EP3168136B1 - Omnidirektionaler voith-schneider-verstellpropeller mit konstanter drehzahl - Google Patents

Omnidirektionaler voith-schneider-verstellpropeller mit konstanter drehzahl Download PDF

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EP3168136B1
EP3168136B1 EP15818921.7A EP15818921A EP3168136B1 EP 3168136 B1 EP3168136 B1 EP 3168136B1 EP 15818921 A EP15818921 A EP 15818921A EP 3168136 B1 EP3168136 B1 EP 3168136B1
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EP
European Patent Office
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gear
propeller
voith
schneider
omnidirectional
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EP3168136A1 (de
EP3168136A4 (de
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Jialin HUANG
Lixin Chen
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Zhejiang Fengshen Ocean Engineering Technology Co Ltd
Original Assignee
Zhejiang Fengshen Ocean Engineering Technology Co Ltd
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Priority claimed from CN201420380437.8U external-priority patent/CN204037884U/zh
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    • B63H1/08—Propulsive elements directly acting on water of rotary type with rotation axis substantially at right angles to propulsive direction with adjustable vanes or blades with cyclic adjustment
    • B63H1/10—Propulsive elements directly acting on water of rotary type with rotation axis substantially at right angles to propulsive direction with adjustable vanes or blades with cyclic adjustment of Voith Schneider type, i.e. with blades extending axially from a disc-shaped rotary body
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    • B63H23/12—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with mechanical gearing for transmitting drive from more than one propulsion power unit allowing combined use of the propulsion power units
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    • B63H23/02—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with mechanical gearing
    • B63H2023/0283—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with mechanical gearing using gears having orbital motion

Definitions

  • the present invention relates to the technical field of propulsion and steering of ships, in particular to a constant speed omnidirectional Voith-Schneider variable pitch propeller capable of adjusting the output speed of the propeller based on the running condition of a ship at a constant speed of the main engine (diesel engine). to change the size of the thrust.
  • the present invention relates to an omnidirectional Voith-Schneider variable pitch propeller according to the preamble of claim 1.
  • Such a propeller is out CN 102 001 434 A known.
  • a propeller rudder system In the ships currently in existence, a propeller rudder system is mostly used as a drive and steering device, the drive and steering system is formed by a diesel engine, a clutch, a speed-reduction gearbox, a shaft system, a propeller and a rudder.
  • the shaft of the propeller is usually arranged in the horizontal state.
  • the active power output by the main engine is transmitted through a speed reduction gear and the shaft system to the propeller, so that the propeller rotates and thus a hydrodynamic force is generated to push the ship forward.
  • the present invention discloses an omnidirectional Voith Schneider variable pitch propeller of the ship, wherein the propeller is provided with a set of the auxiliary drive system, and wherein the propeller has a clutch, transmission and emergency drive force function thanks to the auxiliary drive system.
  • a constant speed omnidirectional Voith-Schneider variable pitch propeller comprising a main engine, a machine bed, a main shaft, a turntable, a steering gear, a steering shaft, a center gear A sprocket, a propeller blade, propeller blades and propeller blades, wherein the engine drives a sun gear for rotation, and wherein the sun gear meshes with a planetary gear, and wherein the planet gear meshes with a ring gear, and wherein the ring gear meshes with a speed control gear, and wherein the speed control gear through the auxiliary driving force is driven to rotate; and wherein the planet gear rotatably cooperates with a fixed shaft on the planet carrier, and wherein the planet carrier is coupled via the main shaft with the hub, and wherein the main shaft rotatably cooperates with the machine bed; and wherein the steering shaft successively through the sun gear, the main shaft and the hub, and wherein one end
  • the output shaft of the main engine is coupled via a clutch with an angle gear, wherein the angle gear is in engagement with a disc gear, and wherein the disc gear is coupled to the sun gear; and wherein the steering shaft passes through the disc gear and then extends to the sun gear.
  • the planet gears are arranged in a number of more than 1, wherein the plurality of planet gears are distributed uniformly along the circumferential direction.
  • the number of planet gears is 3.
  • the ring gear comprises an internal gear and an external toothing, wherein the internal toothing of the ring gear with a planet gear is engaged, and wherein the external toothing of the ring gear with a speed control gear is engaged.
  • the gunwale lines of the propeller blades are arranged at different circumferential positions such that the angle of rotation and the angle of rotation relative to one another have a ratio of 1: 2.
  • an electric control motor or a hydraulic motor is used as the auxiliary drive.
  • a diesel engine, an electric motor or a hydraulic motor is used as the main engine.
  • the sprocket is supported by a sprocket support wheel on the machine bed.
  • the planet carrier is supported via a planet carrier support wheel on the machine bed.
  • the diesel engine does not need to drive a load via a clutch after an unloaded start, but the diesel engine is started via a synchronous operation of the auxiliary drive.
  • the auxiliary drive device With the auxiliary drive device, a Drehierevariierfunktion the propeller can be realized at a constant speed of the diesel engine.
  • the propeller according to the present invention has a high thrust, good efficiency, adjustable distance, excellent high speed performance, full turn steering and other advantages and is particularly suitable for propulsion, steering, shifting and towing the various types of ships and marine technology. Objects and use for drive positioning.
  • the constant velocity omnidirectional Voith-Schneider variable pitch propeller in the present embodiment comprises a clutch 2, an angle gear 3, a disk gear 4, a sun gear 5, a planetary gear 6, a planetary carrier 7, a ring gear 8, a speed control gear 9, a Auxiliary drive 10 (an electric control motor), a sprocket support wheel 11, a planet carrier jockey wheel 12, a machine bed 13, a main shaft 14, a hub 15, a steering gear 16, a steering shaft 17, a central gear 18, a lock-up gear 19, a Propeller blade gear 20, propeller blades 21 and shafts 24, wherein the output shaft of the main engine (the diesel engine) via the clutch 2 is coupled to the angle gear 3, and wherein the angle gear 3 with the disc gear 4 is engaged, and wherein the disc gear 4 with the sun gear 5 is connected and thus coupled.
