CN100509554C - 航海船舶推进装置及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

一种航海船舶推进系统，在船舶的船尾部分包括用于产生推进动力的发动机系统(2)和若干推进机构(3，9)，后者包括至少两个能够进行驾驶动作的推进装置(9)和至少一个轴驱动的螺旋桨驱动装置(3)的组合，该驱动装置(3)有一可以调整到基本上顺桨状态的可控的俯仰螺旋桨(6)。本发明也涉及操作一航海船舶推进系统的方法，其中在低速和/或港口操纵作业的方式下，轴驱动的螺旋桨驱动装置(3)被调整到顺桨状态，并停止了对螺旋桨(6)的动力传输。

Description

航海船舶推进装置及其操作方法
发明领域
本发明涉及一种航海船舶推进系统。本发明也涉及操作一种航海船舶推进系统的方法。
背景技术
设计一种航海船舶的推进系统的一般目的(仅提到一些)是良好的效率、可靠性、耐用性和好的低速操纵能力。这些特点的强调取决于有关的用途。
例如，在所谓ROPAX(RollOn/Roll Off Passeuger[滚动式运上运下旅客])的船舶中需要提供一种推进系统，该系统对巡航速度如超过25节(1节＝1海里/小时＝1.85公里/小时)是有效的，同时还提供良好的港口操作性能。
已经有人提议过使用定方位的推进驱动装置，如所谓豆荚状驱动装置，来代替传统的机械轴推动。专利出版物EP 590867中示出一种推进装置，由一可转动的驱动单元组成，其中有一电动机，用作船舶的推进电动机并在该驱动单元的端部处连接到一个螺旋桨上。这些豆荚状驱动装置有利的是它们有定方位控制能力的灵活性，它们也使主发动机的位置更为自由。但是，这些豆荚状驱动装置成本高，而且电力输送存在显著的损失。
机械螺旋桨驱动装置具有成本低、简单、动力输送损失低的明显优点。但是，机械螺旋桨也有缺点。推进效率不太理想，特别在低速状态下当使用可控的俯仰螺旋桨时存在压力侧空穴化的危险。这种危险的出现是由于当在低俯仰角、高转动速度条件下驱动螺旋桨时在螺旋桨叶片的表面上造成局部压力降低。同时可操纵性显著不良。
Raimo Haemaelaeinen的文献《快速的ROPAX船舶的液体动力学》中提出一种通用水平的豆荚状驱动装置和机械螺旋桨驱动装置。该提出的组合被认为具有若干优点。但是，已经发现，该解决办法并非是最佳的，特别在低速度/操纵作业时。虽然该提议大体上似乎是有前途的，但仍然有需要解决的实际问题。
发明概述
本发明的一个目的是提供航海船舶推进系统及其操作方法，其中先有技术的缺点已减到最小。特别是本发明的一个目的是提供一种航海船舶混合推进系统及其操作方法，该系统有良好的全面操作效率，特别是低速/操纵作业的效率，同时降低了推进的振动和噪声水平。
本发明的目的基本上公开于权利要求1、8中，也更清楚地公开于其它权利要求中。
按照本发明的一个优选实施例，本发明的目的由航海船舶推进系统来满足，该系统包括产生推进动力的发动机系统和在其船尾部分上的若干推进机构，这些推进机构包括至少两个可操舵推进装置(或称能进行驾驶动作的推进装置)和至少一个具有可控俯仰螺旋桨的轴驱动的螺旋桨驱动装置，并可以调整到基本上顺桨的状态。
按照本发明的一个优选实施例，该至少两个可操舵推进装置为定方位的推进装置，它们可以设有可变的或恒定的俯仰螺旋桨系统。这些定方位的推进装置最好用电动机供应动力，电力由活塞发动机发电机组供给。该轴驱动的螺旋桨驱动装置利用齿轮系统等机械地连接在活塞发动机上。在某些情况下也可利用水射流推进系统作为可操舵推进装置。
