NO335420B1

NO335420B1 - Drivanlegg for maritime gjenstander

Info

Publication number: NO335420B1
Application number: NO20034066A
Authority: NO
Inventors: Constantin M Gallin; Jens Ring Nielsen; Erik Møller
Original assignee: Man B & W Diesel As
Priority date: 2001-03-13
Filing date: 2003-09-12
Publication date: 2014-12-15
Also published as: EP1368227B2; CN1281457C; KR20030080256A; EP1368227B1; EP1368227A1; NO20034066D0; WO2002072418A1; CN1496318A; DE50205342D1; NO20034066L; JP2004530588A; DE10111910A1; JP4319410B2; KR100742677B1

Abstract

Hybrid drivanlegg for maritime gjenstander, hvis ytelse i stor grad kan tilpasses kravene i enkelttilfeller, og som garanterer en stor sikkerhet og god økonomi. For dette formål er det anordnet minst to koaksialt bak hverandre anordnede, kontraroterende propeller (1,2) som kan bli drevet samtidig eller vekselvis, og som er anbrakt på respektive aksler (5,13), idet den aksel (13) som er tilordnet den fremre propell (2), er utformet som en hulaksel, som er gjennomløp av en aksel (5) som er tilordnet den bakre propell (1), og idet den aksel (5), som er tilordnet den bakre propell (1), kan bli drevet av minst en ombordværende hovedforbrenningsmotor (3,4), og den aksel (13), som er tilordnet den fremre propell (2), kan bli drevet av minst en tilordnet elektromotor (10), som etter ønske kan bli forsynt med strøm fra en akselgenerator (18), som i tillegg kan bli drevet av hovedforbrenningsmotoren (3,4), og/eller av ombordværende hjelpeaggregater (20), idet den samlede fremdriftsytelse når hjelpaggregater (20) blir aktivert samtidig med hovedforbrenningsmotoren (3,4), er større enn den fremdriftsytelse, som maksimalt kan bli frembrakt av hovedforbrenningsmotoren (3,4).

Description

Oppfinnelsen angår et drivanlegg for maritime gjenstander, særlig skip.

I DE 44 61 604 C2 er det vist et fremdriftsanlegg for skip med to koaksialt bak hverandre anordnede, kontraroterende propeller, hvor den ene propell blir drevet av en forbrenningsmotor og hvor den annen propell blir drevet av en elektromotor. Elektromotoren blir her forsynt med strøm bare fra de ombordværende hjelpeaggregater. En ytterligere akselgenerator som kan drives av forbrenningsmotoren, er ikke anordnet. Den kjente anordning har derfor vist seg ikke å være tilstrekkelig allsidig. Særlig kan den elektrisk drevne propell ikke benyttes dersom hjelpeaggregatene på grunn av annet behov ikke kan levere strøm til den tilordnede eller tilhørende elektromotor.

I CH 667 627 A5 er det vist et drivanlegg for skip med to parallelt ved siden av hverandre anordnede propeller som hver kan drives av en tilordnet dieselmotor, som er anordnet i serie med en elektromotor, som kan forsynes med strøm fra ytelsesreserven av det elektriske nett om bord, og som, når det ikke er behov for tilleggsytelse, funksjonerer som en akselgenerator, som kan drives av hovedmotoren og avgir strøm til nettet om bord. Det er her ikke angitt funksjonen av en akselgenerator som drives i tillegg av hovedmotoren under den tid elektromotoren forsyner nettet om bord med strøm. Denne kjente anordning er ikke egnet for et drivanlegg med to koaksialt bak hverandre anordnede propeller.

I EP 0 117 881 Bl er det vist et fremdriftsanlegg for skip med to bak hverandre anordnede propeller, hvor den ene propell er drevet av en forbrenningsmotor og den andre propell er drevet av en elektromotor som alternativt kan forsynes med strøm fra det elektriske nett om bord eller fra en akselgenerator som i tillegg er drevet av forbrenningsmotoren. Den propell som er drevet av forbrenningsmotoren, er her den fremre propell. Den bakre, elektrisk drevne propell er innebygget i et ror. Det er her ikke anordnet noen felles strømforsyning for elektromotoren gjennom nettet om bord og akselgeneratoren. Heller ikke denne kjente anordning viser seg derfor å være tilstrekkelig allsidig, noe som har en ugunstig virkning på den oppnåelige, samlede økonomi.

