JP2015227726A - Seal arrangement for propeller shaft and method for sealing propeller shaft - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、請求項1の前提部に記載されている船のプロペラ軸をシールするための装置、および請求項6の前提部に記載されている船のプロペラ軸をシールする方法に関する。
The invention relates to a device for sealing a propeller shaft of a ship as defined in the premise of
船またはこれに対応する大型船舶のプロペラは、軸受によって船の本体または推進装置に支持されている。プロペラ軸は、周囲の水が本体に入ることを防ぐために、本体と軸との間に軸シール装置を有し、軸受潤滑剤が水中または本体内へと漏れることを防ぐために、軸受の両側に軸受シール装置を有する。軸シールは、推進システムの動作および軸を支持する軸受の信頼性にとって、信頼性が最重要であるため、できる限り長期間シーリング特性を維持しなければならない。軸シールは水面下にあり、静水圧が軸シールにかかることを意味する。軸シールは、いくつかのリップシールおよびそれらの間のシールチャンバから構成される。この装置は、空気をチャンバへと送り込むことによって、またはチャンバを油タンクと連結して、重力を利用して油の静水圧によってシールチャンバ圧力を所望のレベルに維持することによって、チャンバ内の圧力を調整する別の方法で、全圧力差を各部分へと分配するためのものである。特に、利用可能な空間が非常に限られている電気ラダープロペラシステムでは、軸シーリングシステムに関連する全ての追加のデバイスは、既存の軸シーリングシステムを使用するとき、本質的に空間の問題が生じる。 A propeller of a ship or a large ship corresponding thereto is supported by a main body of the ship or a propulsion device by a bearing. The propeller shaft has a shaft seal device between the main body and the shaft to prevent ambient water from entering the main body, and on both sides of the bearing to prevent bearing lubricant from leaking into the water or into the main body. It has a bearing seal device. The shaft seal must maintain its sealing characteristics for as long as possible because reliability is paramount for the operation of the propulsion system and the reliability of the bearings supporting the shaft. The shaft seal is below the water surface, meaning that hydrostatic pressure is applied to the shaft seal. The shaft seal is composed of several lip seals and a seal chamber between them. This device is designed to reduce the pressure in the chamber by pumping air into the chamber or by connecting the chamber to an oil tank and utilizing gravity to maintain the seal chamber pressure at the desired level by the hydrostatic pressure of the oil. In another way of adjusting the pressure, the total pressure difference is distributed to the parts. In particular, in electrical ladder propeller systems where the available space is very limited, all additional devices associated with the shaft sealing system inherently create space problems when using existing shaft sealing systems. .
軸シールの使用可能寿命は、最良の可能なレベルにする必要がある多くの要因によって影響を受ける。シールの性能および使用可能寿命に影響する最も重要な要因は、リップシールの圧力差、シールと軸との接触面の温度、軸の外面の周囲速度、およびシール材料に影響する潤滑剤の化学的影響である。これらの要因の連結効果は、シールがその設計によって最大使用可能寿命を達成することができる十分かつ許容可能なレベルでなければならない。 The service life of a shaft seal is affected by many factors that need to be at the best possible level. The most important factors that affect seal performance and service life are the lip seal pressure differential, the temperature of the seal-to-shaft contact surface, the peripheral speed of the shaft outer surface, and the lubricant chemicals that affect the seal material. It is an influence. The coupling effect of these factors must be at a sufficient and acceptable level that the seal can achieve the maximum usable life by its design.
環境に優しい油、すなわち生分解性油は、動作温度などの要因の影響をより受けやすい特性があるため、その使用にはさらなる要件が設定される。 Environmentally friendly oils, i.e. biodegradable oils, have properties that are more susceptible to factors such as operating temperature, and therefore further requirements are set for their use.
圧縮された空気を使用してシールの間のチャンバの圧力を調整するという解決策が、米国特許出願第5,683,278号によって知られている。 A solution is known from US Pat. No. 5,683,278 that uses compressed air to regulate the pressure in the chamber between seals.
本発明の目的は、リップシールにおいて最適な条件を維持し、シールの使用可能寿命を最大にする、限られた空間に特に適した、新しい軸シーリングシステムを作製することである。本発明による装置は、請求項1の特徴部に記載された特徴によって特徴づけられる。本発明による方法は、請求項6の特徴部に記載された特徴によって特徴づけられる。本発明の他の好ましい実施形態は、従属請求項に定義された特徴によって特徴づけられる。
It is an object of the present invention to create a new shaft sealing system that is particularly suitable for confined spaces that maintains optimal conditions in the lip seal and maximizes the usable life of the seal. The device according to the invention is characterized by the features described in the characterizing part of
本発明による実施形態は、動作条件を最適化することによって、シールの使用可能寿命を延ばす。シーリングシステムの内部チャンバ内の圧力を調整することによって、リップシールの圧力差をできる限り低く維持し、システムの全動作寿命にわたって、使用可能寿命にとって最適にする。シールにおいて生成される熱出力は、循環油によってラダープロペラデバイスのフレームへ、さらに海水へと伝達され、シールにおける温度を十分に低く維持する。 Embodiments in accordance with the present invention extend the usable life of the seal by optimizing operating conditions. By adjusting the pressure in the internal chamber of the sealing system, the pressure differential of the lip seal is kept as low as possible and is optimal for the usable life over the entire operating life of the system. The heat output generated at the seal is transferred by the circulating oil to the frame of the ladder propeller device and further to the sea water, keeping the temperature at the seal sufficiently low.
内部チャンバを加圧するのに使用される媒体は、シール境界部を、シール性能に最適な温度範囲に冷却する。生分解性油は特に高温による影響を受けやすい特性があるので、冷却効果は、特に生分解性油の利用にとって、より効果的である。したがって、解決策は、環境に優しい油の使用にとってより良い条件を提供する。 The media used to pressurize the internal chamber cools the seal boundary to a temperature range that is optimal for sealing performance. Since biodegradable oils are particularly sensitive to high temperatures, the cooling effect is more effective, especially for the use of biodegradable oils. The solution therefore provides better conditions for the use of environmentally friendly oils.
軸シーリングが、軸および本体のすぐ近傍から離れて、船の本体または推進装置内にある適用例では、船の周囲の海水はシールを必ずしも十分に冷却しない。本発明による実施形態では、確実にかつ低コストで、十分な冷却を可能にする。 In applications where the shaft sealing is in the ship's body or propulsion device, away from the immediate vicinity of the shaft and body, the sea water around the ship does not necessarily sufficiently cool the seal. Embodiments according to the present invention allow sufficient cooling reliably and at low cost.
本発明は、変化する動作環境でシールに最適な条件を生成することを可能にする。船の喫水が変化すると、それぞれのリップシールの圧力差ができる限り低くなるように、シールチャンバの圧力が調整される。環境の温度、特にプロペラデバイスの周囲の海水の温度が変化すると、それにしたがってシール接触面の温度をできる限り低く維持することができる。さらに、圧力変化が船の動作によるものであるとき、周囲の海水の圧力にしたがって、チャンバ内の圧力を調整することができる。これは主に、船の動作条件によって軸線に影響する圧力が変化するCRPドライブ(二重反転プロペラドライブ)に関係する。 The present invention makes it possible to generate optimal conditions for the seal in changing operating environments. As the ship draft changes, the pressure in the seal chamber is adjusted so that the pressure difference between the lip seals is as low as possible. As the temperature of the environment, especially the temperature of the seawater around the propeller device, changes, the temperature of the sealing contact surface can be kept as low as possible. Furthermore, when the pressure change is due to ship operation, the pressure in the chamber can be adjusted according to the pressure of the surrounding seawater. This mainly relates to a CRP drive (a counter-rotating propeller drive) in which the pressure affecting the axis changes according to the operating conditions of the ship.
本発明による実施形態では、製造および製造工学に関する利点が得られる。同じシステムは、多くのタイプ、さらには全てのタイプの船舶に適している。本発明による実施形態は標準的なシールを使用することができ、有用性および品質を保証する。解決策が必要とする部品の数は少なく、コストがより低く、ラダープロペラデバイスの限られた空間に設置することがより容易である。システムは、モジュール構成に設計することができ、組立および保守段階、および原材料の取得に利点をもたらす。システムはまた、より効果的な条件モニタリングを容易にする測定および調整デバイスも含み、寿命サイクル管理にとってより良い前提条件を作成する。 Embodiments according to the present invention provide advantages with respect to manufacturing and manufacturing engineering. The same system is suitable for many types and even all types of ships. Embodiments according to the present invention can use standard seals, ensuring usability and quality. The solution requires fewer parts, lower costs, and easier to install in the limited space of the ladder propeller device. The system can be designed in a modular configuration, which provides advantages in assembly and maintenance phases and raw material acquisition. The system also includes measurement and adjustment devices that facilitate more effective condition monitoring, creating better preconditions for life cycle management.
添付の図面を参照しながら、特定の実施形態を使用して、本発明を以下でより詳細に説明する。 The present invention will be described in more detail below using specific embodiments with reference to the accompanying drawings.
図1は、本発明による装置が実現された推進装置を備える、船の推進装置2の部分概略図である。推進装置は、旋回軸受装置を使用して船本体に取り付けられたステアリングプロペラデバイスである。このようなステアリングプロペラデバイスは、例えば、ABB Oy社の所有する商標であるAZIPOD(登録商標)という商品名で知られている。プロペラ6を動作させる電気モータ8が、推進装置2のケーシング4の内部に取り付けられている。本実施形態では、電気モータ8は、既知の方法でプロペラ軸10に取り付けられたエキサイタ(exciter)12を備えた同期モータである。プロペラ軸10は両端が推進装置2のケーシング4に支持されている。図1は、ころ軸受を備える、プロペラ6側の端部の軸受14のみを示す。電気モータ8の他端には、別の軸受が既知の方法で使用されている。
FIG. 1 is a partial schematic view of a
推進装置のケーシング4は、プロペラ6と軸受14との間のプロペラ6側に中間コンパートメント16を備えている。中間コンパートメント16の壁は、プロペラ側の壁18、推進装置の端部の外周部20および軸受14の支持構造22を備えている。プロペラ軸10は、中間コンパートメント16の中心を通過している。中間コンパートメント16の軸受端部には、軸受の外側オイルシール24があり、軸受潤滑油が軸受ハウジングから漏れることを防ぐ。対応して、軸受14のモータ側の端部には、軸受の内側オイルシール25がある。軸シーリング26が、中間コンパートメント16内でプロペラ端部に嵌められており、周囲の水が中間コンパートメント16に入ることを防ぐ。したがって、中間コンパートメント16は完全に封止され、通常の運転条件では、どのような液体も存在しない。軸シーリング26は、閉じた中間コンパートメントの内で嵌められており、コンパートメント内のシーリングの交換を可能にしている。
The casing 4 of the propulsion device includes an
図2は軸シーリング26ならびに加圧および潤滑システムの詳細の概略図である。軸シーリング26は、チャンバ38、40および42が隣接するリップシールの間にあるように、軸10の方向に連続して嵌められている4つのリップシール30、32、34および36から構成される。リップシール30の外側の圧力は、例えば0.4〜1.0バール(bar)など、船の喫水(draft)によって生じる圧力である。プロペラ6に最も近い第1のチャンバ38は、リップシール30および32によって制限(limited)されている。リップシール30の接触面の両側の圧力は、基本的に同じである。第1のチャンバ38内の圧力は、センサー44によって常に測定される。この測定データは制御装置78へと送られる。制御装置78のプログラミングは、PI制御装置66、誤差変数管理部64、および参照圧力測定データ処理部46を含む。制御装置は、別個の部品を使用しない安価な解決策であるソフトウェアのインプリメンテーションを利用している。第1のチャンバは水または油で充填され、その圧力は基本的に軸線での周囲の水の圧力と対応している。プロペラから最も離れた位置にある、軸シーリング26の第2のチャンバ42は、リップシール34と36との間にある。第2のチャンバ内の圧力は、中間コンパートメント16内の空気の圧力よりわずかに高い。第2のチャンバ内の圧力は、例えば、約0.1バールであり、したがってリップシール36の接触面間に圧力差が存在する。第2のチャンバ42は、第2のチャンバの圧力を重力を使用して定格値に安定的に維持する、油タンク50に管48によって連結されている。
FIG. 2 is a schematic diagram of the details of the shaft sealing 26 and the pressure and lubrication system. The shaft sealing 26 is comprised of four
第1のチャンバと第2のチャンバとの間には、リップシール32および34によって境界が制限され、接触面がシャフトを向いている、第3のチャンバ40がある。第3のチャンバ40は、管52、ポンプ54および管56を使用して、油タンク50に連結されている。第3のチャンバ40の圧力は、ポンプ54を作動するモータ58によって常に調整される。モータは、周波数変換器60によって制御される。圧力調整デバイスを使用して、リップシール32と34の接触面の圧力差がほぼ同じになるように、第3のチャンバ40の圧力を、第1のチャンバと第2のチャンバとの間の圧力差に対応する値に維持する。例えば、チャンバ42内の圧力が0.1バールであり、喫水による第1のチャンバ38内の圧力が0.7バールであるとき、第3のチャンバ40の圧力はポンプ54を使用して約0.4バールに調整される。
Between the first chamber and the second chamber is a
第3のチャンバ40内の圧力は、センサー62によって測定される。測定データは制御装置78へと送られる。制御装置のPI制御装置66は、センサー44、62による圧力測定データに基づいて、周波数変換器60に送る回転速度指示を計算する。第2のチャンバおよび第3のチャンバは、バルブ72を通して、排水管68および70によってタンクへと連結される。流れ調整(flow regulation)のために、チョーカ74が排水管70に設置されている。チョーカは、シールチャンバの最大温度にしたがって設計されている。したがって、本実施形態の圧力調整デバイスは、ポンプ54および流れ調整チョーカ74から構成されている。調整可能なポンプ54によって生成された流量により、圧力調整デバイスの動作は、チョーカ74または別の流れバルブによって生成される圧力損失に基づいている。チョーカによって生成される圧力損失は、油の流量によって決まる。したがって、チャンバ40内の所望の圧力は、周波数変換器によってポンプの回転速度を調整することによって達成される。ポンプ54の下流で、単純な構成で圧力調整の副産物として効果的な冷却機能が達成されることを可能にする、熱交換器76を油の流れが通過する。油が温かく、粘度が低いとき、チャンバ40内の所望の圧力は、大きい流量によってのみ達成される。大きい流量により、冷却力も適正になる。油が低温のとき、所望の圧力は、非常に小さい流量で達成することができる。これは、既に低温の油が不必要に冷却されないことを意味する。熱交換器は、例えば、推進デバイスのフレーム上にある箱を備えることができ、熱を周囲の海水へと直接伝達する。あるいは、油タンクを、タンクが周囲の海水と接触するように、有利な方法で推進装置内に置くことができる。
