PL181883B1 - Zespól napedowy i sterowy do statków PL PL - Google Patents

Abstract

1. Zespól napedowy i sterowy do stat- ków zawierajacy zintegrowany uklad zlozo- ny ze sruby napedowej, oplywki i steru, w którym oplywka jest czescia ramienia steru osadzonego w statku oraz maksymalna srednica oplywki jest wieksza niz srednica piasty sruby napedowej, przy czym srednica piasty zwieksza sie w kierunku oplywki, a piasta lacznie z oplywka stanowia ciagly element oplywowy, przeciety tylko waska obrotowa szczelina, znamienny tym, ze ob- rotowa szczelina (15) pomiedzy piasta (6) sruby napedowej (1) a oplywka (2) jest stoz- kowa i rozszerza sie w kierunku oplywki (2), zas ta czesc oplywki (2), która znajduje sie przed ramieniem (3) steru (4), sklada sie z dwóch polaczonych rozlacznie czesci. PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest zespół napędowy i sterowy do statków·'.

Istotne znaczenie w rozwoju statków i ich wyposażenia mają oszczędności paliwa, zmniejszenie emisji oraz lepsza manewrowość.

W brytyjskim zgłoszeniu patentowym nr 762445 ujawniono różnorodne typy tradycyjnych gruszek Costy, których maksymalna średnica jest większa niż średnica piasty śruby, i które znajdują się na sterze za śrubą napędową. W przypadku struktur, o których tu mowa, woda płynie pomiędzy piastą a przednią krawędzią gruszki w taki sposób, że rośnie opór hydrodynamiczny gruszki. Opisane tu rozwiązania zaprojektowano zgodnie z zasadą całkowitej lub częściowej eliminacji kontrakcji strumienia zaśrubowego poprzez umieszczenie przedniej krawędzi gruszki w pobliżu tylnego końca łopat śruby.

181 883

W brytyjskiej publikacji patentowej nr 385607 ujawniono obiekty osadzone za śrubą napędową w taki sposób, że w przypadku śrub zastopowanych stanowią one przedłużenie piast śruby. Przed tymi przedłużeniami piasty śruby znajdują się otwory, w które wchodzi nakrętka z tyłu zastopowanej śruby.

Średnica tych przedłużeń piasty śruby nie jest większa niż średnica piasty i z tego względu nie zmniejszają one kontrakcji strumienia zaśrubowego. Głównym celem tego znanego rozwiązania jest uniknięcie strat energii spowodowanych kawitacją za piastą.

Jednakże przejście pomiędzy piastą a przedłużeniem jest zaprojektowane w taki sposób, że nie osiągnięto zamierzonego pożądanego efektu. Natomiast bardziej opływowe przejście pomiędzy piastą a przedłużeniem osiągnięto zwiększając średnicę piasty śruby. Z kolei wzrost średnicy piasty powoduje zmniejszenie sprawności śruby.

W norweskiej publikacji patentowej nr 154,262 ujawniono stosowanie gruszek za śrubą, których maksymalna średnica jest większa niż średnica piasty śruby. Gruszki te montuje się na ruchomej płetwie steru, a ich przednia krawędź biegnie ku albo przed tylny koniec piasty śruby, przy czym gruszki te kombinuje się również z płetwami reakcyjnymi. W przypadku gruszek, o których mowa w norweskiej publikacji patentowej, przepływ wody pomiędzy piastą a przednią krawędzią gruszki odbywa się w taki sposób, że rośnie opór gruszki.

Głównym celem wynalazku jest poprawa sprawności napędu i charakterystyk manewrowych w stosunku do statków z konwencjonalnymi urządzeniami z oddzielnym sterem i śrubą napędową.

Zespół napędowy i sterowy do statków zawierający zintegrowany układ złożony ze śruby napędowej, opływki i steru, w którym opływka jest częścią ramienia steru osadzonego w statku oraz maksymalna średnica opływki jest większa niż średnica piasty śruby napędowej, przy czym średnica piasty zwiększa się w kierunku opływki, a piasta łącznie z opływką stanowią ciągły element opływowy, przecięty tylko wąską obrotową szczeliną, według wynalazku charakteryzuje się tym, że obrotowa szczelina pomiędzy piastą śruby napędowej a opływkąjest stożkowa i rozszerza się w kierunku opływki, zaś ta cześć opływki, która znajduje się przed ramieniem steru, składa się z dwóch połączonych rozłącznie części.

