ES2356628T3

ES2356628T3 - DEVICE IN A PROPULSION SYSTEM.

Info

Publication number: ES2356628T3
Application number: ES03767842T
Authority: ES
Inventors: Tomi Veikonheimo; Vladimir Alexandrovich Boushkovskiy; Alexander Vladimirovich Pustoshny; Sergey Viacheslavovich Kaprantzev; Irina Gennadievna Frolova
Original assignee: ABB Oy
Current assignee: ABB Oy
Priority date: 2002-12-20
Filing date: 2003-12-19
Publication date: 2011-04-11
Anticipated expiration: 2023-12-19
Also published as: RU2304545C2; DE60335026D1; CA2509401A1; US20060172632A1; KR20050084403A; AU2003292278B2; AU2003292278A1; EP1578662B1; JP4005601B2; RU2005122954A; FI20022265A; ATE488427T1; FI115210B; WO2004056654A1; CN1729123A; EP1578662A1; KR101127484B1; DK1578662T3; CA2509401C; NO20053510L

Abstract

In a counter rotating propulsion system (CRP), whereby the aft propeller ( 22 ) and the forward propeller ( 6 ) have opposite directions of rotating and the aft and forward propellers are arranged against each other, the forward propeller is provided with a hubcap ( 30 ), wherein at least two equally distributed flow plates ( 28 ) are arranged on the cap ( 30 ) and the flow plates ( 28 ) are radially projecting from the cap ( 30 ).

Description

Esta solicitud está relacionada con un sistema de propulsión a contra-rotación (CRP). This request is related to a counter-rotation propulsion system (CRP).

El sistema de propulsión está localizado normalmente en la parte posterior del buque marino. Las hélices están equipadas con una tapa del cubo, que normalmente cubre el perno de fijación de la hélice. La circulación del agua 5 alrededor de cada álabe de la hélice forma un vórtice cerca de del cubo antes de unirse al vórtice. Es conocido que esta cavitación del vórtice del cubo es muy perjudicial para la unidad de propulsión y para el timón de dirección posterior a la hélice principal. El vórtice del cubo es en sí erosivo pero puede también inducir otras formas de cavitación perjudiciales en la construcción de dicha unidad de propulsión o después de los álabes de la hélice. The propulsion system is normally located at the back of the marine vessel. The propellers are equipped with a hub cover, which normally covers the propeller fixing bolt. The circulation of water around each blade of the propeller forms a vortex near the hub before joining the vortex. It is known that this cavitation of the hub vortex is very detrimental to the propulsion unit and to the steering rudder after the main propeller. The vortex of the hub is itself erosive but can also induce other forms of cavitation that are harmful in the construction of said propulsion unit or after the blades of the propeller.

Especialmente en el concepto de la propulsión CRP mediante el cual se dispone otra hélice próxima a la hélice 10 principal, esto puede provocar daños extensivos. La dirección de la unidad de propulsión no es aceptable totalmente porque se generan vórtices del cubo erosivos. Esto acortará el intervalo de mantenimiento del sistema de propulsión y por tanto se incrementarán los costes globales. Especially in the concept of the CRP propulsion whereby another propeller is arranged next to the main propeller 10, this can cause extensive damage. The direction of the propulsion unit is not totally acceptable because erosive bucket vortices are generated. This will shorten the maintenance interval of the propulsion system and therefore the overall costs will be increased.

La forma convencional para evitar la cavitación del vórtice del cubo es la aplicación de un casquete despuntado después de la hélice, el cual destruya el vórtice del cubo debido a la extensa separación después del casquete del 15 cubo. Pero en el caso de la hélice de contra-rotación dicho sistema es inaceptable porque la separación provocará la cavitación sobre los álabes de una hélice de popa, especialmente cuando el propulsor de popa opere en el modo de dirección, de forma que el propulsor esté girado con algún ángulo, y por tanto las hélices de proa y de popa no serán coaxiales, y los álabes del propulsor de popa durante su rotación pueda cruzar por la zona de separación. The conventional way to avoid cavitation of the cube vortex is the application of a blunt cap after the propeller, which destroys the cube vortex due to the extensive separation after the cube cap. But in the case of the counter-rotation propeller, said system is unacceptable because the separation will cause cavitation on the blades of a stern propeller, especially when the stern propeller operates in the steering mode, so that the propeller is turned at some angle, and therefore the bow and stern propellers will not be coaxial, and the stern propeller blades during its rotation can cross the separation zone.

