CN106255637B - 用于水上船只的推进系统 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于水上船只(100)的推进系统(102)。所述推进系统包括多个马格努斯型转子(108)和用于使所述多个马格努斯型转子旋转的驱动装置(147)。所述多个马格努斯型转子可操作为围绕相应的大致竖立轴线旋转。所述推进系统还包括控制装置(150)，所述控制装置用于控制所述驱动装置以改变所述多个马格努斯型转子的旋转速度。所述多个马格努斯型转子中的每个都包括在其中的中空区域(116)。所述马格努斯型转子中的每个都旋转地支撑在延伸至所述中空区域中的支撑装置(118)上。所述驱动装置包括布置在所述中空区域中并位于所述支撑装置外面的至少一个马达(148)，使得所述至少一个马达可接近以便进行维修。此外，所述至少一个马格努斯型转子包括通风口装置(132)，所述通风口装置使得能够在操作中在所述至少一个马格努斯型转子内发生空气的向上运动，以便使所述驱动装置和/或其他内部组件通风和冷却。

Description

用于水上船只的推进系统
技术领域
本发明大体上涉及一种用于水上船只的推进系统，例如涉及一种用于推进水上船只的应用马格努斯(Magnus)型转子的推进系统。并且，本发明涉及一种将推进系统安装到水上船只中的方法。
背景技术
近来，海洋工业已尝试利用风能推进水上船只。传统的用于水上船只的推进系统包括一个或多个用于推进水上船只的水下推进器，并可进一步包括多个用于补充推进器的马格努斯型转子。马格努斯型转子可操作为绕相应的大致竖立轴线旋转以产生推进水上船只的马格努斯效应。马格努斯效应定义为：在移动气流(比如风)中作用在旋转体上的推力，其中推力相对于移动气流方向垂直地起作用。
通过应用集成地配置在马格努斯型转子内部的相关马达，马格努斯型转子被方便地旋转。运行期间，马达产生热，因此需要通风和/或冷却以降低马达的温度。然而，已知马格努斯型转子的实行在受限制空间定位相关马达，导致马达通风和/或冷却不足。此外，当在维修或检查例程期间接近马格努斯型转子的相关马达或内部组件时，对于维修人员来说已知马格努斯型转子的实施是有问题的。
考虑到这种水上船只的特定结构限制，将已知马格努斯型转子装配并安装至水上船只的甲板是潜在地冗长和麻烦的。因此，鉴于已知马格努斯型转子推进的水上船只相关的前述问题，存在以下需求：一种马格努斯型转子推进系统，能够容易地加装至现有水上船只上，同时对于维修人员来说便于接近马格努斯型转子推进系统的马达和/或其他组件。另外，还存在以下需求：相比于已知推进系统，一种有助改善其中组件的通风和/或冷却的推进系统。
发明内容
本发明公开试图提供一种用于水上船只的推进系统。
本发明公开还试图提供一种改进的将推进系统安装至水上船只的方法。
一方面，本发明公开的实施例提供一种用于水上船只的推进系统。所述推进系统包括多个马格努斯型转子和使多个马格努斯型转子旋转的驱动装置。所述多个马格努斯型转子可操作为绕相应的大致竖立(upright)轴线旋转，从而在操作中产生马格努斯效应以推进所述水上船只。马格努斯效应定义为：在移动气流(例如风)中作用在旋转体上的推力，其中所述推力相对于所述移动气流方向垂直地起作用。
可选择地，所述推进系统还包括用于控制所述驱动装置以改变马格努斯型转子旋转的速度和/或方向的控制装置。所述多个马格努斯型转子的旋转速度(例如)是各个马格努斯型转子的旋转的速率和/或方向。
基本上，至少一个马格努斯型转子包括在其中的中空区域。所述至少一个马格努斯型转子被旋转地支撑在延伸至所述中空区域中的支撑装置。所述驱动装置包括至少一个马达，所述至少一个马达设置在所述中空区域中并位于所述支撑装置外面，使得所述至少一个马达可接近以进行维修。
可选择地，所述至少一个马达通过带驱动装置、链驱动装置或齿轮装置耦合至使所述至少一个马格努斯型转子，以在操作中使所述至少一个马格努斯型转子旋转以便推进所述水上船只。
基本上，所述至少一个马格努斯型转子包括通风口装置，所述通风口装置使得能够在操作中在所述至少一个马格努斯型转子内发生空气的向上运动，以便使所述驱动装置和/或其他内部组件通风和冷却。
可选择地，所述至少一个马格努斯型转子是细长的并包括上部，所述上部被支撑在设置在所述至少一个马格努斯型转子与所述支撑装置之间的第一轴承装置上，所述支撑装置的下端延伸至安装在水上船只的甲板区域上的基座，并包括在横向方向支撑至少一个马格努斯型转子的第二轴承装置。
可选择地，所述支撑装置包括包含所述第一轴承装置的上部，所述第一轴承装置在大体竖直方向上承受所述至少一个马格努斯型转子的重量，还大体横向地支撑所述至少一个马格努斯型转子的上部。
可选择地，所述支撑装置是细长的，其下部支撑在基座上，所述基座适配在所述水上船只的甲板区域上，所述支撑装置的下端坐落有轴承装置，其中，所述轴承装置包括三个或更多轴承轮或辊，并在其下部支撑所述至少一个马格努斯型转子。
可选择地，所述第一轴承装置可操作为承受所述至少一个马格努斯型转子的大部分重量，所述第二轴承装置可操作为抑制所述至少一个马格努斯型转子的下端的横向运动，使得所述至少一个马格努斯型转子可操作为能够围绕所述第一轴承装置旋转。
可选择地，所述第一轴承装置包括至少两组滚柱轴承，其中成组的所述滚柱轴承的旋转轴线成角度地设置以便能够在操作中使所述至少一个马格努斯型转子围绕所述第一轴承装置枢转，但基本上阻止所述至少一个马格努斯型转子相对于所述支撑装置的横向运动。
可选择地，所述第二轴承装置包括弹性地安装的轴承轮或辊的配置，所述轴承轮或辊是可伸缩的，以使所述支撑装置被安装至所述水上船只以及从所述水上船只去除。
