DE102012005053A1

DE102012005053A1 - Ship propulsion with a hubless propeller

Info

Publication number: DE102012005053A1
Application number: DE102012005053A
Authority: DE
Inventors: Nicky Wolter; Christian Gierer
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2012-03-15
Filing date: 2012-03-15
Publication date: 2013-09-19
Also published as: EP2802509B1; NO2914102T3; EP2802509A1; WO2013135798A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schiffsantrieb mit einem nabenlosen Propeller, umfassend die folgenden Bauteile beziehungsweise Merkmale:
– einen Rotor mit einem Rotorring aus Kohlenstoffstahl;
– mehrere vom Rotorring getragene Rotorblätter, die radial nach innen weisen;
– mit einem Stator und einem Statorblechpaket;
– mehrere von Rotorring getragene Permanentmagnete;
– der Propeller ist von einem zylindrischen Strömungsleitgehäuse umschlossen;
– die Gehäusewand ist von einer zylindrischen Tunnelwand umschlossen;
– zwischen Strömungsleitgehäuse und Tunnelwand befindet sich ein Ringspalt, der Öffnungen zum Ein- und Austritt von Seewasser aufweist;
– es sind radiale Positioniermittel zum radialen Positionieren und Fixieren des Strömungsleitgehäuses relativ zur Tunnelwand vorgesehen.The invention relates to a ship propulsion system with a hubless propeller, comprising the following components or features:
A rotor having a carbon steel rotor ring;
- Several rotor blades supported by the rotor ring, which point radially inward;
- with a stator and a laminated stator core;
- Several permanent magnets carried by rotor ring;
- The propeller is enclosed by a cylindrical Strömungsleitgehäuse;
- The housing wall is enclosed by a cylindrical tunnel wall;
- Between Strömungsleitgehäuse and tunnel wall is an annular gap having openings for the inlet and outlet of seawater;
- There are provided radial positioning means for radially positioning and fixing the Strömungsleitgehäuses relative to the tunnel wall.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schiffsantrieb mit einem nabenlosen Propeller.The invention relates to a ship propulsion system with a hubless propeller.

Solche Propeller sind aus EP 1 739 007 A1 bekannt geworden.Such propellers are out EP 1 739 007 A1 known.

Sie dienen dabei als Hauptantrieb für Schiffe, aber auch als Querstrahlantriebe. Sie sind besonders geeignet zum Bugsieren von Schiffen und werden daher mit Erfolg beispielsweise in Yachten und Schleppern angewandt, aber auch bei Bohrplattformen.They serve as the main propulsion for ships, but also as transverse jet propulsion systems. They are particularly suitable for bugging ships and are therefore successfully used in yachts and tugs, but also in drilling platforms.

Die wesentlichen Bauelemente eines nabenlosen Propellers sind die folgenden:
Ein Rotor weist mehrere Rotorblätter auf, die radial nach innen weisen. Der Rotor trägt eine Vielzahl von Permanentmagneten. Ein Stator umgibt den Rotor. Der Stator weist ein Stator-Blechpaket auf oder besteht aus einem solchen.The essential components of a hubless propeller are the following:
A rotor has a plurality of rotor blades which point radially inwards. The rotor carries a variety of permanent magnets. A stator surrounds the rotor. The stator has or consists of a stator laminated core.

Problematisch bei solchen nabenlosen Propellern ist die Kühlung. Beim Betrieb entstehen große Wärmemengen, die zuverlässig abgeführt werden müssen. Als Kühlmittel dient Seewasser. Dieses hat korrodierende Eigenschaften. Deshalb besteht ein weiteres Problem in der Korrosion der wasserberührten Bauteile.The problem with such hubless propellers is the cooling. During operation, large amounts of heat are generated, which must be reliably dissipated. Seawater is used as coolant. This has corrosive properties. Therefore, there is another problem in the corrosion of the water wetted components.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schiffsantrieb mit einem nabenlosen Propeller der oben genannten Bauart derart zu gestalten, dass sich eine effiziente Kühlung mit Seewasser erzielen lässt, und dass gleichzeitig das Korrosionsproblem gelöst wird.The invention has for its object to make a marine propulsion with a hubless propeller of the above type such that it can achieve an efficient cooling with seawater, and that at the same time the corrosion problem is solved.

