FI76977B

FI76977B - Propeller drive arrangement for a ship or similar

Info

Publication number: FI76977B
Application number: FI870670A
Authority: FI
Inventors: Kauko Jaervinen; Ingmar Waltzer
Original assignee: Stroemberg Oy Ab
Priority date: 1987-02-18
Filing date: 1987-02-18
Publication date: 1988-09-30
Also published as: FI870670A0; FI76977C

Abstract

The invention refers to a propeller drive arrangement for a ship or similar, which consists of an electric motor (1) and a propeller (4) attached directly or with a gear into its axle (2). To achieve turning of the propeller according to the invention, the electric motor (1) with its axle (2) is fitted inside a waterproof, usually cylindrical chamber (6) equipped with sealed axle duct (5), which is supported by a turnable tubular axle (7) to the ship hull (8).<IMAGE>

Description

1 769771 76977

Potkurikäyttöjärjestely laivaa tai vastaavaa varten Tämän keksinnön kohteena on potkurikäyttöjärjestely laivaa tai vastaavaa varten käsittäen sähkömoottorin, 5 sen akselille suoraan tai vaihteen välityksellä sovitetun potkurin, ja vedenpitävän, tiivistetyllä akseliläpivien-nillä varustetun yleisesti lieriömäisen kammion, johon sähkömoottori akseleineen on sovitettu.The present invention relates to a propeller drive arrangement for a ship or the like, comprising an electric motor, a propeller fitted directly or via a gear to its shaft, and a waterproof, generally cylindrical chamber with a sealed shaft bushing into which the electric motor and its shafts are fitted.

Tavanomaiset tunnetut potkurikäyttöjärjestelyt on 10 toteutettu siten, että sähkömoottori on sijoitettu aluksen rungon sisään ja sen akseli on viety vedenpitäväksi tiivistetyn läpiviennin kautta aluksen ulkopuolelle ja akselin päähän on kiinnitetty potkuri. Tällaisen rakenteen avulla voidaan välittää erittäin suuriakin akselitehoja 15 erityisesti, jos akselille ei ole sovitettu vaihdetta, ja tällaista rakennetta käytetäänkin esimerkiksi suurimman kokoluokan jäänmurtajissa. Tällaista potkurikäyttöjärjes-telyä käytettäessä joudutaan kuitenkin alus varustamaan ehkä useillakin pieniemmillä apupotkureilla ja toisaalta 20 peräsinlaitteilla, jotta alusta voidaan ohjata riittävän tarkasti. Tällaiset apupotkurikäytöt ja toisaalta peräsin-. laitteiden herkkä vaurioituvuus erityisesti jäänmurtajien yhteydessä tekevät tällaisesta laitteistosta kalliin ja usein huoltoa vaativan. Samat ongelmat liittyvät myös joh-25 dannossa mainitun kaltaiseen, DE-hakemusjulkaisusta 24 06 548 tunnettuun potkurikäyttöjärjestelyyn.Conventional known propeller drive arrangements are implemented in such a way that the electric motor is placed inside the hull of the vessel and its shaft is carried watertight through a sealed bushing outside the vessel and a propeller is attached to the end of the shaft. Such a structure can be used to transmit even very high shaft powers 15, especially if no gear is fitted to the shaft, and such a structure is used, for example, in icebreakers of the largest size. However, when using such a propeller drive arrangement, the vessel may have to be equipped with several smaller auxiliary propellers and on the other hand 20 rudder devices in order to be able to steer the vessel with sufficient precision. Such auxiliary propeller drives, on the one hand, and rudders, on the other. the sensitive damage of the equipment, especially in the case of icebreakers, make such equipment expensive and often maintenance-intensive. The same problems also relate to a propeller drive arrangement such as that mentioned in DE-25, known from DE-A-24 06 548.

