NL2010778C2 - Pod met lange flexibele schroefas. - Google Patents

Description

POD met lange flexibele schroefas

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een POD omvattende een behuizing, welke behuizing voorzien is van een bevestiging voor bevestiging aan een vaartuig, waarbij die behuizing langwerpig is en van tegenoverliggende eerste en tweede einden is voorzien en in die behuizing een rotatiemotor aangebracht is, waarbij de rotatieas van die elektromotor zich in de richting eerste einde/tweede einde uitstrekt, waarbij die elektromotor een holle elektromotoras omvat, waar doorheen de schroefas loopt, die zich door de behuizing uitstrekt naar een daarbuiten liggende schroef.

Een dergelijke POD is bekend uit WO 03/023941. In deze bekende Pod is de schroefas verbonden met een holle rotoras via elastische dempingselementen die de beide uiteinden van de rotatieas op flexibele wijze verbinden met de schroefas. Hierdoor worden trillingen en torsiekrachten tussen de rotoras en de schroefas opgevangen en gedempt. De bekende POD heeft als nadeel dat op de dempingselementen grote krachten kunnen worden uitgeoefend waardoor deze beschadigd kunnen raken.

Een dergelijkePOD maakt gebruik van een elektromotor waarbij het schip vaak voorzien is van een met een dieselmotor aangedreven aggregaat. Het gebruik van een POD heeft talrijke voordelen waarbij de laatste jaren het milieuvoordeel steeds belangrijker wordt. Immers de gebruikte dieselmotor kan voortdurend in een optimaal werkgebied bedreven worden waardoor de emissies daarvan zoveel mogelijk beperkt worden. Bovendien is het mogelijk grotere vaartuigen met meerdere diesel aangedreven generatoren uit te voeren waarbij bij geringe energiebehoefte, zoals bij het manoeuvreren in havens, slechts een enkel aggregaat functioneert. Bovendien kan bij het gebruik van verschillende aggregaten een aggregaat geschikt zijn voor het bedrijf op schonere brandstof en uitgevoerd zijn voor het uitstoten van minder emissies.

Hoewel POD aandrijvingen een aantal voordelen kennen, zijn er ook problemen bij de direct aangedreven PODs door de korte stijve verbinding tussen de zware elektromotor en de schroef, die in een variërend stromingsveld draait. De grote massa van de elektromotor resulteert in een groot traagheidsmoment en in combinatie met een dynamisch bewegend schroef ontstaan grote krachten in de verbindingsas.

Het is het doel van de onderhavige uitvinding dit nadeel te voorkomen en te voorzien in een lange flexibele verbinding tussen de zware elektromotor en de schroef.

Dit doel wordt bij een hierboven beschreven POD verwezenlijkt doordat de rotoras tussen de koppeling (14) en de schroef (9) niet is verbonden met de schroefas.

De variërende bewegingen van de schroef zijn niet beperkt tot torsietrillingen alleen, maar vormen een complexe combinatie van torsiemoment, buigend moment en dwarskracht. De lange as biedt de grotere flexibiliteit niet alleen voor de optredende torsietrillingen, maar ook voor het buigend moment en de dwarskracht. Door deze flexibiliteit worden de piekbelastingen aanzienlijk afgevlakt en ontstaan niet alleen lagere pieken maar ook daarbij corresponderend lagere vermoeiingsbelasting en langere levensduur. In deze uitvoering wordt het einde van de schroefas ondersteund door een radiaal lager naar de behuizing. Tevens wordt het koppel overgebracht middels de koppeling tussen de schroefas en de elektromotoras. In deze uitvoering wordt deze koppeling zodanig flexibel uitgevoerd dat de buiging in schroefas niet overgedragen wordt naar de elektromotoras.

Volgens een voorkeursuitvoering van de onderhavige uitvinding wordt de flexibele schroefas tussen de elektromotor en de schroef ondersteund door een lager dat tevens de axiale stuwkracht opneemt. Door deze uitvoering kan de schroefas tussen het lager en de verbinding met de elektromotor slanker en flexibeler uitgevoerd worden door het ontbreken van axiale krachten.

Volgens een voorkeursuitvoering van de onderhavige uitvinding wordt het hoofdlager zodaning uitgevoerd dat het mee kan scharnieren met de buiging in de schroefas. Dit kan bijvoorbeeld door het toepassen van scharnierende lagerblokken voor glijlagers of bijvoorbeeld door een dubbelrijig tonnenlager. Voor het verkrijgen van optimale vrijheid voor buiging verdient een dubbelrijig tonnenlager in ‘X’ opstelling de voorkeur.

