CN107512380B - 一种全方位推进器、船舶及浮式平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可以为船舶或平台产生六自由度方向力(矩)的推进器类型。通过推进器回转机构和主传动机构之间的配合，船舶或平台能够实现升沉、左右、前后、横摇、纵摇及首摇方向的灵活运动。主要包括：推进器吊舱、该推进器吊舱通过传动机构固定于回转机构下方；工作时，所述的传动组件带动推进器吊舱俯仰、所述回转机构带动推进器吊舱水平旋转至特定角度，传动机构带动推进器吊舱俯仰至特定角度，使得推进器吊舱产生纵荡、横荡、首摇、垂荡、横摇及纵摇力矩。所述的全方位推进器配合船舶/浮式平台姿态感知系统，可以在高海况下配合船身/平台的外形特征，旋转至特定的空间角度产生相应力矩，增强船舶/平台的稳性。

Description

一种全方位推进器、船舶及浮式平台

技术领域

本发明涉及一种船舶及海洋工程平台使用的推进器，特别涉及一种可以为浮体产生六自由度方向力(矩)的推进装置。涉及专利分类号B作业；运输B63船舶或其他水上船只；与船有关的设备B63H船舶的推进装置或操舵装置B63H23/00从推进动力设备至推进部件的动力传递B63H23/02用机械传动装置的。

背景技术

在船舶与海洋工程领域，用于船舶或海洋平台动力定位的推进器一般只可以产生水平面内的三个自由度(纵荡、横荡及首摇)的力(矩)。然而，对于有其他三个自由度的面外运动时(垂荡、横摇及纵摇)，也需要在对应的自由度施加推进器的推力作用来满足定位精度的要求。在环境力较小时，传统的控制方法可以通过作用于船体或平台底部的推进器推力来间接对纵摇或横摇运动进行控制。然而，当环境载荷过大时，传统的控制方法已无法使船舶及海洋平台达到定位精度要求，且能耗急剧增加。

目前，有的推进器装置采用双导管吊舱推进器，这种推进器虽可以使平台或船舶产生垂荡或升沉的力，然而由于其垂向推力是总推力的一个分力，另一个分力将会被对称布置抵消掉，因此，造成了较大的能源浪费。另外，这种推进器需要两个螺旋桨会造成浪费，并降低了结构的可靠性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有推进器类型的不足，提供一种可以为船舶或平台产生六自由度方向力(矩)的推进器类型。通过推进器回转机构和主传动机构之间的配合，船舶或平台能够实现升沉、左右、前后、横摇、纵摇及首摇方向的灵活运动。

主要包括：

推进器吊舱、该推进器吊舱通过传动机构固定于回转机构下方；

工作时，所述的传动组件带动推进器吊舱俯仰、所述回转机构带动推进器吊舱水平旋转至特定角度，传动机构带动推进器吊舱俯仰至特定角度，使得推进器吊舱产生纵荡、横荡、首摇、垂荡、横摇及纵摇力矩。

所述的全方位推进器配合船舶/浮式平台姿态感知系统，可以在高海况下配合船身/平台的外形特征，旋转至特定的空间角度产生相应力矩，增强船舶/平台的稳性。

作为优选的实施方式，本发明还设有伸缩机构，即所述的回转机构通过伸缩机构固定于船舶或平台底部。作为优选的实施方式，可选择液压缸。在推进器使用时，伸缩机构/液压缸伸出，将所述的全方位推进器固定在特定深度或者说预定的工作深度，可以减少推进器吊舱在非工作状态下的暴露机会，增加使用寿命，减少船体或平台的特定阻力。另外，配合前述的姿态感知系统，可以控制伸缩机构在工作过程中的伸缩长度，以便于产生更为精确的力矩。

作为优选的实施方式，所述的回转机构包括齿圈；齿圈可以有一个或者多个驱动齿轮驱动，进而带动推进器吊舱旋转至指定的水平方向。

考虑到，推进器吊舱在运行过程中改变水平方向的阻力较大，作为优选的实施方式，所述的驱动齿轮为多个，呈中心对称或者旋转对称设置(齿轮系正投影)，在转向过程中，多个驱动齿轮共同驱动齿圈旋转，进而带动推进器吊舱水平旋转至特定角度。

