Судовые движители типа Azipod

0 5

В последние десятилетия в качестве судовых движителей все шире применяются винторулевые колонки (ВРК), которые представляют собой объединение движительного и рулевого комплекса в одном агрегате. Они используются в роли как главных, так и резервных движителей или подруливающих устройств, облегчающих маневрирование при швартовке и т. п.

Колонки устанавливаются как пропульсивные системы на круизных лайнерах, контейнеровозах, танкерах арктического типа, ледоколах, паромах, десантных кораблях, научно-исследовательских и рыболовных судах, а также судах технического флота, буксирах, плавкранах, вспомогательных плавсредствах и самоходных буровых установках.

Общей причиной широкого применения ВРК является ряд их преимуществ перед традиционными движительными комплексами. Они обеспечивают высокий пропульсивный КПД, низкую виброактивность, упрощение компоновки и монтажа механической установки за счет отказа от длинного валопровода, позволяют значительно сократить размеры ма-шинного отделения, в результате чего при одной и той же длине судна грузовое пространство возрастает на 2–8 %.

ВРК более функционально, чем в обычных движительных системах: улучшены маневренные качества судна, возможен реверс за счет разворота колонок без изменения направления вращения гребных валов, а в определенных случаях — движение судна лагом (рис. 1, 2). Имеются и сугубо специфические предпосылки к применению ВРК. Так, например, для крупных круизных судов это улучшение комфорта пассажиров благодаря устранению низкочастотной вибрации от главных двигателей, для судов ледового плавания — повышенная ледопроходимость, для паромов и буксиров — высокая маневренность, для вспомогательных плавсредств и самоходных буровых платформ — удобство при эпизодичности использования.

Судовые движители типа Azipod

Рис. 1. Положение ВРК при плавании судна носом вперед (поворот вправо)
Судовые движители типа Azipod
Рис. 2. Положение ВРК при плавании судна кормой вперед (поворот вправо)

В отличие от обычных рулей, ВРК обеспечивают хорошую управляемость на заднем ходу. Это особенно важно на судах двойного действия DAS (double action ship), под которыми понимаются суда ледового плавания (танкеры, балкеры), движущиеся в ледовых условиях задним ходом. При движении кормой вперед ВРК, работая как носовой движитель, снижает ледовое сопротивление и повышает ледопроходимость.

Кроме очевидного преимущества применения ВРК на транспортных судах, в процессе их эксплуатации определился и круг недостатков, к которым необходимо отнести следующие:

— повышенную конструктивную и технологическую сложность их изготовления и технического обслуживания;

— ограничение агрегатной мощности по сравнению с традиционными пропульсивными комплексами;

— тяжелые условия работы гребных электродвигателей и угловых редукторов и т. д.

Существуют колонки с механическим приводом и угловой зубчатой передачей (рис. 3) и колонки с прямым приводом винтов от электродвигателя (или гидромотора), размещенного непосредственно в гондоле движителя.

Судовые движители типа Azipod

Рис. 3. ВРК с механическим приводом и винтом в насадке фирмы Schottel GmbH (Schottel GmbH)

Крупнейшими производителями ВРК Aquamaster (по названию первой фирмы-производителя) с механическим приводом и угловой зубчатой передачей, так называемых Z-peller, Z-drive и L-drive, являются фирмы Steerprop Ltd, Schottel GmbH, Rolls-Royce, Wärtsilä, Niigata. Максимальная мощность ГВРК такого типа составляет 24 МВт. Компании выпускают ВРК с одиночными и соосными винтами противоположного вращения и гребными винтами в направляющих насадках. Существуют ВРК как с ВФШ, так и с ВРШ. Винторулевая колонка может быть связана с любым первичным двигателем: дизелем, газовой турбиной или электродвигателем.