  • the output shaft of the main engine (diesel engine) 1 via the clutch 2, the angle gear 3, the disk gear 4 and the sun gear 5 to drive for rotation
  • the sun gear 5 meshes with three planetary gears, wherein the three planetary gears 6 are distributed uniformly along the circumferential direction, and wherein the three planetary gears 6 respectively with the internal teeth of the ring gear 8 are engaged, and wherein the external teeth of the ring gear 8 with the speed control gear 9 in Is engaged, and wherein the speed control gear 9 is driven by the auxiliary drive 10 (eg, an electric control motor) for rotation, so that the ring gear 8 is under the control of the speed control gear 9 and the auxiliary drive 10 (the electric control motor).
  • the auxiliary drive 10 eg, an electric control motor
  • the sprocket support wheel 11 and the planet carrier support wheel 12 is installed via a vertical shaft, wherein the cross sections of the wheel portion of the sprocket support wheel 11 and the planet carrier support wheel 12 are respectively formed [-shaped, and wherein the cross section of Bottom portion of the ring gear 8 is formed L-shaped, and wherein one end of the L-shaped portion extends into the wheel portion of the ring gear support wheel 11, but thereby the rolling of the ring gear support wheel 11 is not affected, and a relative movement can between the two not realized in the vertical direction.
  • the wheel portion of the planet carrier support wheel 12 extends into the outer race of the planetary carrier 7, however, the rotation of the planetary carrier 7 is not affected thereby, and a relative movement can not be realized between the two in the vertical direction.
  • the planetary gear 6 and the fixed shafts on the planet carrier 7 cooperate rotatably, wherein the planet carrier 7 is coupled via the main shaft 14 with the hub 15, and wherein the main shaft 14 rotatably cooperates with the machine bed 13, and wherein the machine bed 13 on the hull Base 22 is installed.
  • the disk gear 4, the sun gear 5, the main shaft 14 and the rotary disk 15 are respectively formed along the center axis direction in a through-shape, so that the steering shaft 17 extends through them, and the steering shaft 17 from top to bottom successively through the passage portion of the Disc gear 4, the sun gear 5, the main shaft 14 and the hub 15 passes, and wherein the upper end of the steering shaft 17 is coupled to the steering gear 16, and wherein the lower end of the steering shaft 17 passes through the top of the hub 15 and then with the is located within the hub 15 located central gear 18 is coupled.
  • a plurality of propeller blade shafts 24 further rotatably cooperate with the propeller blade shafts 24 aligned parallel to the main shaft 14, and the plural propeller blade shafts 24 are uniformly arranged around the center gear 18 along the circumferential direction, and the propeller blade shaft 24 is rotated by the propeller blade shaft 24 Propeller blade gear 20 and connected to the fixed, and wherein the propeller blade gear 20 via the lock-up gear 19 with the central gear 18 is engaged.
  • One end of the propeller blade shaft 24 extends into the water (namely after protruding the lower end of the hub 15) and is then connected to the propeller blade 21, wherein the gunwale lines of the respective propeller blade 21 are arranged at different circumferential positions such that the angle of rotation and the orbital angle have a ratio of 1: 2 to form a thrust in the water with identical direction.
  • the planetary gear 6 drives the planet carrier 7, so that it drives the rotary disk 15 for rotation, while during rotation the rotatably cooperating within the rotary disk 15 and together revolving propeller blade shaft 22 from the propeller blade gear 20 via the lock-up gear 19 performs a Eingenrotation to the central gear 18 so that the propeller blades in the water form a thrust force with identical direction.
  • the steering gear 16 drives the central gear 18 to rotate by a certain angle, its thrust direction also becomes changed by the specified angle. Since the central gear 18 can rotate 360 degrees, the thrust of the propeller can be changed within a range of 360 degrees.
  • the output shaft of the main engine (the diesel engine) 1 drives via the clutch 2, the angle gear 3, the disk gear 4 and the sun gear 5 for rotation, the ring gear 8 under the control of the speed control gear 9 and the auxiliary drive (the electric Control motor) 10 performs a synchronous rotation in the reverse direction.
  • the planetary gear 6 performs joint rotation of the sun gear 5 and the ring gear 8 at the original location, since the planetary carrier 7 and the rotary disk 15 do not rotate and generate no torque, the diesel engine can smoothly realize a start and an idling condition Reach target speed, at this time, the speed and the thrust of the propeller are each zero.
  • Speed control process of the propeller when operating in a restricted channel or in inbound and outbound operation, a ship will often drive at a different speed, at which time the operating speed of the propeller should be adjusted frequently.
  • the propeller of this invention performs a speed control, while the working principle is as follows: at a Target speed drives the output shaft of the main engine (the diesel engine) 1 via the clutch 2, the angle gear 3, the disk gear 4 and the sun gear 5 for rotation.
  • the speed of the ring gear 8 is adjusted, under joint action of the sun gear 5 and the ring gear 8, the planetary gear 6 changes its circulation and the speed of the planet carrier 7 and the hub 15, so that it is ensured that the propeller an unmodified speed can quickly change the required thrust for advancing the ship.
  • the propeller can use different operating conditions again select a suitable operating point to fully develop the performance of the main engine and save energy
  • the operating principle is as follows: at the target speed drives the output shaft of the main engine (the diesel engine) 1 via the Clutch 2, the angle gear 3, the disk gear 4 and the sun gear 5 for rotation, the ring gear 8 is under control of the speed control gear 9 and the auxiliary drive (the electric control motor) 10 and its speed and direction are adjusted based on the operating condition of the ship, below the planetary gear 6 drives the planetary carrier 7 and the rotary disk 15 to operate at a predetermined speed to achieve the target, the hydrodynamic speed polygon of the propeller blade and the hydrodynamic thread pitch angle (the pitch adjustment state d), so that, in the case of an unchanged power and speed of the diesel engine, the propeller provides a required maximum thrust for advancing the ship after the change of operating condition.