Korzystnie obrotowa szczelina jest pokryta z jednej swojej strony materiałem odpornym na ścieranie.

Korzystnie dwie połączone rozłącznie części stanowią dwa pierścienie.

Korzystnie końcowa powierzchnia każdego z pierścieni jest przesunięta mimośrodowo.

Korzystnie dwie połączone rozłącznie części stanowią dwie półcylindryczne pokrywy, których krawędzie boczne są zaopatrzone w kołnierze do skręcenia pokryw ze sobą w płaszczyźnie pionowej przechodzącej przez oś układu napędowego, zaś tylny koniec pokryw jest zaopatrzony w kołnierz do skręcenia pokryw z odpowiednim kołnierzem znajdującym się z przodu tylnej części opływki, a przednia krawędź pokryw stanowi tylną część obrotowej szczeliny.

Korzystnie ster jest sterem częściowo zrównoważonym z igłowym łożyskiem ramienia wbudowanym w tylną część opływki

Korzystnie płetwa steru ma wycięcie zasadniczo pasujące do zewnętrznego konturu profilu opływki.

Korzystnie górna krawędź opływki jest wyposażona w kołnierz sprzęgający pasujący do odpowiedniego kołnierza sprzęgającego w dolnym końcu ramienia steru.

Korzystnie ramię steru oraz jarzmo steru mają taki sam profil zewnętrzny jak płetwa steru oraz ramię steru/jarzmo steru mają stały przekrój poprzeczny przez płytę poszycia statku i są przymocowane do płyty poszycia statku, do pokładu w komorze silnikowej układu sterowania oraz do pionowych wsporników.

Zatem, według wynalazku, stosuje się opływowy element o nazwie opływka, którego maksymalna średnica jest większa niż średnica piasty śruby. Piasta śruby i opływka są skonstruowane w taki sposób, że razem stanowią optymalny profil opływowy, tj. ciągły profil od przedniej krawędzi piasty śruby do tylnego końca opływki, przecięty tylko wąską szczeliną. Opływka jest osadzona na stałe w statku w taki sposób, że jest sztywno przymocowana do ramienia steru. Zatem pomiędzy piastą śruby (obrotową) a opływką (stacjonarną) istnieje tylko

181 883 niewielka szczelina. W przypadku śrub napędowych o zmiennym skoku, podstawy płetw stanowią części opływowego profilu.

W zalecanym przykładzie wykonania, jedna lub obie powierzchnie w szczelinie, w której obracają się zespoły, są pokryte odpornym na ścieranie materiałem łożyskowym, Tylny koniec opływki kończy się za osią trzonu sterowego i wchodzi w płetwę steru, w której znajduje się wycięcie odpowiadające konturowi opływki. W wycięciu tym jest niewielki luz tak, że płetwa steru może wahać się bez przeszkód, natomiast straty ciśnienia w szczelinie są minimalne przy małych wychyleniach steru. Cały układ złożony z łopat śruby napędowej, piast śruby, opływki, ramienia steru, ewentualnych klap i płetw jest zintegrowany i zoptymalizowany pod względem optymalnej sprawności napędu i charakterystyk manewrowych.

Zespół napędowy i sterowy według wynalazku jest skonstruowany w taki sposób, że opływka i śruba napędowa tworzą ciągły opływowy profil. Ma to na celu bardziej skuteczną eliminację kontrakcji strumienia zaśrubowego, a także odzyskanie większej ilości energii traconej w wyniku zawirowań i kawitacji za piastą śruby.

W miejscu przejścia rzeczywistej łopaty śruby napędowej w stopkę, tj. za wydrążoną na czwartej części łopatą śruby, za każdą łopatą powstają wiry. Dzięki opływowemu przejściu pomiędzy wirującą śrubą napędową a stalą opływką według wynalazku, wiry te obracają się wokół opływki, w związku z czym można odzyskać straty energii w miejscu przejęcia pomiędzy opływką a przednią krawędzią steru.