В России движители данного типа не производились, и на судах (в основном на ледоколах) устанавливались только импортные. В рамках федеральных целевых программ развития морской техники и импортозамещения НПО «Винт» изготовлены и испытаны опытные образцы ВРК мощностью 750 кВт и 3 500 кВт, на ОАО ЦС «Звездочка» начато изготовление опытных образцов колонок мощностью 2 500 кВт и 9 000 кВт. Их серийное строительство, начиная с 2018 г., предполагается производить на ЦС «Звездочка» (Архангельск) и ОАО «Пролетарский завод» (Санкт-Петербург).

ВРК предназначены для работы в составе пропульсивных комплексов с дизель-электрической силовой установкой. Схема передачи мощности от вала главного электродвигателя на гребной винт ВРК — Z-образная.

Российское предприятие «Технология Маркет» (город Томск) разработало по заказу Министерства обороны России по оригинальной технологии винторулевую колонку для буксира ледового класса. Как сообщают разработчики, они включают в нее новую собственную технологию — эксцентрико-циклоидальное зубчатое зацепление. Томский проект не зависит от поставок деталей из-за рубежа, конструкция позволяет изготавливать все комплектующие в России. Под томскую разработку в Ярославле достраивается судно, первый прототип выйдет на испытания в конце 2018 г. (комплект из двух колонок мощностью по 2 500 кВт будет поставлен для морского буксира проекта 23470, ледовый класс Arc4). В случае успешных испытаний, сибирское предприятие планирует представить целый ряд винторулевых колонок собственной разработки.

Обычно мощность размещенного в корпусе судна двигателя передается от ведущего вала с помощью одноступенчатого редуктора, сформированного из пары зубчатых колес, на промежуточный вертикальный вал. На нижнем конце этого вала смонтирован понижающий конический редуктор с передаточным отношением, находящимся в пределах 1:3,3–1:6,1. Редуктор соединяет промежуточный вал с гребным валом. Вертикальный и гребной валы находятся внутри корпуса стойки и гондолы, заполненной смазочным маслом. Гондола служит также охладителем масла. ВДРК такого типа называются Z-drive.

Судовые движители типа Azipod

РАЗМЕРНЫЙ РЯД ВРК НПО «ВИНТ»

Электроприводные ВРК с электродвигателями, размещенными в гондоле и непосредственно вращающими гребной винт, выпускают в основном фирмы АВВ Group (ВРК типа Azipod — Azimuthing electric podded drive — электрическая поворотная винторулевая колонка гондольного типа), Rolls-Royce (тип Mermaid) и в малых количествах немецкие компании Schottel GmbH и Siemens Marine Solutions (тип Siemens-Schottel Propulsor).

Мощность серийных ВРК с электродвигателем в гондоле находится в диапазоне 0,4–35 МВт. Они выпускаются в одновинтовой и двухвинтовой компоновке (рис. 4). Фирмы предлагают поставку по специальному заказу ВРК еще большей мощности. Колонки с электроприводом одного или двух гребных винтов, способные разворачиваться на 360°, обеспечивают движение судов на всех ходовых режимах и в любом направлении, в том числе с разворотом на месте вокруг своей оси.

Судовые движители типа Azipod

Рис. 4. Двухвинтовая ВРК с электродвигателем в гондоле типа Siemens-Schottel Propulsor. Фото: Siemens

Azipod (от англ. azimuth — азимут, курсовой угол и pod — капсула, гондола двигателя) — бренд фирмы ABB Group, под которым выпускаются винторулевые колонки. Изначально разработан в Финляндии на судоверфи Wärtsilä. Разработка этого типа движителя началась в 1987 г., первая установка Azipod мощностью 1,5 МВт была произведена на буксире Seilin в 1990 г. (рис. 5).

Судовые движители типа Azipod

Рис. 5. Первый Azipod, установленный на буксире Seilin (морской музей г. Турку). Фото: ABB Oy Marine

В 1993 г. Azipod VI мощностью 11,4 МВт был установлен взамен традиционной пропульсивной установки на финском танкере ледового класса Uikku 1978 г. постройки и показал свою высокую эффективность. В 1997 г. этот танкер стал первым иностранным торговым судном прошедшим Северным морским путем от Мурманска до бухты Провидения.