I lys av dette er hensikten med oppfinnelsen derfor å skaffe et drivanlegg for maritime gjenstander, så som skip etc, som ikke bare muliggjør en stor toppytelse som er større enn den maksimale, varige ytelse for forbrenningsmotoren, men også samlet sikrer en stor tilpasningsdyktighet i ytelse til behovene i enkelttilfeller under hensyntagen til sikkerheten og økonomien, og som likevel er oppbygget enkelt og billig.

Denne hensikt oppnås gjennom den kombinasjon som ligger til grunn for

krav 1.

Herunder foreslås det et drivanlegg for maritime gjenstander, særlig skip, med minst ett par av to koaksialt bak hverandre anordnede, kontraroterende propeller som kan drives samtidig eller vekselvis, og som er anbrakt på respektive aksler, idet den aksel som er tilordnet den fremre propell, er utformet som en hulaksel, som er gjennomløpt av den aksel som er tilordnet den bakre propell, og idet den aksel, som er tilordnet den bakre propell, kan drives av minst én ombordværende hovedforbrenningsmotor, og den aksel, som er tilordnet den fremre propell, kan drives av minst én tilordnet elektromotor, som etter ønske kan forsynes med strøm fra en akselgenerator, som i tillegg kan drives av hovedforbrenningsmotoren, og/eller av ombordværende hjelpeaggregater, idet den samlede fremdriftsytelse når hjelpeaggregater aktiveres samtidig med hovedforbrenningsmotoren, er større enn den fremdriftsytelse, som maksimalt kan frembringes av

hovedforbrenningsmotoren.

Disse forholdsregler gir på fordelaktig måte et hybriddrivanlegg som består av en forbrenningsmekanisk og en elektromekanisk del, som på fordelaktig måte praktisk talt fullstendig kan sammenstilles av kjente bestanddeler som har bestått sin prøve i praksis. Drivanlegget ifølge oppfinnelsen utnytter på fordelaktig måte også fordelene ved den koaksiale, kontraroterende dobbeltpropellanordning, som ikke bare gir en stor hydrodynamisk, samlet virkningsgrad ved en drift av begge propeller, men også allerede ved en drift av bare den bakre propell. Ved en drift av begge propeller, fås det en spesielt stor virkningsgradsøkning som ved omvandlingen av mekanisk energi til elektrisk energi og omvendt langt på vei utligner uunngåelige tap. Drivanlegget ifølge oppfinnelsen muliggjør på fordelaktig måte en rekke av driftsmåter med hver sin optimale driftsytelse. Således kan det seiles eller kjøres med begge propeller eller bare med den bakre propell eller bare med den fremre propell. Likeså kan det kjøres med hovedmotoren og med hjelpeaggregatene eller bare med hovedmotoren eller bare med hjelpeaggregatene. På fordelaktig måte kan det derfor oppnås en stor tilpasningsdyktighet i ytelse, ikke bare i det øvre, men også i det nedre ytelsesområde og dermed samlet en god økonomi og redundans.

Dersom begge propeller blir drevet og den ombordværende ytelsesreserve i form av hjelpaggregater benyttes i tillegg til hovedmotoren, fås det en såkalt booster-drift med en vesentlig økning av den oppnåelige seile- eller kjørehastighet i forhold til normal drift, noe som gir et skip etc. som er utstyrt med disse, en stor pålitelighet og særlig også muliggjør en tilpasning av skipets ytelsesevne til eventuelle høyere krav også år etter byggingen av skipet. På grunn av den akselgenerator som er anordnet ifølge oppfinnelsen, kan her på fordelaktig måte ytelsesandelen av den elektromekaniske del av det hybride drivanlegg økes utover den ytelsesreserve som finnes om bord, dvs. utover ytelsen av hjelpeaggregatene, hvorved forholdet mellom propellytelsene kan optimeres og dermed at det samlet kan oppnås en utmerket totalvirkningsgrad. Under normal drift når det ikke er behov for den ytelsesreserve som finnes om bord, kan på fordelaktig måte likeledes begge propeller drives og dermed den store hydrodynamiske totalvirkningsgrad av dobbeltpropellanordningen utnyttes på grunn av akselgeneratoren som i tillegg drives av hovedmotoren. Hovedmotoren som i dette driftstilfelle benyttes alene, kan vanligvis forbrenne billig tungolje og har i tillegg et lite forbruk. Til tross for driften av begge propeller, er det her ikke behov for hjelpeaggregatene, noe som skåner disse aggregater og gir en kostnadsbesparelse. Dersom det ikke skulle være behov for hele hovedmotorens ytelse som drivytelse, kan elektromotoren enkelt innstilles til å løpe på tomgang, slik at den fremre propell kan rotere fritt, hvorved det fås en helt normal drift med