La publicación WO 0154971 A1 (la más cercana a la técnica anterior) expone una configuración CRP en donde dos 20 hélices son los propulsores que están dispuestos sobre la misma línea axial. La hélice de popa y la hélice de proa tienen sentidos opuestos de rotación y las hélices de popa y proa están dispuestas de forma enfrentadas entre sí. La hélice de popa del documento WO 0154971 A1 está instalada en la góndola que puede girar alrededor de un eje vertical para dirigir el barco. Publication WO 0154971 A1 (closest to the prior art) discloses a CRP configuration in which two propellers are propellers that are arranged on the same axial line. The stern thruster and the bow thruster have opposite directions of rotation and the stern and bow thrusters are arranged facing each other. The stern propeller of WO 0154971 A1 is installed in the gondola that can rotate around a vertical axis to steer the ship.

La publicación EP 0255136 A1 expone un sistema de propulsión en donde el casquete del propulsor tiene unas 25 aletas con el fin de disminuir las cavitaciones de una única hélice. El objetivo del documento EP 0255136 es incrementar el rendimiento de la configuración de la propulsión con una sola hélice. EP 0255136 A1 discloses a propulsion system where the propellant cap has about 25 fins in order to reduce the cavitations of a single propeller. The purpose of EP 0255136 is to increase the performance of the propulsion configuration with a single propeller.

La publicación EP 0758606 A1 expone otro único sistema de una hélice que tiene aletas en su casquete del propulsor. La publicación DE 606119 C expone una única hélice con un cilindro o un cuerpo redondo al cual están fijadas las aletas. 30 EP 0758606 A1 discloses another single propeller system that has fins in its propeller cap. Publication DE 606119 C exposes a single propeller with a cylinder or a round body to which the fins are fixed. 30

En consecuencia, es un objeto de la presente invención el proporcionar una nueva configuración que resuelve los problemas provocados por los vórtices. Este objeto se consigue en relación con el sistema CRP mediante unas características según están identificadas en la reivindicación 1. Las modificaciones ventajosas adicionales de la invención están caracterizadas por las características de las sub-reivindicaciones. Consequently, it is an object of the present invention to provide a new configuration that solves the problems caused by the vortices. This object is achieved in relation to the CRP system by means of features as identified in claim 1. Further advantageous modifications of the invention are characterized by the characteristics of the subclaims.

Esta invención reducirá o eliminará los problemas mencionados anteriormente en el concepto de la propulsión CRP, 35 y por tanto protegiendo la hélice de popa y la unidad de propulsión completa con respecto a los daños. La invención incrementará la capacidad para dirigir la unidad de propulsión por detrás de la hélice delantera sin peligro de una cavitación de vórtices de tipo erosivo y sin ninguna cavitación peligrosa sobre los álabes posteriores al cubo o bien la cavitación delantera. Esto conducirá a una vida útil más duradera, reduciendo los costos de reparación de la unidad de propulsión. 40 This invention will reduce or eliminate the problems mentioned above in the concept of the CRP propulsion, 35 and thus protecting the stern propeller and the entire propulsion unit from damage. The invention will increase the ability to direct the propulsion unit behind the front propeller without danger of cavitation of erosive-type vortices and without any dangerous cavitation on the blades after the hub or the front cavitation. This will lead to a longer lasting life, reducing the repair costs of the propulsion unit. 40

La invención está basada en la idea de la rotura del flujo del vórtice provocado por los álabes de la hélice delantera. La tapa del cubo del propulsor, con el detalle de la apariencia externa mismo está formada de forma que comprenda al menos dos placas de flujo igualmente distribuidas que se proyectan desde la superficie exterior de la tapa del cubo. El número de las placas de flujo es en la práctica no superior a ocho, mientras que cuatro placas de flujo proporcionan el resultado más eficiente. 45 The invention is based on the idea of vortex flow rupture caused by the blades of the front propeller. The lid of the propeller hub, with the detail of the external appearance itself, is formed so that it comprises at least two equally distributed flow plates that project from the outer surface of the hub cover. In practice, the number of flow plates is not more than eight, while four flow plates provide the most efficient result. Four. Five