В 1995 г. финская судоверфь Kvaerner-Masa Yards поставила австрийскому заказчику речной ледокол Röthelstein (рис. 6) с двумя «Азиподами» VI0760A мощностью по 560 кВт. Это революционное судно было не только первым ледоколом с такими движителями, но и с применением новой концепции ломки льда при движении кормой вперед при работе винтов «Азиподов» в тянущем режиме. В таком режиме потребляемая мощность составляла всего 60 % от мощности, затрачиваемой при движении судна носом вперед. Испытания ледокола в Ботническом заливе показали, что он способен преодолевать лед толщиной до 0,7 м и форсировать торосы высотой до 3,6 м.

Судовые движители типа Azipod

Судовые движители типа Azipod
Рис. 6. Речной ледокол Röthelstein. Фото: ABB Oy Marine

Таким образом, движитель Azipod дает возможность создания судна с высокими ледокольными характеристиками при сохранении хорошей управляемости при движении кормой во льдах. При этом нос ледокола может быть спроектирован для обеспечения оптимальной работоспособности судна на открытой воде, а сам ледокол может совмещать оптимальные характеристики для операций во льдах и на открытой воде. Данная концепция, запатентованная компанией Aker Arctic Technology Inc., воплощена в так называемых «судах двойного действия» (Double Acting Ships — DAS). Движение судна вперед кормой с гребными винтами впереди особенно эффективно при проходе через сплошные ледяные торосы. Винты дробят подводную часть тороса на куски и разгоняют их, вытесняя струей от гребного винта (рис. 7).

Судовые движители типа Azipod

Судовые движители типа Azipod
Рис. 7. Построенный в Финляндии российский контейнеровоз «Норильский никель», движущийся во льдах кормой вперед, во время ходовых испытаний (a) и его движитель Azipod VI (b). Фото: ABB Oy Marine

Примером использования концепции DAS являются газовозы LNG ледового плавания нового класса Yamalmax, первый из которых «Кристоф де Маржери» (Christophe de Margerie) (рис. 8) построен в Южной Корее для российской судоходной компании «Совкомфлот» в конце 2016 г. Газовозы (всего намечено построить 15 таких судов) предназначены для перевозки сжиженного природного газа изарктического порта Сабетта на полуострове Ямал в Западную Европу и Восточную Азию по Северному морскому пути.

Судовые движители типа Azipod

Рис. 8. Газовоз «Кристоф де Маржери» движется во льдах кормой вперед. Фото: dmitry-v-ch-livejournal.com

Судно вместимостью 172 600 м² и эксплуатационной скоростью 19,5 узла имеет ледовый класс Arc7. Оно оснащено тремя ВРК типа Azipod VI суммарной мощностью 39,6 МВт (53 841 л. с.). Ледовые испытания в Карском море и море Лаптевых показали, что «Кристоф де Маржери» способен двигаться кормой вперед во льду толщиной 1,5 м со скоростью 7,2 узла и носом вперед со скоростью 2,5 узла. Максимальная толщина льда, который способен преодолеть газовоз, составляет 2,1 м. Радиус разворота судна во льду толщиной 1,7 м составил 1 760 м при запланированных 3 000 м.

«Кристоф де Маржери» может круглогодично следовать по Севморпути в западном от Сабетты направлении и на протяжении шести месяцев (с июля по декабрь) — в восточном. Ранее период летней навигации в акватории Севморпути ограничивался четырьмя месяцами и только при наличии ледокольного сопровождения. В августе 2017 г. судно прошло по Северному морскому пути, преодолев 2 193 мили от мыса Желания на архипелаге Новая Земля до мыса Дежнева на Чукотке, крайней восточной материковой точки России, за 6 суток 12 часов и 15 минут. Средняя скорость движения во время перехода превышала 14 узлов — несмотря на то, что на отдельных участках газовоз был вынужден идти сквозь ледовые поля толщиной до 1,2 м.