Volgens een voorkeursuitvoering van de onderhavige uitvinding wordt de schroefas vanaf het hoofdlager naar het eind uitgevoerd met afnemende diameter. Door de toenemende afstand tot het hoofdlager daalt het buiging moment en kan de diameter evenredig afnemen, waardoor de flexibiliteit verder toeneemt. De axiale stuwkracht is reeds in het hoofdlager overgebracht naar de gondel. Ter plaatse van de koppeling resteert slechts een kleine dwarskracht en het over de hele aslengte constante koppel.

Volgens een voorkeursuitvoering van de onderhavige uitvinding wordt de verbinding tussen de schroefas en de elektromotor zodanig uitgevoerd dat deze buigingstrillingen niet overbrengt. Hiervoor kunnen alle in de stand der techniek bekende koppelingen toegepast worden om dit doel in meer of mindere mate te realiseren.

Volgens een voorkeursuitvoering van de onderhavige uitvinding wordt de verbinding tussen de schroefas en de elektromotor zodanig uitgevoerd dat deze torsietrillingen niet overbrengt. Ook hier kunnen alle in de stand der techniek bekende koppelingen toegepast worden.

Volgens een voorkeursuitvoering van de onderhavige uitvinding wordt de verbinding tussen de schroefas en de elektromotor zodanig uitgevoerd dat deze bij een overbelasting ontkoppelt. Deze ontkoppeling kan uitgevoerd worden als tijdelijke (slip) overbelastingskoppeling of als een blijvende ontkoppeling door het toepassen van bijvoorbeeld breukbouten of scheurplaten.

Volgens een voorkeursuitvoering van de onderhavige uitvinding wordt deze toegepast in combinatie met een schroef met verstelbare bladen. Door de flexibiliteit van de schroefas en koppeling kunnen de bladen en met name de tippen van de bladen gering meebewegen waardoor de piekkrachten afnemen met corresponderende afname van geluidsproductie en belasting op het verstelmechanisme van de schroef.

De uitvinding zal hieronder nader aan de hand van uitvoeringsvoorbeelden verduidelijkt worden. Daarbij tonen:

Fig. 1 schematisch een vaartuig voorzien van een POD volgens de uitvinding;

Fig. 2 in dwarsdoorsnede de POD van het in fig. 1 getoonde vaartuig volgens stand der techniek;

Fig. 3 een dwarsdoorsnede van de POD volgens de uitvinding;

Fig. 4 een dwarsdoorsnede van een verdere uitvoering van de POD volgens de uitvinding;

Fig. 5 een dwarsdoorsnede van een verdere dubbele uitvoering van de POD

volgens de uitvinding.

In fig. 1 is een vaartuig aangegeven. Dit kan enig soort vaartuig omvatten met enige gewenste grootte al dan niet zeegaand. Een POD 1 is daaraan op draaibare wijze bevestigd. Begrepen zal worden dat meer dan een POD 1 toegepast kan worden of dat een dergelijke POD gebruikt kan worden voor de sturing (boegschroef en dergelijke). In het vaartuig zijn een of meer niet getoonde diesel/generatorsets aanwezig voor het opwekken van de electrische energie voor het aandrijven van de elektromotor van de hierna te beschrijven POD.

Deze POD is in fig. 2 afgebeeld met 1 en omvat een behuizing 8; daarbinnen is een elektromotor aangebracht met een stator 5 en een rotor 4 verbonden met de schroefas 2, die op hoofdlager 6 voor radiale en axiale ondersteuning en radiaal steunlager 7 van de behuizing gelagerd is. De schroefas drijft buiten de behuizing de schroef 9 aan. De schroefas is bij de schroef voorzien van een aantal afdichtingen 10, veelal een grote diameter uitvoering dichtbij de schroef en een aantal kleinere diameter uitvoeringen erachter. Een aantal PODs vullen de gehele behuizing inclusief de elektromotor met olie. Bij een aantal PODs is de behuizing leeg en zijn aan weerskanten van lagers 6 en 7 afdichtingen aangebracht waarbinnen het smeermiddel opgesloten wordt. Op de schroefas is de rotor bevestigd en deze vormt de rotoras van de elektromotor. Bij een aantal PODs is tevens een aarding 11 aangebracht van de schroefas naar de behuizing. De behuizing is middels steun 15 bevestigd aan de romp van het schip. Deze bevestiging kan tevens roterend worden uitgevoerd.

