FI110599B - Kääntyvä potkurilaite alusta, offshore-rakennetta tai vastaavaa varten - Google Patents

Description

Kääntyvä potkurilaite alusta, 110599 offshore-rakennetta tai vastaavaa varten Vridbar propelleranordning for ett fartyg, en offshore-konstruktion eller motsvarande 5

Keksinnön kohteena on kääntyvä potkurilaite alusta, offshore-rakennetta tai vastaavaa varten, joka potkurilaite käsittää pystyrungon, joka on pääasiassa pystysuuntaisen 10 kääntöakselin suhteen kääntyvästi laakeroitu potkurilaitteen, aluksen tai vastaavan runkoon ja jonka pystyrungon alapäähän on asennettu suljetun kammion muodostama ala-pesä, johon yksi tai useampia potkureita on asennettu pääasiassa vaakasuuntaiselle potkurin akselille, jolloin potkurilaite on varustettu sähkömoottorilla potkurilaitteen kääntämiseksi mainitun pystysuuntaisen kääntöakselin suhteen.

15

Nyt esillä oleva keksintö liittyy erityisesti sen tyyppisiin potkurilaitteisiin, joita on aikaisemmin kuvattu mm. suomalaisissa patenttijulkaisuissa nrot 65 589,75 775, 79 991, 82 007 ja 91 513 sekä suomalaisissa patenttihakemuksissa nrot 834441, . . 872690 ja 945788. Näissä julkaisuissa kuvatut potkurilaitteet ovat tyypiltään sellaisia, 20 että ne käsittävät potkurilaitteen, aluksen tai vastaavan runkoon pääasiassa pystysuuntaisen kääntöakselin ympäri kääntyvästi laakeroidun pystyrungon, jonka alapäähän on ; asennettu alapesä, joka kannattaa pääasiassa vaakasuuntaisen pyörintäakselin ympäri t t · • · . ·. ·, pyörivää yhtä tai useampaa potkuria. Potkineiden käyttö voi olla järjestetty täysin me- • · · • · . ·: ·. kaanisesti siten, että aluksessa tai vastaavassa olevalta voimanlähteeltä käyttöteho tuo- » · · 25 daan käyttöakselilta yläkulmavaihteelle, joka on asennettu potkurilaitteen pystyrungon : ’. : yläpäähän. Yläkulmavaihteelta käyttöteho edelleen välitetään pystyrungon sisään sovi- • * •"'; tetun pystyakselin välityksin potkurilaitteen alapesään, jossa olevan alakulmavaihteen • · · . . t kautta käyttöteho siirretään pääasiassa vaakasuuntaiselle potkurin akselille ja siitä edel- • · · /’··, leen potkurille tai potkureille. Voimanlähteenä voidaan käyttää esimerkiksi diesel- • · M» 30 konetta tai dieselsähköistä käyttökoneistoa. Myös hydraulikäyttöiset potkurilaitteet ovat ; '. ennestään tunnettuja. Nykyisin käytetään myös sähköistä voimansiirtoa, jossa potkuri- • *» ' * laitteen alapesään on sijoitettu sähkömoottori, joka käyttää potkureita suoraan tai alen- 2 110599 nusvaihteen välityksellä. Käytön suhteen tunnetaan myös sellainen ratkaisu, jossa sähkömoottori on sijoitettu alukseen tai potkurilaitteeseen pystyasentoon siten, että käyttö-teho siirretään sähkömoottorilta potkurin akselille alapesässä olevan kulmavaihteen välityksellä, jolloin yläkulmavaihdetta ei tarvita.