  • the propeller is in a thrust augmentation state when the ring gear 8 and the sun gear 5 have an identical direction of rotation, at which time the thrust power is the sum of the powers of the diesel engine 1 and the auxiliary drive (the electric control motor) 10, thus the ship gain a higher driving speed.
  • the ship can use the auxiliary drive to drive the propeller, while the working principle is like follows: the main engine (the diesel engine) 1 is turned off, so that the rotational speed of the sun gear 5 is zero, and the auxiliary drive (the electric control motor) 10 drives via the speed control gear 9 of the ring gear 8, under the action of the ring gear 8 rolls that Planetary gear 6 along the sun gear 5 and thus performs a circulation and drives the planet carrier 7 and the hub 15 for rotation, so that the required thrust force is generated for the progress of the ship.
  • the main engine the diesel engine
  • the auxiliary drive (the electric control motor) 10 drives via the speed control gear 9 of the ring gear 8, under the action of the ring gear 8 rolls that Planetary gear 6 along the sun gear 5 and thus performs a circulation and drives the planet carrier 7 and the hub 15 for rotation, so that the required thrust force is generated for the progress of the ship.
  • the present invention may allow the ship's main engine (diesel engine) to always operate at the target speed, thereby significantly reducing the wear on the components of the diesel engine, the fuel consumption, and the inbound and outbound and modified speed driving ,
  • the present invention can ensure that in different driving states of the multi-state ships the propeller can completely adsorb the power of the main engine and generate a maximum thrust.
  • the present invention improves the thrust efficiency and maneuverability of the ship in the restricted channel.
  • the clutch, the gear housing, the shaft system and the Steuererruder adopted the propeller drive system are omitted, there is a better plant integration, and the drive system allows easy installation and has a flush arrangement.
  • the present invention can accurately adjust the size and direction of thrust of the propeller, therefore, it can be used as an actuator of propulsion positioning of marine and marine technology.
  • the propeller has an auxiliary drive, which can realize both a separate operation as well as output with a diesel engine, the power together, in an emergency, it can also be used as an emergency drive.
  • the auxiliary drive not only improves the viability of the ship at sea, if necessary, the ship can get a higher driving speed.
  • the number of planet gears 6 may be 1 or more than 1; the toothing can be arranged on the inside and outside or only on the inside of the ring gear 8, accordingly, the speed control gear 9 can also be arranged on the outside or inside; the ring gear 8 and the planet carrier support wheel 12 may use a bearing structure; as the main engine (diesel engine) 1, an electric motor, a hydraulic motor or other driving means may be used, accordingly, the angle gear 3, the disk gear 4 and other components may also be omitted; as the auxiliary drive 10, an electric motor, a hydraulic motor or other controllable drive means can be used; the changes and modifications of the present invention should be considered to be within the scope of the present invention.

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Description

    Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet des Antriebs und der Lenkung der Schiffe, insbesondere einen omnidirektionalen Voith-Schneider-Verstellpropeller mit konstanter Drehzahl, der bei einer konstanten Drehzahl der Hauptmaschine (des Dieselmotors) die Ausgangsdrehzahl des Propellers anhand des Fahrzustandes eines Schiffs verstellen kann, um die Größe der Schubkraft zu ändern.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere einen omnidirektionalen Voith-Schneider-Verstellpropeller gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Ein solcher Propeller ist aus CN 102 001 434 A bekannt.
    • Stand der Technik
  • Bei den derzeit bestehenden Schiffen wird meist ein Propeller-Steuerruder-System als Antriebs- und Lenkungseinrichtung verwendet, deren Antriebs- und Lenkungssystem durch einen Dieselmotor, eine Kupplung, ein Drehzahl-Reduktionsgetriebegehäuse, ein Wellensystem, einen Propeller und ein Steuerruder ausgebildet ist. Die Welle des Propellers ist in der Regel im horizontalen Zustand angeordnet. Die durch die Hauptmaschine ausgegebene Wirkleistung wird durch ein Drehzahl-Reduktionsgetriebe und das Wellensystem an den Propeller übertragen, so dass der Propeller rotiert und somit eine hydrodynamische Kraft generiert wird, um das Schiff nach vorne zu schieben.
  • Ein mit der Propeller-Steuerruder-Einrichtung versehenes Schiff hat hauptsächlich folgende Probleme:
    1. 1. Beim Inbound und Outbound und Fahren des Schiffs mit geänderter Geschwindigkeit soll die Drehzahl des Dieselmotors verstellt werden, um die Größe der Schubkraft des Propellers zu steuern, was dazu führt, dass die Drehzahl des Dieselmotors eine häufige Änderung hat, der Verbrauch des Brennstoffs und die Emission erhöht werden und die Komponenten einen schwerwiegenden Verschleiß haben.
    2. 2. Nur im entworfenen Betriebszustand kann der Propeller die Leistung der Hauptmaschine entfalten. Bei Schlepperschiffen, Fischerboots, Arbeitsboots, Minensuchernboots und anderen Mehrbetriebszustand-Schiffen sowie in anderen Arbeitszuständen des Schiffs mit größerer Laständerung kann die Leistung der Hauptmaschine nicht vollständig entfaltet werden.
    3. 3. Beim Übertragung der Antriebskraft vom Dieselmotor an den Propeller besteht eine große Anzahl von Zwischeneinheitsanlagen, die los angeordnet sind.
    4. 4. Je kleiner der Durchmesser des Propellers in einer gleichen Leistungsbedingung ist, desto kleiner ist die generierte Schubkraft. Da der Durchmesser des Propellers üblicherweise durch den Tiefgang des Schiffs beschränkt wird, haben die Binnenschiffe und die Schiffe mit einem beschränkten Tiefgang eine schlechtere Schubeffizienz, wenn der Propeller verwendet wird.