Diese Aufgabe wird mit einem Schiffsantrieb gemäß Anspruch 1 gelöst.This object is achieved by a ship propulsion system according to claim 1.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt:The invention is explained in more detail with reference to the drawing. The following is shown in detail:

1 zeigt in schematischer sehr allgemeiner Darstellung einen nabenlosen Propeller. 1 shows in schematic very general representation of a hubless propeller.

2 zeigt in einem Axialschnitt in vergrößerter Darstellung wesentliche Bauteile des Rotors des Propellers gemäß 1. 2 shows in an axial section in an enlarged view essential components of the rotor of the propeller according to 1 ,

3 zeigt in schematischer Darstellung einen Querstrahlantrieb, wiederum in einem Axialschnitt. 3 shows a schematic representation of a transverse jet drive, again in an axial section.

Der in 1 gezeigte nabenlose Propeller umfasst einen Rotor 1 und einen Stator 2. Der Propeller kann als Hauptantrieb für ein Schiff dienen. Er kann aber auch der Quersteuerung eines Schiffes dienen. So kann er in den Rumpf eines Schiffes eingebaut sein und im Betrieb einen Wasserstrahl erzeugen, der horizontal und senkrecht zur Längsachse des Schiffes verläuft und an Backbord oder Steuerbord aus der Schiffshaut austritt.The in 1 Hubless propeller shown comprises a rotor 1 and a stator 2 , The propeller can serve as the main propulsion for a ship. He can also serve the lateral control of a ship. Thus, it can be installed in the hull of a ship and produce in operation a jet of water that runs horizontally and perpendicular to the longitudinal axis of the ship and exits to port or starboard from the ship's skin.

Der in 2 dargestellte Rotor ist wie folgt aufgebaut:
Er umfasst einen Rotorring 3 aus Kohlenstoffstahl. Dieser ist an seinen beiden axialen Enden von zwei Tragringen 4 aus Edelstahl oder einem korrosionsgeschützten Kohlenstoffstahl getragen. Die Verbindung zwischen Rotorring 3 und Tragringen 4 ist beispielsweise eine Schweißverbindung – siehe die Schweißnaht 5. Jedoch ist auch eine andere Verbindungsart denkbar.The in 2 illustrated rotor is constructed as follows:
It includes a rotor ring 3 made of carbon steel. This is at its two axial ends of two support rings 4 made of stainless steel or a corrosion-protected carbon steel. The connection between rotor ring 3 and carrying rings 4 is for example a welded joint - see the weld 5 , However, another type of connection is conceivable.

Rotorring 3 trägt eine Vielzahl von Permanentmagneten 6. Diese haben beispielsweise Stabform und können achsparallel oder senkrecht zur Achse angeordnet sein.rotor ring 3 carries a variety of permanent magnets 6 , These have, for example, rod shape and can be arranged parallel to the axis or perpendicular to the axis.

Die Magnete sind abgedeckt von einer Edelstahlhülse 7. Diese ist mit ihren axialen Endbereichen an den Tragringen 4, 4 fixiert. Wie man sieht, liegen die Endbereiche der Edelstahlhülse 7 auf der Mantelfläche der beiden Tragringe 4, 4 auf.The magnets are covered by a stainless steel sleeve 7 , This is with their axial end portions of the support rings 4 . 4 fixed. As you can see, the end portions of the stainless steel sleeve lie 7 on the lateral surface of the two support rings 4 . 4 on.