Żadna ze znanych dotychczas struktur nie jest skonstruowana w sposób umożliwiający odzyskanie tych strat, ani nie ma żadnych opisanych znanych prób wykorzystania tej straty energii.

Dzięki temu, że piasta śruby napędowej, wraz z opływką według wynalazku stanowi jednorodny opływowy profil można również zwiększyć sprawność napędu zwiększając obciążenie wzdłuż łopat śruby napędowej.

Zintegrowany układ według wynalazku otwiera nowe możliwości optymalizacji geometrii łopat śruby, opływki i steru jako zespołu umożliwiającego zwiększenie sprawności napędu.

W pewnych przypadkach można zastosować promieniowe płetwy osadzone na powierzchni opływki do odzyskiwania większej ilości energii ruchu obrotowego w strugach zaśrubowych.

Przeprowadzone na modelach testy wykazały, że w porównaniu ze znanymi konwencjonalnymi rozwiązaniami konstrukcyjnymi gruszek sterowych, nowy zintegrowany zespół według wynalazku zapewnia znacznie większy wskaźnik sprawności napędu, a zatem mniejszą niezbędną moc silnika. Uzyskano zatem pożądane efekty stosowania ciągłego opływowego profilu i kombinacji opływki ze sterem. Przeprowadzone na modelach testy wykazały, te w odróżnieniu do znanych już gruszek, zintegrowany zespół daje zysk na wzroście prędkości statku.

W niektórych typach statków, stale zmniejsza się stosunek długości do szerokości kadłuba. W rezultacie powstało wiele statków o słabej stabilności ruchu prostoliniowego i stabilności kursu. Wynalazek, z zamontowaną w strugach zaśrubowych nieruchomą opływką wraz z ramieniem steru, poprawia prostoliniowość ruchu statków i stabilność ich kursu. W szczególności w przypadku statków eksploatowanych na długich trasach, wynalazek zmniejsza niezbędne używanie steru do utrzymania kursu, a tym samym jeszcze bardziej zmniejsza zużycie paliwa.

Zintegrowany zespół według wynalazku eliminuje ponadto wiry i/lub zawirowania kawitacyjne za piastią a tym samym przyczynia się do znacznego zmniejszenia wzbudzanego przez śrubę napędową hałasu podwodnego.

Przedmiot wynalazku w przykładach wykonania jest pokazany na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia zespół napędowy i sterowy do statków według wynalazku w rzucie bocznym, fig. 2 - zespół napędowy i sterowy według wynalazku, w którym zastosowano ster niezrównoważony, w rzucie bocznym, fig. 3 - opływkę zespołu z fig. 1 w przekroju, fig. 4 - dwa pierścienie tworzące część opływki oraz fig. 5 - inny przykład wykonania zespołu napędowego

181 883 i sterowego według wynalazku, w rzucie perspektywicznym, fig. 6 - szczegół A z fig. 3 w powiększeniu, fig. 7 - szczegół B z fig. 3 w powiększeniu.

Na figurze 1 można zobaczyć główne elementy zespołu napędowego i sterowego, tj. śrubę napędową 1 o zmiennym skoku, opływkę 2, ramię 3 steru 4 z jarzmem steru 4 oraz częściowo zrównoważony ster 4. Śruba napędowa 1 i ster 4 zajmują położenia jak na statkach konwencjonalnych. Śrubę napędową 1 pokazano jako śrubę o zmiennym skoku, ale może to być również śruba o skoku stałym. Widoczny obrys zewnętrzny 5 piasty 6 śruby napędowej 1 może być albo odlany w postaci jednego kawałka z piastą 6, albo może być nakręcany lub osadzany skurczowo na pierścieniu przejściowym o odpowiednim konturze zewnętrznym przystosowanym do istniejącej piasty 6.

