EP0140010A2 - Schiffsantriebsanlage - Google Patents
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- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
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- B63H21/30—Mounting of propulsion plant or unit, e.g. for anti-vibration purposes
- B63H21/305—Mounting of propulsion plant or unit, e.g. for anti-vibration purposes with passive vibration damping
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63J—AUXILIARIES ON VESSELS
- B63J3/00—Driving of auxiliaries
- B63J3/02—Driving of auxiliaries from propulsion power plant
Definitions
- the invention relates to a ship propulsion system with a main propulsion machine acting directly on the ship's propeller and a propeller-side ship auxiliary machine which can be driven by a transmission gear, for example an on-board generator for power generation, the transmission gear being equipped with its own foundation independent of the propeller shaft and its drive wheel as a ring gear Implementation of the propeller shaft is formed.
- a transmission gear for example an on-board generator for power generation
- the propeller shaft of a ship not only transmits the desired torque from the engine to the propeller, but is also loaded by torsional vibrations and alternating torques and is subject to all types of displacement. Therefore, wave generators between the rotor and the stator must be designed with a considerable gap, which is at the expense of efficiency.
- the above-mentioned interference factors lead to a considerable burden with the risk of damage to the tooth mesh and thus to operational safety.
- the use of flexible couplings to compensate for interference does not always lead to the desired success.
- the invention has for its object to design a drive system of the type mentioned in such a way that the disruptive factors originating from the main drive system and acting on the transmission gear for an auxiliary machine, such as extremely high alternating torques and torsional vibrations, are kept away from the latter, so that operational safety is considerable can be improved. It should be possible to easily replace the coupling parts to adapt to different engine characteristics and operating behavior. To achieve this object, it is proposed according to the invention that a radially mountable coupling with elastic damping elements is provided for the transmission of the drive torque into the drive wheel of the transmission gear.
- the design and arrangement of the transmission according to the invention offers two possibilities of the torque flow from the main drive machine via the transmission to the driven machine to be driven, either by taking the torque directly from the flywheel of the main drive machine or via a flange mounted on the propeller shaft.
- the advantage is achieved that the torque does not go into the gearbox via the propeller shaft and propeller-side torsional vibrations are therefore not fully effective.
- the second alternative allows the gearbox to be located further away from the engine if there is sufficient space.
- the propeller shaft section passing through the gear ring gear can be connected to the adjacent propeller shaft section leading to the propeller via attachable connecting elements.
- a diesel engine 1 is used as the main drive system, the torque of which is conducted into propeller shaft sections 2 and 3 in a propeller 4.
- the propeller shaft bearing in the stern tube is designated by 5.
- the other partially necessary shaft bearings within the hull are not shown for clarity.
- a transmission gear 6 with its own foundation 7 is connected on the drive side to the propeller shaft flange 9 attached to the flywheel 8.
- a prevention coupling 10 connects the output side of the transmission 6 'to a ship auxiliary machine, in the example shown an on-board generator 11.
- the gear wheel of the first high-speed stage is designed as a ring gear 12 and surrounds the propeller shaft section 2.
- its bore diameter is larger than the smallest propeller shaft flange, in the example shown this is the flange 1 3.
- the transmission 6 is connected via a coupling 14 to the propeller shaft flange 9 which is fastened directly to the flywheel 8 of the main drive machine.
- the coupling consists of radially mountable parts, namely damping-elastic members 15, which are inserted between the coupling flanges 16 and 17.
- the drive ring gear 12 is supported by bearings 18 in the gear housing, which is supported on the separate foundation 7 and thus independently of the foundation 19 of the main drive machine 1.
- the torque required for the generator 11 is taken directly on the flywheel side propeller shaft flange 9 of the coupling flange 16 and the radially mountable, d ämpfungselastischen coupling members 15 while reducing the torsional vibrations and alternating torques and to all the shaft misalignments to the second coupling flange 17 and from there to the input ring gear of the gear transmission 6 transfer.
- the propeller shaft section 2 passing through the ring gear 12 is connected to the propeller shaft section 3 with the aid of attachable connecting elements.
- a connecting flange 20 pushed onto the shaft end (upper half of the figure) or a conical sleeve with a pressure oil connection can serve as the connecting element.
- the bore of the internal gear wheel 12 can be kept smaller, since it only has to be larger than the largest propeller shaft diameter up to the area of the gear placement.
- the torque was first passed from the main drive machine 1 into the propeller shaft 2 via the flywheel-side propeller shaft flange 9.
- the torque for the working machine is removed from the propeller shaft via an attached flange 22 and passed into the transmission via the remaining coupling elements.
- This arrangement allows the gearbox to be located further away from the main machine on the propeller side.
- the driven machine could be arranged in a correspondingly designed gear housing in different positions about the shaft axis pivoted below a range from 90 ° port to 90 ° starboard against the vertical.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Schiffsantriebsanlage mit einer direkt auf den Schiffspropeller wirkenden Hauptantriebsmaschine und einer von dieser über ein Übersetzungsgetriebe antreibbaren, propellerseitig angeordneten Schiffshilfsmaschine, beispielsweise Bordgenerator zur Stromerzeugung, wobei das Übersetzungsgetriebe mit einem eigenen, von der Propellerwelle unabhängigen Fundament ausgerüstet und sein Antriebsrad als Hohlrad zur Durchführung der Propellerwelle ausgebildet ist.