Осенью 1995 г., учитывая опыт успешной эксплуатации «Азиподов», компания Carnival Cruise Lines приняла решение установить на своих круизных судах Elation и Paradise по два движителя Azipod VO2100 мощностью по 14 МВт взамен классической дизель-электрической пропульсивной установки. Подобная модернизация позволила отказаться от трех кормовых подруливающих устройств, а за счет демонтажа гребных электродвигателей и гребных валов была получена дополнительная площадь в 1 200 м², что позволило разместить там дополнительные цистерны пресной воды, инсинератор и установку по обработке сточнофекальных вод. Проведенные в декабре 1997 г. в Финском заливе ходовые испытания показали, что пропульсивный КПД возрос на 8 %, и улучшились маневренные характеристики, так, диаметр циркуляции уменьшился на 30 %.

Благодаря вышеперечисленным достоинствам, «Азиподы» стали предпочтительным типом движителя для ледоколов и других судов, предназначенных для плавания во льдах, а также круизных судов.

Azipod представляет собой размещенный в гондоле главный электрический движительный модуль переменного тока с винтом фиксированного шага, а также рулевой модуль, обеспечивающий поворот ВРК вокруг вертикальной оси без ограничений на 360°. В состав системы входят также силовой частотный преобразователь серии ACS для каждого движителя, системы дистанционного управления, смазки, охлаждения и другое оборудование.

ТИПОВОЕ ОБОЗНАЧЕНИЕ МОДУЛЕЙ AZIPOD

1. V — классический Azipod Х — Azipod следующего поколения C — компактный Azipod I — для использования в ледовых условиях O — для использования на открытой воде C — с винтами противоположного вращения Z — с винтом Каплана в кольцевой насадке

2. Диаметр винта (мм)

3. S, M, L — длина гребного синхронного электродвигателя A — асинхронный гребной электродвигатель

Например: Azipod VI 1600 A

Рассмотрим конструкцию «Азиподов» на примере ВРК мощностью0,5–16 МВт серии Azipod VI, специально спроектированных для судов ледового класса (рис. 9).

Судовые движители типа Azipod

Рис. 9. Типовая схема судовой силовой установки с четырьмя главными генераторами и двумя ВРК Azipod VI

В комплект поставки каждого движителя входят два модуля и 11 вспомогательных устройств (рис. 10):

— движительный модуль,

— рулевой модуль,

— гидравлический силовой блок (HPU),

— блок воздушного охлаждения (CAU),

— блок контактных колец (SPU),

— два блока подготовки масла (OTU),

— напорный масляный бак (GTU),

— блок управления подачей воздуха (ACU),

— интерфейсный блок (AIU),

— блок локального резервирования (LBU),

— два переходных воздуховода (входной и выходной) (AD-in), (AD-out).

В дополнение к вышеперечисленным в объем поставки АВВ входят обычно и следующие компоненты:

— один гребной силовой частотный преобразователь для каждого «Азипода»,

— система дистанционного управления,

— генераторы, трансформаторы и распределительные щиты сети питания.

Судовые движители типа Azipod

Рис. 10. Пример расположения модулей и вспомогательных устройств ВРК Azipod VI

Движительный модуль и сопряженный рулевой модуль изготовлены из сборных стальных конструкций. Рулевой модуль приваривается к корпусу судна в качестве конструктивного элемента, движительный модуль крепится на болтах к поворотной части рулевого модуля, которая опирается на роликовый подшипник. Гребной винт фиксированного шага проектируется АВВ по специальному заказу применительно к конструктивным особенностям судна и может быть цельнолитым или сборным.