5

Potkurilaitteen käännettävyys on yleensä toteutettu siten, että potkurilaitteen pystyrunko on yläosastaan tuettu potkurilaitteen, aluksen tai vastaavan runkoon tai kiinteään runko-putkeen tai runkosovitteeseen laakerien avulla. Potkurilaitteen kääntöliike on yleisesti toteutettu siten, että potkurilaitteen kääntyvään osaan on asennettu hammaspyörä koak-10 siaalisesti kääntöakselin suhteen. Usein potkurilaitteen kääntyvään osaan asennettu hammaspyörä on toteutettu ns. kääntölaakerilla, jonka sisäkehässä on hammastus. Hammaspyörää käytetään yhdellä tai useammalla siihen hammaskosketuksessa olevalla käyttöhammaspyörällä. Käyttöhammaspyörä tai käyttöhammaspyörät on kytketty yleensä planeettavaihteeseen, planeettavaihteen toisioakselille ja kutakin planeettavaih-15 detta käytetään yleisimmin hydraulimoottorilla. Hydraulimoottori puolestaan saa käyttövoimansa hydraulikoneikosta, jonka pumppua käyttää sähkömoottori tai potkurilaitteen vetoakseli esimerkiksi hihnavälityksellä. Tunnetaan myös ratkaisu, jossa hydraulimoottori käyttää suoraan kääntyvään osaan asennettua hammaspyörää. Tässä ratkaisus-sa hydraulimoottorin koko kasvaa suureksi ja sitä pyritäänkin rajoittamaan lisäämällä • · i ’·· 20 hydraulimoottorien lukumäärää. Tunnetaan myös ratkaisuja, joissa hammasvälityksen * '* * sijasta joko kokonaan tai osittain on käytetty ketju- tai hihnavälitystä. Tällaisissa ratkai-• · *. ‘: suissa tieto potkurilaitteen kääntöasennosta välitetään näyttölaitteelle yleensä sähköme- • · · '·*·' kaanisesti, jolloin mittausanturi saa käyttönsä kääntyvään osaan asennetulta hammas- • # · ’·’ pyörältä mekaanisen välityksen avulla. 1 * * »

Koska aluksissa ovat sähkökäytöt jatkuvasti lisääntymässä, myös hydraulikoneikon *; * pumppua käyttää yhä useammin sähkömoottori. Sähköenergia muutetaan täten sähkö- : moottorissa ensin mekaaniseksi energiaksi, joka edelleen muutetaan pumpussa hyd- ’ ·.. ’ rauliseksi energiaksi. Hydraulienergia siirretään koneikolla hydraulimoottorille, jossa se : : 30 muutetaan takaisin mekaaniseksi energiaksi j a hydraulimoottorin pieni vääntömomentti :. ‘ · · nostetaan mekaanisen välityksen avulla riittävän suureksi, jotta se pystyisi kääntämään 3 110599 potkurilaitetta. Välityssuhde saattaa olla jopa yli 500. Tällaisessa ratkaisussa energiankäytön hyötysuhde ei ole kovin hyvä mekaanisten välitysten ja energiamuodoista toiseen tapahtuvien muunnosten sekä hydraulisen tehonsiirron huonon hyötysuhteen johdosta.

5

Tekniikan tasosta tunnetaan myös ratkaisuja, joissa potkurilaitteen ohjaukseen käytetään sähköistä ohjauskonetta. Hydraulisesta ohjauksesta tämä eroaa periaatteessa siten, että hydraulimoottorin sijasta planeettavaihdetta käytetään oikosulkumoottorin avulla, jonka pyörimisnopeutta säädetään invertterillä. Tähänkin ohjausjäijestelyyn sisältyy 10 näin ollen mekaaninen välitys, j olioin ratkaisu ei juurikaan yksinkertaista potkurilaitteen rakennetta. Sähköisen ohjauskoneen käytön hyöty hydrauliseen ohjaukseen verrattuna on siinä, että sähkömoottorin ja planeettavaihteen välistä on jäänyt hydraulinen tehon-siirto pois. Tällaiseen sähköiseen ohjaukseen liittyy myös muita ongelmia, joiden eräänä lähteenä on sähkömoottorin erittäin suuri massahitausmomentti voimansiirtolinjan 15 muihin osiin verrattuna. Esim. mahdollisissa törmäystapauksissa sähkömoottorin roottorin suuri massahitausmomentti saattaa vaurioittaa mekaanista välitystä, minkä välttämiseksi tarvitaan erikoisjärjestelyjä. Edelleen tällaisessa ratkaisussa tarvitaan jarru potkurilaitteen paikalla pitoa varten ja jarrun kestoikä pitää mitoittaa erittäin suurta kyt-kentämäärää varten. Maksimiohjausmomenttia suuremmasta ulkoisesta kuormituksesta : “· 20 voi edelleen seurauksena olla planeettavaihteen maksimipyörimisnopeuden reilu ylitys, ' ' ‘ mikä voi johtaa vaurioon. Kaikki yllämainitut ongelmat tunnetussa sähköisessä ohjauk- *· " sessa johtuvat oikosulkumoottorin ominaisuuksista sekä mekaanisesta välityksestä.