- Zum Antrieb von Hilfsmaschinen an Bord von Schiffen ist es bekannt, Energie von der Hauptantriebsanlage abzuzweigen. So werden beispielsweise Wellengeneratoren verwendet, deren Läufer unmittelbar auf einem Abschnitt der Propellerwelle angeordnet sind. Bei variablen Wellendrehzahlen sorgen entsprechende elektronische Schaltungen mit Thyristorbausteinen für eine konstante Bordnetzspannung und -frequenz. Nachteilig hierbei ist vor allem, daß bei den üblichen Wellendrehzahlen durch die notwendige große Anzahl von Polen ein Generator ganz erhebliche Ausmaße erreicht. Wellengeneratoren sind daher in vielen Fällen nicht einsetzbar.
- Eine andere Lösung bietet der Einsatz von Generatorgetrieben, die unmittelbar als Reitergetriebe auf der Propellerwelle angeordnet sind und kein eigenes Fundament erfordern. Solche Getriebe werden bis zu erheblichen Leistungsgrößen von etwa 3500 kw eingesetzt.
- Bei beiden genannten Lösungen ist zu beachten, daß die Propellerwelle eines Schiffes nicht nur das gewünschte Drehmoment von der Antriebsmaschine auf den Propeller überträgt, sondern von Drehschwingungen und Wechselmomenten belastet wird und Verlagerungen aller Art unterworfen ist. Deshalb müssen Wellengeneratoren zwischen dem Läufer und dem Stator mit einem erheblichen Spalt ausgeführt werden, was zu Lasten des Wirkungsgrades geht. Bei einem Getriebe zur Übersetzung der Drehzahlen von den Umdrehungen der Hauptantriebsmaschine zur anzutreibenden Hilfsmaschine führen die genannten Störfaktoren zu einer erheblichen Belastung mit der Gefahr von Schäden im Zahneingriff und damit für die Betriebssicherheit. Der Einsatz flexibler Kupplungen zur Kompensation der Störbelastungen führt nicht in jedem Fall zum gewünschten Erfolg.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsanlage der eingangs genannten Art so zu gestalten, daß die von der Hauptantriebsanlage ausgehenden und auf das Übersetzungsgetriebe für eine Hilfsmaschine einwirkenden Störfaktoren, wie extrem hohe Wechselmomente und Drehschwingungen, von dieser ferngehalten werden, so daß die Betriebssicherheit erheblich verbessert werden kann. Dabei soll es möglich sein, die Kupplungsteile zur Anpassung an unterschiedliche Motorcharakteristiken und Betriebsverhalten leicht auszuwechseln. Zur Erfüllung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß zur Übertragung des Antriebsdrehmomentes in das Antriebsrad des Übersetzungsgetriebes eine radial montierbare Kupplung mit elastischen Dämpfungselementen vorgesehen ist.
- Hierdurch wird ein rascher Austausch der elastischen Kupplungselemente zur Anpassung an veränderte Betriebsverhältnisse ermöglicht. Durch die Modifizierungsmöglichkeit der Kupplungselemente können diese den motor- und propellerseitigen Schwingungen und Wechselmomenten angepaßt und die Störfaktoren besser beherrscht werden. Alle in einem derartigen Antriebssystem befindlichen Maschinenelemente sind dadurch vor den genannten Schwingungen und Wechseldrehmomenten geschützt. Unvermeidliche Ausrichtungsfehler der Hauptantriebsanlage, Fundamentbewegungen der Hauptantriebsmaschine sowie Propeller- und Schwungradbewegungen werden vom Getriebe ferngehalten. Es bedarf keiner näheren Erläuterung, daß diese Vorteile zu einer Erhöhung der Lebensdauer und Betriebssicherheit führen.
- Die erfindungsgemäße Ausbildung und Anordnung des Getriebes bietet zwei Möglichkeiten des Drehmomentflusses von der Hauptantriebsmaschine über das Getriebe zur anzutreibenden Arbeitsmaschine, indem entweder das Drehmoment direkt vom Schwungrad der Hauptantriebsmaschine oder über einen auf der Propellerwelle aufgesetzten Flansch abgenommen wird.
- Bei einer Verbindung des Getriebes direkt mit dem Motorschwungrad wird der Vorteil erreicht, daß das Drehmoment nicht über die Propellerwelle in das Getriebe geht und damit propellerseitige Drehschwingungen nicht voll zur Wirkung kommen. Die zweite Alternative ermöglicht bei entsprechendem Raumangebot die Anordnung des Getriebes auch weiter vom Motor entfernt.
- In weiterer vorteilhafter Ausbildung des Erfindungsgegenstandes wird vorgeschlagen, zur Lagerung des Hohlrades im Getriebegehäuse radial geteilte Lager zu verwenden. Hierdurch wird eine Auswechselbarkeit des Hohlrades ohne einen Ausbau des Getriebes ermöglicht.