    5. 5. Mit dem Verfahren zum Einstellen der Drehzahl des Dieselmotors kann die Schubkraft des Propellers nicht genau gesteuert werden, darüber hinaus hat das Steuerrudersystem keine gute Lenkbarkeit, deshalb kann das Propeller-Steuerruder-System das Schiff nicht genau steuern.
    Inhalt der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung offenbart einen omnidirektionalen Voith-Schneider-Verstellpropeller mit konstanter Drehzahl des Schiffs, wobei der Propeller mit einem Satz vom Hilfsantriebssystem versehen ist, und wobei der Propeller dank des Hilfsantriebssystems über eine Kupplungs-, Getriebe- und Notantriebskraftfunktion verfügt.
  • Um das obige Ziel zu erreichen, verwendet die vorliegende Erfindung die folgende technische Lösung: einen omnidirektionalen Voith-Schneider-Verstellpropeller mit konstanter Drehzahl, umfassend eine Hauptmaschine, ein Maschinenbett, eine Hauptwelle, eine Drehscheibe, ein Lenkgetriebe, eine Lenkwelle, ein Zentralzahnrad, ein Überbrückungszahnrad, ein Propellerflügelzahnrad, Propellerflügel und Propellerflügelwellen, wobei die Kraftmaschine ein Sonnenrad zur Rotation antreibt, und wobei das Sonnenrad mit einem Planetenrad kämmt, und wobei das Planetenrad mit einem Zahnkranz kämmt, und wobei der Zahnkranz mit einem Drehzahlregelzahnrad kämmt, und wobei das Drehzahlregelzahnrad durch die Hilfsantriebskraft zur Rotation angesteuert wird; und wobei das Planetenrad mit einer festen Wellen am Planetenträger drehbar zusammenwirkt, und wobei der Planetenträger über die Hauptwelle mit der Drehscheibe verkoppelt ist, und wobei die Hauptwelle mit dem Maschinenbett drehbar zusammenwirkt; und wobei die Lenkwelle nacheinander durch das Sonnenrad, die Hauptwelle und die Drehscheibe hindurchgehen, und wobei ein Ende der Lenkwelle mit dem Lenkgetriebe verkoppelt ist, und wobei das andere Ende der Lenkwelle durch die Drehscheibe hindurchgeht und danach mit dem innerhalb der Drehscheibe befindlichen Zentralzahnrad verkoppelt ist; und wobei innerhalb der Drehscheibe weiter mehrere Propellerflügelwellen drehbar zusammenwirken, und wobei die Propellerflügelwellen parallel zur Hauptwelle ausgerichtet sind, und wobei die mehreren Propellerflügelwellen um das als Mittelpunkt dienende Zentralzahnrad entlang der Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt sind, und wobei die Propellerflügelwelle durch das Propellerflügelzahnrad hindurchgeht und mit ihm fest verbunden ist, und wobei das Propellerflügelzahnrad über das Überbrückungszahnrad mit dem Zentralzahnrad kämmt; und wobei ein Ende der Propellerflügelwelle mit dem Propellerflügel verbunden ist.
  • Bevorzugt ist die Ausgangswelle der Hauptmaschine über eine Kupplung mit einem Winkelzahnrad verkoppelt, wobei das Winkelzahnrad mit einem Scheibenzahnrad im Eingriff ist, und wobei das Scheibenzahnrad mit dem Sonnenrad verkoppelt ist; und wobei die Lenkwelle durch das Scheibenzahnrad hindurchgeht und dann sich zum Sonnenrad erstreckt.
  • Bevorzugt sind die Planetenräder in einer Anzahl von mehr als 1 angeordnet, wobei die mehreren Planetenräder entlang der Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt sind.
  • Bevorzugt beträgt die Anzahl der Planetenräder 3.
  • Bevorzugt umfasst der Zahnkranz eine Innenverzahnung und eine Außenverzahnung, wobei die Innenverzahnung des Zahnkranzes mit einem Planetenrad im Eingriff ist, und wobei die Außenverzahnung des Zahnkranzes mit einem Drehzahlregelzahnrad im Eingriff ist.
  • Bevorzugt sind die Dollbordlinien der Propellerflügel an verschiedenen Umfangspositionen derart angeordnet, dass der Drehwinkel und der Umlaufwinkel zueinander ein Verhältnis von 1:2 haben.
  • Bevorzugt wird ein Elektro-Steuermotor oder ein Hydromotor als der Hilfsantrieb verwendet.
  • Bevorzugt wird ein Dieselmotor, ein Elektromotor oder ein Hydromotor als die Hauptmaschine verwendet.
  • Hauptmaschine verwendet.
  • Bevorzugt ist der Zahnkranz über ein Zahnkranz-Stützrad auf dem Maschinenbett gestützt.
  • Bevorzugt ist der Planetenträger über ein Planetenträger-Stützrad auf dem Maschinenbett gestützt.
  • Mit der technischen Lösung des Propellers gemäß der vorliegenden Erfindung braucht der Dieselmotor nach einem unbelasteten Start eine Last nicht über eine Kupplung anzutreiben, sondern der Dieselmotor wird über einen synchronen Betrieb des Hilfsantriebs gestartet. Mit der Hilfsantriebseinrichtung kann eine Drehzahlvariierfunktion des Propellers bei einer konstanten Drehzahl des Dieselmotors realisiert werden.
  • Der Propeller gemäß der vorliegenden Erfindung verfügt über eine große Schubkraft, eine gute Effizienz, einen verstellbaren Abstand, eine hervorragende Hochdrehzahlleistung, eine Vollumdrehungslenkung und andere Vorteile und eignet sich insbesondere zu Antrieb, Lenkung, Verschiebung und Schleppen der verschiedenen Arten von den Schiffen und Schiffstechnik-Objekten sowie Verwendung für Antriebspositioniereinrichtungen.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnung
    • Figur 1 zeigt eine schematische Strukturansicht einer Ausführungsform.
    • Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung des Getriebemechanismus in einer Ausführungsform.
    Bezugszeichenliste
    1. 1 Hauptmaschine
    2. 2 Kupplung
    3. 3 Winkelzahnrad
    4. 4 Scheibenzahnrad
    5. 5 Sonnenrad
    6. 6 Planetenrad
    7. 7 Planetenträger
    8. 8 Zahnkranz
    9. 9 Drehzahlsregelzahnrad
    10. 10 Hilfsantrieb
    11. 11 Zahnkranz -Stützrad
    12. 12 Planetenträger-Stützrad
    13. 13 Maschinenbett
    14. 14 Hauptwelle
    15. 15 Drehscheibe
    16. 16 Lenkgetriebe
    17. 17 Lenkwelle
    18. 18 Zentralzahnrad
    19. 19 Überbrückungszahnrad
    20. 20 Propellerflügelzahnrad
    21. 21 Propellerflügel
    22. 22 Kasko-Basis
    23. 23 Schiffbodenabschnitt
    24. 24 Propellerflügelwelle
    Ausführliche Ausführungsformen
  • Im Zusammenhang mit Figuren wird die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Folgenden näher erläutert.
  • Wie in Figur 1 dargestellt, umfasst der omnidirektionale Voith-Schneider-Verstellpropeller mit konstanter Drehzahl in der vorliegenden Ausführungsform eine Kupplung 2, ein Winkelzahnrad 3, ein Scheibenzahnrad 4, ein Sonnenrad 5, ein Planetenrad 6, einen Planetenträger 7, einen Zahnkranz 8, ein Drehzahlregelzahnrad 9, einen Hilfsantrieb 10 (einen Elektro-Steuermotor), ein Zahnkranz-Stützrad 11, ein Planetenträger-Stützrad 12, ein Maschinenbett 13, eine Hauptwelle 14, eine Drehscheibe 15, ein Lenkgetriebe 16, eine Lenkwelle 17, ein Zentralzahnrad 18, ein Überbrückungszahnrad 19, ein Propellerflügelzahnrad 20, Propellerflügel 21 und Wellen 24, wobei die Ausgangswelle der Hauptmaschine (des Dieselmotors) über die Kupplung 2 mit dem Winkelzahnrad 3 verkoppelt ist, und wobei das Winkelzahnrad 3 mit dem Scheibenzahnrad 4 im Eingriff ist, und wobei das Scheibenzahnrad 4 mit dem Sonnenrad 5 verbunden und somit verkoppelt ist. Dadurch kann die Ausgangswelle der Hauptmaschine (des Dieselmotors) 1 über die Kupplung 2 das Winkelzahnrad 3, das Scheibenzahnrad 4 und das Sonnenrad 5 zur Rotation antreiben.
  • Das Sonnenrad 5 greift in drei Planetenräder ein, wobei die drei Planetenräder 6 entlang der Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt sind, und wobei die drei Planetenräder 6 jeweils mit der Innenverzahnung des Zahnkranzes 8 im Eingriff sind, und wobei die Außenverzahnung des Zahnkranzes 8 mit dem Drehzahlregelzahnrad 9 im Eingriff ist, und wobei das Drehzahlregelzahnrad 9 durch den Hilfsantrieb 10 (z.B. einen Elektro-Steuermotor) zur Rotation angetrieben wird, so dass der Zahnkranz 8 unter Kontrolle des Drehzahlregelzahnrades 9 und des Hilfsantriebs 10 (des Elektro-Steuermotors) steht. Auf dem Maschinenbett 13 ist über eine vertikale Welle das Zahnkranz-Stützrad 11 und das Planetenträger-Stützrad 12 installiert, wobei die Querschnitte des Radabschnitts des Zahnkranz-Stützrades 11 und des Planetenträger-Stützrades 12 jeweils [-förmig ausgebildet sind, und wobei der Querschnitt des Bodenabschnitts des Zahnkranzes 8 L-förmig ausgebildet ist, und wobei ein Ende des L-förmigen Abschnitts sich in den Radabschnitt des Zahnkranz-Stützrades 11 erstreckt, jedoch dadurch wird das Rollen des Zahnkranz-Stützrades 11 nicht beeinflusst, und eine Relativbewegung kann zwischen den beiden in der vertikalen Richtung nicht realisiert werden. Der Radabschnitt des Planetenträger-Stützrades 12 erstreckt sich in den Außenring des Planetenträgers 7, jedoch wird die Rotation des Planetenträgers 7 dadurch nicht beeinflusst, und eine Relativbewegung kann zwischen den beiden in der vertikalen Richtung nicht realisiert werden.