Die Fixierung kann mittels Laserschweißen geschehen. Die Schweißnaht 8 befindet sich in axialer Richtung so weit wie möglich am Ende der beiden Tragringe 4, 4. Hierdurch gelangt beim Schweißen nur eine geringe Wärmemenge in den Bereich der Permanentmagnete 6, und beeinträchtigt somit nicht deren magnetische Kraft. Das als Schweißverfahren ein Laserschweißverfahren verwendet wird, trägt ebenfalls hierzu bei. Statt des Laserschweißens oder zusätzlich hierzu können Edelstahlhülse 7 und die Tragringe 4, 4 auch miteinander verklebt werden. Auch ist ein Aufschrumpfen der Edelstahlhülse 7 denkbar. Auch können zwei oder drei dieser genannten Verfahren angewandt werden.The fixation can be done by laser welding. The weld 8th is located in the axial direction as far as possible at the end of the two support rings 4 . 4 , As a result, only a small amount of heat reaches the area of the permanent magnets during welding 6 , and thus does not affect their magnetic force. The welding process using a laser welding process also contributes to this. Instead of laser welding or in addition to stainless steel sleeve 7 and the support rings 4 . 4 also be glued together. Also is a shrinking of the stainless steel sleeve 7 conceivable. Also, two or three of these mentioned methods can be used.

Zwischen der Edelstahlhülse 7 und den äußeren Mantelflächen der Permanentmagnete 6 verbleibt ein Spaltraum von beispielsweise 2 mm. Auch kann der Spaltraum eine geringere Stärke aufweisen, beispielsweise bis zu 0,5, oder eine größere Stärke von beispielsweise bis zu 5 mm.Between the stainless steel sleeve 7 and the outer circumferential surfaces of the permanent magnets 6 a gap of, for example, 2 mm remains. Also, the gap may have a lower thickness, for example, up to 0.5, or a greater thickness, for example, up to 5 mm.

Sämtliche Freiräume zwischen Hülse, Magnetträger und Magneten sind mit einer Masse wie beispielsweise einem Harz-Härter-Gemisch ausgegossen.All clearances between sleeve, magnet carrier and magnets are filled with a mass such as a resin-hardener mixture.

Die Rotorblätter sind hier nicht gezeigt. Sie erstrecken sich radial nach innen zur Drehachse hin.The rotor blades are not shown here. They extend radially inwards towards the axis of rotation.

Rotor 1 ist vom Stator 2 umschlossen. Der Stator ist hier nicht dargestellt.rotor 1 is from the stator 2 enclosed. The stator is not shown here.

3 zeigt einen erfindungsgemäßen nabenlosen Propeller als Bestandteil eines Querstrahlantriebs. Dieser ist im Bug eines Schiffes eingebaut. Die Drehachse 1.3 des nabenlosen Propellers verläuft zugleich senkrecht zur Schiffs-Längsachse. 3 shows a hubless propeller according to the invention as part of a transverse jet propulsion. This is installed in the bow of a ship. The rotation axis 1.3 The hubless propeller also runs perpendicular to the longitudinal axis of the ship.

Der Querstrahlantrieb sitzt in einem Strömungsleitgehäuse 10, das seinerseits in einem Tunnel angeordnet ist, siehe die Tunnelwand 11, die Bestandteil des Schiffes ist. Das Strömungsleitgehäuse 10 ist an seinen beiden Enden düsenartig ausgebildet. Siehe die beiden Düsen 10.1 und 10.2. Den Düsen 10.1 und 10.2 sind Stromführungsleisten 12 zugeordnet, die ein Gitter miteinander bilden.The transverse jet drive sits in a flow guide 10 , which in turn is arranged in a tunnel, see the tunnel wall 11 which is part of the ship. The flow guide housing 10 is formed nozzle-like at its two ends. See the two nozzles 10.1 and 10.2 , The nozzles 10.1 and 10.2 are current carrying strips 12 assigned, which form a grid with each other.

Aus dieser Figur erkennt man auch die Rotorblätter 1.1. Zwischen deren freien Enden befindet sich ein Freiraum, durch den beim Betrieb Wasser hindurchströmen kann.From this figure you can see the rotor blades 1.1 , Between the free ends there is a free space through which water can flow during operation.