·’ Nyt esillä olevan keksinnön päämääränä on saada aikaan olennainen parannus tunnet- 25 tuihin potkurilaitteiden ohjausmekanismeihin nähden. Tähän päämäärään pääsemiseksi • · · !.. ‘ keksinnölle on pääasiassa tunnusomaista, että potkurilaitteen kääntöliikkeen aikaansaa- * 1 ’ van sähkömoottorin pyörivä osa on asennettu kiinni suoraan potkurilaitteen kääntyvään • · • · ’ osaan ja vastaavasti sähkömoottorin kiinteä osa on kiinnitetty potkurilaitteen, aluksen, offshore-rakenteen tai vastaavan kiinteään rakenteeseen.

0.: 30 • · · 4 110599

Keksinnöllä saavutetaan useita merkittäviä etuja tunnettuihin ratkaisuihin nähden ja näistä eduista voidaan tuoda esiin seuraavat. Merkittävä etu sekä tunnettuihin hydraulisiin että sähköisiin ohjauksiin nähden on siinä, että ohjauksen rakenne on saatu aikaisempaa huomattavasti yksinkertaisemmaksi, koska minkäänlaista mekaanista välitystä 5 ei tarvita. Keksinnön mukaisessa ratkaisussa tieto potkurilaitteen kääntöasennosta saadaan suoraan kääntömoottorilta, jolloin nykyisen kaltaista mittaustapaa mekaanisine välityksineen ei tarvita lainkaan. Näiden komponenttien poisjäännin ansiosta potkuri-laitteen yläosan rungon rakenne yksinkertaistuu huomattavasti. Mekaanisen välityksen poisjäänti vähentää edelleen voitelukohteita. Lisäksi energian käytön hyötysuhde para-10 nee tunnettuihin ratkaisuihin verrattuna mekaanisen välityksen poisjäännin ansiosta.

Erityisesti hydrauliseen ohjaukseen verrattuna on keksinnössä ohjauksen vaatima sähköteho huomattavasti pienempi, koska hydraulisessa ohjauksessa syntyy huomattava tehohäviö hydraulisen tehonsiirron huonon hyötysuhteen johdosta. Hydraulikoneikko 15 on huomattava melunlähde, kun taas keksinnön mukainen ratkaisu on lähes meluton. Tilansäästö nykyratkaisuihin verrattuna on olennainen, koska sähkömoottorin ohjausyksikön vaatima tilantarve on pieni ja se voidaan sijoittaa vapaammin kuin hydraulikoneikko, jonka pitää sijaita mahdollisimman lähellä potkurilaitetta. Koska hydrauli-*;: putkituksia tai mekaanisia välityksiä ei tarvita, on näiltä säästyneen tilan ansiosta mah- : 20 dollista asentaa voitelusysteemin komponentit yläosan runkoon, jolloin konehuoneesta * *♦· ei tarvitse varata tilaa myöskään voitelukoneikolle.

• * · •

Keksinnön mukaisessa järjestelyssä ei ole vastaavanlaista jäähdytystarvetta kuin tun-· netuissa ratkaisuissa. Komponentteja ja vikaantumismahdollisuuksia on vähemmän 25 kuin aikaisemmin ja huoltotarve on olennaisesti pienempi kuin tunnetuissa ratkaisuissa « · · *· '· Keksinnön mukainen systeemi on ympäristöystävällinen, koska hydrauliselle ohjauk- • · * ···* selle ominaisia öljyyn liittyviä ongelmia, kuten öljyvuotoja, suodattimen vaihtoja, öljy- : näytteiden analysointia, öljyn vaihtoja ja jäteöljyn käsittelyä ei keksinnön mukaisessa • · · :... · ratkaisussa ole. Keksinnön mukainen ohjaussysteemi soveltuu käytettäväksi esim. die- :Y; 30 selkäyttöisissä, dieselsähkökäyttöisissä ja sähkökäyttöisissä potkurilaitteissa. Periaat- : * ·. i teessä voidaan keksintöä käyttää aina, kun sähköenergiaa on saatavilla. Keksinnön muut „ 110599 5 edut ja ominaispiirteet käyvät ilmi jäljempänä seuraavasta keksinnön yksityiskohtaisesta selostuksesta.

Seuraavaksi keksintöä selitetään esimerkinomaisesti oheisen piirustuksen kuvioihin 5 viittaamalla.

Kuvio 1 esittää keksinnön ensimmäisen suoritusmuodon mukaista potkurilaitetta kaa-viomaisena ja osittain leikattuna sivukuvana.