可选择地，所述至少一个马格努斯型转子具有特定直径和特定长度，例如，所述至少一个马格努斯型转子的直径范围为2.5米至5.0米，而所述至少一个马格努斯型转子高度范围为15米至30米。
可选择地，当所述推进系统应用于推进所述水上船只时，所述驱动装置的所述至少一个马达可操作为向所述至少一个马格努斯型转子供应50kW至300kW范围的机械驱动功率。
可选择地，所述至少一个马格努斯型转子包括一个或多个通风叶片和/或多个能够使空气向上运动交换的孔和/或在其上部区域的至少一个检修开口。
另一方面，本发明公开的实施例提供一种将推进系统安装至水上船只的方法。所述方法包括：将基座安装或改装至所述水上船只的甲板区域上，在所述基座上包括支撑结构，支撑结构包括在第二轴承装置上方的第一轴承装置，其中所述第一轴承装置基本可操作为承受向下指向的力，所述第二轴承装置基本上可操作为承受横向力。可选择地所述方法进一步包括：将所述第二轴承装置的横向抑制组件布置为处于回缩状态。可选择地所述方法进一步包括：降低所述支撑装置至所述支撑结构以与所述第二轴承装置接合，并将所述第二轴承装置布置为处于未缩回状态，以便接合至所述支撑装置的下端。所述方法进一步包括：降低所述至少一个马格努斯型转子至与所述支撑装置联合设置的所述第一轴承装置和所述第二轴承装置，使得所述至少一个马格努斯型转子可操作为围绕所述支撑装置旋转。
可选择地，所述方法包括：在所述至少一个马格努斯型转子与所述支撑装置之间耦合驱动装置的至少一个马达，以使至少一个马格努斯型转子在操作中相对于所述支撑装置旋转，其中所述至少一个马格努斯型转子包括在其中的中空区域，并且旋转地支撑在延伸至所述中空区域中的支撑装置。可选择地，用于使所述至少一个马格努斯型转子旋转的所述驱动装置的至少一个马达包含在所述中空区域中并位于所述支撑装置外面，其中所述至少一个马达可接近以便进行维修。
此外，所述方法包括：通过枢转地和/或横向地和/或径向地将轴承轮的配置从回缩状态移动至接合状态来接合所述第二轴承装置，其中所述轴承轮接合至所述至少一个马格努斯型转子的下端上。
而另一方面，本发明公开的实施例提供一种细长支撑装置，其中所述支撑装置的下端延伸至安装在水上船只的甲板区域的基座中。
此外，所述细长支撑装置的第一轴承装置可操作为承受所述至少一个马格努斯型转子的大部分重量，第二轴承装置可操作为抑制所述支撑装置的下端的横向运动，其中，所述至少一个马格努斯型转子可操作为能够围绕所述第一轴承装置枢转。
可选择地，所述至少一个马格努斯型转子包括其中的中空区域，并旋转地支撑在延伸至所述中空区域中的所述支撑装置，其中所述驱动装置的所述至少一个马格努斯型转子设置在所述中空区域中并位于所述支撑装置外面，使得所述至少一个马达可接近以便进行维修。
可选择地，所述第二轴承装置包括弹性地安装的轴承轮或辊的配置，所述轴承轮或辊是可伸缩的，以使所述至少一个马格努斯型转子能够被安装至所述水上船只或从所述水上船只去除。
更多选择性地，弹性地安装的轴承轮或辊的配置包括旋转地安装至可调节臂上的一个或多个轮或辊。
可选择地，所述第一轴承装置包括两组滚柱轴承，其中所述组轴承各自的旋转轴线彼此成角度地设置以便使所述至少一个马格努斯型转子在操作中能够围绕所述第一轴承装置旋转。所述两组滚柱轴承进一步配置为阻止所述至少一个马格努斯型转子相对于所述支撑装置的横向运动。
本发明公开的实施例处理了现有技术相关的前述问题。另外，本发明的实施例能够提供对所述马达和其他组件的足够通风和/或冷却。此外，本发明公开的实施例使保修人员能够更容易地接近所述马达和其他内部组件。例如，通过抬走所述马格努斯型转子所述马达可以更容易地被更换。另外的实施例能够更易于维护轴承、马达和带传动器。由于所述马达的纵轴的位置，所述轴承装置的轴线和纵轴在横向方向上相互不同的位置，带传动器更易于维护。
由附图和连同下面所附权利要求书解释的说明性实施例的详细描述，本发明公开的额外方面、优点、特点和目的将变得明显。
应当明白，本发明公开的特点易受不脱离所附权利要求说限定的本发明公开的范围的各种组合结合的影响。
附图说明
当连同附图阅读时，上面的发明内容和下面说明性实施例的详细描述会被更好的理解。为了说明本发明公开的目的，附图示出了本公开的示例性结构。然而，本发明不限于文中公开的特定方法和机构。另外，本领域技术人员应理解附图不是按比例画出的。在任何可能的情况下，相同数字代表相似元素。
现在将参考附图仅借助实例描述本发明公开的实施例：
图1是根据本发明公开的实施例的用于水上船只的推进系统的示意图；
图2是图1的推进装置中应用的马格努斯型转子的正视图；
图3A和3B是根据本发明公开的马格努斯型转子的正视剖视图和俯视剖视图；
图3C是图3A的所述马格努斯型转子中应用的第一轴承装置的正视剖视图；
图4是用于安装马格努斯型转子的支撑件的下部以及在所述支撑件下方延伸的基座的视图；
图5A和图5B是根据本发明公开的实施例的马格努斯型转子的安装方法的示意图；
图6A和图6B是本发明公开的第二轴承装置的实施例包括的弹性地安装的轴承轮的俯视平面图和沿着线A-A’的所述轮的剖视图；
图7是安装推进系统的方法的一系列步骤；
图8是根据本发明公开的马格努斯型转子的可替代实施方式的示意图，所述马格努斯型转子具有在上部区域的竖直方向装载的轴承装置，与包括在所述马格努斯型转子内的驱动马达一起并通过梯子的布置使人员可以接近，以及在所述马格努斯型转子的下部区域布置的横向轴承装置；
图9是图8的竖直方向装载的轴承装置的详细示意图，也是图8的横向轴承装置的更详细示意图；以及
图10是用于与图1的推进系统一起使用的可替代实例轴承配置的示意图。
