DE102013001372B4

DE102013001372B4 - Montageverfahren für ein Schiffsantrieb

Info

Publication number: DE102013001372B4
Application number: DE102013001372.0A
Authority: DE
Inventors: Dirk Jürgens; David Bendl; Michael Palm
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2013-01-28
Filing date: 2013-01-28
Publication date: 2018-02-15
Anticipated expiration: 2033-01-29
Also published as: EP2948366A1; EP2948366B1; DE102013001372A1; WO2014114410A1

Abstract

Montageverfahren für ein Schiff, das die folgenden Bauteile umfasst: einen Schiffsrumpf, umfassend einen Bug und ein Heck; einen im Heckbereich angeordneten Rotor (5); einen dem Rotor (5) zugeordneten Stator (6), umfassend eine Anzahl von Leitschaufeln (6.1); einen einteiligen Düsenkörper (7), wobei der Düsenkörper (7) den Rotor (5) und den Stator (6) umschließt; eine Welle (2) zum Übertragen eines Drehmomentes von einer im Bugbereich angeordneten Antriebsmaschine (1) zum Rotor (5), wobei die Welle (2) in einer Lagerbuchse (6.5) und in einem im Bereich der Antriebsmaschine (1) angeordneten Schublager (8) gelagert ist und die Lagerbuchse (6.5) Bestandteil einer Statornabe (6.2) ist, und wobei Stator (6), Statornabe (6.2) und Düsenkörper (7) eine einzige vormontierbare Baueinheit bilden, die mittelbar oder unmittelbar am Heck montierbar und demontierbar ist, und wobei die Baueinheit und die Welle (2) relativ zueinander in Richtung der Längsachse der Welle (2) verschiebbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper (7) an seiner Oberseite mit einer Adapterplatte (6.3) fest verbunden ist oder eine solche umfasst, die am Heck des Schiffsrumpfes montierbar und demontierbar ist; und dass das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Ausrichten der Baueinheit mittels Schrauben (6.4) am Heck, sodass alle Lagerstellen der Welle (2) fluchten; Vergießen des Zwischenraumes zwischen dem Heck und der Adapterplatte (6.3) oberhalb des Düsenkörpers (7) mit einer aushärtenden Flüssigkeit; nach dem Aushärten der Flüssigkeit Verspannen übriger Schrauben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Montageverfahren für ein Schiff. Der Antrieb des Schiffes umfasst eine Antriebsmaschine und ein Propulsionsorgan. Das Propulsionsorgan besteht aus drei Hauptkomponenten: Rotor, Stator, Düse. Die Düse ummantelt den Rotor und den Stator, der in Strömungsrichtung folgt. Auf Grund der Beschleunigungscharakteristik der Düse im Bereich des Rotors wird das Druckniveau angehoben und ermöglicht somit eine höhere Leistungsdichte bei Vermeidung von Kavitation. Die Nachschaltung des Stator führt zu einer Entdrallung der Strömung und damit zur Erhöhung des generierten Schubs bei gleicher Eingangsleistung.
Als Antriebsmaschine kommt dabei jede Art von Kraftmaschine in Betracht, beispielsweise ein Dieselmotor oder eine Gasturbine sowie ein Elektromotor.
Der Antrieb ist für schnelle Schiffe mit einer maximalen Geschwindigkeit im Bereich von 25 bis 40 kn vorgesehen, wie beispielsweise Mega-Yachten oder Patrouillenboote. In diesem Bereich kommt es bei konventionellen Schraubenpropeller zu Wirkungsgradeinbußen im Zuge von Kavitation. Water Jets zeigen in diesem Bereich auch noch geringe Wirkungsgrade, da sie hohe Einlasskanalverluste haben.
WO 2012/052 155 A1 beschreibt ein Schiff mit einem Antrieb, umfassend eine Antriebsmaschine und ein Propulsionsorgan bestehend aus drei Hauptkomponenten: Rotor, Stator, Düse. Die Düse ummantelt den Rotor und den Stator, der in Strömungsrichtung folgt, ferner eine Welle, die den Rotor trägt und mit diesem dreh- und schubfest verbunden ist. Dabei ist der Düsenkörper in ein vorderes und ein hinteres Düsenteil unterteilt. Weiterhin wird verwiesen auf DE 692 26 963 T2 , US 3 336 752 A und US 3 111 108 A .
Das in Fahrtrichtung gesehen vordere Düsenteil ist am Schiffsrumpf befestigt. Das in Fahrtrichtung gesehen hintere Düsenteil ist am Schiffsrumpf lösbar befestigt.
Sowohl bei der Erstmontage der Schiffswelle mit dem darauf sitzenden Rotor als auch bei Wartung und Inbetriebnahme muss das hintere Düsenteil zusammen mit dem von diesem getragenen Lager vom Heck her auf die Welle aufgeschoben werden. Hier muss der aus Leitschaufeln (Statorschaufeln) und Statornabe bestehende Stator in eine Position gebracht werden, dass das sich in der Statornabe befindende Statorlager mit der Welle fluchtet. Dies ist ein aufwändiges, schwieriges und zeitraubendes Manöver.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schiff derart zu gestalten und ein Montageverfahren anzugeben, dass Montage und Demontage von Welle und Stator schnell und einfach durchgeführt werden können. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Im Einzelnen werden die folgenden Schritte vorgesehen:

