CN106715260A - 包括推进单元的船舶 - Google Patents

Abstract

一种包括推进单元(10)的船舶，该推进单元具有螺旋桨(14)，其中推进单元设置成被枢转至第一部署定向和第二缩回定向之间的任何定向，其中在第一定向中螺旋桨在推力方向上提供推力以移动船舶，且在第二定向中绕枢转轴线(17)枢转，其中枢转轴线接近位于螺旋桨附近或螺旋桨处的螺旋桨轴承，使得在第二定向中，推进单元基本与船舶的船壳(2)齐平，其中通过适于允许推进单元在第一定向和第二定向之间枢转的方式提供用于给推进单元提供推力的能量。本发明进一步涉及这种船舶的使用，其特别地适用于深水和浅水的组合运行。

Description

包括推进单元的船舶

技术领域

本发明涉及安装在水运船舶船壳的浸没部分上的推进单元，该推进单元包括枢转地安装于船壳的螺旋桨喷管、旋转地设置在喷管内部的螺旋桨、用于驱动螺旋桨的驱动装置以及用于控制螺旋桨喷管的定向的部署机构。本发明进一步涉及包括这种推进单元的船舶。

背景技术

水运船舶通常既运行在浅水中又运行在深水中，例如海洋、近海水域以及河流。当船舶运行在相对较深的水域中时，最常使用螺旋桨来提供推力，以使船舶能够移动。螺旋桨的尺寸与获得的推力相关，且可能需要大型螺旋桨来提供必要的推力。采用大型螺旋桨可能导致螺旋桨在船壳的最低点以下延伸，使螺旋桨处于船舶的最下点。因此，螺旋桨确定船舶的吃水，使得螺旋桨易受撞击。当船舶运行在足够水深中时这通常不是问题，但是当船舶临近陆地或跨过浅水区域运行时，可能产生最小化船舶的吃水的需求。

在这点上，US5397255公开了一种安装在可伸缩杆上的螺旋桨。其他现有解决方案包含通过折叠螺旋桨来改变螺旋桨的直径，如在US4565531中公开的那样。

上述解决方案具有多种缺点，特别是在螺旋桨直径被制造的较大以提供更多推力的情况下。可伸缩螺旋桨将需要沉重的附接件从而吸收来自螺旋桨的力并且确保螺旋桨在使用过程中保持在原位。因此，用于水运船舶的改进的推进单元将是有利的。

发明目的

本发明的目的是提供一种用于水运船舶的推进单元，其允许推进单元的螺旋桨移动，以减少船舶的吃水。

发明内容

因此，在本发明的第一方面中，旨在通过提供一种安装在水运船舶的船壳的浸没部分上的推进单元来获得上述目的和多种其他目的，该推进单元包括枢转地安装于船壳的螺旋桨喷管、可旋转地设置在喷管内部的螺旋桨、用于驱动螺旋桨的驱动装置以及用于控制螺旋桨喷管的定向的部署机构，其中螺旋桨喷管围绕与螺旋桨喷管相交的喷管枢转轴线在部署定向与缩回定向之间枢转，在部署定向中螺旋桨设置在适于提供使船舶移动的推力的基本竖直位置，在缩回定向中螺旋桨设置在倾斜的或基本水平的位置，以减少船舶的吃水。

由此提供了一种改进的推进单元，特别是更有效的推进单元，其中可以利用相对较大的螺旋桨直径，而同时适应较低的水深。推进单元特别适用于既运行在深水也运行在浅水中的船舶。在正常运行期间，推进单元下翻。这允许比传统推进单元大得多的螺旋桨直径。