Por otro lado, el casquete en sí deberá ser de perfil aerodinámico con una relación del diámetro del casquete y la longitud del mismo de un valor no superior a 2. Proporciona la ausencia de una separación después del casquete del cubo con placas, y por tanto hace posible eliminar la cavitación de los álabes en la zona de separación posterior al cubo de proa cuando el propulsor no sea coaxial con el propulsor de proa. On the other hand, the cap itself must be of aerodynamic profile with a ratio of the diameter of the cap and its length of a value not exceeding 2. It provides the absence of a separation after the cap of the bucket with plates, and therefore it makes it possible to eliminate the cavitation of the blades in the zone of separation after the bow hub when the propeller is not coaxial with the bow thruster.

La ausencia del vórtices del cubo permite el funcionamiento seguro de la hélice posterior y de la unidad de 50 propulsión dirigible. La invención es ventajosa de implementar, ya que no requiere otras modificaciones en la estructura o en la operación del sistema de propulsión o de sus dispositivos periféricos. Además de ello, como la invención está realizada principalmente con una formación especial de un componente separado, la invención es adaptable a los dispositivos de propulsión en utilización. The absence of the vortexes of the hub allows the safe operation of the rear propeller and the airship propulsion unit. The invention is advantageous to implement, since it does not require other modifications in the structure or operation of the propulsion system or its peripheral devices. In addition, since the invention is mainly carried out with a special formation of a separate component, the invention is adaptable to the propulsion devices in use.

De acuerdo con una característica de la invención se encuentra instalada una tapa del cubo de forma aerodinámica 55 del propulsor de proa entre las dos hélices con el fin de evitar la separación posterior al cubo de proa. In accordance with a feature of the invention, an aerodynamically shaped hub cover 55 of the bow thruster is installed between the two propellers in order to avoid subsequent separation to the bow hub.

De acuerdo con otra función de la invención, la tapa del cubo del propulsor de proa tendrá dos placas de flujo las cuales son rectas y similares entre si. Esto proporciona un efecto óptimo y una estructura equilibrada. According to another function of the invention, the bow thruster hub cover will have two flow plates which are straight and similar to each other. This provides an optimal effect and a balanced structure.

De acuerdo con otra función de la invención, el número de placas de flujo es independiente del número de álabes del propulsor delantero, y la posición de las placas de flujo es independiente de la posición de los álabes del propulsor delantero. Esta función facilita la planificación y la instalación del casquete del cubo, ya que no hay 5 necesidad de alinear las placas de flujo con los álabes del propulsor. La misma estructura del casquete del cubo puede ser utilizada en distintas configuraciones del propulsor. According to another function of the invention, the number of flow plates is independent of the number of blades of the front propeller, and the position of the flow plates is independent of the position of the blades of the front propeller. This function facilitates the planning and installation of the hubcap, since there is no need to align the flow plates with the propeller blades. The same hubcap structure can be used in different propeller configurations.

En otra característica adicional de la invención, el diámetro de los bordes de la punta de las placas se encuentra en el rango de 0,4- 2 veces el diámetro máximo del cubo. Dentro de este rango la eficiencia de dispositivo inventado es especialmente ventajosa. 10 In another additional feature of the invention, the diameter of the edges of the tip of the plates is in the range of 0.4-2 times the maximum diameter of the hub. Within this range the efficiency of the invented device is especially advantageous. 10

Las placas de flujo están fijadas al casquete del cubo bien por la fijación de la tapa por soldadura o mediante pernos. El tamaño y la forma de las placas son fáciles de cambiar y pueden variar si es necesario, dependiendo de los respectivos requisitos. Si las placas de flujo se utilizan con los barcos en utilización, esta posibilidad podría ser deseable. Alternativamente, la tapa el cubo está moldeada como una sola pieza con las placas de flujo, por lo que el casquete del cubo se manipula como una sola pieza integrada. 15 The flow plates are fixed to the hubcap either by fixing the lid by welding or by bolts. The size and shape of the plates are easy to change and may vary if necessary, depending on the respective requirements. If the flow plates are used with the ships in use, this possibility might be desirable. Alternatively, the lid of the hub is molded as a single piece with the flow plates, whereby the hub cap is handled as a single integrated piece. fifteen

DE acuerdo con una función ventajosa adicional la hélice de popa es giratoria y la hélice de popa se utiliza para propulsar y dirigir el barco. According to an additional advantageous function, the stern propeller is rotatable and the stern propeller is used to propel and steer the ship.