10 Kuvio 2 esittää kuviota 1 vastaavana esityksenä erästä toista suoritusmuotoa keksinnöstä.

Kuviot 3 A - 3D esittävät kaaviomaisesti vielä eräitä keksinnön lisäsuoritusmuotoja.

15 Piirustuksen kuvio 1 esittää siis sivukuvana potkurilaitetta, jota on yleisesti merkitty viitenumerolla 10. Potkurilaite 10 käsittää pystyrungon 11, joka on pääasiassa pystysuuntaisen kääntöakselin A - A ympäri käännettävästi asennettu potkurilaitteen, aluksen, offshore-rakenteen tai vastaavan runkoon 5. Pystyrungon 11 alapäähän on asen-'1' nettu suljetun kammion muodostama alapesä 12, johon pääasiassa vaakasuuntainen j *.· 20 potkurin akseli (ei esitetty) on asennettu, jolle potkurin akselille puolestaan on asennettu • *·· potkurit 13. Kuvion 1 esittämä tapaus koskee kaksoispotkurirakennetta, jossa potkurit :: 13 on jäljestetty pyörimään vastakkaisiin pyörimissuuntiin. Kääntyvä pystyrunko 11 on tuettu aluksen tai vastaavan runkoon 5 ja mahdollisesti lisäksi kiinteään runkoputkeen * tai vastaavaan runkosovitteeseen 6 tukilaakerm 15 ja kääntölaakerin 16 avulla. Laake- 25 rointi on hoidettu pystyrungon yläosasta eli ohjausputken 14 alueelta. Kääntölaakeriin • · • « · * · ’: 16 pystyrungon yläosa tukeutuu laipan 17 välityksellä.

• · • · · ·.· * Potkurilaitteen 10 ohjaus eli kääntäminen pystyakselin A - A suhteen on keksinnössä • · · :...· kuvion 1 mukaisesti toteutettu sähkömoottorin 1 avulla. Kuvion 1 esityksessä järjestely : V: 30 käsittää halkaisijaltaan suuren sähkömoottorin 1, jonka lieriömäinen staattori 3 on asen- :' ·.: nettu kiinteään osaan eli aluksen tai vastaavan runkoon 5 tai kiinteään runkoputkeen tai 6 110599 vastaavaan runkosovitteeseen 6 ja vastaavasti on sähkömoottorin lieriömäinen roottori 2 asennettu kiinni potkurilaitteen kääntyvään osaan eli tässä tapauksessa pystyrungon yläosan eli ohjausputken laippaan 17. Roottori 2 voi olla kiinnitetty myös suoraan ohja-usputkeen 14. Keksinnön mukaisessa rakenteessa sähkömoottori 1 muodostaa näin ol-5 Ien osan potkurilaitteen 10 rakennetta. Edelleen keksinnön mukaisessa konstruktiossa sähkömoottori 1 ei vaadi erillistä akselia, laakerointia tai runkorakenteita, koska ne ovat potkurilaitteen 10 konstruktiossa jo olemassa ja valmiina. Edelleen ei keksinnön mukaisessa ratkaisussa tarvita kääntöliikkeen toteuttamiseen minkäänlaista mekaanista vaihdetta sähkömoottorin 1 ja potkurilaitteen 10 kääntyvän osan välillä.

10

Kuviossa 2 esitetty potkurilaite 20 poikkeaa jossain määrin kuviossa 1 esitetyn potkuri-laitteen rakenteesta. Kuvion 2 esityksessä potkurilaite 20 käsittää myös pystyrungon 21, joka on kuviota 1 vastaavalla tavalla asennettu käännettävästi pääasiassa pystysuuntaisen kääntöakselin A - A suhteen potkurilaitteen, aluksen, offshore-rakenteen tai vastaa- 15 van runkoon, jota kuviossa 2 on merkitty viitenumerolla 35. Suljetun kammion muodostama alapesä 22 sijaitsee pystyrungon 21 alapäässä ja alapesä 22 kannattaa potkurin akselia, jolle potkuri tai potkurit 23 on asennettu. Kuvion 2 ratkaisussa edelleen on ala-pesään 22 sijoitettu alakulmavaihde (ei esitetty), johon käyttöteho siirretään aluksessa ;·' pystyasentoon asennetulta moottorilta, edullisesti sähkömoottorilta 28 vertikaalisen • 20 vetoakselin 29 välityksellä. Edelleen on kuvion 2 esityksessä potkurilaitteen kääntyvä • ' · · pystyrunko 21 tuettu aluksen tai vastaavan runkoon 35 ja mahdollisesti lisäksi kiinteään *. *: runkoputkeen tai vastaavaan runkosovitteeseen 36 tukilaakeroinnin 25 välityksellä. Την. ‘ kilaakerointi 25 on kuvion 2 esityksessä jäljestetty pystyrungon yläosan eli ohjausput- '·’ ’ ken24 alueelle.