本发明的推进系统设置成以不同的操作方式不同地驱动，也即特别地以正常/航行速度操作方式和低速/港口操纵作业方式。在正常/航行速度操作方式下，该至少两个定方位的推进装置和至少一个轴驱动的螺旋桨驱动装置两者都适合于至少产生动力而移动该船舶。在低速/港口操纵作业方式下，仅仅该至少两个定方位的推进装置适合于产生动力而移动该船舶。这种方式下操纵行为更为有利。航船的驾驶行为始终利用该可操舵推进装置即定方位的推进装置来完成。
轴驱动的螺旋桨驱动装置的螺旋桨中的叶片的俯仰角可以在相对于轴驱动的螺旋桨驱动装置的轴的法线以±80°～100°的角度调整。这意味着，在实践中，螺旋桨叶片向任一方向转动，直到叶片基本上平行于船舶的纵轴线。转动方向可以根据叶片形状来选择，以便尽可能减小流动阻力。最好该发动机系统包括一个齿轮和一个将螺旋桨驱动轴连接到发动机上并可移动到脱开位置的联接机构。这产生在螺旋桨处于顺桨状态之前或之时停止将动力传输给驱动轴的优点。使得带联接机构的螺旋桨驱动装置也可以保持发动机运行而脱开动力传输。但是，停止发动机是有利的，例如为了减少不需要的排出物。
按照操作在船尾部分包括至少两个可操舵推进装置和至少一个有一可控俯仰螺旋桨的轴驱动的螺旋桨驱动装置的航海船舶推进系统的方法，在正常/航行速度推进的推力由该轴驱动的螺旋桨驱动装置和可操舵推进装置提供。驾驶推力由可操舵推进装置提供，而轴驱动的螺旋桨驱动装置的推力主要通过调整螺旋桨的俯仰角来调整。其次，在低速和/或港口操纵作业下该轴驱动的螺旋桨驱动装置被调整到顺桨状态，向螺旋桨的动力传输被停止。这通过调整该轴驱动的螺旋桨的俯仰角来完成。
虽然从发动机系统向螺旋桨驱动装置的动力传输被停止，但至少两个可操舵推进装置保持操作。向轴驱动的螺旋桨驱动装置的动力传输通过断开发动机与轴驱动的螺旋桨驱动装置的轴的啮合而停止，或者，在没有齿轮系统的单个发动机的情况下，通过在调整处于顺桨状态的螺旋桨之前停止发动机而停止。
该轴驱动的螺旋桨驱动装置的螺旋桨的俯仰角被有利地调整到+80～100°或-80～100°。该至少两个可操舵推进装置最好用电动机供给动力，而电力由一个或多个活塞发动机发电机组来供给。在低速和/或港口操纵作业期间，活塞发动机发电机组的活塞发动机以大于空转速度的速度操作，基本上处于其最有效的恒速状态，最好基本上与所述推进装置的动力消耗无关。这种发动机可以以最佳状况运行的方式与船舶的动力需求和优势速度无关。
本发明有优于先有技术的若干优点。首先，与传统的柴油电力推进系统相比，本发明的推进系统投资费用低。它也提供卓越的操纵性能以及高速船的优越的推进效率。利用本发明，在低速/操纵作业下，发动机可以在最佳状态下操作，轴驱动的螺旋桨驱动装置没有空穴化的危险。本发明的另一优点是，连接在电网上的柴油发电机组的数目可以根据负荷需求而变化，也即发动机可以起动或停止。以这种方式，发动机的负荷可以保持在接近于最佳值。
附图简述
下面参照附图作为例子来描述本发明，附图中：
图1示意地表示处于正常操作的按照本发明的推进装置的一个实施例；以及
图2表示处于低速/操纵作业的按照图1的推进系统。
优选实施例说明
