CN109863082B - 由驱动轴制动及锁定系统构成的用于船舶的驱动单元 - Google Patents

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Abstract

驱动单元(12)设计成安装在船舶(2)上，驱动单元(12)包括活动式壳体(16)，且能够相对于船舶的船体(4)而围绕轴线(A)枢转。驱动轴(20)安装成相对于活动式壳体(16)而旋转，且由两个滚子轴承(24,26)支承。推进元件(36)与驱动轴一起旋转。推进单元在前部处使驱动轴(20)的至少两个制动及锁定系统(40)定位在上游的滚动轴承与推进元件(36)之间的区域中。

Description

由驱动轴制动及锁定系统构成的用于船舶的驱动单元
技术领域
所提出的发明涉及船舶(诸如，船或潜艇以及石油平台)的驱动单元。
背景技术
这些驱动单元(其也被称为“推进定向式驱动器”或“POD”)典型地包括活动式壳体，活动式壳体利用枢转连结件而安装到船舶的船体。船体元件可放置在船的船尾或船首处。
由于存在强电流，故船的驱动单元的螺旋桨可意外地损坏驱动单元的驱动轴的滚子轴承。此外，在强电流下，可能有必要对驱动单元螺旋桨的驱动轴进行制动或闭锁。
另外，如果推进单元中的一个失效，则必须对失效的驱动单元的驱动轴的旋转进行闭锁。这允许船使用运转的驱动单元来返回到港口，从而防止对有缺陷的驱动单元的进一步损坏。
用于破冰的驱动单元具有额外的轴向尺寸约束，这意味着对于系统来说，有必要提供对驱动单元的驱动轴的制动和闭锁两者，而不增大系统的轴向尺寸。
发明内容
本发明的目的是弥补先前所陈述的缺点，且提出一种用于船舶驱动单元的驱动轴的制动及闭锁系统。
本发明的主要目标是设计成安装在船舶上的驱动单元。该驱动单元包括：活动式壳体，其相对于船舶的船体而围绕轴线枢转；安装成相对于活动式壳体而旋转的驱动轴，驱动轴由两个滚子轴承支承；以及驱动元件，其与驱动轴一起旋转。
在驱动单元的前部处，存在定位在上游的滚子轴承与推进元件之间的至少两个制动及锁定系统。当驱动单元浸没时，上游的滚动轴承与推进元件之间的区域填充有海水。制动及锁定系统放置在驱动单元内，且浸没在该区域中。这有助于在对驱动轴进行制动和/或锁定时避免粉尘或单元变热的任何风险。
有利地，制动及锁定系统包括致动器，该致动器设计成控制制动垫衬套在与驱动轴一起旋转的盘式制动器上的摩擦。
在对驱动轴进行制动和/或锁定的情况下，衬套在制动盘的圆柱形外表面上提供径向支承。
在休眠位置，间隔构件(诸如弹簧)驱动制动垫沿径向远离制动盘。
根据一个实施例，致动器包括蜗杆，蜗杆通过齿轮电动机而转动，且向具有与制动垫接触的制动构件的致动器臂提供平移线性运动。
例如，制动构件的内表面和制动垫的外表面相对于致动器臂的轴线而倾斜。换句话说，两个接触表面形状一致。
两个制动及锁定系统可以是相同的，且相对于驱动轴而对称地定位。
根据另一实施例，驱动单元包括定位成围绕驱动轴而彼此成大于120°的角的至少三个制动及锁定系统。
使一个或两个制动及锁定系统定位成围绕推进轴而在驱动轴水平面的下方允许在拆卸上游的滚子轴承的情况下沿径向支承驱动轴。例如，在干船坞中的维护期间，可进行拆卸。
制动及锁定系统定位在推进元件与定位在螺旋桨侧上的轴承之间。制动系统在活动式壳体的下面，其中当船舶正常地移动时，海水流围绕驱动单元环行。
附图说明
在以下描述中将标识本发明的其它目的、特征和优点，以下描述仅作为非限制性示例而给出，且与附图有关，在附图上：
a. 图1是根据本发明实施例的示例的动力系统的轴向横截面。
b. 图2是图1中的推进组件内的制动系统的详细视图。
具体实施方式
在以下描述中，术语“纵向的”、“横向的”、“竖直的”、“前部”、“后部”、“左侧”以及“右侧”相对于在附图中表示的船舶通用正交基准而指定，正交基准包括：
a. X轴线，当根据法向操作平面来设置船舶时，X轴线与图1的平面垂直，且由船舶俯仰轴线2定向。“法向操作平面”包含纵向的和横向的船舶方向，而后者在静海上在法向负荷状况下会变化。
b. Y轴线，当根据法向操作平面来设置船舶时，Y轴线相对于图1是水平的，且由船舶俯仰轴线定向。
c. Z轴线，当根据法向操作平面来设置船舶时，Z轴线相对于图1是竖直的，且由船舶偏航轴线定向。
“船舶”指代船、潜艇或石油平台。
如图1中示出的那样，船2具有船体4，船体4包括通孔，圆柱形支座6安装在该通孔中。支座6通过固定机构(未显示)而被包封在船体4中。例如，可使用螺栓、焊接点或接缝，或者通过压配合来将支座6与船体4装配。圆柱形支座6的轴线平行于相对于船2沿着Z轴线限定的竖直方向。圆柱形支座6具有呈环形或椭圆形形式的夹具8，且夹具8定向成垂直于支座6的轴向方向。