25 ‘ · ‘ · Kuviota 1 vastaavalla tavalla on myös kuvion 2 esityksessä potkurilaitteen 20 ohjaami- •: · nen eli kääntäminen pystyakselin A - A suhteen toteutettu sähkömoottorin avulla, jota : kuviossa 2 on merkitty yleisesti viitenumerolla 31. Sähkömoottori 31 on edullisimmin ‘: reluktanssimoottori käsittäen rengasmaisen roottorin 32, joka on kiinnitetty potkurilait- :Y: 30 teen 20 kääntyvään osaan eli kuvion 2 esityksessä pystyrungon yläosan laippaan 27.

:v Sähkömoottorin 31 staattori 33 on kuvion 2 esityksessä kaksiosainen siten, että staatto- 7 110599 rin 33 mainitut osat sijaitsevat kääntöakselin A - A aksiaalisuunnassa molemmin puolin roottoria 32. Kuvion 2 esityksessä näin ollen sähkömoottori 31 toimii potkurilaitteen 20 sähkömagneettisena kannatuslaakerina, joka kantaa potkurilaitteen painon. Tällöin potkurilaitteen tukilaakerit 25 voivat olla pelkästään säteislaakereita, joiden ei tarvitse ottaa 5 vastaan laitteen painoa. Jos kuvion 2 esittämässä rakenteessa potkurilaitteen 20 sähköiseen jäijestelmään tulee vikaa niin, että sähkömoottorin 31 staattorin 33 napoja ei pystytä magnetoimaan, sähkömoottorin roottori 32 laskeutuu staattorin 33 varaan, jolloin kitka staattorin 33 ja roottorin 32 välillä edesauttaa potkurilaitteen kääntyvän osan pai-kallaanpysymistä.

10

Kuvioissa 3A ja 3B on esitetty muunnelmia kuvion 1 mukaisen, potkurilaitteen 10 kääntömoottorin rakenteesta, jossa käytetään samaa periaatetta kuin kuvion 2 esityksessä. Kuviossa 3A on potkurilaitteen kääntömoottoria eli sähkömoottoria merkitty viite-merkinnällä la. Sähkömoottorin la staattori 3a ja roottori 2a ovat lieriömäisiä, kuten 15 myös kuvion 1 tapauksessa siten, että roottori 2a on kiinnitetty potkurilaitteen kääntyvän osan laippaan 17 ja vastaavasti on staattori 3a kiinnitetty potkurilaitteen, aluksen tai vastaavan kiinteään rakenteeseen. Jotta kuvion 3A mukainen sähkömoottori la voisi toimia kuvion 2 esityksen tapaan potkurilaitteen sähkömagneettisena kannatuslaakerina, *;:· on staattorin 3a alaosaan muodostettu staattorin 3a säteensuunnassa sisäänpäin suun- : '·· 20 nattu ja roottorin 2a alle tuleva olake 7a, jota vasten roottori 2a voi tukeutua. Sähköisen t · ’·· jäxjestelmän häiriötilanteessa voi tällöin roottori 2a laskeutua staattorin olakkeen 7a :: varaan. Kääntölaakeri 16' voi myös kuvion 3 A tapauksessa toimia pelkästään säteislaa- :: kerinä tukilaakerin 15 tapaan.

• · · • · « 25 Kuvion 3B järjestely vastaa muilta osin kuvion 3A esitystä sillä poikkeuksella, että säh- • · • · · ' · ': kömoottorin Ib staattorin 3b ja roottorin 2b järjestely on päinvastainen kuvion 3A esi- • » ·;·’ tykseen nähden. Roottori 2b on edelleen kiinni potkurilaitteen kääntyvässä osassa ja •,: : staattori 3b on kiinnitetty potkurilaitteen, aluksen tai vastaavan kiinteään rakenteeseen.

