Забортовий електродвигуново-гвинтовий рушійний пристрій плаваючого засобу

Забортовий електрод вигуново-гвинтовий рушійний пристрій плавального засобу, що містить закриту жорстку капсулу з люком у и нижній частині, гвинт, електродвигун, електронагрівач, механічну передачу від електродвигуна до гвинта і ущільнені підшипники, який відрізняється тим, що електродвигун і електронагрівач розташовані у Винахід належить до строїв приведення до руху плавальних засобів, зокрема, глибоководних підводних човнів з необмеженою глибиною занурення, але його можна застосувати й у надводних плавальних засобах, від яких потребується підвищена здатність до маневрування Застосування пропонованого пристрою дає можливість виповнити плавальний засіб з кількома гвинтами, розташованими у воді зовні корпусу у найбільш доцільних місцях (як у його кормовій частині, так і по бортах), без будь-яких отворів у корпусі і дейдвуд них пристроїв для передачі руху валами від електродвигунів до гвинтів Тут потребуються у корпусі лише отвори малих діаметрів для проходу нерухомих проводів, що постачають електричною енергією електродвигун від джерела живлення, встановленого всередині корпусу плавального засобу У переважної більшості плавальних засобів гребні гвинти розташовано зовні, поблизу кормової частини у воді і механічно з'єднано з двигунами, розташованими всередині корпусу, досить довгими валами, пропущеними через дейдвудні труби з ущільненням, що не дозволяє забортовій воді потрапити всередину корпусу І якщо на надводних плавальних засобах такі ущільнення виповнити відносно просто через те, що тиск води у МІСЦІ виходу дейдвудної труби у воду мало відрізняється від величини тиску повітря всередині засобу, то у підводних човнах, що знаходяться у зануреному верхній частині капсули, заповненій рідиною діелектриком меншої ЩІЛЬНОСТІ, ніж вода, яка відділена від нижньої частини капсули, заповненої солоною водою, де розташовані вал гвинта з веденим шківом та підшипниками, горизонтальною перегородкою, яка має заглиблення, спрямоване всередину верхньої частини капсули, у якому розміщені ведучий шків з валом, механічно зв'язаним з валом електродвигуна, і ущільнені підшипники та люк, закритий в'ялою діафрагмою, як і люк у нижній частині капсули, а механічна передача між шківами є клинопасовою стані, ця різниця тисків, практично рівна тискові води на глибині, де знаходиться човен (а це може сягати більше, ніж5МПа (50кгс/см2)), і забезпечити ущільнення в цих умовах досить складно, особливо, в аварійних ситуаціях Доцільно позбавитись від подібних ущільнень складної конструкції, що можливо у випадках, коли гвинти приводяться до руху електродвигунами, і, якщо можливо, винести ці двигуни за межі корпусу плавального засобу, а також забезпечити надійний захист їхніх обмоток від агресивної дії води, тобто створити забортовий електродвигуново-гвинтовий рушійний устрій ВІДОМІ пристрої, що виконують аналогічні функції, тобто забезпечують можливість функціонування електродвигуна в умовах наявності агресивного для нього оточення при значному тискові цього оточення Такі пристрої використовують, наприклад, у нафтодобувній промисловості, де з глибин до 4 - 4,5тис метрів викачують на поверхню нафту зі значним вмістом води, і де охолоджуюча електродвигун рідина не перемішується з тією рідиною, що добувають Таким аналогом може бути /ш стрій, виповнений згідно з авторським свідоцтвом СРСР №468339 кл Н02К41/02, опублікованим 25 04 75р (бюлетень №15), де занурений у свердловину електродвигун охолоджується примусовою циркуляцією охолоджувальної рідини, яка не має безпосереднього контакту з перекачуваною рідиною 00 ю 57989 Найбільш близьким до пропонованого у цій заявці пристрою, по виконуваним функціям і за задумом, який може вважатись за прототип даного винаходу, є "Електричний двигуново-рушійний комплекс", виповнений за авторським свідоцтвом СРСР №1654126 кл В63Н1/16 з датою публікації 7 06 91 р (бюлетень №21), що містить гребний гвинт з насадкою, електродвигун, статор і конструктивно суміщені з гвинтом ротор, встановлений у кільцевих порожнинах насадки, і систему електричного живлення і керування електродвигуном, до якої входять трансформатор з напівпровідниковим перетворювачем, який відзначається тим, що трансформатор виповнено тороїдальним і встановленим всередині кільцевої порожнини носової частини насадки СПІВВІСНО зі статором електродвигуна, а елементи напівпровідникового перетворювача розміщено всередині порожнини у кормовій частині насадки і закріплені через діелектричну прокладку на її СТІНЦІ, зверненій до осі гвинта Уважний розгляд прототипу показав, що він не є працездатним в умовах значних глибин занурення плавального засобу, де ЗОВНІШНІЙ ТИСК на стінки