CN102933458A - 用于漂浮结构的螺旋桨推进系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于漂浮结构（1）的紧凑的螺旋桨推进系统，其中至少一个电动机（3）和螺旋桨（7）经由两个中间轴（5，6）和齿轮装置（4）相互连接，齿轮装置（4）布置在漂浮结构（1）的壳体（2）的附属物或附加物中，其中至少一个电动机（3）在漂浮结构（1）中相对于中间轴（6）以一角度布置在甲板上，以在漂浮结构（1）中在甲板上腾出空间。

Description

用于漂浮结构的螺旋桨推进系统

本发明涉及一种用于漂浮结构（floating structure）的紧凑的、传统的螺旋桨推进系统，并且更具体地，本发明涉及除漂浮结构的壳体（hull）之外的包括斜交伞齿轮（angular gear）的齿轮装置的布置和使用。

根据本发明，漂浮结构应该至少被理解为包括不同类型的船、半潜式平台、驳船等，半潜式平台的浮船于是能够被视为形成漂浮结构的壳体。

与油气的海上生产有关，存在大量的适于执行非常少的专业操作的船。然而越来越多且更高要求的海上作业已导致大量不同类型的所谓的OVS船（海洋石油支持船）的出现，海洋石油支持船是能够执行比传统的专用船高得多数量的操作和/或服务的船。鉴于一个或多个人将对他们自己的工作任务负责的事实，这已导致出现在船的甲板上具有更大数量的人的这种多用途船。因此，这些船在未来将受到新的且更严格的立法制度，该立法制度将包括关于将船分割成防水部分的更严格的要求。

对于一些类型的OVS船，例如，锚操纵船（anchor handling vessel），将难于遵守即将来临的规则变化，因为这些船建造有穿过船的大部分延伸的长的螺旋桨轴（柴油机械解决方案）。这些类型的解决方案占据了大量的空间，从而极大地减小了船的负载能力。鉴于此，大量的船已建造有柴油电解决方案，这已导致螺旋桨轴的长度的减小。而且当该推进系统用在低载荷和部分载荷而非纯柴油机械解决方案上时，这种解决方案将更具有吸引力。

已除去长的螺旋桨轴的另一类型的解决方案是所谓的方位推进器，该方位推进器既用于船的推进又用于船的操纵。方位推进器是安装在船中的接收空间中的单独单元，并且该方位推进器可以围绕其自身的轴线旋转360°。然而该解决方案意味着船在方位推进器的维护、替换或维修期间将必须停靠码头。而且这种方位推进器中的角度驱动器和齿轮将受到大得多的磨损和损坏，因为螺旋桨的推力和拉力将导致角度驱动器和齿轮相对于彼此移位，这将意味着它们受到更大的载荷。

本发明的一个目的是提供一种用于漂浮结构的螺旋桨推进系统，其中减轻或消除了现有技术的上述缺点中的一个或多个。

而且本发明的一个目的是提供一种用于漂浮结构的紧凑的螺旋桨推进系统，其中该螺旋桨推进系统将在漂浮结构中在甲板上腾出（free up）空间。

根据本发明的另一目的将是提供一种用于漂浮结构的紧凑的螺旋桨推进系统，其中减少了对于在螺旋桨推进系统的维护、维修等过程中停靠码头的需要。

根据本发明的又一目的将是提供一种用于漂浮结构的紧凑的螺旋桨推进系统，其中该推进器螺旋桨系统较少地受到磨损、损坏等。

根据本发明的再一目的将是提供一种用于漂浮结构的紧凑的螺旋桨推进系统，其使油、燃料等溢出的风险最小化。

这些目的通过如在下面的独立权利要求中公开的用于漂浮结构的螺旋桨推进系统来实现，本发明的额外特征在从属权利要求和下面的描述中阐述。

本发明涉及一种用于包括壳体的漂浮结构的螺旋桨推进系统，该螺旋桨推进系统包括至少一个子系统，该子系统还包括齿轮装置，该齿轮装置经由第一中间轴连接到至少一个电动机并且经由第二中间轴连接至螺旋桨。齿轮装置还作为单独的单元布置在漂浮结构的壳体的附属物或附加物中，而至少一个电动机在漂浮结构中布置在甲板上。至少一个电动机还将相对于第二中间轴以一角度布置。

