CN112789217A - 用于船的推进装置及用于运行推进装置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于船(2)的推进装置(1)，所述推进装置具有吊舱壳体(3)和支柱(4)，其中吊舱壳体(3)可借助于支柱(4)紧固在船(35)的船身(5)上，其中吊舱壳体(3)设置用于容纳电动机(6)，其中电动机(6)设置用于驱动螺旋桨(7)，其中推进装置(1)具有第一承载结构(8)和第二承载结构(9)，其中第一承载结构(8)比第二承载结构(9)更宽。在用于运行推进装置(1)的方法中产生流动速度，所述流动速度减少水对开口(22，23，26，27)的穿流。

Description

用于船的推进装置及用于运行推进装置的方法

技术领域

本发明涉及一种用于船的推进装置，所述推进装置具有：吊舱壳体；设置在吊舱壳体中的电动机，所述电动机具有定子和转子，所述转子与电动机的旋转轴线同轴地设置；以及吊舱支柱(支柱)，吊舱壳体可经由所述吊舱支柱与船身可旋转地连接。本发明还涉及一种具有这种推进装置的船。这种推进装置也可以称为吊舱推进器或POD或方位推进装置。

背景技术

这种电吊舱推进器在船中或一般在水运工具中例如用作推进单元，其中吊舱推进器通常处于船身外并且处于水平面下方、尤其处于海水中并且驱动螺旋桨。如所考虑的，这种吊舱推进器也以名称POD推进器已知，并且通常具有兆瓦范围内、尤其大于5MW的电功率。在此，在这种电吊舱推进器中，应以适当的形式引走电机的损耗热量，以便在运行期间将电机保持在恒定且可接受的温度水平上。水运工具的其他实例是筏、海上钻井平台、潜水艇等。与水运工具的尺寸和吊舱推进器的用途相关地，也可以使用小于5MW的电功率。

定子的散热例如经由壳体的表面通过对流来实现。定子板叠例如收缩到壳体中，由此确保良好的热传递。为此，壳体应具有足够良好的导热性。但是，因为电机壳体在水中(在咸海水中的航运中)运行，所以同样需要足够的耐腐蚀性。

从EP 2 824 806中已知一种用于船的推进装置，所述推进装置具有推进吊舱。推进吊舱经由支柱与船的船身连接。在推进吊舱中存在推进马达，所述推进马达可经由支柱中的冷却装置冷却。

从EP 2 824 028 B1中已知一种船的推进单元、尤其船的方位推进单元。推进单元具有设置在船的船身下方的壳型结构。电动机设置用于使螺旋桨轴旋转。壳型结构具有支撑部段，所述支撑部段具有与壳型结构的马达壳体部段直接连接的下端部和与船的船身连接的上端部。在壳型结构的支撑部段与马达壳体部段的柱形部段的柱形的外面之间设有至少一个进行支撑的金属板。当水包围壳型结构时，至少一个进行支撑的金属板的不仅第一侧面而且第二侧面与水接触。

从EP 0 590 867 A1中已知一种用于船的推进单元，其中推进单元具有带有电动机的吊舱，所述吊舱经由支柱可旋转地紧固在船身上。为了冷却电动机，设有在支柱中设置的冷却管路，所述冷却管路延伸直至船身的内部中，在那里设有用于对处于冷却管路中的冷却介质进行再冷却的热交换器。在船身中，除了调节单元或方位模块之外，还设置有由外部通风器和空气冷却器/水冷却器构成的单独的冷却模块，其中冷却空气经由连接支柱中的冷却管路导向至推进马达。