Los detalles de una realización preferida así como las ventajas y funciones adicionales de la invención se harán evidentes a partir de la siguiente especificación y por los dibujos. En los dibujos: The details of a preferred embodiment as well as the advantages and additional functions of the invention will become apparent from the following specification and by the drawings. In the drawings:

 la figura 1 es una vista esquemática del la configuración CRP de acuerdo con la invención, 20  Figure 1 is a schematic view of the CRP configuration according to the invention,

 la figura 2 es una vista lateral del casquete del cubo de acuerdo con la invención, y  Figure 2 is a side view of the hubcap according to the invention, and

 la figura 2b s una vista frontal de un casquete del cubo de la figura 2a.  Figure 2b is a front view of a hub cap of Figure 2a.

La figura 1 muestra una configuración 2 de propulsión que está realizada con hélices de contra-rotación (CRP), que están situados debajo del casco 4 del buque. La hélice de propulsión principal, denominada como propulsor delantero 6 está dispuesta sobre el eje de accionamiento principal 8, el cual está soportado por medio de cojinetes al 25 casco 4 del buque. La hélice delantera 6 está accionada por ejemplo por una unidad motriz, similar a un motor Diesel, directamente o por medio de un accionamiento eléctrico que se suministra por una unidad generadora Diesel, por medio de un convertidor de frecuencia el cual es bien conocido en la técnica. La unidad motriz y el rodamiento y otras funciones de la transmisión motriz están utilizando una técnica convencional bien conocida en la técnica, y que no hay necesidad de explicar con detalle la misma, con el fin de comprender la invención. El 30 propulsor delantero 6 comprende un cubo 10 dispuesto con respecto al eje motriz 8 y los álabes del propulsor 12 fijadas al cubo 10. El numero de álabes, la inclinación de los álabes y la dimensión de los mismos serán definidos, cuando el dimensionado del sistema de propulsión del barco pueda variar según el caso. La inclinación de los álabes puede también ser ajustable. Figure 1 shows a propulsion configuration 2 which is made with counter-rotating propellers (CRP), which are located under the hull 4 of the ship. The main propulsion propeller, referred to as the front propeller 6, is arranged on the main drive shaft 8, which is supported by bearings to the hull 4 of the ship. The front propeller 6 is driven for example by a drive unit, similar to a diesel engine, directly or by means of an electric drive that is supplied by a diesel generating unit, by means of a frequency converter which is well known in the technique. The drive unit and the bearing and other functions of the drive transmission are using a conventional technique well known in the art, and there is no need to explain it in detail, in order to understand the invention. The front propeller 6 comprises a hub 10 disposed with respect to the drive shaft 8 and the propeller blades 12 fixed to the hub 10. The number of blades, the inclination of the blades and the dimension thereof will be defined, when the dimensioning of the Boat propulsion system may vary as appropriate. The inclination of the blades can also be adjustable.