  • Der Planetenrad 6 und die festen Wellen am Planetenträger 7 wirken drehbar zusammen, wobei der Planetenträger 7 über die Hauptwelle 14 mit der Drehscheibe 15 verkoppelt ist, und wobei die Hauptwelle 14 mit dem Maschinenbett 13 drehbar zusammenwirkt, und wobei das Maschinenbett 13 auf der Kasko-Basis 22 installiert ist. Das Scheibenzahnrad 4, das Sonnenrad 5, die Hauptwelle 14 und die Drehscheibe 15 sind jeweils entlang der Mittelachsrichtung in einer Durchgangsform ausgebildet, so dass die Lenkwelle 17 sich erstreckend durch sie hindurchgeht, und wobei die Lenkwelle 17 von oben nach unten nacheinander durch den Durchgangsabschnitt des Scheibenzahnrades 4, des Sonnenrades 5, der Hauptwelle 14 und der Drehscheibe 15 hindurchgeht, und wobei das obere Ende der Lenkwelle 17 mit dem Lenkgetriebe 16 verkoppelt ist, und wobei das untere Ende der Lenkwelle 17 durch die Oberseite der Drehscheibe 15 hindurchgeht und danach mit dem innerhalb der Drehscheibe 15 befindlichen Zentralzahnrad 18 verkoppelt ist. Innerhalb der Drehscheibe 15 wirken weiter mehrere Propellerflügelwellen 24 drehbar zusammen, wobei die Propellerflügelwellen 24 parallel zur Hauptwelle 14 ausgerichtet sind, und wobei die mehreren Propellerflügelwellen 24 um das als Mittelpunkt dienende Zentralzahnrad 18 entlang der Umfangsrichtung gleichmäßig angeordnet sind, und wobei die Propellerflügelwelle 24 durch das Propellerflügelzahnrad 20 hindurchgehen und mit dem fest verbunden ist, und wobei das Propellerflügelzahnrad 20 über das Überbrückungszahnrad 19 mit dem Zentralzahnrad 18 im Eingriff ist. Ein Ende der Propellerflügelwelle 24 erstreckt sich ins Wasser (nämlich nach Herausragen des unteren Endes aus der Drehscheibe 15) und ist danach mit dem Propellerflügel 21 verbunden, wobei die Dollbordlinien des jeweiligen Propellerflügels 21 an verschiedenen Umfangspositionen derart angeordnet sind, dass der Drehwinkel und der Umlaufwinkel zueinander ein Verhältnis von 1:2 haben, um eine Schubkraft im Wasser mit identischer Richtung auszubilden.
  • Beim Umlauf treibt das Planetenrad 6 den Planetenträger 7 an, so dass er die Drehscheibe 15 zur Rotation antreibt, während beim Umlauf die innerhalb der Drehscheibe 15 drehbar zusammenwirkenden und zusammen umlaufende Propellerflügelwelle 22 vom Propellerflügelzahnrad 20 über das Überbrückungszahnrad 19 eine Eingenrotation um das Zentralzahnrad 18 durchführt, so dass die Propellerflügel im Wasser eine Schubkraft mit identischer Richtung ausbilden. Wenn das Lenkgetriebe 16 das Zentralzahnrad 18 zum Rotieren um einen bestimmten Winkel antreibt, wird seine Schubkraftrichtung ebenfalls um den bestimmten Winkel geändert. Da das Zentralzahnrad 18 um 360 Grad rotieren kann, kann die Schubkraft des Propellers innerhalb eines Bereichs von 360 Grad geändert werden.
  • Arbeitsprinzip des Kupplungszustandes des Propellers: die Ausgangswelle der Hauptmaschine (des Dieselmotors) 1 treibt über die Kupplung 2 das Winkelzahnrad 3, das Scheibenzahnrad 4 und das Sonnenrad 5 zur Rotation an, wobei der Zahnkranz 8 unter Kontrolle des Drehzahlregelzahnrades 9 und des Hilfsantriebs (des Elektro-Steuermotors) 10 eine synchrone Rotation in umgekehrte Richtung durchführt. Zu diesem Zeitpunkt führt das Planetenrad 6 unter gemeinsamer Wirkung des Sonnenrades 5 und des Zahnkranzes 8 eine Eingenrotation am ursprünglichen Ort durch, da der Planetenträger 7 und die Drehscheibe 15 nicht rotieren und kein Drehmoment generieren, kann der Dieselmotor einen Start reibungslos realisieren und einen Leerlaufzustand oder Solldrehzahl erreichen, zu diesem Zeitpunkt betragen die Drehzahl und die Schubkraft des Propellers jeweils Null.
  • Start und stabiler Betrieb des Propellers: bei einer Solldrehzahl treibt die Ausgangswelle der Hauptmaschine (des Dieselmotors) 1 über die Kupplung 2 das Winkelzahnrad 3, das Scheibenzahnrad 4 und das Sonnenrad 5 zur Rotation an. Zu diesem Zeitpunkt fangen der Hilfsantrieb (der Elektro-Steuermotor) 10, das Drehzahlregelzahnrad 9 und der Zahnkranz 8 mit der Drehzahlreduzierung an, bis sie mit der Rotation aufhören, unter gemeinsamer Wirkung des Sonnenrades 5 und des Zahnkranzes 8 fängt das Planetenrad 6 allmählich vom Zustand der Eingenrotation am ursprünglichen Ort mit einem Rollen entlang dem Zahnkranz 8 an und treibt den Planetenträger 7 und die Drehscheibe 15 zur Rotation mit einer erhöhten Drehzahl an, bis eine Solldrehzahl erreicht wird, so dass im Falle einer unverändert Eingangsdrehzahl des Propellers seine Schubkraft vom Null auf das Maximum erhöht wird und das Schiff zum Betrieb mit höchster Fahrgeschwindigkeit angetrieben wird, dabei hat der Hilfsantrieb beim stabilen Betrieb des Propellers keinen Energieverbrauch.
  • Drehzahlregelprozess des Propellers: bei Betrieb im beschränkten Kanal oder bei Inbound- und Outbound-Betrieb wird ein Schiff häufig ein Fahren mit geänderter Geschwindigkeit durchführen, zu diesem Zeitpunkt soll die Betriebsdrehzahl des Propellers häufig verstellt werden. Im Falle einer konstanten Drehzahl des Dieselmotors führt der Propeller dieser Erfindung eine Drehzahlregelung durch, dabei ist das Arbeitsprinzip wie folgt: bei einer Solldrehzahl treibt die Ausgangswelle der Hauptmaschine (des Dieselmotors) 1 über die Kupplung 2 das Winkelzahnrad 3, das Scheibenzahnrad 4 und das Sonnenrad 5 zur Rotation an. Anhand des Fahrzustandes des Schiffs wird die Drehzahl des Zahnkranzes 8 verstellt, unter gemeinsamer Wirkung des Sonnenrades 5 und des Zahnkranzes 8 ändert das Planetenrad 6 sein Umlauf und die Drehzahl des Planetenträgers 7 und der Drehscheibe 15, so dass es sichergestellt wird, dass der Propeller bei einer unverändert Drehzahl die benötigte Schubkraft für das Vorangehen des Schiffs schnell ändern kann.