én propell. Den fritt roterende, fremre propell forårsaker herunder praktisk talt intet tap, noe forsøk har vist. Likeledes kan akselgeneratoren utkobles eller benyttes som strømkilde for nettet om bord. For meget langsom seilas eller kjøring eller nøddrift, kan det kjøres bare med den fremre propell, hvorved den elektriske ytelse kan avgis bare av nettet om bord, dvs. av hjelpeaggregatene. Hovedmotoren som i det nedre ytelsesområde har en meget dårlig virkningsgrad, blir herunder fordelaktig ikke benyttet. Det er således klart at anordningen ifølge oppfinnelsen er meget allsidig og økonomisk.

Fordelaktige utførelsesformer og hensiktsmessige modifikasjoner av de ovennevnte forholdsregler er angitt i de uselvstendige krav. Således kan den bakre propell fordelaktig være utformet som en vridbar propell med innstillbare blad. Dette muliggjør i hvert tilfelle en optimal bladstilling og dermed en optimal, samlet virkningsgrad for dobbeltpropellanordningen. Ved endring av bladstillingen for den bakre propell, kan det oppnås ikke bare at det en overbelastning av hovedmotoren hindres, men også at rotasjonsfrekvensen kan holdes praktisk talt konstant, slik at det sikres at akselgeneratoren ikke frembringer noen frekvens svingninger og kan overføre disse til nettet om bord, slik at det ikke er behov for motforholdsregler i form av tyristoranordninger etc.

En ytterligere, særlig fordelaktig forholdsregel kan bestå i at den bakre propell har en større diameter enn den fremre propell. Herved sikres det at ytelsesfordelingen mellom de to propeller kan velges fordelaktig, og at den virvelkjegle som frembringes av den fremre propell, når den bakre propell, slik at det også sikres en spesielt stor, hydrodynamisk, samlet virkningsgrad for den koaksialt kontraroterende dobbeltprope llanordning.

Hensiktsmessig kan drivanlegget ifølge oppfinnelsen være dimensjonert på en slik måte at rotasjonsfrekvensen av den fremre propell som er utformet som en fast propell, er på høyst 70 %, fortrinnsvis på mellom 50 % og 60 % av rotasjonsfrekvensen av den bakre propell. Dette muliggjør et valg av en bærbar eller akseptable stigning for bladene av den fremre propell, noe som er fordelaktig for en god, hydrodynamisk virkningsgrad. Hensiktsmessig er det for dette formål etter elektromotoren anordnet en egnet veksel- eller reduksjons veks el.

Fordelaktig kan det imellom elektromotoren og den etter denne anordnede veksel være anordnet en elastisk kobling som fortrinnsvis er utformet som en hydrodynamisk kobling. Ved denne forholdsregel fås det en støtabsorberende virkning, noe som motvirker en forplanting av dreimomentsvingninger og rotasjonssvingninger som inntreffer den fremre propell, via propellakselen til elektromotoren og dermed forstyrrelser som er forårsaket i denne forbindelse, som kan ha en negativ innvirkning på det elektriske nett om bord. Bruken av en hydrodynamisk kobling som inneholder en væskefylling, har den ytterligere fordel at koblingen lett kan tømmes for unngåelse av en dreimomentoverføring. Derved det sikres at elektromotoren ikke trekkes med, men lett kan kobles bort når den fremre propell løper på tomgang.

En ytterligere, spesielt fordelaktig forholdsregel består i at akselen av den bakre propell kan kobles fra hovedmotoren ved hjelp av en løsbar kobling eller sjaltekobling. Derved kan det fås eller innstilles en drift av den bakre propell idet denne roterer fritt. Dette muliggjør en spesielt gunstig stans av hovedmotoren. Driften kan her fås bare med den fremre propell under bruk av hjelpeaggregatet. Dette medfører en stor sikkerhet ved bortfall av hovedmotoren og viser seg å være kostnadsbesparende når det forlanges at det under overhaling av hovedmotoren i en havn skal finnes kjøre- eller seileberedskap, noe som f. eks. er tilfellet for oljetankskip. Den hittil nødvendige stilling av en slepebåt i beredskap i denne forbindelse kan her bortfalle.