In fig. 3 is de POD volgens de uitvinding weergegeven. Opnieuw zijn weergegeven de behuizing 8, de schroefas 2, schroef 9, afdichtingen 10 en de elektromotor stator 5 en rotor 4. De rotor is nu echter bevestigd op een afzonderlijke rotoras 3, gelagerd in rotoras hoofdlager 12 en radiaal rotoras steunlager 13. De rotoras is middels koppeling 14 verbonden met de schroefas aan het vrije einde (de tegenovergestelde kant van de schroef). Duidelijk is in deze uitvoering te zien dat de lengte van de as tussen de schroef en de bevestiging van de as aan de rotor aanzienlijk toeneemt. In deze uitvoering kan de diameter van de schroefas vanaf het hoofdlager naar het vrije einde afnemen om daarmee de flexibiliteit te vergroten. De koppeling 14 kan alle in de stand der techniek bekende uitvoeringen omvatten. De koppeling kan elastisch uitgevoerd worden om de elasticiteit tussen de rotor en de schroefas nog verder te vergroten. Tevens kan de schroefas ook voorzien worden van elektrische/elektromagnetische isolatie. De schroefas is hierbij gelagerd in hoofdlager 6 en radiaal steunlager 7. In de getekende uitvoering wordt de axiale stuwkracht bij hoofdlager 6 overgebracht naar de behuizing 8, waardoor de verdere schroefas naar het vrije einde geen axiale kracht heeft.

In fig. 4 is een verdere uitvoering van de POD weergegeven. Slechts van belang zijnde verschillen zijn in deze figuur getoond. De schroefas is hierbij aan het vrije einde verbonden met de koppeling 14 naar de rotoras 3. Het radiale steunlager 7 komt hiermee te vervallen.

In fig. 5 is een verdere uitvoering van de POD 1 weergegeven. Slechts van belang zijnde verschillen zijn in deze figuur getoond. De POD is hierbij gespiegeld tov het vrije einde, waarbij aan beide kanten van het spiegelvlak een elektromotor met holle as en schroefas ontstaat en waarbij tevens de mogelijkheid ontstaat om beide schroeven in tegengestelde rotatierichting te laten draaien om daarmee een hoger schroefrendement te bereiken.

Na het bovenstaande is het voor degene bekwaam in de stand der techniek dadelijk duidelijk dat de uitvinding vele varianten kent. Dergelijke varianten zijn voor de hand liggend na het voorgaande en liggen binnen het bereik van bijgaande conclusies. Dergelijke varianten omvatten ook een uitvoering waarbij aan beide einden van de POD behuizing 8 een schroef 9 is aangebracht met elk een schroefas en één lange elektromotor met holle rotoras, waarbij de koppeling van elke schroefas nabij de halve lengte van de rotoras is aangebracht.

Claims (14)

1 POD (1) omvattende een behuizing (8), welke behuizing (8) voorzien is van een bevestiging (15) voor bevestiging aan een vaartuig, waarbij die behuizing voorzien is van een elektromotor bestaande uit een stator (5) en een rotor (4) voorzien van een holle rotoras (3), alsmede een schroefas (2) die vanaf een schroef (9) door de rotoras (3) loopt oopt tot minimaal de halve lengte van de holle rotoras en aan een op afstand van de schroef vrij einde verbonden is met de holle rotoras (3) middels een koppeling (14), met het kenmerk, dat de rotoras tussen de koppeling (14) en de schroef (9) niet is verbonden met de schroefas.

2. POD volgens conclusie 1, waarbij de schroefas (2) zich over de lengte van de holle rotoras (3) door deze as uitstrekt waarbij de koppeling aan het vrije uiteinde van de rotoras (3) is gelegen en met het kops uitende van de rotoras (4) is verbonden.

3. POD volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij een schroefaslengte groter is dan de lengte van de holle rotoras.

4. POD volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de koppeling (14) tussen de rotoras (3) en de schroefas (2) torsietrillingen, buigingstrillingen of radiale trillingen, of iedere combinatie daarvan, kan opvangen en of dempen.

5. POD volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de koppeling (14) tussen de rotoras (3) en de schroefas (2) als overbelastingskoppeling is uitgevoerd.

6. POD volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de koppeling (14) tussen de rotoras (3) en de schroefas (2) voorzien is van elektrische en of elektromagnetische isolatie.

7. POD volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij een lagering van de schroefas (6,7) tussen schroef (9) en elektromotor (4,5) kan meescharnieren overeenkomstig een geringe buiging van de schroefas (2)

8. POD volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de lagering van schroefas (6,7) is uitgevoerd als tweerijig tonnenlager in ‘X’ opstelling.

9. POD volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de diameter van de schroefas (2) afneemt vanaf de schroef (9) richting het vrije einde met minimaal 20% van de diameter.

10. POD volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de POD aan beide einden is voorzien van een schroef (9).

11. POD volgens conclusie 10, waarbij de POD is voorzien van twee elektromotoren, die ieder een respectieve schroef aan het tegenovergestelde einde aandrijven.

12. POD volgens een der conclusies 10 of 11, waarbij beide schroeven aan de tegenovergestelde einden een tegenovergestelde rotatierichting hebben.

13. POD volgens een van de voorgaande conclusies, waarbij de schroef uitgevoerd is met verstelbare bladen.

14. Vaartuig omvattende een POD volgens een van de voorgaande conclusies uitgevoerd als hoofdaandrijving en/of stuuraandrijving.