El casco 4 del barco está diseñado de forma que el casco este curvado sobre el propulsor delantero 8 y el fondo se 35 extiende a un nivel más alto después del propulsor delantero. Así pues, el fondo 14 en la parte más posterior del buque es más alto que el fondo 16 del barco frente al propulsor delantero. Debajo del fondo 14 existe un dispositivo 18 de direccion giratorio, el cual comprende una unidad propulsora en acimut, similar a un AZIPOD®, la cual dirige y propulsa el barco. El dispositivo de direccion 18 comprende un eje 20, el cual está apoyado para poder ser giratorio en 360 grados alrededor de su eje vertical. Un armazón aerodinámico 21, el cual cubre el motor de accionamiento 40 del propulsor de dirección 22, está fijado debajo del eje 20. El propulsor dirigible 22 está accionado por el eje motriz 24, el cual esta posicionado sobre el mismo nivel que el eje 8 del propulsor delantero. The hull 4 of the boat is designed so that the hull is curved over the front propeller 8 and the bottom extends to a higher level after the front propeller. Thus, the bottom 14 at the rear of the ship is higher than the bottom 16 of the ship in front of the front propeller. Under the bottom 14 there is a rotating steering device 18, which comprises an azimuth drive unit, similar to an AZIPOD®, which directs and propels the ship. The steering device 18 comprises an axis 20, which is supported to be rotatable in 360 degrees around its vertical axis. An aerodynamic frame 21, which covers the drive motor 40 of the steering propeller 22, is fixed below the axis 20. The steerable propeller 22 is driven by the drive shaft 24, which is positioned on the same level as the axis 8 of the front propeller.

De acuerdo con el concepto CRP la tapa del cubo 30 aerodinámica del propulsor delantero 6 y la tapa del cubo 26 del propulsor 22 de direccion están enfrentados entre si y el propulsor delantero 6 y el propulsor de direccion 22 están en rotación en el sentido opuesto cuando el barco está moviéndose hacia delante. Al cambiar la direccion del 45 barco 18 el dispositivo de direccion gira alrededor del eje vertical del eje 20, con el fin de realizar la acción de direccion deseada. According to the CRP concept, the aerodynamic hub cover 30 of the front propeller 6 and the hub cover 26 of the steering propeller 22 face each other and the front propeller 6 and the steering propeller 22 are rotated in the opposite direction when The ship is moving forward. By changing the direction of the ship 18 the steering device rotates around the vertical axis of the axis 20, in order to perform the desired steering action.

Los planos de rotación de los propulsores delantero y direccion están alejados entre si, en mas del doble del diámetro del propulsor delantero cuando los propulsores están enfrentados entre si. La tapa del cubo 30 del propulsor delantero 6 y la tapa del cubo 26 del propulsor de dirección se encuentran posicionadas más cerca entre 50 si. El vórtice y los esfuerzos provocados por sus efectos intensos repercuten en el casquillo del cubo del propulsor delantero y también en el propulsor de direccion. De acuerdo con las consecuencias de la presente invención, la cavitación del vortice del cubo y la cavitación de los alabes del propulsor de popa con sus efectos perjudiciales se minimizan por la disposición de un cubo 30 aerodinámico después del propulsor delantero y por las placas de flujo 28 sobre la tapa del cubo 30. 55 The rotation planes of the front and steering thrusters are far apart, more than twice the diameter of the front thruster when the thrusters are facing each other. The hub cover 30 of the front propeller 6 and the hub cover 26 of the steering propeller are positioned closer to 50 si. The vortex and the stresses caused by its intense effects have an impact on the hub of the front propeller hub and also on the steering thruster. According to the consequences of the present invention, the cavitation of the hub vortex and the cavitation of the stern propeller blades with their detrimental effects are minimized by the arrangement of an aerodynamic hub 30 after the front propeller and by the flow plates 28 on bucket lid 30. 55

De acuerdo con una realización favorable de la invención, las cuatro placas de flujo 28 están montadas simétricamente o con una distancia igual a cada placa de flujo sobre la superficie exterior de la tapa del cubo 30 tal como se muestra en las figuras 2a y 2b. La figura 2a es la vista lateral y la figura 2b en la vista frontal al observarse According to a favorable embodiment of the invention, the four flow plates 28 are mounted symmetrically or with a distance equal to each flow plate on the outer surface of the hub lid 30 as shown in Figures 2a and 2b. Figure 2a is the side view and Figure 2b in the front view when viewed