螺旋桨优选地是可变的螺旋桨（可调的螺旋桨叶片）并且还可以布置在螺旋桨护罩（shroud）中。

根据本发明的用于浮动结构的螺旋桨推进系统还可以包括舵（rudder），该舵靠近漂浮结构的后端布置在螺旋桨后方，从而将舵用于操控或操纵漂浮结构。

至少一个电动机相对于第二中间轴以一角度布置应该被理解为轴线（E，A）穿过电动机延伸，该轴线是连接至电动机的中间轴的延伸，该轴线将与穿过连接至螺旋桨的中间轴延伸的轴线（P，A）形成一角度。于是这两条轴线E，A与P，A之间的角度将例如在20°到160°之间。

上面的布置将意味着至少一个电动机可以布置在布置于漂浮结构的壳体的附属物或附加物中的齿轮装置前方以及后方。

本领域技术人员将知晓根据本发明的螺旋桨推进系统的齿轮装置应该如何布置并支撑在漂浮结构的壳体的附属物或附加物中并且因此在本文中将不对此进行进一步说明。由于至少一个电动机相对于第二中间轴以一角度布置，因此该齿轮装置将包括斜交伞齿轮。

为了能够将旋转从至少一个电动机传送至螺旋桨，该斜交伞齿轮将构造有输入轴（至少一个电动机经由第一中间轴连接至该输入轴）和输出轴（螺旋桨经由第二中间轴连接至该输出轴）。

然而，在一个实施方式中，根据本发明的用于漂浮结构的螺旋桨推进系统还可以包括并行地接合的两个电动机，在这种情形中，斜交伞齿轮包括两个输入轴和一个输出轴。在这种情形中，两个输入轴可以彼此平行地布置或者相对于彼此形成一角度。

斜交伞齿轮包括至少两个减速齿轮，其中一个减速齿轮将由斜齿轮组（angled gearwheel set）构成，而另一个减速齿轮将由圆柱形齿轮组构成，这些齿轮组布置在齿轮箱中。于是圆柱形齿轮组中的一个圆柱形齿轮将固定地连接至构成斜交伞齿轮的输出轴的轴，而其他圆柱形齿轮将固定地连接至齿轮箱中的中间轴。斜齿轮组中的一个斜齿轮也连接至该中间轴。其他斜齿轮将固定地连接至构成斜交伞齿轮的输入轴的轴。通过这种方式，圆柱形齿轮组的齿轮将彼此接触，而斜齿轮组中的齿轮将彼此接触。轴可以例如通过滑动轴承等支撑。通过上述的斜交伞齿轮的设计，将防止不同齿轮上的不同载荷相差太多，因为圆柱形齿轮组布置在斜交伞齿轮的输出轴上。螺旋桨的推力和拉力将导致输出轴在其纵向方向上移动，从而圆柱形齿轮组的齿轮也将相对于彼此移位。因为它们的设计，圆柱形齿轮组的齿轮将能够在不磨损或损坏的情况下经受更大的载荷，并且斜交伞齿轮将达远小于必须维护、替换或维修的程度。

如果根据本发明的螺旋桨推进系统包括并行地接合的两个电动机，那么斜交伞齿轮将包括两个斜齿轮组。因此，两个斜齿轮组将固定地连接至中间轴，一个斜齿轮布置在圆柱形齿轮的任一侧上。于是其他斜齿轮将固定地连接至它们相应的构成斜交伞齿轮的输入轴的轴。

本领域技术人员将知晓将要如何构造不同齿轮的齿，并且因此在本文中不对此进行进一步说明。

在根据本发明的螺旋桨推进系统的另一个实施方式中，齿轮装置将如此布置以致连接至斜交伞齿轮的中间轴和相应的螺旋桨与水平基准平面将具有这样的距离：该距离将从齿轮装置向后朝向漂浮结构的一端增加。

漂浮结构的壳体的附属物或附加物将设计为允许接近它们的内部，从而可以执行齿轮装置的维护、替换和/或维修。而且这些附属物或附加物将具有这样的设计：该设计在水中提供最小可能的阻力，但是该设计与此同时确保了水良好地流入至螺旋桨。本领域技术人员将知晓这是如何完成的，并且因此在本文中不对此进行更详细的说明。