кільцевої насадки може досягати 5 - 1 0 МПа (50100кгс/см2) і більше, що пояснюється, в першу чергу, тим, що товщина стінки насадки, розташованої у проміжку між статором і ротором, повинна бути дуже малою (всього 1-2мм), щоб запобігти екрануванню магнітного потоку та значним втратам у тій області стінки, де вона перетинається змінним магнітним потоком статора Наявність тонкої стінки в умовах значного тиску з одного її боку (того, де вона стикається з водою) та незначного тиску з боку, де стінка стикається з порожниною, що є всередині насадки, призведе до деформації стінки, навіть при малих глибинах занурення, до и коробления та до чіпляння за зовнішню поверхню ротора Це призведе до швидкого виходу всього пристрою зі строю Крім того, при реальних розмірах гвинта та бажаних швидкостях його обертання, енергетичні показники електродвигуна у такому устрої будуть низькими і неприйнятними, особливо, якщо живлення перетворювача частоти відбувається від батареї акумуляторів, як це є, звичайно, на підводних човнах Ще надзвичайно недоцільно розміщувати елементи напівпровідникового перетворювача за межами корпусу плавального засобу, бо він є найменш надійною ланкою у пропонованій прототипом системі, ремонт котрої в умовах плавання можливо виконати лише при розміщенні перетворювача всередині корпусу плавального засобу Зазначені недоліки суттєво зменшують можливість використання прототипу при глибинах занурення плавального засобу сумірних з глибинами занурення навіть існуючих (не глибоководних) човнів В основу даного винаходу поставлено задачу створити забортовий електродвигуново-гвинтовий рушійний пристрій плавального засобу, здатний утворювати рушійну силу на глибині занурення цього засобу до 3-5тис метрів, обмежуваній лише здатністю самого плавального засобу витримувати тиск оточуючої його води, шляхом того, що у забортовому рушійному пристрої, який складається з закритої капсули з люком у м нижній частині, гвинта, електродвигуна, електронагрівача, механічної передачі від електродвигуна до гвинта і ущільнених ПІДШИПНИКІВ, на відміну від відомих пристроїв, електродвигун і електронагрівач розташовано у верхній частині капсули, заповненій рідиноюдіелектриком меншої ЩІЛЬНОСТІ, ніж вода, і відділеній від нижньої частини вказаної капсули, заповненої солоною водою, де розташовано вал гвинта з веденим шківом та підшипниками, горизонтальною перегородкою, яка має заглиблення, спрямоване всередину вказаної верхньої частини, у котрому розміщено ведучий шків з валом електродвигуна і ущільнені підшипники, та люк, закритий в'ялою діафрагмою, як і вказаний люк у нижній частині капсули, а механічна передача між вказаними шківами є клиноремінною, забезпечити рівність величин тиску всередині обох частин капсули з тиском забортової води, незалежно від глибин занурення плавального засобу з розгляданим пристроєм, забезпечити добрі умови експлуатації електродвигуна, виключити проникнення води до обмоток електродвигуна і створити устрій, здатний приводити до руху як глибоководні ПІДВОДНІ човни, так і надводні високоманеврові плавальні засоби Пристрій, пропонований у цій заявці, пояснюється фіг, де його показано у поздовжньому розрізі Цей стрій має капсулу 1, перегороджену горизонтальною перегородкою 10 Простір над перегородкою 10, на котрій встановлено електродвигун 8, заповнено рідиною-діелектриком 7 Нижню частину капсули 1 заповнено солоною водою 12 У перегородці 10 є заглиблення 3, де розміщено ведучий шків 4, закріплений на валі 5, що проходить через ущільнений підшипник 6 до верхньої частини капсули 1 Вал 5 механічно з'єднано з валом електродвигуна 8 У верхній частині капсули 1 встановлено електронагрівач 16 У нижній частині капсули 1 встановлено вал 11 гвинта 2, до кінця котрого закріплено гвинт 2 У середній частині валу 11 закріплено ведений шків 14, механічно з'єднаний з ведучим шківом 4 клиноремінною передачею 15 Вихідний кінець вала 11 виходить за межі капсули 1 через ущільнений підшипник 17 У перегородці 10 та у СТІНЦІ нижньої частини капсули 1 зроблено люки 9, закриті в'ялими діафрагмами 13 Весь стрій оточує за бортова вода 18 На фіг не показано елементи кріплення пропонованого устрою до плавального засобу та проводи, що з'єднують електродвигун 8 з джерелом живлення, встановленим всередині корпусу плавального засобу При наявності напруги у джерела живлення, що є на плавальному засобі, ця напруга по проводах, не показаних на рисунку, надходить до обмоток електродвигуна 8 Вал цього двигуна разом з валом 5 приходить до обертання і, обертаючи ведучий шків 4 через клиноремінну передачу 15 приводить до обертання ведений шків 14, а з ним вал гвинта 11 і сам гвинт 2, котрий при взаємодії з водою 18 створює рушійну силу, що рухає плавальний