Kuvion 3B esityksessä on roottorin 2b yläreunaan muodostettu roottorin säteen suun- : Y: 30 nassa ulospäin suunnattu ja staattorin 3b yli ulottuva tukilaippa 8b. Tällöin sähköiseen • · järjestelmään tulleessa häiriötilanteessa mainittu roottorin tukilaippa 8b laskeutuu 8 110599 staattorin 3b varaan. Toiminta vastaa näin ollen kuvioissa 2 ja 3A esitettyä ja selostettua.

Kuviot 3C ja 3D ovat edelleen muunnelmia kuviossa 1 esitetyn sähkömoottorin raken-5 teestä. Kuvion 3C tapauksessa on sähkömoottoria merkitty viitemerkinnällä le. Roottori 2c on kuviota 1 vastaavalla tavalla kiinnitetty potkurilaitteen kääntyvän osan laippaan 17, mutta staattorin osalta rakenne eroaa kuviossa 1 esitetystä siinä, että kuvion 3C tapauksessa staattori on kaksiosainen käsittäen koaksiaalisesti sisäkkäin sovitetut staatto-rikehät 3c, 3c', joiden väliin lieriömäinen roottori 2c on sovitettu. Sisemmän staattorike-10 hän 3c' ripustusta varten on potkurilaitteen, aluksen tai vastaavan kiinteään rakenteeseen asennettu "hylly" 9c, jonka varaan sisempi staattorikehä 3c' on tuettu. Kuvion 3C esityksessä potkurilaitteen tukilaakeri 15 ja kääntölaakeri 16' toimivat kuviossa 1 selostetulla tavalla.

15 Kuvion 3D tapauksessa kuvion 3C esitystä vastaava sähkömoottori Id toimii myös potkurilaitteen sähkömagneettisena kannatuslaakerina. Tällöin kuvion 3d esityksen tavoin koaksiaalisesti sisäkkäin sovitettuja staattorikehiä 3d, 3d' yhdistää kannas 7d, joka sijaitsee roottorin 2d alla. Sähköisen jäijestelmän häiriötilanteessa tällöin roottori 2d voi • · laskeutua täysin sähkömoottorin 1 d staattorikehiä yhdistävän kannaksen 7d varaan.

f*·· 20 * *“ Edellä kuvattuja konstruktioita, joissa sähkömoottori on sovitettu toimimaan potkuri- ’ · ' laitteen sähkömagneettisena kannatuslaakerina, voidaan täydentää edelleen siten, että '·'· kyseinen sähkömoottori toimii täydellisenä laakerina. Tällöin sähkömoottori ottaa vas- « · · *·’ taan niin säteis- ja aksiaalivoimat kuin myös kippimomentin. Näin voidaan potkurilait- 25 teen laakerointi hoitaa pelkästään kyseisen sähkömoottorin avulla, jolloin mitään muita • · · ’; _ / laakereita ei välttämättä edes tarvita.

t :.: : Keksinnön mukaisessa sovelluksessa voidaan ajatella käytettävän mitä tahansa sellaista • · ‘ · · ’ sähkömoottoria, joka on ohjattavissa pyörimään hyvin pienillä pyörimisnopeuksilla ja V.·’ 30 jolla voidaan näillä pienillä pyörimisnopeuksilla kehittää suuri vääntömomentti. Par- haiten olemassa olevista sähkömoottorityypeistä voidaan kuitenkin ajatella keksinnön 9 110599 mukaiseen tarkoitukseen sovellettavan reluktanssimoottoria (SR-moottori, engl. Switched Reluctance Motor). Reluktanssimoottorin toiminnalle on ominaista askelmaisuus, eli roottorin pyöriminen tapahtuu askelittain. Tältä osin toimintaa voidaankin verrata askelmoottoriin. Kunkin askeleen kohdalla kokonaisreluktanssi on minimissään, jolloin 5 roottori voidaan pitää paikallaan pienellä virralla kuitenkin niin, että paikallapitomo-mentti on suuri. Reluktanssimoottorille onkin ominaista, että sillä voidaan kehittää erittäin suuri vääntömomentti pienillä pyörimisnopeuksilla ja paikallaan pysyvällä roottorilla pienellä virralla. Potkurilaitteen ohjauksessa nämä ominaisuudet tarkoittavat sitä, että ohjauksessa on perusyksikkönä askel, eli moottori käsketään kääntymään haluttu 10 askelmäärä myötä- tai vastapäivään. Potkurilaitteen paikallapitoon ei tarvita erillistä jarrua.