对于他励同步电机和异步电机，尤其也在转子处产生损耗。在永磁同步电机中，在升高的温度的情况下，磁体逐渐退磁。转子从环境、尤其定子(例如通过：辐射、热传导、对流等)中获得其热量。转子也通过空气或轴承处的摩擦被加热，并且最后尤其不暴露于定子绕组的交变磁场，所述交变磁场引起转子中的AC损耗。对于所述电机类型中的每个电机类型，应限制转子温度。然而，在被动的水套冷却时，转子的冷却不是很好。因此可以实现，电动机的构造尺寸由于其而由转子温度确定。也就是说，如果转子被更好地冷却，则可以减小电机。从所述减小中将得出显著的优点，尤其当可以减小直径时，因为由此可以改进流体动力学的效率。如果可以更好地冷却定子，则也实现改进转子或定子的散热问题。定子的改进的冷却引起转子也不太强烈地变热。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于船的推进装置、尤其吊舱推进器的改进的冷却构思。根据权利要求1所述的推进装置和在根据权利要求14所述的方法中实现所述目的的解决方案。例如根据权利要求2至13得出本发明的设计方案。

用于船的推进装置、尤其用于船的方位推进装置(POD)具有吊舱壳体和支柱，其中吊舱壳体可借助于支柱紧固在船的船身上，其中吊舱壳体设置用于容纳电动机，其中电动机设置用于驱动螺旋桨，其中推进装置具有第一承载结构和第二承载结构，其中第一承载结构比第二承载结构更宽。借此实现特别好的流动特性。在此，推进装置处于周围的水的流动中，所述周围的水首先迎流第一承载结构，并且随后迎流第二承载结构。因此，推进装置可构成为，使得第一承载结构在平面中具有第一横截面，其中第二承载结构在所述平面中也具有横截面、第二横截面，其中第一承载结构的通过横截面得出的宽度在所述平面中大于第二承载结构的在所选平面的横截面中的对应的宽度。

在推进装置的一个设计方案中，承载结构中的至少一个承载结构具有液滴状的横截面。通过承载结构的液滴状的横截面得出良好的流动特性，所述流动特性可以减小水阻力或所述流动特性可以改进迎流的特性，使得朝着海水更好地冷却电动机是可行的。在此，液滴状的横截面尤其涉及液滴的横截面。在液滴状的横截面的一个设计方案中，横截面可以具有沿着跟随吊舱壳体的纵向方向的纵向方向定向的起始区域和终止区域，其中液滴状的横截面涉及起始区域或终止区域，其中承载结构在起始区域与终止区域之间纵向伸展。第一承载结构和/或第二承载结构处于吊舱壳体与支柱之间。在此，支柱和/或吊舱壳体也可以与第一承载结构或第二承载结构一件式地实施。

在此，液滴表示由如下液体体部导出的形状，所述液体体部从较大的液体体部中分离。所述形状与在均匀的液体和均匀的外部介质中的静止状态下的液滴的形状不同，因为这种液滴在静止状态下以及在均匀的环境中具有球形形状，从而在横截面中具有圆形。在液滴从较大的液体体部分离时，即在液滴产生时，液滴形状短期构成为不稳定的状态。在通常语言使用中，液滴形状表示空间形状，所述空间形状在一侧上是球形的，并且在另一侧上逐渐变尖或以尖状的方式收缩。借此，水滴在与体部分离之前不久近似地具有液滴形状，从中得出液滴的液滴形的横截面。液滴具有流线形。

在推进装置的一个设计方案中，承载结构也可以具有椭圆状的横截面形状。

横截面的液滴形或椭圆形尤其涉及翼型形状，其在英语中被称为“airfoils”。

在推进装置的一个设计方案中，第一承载结构与第二承载结构在纵向方向上彼此间隔开，其中在第一承载结构与第二承载结构之间构成有通道。在所述通道中可以引导水、尤其海水或河水等，以便可以经由吊舱壳体冷却电动机。

在推进装置的一个设计方案中，通道的下侧借助于吊舱壳体构成，其中通道的下侧尤其是弯曲的。通过反映圆形部段的类型的弯曲部来跟随电动机的柱形形状。不仅电动机而且吊舱壳体具有柱形的基本形状。

在推进装置的一个设计方案中，通道的上侧与通道的下侧相对置，其中通道的上侧尤其是弯曲的。如果通道的上侧和下侧是弯曲的并且弯曲的面大致平行地延伸，则得到用于水穿流的通道，所述通道在纵向定向上基本上具有相同的高度。