  • Verstellen des Arbeitspunkts des Propellers in verschiedenen Betriebszuständen: bezüglich des Schlepperschiffs, Fischerboots und Kriegsschiffs haben die Schiffe verschiedene Betriebszustände beim Fahren. Zu diesem Zeitpunkt kann der Propeller anhand unterschiedlicher Betriebszustände einen passenden Arbeitspunkt erneut auswählen, um die Leistung der Hauptmaschine vollständig zu entfalten und die Energie zusparen, dabei ist das Arbeitsprinzip wie folgt: bei der Solldrehzahl treibt die Ausgangswelle der Hauptmaschine (des Dieselmotors) 1 über die Kupplung 2 das Winkelzahnrad 3, das Scheibenzahnrad 4 und das Sonnenrad 5 zur Rotation an, der Zahnkranz 8 steht unter Kontrolle des Drehzahlregelzahnrades 9 und des Hilfsantriebs (des Elektro-Steuermotors) 10 und seine Drehzahl und Drehrichtung werden anhand des Betriebszustandes des Schiffs verstellt, unter gemeinsamer Wirkung des Sonnenrades 5 und des Zahnkranzes 8 treibt das Planetenrad 6 den Planetenträger 7 und die Drehscheibe 15 zum Betrieb mit einer vorgegebenen Drehzahl an, um das Ziel zu erreichen, das hydrodynamische Drehzahlpolygon des Propellerflügels und den hydrodynamischen Gewindesteigungswinkel (dem Steigungsverstellzustand entsprechend) zu ändern, so dass der Propeller im Falle einer unverändert Leistung und Drehzahl des Dieselmotor eine benötigte maximale Schubkraft für das Vorangehen des Schiffs nach der Änderung des Betriebszustandes zur Verfügung stellt. Insbesondere befindet sich der Propeller in einem Schubverstärkungszustand, wenn der Zahnkranz 8 und das Sonnenrad 5 eine identische Drehrichtung haben, zu diesem Zeitpunkt ist die Schubleistung die Summe der Leistungen des Dieselmotors 1 und des Hilfsantriebs (des Elektro-Steuermotors) 10, dadurch kann das Schiff eine höhere Fahrgeschwindigkeit gewinnen.
  • Antriebszustand mit dem Hilfsantrieb: in Ausnahmenfällen kann das Schiff den Hilfsantrieb zum Antreiben des Propellers verwenden, dabei ist das Arbeitsprinzip wie folgt: die Hauptmaschine (der Dieselmotor) 1 wird ausgeschaltet, so dass die Drehzahl des Sonnenrades 5 Null beträgt, und der Hilfsantrieb (der Elektro-Steuermotor) 10 treibt über das Drehzahlregelzahnrad 9 der Zahnkranz 8 an, unter der Wirkung des Zahnkranzes 8 rollt das Planetenrad 6 entlang dem Sonnenrad 5 und führt somit ein Umlauf durch und treibt den Planetenträger 7 und die Drehscheibe 15 zur Rotation an, so dass die benötigte Schubkraft für das Vorangehen des Schiffs generiert wird.
  • Die vorliegende Erfindung kann ermöglichen, dass die Hauptmaschine (der Dieselmotor) des Schiffs immer einen Betrieb bei der Solldrehzahl durchführt, dadurch werden der Verschleiß der Bauteile des Dieselmotors, der Verbrauch des Brennstoffs und die Emission beim Inbound und Outbound und Fahren mit geänderter Geschwindigkeit erheblich reduziert.
  • Die vorliegende Erfindung kann sicherstellen, dass in verschiedenen Fahrzuständen der Mehrbetriebszustands-Schiffe der Propeller die Leistung der Hauptmaschine vollständig adsorbieren und eine maximale Schubkraft generieren kann.
  • Die vorliegende Erfindung verbessert die Schubeffizienz und die Lenkbarkeit beim Fahren des Schiffs im beschränkten Kanal.
  • In der vorliegenden Erfindung werden die Kupplung, das Zahnradgehäuse, das Wellensystem und die Steuerrudereinrichtung des Propeller-Antriebssystems weggelassen, dabei besteht eine bessere Anlagenintegration, und das Antriebssystem ermöglicht eine leichte Installation und hat eine bündige Anordnung.
  • Über den Elektro-Steuermotor und das Lenkgetriebe kann die vorliegende Erfindung die Größe und die Richtung der Schubkraft des Propellers genau einstellen, aufgrund dessen kann sie als Aktuator der Antriebspositionierung der Schiff- und Meertechnik verwendet werden.
  • Der Propeller verfügt über einen Hilfsantrieb, welcher sowohl einen separaten Betrieb realisieren als auch mit einem Dieselmotor die Leistung gemeinsam ausgeben kann, im Notfall kann er ebenfalls als Notantrieb verwendet werden. Der Hilfsantrieb verbessert nicht nur die Lebensfähigkeit des Schiffs auf dem Meer, falls notwendig, kann das Schiff eine höhere Fahrgeschwindigkeit erhalten.