- Um die Bohrung des Getriebehohlrades so klein wie möglich zu halten, kann der das Getriebehohlrad durchsetzende Propellerwellenabschnitt über aufsetzbare Verbindungselemente mit dem benachbarten, zum Propeller führenden Propellerwellenabschnitt verbunden werden.
- In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit zwei Möglichkeiten der Drehmomentabnahme dargestellt und nachstehend erläutert.
- Es zeigen:
- Fig. 1 die Seitenansicht einer Anlage zum Teil im Radialschnitt,
- Fig. 2 eine Teildarstellung der Anlage gem. Fig. 1 mit aufgesetzten Verbindungselementen zur Verbindung zweier Propellerwellenabschnitte,
- Fig. 3 die Verbindung des Getriebehohlrades über die Kupplung mit einem direkt auf die Propellerwelle aufgesetzten Kupplungsflansch,
- Fig. 4 die Stirnansicht der Gesamtanlage.
- In dem gezeigten Beispiel dient als Hauptantriebsanlage eine Dieselmaschine 1, deren Drehmoment über Propellerwellenabschnitte 2 und 3 in eine Schiffsschraube 4 geleitet wird. Mit 5 ist das Propellerwellenlager im Stevenrohr bezeichnet. Die übrigen zum Teil notwendigen Wellenlager innerhalb des Schiffskörpers sind der Übersichtlichkeit wegen nicht dargestellt.
- Ein Übersetzungsgetriebe 6 mit eigenem Fundament 7 ist antriebsseitig mit dem am Schwungrad 8 befestigten Propellerwellenflansch 9 verbunden. Eine Verhindungskupplung 10 verbindet die Abtriebsseite des Getriebes 6'nit einer Schiffshilfsmaschine, im gezeigten Beispiel ein Bordgenerator 11.
- Das Getrieberad der ersten Hochtreiberstufe ist als Hohlrad 12 ausgeführt und umgibt den Propellerwellenabschnitt 2. Sein Bohrungsdurchmesser ist aus Montagegründen größer als der kleinste Propellerwellenflansch, das ist beim dargestellten Beispiel der Flansch 13.
- Antriebsseitig ist das Getriebe 6 über eine Kupplung 14 mit dem unmittelbar am Schwungrad 8 der Hauptantriebsmaschine befestigten Propellerwellenflansch 9 verbunden. Die Kupplung besteht aus radial montierbaren Teilen, nämlich dämpfungselastischen Gliedern 15, die zwischen den Kupplungsflanschen 16 und 17 eingesetzt sind.
- Das Antriebshohlrad 12 ist über Lager 18 im Getriebegehäuse gelagert, das auf dem separaten Fundament 7 und damit unabhängig von dem Fundament 19 der Hauptantriebsmaschine 1 abgestützt ist.
- Das erforderliche Drehmoment für den Generator 11 wird direkt am schwungradseitigen Propellerwellenflansch 9 von dem Kupplungsflansch 16 abgenommen und über die radial montierbaren, dämpfungselastischen Kupplungsglieder 15 unter Reduzierung der Drehschwingungen und Wechselmomente sowie sämtlicher Wellenverlagerungen auf den zweiten Kupplungsflansch 17 und von dort zum Antriebshohlrad des Übersetzungsgetriebes 6 übertragen. Bei dem Ausführungsbeispiel gem. Fig. 2 ist der das Hohlrad 12 durchsetzende Propellerwellenabschnitt 2 mit Hilfe aufsetzbarer Verbindungselemente mit dem propellerseitigen Wellenabschnitt 3 verbunden. Als Verbindungselement kann entweder ein auf das Wellenende aufgeschobener Verbindungsflansch 20 (obere Figurhälfte) oder eine Kegelhülse mit Druckölverband dienen. Durch die aufgesetzten Verbindungselemente kann die Bohrung des Getriebehohlrades 12 kleiner gehalten.,werden,dä sie lediglich größer sein muß als der größte Propellerwellendurchmesser bis zum Bereich der Getriebeplazierung.
- Gem. Figur 3 wurde das Drehmoment von der Hauptantriebsmaschine 1 zunächst über den schwungradseitigen Propellerwellenflansch 9 in die Propellerwelle 2 geleitet. Das Drehmoment für die Arbeitsmaschine wird über einen aufgesetzten Flansch 22 von der Propellerwelle abgenommen und über die übrigen Kupplungselemente in das Getriebe geleitet. Diese Anordnung erlaubt es, das Getriebe propellerseitig weiter entfernt von der Hauptmaschine anzuordnen.
- Sollten es die räumlichen Verhältnisse im Bereich zwischen der Hauptantriebsmaschine und dem Stevenrohr erfordern, könnte die anzutreibende Arbeitsmaschine bei einem entsprechend ausgebildeten Getriebegehäuse in unterschiedlichen Positionen um die Wellenachse unterhalb eines Bereichs von 90° backbord bis 90°steuerbord gegen die Vertikale geschwenkt angeordnet sein.
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