В гондоле движительного модуля располагается главный гребной трехфазный асинхронный или синхронный электродвигатель, напрямую соединенный с гребным винтом, его частотой вращения и крутящим моментом управляет преобразователь частоты и крутящего момента. Гребной электродвигатель, используемый на Azipod серии VI, способен передавать 100 %-ю мощность на гребной винт при работе по швартовной характеристике. Вал электродвигателя вращается в роликовых подшипниках (радиальном со стороны винта и двух радиально-упорных для переднего и заднего хода с противоположной стороны). Смазка подшипников принудительная с двумя парами электроприводных масляных насосов и двумя блоками маслоподготовки, предназначенными для фильтрации и охлаждения циркуляционного масла, а также контроля содержания в нем воды и т. д.

Подсистема уплотнений валопровода Azipod состоит из уплотнений для валопровода гребного винта, упорного подшипника и подшипника гребного винта. Резервуары масла для уплотнений, напорный бак (GTU) и блок управления подачей воздуха (ACU) также входят в состав подсистемы уплотнения валопровода (рис. 11).

Судовые движители типа Azipod

Рис. 11. Общий вид валопровода, систем смазки и уплотнения гребного вала ВРК Azipod VI

Для «Азиподов» типа «V» разработана новая система уплотнений валопровода со стороны забортной воды. Она состоит из пяти манжет, формирующих четыре камеры. Первая камера заполнена консистентной смазкой, во вторую камеру подается сжатый воздух для предотвращения проникновения забортной воды или масла из прилежащих камер. Протечки жидкостей во вторую камеру дренируются автоматически через определенный интервал. Третья и четвертая камеры заполнены маслом и соединены с напорными пневмоцистернами. ACU автоматически поддерживает давление во второй, третьей и четвертой камерах в зависимости от осадки судна (рис. 12).

Судовые движители типа Azipod

Рис. 12. Уплотнения гребного вала ВРК Azipod VI

Для стопорения гребного вала во время технического обслуживания предусмотрен гидравлический дисковый тормоз. Для ВРК большой мощности возможна замена уплотнений гребного вала без постановки судна в док.

Для охлаждения гребного электродвигателя служит блок воздушного охлаждения (CAU) с двумя центробежными вентиляторами, теплообменниками и воздушными фильтрами (рис. 13).

Судовые движители типа Azipod

Рис. 13. Система воздушного охлаждения гребного электродвигателя ВРК Azipod VI

В движительном модуле Azipod есть своя дренажная подсистема для удаления смазочного масла и для осушения возможных протечек масла или воды из движительного модуля (рис. 14). Два осушительных насоса размещены в самой нижней точке движительного модуля. Один из насосов предназначен для осушения сливного бака, расположенного на дне гондолы. Второй насос предназначен для осушения непосредственно движительного модуля. Насосы через невозвратные клапаны подключены к линии осушения, которая проложена через поворотный узел жидкости в отделение Azipod и далее выведена в судовую осушительную систему. Питание на насосы подается от судового аварийного распределительного щита. Данные от датчиков уровня в гондоле через AIU передаются в судовую автоматизированную систему управления (MAS).

Судовые движители типа Azipod

Рис. 14. Система осушения гондолы ВРК Azipod VI

Система рулевого управления, примененная в Azipod VI, была разработана на базе традиционного гидравлического рулевого механизма. Однако в ее конструкции необходимо отметить следующие характерные особенности:

— возможность неограниченного разворота на 360 градусов,

— приведение в действие рулевого устройства через вал-шестерни поворотных гидромоторов, находящиеся в зацеплении с зубчатым колесом движительного модуля.

Гидравлический силовой блок (HPU) нагнетает гидравлическую жидкость к рулевому устройству одним или двумя насосами. Насосы приводят в действие гидромоторы поворота (2–6 шт.) через напорные трубопроводы в замкнутом гидравлическом контуре. Гидромоторы передают вращение на зубчатое колесо движительного модуля через вал-шестерни.

На каждом рулевом электрогидронасосе на одном валу устанавливается главный насос (для рулевого механизма) и бустерный насос (так называемый подпиточный) для обеспечения объемного заполнения напорных трубопроводов.