Das genaue Positionieren des Querstrahlantriebs relativ zum Schiff ist wichtig. Es kommt somit darauf an, das Strömungsleitgehäuse 10 relativ zum Tunnelkanal genau und richtig zu positionieren, und zwar sowohl in Richtung senkrecht zur Drehachse 1.3, als auch parallel hierzu.Accurate positioning of the transverse jet propulsion relative to the ship is important. It is therefore important, the Strömungsleitgehäuse 10 position accurately and correctly relative to the tunnel channel, both in the direction perpendicular to the axis of rotation 1.3 , as well as parallel to it.

Zum Positionieren senkrecht zur Drehachse (in radialer Richtung) sind mehrere Positioniereinrichtungen 13 vorgesehen. Diese umfassen radial verschiebbare Stempel 13.1. Hiermit lässt sich das Strömungsleitgehäuse 10 in radialer Richtung genau und zuverlässig an der Tunnelwand 11 fixieren.For positioning perpendicular to the axis of rotation (in the radial direction) are multiple positioning 13 intended. These include radially displaceable stamp 13.1 , This allows the Strömungsleitgehäuse 10 in the radial direction accurately and reliably on the tunnel wall 11 fix.

Zum Positionieren und Fixieren in axialer Richtung sind Fixierschrauben 14 vorgesehen.For positioning and fixing in the axial direction are fixing screws 14 intended.

Ganz wichtig ist bei einem nabenlosen Propeller der hier beschriebenen Bauart eine zuverlässige und ausreichende Kühlung. Eine solche wird vor allem dadurch ermöglicht, dass sich zwischen dem Strömungsleitgehäuse 10 und der Tunnelwand 11 ein Ringraum befindet. Dieser ist beim Betrieb des Querstrahlantriebs von Wasser durchströmt, das als Kühlwasser dient. Der Strom des Kühlwassers verläuft in Gegenrichtung zum Strom, den der Querstrahlabtrieb erzeugt. Angenommen, die vom Propeller erzeugte Hauptströmungsrichtung verläuft in der Figur von links nach rechts, so fließt der Kühlwasserstrom in der Figur von rechts nach links. Er tritt im Bereich zwischen Statorgehäuse und Strömungsleitgehäuse in den genannten Ringraum ein. Sodann durchströmt er diesen, und verläuft hierbei zwischen der Tunnelwand 11 und dem Stator 2, genauer gesagt einem Statorgehäuse 2.1.Very important for a hooligan propeller of the type described here is reliable and adequate cooling. Such is primarily made possible by the fact that between the Strömungsleitgehäuse 10 and the tunnel wall 11 an annulus is located. This is flowed through during operation of the transverse jet drive of water, which serves as cooling water. The flow of cooling water runs in the opposite direction to the current generated by the transverse jet output. Assuming that the main flow direction generated by the propeller runs from left to right in the figure, the cooling water flow in the figure flows from right to left. He enters in the area between the stator housing and Strömungsleitgehäuse in said annulus. He then flows through this, and runs here between the tunnel wall 11 and the stator 2 more precisely a stator housing 2.1 ,

Darüber hinaus findet eine weitere Wasserströmung statt, und zwar zwischen Rotor 1 und Stator 2. Zwischen diesen beiden herrscht ein Spalt 15. Diese Spaltströmung trägt ganz erheblich zur Kühlung des aus Rotor und Stator gebildeten Motors bei. Sie verläuft somit zusätzlich zu der oben genannten Strömung zwischen Tunnelwand 11 und Statorgehäuse 2.1.In addition, another water flow takes place between the rotor 1 and stator 2 , There is a gap between these two 15 , This gap flow contributes considerably to the cooling of the motor formed by the rotor and the stator. It thus runs in addition to the above flow between the tunnel wall 11 and stator housing 2.1 ,