图1中表示的船2具有安装在船体4上的动力系统10。动力系统10包括驱动单元12和一个舵轴承14。驱动单元12从船体4向外突出。换句话说，驱动单元12定位在船体4的外部部分中，且设计成浸没式的。借助于舵轴承14，驱动单元12包括活动式壳体16，活动式壳体16能够相对于船体4而围绕轴线A枢转。
活动式壳体16具有定形为椭圆柱形管的下部部分18。在下部部分18的内部，安装螺旋桨驱动轴20，因此螺旋桨驱动轴20可相对于活动式壳体16旋转。驱动轴20可围绕其自身的轴线22旋转。为此，下部部分18具有两个枢转的滚子轴承24、26，滚子轴承24、26定向成垂直于螺旋桨轴22的方向，且将下部部分18与驱动轴20连结。
为了产生驱动轴20相对于活动式壳体16的旋转，电动发动机28定位在下部部分18的内部。电动发动机28包括安装在下部部分18上的定子30和安装在驱动轴20上的转子32。
驱动轴20使螺旋桨支承件34与安装的螺旋桨36一起旋转。虽然在参照附图而呈现的实施例模式中，驱动单元12包括螺旋桨，但驱动单元12还可包括(在本发明框架内)不同的驱动元件，例如泵转子。
根据示出的实施例，螺旋桨36安装在驱动单元12的前部(相对于船舶2)的一端上。因此，当船舶2正常地移动时，螺旋桨36沿围绕驱动单元12环行的水流相对于活动式壳体16而在上游。
换句话说，螺旋桨36以牵引力工作。然而，在本发明的框架内，我们可考虑将螺旋桨放置在相反端上，使得螺旋桨靠推力工作。该备选方案与示出的示例不同，因为驱动单元的螺旋桨支承件34安装在其上的驱动端和轴20的另一个非驱动端的位置颠倒。
活动式壳体16具有上部部分38，上部部分38在近侧端40附近机械地连接到下部部分18。例如，可使用螺栓、焊接点和/或接缝(未显示)来装配上部部分38和下部部分18。上部部分38和下部部分18也可为单个铸件的两个部分。
在驱动单元12的前部部分中，驱动单元12包括两个驱动轴20制动及锁定系统40。制动及锁定系统40可以是相互相同的，且相对于驱动轴20而对称地定位。备选地，可存在围绕驱动轴20的彼此成超过120°的角的三个制动系统。使一个或两个制动及锁定系统40定位在驱动轴下方允许在拆卸定位在驱动单元12的前部的滚子轴承24的情况下沿径向支承驱动轴。
图2详细地显示了驱动轴20制动及锁定系统40中的一个。制动及锁定系统40布置在驱动单元12的内部、在滚子轴承24与螺旋桨36之间。
如显示的那样，制动及锁定系统40包括致动器42。
在示出的实施例和非限制性示例中，致动器42包括蜗杆系统46，蜗杆系统46通过齿轮电动机44而转动，蜗杆系统46将由齿轮电动机提供的旋转运动转变成线性运动。致动器42在一端处设有凸轮48，以向致动器臂50提供线性平移运动。致动器臂50的与凸轮48相反的端部通过接头52而连接到制动构件54，制动构件54的内表面54a向致动器臂50的轴线倾斜。
制动构件54支托在制动垫56上，制动垫56与制动衬套58配合，制动衬套58设计成沿径向支承在盘60的圆柱形外表面60a上，盘60与驱动轴20一起旋转，且固定在螺旋桨支承件34上。衬套58由摩擦材料制成。
制动垫56的外表面56a向致动器臂50的轴线倾斜。在休眠位置，间隔构件(未显示)驱动制动垫56沿径向远离制动盘60。
当有必要使驱动轴20减速时，操作制动及锁定系统40，以引起致动臂50的线性运动。制动构件54在制动垫56的倾斜的外表面56a上滑动，分别在制动构件54和制动垫56的两个成角度的表面54a、56a的协作下，制动垫56沿径向朝向盘60移动。制动及锁定系统40大体上引起制动垫56的衬套58在与驱动轴20一起旋转的制动盘60上的摩擦。表面54a、56a由摩擦限制材料(诸如，PTFE、青铜、不锈钢或其它材料)制成。
“致动器”指代将所供给的能量转变成机械能的任何机械系统。致动器可为电动式的或液压式的。大体上，致动器操作致动器臂，以引起衬套在制动盘上的径向摩擦。还可存在衬套在制动盘上的轴向摩擦。
制动及锁定系统40布置在填充有水的区域62中。因而，制动垫56的衬套58在制动盘60上的摩擦不会在驱动单元12的内部产生粉尘。此外，定位在填充有海水的区域62中、在上游的滚子轴承24与螺旋桨36之间的制动及锁定系统40在对驱动轴进行制动或锁定时不会产生热。
致动臂50的路径增加，以完全锁定驱动轴20。
这样的制动及锁定系统适合于用于需要小的占用面积的破冰的推进单元。
本发明不局限于制动及锁定系统的具体结构。相反，在驱动单元中、在上游的滚子轴承24与螺旋桨之间可存在任何类型的致动器，致动器通过制动滑行器而在驱动轴上提供支承。
利用本发明，可沿径向对驱动轴进行停止、闭锁且支承，同时当对驱动轴进行制动和闭锁时避免形成粉尘。