在推进装置的一个设计方案中，设有用于引导水的第一导向结构和用于引导水的第二导向结构，其中第一导向结构和第二导向结构在纵向定向或纵向定向上彼此间隔开。导向结构可以紧固在支柱和/或吊舱壳体上。借此，当导向结构紧固在支柱和吊舱壳体上时，所述导向结构可以承担支撑功能。导向结构也设置用于导向或引导在所构成的通道内和所述通道外的水。通过间隔得出用于水通过的开口。水可以通过开口流入到通道中或从通道中流出。可以通过开口的形状和大小影响通道内和通道外的协调性能。

在推进装置的一个设计方案中，承载结构与导向结构一起形成部分假想的共同的外部基本横截面。如果以假想的线描绘并且连接所有导向结构和承载结构的外侧，则得到各个承载结构的位置和也可以用作支撑部的各个导向结构的位置的逻辑关系。然后可看出，所有一起再次得到翼型(尤其得到液滴)，确切的说支柱的翼型形状的延续。因此，总装置具有多个小的翼型，所述多个小的翼型一起近似为大的翼型。

在推进装置的一个设计方案中，在第一承载结构与第二承载结构之间构成用于水穿流的开口。可以在推进装置的静止状态下和/或在推进装置运动时实现水的穿流。在推进装置运动时，水沿着推进装置从而沿着承载结构和/或吊舱壳体和/或沿着导向结构流动。开口可以不同地构成为，使得不同的开口在不同的流动速度中允许不同的穿流。

在推进装置的一个设计方案中，第一开口具有变窄的第一开口横截面。通过变窄，可以实现水的更高的流动速度。也可以实现阻隔效果。阻隔效果可以在迎流的体部后方产生。如果流动来自前方正面，则侧向的/中间的开口处于其各上游的侧向支撑部或导向支撑部的“阴影”中。导向支撑部也可以称为导向结构。在正面迎流的开口的后边缘处，流动断流并且开始形成涡流。产生的涡流阻隔侧向支撑部后方的开口。

在推进装置的一个设计方案中，导向结构中的至少一个导向结构具有梯形的横截面。通过梯形的横截面，不仅可以影响与导向结构邻接的相应的开口，而且可以影响导向结构的迎流特性。

在推进装置的一个设计方案中，导向结构中的至少一个导向结构具有平行四边形的横截面。通过梯形的横截面，也不仅可以影响与导向结构邻接的相应的开口，而且可以影响导向结构的迎流特性。

在推进装置的一个设计方案中，导向结构中的至少一个导向结构具有外侧面，所述外侧面大于所述导向结构的内侧面。借此可以实现，外侧面的长度大于内侧面的长度。借此，在外部区域中实现尽可能平坦的表面。尤其地，开口的建模于是通过如下方式得到：内侧面的长度相对于外侧面的长度缩短。在此，内侧面和外侧面在很大程度上彼此平行地设计。

在推进装置的一个设计方案中，第一导向结构具有第一纵向定向，并且第二导向结构具有第二纵向定向，其中第一纵向定向和第二纵向定向相对于推进装置的纵轴线不同地倾斜。由此，可以调整和优化在第一承载结构与第二承载结构之间的流动特性。

在推进装置的一个设计方案中，导向结构构成对，其中所述对分别在纵轴线处成镜像。因此，一对的部分关于纵轴线成镜像。

在推进装置的一个设计方案中，第一承载结构和第一导向结构在推进装置的纵轴线上的位置重叠。借此可以实现形成更少的涡流，并且改进流动特性。

在推进装置的一个设计方案中，开口和/或导向结构构成为，使得所述开口和/或所述导向结构在推进装置的额定运行中抑制穿流。由此可以实现可以在通道中构成稳定的流动。通过所述流动，推进装置的电动机可以被冷却。水通过通道的高的穿流改进了冷却作用，从而提高了电动机的性能。

根据用于运行推进装置、尤其所描述的形式的推进装置的方法，产生包围推进装置的水的流动速度，所述流动速度减少水对开口的穿流。例如，通过船的行驶来产生流动速度，所述行驶由水的自然流动以及由通过船的旋转的螺旋桨的推进功率得到。如果减少水对开口的穿流，则抑制水流量。如果吊舱壳体的上部部段中的通道具有在纵向定向上分布的多个开口，则抑制作用尤其涉及处于纵向定向上的第一开口与纵向定向上的最后开口之间的开口。通过抑制作用改进了通道中的水的协调性能。