螺旋桨和螺旋桨喷管可被转动，以减少船舶的吃水，且由于本发明的特点，因此螺旋桨和螺旋桨喷管的转动半径变得尽可能小，以帮助减小需要容纳推进单元的空间。

进一步，喷管枢转轴线可以在垂直于螺旋桨的旋转轴线方向的方向上延伸。同样，喷管枢转轴线可以在基本横切于水运船舶航行方向的方向上延伸。

在上述推进单元的一个实施方式中，喷管枢转轴线可以偏离螺旋桨的旋转轴线。相比于其中枢转轴线与螺旋桨的旋转轴线重合的推进单元，通过利用偏离，用于螺旋桨喷管的枢转轴线附接点可以设置成更靠近船舶的船壳。具有更靠近船壳的附接点使得推进单元和船壳之间更好地传递力。由此，支撑结构的尺寸可减小，这可以改进船壳的流体动力特性并且减少阻力。另外，当螺旋桨喷管处于缩回定向时，减小支撑结构的尺寸可以减少船舶的吃水。总之，偏离的旋转轴线能使用较大的螺旋桨，这可以是有利的。

在另一个实施方式中，枢转轴线可以与螺旋桨的旋转轴线相交。

另外，螺旋桨可以是轮圈驱动的，并且在该实施方式中，驱动装置可以是永磁电动机。利用永磁体的轮圈驱动的螺旋桨的原理先前已经在申请人的公布号为WO2010/13480A2的国际专利申请中公开。

在一个实施方式中，固定永磁体可以设置在螺旋桨喷管中，且螺旋桨可以安装在设置有永磁体并且可旋转地设置在螺旋桨喷管中的螺旋桨外罩中。由此提供了用于螺旋桨外罩的轴承。进一步，提供轮圈驱动的螺旋桨的优点是相比于安装有传统的轴且中心驱动的螺旋桨来说优化了力矩的传递。当使用大型螺旋桨时，力矩的传递变得更重要。在这点上，已经示出的是在具有根据本发明的推进单元的船舶中，所需动力可降低大约20％，同时保持了船舶的推力。这大大节约了空间、材料使用、燃料消耗等。另外，其他优点包括降低噪音和振动，并且能主动补偿船舶的起伏。

更进一步，螺旋桨喷管可以适于被附接于从船壳的浸没部分伸出的支撑结构。

在另一个实施方式中，螺旋桨可以安装在由在螺旋桨喷管内部延伸的支撑结构支撑的可旋转的螺旋桨轴上，并且驱动装置可以是设置用于使螺旋桨轴旋转的电动机。

此外，推进单元可以适于围绕基本垂直的方位轴线枢转地安装于船壳的浸没部分，从而提供方位推进器的功能。由此，来自推进单元的推力的方向可以指向不同于螺旋桨所提供方向的其他方向，这可用于增强船舶的转向。

本发明进一步涉及一种水运船舶，例如海上补给船舶或移动式海上钻井单元，其包括一个或多个上述推进单元。

本发明的不同方面可以各自与其他任何方面结合。本发明的这些方面和其他方面将通过参照下文中描述的实施方式的解释变得显而易见的。

附图说明

现在将参照附图更详细地描述根据本发明的船舶上的推进单元。附图示出本发明实施方式的例子，且不解释为限制落入所附权利要求组的范围内的其他可能的实施方式。

图1示出安装在船舶上的两个推进单元；

图2a和2b示出包括推进单元的船舶；

图3a和3b示出推进单元的不同定向；

图4a和4b表示根据本发明的一个实施方式的推进单元的推动轴线和枢转轴线之间的关系；

图5a示出推进单元；并且

图5b和5c各自示出沿线AA’和B截取的图5a的推进单元的横截面。

具体实施方式

图1示出在船舶1的船尾部分中安装在船壳2的浸没部分上的两个推进单元。每个推进单元都包括枢转地安装的螺旋桨喷管13和设置在喷管内部的可旋转的螺旋桨14。部署机构15被设置为用于使螺旋桨喷管和螺旋桨在部署定向和缩回定向之间绕喷管枢转轴线17枢转。参照图2a和2b，在图2a中示出的部署定向中，螺旋桨设置在基本竖直的位置，适用于提供使船舶移动的推力，并且在图2b中示出的缩回定向中，螺旋桨设置在倾斜或基本水平的位置，以减少船舶的吃水D。推进单元进一步包括将在下文进一步描述的用于驱动螺旋桨的驱动装置16。