图1是船舶的船身，只示出了船尾部分。该船舶装有发动机系统2，后者有多个活塞发动机发电机组2.1和多个机械地连接在一轴驱动的机械螺旋桨驱动装置3上的活塞发动机2.2。该轴驱动的螺旋桨驱动装置3包括一齿轮和离合器4，发动机2.2通过离合器4连接在螺旋桨驱动装置3的驱动轴5上。在驱动轴5的外端部处有一连接于其上的螺旋桨6。轴驱动的螺旋桨驱动装置3包括一可控的俯仰螺旋桨6和一用于调整其俯仰角A的装置7，后者在此处仅示意地示出。装置7可以是液压或机械操作的商用系统。但是，俯仰角调整装置7能使螺旋桨的俯仰角可以调整到螺旋桨基本上顺桨的状态。在实际中这意味着转动螺旋桨叶片的机构允许叶片转动到比正常的俯仰角调整更大的角度。这将在后面参照图2更详细说明。
活塞发动机发电机组2.1产生电力并将电力供给电网8，电力通过该电网传送到可操舵推进装置如豆荚状驱动装置9。豆荚状驱动装置9如图中箭头所示可以围绕其垂直轴线转动。本发明中利用的该特点，使得豆荚状驱动装置9作为驾驶装置而操作，因而该轴驱动的螺旋桨驱动装置3没有任何方向舵系统。
该轴驱动螺旋桨驱动装置3安置在船身的中心线上。在有几个轴驱动螺旋桨驱动器的情况下，需要将它们相对于船身1的中心线对称地安置。在图中，两个可操舵推进装置即豆荚状驱动装置9安置在轴驱动的螺旋桨驱动装置3的两侧和如驱动装置3的螺旋桨6的基本上同一的轴向位置。
在正常的航行速度条件下，轴驱动的螺旋桨驱动装置3和豆荚状驱动装置9用于产生使船舶运动的推力。豆荚状驱动装置9设有速度可变的螺旋桨系统，而豆荚状驱动装置9的推力通过控制其螺旋桨的转动速度而调整。在设有俯仰角可控的螺旋桨的情况下，推力也可通过控制螺旋桨俯仰角而调节。轴驱动的螺旋桨驱动装置3的推力主要通过调整螺旋桨俯仰角而调整。当然，可以通过调整发动机速度来调整转动速度。
在需要更好的操纵能力和速度较低的操作中，仅用豆荚状驱动装置9来用于推动。在这种操作方式下，调整轴驱动的螺旋桨驱动装置的俯仰角，使其流动阻力显著降低。该状况示于图2。利用这种方式可以提高总效率。最好将轴驱动螺旋桨驱动装置3的俯仰角(A)调整到该螺旋桨是顺桨的状态。“顺桨”或“顺桨状态”此处指叶片的角度(A)安置成使弦(叶片的前沿和后沿之间的直线)变成大约平行于水流线或船舶的纵轴。叶片角度(A)指该驱动装置轴线的法线和结合叶片的前沿和后沿的直线的平均方向之间的角度。
当转变到低速/港口操纵作业时，首先停止对轴驱动螺旋桨驱动装置3的电力供应，这可以通过将离合器4移动到脱开位置来完成。在停止电子传输后，将驱动装置3的螺旋桨调整到顺桨状态。以这种方式，可以使该推进系统对低速/操纵作业获得有利的性能。将豆荚状驱动装置9保持在这样的方式下操作，使得活塞发动机的发电机组2.1的活塞发动机以比空转速度更大的速度操作，基本上在与所述推进装置9的动力消耗大体上无关的其最有效的恒速下操作。这意味着，产生的总动力可以大于豆荚状驱动装置9的实际需求。关掉发动机系统2.2也是有利的。按照本发明，在这种操作方式下，发动机系统2以最有利的方式操作，造成低的排放和对船身构造的低的振动。
本发明不限于所示的实施例，在所附的权利要求书的范围内，对本发明的若干修改是合理的。

Claims (13)

1.一种航海船舶推进系统，包括用于产生推进力的发动机系统(2)和在其船尾部分的若干推进机构(3，9)，其特征在于，组合至少两个可操舵推进装置(9)和至少一个轴驱动的螺旋桨驱动装置(3)，后者有一可以调整到基本上顺桨状态的可控俯仰角螺旋桨(6)。