附图说明

在下文中，根据在附图中示出的实施例示例性地详细描述和阐述本发明，其中相同的附图标记可以表示相同类型的对象。附图示出：

图1示出船，

图2示出推进装置，

图3示出吊舱壳体，

图4示出吊舱壳体的立体剖面，

图5示出吊舱壳体的俯视图，

图6示出示意性的吊舱壳体的俯视图，

图7示出示意性的吊舱壳体的局部横截面，以及

图8示出示意性的吊舱壳体的俯视图。

具体实施方式

根据图1的示图示出具有推进装置1的船2。推进装置1紧固在船2的船身5上。推进装置1是POD，并且具有支柱4，所述支柱承载吊舱壳体3或吊舱壳体3悬挂在所述支柱上。在吊舱壳体3中存在用于驱动螺旋桨7的电动机6。

根据图2的示图示出具有支柱4、吊舱壳体3和螺旋桨7的推进装置1的立体图。也示出对于周围的水假定的流动方向35。

根据图3的示图示出推进装置的局部，其中示出吊舱壳体3，并且也示出用于与螺旋桨连接的轴的纵轴线34。此外示出第一承载结构8和第二承载结构9，吊舱壳体3可通过所述第一承载结构和第二承载结构紧固在支柱4上。也示出开口21、22、23和24，水可以通过所述开口流入或流出。所述开口通过承载结构8和9或通过导向结构15、16和17形成。第一承载结构8具有多个型廓43。第二承载结构9具有多个型廓44。如果现在在第一承载结构8和第二承载结构9的第二型廓的区域中分别绘制剖面，则得到根据图4的示图。

根据图4的示图示出吊舱壳体3的立体剖面。除了第一承载结构8和第二承载结构9之外，还示出处于其间的通道37。通道37尤其通过多个导向结构构成。示出第一导向结构15、第二导向结构16、第三导向结构17、第四导向结构18、第五导向结构19和第六导向结构20。导向结构相对于纵轴线34形成对。第一导向结构15与第六导向结构30形成对。第二导向结构16与第五导向结构19形成对，第三导向结构17与第四导向结构18形成对。所述对包围通道37。在导向结构之间或在承载结构和导向结构之间构成开口21、22、23、24、25、26、27和28。水可以通过所述开口流动。

根据图5的示图在俯视图中示出根据图4的吊舱壳体。第一导向结构15具有第一纵向定向31。所述第一纵向定向大致平行于纵轴线34。第六导向结构20也对应地具有纵向定向31，所述纵向定向对应于第一导向结构15的纵向定向，因为所述两个导向结构形成对。所述对相对于纵轴线34镜像对称。第二导向结构16具有第二纵向定向32，所述第二纵向定向相对于纵轴线34倾斜并且与所述纵轴线相交。对应的情况适用于第五导向结构19，所述第五导向结构与第二导向结构16形成对。第三导向结构17具有第三纵向定向33。这对应地适用于第四导向结构18。相对于纵轴线34，第三纵向定向33比第二纵向定向32还更倾斜。

根据图6的示图示出示意性的吊舱壳体3的俯视图。示出第二承载结构9如何与第一导向结构18和第六导向结构17在根据纵轴线34的纵向定向上重叠并且如何在纵轴线34的所述纵向定向上构成重叠区域36。通过穿过导向结构和承载结构所示的剖面可看出，第一承载结构8具有宽度11，所述宽度大于第二承载结构9的宽度12。通过所示的流动方向35可看出，首先设有宽的承载结构8以用于迎流，并且随后设有具有较小宽度的承载结构9。根据图6的示图也示出宽度11小于第一导向结构15和第六导向结构20的对的第一间距38。通过第三导向结构17和第四导向结构18的对以及所述对的间距得到的第二间距39大于第二宽度12、即第二承载结构9的宽度。由此可以积极地影响协调性能。