在附图中，应用下划线数字表示下划线数字定位上的项目或下划线数字邻近的项目。非下划线数字涉及由将非下划线数字与项目连接的线确定的项目。当数字是非下划线的并伴随相关箭头，非下划线数字用于确定箭头指的一般项目。
具体实施方式
下面详细的描述示出了本发明公开的实施例以及它可以实施的方式。尽管已经公开了实施本发明公开的实施方式，本领域技术人员应当明白，其他实施或实践本发明公开的其他实施例也是可能的。
本发明公开的实施例提供一种用于水上船只的推进系统。所述推进系统包括多个马格努斯型转子和使多个马格努斯型转子旋转的驱动装置。多个马格努斯型转子可操作为围绕相应的基本竖立轴线旋转，从而产生马格努斯效应以推进水上船只。本文中的马格努斯效应定义为：在诸如风的移动气流中作用在旋转体上的推力，其中推力相对于移动气流方向垂直地起作用。
推进系统还包括控制装置，所述控制装置用于控制驱动装置以改变多个马格努斯型转子的旋转速度。多个马格努斯型转子的旋转速度(例如)是各个马格努斯型转子的旋转的速率和/或方向。
另外，至少一个马格努斯型转子包括其中的中空区域。至少一个马格努斯型转子被旋转地支撑在延伸至所述中空区域中的支撑装置上。另外，驱动装置包括布置在中空区域中并位于支撑装置外面的至少一个马达，使得至少一个马达可接近以进行维护。
另外，通过皮带传动布置和链驱动装置和/或齿轮布置将至少一个马达耦合至至少一个马格努斯型转子，以在操作中旋转至少一个马格努斯型转子以便推进水上船只。将至少一个马达耦合至至少一个马格努斯型转子的可替代途径是可行的，例如使用高压水力耦合。
另外，至少一个马格努斯型转子包括通风口装置，所述通风口装置使得能够在操作中在所述至少一个马格努斯型转子内发生空气的向上运动，以便使所述驱动装置和/或其他内部组件通风和冷却。
另外，至少一个马格努斯型转子是细长的并包括上部，所述上部被支撑在设置在至少一个马格努斯型转子与支撑装置之间的第一轴承装置上，支撑装置的下端延伸至安装在水上船只甲板区域上的基座，并支撑第二轴承装置。
另外，第一轴承装置可操作为承受至少一个马格努斯型转子大部分的重量，第二轴承装置可操作为抑制至少一个马格努斯型转子的下端的横向运动，使得至少一个马格努斯型转子可操作为能够围绕第一轴承装置枢转。
可选择地，第一轴承装置包括两组滚柱轴承，其中成组的滚柱轴承的旋转轴线成角度地设置以便使至少一个马格努斯型转子在操作中能够围绕第一轴承装置枢转，但基本上阻止至少一个马格努斯型转子相对于支撑装置的横向运动。
可选择地，第二轴承装置包括弹性地安装的轴承轮和/或轴承辊的配置，轴承轮和/或轴承辊是可伸缩的，以使支撑装置能够被安装至水上船只以及从水上船只去除。
可选择地，至少一个马格努斯型转子具有特定的直径和长度，例如，至少一个马格努斯型转子的直径范围为2.5米至7.0米，比如2.5米至5.0米，而长度范围为15米至40米，比如15米至30米。
可选择地，当推进系统应用于推进水上船只时，驱动装置的至少一个马达可操作为至少一个马格努斯型转子供应50kW至300kW范围的机械驱动功率。
另外，至少一个马格努斯型转子包括一个或多个通风叶片和/或多个能够使空气向上运动交换的孔和/或在其上部区域的至少一个检修开口。
根据某一实施例，圆柱形主体在其内表面具有滚道，该滚道使轴承轮或辊能够运动。滚道可以去除以使得假如或当其磨损时可以被替换。滚道保护圆柱形主体抵抗磨损。确实，当轴承轮或辊由金属制成，并且圆柱形主体由复合材料制成时，圆柱形主体会被金属轴承轮或辊磨损。另外，即使轴承轮或辊由复合材料或橡胶制得，圆柱形主体也可能会磨损。因此滚道增加了结构的抵抗力，并且由于滚道可以是可去除的，因此当需要时它可以被替换。另外，滚道还可以包括诸如橡胶或类似物的绝缘材料层以削弱噪音和振动。可以通过任何已知方式，例如通过粘合，将滚道和绝缘材料布置到彼此以及将两者布置到圆柱形主体上。
圆柱形主体可以由包括塑料材料和增强纤维的复合材料制成。例如，它可以由玻璃纤维增强塑料材料(FRP)、碳增强塑料材料(CRP)、玻璃增强塑料材料(GRP)、芳纶增强塑料材料、玄武岩增强塑料材料或它们的任何组合制成。
本发明公开的实施例适于水上船只，诸如(但不限于)客船、货船、特殊用途的船舶以及小船。
现在参照附图，尤其通过它们的参考数字，图1是应用根据本发明公开的实施例的推进系统102的水上船只100的示意图。推进系统102可选择地包括位于水上船只100的船体106的下侧的一个或多个推进器104。一个或多个推进器104可选择地包括(例如)轴向推力器，或可选择地是本领域众所周知的类型。这些推进器104可选择地安装在水上船只100的船首或船尾。
另外，推进系统102还包括多个马格努斯型转子108，描绘为马格努斯型转子108a和马格努斯型转子108b，下文统称为马格努斯型转子108。马格努斯型转子108空间上置于水上船只100的甲板区域110的多个位置处。例如，马格努斯型转子108空间上置于甲板区域110角落近处，即在水上船只100的船首和船尾的左舷和右侧面。可替代地，马格努斯型转子108空间上置于水上船只100的甲板区域110、船首区域或船尾区域的中部附近。根据(例如)已安装至水上船只100的甲板区域110的马格努斯型转子108的数量、马格努斯型转子108的尺寸和/或水上船只100的尺寸和/或形状可以适当地定位马格努斯型转子108。
在本发明公开的某一实施例中，每个马格努斯型转子108可选择地具有2.5米至5.0米范围的直径。另外，马格努斯型转子108可选择地具有15米至30米范围的高度。例如，马格努斯型转子108具有大致为3米的直径和大致20米的高度。
马格努斯型转子108安装至设置在水上船只100的甲板区域110上的基座112。马格努斯型转子108包括圆柱形主体114，圆柱形主体114包含限定在其中的中空区域116。推进系统102包括在圆柱形主体114的中空区域116内延伸的支撑装置118。支撑装置118可选择地是细长的，并配置为旋转地支撑马格努斯型转子108的圆柱形主体114，正如下文将描述的。
参照图1，示出通过应用起重机120将马格努斯型转子108举起，马格努斯型转子108被安装至基座112。这里公开的起重机120可选择地(例如)是塔式起重机、龙门起重机或本领域普通技术人员所知的任何适当的起重装置。继续参照图1，可以看到，起重机120的电缆122耦合至与支撑装置118关联的支撑板124，以便举起马格努斯型转子108b和降低马格努斯型转子108b至基座112。支撑板124可选择地包括刚性附接至其上的有眼螺栓(图1未示出，但在图3C中示出)。有眼螺栓126a可选择地配置为使顶部板128能够与起重机120的电缆122耦合。然而，可替代的结构和方法可选择地用于将马格努斯型转子108安装至基座112。
图1仅仅是一个实例，这不应过度地限制文中权利要求的范围。应当理解，对推进系统102的具体指定是为了示例性目的，所以不能解释为将推进系统102限制于马格努斯型转子108和/或推进系统102的其他组件的特定数目、类型或结构。本领域技术人员将认识到本发明公开实施例的许多变型、替代和修改。
接下来参照图2，马格努斯型转子108可选择地进一步包括设置在圆柱形主体114上方的顶部板128。在某一实施例中，顶部板128可选择地在其上设置有有眼螺栓126b。顶部板128的有眼螺栓126b可选择地设置有耦合至起重机120的交错点，并在将马格努斯型转子108举起和降低至基座112期间进行辅助。参考前述两实施例，将有眼螺栓126a/126b刚性附接至支撑板124和/或顶部板128可选择地以多种方式实现，诸如螺栓连接、焊接或本领域众所周知的其他方法。
继续参考前述两实施例，将会明白，支撑板124或顶部板128上的有眼螺栓126a用于单独地与起重机120耦合，使得支撑装置118和圆柱形主体114易于被单独地举起和降低至基座112。可替代地，任何一个或多个支撑板124或顶部板128上的有眼螺栓126a/126b共同地用于全面地举起和降低马格努斯型转子108至基座112。另外，尽管文中公开了有眼螺栓126a/126b，应当明白，诸如(但不限于)挂钩的任何适当偶联结构可以代替有眼螺栓126a/126b应用以将顶部板128或支撑板124耦合至起重机120的电缆122。所以，文中公开的有眼螺栓126a/126b事实上仅是示例性的，因此不会限制该公开。
如图2所示，基座112有益地包括开口130，开口130配置为使保修人员能够接近马格努斯型转子108的内部组件。开口130有益地具有适当大小和形状，以使保修人员能够更容易地接近马格努斯型转子108并从其退出，完成或执行位于马格努斯型转子108内的组件的保修。
进一步地，每个马格努斯型转子108包括通风口装置132，通风口装置132使得能够在操作中在至少一个马格努斯型转子108内发生空气146a的向上运动，使得空气146b的向上运动配置为对驱动装置147(如图3A所示)和/或马格努斯型转子108内的其他内部组件进行冷却。在图2所示的实施例中，通风口装置132可选择地设置在圆柱形主体114上布置的顶部板128中。通风口装置132可选择地包括多个开口134，多个开口134配置为使得能够进行相对于环境空气交换空气146b进出马格努斯型转子108的圆柱形主体114的向上运动。
此外，马格努斯型转子108可选择地包括在其上部区域140处的一个或多个通风叶片136。在图2的实施例中，通风叶片136被示出为径向地布置在顶部板128的中心处并连接到其上。通风叶片136配置为在独立于马格努斯型转子108的旋转方向的向上方向上引导空气146b的向上运动。在一示例性实施例中，根据圆柱形主体114旋转方向的改变转动通风叶片136。在另一示例性实施例中，通风叶片136构造并布置为使得外出空气146b的攻角保持不变，并配置为迫使空气146a从马格努斯型转子108内出来。
在某一实施例中，马格努斯型转子108的顶部板128可选择地额外包括其中限定的至少一个维修开口142。维修开口142有益地位于邻近通风叶片136的位置，并配置为使保修人员能够接近马格努斯型转子108的内部组件。与设置在基座112处的开口130一样，马格努斯型转子108上部区域140处的维修开口142具有适当大小和形状，以使得维护人员能够在维护和/或检查例程期间更加容易地进出马格努斯型转子108。
额外地，圆柱形主体114的上部区域140可选择地包括经由其限定的一个或多个孔洞144。孔洞144可选择地径向布置在圆柱形主体114的圆周上，并配置为对布置在马格努斯型转子108内的组件进行通风和/或提供冷却。孔洞144的尺寸和数量有益地适当选择，从而使得通过交换空气146b的向上流动进出马格努斯型转子108的圆柱形主体114而通过孔洞实现预定量的通风和/或冷却。例如，16个50mm直径的孔洞144每个都径向地布置并位于圆柱形主体114的圆周上。
如图3A所示，驱动装置147配置为使至少一个马格努斯型转子108旋转。驱动装置147包括与每个马格努斯型转子108相应的转子148，以便可操作为单独地驱使马达148以改变其相应马格努斯型转子108的旋转速度。当推进系统102应用于推进水上船只100时，每个马达148有益地可操作为供应机械驱动功率，并使马格努斯型转子108围绕它们相应的大致竖立轴线旋转。在本发明公开的某一实施例中，由每个马达148供应至相应马格努斯型转子108的机械驱动功率的范围为50kW至300kW。