засіб Основною перевагою пропонованого устрою є те, що його робота не залежить від того, на якій глибині занурення він працює Це зумовлене тим, що устрій обладнано в'ялими, непроник 57989 ними для води і рідкого діелектрика, діафрагмами 13, завдяки котрим величина тиску забортової води 18 на глибші занурення устрою через вказані діафрагми передається воді 12 і діелектричній рідині 7, що знаходяться у капсулі РІВНІСТЬ ТИСКІВ діелектричної рідини 7, солоної води 12 та забортової води 18 виключає можливість витоку води 12 та рідини 7 через ущільнення ПІДШИПНИКІВ 17 І 6 а також і можливість змішування рідини-діелектрика 7 з водою Завдяки цьому обмотки електродвигуна 8 завжди буде оточувати рідина-діелектрик 7, що виключить можливість погіршування якості ізоляції обмоток електродвигуна 8 з часом через їх зволожування (незалежно від глибин занурювання розгляданого строю) РІВНІСТЬ ТИСКІВ у обох частинах капсули і у ДОВКІЛЬНІЙ воді дозволяє не накладати жорстких вимог на ущільнення ПІДШИПНИКІВ 6 і 17 Досить того, щоб ці ущільнення не дозволяли витоку через них рідин при різниці тисків рідин, що знаходяться з різних сторін ущільнення, десь не більше 0,01-0,02МПа (0,1-0,2кгс/см2), та й то, лише у перехідному режимі (наприклад, при ЗМІНІ тиску при швидкому зануренні чи ПІДЙОМІ плавального засобу) Щоб різниця тисків у частинах капсули зовсім мало відрізнялася від тиску у навколишній воді, необхідно, щоб в'ялі діафрагми працювали без натягу і були вільними, як при знаходженні плавального засобу з пропонованими устроями на поверхні при найбільшій температурі довкільної води (десь біля +25°С) і при практичній відсутності тиску води, так і в умовах найменшої температури і найбільшого тиску Розрахунки показують, що при об'ємах частин капсули сумірних з десятьма кубічними метрами, зміна об'єму верхньої частини у вказаних вище умовах може досягати кількох сотень літрів Тобто, при діаметрі люків 0,7м в'ялі діафрагми повинні залишатись ненатягнутими при їх деформації сумірній з 0,5м, як догори, так і донизу, ВІДНОСНО ПЛОЩИНИ ЛЮКІВ Технічні результати винаходу, зумовлені його суттєвими ознаками, будуть такими можливість роботи електродвигуна при якій завгодно глибині занурення пристрою у воду завдяки знаходженню електродвигуна у рідинідіелектрику та завдяки неможливості проникнення у нього води, збільшення номінальної потужності електродвигуна при заданих його розмірах завдяки кра щим умовам охолодження при розміщенні двигуна у рідині, порівняно з двигуном такого ж розміру, що працює при повітряному охолодженні, мала вірогідність проникнення води до рідинидіелектрика та до електродвигуна завдяки розміщенню діелектрика, легшого за воду, у верхній частині капсули, завдяки наявності горизонтальної перегородки та завдяки рівності тиску у верхній і нижній частинах капсули, зумовленої наявністю у вказаній перегородці люка з в'ялою діафрагмою, малий рівень демаскуючого шуму механічної передачі від електродвигуна до гвинта завдяки застосуванню клиноремінної передачі, неможливість замерзання води у нижній частині капсули при плаванні у полярних широтах, де температура води буває нижче нуля за Цельсієм, завдяки наявності у цій частині капсули води більшої солоності, ніж у оточуючої морської води, зменшення втрати потужності двигуна від збільшення в'язкості рідини-діелектрика при плаванні у холодній воді, завдяки наявності у верхній частині капсули електронагрівача і можливості підтримання температури рідини-діелектрика на тому рівні, де в'язкість ЦІЄЇ рідини досить мала (це, звичайно, 25-35 градусів за Цельсієм) Загальний технічний результат винаходу полягає в тому, що тільки з таким устроєм стає можливим створення глибоководного човна, здатного плавати на глибинах у кілька кілометрів На основі двох устроїв, виповнених у згоді з цим винаходом, можна створити плавальний засіб (як підводний, так і такий, що плаває на поверхні води) з підвищеною маневровою здатністю, тобто такий, що при включенні електродвигунів на різні напрямки обертання гвинтів може виповнювати повороти на одному МІСЦІ Щодо можливості практичного виповнення пропонованого тут винаходу, то завдяки відсутності різниці тисків як між верхньою і нижньою частинами капсули, так і між цими частинами і оточуючою водою, особливих вимог як до конструювання і технології виготовлення, так і до матеріалів, застосованих при виготовленні, не передбачено Матеріал капсули та перегородки - сталь, матеріал в'ялих діафрагм - маслостійка гума чи прогумована тканина Ущільнення ПІДШИПНИКІВ - з гумовою чи волокнистою набивкою г-/ А г г - Л Л ч~гУ-> ^ ; i uiinrvrt-tf* ІЧт -'I) Фіг. Комп'ютерна верстка О Воробей Підписано до друку 05 08 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна