Также к недостаткам ПУ этого типа относится асимметрия величины тяги на
разные борта и большая стоимость, которые существенно больше, чем у ПУ (в п.
3.1.2). К достоинству этого типа ПУ относится отсутствие редуктора.
Описание конструкций и технических характеристик различных конструктивных типов ПУ с приводом в гондоле в канале ПУ их приводов приведено в
Части II настоящего пособия.
3.1.6. Подруливающие устройства с низкооборотным кольцевым двигате-
лем, у которого внешнее кольцо неподвижно (статор) и жестко связано с кон-
струкцией канала или симметричной насадки ПУ, а внутреннее кольцо по-
движное (ротор) и размещено так, что его внутренняя поверхность заподлицо
с внутренней поверхностью канала или симметричной насадки ПУ. Кольцевой
двигатель, как правило, электрический, но возможно применение и гидравлического двигателя. Внутри ротора двигателя размещен гребной винт без ступицы,
лопасти которого верхней кромкой прикреплены к внутренней поверхности ротора. Лопасть в плане имеет форму типа «Каплан». Общий вид такого ПУ приведен на рис. 13.
34
Рис. 13
ПУ с кольцевым электродвигателем фирмы Voith
Этот тип ПУ размещен в прямом канале круглого сечения, ось которого
перпендикулярна ДП судна. Есть вариант выдвижного ПУ в симметричной
насадке, аналогичный варианту выдвижного ПУ, приведенного в п. 3.1.2.
К достоинствам этого типа относится: очень высокие значения относительного гидродинамического качества ξ′ (самые высокие значения из всех типов ПУ); самые маленькие значения массы и габаритов из всех типов ПУ, поэтому этот тип ПУ может быть размещен даже в форпике или ахтерпике, т.е.
максимально удален от миделя и заглублен, что увеличивает маневренные характеристики судна и повышает эффективность ПУ; низкие значения гидроакустических и вибрационных характеристик, минимальный воздушный шум; отсутствие механической передачи и валов. Судить о недостатках этого типа ПУ
пока нельзя из-за незначительного опыта эксплуатации. В наибольшей степени
в настоящее время работы по созданию этого типа ПУ проводились в Германии. Наибольших успехов, судя по имеющимся сообщением, добилась фирма
Voith, создатель КД. Также успешно разрабатываются ПУ этого типа немецкими фирмами Schottel и ZF, британская Rolls-Royce, норвежская Brunvoll и другие. Разработанные ПУ начали устанавливать на суда. Ведутся активные работы отечественными фирмами, а также в США, Китае и Японии. На сегодняшний день разработаны типоразмеры от диаметра 0.24 м с мощностью 5-10 кВт
до 2.3 м с мощностью 1500 кВт.
Создание эффективного по к.п.д. и надежности кольцевого электродвигателя (гидродвигателя) в широком диапазоне мощностей делают этот тип ПУ и в
35
целом кольцевые движители перспективным направлением развития движителей в судостроение. C целью увеличения эффективности ПУ с кольцевым электродвигателем фирма Voith разработала гибкие лопасти из композитных материалов, которые изгибаясь само устанавливаются по потоку в зависимости от
режима работы ПУ.
Описание конструкции и основных технических характеристик ПУ с низкооборотным кольцевым двигателем приведено в Части II настоящего пособия.
3.2. Типы и основные конструктивные особенности современных ДРУ
3.2.1. Конструкции движительно-рулевых устройств (ДРУ) можно клас-
сифицировать по следующим конструктивным признакам:
- по расположению двигателя (в корпусе судна или в не корпуса, напри-
мер, в гондоле ПК);
- по типу привода (электродвигатель, гидромотор, дизель), при этом двига-
тель привода высоко или среднеоборотный и понижающий редуктор, либо низкооборотный двигатель без редуктора;
- по расположению редуктора (в корпусе судна или в гондоле ПК), в слу-
чае его использования;
- по типу рабочего органа (гребной винт фиксированного или регулируе-
мого шага, парные гребные винты одного или противоположного направления
вращения, осевой или центробежный насос, крыльчатый движитель), открытый
или в насадке;
- отдельно нужно выделить конструкции с низкооборотным кольцевым
двигателем (электрическим, но возможно применение и гидравлического) с
размещенным внутри ротора двигателя гребным винтом без ступицы;
- по назначению: главный (ГДРУ) или вспомогательный (ВДРУ).
36
3.2.2. Поворотные колонки с двигателем привода, расположенным внутри
корпуса судна. Тип рабочего органа — гребной винт или гребной винт в направляющей насадке.
Поворотная колонка этого типа — устройство, представляющее собой баллер, с закрепленной с одной стороны, размещенной в воде в не корпуса судна,
обтекаемой гондолой со ступицей гребного винта. С другой стороны баллера,
размещенной в корпусе судна или на его транце, подводится крутящий момент
от средне или высокооборотного двигателя привода на прямую или через угловой редуктор (верхний, размещенный в корпусе судна). Крутящий момент через
вал, размещенный внутри баллера, и понижающий конический редуктор (нижний), размещенный в гондоле, передается на гребной вал с гребным винтом.