与使用通过船的长度的大部分延伸的传统的长的螺旋桨轴相比，根据本发明的螺旋桨推进系统提供了一种更紧凑的推进系统，从而在漂浮结构中腾出空间，同时确保了螺旋桨推进系统的可接近性，还使得减少了对于在维护、维修和/或替换等过程中使漂浮结构停靠码头的需求。这也将是优于其他紧凑的推进系统（诸如方位推进器和类似类型的操纵螺旋桨，该系统将不具有相同的可接近性并且因此在上述操作过程中必须在更大程度上使用干船坞）的优点。优于已知解决方案的其他优点将是：

-在以一速度操纵时较少的速度损失。当该系统构造有舵装置时，该漂浮结构将通过舵剖面提供的提升而非通过转动操纵螺旋桨来操纵。这是一种节能得多的以一速度进行操纵的方式，并且在操纵过程中将在系统上提供小得多的可变载荷。

-具有作为第一减速齿轮的圆柱形减速齿轮的斜交伞齿轮将允许轴根据可变的螺旋桨载荷比斜减速齿轮移动地多得多，没有任何使传动装置受损的危险。

现在将结合多个实施方式并且参照附图描述本发明，其中：

图1是从侧面和从船尾看到的根据本发明的螺旋桨推进系统的视图；

图2A-图2D示出了根据本发明的螺旋桨推进系统的几个实施方式；

图3更详细地示出了根据图2C的螺旋桨推进系统的实施方式；

图4示出了根据图2A的螺旋桨推进系统中的齿轮装置的细节；以及

图5示出了根据图2C或图2D的螺旋桨推进系统中的齿轮装置的细节。

出于简明的目的，附图1-5示出了布置在船上的根据本发明的螺旋桨推进系统。然而，应该理解的是，根据本发明的螺旋桨推进系统还旨在包括其他漂浮结构，诸如半潜式平台、驳船等，尽管这些结构在附图中未示出。

图1分别示出了侧视图和从船1的壳体2的船尾部分的后方看到的视图，其中已绘制出根据本发明的螺旋桨推进系统的一个实施方式。螺旋桨推进系统包括至少一个子系统100，子系统100包括一个或多个电动机3、齿轮装置4、两个中间轴5，6以及螺旋桨7。因此，每个电动机3经由齿轮装置4和中间轴5，6连接至螺旋桨7。螺旋桨7布置在护罩8中并且可以是不变的或可变的螺旋桨。此外，舵9在螺旋桨7的后方布置在漂浮结构1的船尾端处，由此舵9用于操控或操纵漂浮结构1。

为了提供根据本发明的紧凑的螺旋桨推进系统，至少一个子系统100中的电动机3在船1自身中邻近螺旋桨7布置在甲板上（on board），当相对于水平基准平面H观看时电动机3相对于螺旋桨7以一角度布置。

为了将子系统100中的每个电动机3连接至它们相应的螺旋桨7，子系统100中的每个齿轮装置4布置在船1的壳体2中的凸面体（convexity）或附加物10中。齿轮装置4将包括斜交伞齿轮，下面将结合本发明的其他实施方式对该斜交伞齿轮进行描述。

附属物或附加物10将设计为允许从船内部接近齿轮装置4，从而齿轮装置4的必要的维护、替换和/或维修不必被迫使用码头。凸面体或附加物10还可以以这样的方式设计：使得它们提供最小可能性的阻力，但是与此同时提供水良好地流入到螺旋桨7中。

本领域技术人员将知晓螺旋桨推进系统的不同部分如何连接、支撑并且固定等，并且因此在本文中不对此进行更详细的说明。

图2A-图2D示出了根据本发明的螺旋桨推进系统的其他实施方式。

在图2A中，螺旋桨推进系统包括（仅示出了一个子系统100）两个电动机3，这两个电动机在齿轮装置4的上方在船1的船尾部分处布置在甲板上。电动机3布置为使得它们相对于彼此形成一角度。每个电动机3还经由第一中间轴5连接至齿轮装置4，齿轮装置4包括如图4中示出的斜交伞齿轮11。将结合图4更详细地描述斜交伞齿轮11。斜交伞齿轮11于是将经由第二中间轴6连接至螺旋桨7。

图2B示出了根据本发明的螺旋桨推进系统的另一个实施方式，其中在每个子系统100中仅使用一个电动机3。电动机3相对于齿轮装置4以90度（紧接地位于上方）布置。电动机3经由中间轴5连接至齿轮装置4，其中齿轮装置4还通过中间轴6连接至螺旋桨7。