推进系统102进一步包括耦合至驱动装置147的控制装置150。控制装置150有益地配置为控制驱动装置147，以改变至少一个马格努斯型转子108的旋转速度。控制装置150(例如)使用包括计算机硬件的一个或多个计算机设备来实现，计算机设备可操作为在永久的(即非瞬时的)机器可读数据存储媒体上执行一个或多个软件产品记录。计算机设备的典型实例包括(但不限于)个人电脑(PC)、掌上PC、台式电脑、笔记本电脑、平板电脑、平板手机电脑、超便携个人电脑(UMPC)和智能电话。因此，驱动装置147和控制装置150有益地配置为在水上船只100运行期间一起使单个马格努斯型转子108有选择地旋转并改变单个马格努斯型转子108的旋转速度。
为了执行它们各自的操作，推进系统102的多个组件有益地接收来自水上船只100的输电网络(图1未示出)的电流。电流通常可以由水上船只100的引擎(图1未示出)产生，并储存在耦合至输电网络的能量储存装置(未示出)中。
参考图3A和图3B,驱动装置147的马达148包含在圆柱形主体114的中空区域116中，并位于支撑装置118外面，使得马达148可接近以便进行维护。马达148布置成与圆柱形主体114上的孔洞144流体连通(例如空气流连通)，使得马达148的通风和/或冷却可以由通过空气146b向上流动进出圆柱形主体114而相对于环境大气进行热交换来实现。另外，马达148定位为与基座112的开口130连通。因此马达148相对于开口130的定位与其间限定的前述流体连通可以使保修人员能够在维修和/或检查例程期间更容易地接近。作为例子，在日常操作中，马达148的日常维护通过出入舱口来执行。例如当将马达替换成新替代马达时，实施例进一步能够通过向上举起圆柱形主体114并取出马达148来更换马达148。通过利用具有布置在支撑装置118外面的中空区域116使该替换成为可能。
继续参考图3A和图3B，应当明白，马达148通过带传动装置152耦合至马格努斯型转子108，以使马格努斯型转子108(即实际上是旋转体114)在操作中旋转，以推进水上船只100。带传动装置152可选择地包括围绕第一滑轮156和第二滑轮158缠绕的带154，其中第一滑轮156刚性连接至马达148的驱动轴160，第二滑轮158刚性连接至与支撑板124相关联的输入轴162。
如图3C所示，与支撑板124相关联的输入轴162向下延伸穿过支撑装置118的支持塔164，并刚性地附接至位于支持塔164的天花板166下方的第二滑轮158。如图所示，通过应用螺栓和螺母，支撑板124有益地可释放地附接至输入轴162，而第二滑轮158通过(例如，但不限于)花键或键有益地可释放地耦合至输入轴162。因此，当通过马达148使驱动轴160旋转时，第一滑轮156、带154和第二滑轮158一致地旋转以使输入轴162旋转。因此，与输入轴162附接的支撑板124已通过输入轴162赋予支撑板旋转以使马格努斯型转子108的圆柱形主体114旋转。所以，带传动装置152有益地配置为将旋转能量从马达148传递至圆柱形主体114，使得圆柱形主体114围绕马格努斯型转子108的支撑装置118旋转。
参考图3A和3C，圆柱形主体114是细长的并包括下部170。圆柱形主体114的下部170旋转地支撑在推进系统102的第一轴承装置172上。第一轴承装置172包括一个或多个滚柱轴承172a和止推轴承172b，统称为第一轴承装置172，位于输入轴162与支持塔164的天花板166之间。参照图2，止推轴承172b有益地配置为在大致竖直方向D1上将圆柱形主体114的重量支撑在支持塔164上，而滚柱轴承172a有益地配置为在大致水平方向D2上为圆柱形主体114提供支撑。第一轴承装置172由此可操作为使圆柱形主体114能够围绕支持塔164旋转。应当明白，第一轴承装置172配置为隔离输入轴162的旋转能传输至支持塔164，从而能够使支持塔164保持固定，同时圆柱形主体114围绕支持塔164旋转。
参照图2和图4，在一示例性实施例中，支撑装置118的下端174延伸至安装在甲板区域110上的基座112，同时第二轴承装置176被示出为与支持塔164的下部相关联。如文中早前公开的，基座112可选择地焊接至水上船只100的甲板区域110。在一示例性配置中，基座112可选择地包括盒状结构178和布置在其中的轴承容置部180。轴承容置部180有益地通过互连构件182焊接至盒状结构178。在一优选实施例中，互连构件182定位为与定位在甲板区域110下方的水上船只100的强化构件(未示出)重叠。互连构件182配置为为基座112提供刚度，使得轴承容置部180能够抵抗由马格努斯型转子108的重量和操作经受的力。
在图4的实施例中，参照图2，第二轴承装置176被示出为径向地布置在轴承容置部180内并可操作为抑制马格努斯型转子108的圆柱形主体114下端184相对于水上船只100的轴承容置部180或甲板区域110的横向运动。术语“横向运动”指图2所示的马格努斯型转子108的圆柱形主体114下端184在大致水平方向D2上的运动。抑制支持塔164的横向运动使马格努斯型转子108能够在基座112顶上保持稳定，使得圆柱形主体114可操作为在马格努斯型转子108运行期间围绕第一轴承装置172枢转。尽管图4的具体实施例公开了第二轴承装置176与基座112相关联，但是第二轴承装置176可选择地可替代地与支持塔164相关联，正如下文中结合图5A、5B和图6将描述的。