Yllä mainittuja ongelmia on pyritty poistamaan tekemällä potkuri käännettäväksi, jolloin kuitenkin moottorin ja potkurin väliseen akseliin täytyy sijoittaa useita 30 murtoniveliä ja vaihteita, jotka sallivat potkurin muodostamisen käännettäväksi. On esitetty myös rakenteita, joissa moottori on sijoitettu suoraan potkurin yläpuolelle, jolloin murtonivelillä varustetusta akselista on päästy eroon, mutta kuitenkin edelleen tarvitaan vaihde tai eri-35 näisiä hammaspyöriä voiman välittämiseksi moottorin akselilta potkurin akselille. Tällaiset vaihde- ja hammaspyö- 2 76977 rävälitykset kuitenkin aina jossain määrin rajoittavat välitettävissä olevia tehoja. Siten esimerkiksi niinkin suurten tehojen kuin 10 MW välittämiseen, jollaisia suunnitteilla olevissa jäänmurtajissa on ajateltu käytettäväksi, 5 ei voida ajatella siirrettäväksi tällaisten välitysten kautta.Efforts have been made to eliminate the above-mentioned problems by making the propeller reversible, in which case, however, a number of fractured joints and gears must be placed on the shaft between the engine and the propeller, which allow the propeller to be formed to be turned. Structures have also been shown in which the engine is located directly above the propeller, thereby overcoming the shaft with fractured joints, but still requiring a gear or various gears to transmit power from the engine shaft to the propeller shaft. However, such gear and gear transmissions always limit to some extent the powers that can be transmitted. Thus, for example, for the transmission of powers as high as 10 MW, such as those intended for use in planned icebreakers, 5 cannot be considered to be transmitted through such transmissions.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena onkin tuoda esiin uusi potkurikäyttöjärjestely, jolla yllämainitut ongelmat voidaan välttää ja aikaansaada käännettävä potkuri, 10 johon ei kuitenkaan liity oleellisia akselitehoa rajoittavia tekijöitä. Tämä on toteutettu keksinnön mukaisella potkurikäyttöjärjestelyllä, jolle on tunnusomaista, että sähkömoottorin akseleineen sisältävä kammio on putkiakse-lilla tuettu kiertyväksi laivan runkoon. Tällä tavoin pot-15 kuri voidaan asentaa tarvittaessa suoraan sähkömoottorin akselille ja kuitenkin potkuria voidaan kääntää aluksen ohjattavuuden aikaansaamiseksi. Edullisesti putkiakseli on laakeroitu aluksen runkoon tuetun tukikorokkeen varaan, jonka yläpää on aluksen vesirajan yläpuolella. Tällä ta-20 voin putkiakselin ja tukikorokkeen välistä tilaa ei tarvitse välttämättä tiivistää vesitiiviksi, koska tukikoro-ke päättyy vasta vesirajan yläpuolelle.It is therefore an object of the present invention to provide a new propeller drive arrangement by which the above-mentioned problems can be avoided and a reversible propeller 10 can be provided, which, however, does not involve essential shaft power limiting factors. This is realized by a propeller drive arrangement according to the invention, which is characterized in that the chamber containing the shafts of the electric motor is supported by a tubular shaft for rotation into the hull of the ship. In this way, the pot-15 thruster can be mounted directly on the shaft of the electric motor, if necessary, and yet the propeller can be turned to provide maneuverability for the vessel. Preferably, the tubular shaft is mounted on a support platform supported on the hull of the vessel, the upper end of which is above the waterline of the vessel. With this ta-20, the space between the pipe shaft and the support platform does not necessarily have to be sealed watertight, because the support platform only ends above the waterline.

Seuraavassa keksinnön mukaista potkurikäyttöjärjes-telyä kuvataan yksityiskohtaisemmin viitaten oheisiin pii-25 rustuksiin, joissa kuvio 1 esittää kaaviollisesti keksinnön mukaisen potkurikäyttöjärjestelyn, kuvio 2 havainnollistaa kuvion 1 mukaisen potkurikäyttöjär jestelyn kääntyvyyttä ja 30 kuvio 3 esittää keksinnön mukaisen potkurikäyttöjär jestelyn sovitettuna aluksen peräosan alle.The propeller drive arrangement according to the invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which Figure 1 schematically shows the propeller drive arrangement according to the invention, Figure 2 illustrates the reversibility of the propeller drive arrangement according to Figure 1 and Figure 3 shows

Kuviossa 1 on esitetty kaaviollisesti keksinnön mukaisen laivan tai vastaavan vesikulkuneuvon potkurikäyttö järjestely osittain aukileikattuna. Siinä sähkömoottori 35 1 akseleineen 2 on sovitettu vedenpitävään, tiivistetylläFigure 1 schematically shows a propeller drive arrangement of a ship or a similar watercraft according to the invention in a partially sectioned view. In it, the electric motor 35 1 with its shafts 2 is adapted to be waterproof, sealed

IIII

3 76977 akseliläpiviennillä 5 varustettuun yleisesti lieriömäiseen kammioon 6, joka on putkiakselilla 7 tuettu kiertyväksi laivan runkoon 8. Kuviossa 1 on potkurin 4 ja moottorin akselin 2 väliin sovitettu akselia tukeva painelaakeri 3.3 76977 to a generally cylindrical chamber 6 provided with a shaft bushing 5, which is supported by a tubular shaft 7 for rotation in the hull 8. In Fig. 1 a shaft bearing thrust bearing 3 is arranged between the propeller 4 and the engine shaft 2.

5 Myös vaihde voidaan tarvittaessa sovittaa moottorin 1 ja potkurin 4 väliin, mutta, kuten yllä mainittiin, tällainen vaihde ei ole lainkaan välttämätön vaan päinvastoin sitä ei saa eikä tarvitsekaan käyttää silloin, kun akselitehot ovat erittäin suuria, kuten jäänmurtajissa. Potkurin 4 10 pyörimisnopeutta voidaan tavanomaisella tavalla ohjata sähkömoottorin 1 pyörimisnopeutta ohjaamalla, joka voidaan toteuttaa joko invertterikäyttönä tai syklokonvertteri-käyttönä. Erityisesti syklokonvertterikäyttö tulee kysy-mukseen silloin, kun tehot ovat niinkin suuria kuin 10 MW. 15 Sähkömoottorin sähkönsyöttöön tarvitsemat kaapelit samoin kuin sen mahdollisesti tarvitseman jäähdytysveden syöttöjä poistoputket tuodaan kammioon 6 sen onton putkiakselin 7 kautta. Sijoittamalla nämä (ei esitetyt) sähkökaapelit ja putkiyhteydet putkiakselin 7 keskiakselin läheisyyteen, 20 ei kammion 6 kiertyminen potkuria käännettäessä juurikaan aiheuta ongelmia. Vedenpitävään, ja varsin tukevaksi rakennettuun kammioon 6 liittyvä putkiakseli 7 on viety aluksen pohjan 8 läpi ja tuettu yläpäästään kannatuslaa-kerilla 9 aluksen runkoon tuettuun tukikorokkeeseen 12.5 If necessary, the gear can also be fitted between the engine 1 and the propeller 4, but, as mentioned above, such a gear is not necessary at all but, on the contrary, must not and need not be used when the shaft power is very high, as in icebreakers. The rotational speed of the propeller 4 10 can be controlled in a conventional manner by controlling the rotational speed of the electric motor 1, which can be implemented either as an inverter drive or a cycloconverter drive. Cyclone converter operation in particular comes into question when the powers are as high as 10 MW. 15 The cables needed by the electric motor to supply electricity, as well as the cooling water supplies which it may need, are discharged into the chamber 6 via its hollow pipe shaft 7. By placing these (not shown) electric cables and pipe connections in the vicinity of the central axis of the pipe shaft 7, the rotation of the chamber 6 when turning the propeller causes little problem. The tubular shaft 7 associated with the waterproof and rather sturdy chamber 6 is passed through the bottom 8 of the vessel and supported at its upper end by a support bearing 9 on a support platform 12 supported on the hull of the vessel.

25 Kuviossa 1 on lisäksi esitetty tukilaakerit 10 ja 11, jotka sijaitsevat vastaavasti tukikorokkeen 12 yläosassa ja kohdassa, jossa putkiakseli 7 menee aluksen pohjan 8 läpi. Kiinnittämällä tukikoroke 12 vesitiiviisti aluksen pohjaan 8 ja tekemällä se niin korkeaksi, että kannatus-30 laakeri 9 saadaan aluksen vesirajan yläpuolella, ei putkiakselin 7 ja tukikorokkeen 12 väliä tarvitse välttämättä tiivistää. Haluttaessa tällainen tiivistys voidaan kuitenkin toteuttaa tavanomaisia tiivistysmenettelyjä käyttäen. Samalla tavoin moottorin 1 akseliläpivienti 5 voidaan to-35 teuttaa tavanomaisilla laivojen akseliläpivienneistä tunnetuilla vesivoidelluilla tiivisteillä. Kuviossa 1 kammion 6 ja aluksen pohjan 8 välisen putkiakselin 7 osuuden ympä- 4 76977 rille on lisäksi liitetty muotokappale 13, joka ainoastaan antaa putkiakselille 7 tällä osuudella hydrodynaa-misemman muodon. Koska kuviossa 1 esitetty kammio 6 voi olla pituudeltaan jopa kymmenkunta mentriä, myös putkiak-5 selin 7 halkaisija on oleellinen, jolloin sen kautta voidaan suorittaa sähkömoottorin ja vaihteen huoltotoimenpiteitä myös aluksen normaalin käytön aikana.Figure 1 further shows the support bearings 10 and 11, which are located at the top of the support platform 12 and at the point where the pipe shaft 7 passes through the bottom 8 of the vessel, respectively. By attaching the support platform 12 watertight to the bottom 8 of the vessel and making it so high that the support-30 bearing 9 is obtained above the waterline of the vessel, it is not necessary to seal the space between the pipe shaft 7 and the support platform 12. However, if desired, such compaction can be accomplished using conventional compaction procedures. Similarly, the shaft bushing 5 of the engine 1 can be made with conventional water-lubricated seals known from the shaft bushings of ships. In Fig. 1, a shape piece 13 is further connected around the portion of the tubular shaft 7 between the chamber 6 and the bottom 8 of the vessel, which only gives the tubular shaft 7 a more hydrodynamic shape on this portion. Since the chamber 6 shown in Fig. 1 can be up to a dozen meters long, the diameter of the tube shaft 5 is also essential, so that maintenance operations of the electric motor and gear can be performed also during normal operation of the vessel.

Kuviossa 2 on esitetty päältä nähtynä vedenpitävä kammio 6 ja sen päähän sovitettu potkuri 4. Kammion 6 10 putkiakselin 7 keskipisteen kääntymiskulmaa aluksen rungon suhteen on kuviossa 2 merkitty kulmalla rC . Riittävä aluksen ohjailtavuus saavutetaan silloin, kun tämä dC = + 180°. Tällöin laivaa voidaan ajaa sekä eteen että taakse jopa potkurin pyörimissuuntaa muuttamatta, mikä luon-15 nollisesti on helposti toteutettavissa sähkömoottorin sähkönsyötön napaisuutta muuttamalla.Fig. 2 shows a top view of a waterproof chamber 6 and a propeller 4 arranged at its end. The angle of rotation of the center of the tubular shaft 7 of the chamber 6 with respect to the hull of the vessel is indicated in Fig. 2 by the angle rC. Adequate ship maneuverability is achieved when this dC = + 180 °. In this case, the ship can be driven both forwards and backwards without even changing the direction of rotation of the propeller, which is naturally easily accomplished by changing the polarity of the power supply to the electric motor.

Kuviossa 3 on esitetty keksinnön mukainen potkuri-käyttö järjestely liitettynä suurehkon aluksen 14 perän alle. Tästä kuviosta 3 voidaan päätellä, että normaalisti 20 potkuri 4 sijaitsee aluksen rungon puolella, jolloin se on varsin hyvin aluksen rungon suojaama. Toisaalta nähdään, että kammio 6 ja potkuri 4 ovat mittasuhteiltaan varsin suuria esimerkiksi kokonaispituudeltaan noin 15 m. Kuten on ymmärrettävää, tällaisia potkurikäyttöjärjeste-25 lyitä sijoitetaan yhteen laivaan useimmiten kaksi tai kolme jaettuina sopivasti sen perän leveydelle.Figure 3 shows a propeller drive arrangement according to the invention connected under the stern of a relatively large vessel 14. It can be deduced from this figure 3 that normally the propeller 4 is located on the hull side of the vessel, whereby it is quite well protected by the hull of the vessel. On the other hand, it can be seen that the chamber 6 and the propeller 4 are quite large in dimensions, for example with a total length of about 15 m.

Yllä keksinnön mukaista potkurikäyttöjärjestelyä on kuvattu vain yhden esimerkinomaisen suoritusmuodon pohjalta ja se on esitetty liitettynä ainoastaan yhden-30 tyyppiseen alukseen. On kuitenkin ymmärrettävää, että keksinnön mukainen potkurikäyttöjärjestely tarjoaa varsin mielenkiintoisen vaihtoehdon, jota voidaan soveltaa hyvinkin erityyppisten alusten yhteydessä. Sitä voidaan esimerkiksi ajatella sovellettavaksi proomujen tai vastaavien 35 lastialusten yhteyteen siten, että potkurikäyttöjärjeste-The propeller drive arrangement according to the invention has been described above on the basis of only one exemplary embodiment and has been shown connected to only one type of vessel. It is to be understood, however, that the propeller drive arrangement according to the invention offers a rather interesting alternative which can be applied to very different types of vessels. It can be considered, for example, to be applied to barges or similar cargo ships 35 so that the propeller drive system

IIII

5 76977 ly on sijoitettu aluksen varsinaisen rungon ulkopuolelle sijoitetun ristikkorakenteen varaan. Tällä tavoin aluksen runkoa voidaan paremmin hyödyntää lastitilana. Keksinnön mukainen potkurikäyttöjärjestely on myös raken-5 teeltaan luja ja yksinkertainen ja soveltuu siten käytettäväksi vaikeissakin olosuhteissa ja erityisesti silloin kun tarvitaan suuria akselitehoja.5 76977 ly is placed on a truss structure placed outside the actual hull of the vessel. In this way, the hull of the ship can be better utilized as cargo space. The propeller drive arrangement according to the invention is also robust and simple in construction and is thus suitable for use even in difficult conditions and especially when high shaft powers are required.