Opływka 2, której największa średnica znajduje się w przybliżeniu z przodu ramienia 3 steru 4, jest usytuowana na przedłużeniu piasty 6 śruby napędowej 1 i jest osadzona za pomocą kołnierza 7 (przykręcanego) na swoim miejscu na ramieniu 3 steru 4. Łożysko 8 ramienia 3 steru 4 jest wbudowane w tylny koniec opływki 2.

W sterze 4 znajduje się wycięcie 9, w które wchodzi tylny koniec opływki 2.

Na figurze 2 pokazano przykład wykonania wynalazku, gdzie zastosowano niezrównoważony ster 10. Tutaj ramię 11 steru 10 biegnie w dół ku dolnej krawędzi płetwy steru 10, a łożysko 12 steru znajduje się na samym dole. Ramię 11 steru 10 jest podzielone poziomym kołnierzem 13 znajdującym się nad opływką 14 (ze względu na demontaż), a dolna część ramienia 11 steru 10 jest integralna z opływką 14. W razie potrzeby płetwę steru 10 można wyposażyć w klapki.

Na figurze 3 pokazano przekrój przez opływkę 2 z fig. 1. Piasta 6 śruby napędowej 1 ma typowy obrys zewnętrzny, który zmodyfikowano i przystosowano do opływowego kształtu opływki 2 za pomocą nakręcanego pierścienia przejściowego 5, którego tylny koniec stanowi jedną stronę obrotowej szczeliny 15. Jak widać na szczegółowym przekroju poprzecznym, pokazanym na fig. 7, obrotowa szczelina 15 jest zaprojektowana jako element stożkowy o największej średnicy zwróconej ku tyłowi. Ma to na celu poprawę warunków przepływowych w szczelinie 15, a także zmniejszenie wpływu jakichkolwiek odchyleń osiowych pomiędzy śrubą napędową 1 a opływką 2.

Opływka 2 składa się z trzech części, nieruchomej części tylnej 16, zaprojektow^anej w taki sposób, że na górnej stronie ma kołnierz 17 do mocowania do ramienia 3 steru 4 za pomocą kołnierzowej złączki 7, oraz dwa odłączalne koncentryczne pierścienie 18, 19 otrzymane na miejscu za pomocą śruby czopowej 20. Przed przednim pierścieniem 19 znajduje się występ, na którym obraca się umieszczony na nim pierścień z materiału 21 odpornego na ścieranie. Pierścień ten, jak widać na szczegółowym przekroju z fig. 7, pasuje do obrotowej szczeliny 15.

Piasta 22 łożyska ramienia 3 steru 4 w dolnym łożysku 8 ramienia (fig. 1) jest zawieszona we wsporniku 23, który jest strukturalnie zintegrowany z opływką 2, tj. z jej nieruchomą częścią tylną 16.

Dla uproszczenia regulacji prześwitu obrotowej szczeliny 15, w opływce 2 mogą być dwa pierścienie 18, 19, skonstruowane w taki sposób, żeby ich powierzchnie końcowe były przemieszczone mimośrodowo, jak pokazano na fig. 4, gdzie mimośród oznaczono literą e.

W rzucie perspektywicznym zespołu według wynalazku, pokazanym na fig. 5, widać zmodyfikowaną konstrukcje opływki 2 w stosunku do pokazanej na fig. 1 i 3. Modyfikacja ta polega na wykonaniu części opływki 2, znajdującej się przed ramieniem 3 steru 4, z dwóch półcylindrycznych pokryw 25, 26 (pokazanych w stanie odsuniętym od siebie), których krawędzie boczne mają kołnierze, które można skręcać ze sobą w płaszczyźnie pionowej biegnącej przez oś układu napędowego, i których tylny koniec 27 (widoczny tylko w jednej pokrywie 26) jest zakończony kołnierzem tak, że można go skręcać z odpowiednim kołnierzem w przedniej krawędzi tylnej części opływki 2. Przednia krawędź pokryw 25, 26 jest skonstruowana tak, aby stanowiła tylną część obrotowej szczeliny 15 i tworzyła jedną z jej powierzchni ograniczających.