参照图5A、5B和图6A、6B，第二轴承装置176可选择地布置在支持塔164的下端174并连接到其上。第二轴承装置176包括弹性地安装的轴承轮或辊186的配置，轴承轮或辊186是可伸缩的，以使圆柱形主体114能够被安装至支持塔164和从支持塔164去除。图5A、5B只示出了两个轴承轮186，图6A示出了8个轴承轮186；文中公开的轴承轮186的数量事实上仅仅是示例性的，因此不会限制本公开。任何数量的轴承轮或辊186可选择地应用以形成第二轴承装置176。
现在把注意力放到图6A，其中，每个轴承轮或辊186被示出为通过臂188连接至支持塔164。另外，轴承轮或辊186可旋转地连接至臂188。描述本公开实施例的术语“轴承轮186”有益地统称为设置在轮(未示出)内的轴承。所以，轴承轮186可选择地配置为在臂188上枢转地旋转。臂188的第一端194通过枢转销196枢转地连接至支持塔164。臂188的第二端198包括旋转地设置在轴承座202内的螺栓200。螺栓200配置为与限定在支持塔164上的内部螺纹孔204螺纹地接合。当臂188围绕枢转销196枢转时，螺纹孔204可选择地与螺栓200的精确轨迹206对齐。多个这样的螺纹孔204可选择地设置在支持塔164中以与各个臂188上的螺栓200相对应。
另外，支持塔164可选择地包括多个限定在其上的孔208。孔208可选择地位于轴承轮或辊186的平面内，并定位为与相应轴承轮186的精确轨迹210对齐。孔208具有适当大小和形状，以使轴承轮或辊186能够穿过其中，使得当螺栓200与螺纹孔204螺纹地接合时，关联臂188上的轴承轮186局部或完全地设置在支持塔164外面，以便与圆柱形主体114的内表面212接触。轴承轮或辊186与圆柱形主体114的内表面212之间建立的接触有益地是滚动型接触，其中轴承轮或辊186配置为当圆柱形主体114旋转时执行靠着内表面212滚动运动。另外，为了调节接触的力，螺栓200有益地相对于支持塔164上的螺纹孔204旋紧或旋松。另外，通过旋紧或旋松第二轴承装置176的单个臂188，圆柱形主体114相对于支持塔164的对齐是容易调节的。此外，轴承座202可以在其中设置有弹簧(未示出)。弹簧可以远离螺纹孔204地轴向偏压相应的螺栓200并防止螺栓200相对于螺纹孔204偶然的运动。所以，弹簧有助于将螺栓200相对于螺纹孔204固定在其期望位置。另外，弹簧有助于使圆柱形主体114的运动和可能的振动平滑和平衡。
参考文中公开的臂188，当在支持塔164上方组装圆柱形主体114时，其可伸缩功能对于操作和/或保修人员是有益的。另外，臂188的可伸缩功能有益地使保修人员在诸如(但不限于)轴承轮或辊186损坏、破坏或磨损的情况下能够替换轴承轮或辊186。可选择地，为了有益地改善轴承轮或辊186的使用寿命，轮或辊以及其中的轴承由最优的耐磨损、摩擦、磨耗和/或其他经受来自滚动接触的力的危害的材料制成。用于轮和轴承的强健和/或轻质材料的一些实例可选择地包括(例如)相应的铝和橡胶。然而，许多其他本领域众所周知的材料有益地用于形成轮或辊以及轴承轮或辊186的轴承。
图6B示出了由图6A沿着线A-A’的剖视图。它示出了圆柱形主体114和轴承轮或辊186。滚道213已布置在圆柱形主体114的内表面212上，以使轴承轮或辊186能够运动。图进一步示出了轴承轮或辊186的轴线187。现在结合图5A至5B将解释根据本发明公开的示例性实施例安装至少一个马格努斯型转子108的方法步骤。在图5A中，具有描述事件S5.1到S5.3，而图5B中具有示例性方法期间遇到的事件S5.4到S5.5。在事件S5.1中，支持塔164定位为优选地与轴承容置部180轴向对齐并降低至基座112上。另外，第二轴承装置176的轴承轮或辊186保持收回状态，由此被示为位于支持塔164内。
在事件S5.2中，支持塔164被示为安装在轴承容置部180上。此时，支持塔164有益地通过螺栓(未示出)刚性连接至基座112。另外，轴承轮或辊186继续保持收回状态，即在支持塔164内。
在事件S5.3中，圆柱形主体114相对于支持塔164的输入轴162同轴地定位并降低至其上。图5A的事件S5.3所示的示例性实施例中，圆柱形主体114可选择地进一步包括配置为紧靠支撑板124的一对阻挡件191。
参照图5B，注意力特别地拉回事件S5.4。所述的一对阻挡件191被示出为紧靠支撑板124。阻挡件191与支撑板124一起配置为防止圆柱形主体114相对于支持塔164在向下方向上的进一步轴向运动。接下来，阻挡件191有益地螺栓连接至支撑板124以实现其间的刚性连接。其后，轴承轮或辊186有益地从它们的收回状态移动，如一对水平箭头所示。
在图5B的事件S5.5中，轴承轮或辊186被示出为相对于支持塔164局部地向外，并与圆柱形主体114的内表面212接触。如此，马格努斯型转子108有益地组装至水上船只100的甲板区域110。然而，应当明白前述事件S5.1到S5.3公开了组装步骤的示例性顺序。按照本发明公开其他组装方法也是可行的。例如，在将马格努斯型转子108整体降低至基座112上之前，将圆柱形主体114的阻挡件191螺栓连接至支撑板124上是可行的。
应当明白，事件S5.1至S5.5仅具有说明和解释的意义，因为在不脱离文中权利要求书范围的情况下，其中添加一个或多个步骤、去除一个或多个步骤、或者一个或多个步骤以不同顺序提供的其他替代也是能够预期的。
图5A和图5B仅仅是实例，不应不适当地限制文中权利要求书的范围。应当明白，用于组装时间的具体指定是为了示例性目的，不能解释为将组装过程限制于具体数字、类型或马格努斯型转子108组件布置的顺序。本领域技术人员应意识到本发明公开实施例的许多变型、替换和修改。