如从图1中观察到的，推进单元10被示出为安装在从船壳2伸出的中心支撑结构30和侧面支撑结构31之间。然而，推进单元也可通过不背离本发明的范围的多种其他方式安装在船壳上。喷管突起131从螺旋桨喷管13伸出并且提供用于附接于支撑结构的附接点。本领域技术人员容易理解的是，螺旋桨喷管采用必要的轴承来安装，以提供枢转运动。被设置为使螺旋桨喷管移动的部署机构15在图4b中进一步详细地示出。示出的部署机构包括安装在喷管突起131上的枢转臂151，其也被连接至线性致动器，例如液压缸152。当液压缸的活塞153基于所关联的液压泵的运行而向前或向后移动时，活塞的运动被传递给枢转臂151，其促进螺旋桨喷管13和螺旋桨14的运动。螺旋桨喷管和螺旋桨绕与螺旋桨喷管相交的喷管枢转轴线17转动。如从图4a中观察到的，枢转轴线在垂直于螺旋桨的旋转轴线142的方向上延伸。因此，当螺旋桨在部署定向和缩回定向之间移动时，也可被表示为螺旋桨的推力方向的、螺旋桨142的旋转轴线的方向逐渐改变。取决于推进单元如何安装在船舶上，喷管的枢转轴线也可以在基本横切于水运船舶航行方向的方向上延伸。

图2a和2b示出螺旋桨喷管从图2a中的部署定向至图2b中的缩回定向的运动如何使包括根据本发明的一个或多个推进单元的船舶的吃水D减少。在图2a中，螺旋桨喷管的最下点决定船舶的吃水，其中，在图2b中，螺旋桨喷管的先前的最下点现在位于船舶的最下点之上，因此吃水D减少。

图4a和4b示出枢转轴线17可以如何与螺旋桨的旋转轴线142偏离了偏离距离r。枢转轴线越靠近旋转轴线设置，推进单元的定尺力矩(dimensioning moment)可以越小。相比经常被支撑于高于螺旋桨的单点处的传统可伸缩方位推进器，本发明的推进单元的定尺力矩可以不大于1/10。偏离距离r可以小于或等于所述螺旋桨最大直径的一半。例如，偏离距离r可以在0至1.5米的范围内。用于推进单元的支撑布置必须相对于螺旋桨喷管和螺旋桨绕枢转轴线的力矩来确定尺寸，小的偏离距离r确保力矩相对较小。进一步，随着枢转轴线17被定位为相对临近船壳，需要使螺旋桨喷管和螺旋桨枢转的力相比于传统可伸缩方位推进器来说相对较小，并且通过在两个点被附接于船壳，推进单元提供坚固和强力的结构。此外，螺旋桨喷管的附接点以及枢转轴线17的方向的布置能使螺旋桨喷管和螺旋桨在缩回定向中基本与船壳的形状和角平齐。

可在本发明的范围内采用用于驱动螺旋桨的多种驱动装置和构造。参照图5a-5c，根据一方面，螺旋桨可以通过永磁电动机被轮圈驱动。推进单元10被示出为包括沿螺旋桨喷管的内圆周设置的固定永磁体163，螺旋桨14安装在可旋转地设置在螺旋桨喷管内部的螺旋桨外罩161中。螺旋桨外罩的外圆周设置有旋转永磁体162，并且固定永磁体和旋转永磁体一同提供用于螺旋桨外罩的轴承，其能够吸收轴向和径向负荷。

进一步，螺旋桨喷管构成定子164，其包括用于提供适于使螺旋桨外罩旋转的旋转磁场的线圈，螺旋桨外罩包括永磁体从而构成转子。通过控制线圈中经过的电流，螺旋桨外罩可被旋转并提供用于驱动螺旋桨的永磁电动机。

在另一实施方式(未示出)中，用于支撑螺旋桨轴的结构被设置在螺旋桨喷管内。螺旋桨轴设置在喷管中心，并且支撑结构从螺旋桨喷管的圆周朝中心延伸，以支撑螺旋桨轴。螺旋桨轴可支撑在沿螺旋桨轴的多个点上。螺旋桨安装在螺旋桨轴上并且驱动装置是设置为使螺旋桨轴旋转的电动机。