在图2C中示出了根据本发明的螺旋桨推进系统的再一个实施方式，从此可以看到每个子系统100中的两个电动机3串联地连接。电动机3也位于齿轮装置4的前方，但是当相对于水平基准平面H观看时相对于齿轮装置4成一角度。该实施方式中的齿轮装置4包括如图5中示出的斜交伞齿轮，将结合图5对该斜交伞齿轮进行更详细的说明。齿轮装置4于是包括如图5中示出的斜交伞齿轮12，其中将结合该附图对斜交伞齿轮12进行更详细的说明。

图2D示出了根据本发明的螺旋桨推进系统的一个实施方式，其中在每个子系统100中仅使用一个电动机3，该电动机布置在齿轮装置4的后方。在该实施方式中，同样，当相对于水平基准平面H观看时，电动机3将相对于齿轮装置4形成一角度。齿轮装置4于是包括如图5中示出的斜交伞齿轮12，其中将结合该附图对斜交伞齿轮12进行更详细的描述。

在图2A-图2D的所有示出的实施方式中，齿轮装置4将布置在壳体2中的凸面体或附加物10中。凸面体或附加物于是将以使得可以执行齿轮装置4的维护、替换、维修等的方式构造为（未示出）确保接近布置在凸面体或附加物10中的齿轮装置4。

应该理解的是，尽管已相对于根据本发明的包括螺旋桨7、齿轮装置4和至少一个电动机3的一个子系统100进行了描述，但是根据图1A-图2D的螺旋桨推进系统还可以包括如图1中示出的多个子系统100，其中两个子系统100抵靠船1的侧面展开布置。

从图2A-图2D还将看到，齿轮装置4与中间轴6将相对于水平基准平面H形成一角度。

图3更详细地示出了根据图2C的螺旋桨推进系统的实施方式，其中可以看到，齿轮装置4、中间轴6和位于螺旋桨护罩8中的螺旋桨7可以相对于水平基准平面H以一角度布置，以使中间轴6与水平基准平面H之间的距离从齿轮装置4朝向船1的船尾端增加。舵9是传统的舵，其适于连接至船1的操控和操纵装置（未示出）。电动机3穿过串联地布置的适当的传动装置和连接器，使得这些电动机形成中间轴5的延伸。电动机3还相对于齿轮装置4形成一角度，并且电动机3布置在齿轮装置4的前方。

图4示出了在根据图2A中示出的螺旋桨推进系统的实施方式的齿轮装置4中使用的斜交伞齿轮11，其中斜交伞齿轮11具有两个输入轴51、以及一个输出轴61。输入轴51和输出轴61构造有连接装置（未示出），中间轴5，6适当地连接至这些连接装置。这将意味着每个电动机3通过中间轴5连接至斜交伞齿轮11的输入轴51，而中间轴6在其一端处将连接至斜交伞齿轮11的输出轴61，并且在它的另一端处连接至螺旋桨7的毂。齿轮装置4包括齿轮箱41，在该齿轮箱中每个输入轴51通过安装在相应的轴44，45上并优选地由滑动轴承（未示出）支撑的一个斜齿轮组42和一个圆柱形齿轮组43连接至输出轴61。螺旋桨7的推力和拉力将由此通过轴61传送至包含滑动轴承的齿轮装置4，这些滑动轴承将这些力通过齿轮箱41传递（relay）至船1的壳体2。

圆柱形齿轮组43中的一个圆柱形齿轮431将固定地连接至构成斜交伞齿轮11的输出轴61的轴45，而另一圆柱形齿轮432将固定地连接至齿轮箱41中的中间轴44。斜齿轮组42中的两个斜齿轮421也固定地连接至中间轴44。两个另外的斜齿轮422将固定地连接至它们相应的构成斜交伞齿轮的输入轴51的轴。通过这种方式，圆柱形齿轮组43中的齿轮431，432将彼此接触，而每个斜齿轮组42中的齿轮421，422将彼此接触。轴44，45可以例如由滑动轴承等支撑。通过上述的斜交伞齿轮11的设计，将防止不同齿轮上的不同载荷相差太多，因为圆柱形齿轮组43布置在斜交伞齿轮11的输出轴61上。螺旋桨7的推力和拉力将意味着输出轴61在其轴向纵向方向上移动，由此圆柱形齿轮组43中的齿轮431，432也将相对于彼此移位。由于圆柱形齿轮组43中的齿轮431，432因为它们的设计而将能够在不磨损或损坏的情况下经受更大的载荷，因此斜交伞齿轮11将达到远小于必须维护、替换或维修的程度。