Расчетные скорости поворота для системы Azipod VI:

— с одним насосом — 2,5 градуса в секунду при плавании в открытом море и ледовых операциях;

— с двумя насосами — 5,0 градусов в секунду при маневрировании.

Управление вспомогательными функциями поставленной системы Azipod осуществляется судовой автоматизированной системой (MAS). Поставщик системы MAS и судоверфь вместе с АВВ согласовывают соответствующую спецификацию входных и выходных данных, а также вывод необходимой визуальной информации на экран дисплея оператора системой MAS.

Система MAS управляет следующими функциями:

1. Управление вспомогательными механизмами движительной установки.

2. Упрвление подсистемой воздушного охлаждения.

3. Групповой контроль и сигнализация, приходящая от независимых подсистем ABB, подробное описание и размеры которых уточняются на этапе разработки проекта.

Для сопряжения Azipod с судовой системой автоматизации применяется протокол передачи данных Modbus RTU, где ABB работает в режиме ведущей станции.

В объем поставки Azipod включена система ручного дистанционного управления ABB «IMI» (Интеллектуальный интерфейс маневрирования) и системы указаний оператору. Система дистанционного управления обеспечивает оперативную информацию для оператора и обратную связь для оптимального использования системы Azipod и разработана компанией ABB Marine самостоятельно. Имеется также дублирующая подсистема.

Компанией ABB Marine разработан ряд ВРК мощностью от 0,4 до более чем 25 МВт, применяемых в качестве как главных движителей, так и подруливающих устройств. Их производство ведется на предприятиях компании в Финляндии (Хельсинки) и КНР (Шанхай). К настоящему времени на судах установлены «Азиподы» общей мощностью более 5 000 000 кВт, которые отработали около 12 млн часов при надежности 99,8 %, при этом сбережено 700 000 тонн топлива.

АВВ постоянно ведет работы по повышению эффективности «Азиподов». В 2009 г. в эксплуатацию вступили ДРК ряда XO для диапазона мощностей 4,5–25 МВт. Их эффективность была увеличена на 9 % по сравнению с предыдущими моделями за счет установки в нижней части гондолы плавника, частично спрямляющего поток от винта, а также придания движительному модулю более оптимальных гидродинамических форм, включая уменьшение диаметра гондолы. Начиная с 2011 г., за счет внедрения ассиметричного плавника, крестообразного оперения на заднем конусе гондолы, а также ADO (Azipod Dynamic Optimizer — система оптимизации динамического угла между «Азиподами») удалось увеличить эффективность движителя еще на 4 % (рис. 15).

Судовые движители типа Azipod

Рис. 15. Azipod XO с ассиметричным плавником и крестооборазным оперением

Принцип действия ADO состоит в том, что расход топлива зависит от угла между «Азиподами» (так называемый toe angle, или «рулевой» угол — рис. 16). Оптимальный статический угол рассчитывается в ходе проектирования судна, но он может меняться в зависимости от дифферента, осадки, скорости судна и погодных условий (динамический угол). Первый ADO был установлен в 2010 г. на пассажирском судне Noordam и позволил снизить расход топлива на 1,5 %.

Судовые движители типа Azipod

Рис. 16. Toe angle

Очередным вариантом этого ряда движителей является Azipod XL мощностью до 17,5 МВт, где путем установки за гребным винтом с насадкой спрямляющих поток лопаток удалось повысить КПД еще на 10 %. На ВРК ряда «Х» электрогидравлический рулевой привод заменен на электромеханический, что позволило уменьшить его габариты, шумность и количество масла в движителе. Вместо упорного подшипника качения используется упорный подшипник скольжения.

Azipod XC предназначен для работы в системе CRP (contra-rotating propulsion) — соосных винтов противоположного вращения высокоскоростных судов с большой мощностью пропульсивной установки, таких как контейнеровозы ULCS, газовозы LNG, паромы RoPax.