– Ausrichten der Baueinheit mittels Schrauben am Heck, so dass alle Lagerstellen der Welle fluchten,
– Vergießen des Zwischenraums zwischen dem Heck und der Adapterplatte oberhalb des Düsenkörpers mit einer aushärtenden Flüssigkeit,
– nach dem Aushärten Verspannen übriger Schrauben.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnungen näher erläutert. Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt:
1 zeigt einen Längsschnitt durch den Rumpf eines Schiffes.
2 zeigt einen Längsschnitt durch den Heckbereich des Schiffes.
3 zeigt eine Heckansicht des Schiffes.
Aus 1 erkennt man dem prinzipiellen Aufbau eines Schiffes. Im in Fahrtrichtung gesehen hinteren Bugbereich ist eine Antriebsmaschine 1 angeordnet, die vorliegend als Dieselmotor mit nachgeschaltetem Getriebe 1.1 ausgeführt ist. Als Antriebsmaschine kann ebenso eine Gasturbine oder ein Elektromotor Verwendung finden. Auch andere Antriebe sind denkbar. Mit dem Getriebe 1.1 steht eine Welle 2 in Triebverbindung, so dass ein Drehmoment von der Antriebsmaschine 1 auf die Welle 2 übertragbar ist. Dabei kann die Welle 2 aus mehreren einzelnen Wellen bestehen, die über Kupplungen miteinander in Triebverbindung stehen. Ebenso können Bremseinrichtungen oder zusätzliche Getriebe beziehungsweise Einrichtungen zur Drehzahl und/oder Drehmomentwandlung zwischen diesen Wellen vorgesehen sein. Die vorwiegend waagrecht verlaufende Welle 2 durchbricht die Schiffshaut und tritt aus dem Schiffsrumpf aus, sodass diese im Heck unter Wasser verläuft. Dabei kann die Welle 2 bereits hinter dem Austrittsbereich gelagert sein. Eine solche zusätzliche Abstützung stellt eine Lagerung dar, und zwar ein sogenanntes Stevenrohrlager 3. Das Stevenrohrlager 3 ist mit dem Schiffsrumpf fest verbunden.
Im Heckbereich befindet sich ein Rotor 5, der mit der Welle 2 dreh- und schubfest verbunden ist. In Fahrrichtung gesehen hinter dem Rotor 5 befindet sich ein Stator 6. Dieser Umfasst eine Anzahl von Leitschaufeln 6.1 sowie eine Statornabe 6.2. Rotor 5 und Stator 6 sind von einem Düsenkörper 7 umschlossen. Dieser ist einteilig. Er ist mit dem Stator über dessen Leitschaufeln 6.1 fest verbunden. Im oberen Bereich des Düsenkörpers 7 befindet sich eine Adapterplatte 6.3. Diese ist einerseits mit dem Düsenkörper 7 fest verbunden, und andererseits ist sie mit dem Heck des Schiffs fest verbindbar und zwar auf lösbare Weise. Siehe die Schrauben 6.4
Die folgenden Bauteile bilden miteinander eine in montiertem Zustand feste Baueinheit: Der Stator 6 mit seinen Leitschaufeln 6.1, die Statornabe 6.2, der Düsenkörper 7 und die Konsole 6.3. Diese Baueinheit lässt sich vormontieren und in montiertem Zustand insgesamt am Heck montieren.
Außerdem sind die Welle 2 sowie die Baueinheit zusammenfügbar und voneinander trennbar. Dies kann dadurch verwirklicht werden, dass die Baueinheit fest steht, beispielsweise bereits am Heck montiert ist, und dass die Welle in Richtung ihrer Längsachse zum Bug hin verschiebbar ist. Die Welle ist verschiebbar, somit kann die Baueinheit zunächst am Heck montiert werden, und zwar durch Montage der Adapterplatte 6.3.
Die erfindungsgemäße Gestaltung ist bei der Montage besonders vorteilhaft, da die Baueinheit mittels weniger Schrauben 6.4 am Heck ausgerichtet werden kann. Damit wird sichergestellt, dass alle Lagerstellen der Welle 2 fluchten. Ist die Baueinheit positioniert, so kann der Zwischenraum zwischen Adapterplatte 6.3 und Heck mit einer aushärtenden Flüssigkeit vergossen werden. Nach dem Aushärten werden die übrigen Schrauben verspannt und die Baueinheit ist montiert und ausgerichtet.
Die Welle 2 ist im Bereich der Antriebsmaschine 1 durch ein Schublager 8 gelagert.
2 zeigt den Heckbereich des Schiffes. Man erkennt wiederum die Welle 2. Das freie Wellenende 2.1 ist von der Lagerbuchse 6.5 der Statornabe 6.2 aufgenommen. Außenkanten des Rotors 5 befinden sich nahe an der Innenfläche des Düsenkörpers 7. Die Leitschaufeln 6.1 sind mit der Innenwandung des Düsenkörpers 7 fest verbunden.
Montage und Demontage des Rotors können wie folgt ablaufen:
Durch Verschieben der Welle 2 in Richtung des Bugs wird der Rotor außerhalb der Düse positioniert. In dieser Position wird er in vertikaler Richtung gehalten. Mittels einer entsprechenden Vorrichtung wird die dreh- und schubfeste Verbindung von Rotor 5 und Welle 2 gelöst. Die Welle kann nun weiter in Richtung Bug verschoben werden und der Rotor in vertikaler Richtung entfernt werden. Die Montage wird entgegengesetzt des beschriebenen Vorgangs durchgeführt.
Das Statornabe 6.2 weist eine Lagerbuchse 6.5 aus geeignetem Material auf. Zwischen der Lagerbuchse 6.5 und der Mantelfäche des freien Wellenendes 2.1 befindet sich ein hier nicht gezeigter Lagerspalt.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung findet ein äußerst vorteilhafter Schmiervorgang statt, der wie folgt abläuft: Rotor 5 erzeugt in bekannter Weise einen Wasserstrom. Der Wasserstrom der über den Spalt 9 zwischen Rotor 5 und Statornabe 6.2 strömt, induziert einen Unterdruck. Dieser Unterdruck erzeugt wiederum eine Strömung durch den Lagerspalt in entgegengesetzter Richtung (Innenströmung) in Fahrtrichtung. Hierdurch wird eine perfekte Schmierung und Kühlung erreicht.
Schiffe werden klassisch mit ein bis vier Propulsionsorganen betrieben.
Bezugszeichenliste