Баллер вращается вокруг собственной оси на ±180° или 360°. Направляющая
насадка, в случае её применения, крепится кронштейнами к баллеру и гондоле.
Два основных типа ПК (Z и L), отличающихся наличием или отсутствием
«верхнего» углового редуктора, приведены соответственно на рис. 14 и 15.
Приводом ПК типа L является, как правило, электродвигатель в вертикальном
исполнении, реже гидромотор в вертикальном исполнении. Основное применение нашли ПК типа Z с приводом от горизонтального двигателя любого типа.
Рис. 14 Рис. 15
ПК L–образного типа ПК Z–образного типа.
37
На рис. 14 и 15 приведен наиболее применимый тип ПК «днищевой», а на
рис. 16 показан «транцевый, Z-образный тип» тип ПК. Этот тип ПК применяется, как правило, в конструкциях поворотно-откидных колонок (ПОК) либо ПК
«контейнерного» типа, получивших за рубежом название «Navigator». ПОК
размещённые на транце судна нашли широкое применение в отечественном судостроении с 1966 года на буксирных катерах (самый массовый из них пр.
1396), овощевозах, технических плавсредствах, как ГДРУ. На рис. 16 приведен
общий вид в разрезе такой колонки. В основном принималась схема, состоящая
из двух ПОК с приводом от одного двигателя через раздаточный редуктор, получившая наименование система движительно-рулевая (СДР). При этом обе
ПОК поворачивались вокруг баллера независимо друг от друга. При ударе (задевании) насадкой об грунт колонка откидывалась, а затем после прохождения
препятствия возвращалась в рабочее положение, и закреплялась замком.
Рис.16
Отечественная поворотно-откидная колонка (ПОК)
На рис. 17 приведен общий вид колонки «контейнерного» типа фирмы
Schottel, получившее название «Navigator». По существу это автономный энергетический модуль с движительным комплексом и системой управления. В
контейнере размещён дизель, который через муфту соединен с входным валом
поворотно-откидной колонки транцевого типа прикреплённой к кормовой стенке контейнера. В контейнере также размещены обеспечивающая работу дизеля
38
и движителя аппаратура, масляные и топливный баки. Там же для обеспечения работы механизмов поворота и откидывания ПОК и системы управления размещена
гидравлическая станция, электрогенератор и аккумуляторная батарея. Привод гидронасоса и генератора осуществляется отдельными вспомогательными двигателями, либо они навешиваются на вал дизеля. Модуль крепится к палубе и может переставляться с одного плавсредства на другое. Крепление и съем модуля осуществляются просто. Достоинством этого типа движительно-энергетического модуля является мобильность, простота ремонта, возможность обеспечения эффективной
экологической безопасности. Недостаток более высокая цена.
Рис. 17
ПК «контейнерного типа» фирмы Schottel (Navigator) с поворотно-откидной колонкой
баллер, которой может изменять длину
В качестве рабочего органа ПК чаще применяются ВФШ, реже ВРШ. ПК
нашли широкое применение в качестве главных ДРУ на различных типах кораблей, судов и плавсредств. На кораблях и судах в основном используются ПК
типа «Z, днищевые», реже, как правило, на небольших катерах ПК типа «Z,
транцевые». На буровых платформах, различных плавсредствах технического и
добывающего флотов чаще применяются ПК типа «L, днищевые». На несамоходных плавсредствах (баржах, лихтерах и др.), а также на некоторых современных судах различного назначения нашли применение переставляемые ПК
«контейнерного» типа («навигатор»), а на судах, работающих на мелководье, в
39
замусоренных акваториях, на лесосплавах, различных плавсредствах и т.п.
применяются ПОК транцевого типа.
В качестве двигателя привода ПК типа «Z, транцевые» и «контейнерного»
типа применяются высоко или среднеоборотные дизеля, существенно реже газотурбинные двигатели. В ПК типа «L, днищевые» применяются высоко или
среднеоборотные электродвигатели. В качестве главных двигателей на судах и
кораблях с ПК типа «Z, днищевые» чаще используются высоко или среднеоборотные дизеля, реже электродвигатели, где в соответствии с назначением судна
эффективно применение электродвижения, например, ледоколы или суда ледового плавания. Существенно реже в качестве главных двигателей используются
газовые турбины.
Наиболее широкое применение в современном судостроении в качестве
вспомогательных ДРУ нашли конструкции выдвижных или откидывающихся
ПК (рис. 18 и 19).
Рис. 18а Рис. 18б
Выдвижное подруливающее устройство
40
Рис. 19а Рис. 19б
Рис. 19в
Поворотно-откидная колонка в качестве ВДРУ
Откидывающее транцевое подруливающее устройство, как правило, с
направляющей насадкой. ВПК и ОПК имеют самые большие значения относительного гидродинамического качества ξ′ из всех типов ВДРУ и ПУ на швартовном режиме. При этом они имеют наименьшие значения величин массы и
габаритов при одинаковых значениях тяги по сравнению с другими типами
ВДРУ, лучшие технико-экономические и эксплуатационные характеристики.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]