图3a和3b示出电源线165如何向驱动装置16供应动力，该驱动装置16例如是永磁电动机。电源线经由螺旋桨喷管突起的附接点从船壳的内部走线至推进单元。如本领域技术人员所设想的，必须通过适于允许螺旋桨喷管枢转的方式来供应用于驱动螺旋桨的动力。可以有多种选择，例如液压、气动以及电力驱动，其中软管或线路可适于允许推进单元的枢转。

在图中，根据本发明实施方式的推进单元被示出为设置在船舶的后部作为主推进源。然而，根据本发明的推进单元也可用于在别处提供推力，例如作为船首推进器，以通过提供横向推动力来减小转向半径或方便停泊。

虽然本发明已经结合具体实施方式进行了描述，但是本发明不应当解释为以任何方式被限制于所提供的例子。本发明的范围由随附的权利要求组表述。在权利要求的上下文中，术语“包括”或“包括有”不排除其他可能的元件或步骤。同样，提及的参考，例如“一”或“一个”等不应当解释为排除多个。在权利要求中相对于附图中所指示的元件使用附图标记也不应当解释为限制本发明的范围。此外，在不同权利要求中提及的单独的特征可能有利地相结合，并且在不同权利要求中提及的这些特征不排除不可能和有利的特征组合。

10 推进单元

11 舵元件

13 喷管

131 喷管突起

14 螺旋桨

141 螺旋桨叶片

142 螺旋桨的旋转轴线

15 部署机构

151 枢转臂

152 液压缸

153 活塞

16 驱动装置

161 可旋转螺旋桨外罩

162 旋转永磁体

163 固定永磁体

164 定子

165 电源线

17 枢转轴线

18 枢转驱动机构

30 中心支撑结构

31 侧面支撑结构

Claims (11)

1.一种推进单元(10)，其用于安装在水运船舶(1)的船壳(2)的浸没部分上，该推进单元包括：

-用于枢转地安装于船壳的螺旋桨喷管(13)；

-可旋转地安装在喷管(13)内部的螺旋桨(14)；

-用于驱动螺旋桨的驱动装置(16)；以及

-用于控制螺旋桨喷管的定向的部署机构(15)，

其中螺旋桨喷管围绕与螺旋桨喷管相交的喷管枢转轴线(17)在部署定向与缩回定向之间枢转，在部署定向中螺旋桨设置在适于提供使船舶移动的推力的基本竖直位置，在缩回定向中螺旋桨设置在倾斜的或基本水平的位置，以减少船舶的吃水(D)。

2.根据权利要求1所述的推进单元(10)，其中喷管枢转轴线在垂直于螺旋桨的旋转轴线(142)方向的方向上延伸。

3.根据权利要求1或2所述的推进单元(10)，其中喷管枢转轴线在基本横切于水运船舶航行方向的方向上延伸。

4.根据前述权利要求中任一项所述的推进单元(10)，其中喷管枢转轴线偏离螺旋桨的旋转轴线。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的推进单元(10)，其中枢转轴线与螺旋桨的旋转轴线相交。

6.根据前述权利要求中任一项所述的推进单元(10)，其中螺旋桨是被轮圈驱动的，并且驱动装置是永磁电动机。

7.根据权利要求6所述的推进单元(10)，其中固定永磁体(163)设置在螺旋桨喷管中，并且螺旋桨安装在螺旋桨外罩(161)中，该螺旋桨外罩(161)设置有旋转永磁体(162)且可旋转地设置在螺旋桨喷管的内部。

8.根据前述权利要求中任一项所述的推进单元(10)，其中螺旋桨喷管适于附接于从船壳的浸没部分伸出的支撑结构。

9.根据权利要求1-5中任一项所述的推进单元(10)，其中螺旋桨安装在可旋转的螺旋桨轴上，该螺旋桨轴由在螺旋桨喷管内部延伸的支撑结构支撑，并且其中驱动装置是设置用于使螺旋桨轴旋转的电动机。

10.根据前述权利要求中任一项所述的推进单元(10)，其适于围绕基本垂直的方位轴线被枢转地安装于船壳，从而提供方位推进器的功能。

11.一种水运船舶，例如海上补给船舶或移动式海上钻井单元，其包括一个或多个根据权利要求1-10中任一项所述的推进单元。