Na figurze 5 widać ponadto, że ramię 3 steru 4 i oraz jarzmo steru 4 mają ten sam zewnętrzny profil co płetwa steru 4, oraz że ramię steru/jarzmo steru 3 skonstruowano w taki

181 883 sposób, że ma stały przekrój poprzeczny przez płytę poszycia 28 statku i jest przymocowane (przyspawane) do niej, a także do pokładu 29 w komorze silnika zespołu sterowego oraz do pionowych wsporników 30.

Opływka 2 może być zaopatrzona w płetwy reakcyjne. Tego typu płetwy reakcyjne są znane, na przykład z opisu patentowego NO 15-4262.

Wynalazek zapewnia zintegrowany układ napędowosterowy statku. Stosuje się w nim opływkę 2 zawieszoną w ramieniu 3 steru 4, nie mającą możliwości wychylania się względem statku. Zewnętrzna postać opływki 2 jest taką, że łącznie ze specjalnie skonstruowaną piastą 6 śruby napędowej 1 tworzy zoptymalizowany opływowy element obrotowy. Wszystkie elementy zespołu współdziałają ze sobą hydrodynamicznie i są zoptymalizowane jako kombinowany zespół pod względem sprawności napędu i manewrowości.

Fig.2

181 883

Fig. 6

Fig. 7

181 883

Fig.4

181 883

Fig. 5

181 883

Fig.l

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims (9)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Zespół napędowy i sterowy do statków zawierający zintegrowany układ złożony ze śruby napędowej, opływki i steru, w którym opływka jest częścią ramienia steru osadzonego w statku oraz maksymalna średnica opływki jest większa niż średnica piasty śruby napędowej, przy czym średnica piasty zwiększa się w kierunku opływki, a piasta łącznie z opływką stanowią ciągły element opływowy, przecięty tylko wąską obrotową szczeliną, znamienny tym, że obrotowa szczelina (15) pomiędzy piastą (6) śruby napędowej (1) a opływką (2) jest stożkowa i rozszerza się w kierunku opływki (2), zaś ta część opływki (2), która znajduje się przed ramieniem (3) steru (4), składa się z dwóch połączonych rozłącznie części.
2. 2. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że obrotowa szczelina (15) jest pokryta z jednej swojej strony materiałem (21) odpornym na ścieranie.
3. 3. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że dwie połączone rozłącznie części stanowią dwa pierścienie (18,19)
4. 4. Zespół według zastrz. 3, znamienny tym, że końcowa powierzchnia każdego z pierścieni (18,19) jest przesunięta mimośrodowo.
5. 5. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że dwie połączone rozłącznie części stanowią dwie półcylindryczne pokrywy (25, 26), których krawędzie boczne są zaopatrzone w kołnierze do skręcenia pokryw (25, 26) ze sobą w płaszczyźnie pionowej przechodzącej przez oś układu napędowego, zaś tylny koniec (27) pokryw (25, 26) jest zaopatrzony w kołnierz do skręcenia pokryw (25, 26) z odpowiednim kołnierzem znajdującym się z przodu tylnej części opływki (2), a przednia krawędź pokryw (25, 26) stanowi tylną część obrotowej szczeliny (15).
6. 6. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, te ster (4) jest sterem częściowo zrównoważonym z igłowym łożyskiem (8) ramienia (3) wbudowanym w tylną część opływki (2).
7. 7. Zespół według zastrz. 1 albo 6, znamienny tym, że płetwa steru (4) ma wycięcie (9) zasadniczo pasujące do zewnętrznego konturu profilu opływki (2).
8. 8. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że górna krawędź opływki (2) jest wyposażona w kołnierz sprzęgający (17) pasujący do odpowiedniego kołnierza sprzęgającego w dolnym końcu ramienia (3) steru (4).
9. 9. Zespół według zastrz. 1 albo 6, znamienny tym, że ramię (3) steru (4) oraz jarzmo steru (4) mają taki sam profil zewnętrzny jak płetwa steru (4) oraz ramię steru/jarzmo steru (4) mają stały przekrój poprzeczny przez płytę (28) poszycia statku i są przymocowane do płyty (28) poszycia statku, do pokładu (29) w komorze silnikowej układu sterowania oraz do pionowych wsporników (30).