作为优选的实施方式，所述的传动机构为链传动机构，包括设置在回转机构内部，能够跟随回转机构水平旋转的主链轮、设置在连接件中的链条，以及设置在推进器吊舱两侧的从链轮。工作过程中，主链轮通过链条带动从链轮转动改变所述的推进器吊舱的俯仰角度，并通过电磁制动装置将此俯仰角度进行固定。

作为优选的实施方式，还具有承重构件，该构件与上述的回转机构刚性连接，与推进器吊舱面接触，并在构件内部安装电磁制动装置，用于将推进器吊舱固定于某一俯仰角。回转机构下端与推进器吊舱通过防水装置水密连接。

一种船舶，船舶周边和/或底部设有所述的全方位推进器。全方位推进器可选择安装在船舶尾部(可选择在船底后端)，与传统的三轴或者四轴推进器的结构类似，作为船舶前进的部分或全部动力；通过调节水平角度和俯仰角度，稳定船身姿态。

也可在船身侧舷的下方位置对称设置全方位推进器，正常航行过程中，侧舷的全方位推进器收起，减少航行阻力；高海况下或者特定使用状态下，侧舷全方位推进器伸出并工作，产生前述的六个方向力矩，保持船舶稳定。

一种浮式平台，平台的底部和/或周边设有所述的全方位推进器。全方位推进器的安放位置和布置形式，根据浮式平台的种类不同，具有对应的选择。

在截面呈对称中心或者旋转对称的浮式平台方案中，比如单柱型平台中，在浮式平台的底部的几何中心位置设置一全方位推进器，可用于抵抗竖直方向的垂荡以及增加横向的力矩。

在其它形式浮式平台中，除了可选择在底部中央位置设置外，可考虑在浮式平台侧壁或者底部的周边对称设置全方位推进器，配合姿态传感器，增加浮式平台的稳定性。

附图说明

为了更清楚的说明本实用新型的实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图

图2为全方位推进器收入船舱内的结构示意图

图3为全方位推进器侧视图

图4为全方位推进器正视图

图5为全方位推进器产生某角度推力的工作示意图

图中：

1、伸缩机构，101、液压缸，102、液压缸加强支架，2、回转机构，201、回转机构支架，202、第一回转电机，203、第二回转电机，204、第一直齿轮，205、第二直齿轮，206、第三直齿轮，207、第一吊舱，208、第一轴承，3、主传动机构，301、推进器吊舱，302、主电机，303、联轴器，304、螺旋桨轴，305、螺旋桨桨毂，306、螺旋桨桨叶，307、螺旋桨导管，308、连接支架，309、第一整向电机，310、第一减速器，311、第一主动链轮，312、第一链条，313、第一从动链轮，314、第二整向电机，315、第二减速器，316、第二主动链轮，317、第二链条，318、第二从动链轮，319、第一电磁制动装置，320、第二电磁制动装置，321、防水装置，322、第一承重构件，323、第二承重构件。

具体实施方式

为使本实用新型的实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：

实施例1，在本实施例中给出了权方位推进器的结构描述，带有该全方位推进器的船舶和浮式平台，本领域技术人员完全可根据实际情况给出相应的结构。

如图1-图5所示，一种全方位推进器，具备如下功能：

可伸缩功能：液压缸101带动全回转支架201实现升降运动，并可以在任意伸长长度锁定。

全回转功能：第一回转电机202固定于全回转支架201上，可带动第一直齿轮204转动，第二回转电机203对称固定于全回转支架上，可带动第二直齿轮205转动，第一直齿轮204和第二直齿轮205与第三直齿轮206(第一、第二直齿轮即为前述的驱动齿轮，第三直齿轮即为前述齿圈)同时啮合，带动第三直齿轮206转动。其中，第三直齿轮206内嵌于第一吊舱207端部结构中，因此第三直齿轮206带动第一吊舱207机构共同旋转，进一步地，第一吊舱207带动螺旋桨305旋转使其方位角改变，实现全回转功能。