The pressure in the
上記の調整システムは、軸シーリングチャンバの圧力および温度を定格値内に効果的に維持し、最も長い使用可能寿命を可能にする。同時に、シーリングの機能を損なうことなく、生分解性油の使用が可能になる。 The above adjustment system effectively maintains the pressure and temperature of the shaft sealing chamber within the rated values, allowing the longest service life. At the same time, it is possible to use biodegradable oil without impairing the sealing function.
中間コンパートメントによる解決策では、船舶を乾ドックに入れることなく、全てのシールの交換が可能であり、保守および修理作業がより簡単になる。 The intermediate compartment solution allows all seals to be replaced without placing the ship in the dry dock, making maintenance and repair work easier.
船舶の喫水および天候条件は変化するため、リップシールの圧力差は、制御された方法で最も低い可能なレベルに維持される。周囲の海水の実際の圧力も常に測定されるので、CRPドライブの重要な要因である船舶の移動および操作による圧力変化も考慮される。 As ship draft and weather conditions change, the lip seal pressure differential is maintained at the lowest possible level in a controlled manner. Since the actual pressure of the surrounding seawater is always measured, the pressure change due to the movement and operation of the ship, which is an important factor of the CRP drive, is also taken into account.
本発明による加圧装置は、シーリング構造にかかわらず、ほとんどの軸シーリング装置に適用することができる。装置は、喫水が変化するとき油タンクの高さを調整する必要がなく、様々な船のタイプおよび全ての喫水レベルに適している。 The pressurizing device according to the present invention can be applied to most shaft sealing devices regardless of the sealing structure. The device is suitable for various ship types and all draft levels without having to adjust the height of the oil tank when the draft changes.
まとめると、装置は少ない管、タンク、レベル検出器および制御バルブしか必要とせず、簡単な機械的構造とあいまって、従来のシステムと比較してコストが低くなる。 In summary, the device requires fewer pipes, tanks, level detectors and control valves, coupled with a simple mechanical structure, and is less expensive than conventional systems.
装置は、条件モニタリングの目的で使用することができる、組み込み式圧力と圧力レベル測定とモニタリングとを含む。 The apparatus includes built-in pressure and pressure level measurement and monitoring that can be used for condition monitoring purposes.
代替実施形態では、PI制御装置66が周波数変換器の代わりに電気流量バルブ(図示せず)を操作するように、ポンプが一定の流量を生成し、シールチャンバ40の圧力が調整される、同様のシステムを構成することができる。
In an alternative embodiment, the pump generates a constant flow rate and the pressure in the
上記では、特定の実施形態を使用して本発明を説明した。しかし、説明は特許保護の範囲を制限するとみなされるべきではなく、本発明の実施形態は、添付の特許請求の範囲内で変化させることができる。 In the above, the invention has been described using specific embodiments. However, the description should not be construed as limiting the scope of patent protection, and embodiments of the invention may be varied within the scope of the appended claims.
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CN115991274A (en) * | 2021-10-18 | 2023-04-21 | Abb有限公司 | Device and method for sealing a drive shaft of a marine vessel |
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