Kuten edellä todettiin, reluktanssimoottorin roottori pyörii askelittain. Askelten lukumäärä yhdellä roottorin kierroksella riippuu roottorin ja staattorin napaluvuista sekä eri 15 vaiheiden lukumäärästä. Sähköisesti on lisäksi mahdollista saada aikaan ns. mikroaske-lia. Potkurilaitteen ohjauksessa riittävä askelmäärä yhdellä roottorin kierroksella on 240, jolloin potkurilaitteen kääntö tapahtuisi l,5°:een portain, mikä on riittävä täyttämään potkurilaitteen paikoitustarkkuusvaatimuksen. Reluktanssimoottori saadaan pyö-rimään tasaisesti magnetoimalla staattorin napoja tietyssä järjestyksessä virtaimpuls- • · • '·· 20 seilla eli "työiskuilla", joten reluktanssimoottorin käyttäminen edellyttää aina ohjatun « · • *·· teholähteen eli invertterin käyttämistä.

• · I ( Φ • « · v.: Laskennallisesti voidaan osoittaa, että moottorilla (SR-moottori) saavutettava vääntö- • · · *. * * momentti on riittävä potkurilaitteen ohjailuun ja että moottori saadaan mahtumaan pot- 1 2 3 4 5 6 kurilaitteen sisään ilman merkittäviä konstruktiomuutoksia. Potkurilaitteen konstruktio 2 • · * * · *· kannattaa optimoida huomioiden keksinnön tarjoamat mahdollisuudet. Roottorin pi- • · 3 ·;·’ tuutia voidaan edelleen lyhentää lähes puoleen sellaisella konstruktiolla, jossa roottori 4 ·.! ! on sovitettu pyörimään kahden staattorikehän välissä.

5 » · 6

Reluktanssimoottorin ominaisuuksista voidaan edelleen lyhyesti todeta seuraavaa. Re-: luktanssimoottori on rakenteeltaan erittäin yksinkertainen, koska roottoriin ei tarvita 10 110599 mitään käämitystä, eli moottorin pyörivään osaan ei tarvitse johtaa sähköä. Koska pot-kurilaitteen kääntönopeudet ovat hyvin pieniä, ei pyörrevirroista ole merkittävästi haittaa, vaan roottori voidaan rakentaa massiivisena sähkömoottoreissa yleisesti käytetyn levypakan sijasta. Tämä edelleen yksinkertaistaa rakennetta ja pienentää kustannuksia.

5 Staattorikäämitys on rakenteeltaan hyvin yksinkertainen. Tehohäviöt syntyvät lähes yksinomaan staattorikäämityksessä ja tehohäviöiden aikaansaama lämpö siirtyy helposti pois avonaisen rakenteen ansiosta. Lämmön muodostuminen keksinnön mukaisessa tarkoituksessa on hyvin vähäistä, koska potkurilaitteen kääntämiseen tarvittava teho on varsin pieni roottorin halkaisijaan verrattuna. Erillistä jäähdytysjäijestelmää ei näin ol-10 Ien tarvita.

Ohjausjärjestelmän varmistamisessa kysymys on pääasiassa siitä, pitääkö ohjaussysteemin joitakin osia kahdentaa. Roottorin kahdentamiseen ei ole tarvetta, koska se on massiivinen rautakappale, jossa ei ole vikaantumismahdollisuuksia. Staattorissa vi-15 kaantumismahdollisuuksia on pääasiassa pelkästään napojen käämityksissä. Vikaantumisen todennäköisyys on kuitenkin hyvin pieni ja koska staattorin navat on kytketty ryhmittäin useisiin eri vaiheisiin, ei yhden tai useammankaan navan tai yhden vaiheen vikaantuminen välttämättä merkitse täydellistä ohjailukyvyn menetystä. Potkurilaite • · >#||* voidaan lukita sähkömagneettisesti paikalleen magnetoimalla riittävä määrä navoista • · • '·· 20 ulkoisella virralla, vaikka invertteri olisi vikaantunut. Ehdotonta tarvetta mekaaniseen • · • *·· paikahapitojarruun, joka voisi olla halkaisijaltaan esimerkiksi suuri vanne-tai levyjarru, • · ·. *: ei näin ollen ole.

• « • · · • · · * * • · · *·* Edellä on keksintöä selitetty esimerkinomaisesti oheisen piirustuksen kuvioon viittaa- 25 maila. Keksintöä ei kuitenkaan ole rajoitettu pelkästään kuviossa esitettyyn esimerkkiin, * · · *· vaan keksinnön eri toteuttamisvaihtoehdot voivat vaihdella oheisissa patenttivaatimuk- 1; * sissa määritellyn keksinnöllisen aj atuksen puitteissa.