Известно, что потери на закручивание струи за гребным винтом являются одним из основных видов потерь энергии и с увеличением нагрузки на движитель значительно возрастают. Идея соосных винтов противоположного вращения и заключается в том, чтобы частично использовать эту бесполезно затрачиваемую энергию и преобразовать ее в дополнительный упор: задний винт соосного комплекса, вращающийся в противоположном направлении, раскручивает струю, отбрасываемую передним винтом. При этом благодаря более благоприятным условиям работы заднего винта его упор и КПД становятся больше, чем переднего гребного винта.

Благодаря практически полной ликвидации потерь энергии на закручивание струи, снижению концевых потерь (связанных с перетеканием жидкости с нагнетающей на засасывающую поверхность лопасти), а также некоторому уменьшению потерь на трение (за счет работы заднего винта в потоке за передним винтом) КПД соосного комплекса оказывается на 10–20 % выше, чем эквивалентного одиночного гребного винта. Увеличение площади поверхности лопастей соосного комплекса и их общего числа не только снижает удельную нагрузку на лопасть, но и уменьшает вибрационные усилия, передаваемые движителем на корпус. Важным достоинством соосных винтов противоположного вращения является также и возможность устранения неизбежного при работе одиночного гребного винта реактивного момента, отклоняющего судно с курса, а на самых малых судах вызывающего крен в сторону, противоположную направлению вращения.

Пропульсивная система CRP Azipod состоит из двух соосных винтов противоположного вращения, расположенных на одной оси, но не имеющих механической связи. Тянущий винт ДРК Azipod XC вращается в направлении, противоположном главному толкающему винту с приводом от главного двигателя (рис. 17). При этом обычно соотношение мощностей составляет 30 и 70 % соответственно. Рост эффективности соосного комп-лекса по сравнению с одновинтовым достигает 20 %, и отпадает необходимость в обычном руле.

Судовые движители типа Azipod

Рис. 17. Пропульсивная система CRP Azipod

К комплексу предъявляются следующие требования:

— угол поворота «Азипода» ограничивается 100 градусами;

— во избежание резонанса лопастей винтов число их лопастей должно быть разным;

— для достижения наибольшей эффективности винтов частота вращения винта «Азипода» должна быть выше, чем главного винта;

— диаметр винта «Азипода» должен быть меньше, чем главного, во избежание кавитации последнего.

-Система управления для соосного комплекса позволяет как синхронно, так и раздельно управлять обоими движителями и удовлетворяет требованиям ИМО к рулевым устройствам.

На двух скоростных паромах японской компании Shin Nihonkai Ferry Co. с 2004 г. используются CRP Azipod типа XC 2100 мощностью 1 х 17,6 МВт, работающие соосно с обычным винтом, передающим мощность 25 Мвт.

Судовые движители типа Azipod

Рис. 18. Azipod CO. Фото: ABB Oy Marine
Судовые движители типа Azipod
Рис. 19. Azipod CZ. Фото: ABB Oy Marine

В начале 2000-х гг. АВВ представила новый ряд ВРК типа C для диапазона мощности 1,3–4,7 МВт — CO с обычным винтом и CZ с винтом в кольцевой насадке (рис. 18, 19). Azipod CZ — это уникальная движительная система для буровых судов, буровых платформ, паромов и других плавсредств с единичной мощностью 2,7–4,7 МВт, которая требует на 15 % меньше мощности, чем аналогичная механическая система. Это достигнуто за счет применения синхронного (для Azipod CZ1250 имеется и версия с асинхронным электродвигателем) гребного электродвигателя на постоянных магнитах (КПД около 98 %), что позволило отказаться от системыего охлаждения — двигатель охлаждается окружающей забортной водой, уменьшить наружный диаметр гондолы, что улучшило ее гидродинамические характеристики. В системе смазки отсутствуют насосы и фильтры, ее объем не превышает 100 литров. Вместо электрогидравлического рулевого привода использован электрический. Azipod CZ 1400 L выпускается также и в выдвижном варианте (рис. 20). Подъемное устройство, работающее по принципу «зубчатая рейка-шестерня», разработано компанией GustoMSC и позволяет поднять ВРК выше уровня судовой ватерлинии. Одним из достоинств подобного варианта является возможность технического обслуживания колонки без докования. Для исключения проникновения забортной воды в гондолу в ней поддерживается избыточное давление. Наружные уплотнения гребного вала смазываются забортной водой.