根据图7的示图示出具有部分横截面45的示意性的吊舱壳体3。通过部分横截面45可看到通道37，并且也可看到开口26和27。通道37具有大致彼此平行地伸展的下侧13和上侧14。这些侧13和14如另一吊舱壳体那样对应地弯曲。

根据图8的示图示出示意性的吊舱壳体的俯视图。示出两个导向结构之间的开口间距40。此外，通过消除虚线示出第一承载结构8和第二承载结构9的液滴形的横截面。根据图8中的示图也可看到承载结构分别具有外侧面29和内侧面30。外侧面29具有长度、第一侧面长度41。内侧面30具有长度、第二侧面长度42。第一侧面长度41大于第二侧面长度42。借此尽管有开口也可以避免在外部区域中的涡流。

Claims (14)

1.一种用于船(2)的推进装置(1)，所述推进装置具有吊舱壳体(3)和支柱(4)，其中所述吊舱壳体(3)能借助于所述支柱(4)紧固在所述船(35)的船身(5)上，其中所述吊舱壳体(3)设置用于容纳电动机(6)，其中所述电动机(6)设置用于驱动螺旋桨(7)，其中所述推进装置(1)具有第一承载结构(8)和第二承载结构(9)，其中所述第一承载结构(8)比所述第二承载结构(9)更宽。

2.根据权利要求1所述的推进装置(1)，其中所述承载结构(8，9)中的至少一个承载结构具有液滴形的横截面(10)。

3.根据权利要求1或2所述的推进装置(1)，其中所述第一承载结构(8)与所述第二承载结构(9)在纵向定向(34)上彼此间隔开，其中在所述第一承载结构(8)和所述第二承载结构(9)之间构成通道(37)。

4.根据权利要求3所述的推进装置(1)，其中所述通道(37)的下侧(13)借助于所述吊舱壳体(3)构成，其中所述通道(37)的下侧是弯曲的，并且其中所述通道(37)的上侧(14)与所述通道(37)的下侧(13)相对置，其中所述通道(37)的上侧(14)是弯曲的。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的推进装置(1)，其中设有用于引导水的第一导向结构(15)和用于引导水的第二导向结构(16)，其中所述第一导向结构(15)和所述第二导向结构(16)在纵向方向(31，32)上彼此间隔开。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的推进装置(1)，其中在所述第一承载结构(8)与所述第二承载结构(9)之间构成有用于水穿流的开口(21，22，23，24，25，26，27，28)。

7.根据权利要求6所述的推进装置(1)，其中至少一个开口(21)具有变窄的第一开口横截面。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的推进装置(1)，其中所述导向结构(15，16，17，18，19，20)中的至少一个导向结构具有梯形的横截面。

9.根据权利要求5至8中任一项所述的推进装置(1)，其中所述导向结构(15，16，17，18，19，20)中的至少一个导向结构具有平行四边形的横截面。

10.根据权利要求5至9中任一项所述的推进装置(1)，其中所述导向结构(15，16，17，18，19，20)中的至少一个导向结构具有外侧面(29)，所述外侧面大于所述导向结构(15，16，17，18，19，20)的内侧面(30)。

11.根据权利要求5至10中任一项所述的推进装置(1)，其中所述第一导向结构(15)具有第一纵向定向(31)，并且所述第二导向结构(16)具有第二纵向定向(32)，其中所述第一纵向定向(31)和所述第二纵向定向(32)相对于所述推进装置(1)的纵轴线(34)不同地倾斜。

12.根据权利要求5至11中任一项所述的推进装置(1)，其中所述第一承载结构(8)和所述第一导向结构(9)关于其在所述推进装置(1)的纵轴线(34)上的位置方面重叠。

13.根据权利要求6至12中任一项所述的推进装置(1)，其中所述开口(21，22，23，24，25，26，27，28)和/或导向结构(15，16，17，18，19，20)构成为，使得所述开口和/或导向结构在所述推进装置(1)的额定运行中抑制穿流。

14.一种用于运行推进装置(1)的方法，其中使用根据权利要求1至13中任一项所述的推进装置(1)，其中产生流动速度，所述流动速度减少水对开口(22，23，26，27)的穿流。

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