• · • · · « · · ·

Claims (10)

11 1 ιηςοο Patenttivaatimukset ι υ υ s s

1. Kääntyvä potkurilaite alusta, offshore-rakennetta tai vastaavaa varten, joka potkuri-laite käsittää pystyrungon (11; 21), joka on pääasiassa pystysuuntaisen kääntöakselin (A

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen potkurilaite, tunnettu siitä, että sähkömoottorin roottori (2) on kiinnitetty suoraan potkurilaitteen pystyrungon yläosaan tai vastaavaan ohjausputkeen (14) tai pystyrungon yläosassa olevaan laippaan (17), jonka välityksin ' · ·. potkurilaite (10) tukeutuu kääntölaakeriin (16). i\. 20 ” ·..

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen potkurilaite, tunnettu siitä, että sähkömoottori (1; la, Ib, le, Id; 31)onreluktanssimoottori. » * :T:

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen potkurilaite, tunnettu siitä, että sähkömoottori (1; 25 la, Ib, le, Id; 31) on varustettu ohjatulla teholähteellä eli invertterillä. · ’,,,: 5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen potkurilaite, tunnettu siitä, että pot- • kurilaitteen kääntöön tarkoitetun sähkömoottorin (1; la, Ib, le, Id) roottori (2; 2a, 2b, 1 1 · » :' ”: 2c, 2d) on potkurilaitteen kääntyvään osaan kiinnitetty lieriömäinen elin. • V: 30 • · i2 1 10599

5. A) suhteen kääntyvästi laakeroitu potkurilaitteen, aluksen tai vastaavan runkoon (5; 35. ja jonka pystyrungon (11; 21) alapäähän on asennettu suljetun kammion muodostama alapesä (12; 22), johon yksi tai useampia potkineita (13; 23) on asennettu pääasiassa vaakasuuntaiselle potkurin akselille, jolloin potkurilaite (10; 20) on varustettu sähkömoottorilla (1; la, Ib, le, Id; 31) potkurilaitteen kääntämiseksi mainitun pystysuun-10 täisen kääntöakselin (A - A) suhteen, tunnettu siitä, että potkurilaitteen (10; 20) kään-töliikkeen aikaansaavan sähkömoottorin pyörivä osa (2; 2a, 2b, 2c, 2d; 32) on asennettu kiinni suoraan potkurilaitteen (10; 20) kääntyvään osaan (11, 14,17; 21, 24, 27) ja vastaavasti sähkömoottorin kiinteä osa (3; 3a, 3b, 3c, 3d; 33) on kiinnitetty potkurilaitteen, aluksen, offshore-rakenteen tai vastaavan kiinteään rakenteeseen. 15

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen potkurilaite, tunnettu siitä, että potkurilaitteen kääntöön tarkoitetun sähkömoottorin (1; la, Ib, le, Id) staattori (3) muodostuu kahdesta lieriömäisestä koaksiaalisesti sisäkkäin sovitetusta staattorikehästä (3c, 3c'; 3d 3d'), joiden väliin lieriömäinen roottori (2c, 2d) on sovitettu. 5

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen potkurilaite, tunnettu siitä, että sähkö-moottorin roottori (32) ja staattori (33) ovat rengasmaisia, kääntöakselin (A - A) suunnassa päällekkäin sijaitsevia elimiä.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen potkurilaite, tunnettu siitä, että staattori (33) kä sittää kaksi aksiaalisuunnassa päällekkäin sijoitettua staattorikehää, joiden vähin rengasmainen roottori (32) on sovitettu.

9. .Tonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen potkurilaite, tunnettu siitä, että säh- 15 kömoottori on j äij estetty toimimaan potkurilaitteen kääntyvän osan sähkömagneettisena kannatuslaakerina ja ottamaan vastaan kääntöakselin (A-A) suuntaisen kuormituksen.

10. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen potkurilaite, tunnettu siitä, että sähkö- '··· moottori on jäljestetty toimimaan potkurilaitteen kääntyvän osan ainoana laakerina ja f' ·.. 20 ottamaan vastaan kaikki kääntyvään osaan kohdistuvat kuormitukset. » · · • * · • » • · · • * • · · • · · · • I » · · 110599