1: Antriebsmaschine
1.1: Getriebe
2: Welle
2.1: freies Wellenende
3: Stevenrohrlager
5: Rotor
6: Stator
6.1: Leitschaufel
6.2: Statornabe
6.3: Konsole
6.4: Schrauben
6.5: Lagerbuchse
7: Düsenkörper
8: Schublager
9: Spalt

Claims

Montageverfahren für ein Schiff, das die folgenden Bauteile umfasst: einen Schiffsrumpf, umfassend einen Bug und ein Heck; einen im Heckbereich angeordneten Rotor (5); einen dem Rotor (5) zugeordneten Stator (6), umfassend eine Anzahl von Leitschaufeln (6.1); einen einteiligen Düsenkörper (7), wobei der Düsenkörper (7) den Rotor (5) und den Stator (6) umschließt; eine Welle (2) zum Übertragen eines Drehmomentes von einer im Bugbereich angeordneten Antriebsmaschine (1) zum Rotor (5), wobei die Welle (2) in einer Lagerbuchse (6.5) und in einem im Bereich der Antriebsmaschine (1) angeordneten Schublager (8) gelagert ist und die Lagerbuchse (6.5) Bestandteil einer Statornabe (6.2) ist, und wobei Stator (6), Statornabe (6.2) und Düsenkörper (7) eine einzige vormontierbare Baueinheit bilden, die mittelbar oder unmittelbar am Heck montierbar und demontierbar ist, und wobei die Baueinheit und die Welle (2) relativ zueinander in Richtung der Längsachse der Welle (2) verschiebbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper (7) an seiner Oberseite mit einer Adapterplatte (6.3) fest verbunden ist oder eine solche umfasst, die am Heck des Schiffsrumpfes montierbar und demontierbar ist; und dass das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Ausrichten der Baueinheit mittels Schrauben (6.4) am Heck, sodass alle Lagerstellen der Welle (2) fluchten; Vergießen des Zwischenraumes zwischen dem Heck und der Adapterplatte (6.3) oberhalb des Düsenkörpers (7) mit einer aushärtenden Flüssigkeit; nach dem Aushärten der Flüssigkeit Verspannen übriger Schrauben.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als weiteres Lager für die Welle (2) ein Stevenrohrlager (3) vorgesehen ist, das sich zwischen der Statornabe (6.2) und dem Schublager (8) befindet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Statornabe (6.2) ein wassergeschmiertes und wassergekühltes Lager ist, dessen Lagerbuchse (6.5), mit der Mantelfläche der Welle (2) einen Lagerspalt bildet, und dass der Lagerspalt während des Betriebes von einem zum Bug hin strömenden Wasserstrom durchspült ist.