在图7中，示出了根据本发明公开的一实施例的将推进系统102安装到水上船只100中的方法700的步骤。在步骤702处，方法700包括：将支撑结构即基座112安装或改装至水上船只100的甲板区域110上，其中支撑结构包括设置在第二轴承装置176上方的第一轴承装置172。如文中早前公开的，第一轴承装置172可操作为适应圆柱形主体114围绕支持塔164的枢转运动，同时充分地承受向下指向的力，即圆柱形主体114的重量。第二轴承装置176可操作为抑制圆柱形主体114相对于支持塔164的横向运动以及由此承受横向力。
在步骤704处，方法700进一步包括将横向抑制组件即第二轴承装置176的轴承轮或辊186布置为收回状态的步骤，以能够将支撑装置118安装至水上船只100。如文中早前所述，第二轴承装置176有益地与水上船只100的甲板区域110上的基座112相关联。然而，第二轴承装置176可选择地可替代地位于支持塔164内并由此与支撑装置118相关联。
在步骤706处，方法700进一步包括将支撑装置118降低至支撑结构即基座112上，以与支撑容置部180接合。有益地，第二轴承装置176布置为非收回状态使得第二轴承装置176配置为接合至至少一个马格努斯型转子108的圆柱形主体114的下端184。
在步骤708处，方法700进一步包括：将至少一个马格努斯型转子108的圆柱形主体114降低至第一轴承装置172上并围绕第二轴承装置176，使得至少一个马格努斯型转子108可操作为围绕支撑装置118旋转。
应当明白，步骤702至708只是说明性的，在不脱离文中权利要求书范围的情况下，其中添加一个或多个步骤、去除一个或多个步骤、或者以不同顺序提供一个或多个步骤的其他替代可选择地被提供。
本发明公开的实施例可以用于多种目的，包括(但不限于)：能够更容易地将马格努斯型转子108安装至水上船只100的甲板区域110，同时提供改进的接近便利以便使保修人员接近马达148和/或马格努斯型转子108的其他内部组件。另外，本发明公开的实施例可以实现为：对驱动装置147和/或位于马格努斯型转子108内的其他组件提供通风和/或冷却，以便延长驱动装置147和/或其他组件的使用寿命。
接下来参照图8和图9示出了总体上由800表示的马格努斯型转子的可替代实施方式。马格努斯型转子800包括：总体上在转子800上部的第一轴承装置810，用于承受主要由转子800的重量引起的竖直向下指向的力，以及在横向方向抑制转子800；以及总体上在转子800下部的第二轴承装置，用于承受由转子800产生的横向力。转子800的内部区域是中空的，用于容纳包括梯子布置的支撑装置，以使保修人员能够接近位于转子800上部的马达820。可选择地，马达820在其旋转轴上设置有齿轮以驱动转子800的相对较大的齿轮，其中转子800的齿轮有益地大致紧邻地设置在第一轴承装置810下方。转子800设置有宽底座，宽底座例如具有转子800的外径的1.5至3倍范围的外径，从而易于安装或整体耦合至水上船只(例如水上船只100)的上甲板。
应当明白，第一轴承装置810和第二轴承装置830分别可选择地以可替代配置实现，如图10所示。在配置“A”中，第一轴承装置810使转子114能够枢转，同时在横向方向上抑制转子114；第二轴承装置830可操作为抑制转子114下端横向运动。在配置“B”中，转子114的重量由能够枢转但提供横向抑制的第一轴承装置810承载；第二轴承装置830可操作为抑制转子114在横向方向上的运动。在配置“C”中，第一轴承装置可操作为抑制转子114的横向运动，而第二轴承装置830可操作为支撑转子114的重量并抑制转子114下端的横向运动。根据本发明公开，第一轴承装置810和第二轴承装置830的其他实施方式也是可行的。
在不脱离所附权利要求书限定的本发明公开的范围的情况下，可以对前面描述的本发明公开的实施例进行修改。诸如用于描述和要求本发明公开的“包括”、“包含”、“合并”、“组成”、“具有”、“是”的表达意在以非专有方式解释，即考虑到未明确描述的项目、组件或元素也是存在的。关于单数也解释为与复数有关。

Claims (18)

1.一种用于水上船只(100)的推进系统(102)，其中所述推进系统包括至少一个马格努斯型转子(108)，所述马格努斯型转子(108)包括圆柱形主体(114)并且可操作为绕相应的大致竖立轴线旋转；使所述至少一个马格努斯型转子旋转的驱动装置(147)；以及控制装置(150)，用于控制所述驱动装置以改变所述至少一个马格努斯型转子旋转的速度和/或方向，其特征在于，所述至少一个马格努斯型转子包括在其中的中空区域(116)，并旋转地支撑在延伸至所述中空区域中的支撑装置(118)，并且用于使至少一个马格努斯型转子旋转的所述驱动装置的至少一个马达(148)包括在所述中空区域中并位于所述支撑装置外面，并且所述至少一个马达可接近以便进行维修，并且所述至少一个马格努斯型转子在该转子的上部区域中包括通风口装置(132)，所述通风口装置能够在操作中在所述至少一个马格努斯型转子内使得空气向上运动到所述圆柱形主体(114)中和从所述圆柱形主体(114)出来，以便使所述驱动装置和/或其他内部组件通风和冷却。
2.根据权利要求1所述的推进系统，其特征在于，所述至少一个马达通过带驱动器(152)、链驱动器或齿轮装置耦合至使所述至少一个马格努斯型转子，以在操作中使所述至少一个马格努斯型转子旋转以便推进所述水上船只。
3.根据权利要求1或2所述的推进系统，其特征在于，所述至少一个马格努斯型转子是细长的并包括上部，所述上部被支撑在设置在所述至少一个马格努斯型转子与所述支撑装置之间的第一轴承装置(172)上，所述支撑装置的下端连接至安装在水上船只的甲板区域(110)上的基座(112)。