desde la parte posterior del barco. La tapa del cubo tiene una longitud L y un diámetro D, por lo que la relación D/L no es superior a 2. Las placas de flujo son placas rectas que están soldadas o fijadas con pernos a la superficie de la tapa de cubo 2 del propulsor principal. Las dos placas de flujo 2 pueden también estar fundidas con la totalidad de la tapa del cubo del propulsor. La placa de flujo ha sido instalada sobre la longitud completa de la superficie de la tapa y las placas de flujo se enlazan entre si por fuera de la superficie de la tapa extendiéndose un poco sobre el 5 borde superior de la tapa. En este ejemplo, la altura de la placa de flujo no excede de las dimensiones radiales de la tapa. Así pues, la placa de flujo no se extiende sobre el diámetro de la tapa del cubo. Las placas de flujo se proyectan en la direccion radial desde la superficie de la tapa del cubo, y se instalan en la direccion del eje del propulsor sin inclinación. Se ha mostrado que los bordes de la punta de las placas de flujo pueden variar en el rango de 0,4 a 2 veces el diámetro máximo del cubo D. En consecuencia, este rango corresponde aproximadamente a 10 0,12 a 0,4 veces el diámetro del propulsor. from the back of the ship. The hub cover has a length L and a diameter D, whereby the ratio D / L is not more than 2. The flow plates are straight plates that are welded or bolted to the surface of the hub lid 2 of the main propeller. The two flow plates 2 can also be fused with the entire lid of the propeller hub. The flow plate has been installed over the entire length of the surface of the lid and the flow plates are linked together outside the surface of the lid extending slightly over the top edge of the lid. In this example, the height of the flow plate does not exceed the radial dimensions of the lid. Thus, the flow plate does not extend over the diameter of the hub lid. The flow plates project in the radial direction from the surface of the hub cover, and are installed in the direction of the propeller shaft without tilt. It has been shown that the edges of the tip of the flow plates can vary in the range of 0.4 to 2 times the maximum diameter of the hub D. Consequently, this range corresponds approximately to 10 0.12 to 0.4 times the diameter of the propeller.

El número de placas de flujo no está sujeto al número de los álabes del propulsor y pueden variar desde dos a ocho, mientras que se ha encontrado ventajoso el número de cuatro placas de flujo. Tampoco la posición de las placas de flujo está sujeta a la posición de los álabes del propulsor, pero podrían coincidir o ser similares. The number of flow plates is not subject to the number of the propeller blades and may vary from two to eight, while the number of four flow plates has been found advantageous. Nor is the position of the flow plates subject to the position of the propeller blades, but they could coincide or be similar.

La invención se ha descrito utilizando sus modificaciones como un ejemplo. La invención puede tener una gran 15 cantidad de distintas realizaciones, en donde el alcance de la invención está definido en las reivindicaciones. The invention has been described using its modifications as an example. The invention may have a large number of different embodiments, wherein the scope of the invention is defined in the claims.

Claims

1. A counter-rotating propulsion system (CRP), whose propulsion system comprises a stern propeller (22) installed on a rotating propeller (18) and a front propeller (6) installed on a shaft (8), or either on a propeller, whose propellers are arranged essentially on the same axial line, whereby the stern propeller (22) and the front propeller (6) have opposite directions of rotation, and where the stern and forward propellers are arranged facing each other, and where the propellers have a hub with a lid, characterized in that at least 5 flow plates (28) are arranged on the cover (30) of the front propeller (6) radially, projecting from the cover ( 30) and because the flow plates (28) are also distributed over the lid (30).

2. A counter-rotating propulsion system according to claim 1, characterized in that the front hub cover (30) has a diameter and length ratio not exceeding 2.

3. A counter-rotating propulsion system according to claim 1 or 2 characterized in that the flow plates 10 (28) are straight and similar to each other.

4. A counter-rotating propulsion system according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the number of flow plates (28) is independent of the number of blades (12) of the front propeller (6) and the position of the flow plates (28) is independent of the position of the front propeller blades.

5. A counter-rotating propulsion system according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the diameter of the edges of the tip (28) is in the range of 0.4-2 times the maximum diameter of the cube.

6. A counter-rotating propulsion system according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the plates (26) are integrated in the cover (30).

7. A counter-rotating propulsion system according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the plates (28) are fixed to the cover (30) by welding or bolts.

8. A counter-rotating propulsion system according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the stern thruster (22) is rotatable and the stern thruster (22) is used to propel and direct the ship.

9. A counter-rotating propulsion system according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the stern thruster (22) is located after the front propeller (6) and has an aerodynamic cover (26).