在图5中示出了在根据如图2C和图2D中示出的螺旋桨推进系统的实施方式的齿轮装置4中使用的另一个斜交伞齿轮12。在该情形中，斜交伞齿轮12将包括输入轴51和输出轴61。输入轴51和输出轴61构造有连接装置（未示出），中间轴5，6适当地连接至这些连接装置。这将意味着每个电动机3通过中间轴5连接至斜交伞齿轮12的输入轴51，而中间轴6在其一端处将连接至斜交伞齿轮12的输出轴61，并且在它的另一端处连接至螺旋桨7的毂。齿轮装置4包括齿轮箱41，在该齿轮箱中每个输入轴51通过安装在相应的轴44，45上并优选地由滑动轴承（未示出）支撑的一个斜齿轮组42和一个圆柱形齿轮组43连接至输出轴61。螺旋桨7的推力和拉力将由此通过轴6经由传送轴61传送至包含滑动轴承的齿轮装置4，这些滑动轴承将这些力通过齿轮箱41传递至船1的壳体2。

圆柱形齿轮组43中的一个圆柱形齿轮431于是将固定地连接至构成斜交伞齿轮11的输出轴61的轴45，而另一圆柱形齿轮432将固定地连接至齿轮箱41中的中间轴44。斜齿轮组42中的斜齿轮421也固定地连接至中间轴44。两个另外的斜齿轮将固定地连接至斜交伞齿轮12的输入轴51。通过这种方式，圆柱形齿轮组43中的齿轮431，432将彼此接触，而斜齿轮组42中的齿轮421，422将彼此接触。通过上述的斜交伞齿轮的设计，将防止不同齿轮上的不同载荷相差太多，因为圆柱形齿轮组43布置在斜交伞齿轮12的输出轴61上。螺旋桨7的推力和拉力将意味着输出轴61在其轴向纵向方向上移动，由此圆柱形齿轮组43中的齿轮431，432也将相对于彼此移位。由于圆柱形齿轮组43中的齿轮431，432因为它们的设计而将能够在不磨损或损坏的情况下经受更大的载荷，因此斜交伞齿轮12将达到远小于必须维护、替换或维修的程度。

现在已参照几个实施方式描述了本发明。本领域技术人员将理解的是，可以对示出的实施方式做出多种改变和修改，这些改变和修改落入如下面的权利要求所限定的本发明的范围内。

Claims (5)

1.一种用于包括壳体（2）的漂浮结构（1）的螺旋桨推进系统，所述系统还包括齿轮装置（4），所述齿轮装置经由第一中间轴和第二中间轴（5，6）连接到至少一个电动机（3）和螺旋桨（7），其中，所述第一中间轴（5）相对于所述第二中间轴（6）形成一角度，其特征在于，包括斜交伞齿轮（11，12）的所述齿轮装置（4）作为单独的单元布置在所述漂浮结构（1）的所述壳体（2）的附属物或附加物（10）中，其中，所述至少一个电动机（3）在所述漂浮结构（1）中布置在甲板上，并且其中，所述斜交伞齿轮（11，12）还包括至少一个斜齿轮组和一个圆柱形齿轮组（42，43），所述圆柱形齿轮组（43）经由输出轴（61）连接至所述第二中间轴（6）。

2.根据权利要求1或2所述的螺旋桨推进系统，其特征在于，所述斜交伞齿轮（11，12）包括至少一个输入轴（51）和一个输出轴（61）。

3.根据权利要求2或3所述的螺旋桨推进系统，其特征在于，所述斜交伞齿轮（12）中的两个输入轴（51）布置为彼此形成一角度。

4.根据权利要求1所述的螺旋桨推进系统，其特征在于，所述斜齿轮组（42）与所述圆柱形齿轮组（43）布置在相应的轴（44，45）上。

5.根据权利要求1所述的螺旋桨推进系统，其特征在于，所述中间轴（6）与水平基准平面（H）之间的距离从所述齿轮装置（4）朝向所述漂浮结构（1）的一端增加。

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