Claims (10)

1.一种驱动单元(12)，所述驱动单元(12)设计成安装在船舶(2)上，包括能够相对于所述船舶的船体(4)而围绕轴线(A)枢转的活动式壳体(16)，驱动轴(20)安装成相对于所述活动式壳体(16)旋转，且由两个滚动轴承(24, 26)支承，并且推进元件(36)与所述驱动轴一起旋转，其特征在于，所述驱动单元(12)在其前部区域处具有用于沿径向方向对所述驱动轴(20)进行制动和锁定的至少两个系统(40)，所述系统(40)定位在上游的滚动轴承(24)与推进元件(36)之间的区域(62)中，并且所述制动及锁定系统(40)中的各个包括具有制动衬套(58)的制动垫(56)，所述制动及锁定系统(40)中的各个构造成在有必要使所述驱动轴减速和/或锁定所述驱动轴时，引起所述制动衬套(58)在与所述驱动轴(20)一起旋转的盘式制动器(60)上的摩擦。
2.根据权利要求1所述的驱动单元，其特征在于，所述制动及锁定系统(40)中的各个包括致动器(42)，在对所述驱动轴进行制动和/或锁定的情况下，所述致动器(42)用以控制制动垫(56)的衬套(58)在与所述驱动轴(20)一起旋转的盘式制动器(60)上的摩擦。
3.根据权利要求2所述的驱动单元，其特征在于，在对所述驱动轴进行制动和/或锁定的情况下，所述衬套(58)在制动盘(60)的圆柱形外表面(60a)上形成径向支承。
4.根据权利要求2所述的驱动单元，其特征在于，在休眠位置，所述制动垫(56)通过间隔构件而沿径向远离所述盘式制动器(60)移动。
5.根据权利要求2所述的驱动单元，其特征在于，所述致动器(42)包括蜗杆系统(46)，所述蜗杆系统(46)通过电动机驱动器(44)而旋转，以向致动器臂(50)提供线性平移运动，所述致动器臂(50)设有与所述制动垫(56)接触的制动构件(54)。
6.根据权利要求5所述的驱动单元，其特征在于，所述制动构件(54)的内表面(54a)和所述制动垫(56)的外表面(56a)分别向所述致动器臂(50)的轴线倾斜。
7.根据权利要求1或2所述的驱动单元，其特征在于，两个所述制动及锁定系统(40)是相同的，且相对于所述驱动轴(20)对称地布置。
8.根据权利要求1或2所述的驱动单元，其特征在于，所述驱动单元包括定位成围绕所述驱动轴(20)而彼此成120°的角的至少三个制动及锁定系统(40)。
9.根据权利要求1或2所述的驱动单元，其特征在于，所述推进元件(36)安装在相对于所述船舶(2)而定位在所述驱动单元(12)的前部上的一端上，且安装在定位在所述驱动单元(12)的前部处的滚子轴承(24)的上游，且安装在所述驱动轴(20)的所述制动及锁定系统(40)的上游。
10.根据权利要求1或2所述的驱动单元，其特征在于，所述推进元件(36)是螺旋桨或泵转子。
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