4.根据权利要求3所述的推进系统，其特征在于，所述第一轴承装置可操作为承受所述至少一个马格努斯型转子的大部分重量，第二轴承装置(176)可操作为抑制所述马格努斯型转子的下端的横向运动，使得所述至少一个马格努斯型转子可操作为能够围绕所述第一轴承装置旋转。
5.根据权利要求4所述的推进系统，其特征在于，所述第二轴承装置包括弹性地安装的轴承轮(186)的配置，所述轴承轮是可伸缩的，以使所述马格努斯型转子能够被安装在所述支撑装置上和从所述支撑装置去除。
6.根据权利要求1或2所述的推进系统，其特征在于，所述至少一个马格努斯型转子具有2.5米至7.0米范围的直径，并具有15米至40米范围的高度。
7.根据权利要求1或2所述的推进系统，其特征在于，当所述推进系统应用于推进所述水上船只时，所述驱动装置的所述至少一个马达可操作为向所述至少一个马格努斯型转子供应50kW至300kW范围的机械驱动功率。
8.根据权利要求1或2所述的推进系统，其特征在于，至少一个马格努斯型转子包括一个或多个通风叶片(136)和/或多个能够使空气向上运动交换的孔(134)和/或在其上部区域的至少一个检修开口(140)。
9.根据权利要求3所述的推进系统，其特征在于，所述第一轴承装置包括至少两组滚柱轴承(172a)，其中成组的所述滚柱轴承的旋转轴线成角度地设置以便能够在操作中使所述至少一个马格努斯型转子围绕所述第一轴承装置枢转，但阻止所述至少一个马格努斯型转子相对于所述支撑装置的横向运动。
10.根据权利要求1所述的推进系统(102)，其中，所述推进系统包括：至少一个马格努斯型转子(108)，所述至少一个马格努斯型转子可操作为绕相应的大致竖立轴线旋转；使所述至少一个马格努斯型转子旋转的驱动装置(147)；以及控制装置(150)，所述控制装置用于控制所述驱动装置以改变所述至少一个马格努斯型转子旋转的速度，其特征在于，支撑装置(118)是细长的并包括下部，所述下部支撑在安装在水上船只的甲板区域(110)的基座(112)上。
11.根据权利要求10所述的推进系统，其特征在于，第一轴承装置(172)可操作为承受所述至少一个马格努斯型转子的大部分重量，第二轴承装置(176)可操作为抑制所述支撑装置的下端的横向运动，使得所述至少一个马格努斯型转子可操作为能够围绕所述第一轴承装置枢转。
12.根据权利要求10或11所述的推进系统，其特征在于，所述至少一个马格努斯型转子包括其中的中空区域(116)，并旋转地支撑在延伸至所述中空区域中的所述支撑装置，用于使所述至少一个马格努斯型转子旋转的所述驱动装置的至少一个马达(148)包含在所述中空区域中并位于所述支撑装置外面，其中所述至少一个马达可接近以便进行维修。
13.根据权利要求11所述的推进系统，其特征在于，所述第二轴承装置包括弹性地安装的轴承轮(186)的配置，所述轴承轮是可伸缩的，以使所述马格努斯型转子能够被安装在所述支撑装置上和从所述支撑装置去除。
14.根据权利要求13所述的推进系统，其特征在于，所述弹性地安装的轴承轮的配置包括旋转地安装至可调节臂(188)上的一个或多个轮或辊。
15.根据权利要求11所述的推进系统，其特征在于，所述第一轴承装置包括两组滚柱轴承(172a)，其中成组的所述滚柱轴承的旋转轴线成角度地设置以便能够在操作中使所述至少一个马格努斯型转子围绕所述第一轴承装置枢转，但阻止所述至少一个马格努斯型转子相对于所述支撑装置的横向运动。
16.一种将根据权利要求1的推进系统安装至水上船只的方法，其特征在于，所述推进系统包括：至少一个马格努斯型转子，所述马格努斯型转子包括圆柱形主体，并包括在该转子的上部区域中的通风口装置(132)，所述通风口装置能够在操作中在所述至少一个马格努斯型转子内使得空气向上运动到所述圆柱形主体(114)中和从所述圆柱形主体(114)出来，以便使所述驱动装置和/或其他内部组件通风和冷却，并且所述转子可操作为绕相应的大致竖立轴线旋转；使所述至少一个马格努斯型转子旋转的驱动装置；以及控制装置，用于控制所述驱动装置以改变所述至少一个马格努斯型转子旋转的速度，其中所述方法包括：
(i)将基座安装或改装至所述水上船只的甲板区域上；
(ii)将支撑结构安装或改装至所述基座上，所述支撑结构包括在第二轴承装置上方的第一轴承装置，其中所述第一轴承装置可操作为适应于枢转运动，所述第二轴承装置可操作为适应于横向运动，并且其中所述第一轴承装置可操作为承受向下指向的力，所述第二轴承装置可操作为承受横向力；
(iii)将所述第二轴承装置的横向抑制组件布置为处于回缩状态；
(iv)降低所述至少一个马格努斯型转子至与所述支撑装置联合设置的所述第一轴承装置和所述第二轴承装置，使得所述至少一个马格努斯型转子可操作为围绕所述支撑装置旋转；和
(v)将所述第二轴承装置布置为处于未缩回状态，以便接合至所述马格努斯型转子的下端。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述方法包括：在所述至少一个马格努斯型转子与所述支撑装置之间耦合驱动装置的至少一个马达，以使至少一个马格努斯型转子在操作中相对于所述支撑装置旋转，其中所述至少一个马格努斯型转子包括在其中的中空区域，并且旋转地支撑在延伸至所述中空区域中的支撑装置，并且用于使所述至少一个马格努斯型转子旋转的所述驱动装置的至少一个马达包含在所述中空区域中并位于所述支撑装置外面，其中所述至少一个马达可接近以便进行维修。
18.根据权利要求16或17所述的方法，其特征在于，所述方法包括通过枢转地和/或横向地和/或径向地将轴承轮的配置从回缩状态移动至接合状态来接合所述第二轴承装置，其中所述轴承轮接合至所述至少一个马格努斯型转子的下端上。
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