  • Der Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet soll verstehen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die obigen Ausführungsformen beschränkt ist, z.B.: die Anzahl der Planetenräder 6 kann 1 oder mehr als 1 betragen; die Verzahnung kann an der Innenseite und Außenseite oder nur an der Innenseite des Zahnkranzes 8 angeordnet sein, entsprechend kann das Drehzahlregelzahnrad 9 ebenfalls an der Außenseite oder Innenseite angeordnet sein; der Zahnkranz 8 und das Planetenträger-Stützrad 12 können eine Lagerstruktur verwenden; als die Hauptmaschine (der Dieselmotor) 1 kann ein Elektromotor, ein Hydromotor oder eine andere Antriebseinrichtung verwendet werden, entsprechend können das Winkelzahnrad 3, das Scheibenzahnrad 4 und andere Komponenten ebenfalls weggelassen werden; als den Hilfsantrieb 10 kann ein Elektromotor, ein Hydromotor oder eine andere steuerbare Antriebseinrichtung verwendet werden; die Änderungen und Modifikationen der vorliegenden Erfindung sollen als vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung gedeckt angesehen werden.

Claims (10)

  1. Omnidirektionaler Voith-Schneider-Verstellpropeller mit konstanter Drehzahl, umfassend eine Hauptmaschine (1), ein Maschinenbett (13), eine Hauptwelle (14), eine Drehscheibe (15), ein Lenkgetriebe (16), eine Lenkwelle (17), ein Zentralzahnrad (18), ein Überbrückungszahnrad (19), ein Propellerflügelzahnrad (20), Propellerflügel (21) und Propellerflügelwellen (24), dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftmaschine ein Sonnenrad (5) zur Rotation antreibt, wobei das Sonnenrad (5) mit einem Planetenrad (6) kämmt, und wobei das Planetenrad (6) mit einem Zahnkranz (8) kämmt, und wobei der Zahnkranz (8) mit einem Drehzahlregelzahnrad (9) kämmt, und wobei das Drehzahlregelzahnrad (9) durch einen Hilfsantrieb (10) zur Rotation angesteuert wird; und wobei das Planetenrad (6) mit einer festen Wellen am Planetenträger (7) drehbar zusammenwirkt, und wobei der Planetenträger (7) über die Hauptwelle (14) mit der Drehscheibe (15) verkoppelt ist, und wobei die Hauptwelle (14) mit dem Maschinenbett (13) drehbar zusammenwirkt; und wobei die Lenkwelle (17) nacheinander durch das Sonnenrad (5), die Hauptwelle (14) und die Drehscheibe (15) hindurchgehen, und wobei ein Ende der Lenkwelle (17) mit dem Lenkgetriebe (16) verkoppelt ist, und wobei das andere Ende der Lenkwelle (17) durch die Drehscheibe (15) hindurchgeht und danach mit dem innerhalb der Drehscheibe (15) befindlichen Zentralzahnrad (18) verkoppelt ist; und wobei innerhalb der Drehscheibe (15) weiter mehrere Propellerflügelwellen (24) zusammenwirken, und wobei die Propellerflügelwellen (24) parallel zur Hauptwelle (14) ausgerichtet sind, und wobei die mehreren Propellerflügelwellen (24) um das als Mittelpunkt dienende Zentralzahnrad (18) entlang der Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt sind, und wobei die Propellerflügelwelle (24) durch das Propellerflügelzahnrad (20) hindurchgeht und mit ihm fest verbunden ist, und wobei das Propellerflügelzahnrad (20) über das Überbrückungszahnrad (19) mit dem Zentralzahnrad (18) kämmt; und wobei ein Ende der Propellerflügelwelle (24) mit dem Propellerflügel (21) verbunden ist.
  2. Omnidirektionaler Voith-Schneider-Verstellpropeller mit konstanter Drehzahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangswelle der Hauptmaschine (1) über eine Kupplung (2) mit einem Winkelzahnrad (3) verkoppelt ist, wobei das Winkelzahnrad (3) mit einem Scheibenzahnrad (4) kämmt, und wobei das Scheibenzahnrad (4) mit dem Sonnenrad (5) verkoppelt ist; und wobei die Lenkwelle (17) durch das Scheibenzahnrad (4) hindurchgeht und dann sich zum Sonnenrad (5) erstreckt.
  3. Omnidirektionaler Voith-Schneider-Verstellpropeller mit konstanter Drehzahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Planetenräder (6) in einer Anzahl von mehr als 1 angeordnet sind, wobei die mehreren Planetenräder (6) entlang der Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt sind.
  4. Omnidirektionaler Voith-Schneider-Verstellpropeller mit konstanter Drehzahl nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Planetenräder (6) 3 beträgt.
  5. Omnidirektionaler Voith-Schneider-Verstellpropeller mit konstanter Drehzahl nach Anspruch 1 oder 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnkranz (8) eine Innenverzahnung und eine Außenverzahnung aufweist, wobei die Innenverzahnung des Zahnkranzes (8) mit dem Planetenrad (6) im Eingriff ist, und wobei die Außenverzahnung des Zahnkranzes mit dem Drehzahlregelzahnrad (9) im Eingriff ist.
  6. Omnidirektionaler Voith-Schneider-Verstellpropeller mit konstanter Drehzahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dollbordlinien der Propellerflügel (21) an verschiedenen Umfangspositionen derart angeordnet sind, dass der Eigenrotationswinkel und der Umlaufwinkel zueinander ein Verhältnis von 1:2 haben.
  7. Omnidirektionaler Voith-Schneider-Verstellpropeller mit konstanter Drehzahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Elektro-Steuermotor oder ein Hydromotor als der Hilfsantrieb (10) verwendet wird.
  8. Omnidirektionaler Voith-Schneider-Verstellpropeller mit konstanter Drehzahl nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dieselmotor, ein Elektromotor oder ein Hydromotor als die Hauptmaschine (1) verwendet wird.
  9. Omnidirektionaler Voith-Schneider-Verstellpropeller mit konstanter Drehzahl nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zahnkranz (8) über ein Zahnkranz-Stützrad (11) oder ein Lager auf dem Maschinenbett (13) gestützt ist.
  10. Omnidirektionaler Voith-Schneider-Verstellpropeller mit konstanter Drehzahl nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Planetenträger (7) über ein Planetenträger-Stützrad (12) oder ein Lager auf dem Maschinenbett (13) gestützt ist.
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