Dabei tritt jedoch folgender Effekt auf: Das zwischen Rotor 1 und Stator 2 hindurchströmende Wasser führt eine Kreislaufströmung aus. Dieser Teilstrom verläuft somit nach dem Durchströmen des Ringspaltes zwischen Rotor 1 und Stator 2 radial nach innen. Sodann verläuft er parallel zur Ringströmung, aber in Gegenrichtung, schwenkt dann radial nach außen, und tritt wiederum in den Ringspalt zwischen Rotor 1 und Stator 2 ein. Durch den beschriebenen Strömungsverlauf findet eine intensive Kühlung des Motors statt.However, the following effect occurs: The between rotor 1 and stator 2 passing water performs a circulation flow. This partial flow thus runs after flowing through the annular gap between the rotor 1 and stator 2 radially inward. Then it runs parallel to the ring flow, but in the opposite direction, then pivots radially outward, and in turn enters the annular gap between the rotor 1 and stator 2 one. The described flow pattern causes intensive cooling of the engine.

Entscheidende Bauteile des Rotors sind seewassergeschützt. Dies gilt insbesondere für die Permanentmagnete. Durch die Gestaltung des Raumes, in dem sich die Magnete befinden, werden deren Induktion und deren Magnetkraft nicht beeinträchtigt. Der gesamte Aufbau des Rotors ist höchst einfach und daher kostengünstig.Crucial components of the rotor are seewasergeschützt. This applies in particular to the permanent magnets. The design of the space in which the magnets are located, their induction and their magnetic force are not affected. The entire structure of the rotor is very simple and therefore inexpensive.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Rotorrotor
1.11.1: Rotorblattrotor blade
1.21.2: Drehachseaxis of rotation
22: Statorstator
2.12.1: Statorgehäusestator
33: Rotorringrotor ring
44: Tragringsupport ring
55: SchweißnahtWeld
66: Permanentmagnetpermanent magnet
77: Edelstahlhülsestainless steel sleeve
1010: StrömungsleitgehäuseStrömungsleitgehäuse
10.110.1: Düsejet
10.210.2: Düsejet
1111: Tunnelwandtunnel wall
1212: StromführungsleisteCurrent guide rail
1313: Positioniereinrichtungpositioning
13.113.1: Stempelstamp

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 1739007 A1 [0002]

Claims

Marine propulsion with a hubless propeller, comprising the following components or features: 1.1 a rotor ( 1 ) with a rotor ring ( 3 ) made of carbon steel; 1.2 more of the rotor ring ( 3 ) carried rotor blades facing radially inward; 1.3 with a stator and a laminated stator core; 1.4 more of rotor ring ( 3 ) supported permanent magnets ( 6 ); 1.5 the propeller is of a cylindrical Strömungsleitgehäuse ( 10 ) enclosed; 1.6 the flow guide housing ( 10 ) is of a cylindrical tunnel wall ( 11 ) enclosed; 1.7 between flow guide housing ( 10 ) and tunnel wall ( 11 ) is an annular gap having openings for the inlet and outlet of seawater; 1.8 there are radial positioning means for radially positioning and fixing the flow guide ( 10 ) relative to the tunnel wall ( 11 ) intended.

Ship drive according to claim 1, characterized in that the radial positioning means ( 13 ) movable in the radial direction stamp ( 13.1 ) and that one end of a punch ( 13.1 ) in a socket on one of the walls ( 10 . 11 ), and the other end in a receptacle on the other wall ( 10 . 11 ) is recorded.

Ship drive according to claim 2, characterized in that the two axial ends of the flow guide ( 10 ) outwards to nozzles ( 10.1 . 10.2 ) expand.

Ship drive according to claim 3, characterized in that the two axial ends of the tunnel wall ( 11 ) also to the outside to nozzles ( 11.1 . 11.2 ) and thereby extensions of the nozzles ( 10.1 . 10.2 ) of the flow guide ( 10 ) form.