全方向功能：主电机302输出轴通过联轴器303带动螺旋桨轴304旋转，螺旋桨轴304带动螺旋桨桨毂305旋转，螺旋桨桨叶306固装在螺旋桨桨毂305上，进而带动螺旋桨桨叶306旋转。螺旋桨导管307通过连接支架308固定于推进器吊舱301上，保持结构稳定性。第一整向电机309通过第一减速器310带动第一主动链轮311，通过第一链条312带动第一从动链轮313旋转，与此同时，第二整向电机314通过第二减速器315带动第二主动链轮316，通过第二链条317带动第二从动链轮318旋转，第一从动链轮313和第二从动链轮318共同带动与其刚性固定的推进器吊舱301，绕从动链轮轴线旋转，从而产生垂直于水平面的任意角度的俯仰角，并通过第一电磁制动装置319和第二电磁制动装置320固定推进器吊舱。同时通过第一承重构件322和第二承重构件323承担推进器吊舱301竖直方向的力。与全回转功能配合，进而可产生任意方向的螺旋桨推力。

实施例

为了更加直观地说明本发明专利所述的全方位推进器、船舶及浮式平台在保证船舶或浮式平台良好的定位效果的情况下，相比传统的全方位推进器可以有更低的能耗。

现采用目前已经验证的通用势流边界元理论数值模拟得到中国南海一年一遇台风海况(见表1)下，传统推进器和本发明专利所述的全方位推进器、船舶及浮式平台在纵荡、垂荡、纵摇三个自由度方向的运动最大值、最小值、极差值、平均值、均方差值，以及所需要的能耗值，展示如表2.从表2中可以看出，与传统全回转推进器相比，本发明专利所述的全方位推进器、船舶及浮式平台在保证船舶或浮式平台使得船或平台在纵荡、垂荡、纵摇三个自由度有较小的运动响应的情况下，能耗有明显的降低。因此，这表明本发明的创新全方向设计能够大幅降低动力定位过程所需的能耗。

表1中国南海一年一遇台风海况JONSWAP谱(风速21.87m/s)

表2传统全回转推进器与本发明专利用于定位过程的定位效果和能耗对比

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种全方位推进器，固定于船体或平台底部，其特征在于包括：

推进器吊舱、该推进器吊舱通过传动机构固定于回转机构下方；

工作时，所述的传动机构带动推进器吊舱俯仰、所述回转机构带动推进器吊舱水平旋转至特定角度，传动机构带动推进器吊舱俯仰至特定角度，使船体或平台产生纵荡、横荡、首摇、垂荡、横摇及纵摇力矩。

2.根据权利要求1所述的全方位推进器，其特征还在于：所述的回转机构通过伸缩机构固定于船舶或平台底部。

3.根据权利要求2所述的全方位推进器，其特征还在于：所述的伸缩机构为液压缸。

4.根据权利要求1所述的全方位推进器，其特征还在于：所述的回转机构具有一齿圈；齿圈设有多个驱动所述齿圈转动的驱动齿轮。

5.根据权利要求4所述的全方位推进器，其特征还在于：所述的多个驱动齿轮中心对称或旋转对称。

6.根据权利要求1所述的全方位推进器，其特征还在于：所述的传动机构包括分别设置在所述回转机构内和所述推进器吊舱内的主/从链轮和链条；

主链轮通过链条带动从链轮转动改变所述的推进器吊舱的俯仰角度。

7.根据权利要求1所述的全方位推进器，其特征还在于：吊舱两侧分别有两个承重构件，该承重构件与固定于吊舱两侧的从链轮铰接，承重构件与从链轮接触位置设置有电磁制动装置，固定吊舱于某一俯仰角度；

所述回转机构下端与推进器吊舱通过防水装置水密连接。

8.一种船舶，其特征在于船舶周边和/或底部设有一个或多个如权利要求1-7所述的全方位推进器。

9.一种浮式平台，其特征在于浮式平台的周边和/或底部设有一个或多个如权利要求1-7所述的全方位推进器。