Судовые движители типа Azipod

Рис. 20. Выдвижные ВРК Azipod CZ 1400 L

Для увеличения эффективности движителя и исключения влияния корпуса судна гондола вместе с насадкой Корта наклонена на 7 % вниз от горизонтальной оси (рис. 21). Это позволило увеличить упор винта на 20–30 % по сравнению с движителем без наклона.

Судовые движители типа Azipod

Рис. 21. Наклон ВРК Azipod CZ

В марте 2015 г. ABB представил новый ряд ВРК — Azipod D для диапазона мощностей 1,5–7,0 МВт, отличающихся повышенной эффективностью и экономичностью. Их коэффициент полезного действия вырос на 22 % по сравнению с предыдущими моделями. Azipod DZ с винтом в кольцевой насадке обеспечивает повышенный упор (рис. 22).

Судовые движители типа Azipod

Рис. 22. Azipod DO (справа), Azipod DZ (слева)

Аналогичных Azipod ВРК отечественной конструкции в России ранее не производили. В настоящее время вопрос стал особенно остро. Решением этой проблемы занялись Крыловский государственный научный центр и НПО «Винт».

На выставке «Нева-2017» Крыловский государственный научный центр представил проект винторулевой колонки с электродвигателем в гондоле. Изделие создают по программе импортозамещения для судов ледового класса Arc5. Устройство разработали на замену зарубежным аналогам производства компаний ABB, Siemens и Steerprop. Мощность создаваемой ВРК составляет 6,5 МВт, что позволяет применять ее на кораблях и судах водоизмещением от 4 000 до 7 000 тонн. Гидродинамические испытания выявили оптимальные обводы движительного модуля, который по своим массогабаритным характеристикам превосходит западные аналоги.

Крыловский центр проектирует ВРК в рамках опытно-конструкторской работы «Разработка и постановка на производство движительно-рулевой колонки с двигателем в гондоле» (шифр «ЭДРК»). К концу 2018 г. по условиям контракта исполнитель должен изготовить опытный образец винторулевой колонки, стенд для ее испытаний и представить план кооперации предприятий для серийного производства движителей.

Кроме того, Крыловским центром разрабатывается (вероятно, построен опытный образец) движительно-рулевая колонка с гребным электродвигателем в гондоле мощностью 8,5 МВт (рис. 23).

Судовые движители типа Azipod

Рис. 23. ДРК 8500 Крыловского центра (Крыловский государственный научный центр)

ИСТОЧНИКИ

1. www.abb.com.

2.www.new.abb.com/ marine-ports.

3.www.skyscrapercity.com/ showthread.php?t=1264551.

4. www.krylov-center.ru/rus.

5.http://www.rolls-royce. com/~/media/Files/R/Rolls-Royce/ documents/customers/marine/ podded-propulsors.pdf.

6.https://www.star.ru/.

7. www.schottel.de.

8.www.sdelanounas.ru.

9.http://vintnpo.ru/.

10. www.Коrаbеl.ru.

11. www.siemens.com/ industry-solutions.

12. Wikipedia.

13. Lena Bergh, Ulrika Helldén. Electrical systems in pod propulsion. Chalmers University of Technology, Göteborg, Sweden, 2007.

Статья была опубликована в ииюльском номере журнала «Наука и техника» за 2019 год

Источник: naukatehnika.com
Оставить комментарий

Мы используем файлы cookie. Продолжив использование сайта, вы соглашаетесь с Политикой использования файлов cookie и Политикой конфиденциальности Принимаю

Privacy & Cookies Policy