2.按照权利要求1的航海船舶推进系统，其特征在于，该至少两个可操舵推进装置(9)为定方位的推进装置。
3.按照权利要求2的航海船舶推进系统，其特征在于，该至少两个可操舵推进装置(9)设有恒定俯仰角螺旋桨系统和/或可变俯仰角螺旋桨系统。
4.按照权利要求2或3的航海船舶推进系统，其特征在于，该至少两个可操舵推进装置(9)由电动机做动力，电力由活塞发动机发电机组(2.1)供给，而该轴驱动的螺旋桨驱动装置机械地连接在活塞发动机(2.2)上。
5.按照权利要求2的航海船舶推进系统，其特征在于，该推进系统被安置成以不同的操作方式驱动，当处于正常的航行速度操作方式时，该至少两个可操舵推进装置(9)和具有可控俯仰角螺旋桨(6)的至少一个轴驱动的螺旋桨驱动装置(3)两者适合于产生推力，从而推动船舶，而处在低速操纵作业方式时，仅仅该至少两个可操舵推进装置(9)适合于产生推力而推动船舶。
6.按照权利要求1的航海船舶推进系统，其特征在于，该至少一个轴驱动的螺旋桨驱动装置(3)的具有可控俯仰角螺旋桨(6)的叶片的俯仰角(A)可以调整为+80°～100°或-80°～100°。
7.按照权利要求1的航海船舶推进系统，其特征在于，发动机系统(2)包括一个联接机构(4)，该联接机构(4)将至少一个轴驱动的螺旋桨驱动装置(3)的轴(5)连接到发动机(2.2)上并可以移动到脱开位置。
8.操作一种航海船舶推进系统的方法，该推进系统在船舶的船尾部分包括至少两个可操舵推进装置(9)和至少一个有可控俯仰角螺旋桨(6)的轴驱动的螺旋桨驱动装置(3)，其中，处在正常航行速度时，
由该轴驱动的螺旋桨驱动装置(3)和所述可操舵推进装置(9)提供推进的推力；以及
由可操舵推进装置(9)提供驾驶推力；以及
该轴驱动的螺旋桨驱动装置的推力主要是通过调整可控俯仰角螺旋桨(6)的俯仰角来调整；
其特征在于，处在低速和/或港口操纵作业方式时，轴驱动的螺旋桨驱动装置(3)调整为顺桨状态，并停止向可控俯仰角螺旋桨(6)传输动力。
9.按照权利要求8的操作一种航海船舶推进系统的方法，其特征在于，向轴驱动的螺旋桨驱动装置(3)的动力传输是通过使发动机(2.2)与轴驱动的螺旋桨驱动装置(3)的轴(5)脱开而停止的。
10.按照权利要求8或9的操作一种航海船舶推进系统的方法，其特征在于，向轴驱动的螺旋桨驱动装置(3)的动力供给是通过停止发动机(2.2)而停止的。
11.按照权利要求8的操作一种航海船舶推进系统的方法，其特征在于，当从发动机(2.2)系统向螺旋桨驱动装置(3)的电力供应停止时，该可操舵两个推进装置(9)则保持操作。
12.按照权利要求8的操作一种航海船舶推进系统的方法，其特征在于，在低速和/或操纵作业方式时，轴驱动的螺旋桨机构(3)的螺旋桨的俯仰角(A)被有利地调整到+80～100°或-80～100°。
13.按照上述权利要求8的操作一种航海船舶推进系统的方法，其中该至少两个可操舵推进装置(9)是用电动机作动力的，通到电动机的电力由一个或多个活塞发动机发电机组(2.1)供给，其特征在于，在低速和/或港口操纵方式中，活塞发动机的发电机组(2.1)的活塞发动机以比空转速度更大的速度操作，基本上在与所述推进装置(9)的动力消耗大体上无关的其最有效的恒速下操作。
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