Hensiktsmessig kan den aksel som er tilordnet den bakre propell med en forlengelse som rager forbi propellen, være opplagret i et bærelager som er opptatt i en tilordnet akselbukk som er anordnet på skroget av den maritime gjenstand, eller fordelaktig i rorhornet eller -løkken som er tilordnet det tilstøtende ror ved anordninger med halvbalanseror. Herved sikres det en stor svingningsstabilitet. Dessuten blir det sikret en enkel og godt tilgjengelig byggemåte for bærelageret. Innbygningen av det bakre bærelager i rorhornet som er tilordnet det tilstøtende ror, gjør en ytterligere akselbukk overflødig og bevirker gunstigere strømningsforhold og en spesielt enkel og billig byggemåte. En ytterligere, særlig fordel er at oljeforsyningsledninger og lignende som er tilordnet den bakre propell som er utformet som en vridbar propell, kan være anbrakt i rorhornet.

En ytterligere, fordelaktig forholdsregel for oppnåelse av gunstige strømningsforhold, kan bestå i at den bakre ende av den propellaksel som er tilordnet den bakre propell, er tilordnet et strømningsledelegeme respektive en tilsvarende lederkontur av rorhornet som kan omstrømmes laminært. Likeledes kan det mellom navene av de to propeller være anordnet et strømningsledelegeme.

En ytterligere, særlig fordelaktig modifikasjon vedrørende de ovennevnte forholdsregler kan bestå i at ytelsesopptaket av den akselgenerator som i tillegg kan drives hovedforbrenningsmotoren, ved aktivering av hjelpeaggregatene for understøttelse av hovedforbrenningsmotoren styres på en slik måte at akselgeneratoren opptar bare en så stor ytelse som i tillegg til ytelsen av hjelpeaggregatene er nødvendig for oppnåelse av et optimalt forhold mellom drivvirkningene av de to propeller. Disse forholdsregler gir derfor på fordelaktig måte en optimering av den samlede virkningsgrad av den koaksiale, kontraroterende dobbeltpropellanordning og en minimalisering av de ytelsestap som er forårsaket av de energitap som er uunngåelige ved omvandlingen av mekanisk energi til elektrisk energi og omvendt, og dermed samlet en utmerket totalvirkningsgrad. Hensiktsmessig er den ytelse som kan opptas av akselgeneratoren, begrenset til høyst å være på mellom 20 % og 30 %, fortrinnsvis på 25 % av den maksimale, varige ytelse av hovedforbrenningsmotoren. Ved overholdelse av denne grense, er den gevinst som fås av økningen av virkningsgraden av dobbeltpropellanordningen i et hvert tilfelle større enn det tap som fås fra energiomvandlingen. Gevinsten vedrører den fulle, maksimale, varige ytelse, tapet vedrører bare den ovennevnte del av den nevnte, varige, ytelse som blir opptatt av akselgeneratoren. Også investeringsomkostningene for elektromekaniske del av driveanlegget ifølge oppfinnelsen blir herved fordelaktig innenfor grenser.

Ytterligere utførelsesformer og hensiktsmessige modifikasjoner av de ovennevnte forholdsregler er angitt i de resterende, uselvstendige krav og fremgår nærmere av beskrivelsen nedenfor under henvisning til tegningen som viser utførelseseksempler.

Fig. 1 er et skjematisk riss av et hybrid skipsdrivanlegg med en langsomt løpende,

totakts-stordieselmotor som hovedmotor.

Fig. 2 er et skjematisk riss av et hybridskipsdrivanlegg med en raskere løpende,

4-takt stordieselmotor som hovedmotor.

Fig. 3 er et riss av et eksempel på en bærelageranordning med akselbukk, som

avviker fra utførelsen ifølge fig. 1 og 2.

Fig. 4 er et riss av den anordning som er vist på fig. 3, sett bakfra.

Fig. 5 er et riss av en variant av den anordning som er vist på fig. 3, med

et halvbalanseror.

På figurene 1 til 4 er det vist et skip S som er forsynt med et hybrid drivanlegg, som inneholder en dieselmekanisk og en elektromekanisk del. Anlegget inneholder to kontraroterende propeller 1, 2 som er anordnet koaksialt bak hverandre i fartsretningen. Disse kan ha den samme eller ulik diameter. I de viste eksempler har den bakre propell 1 en større diameter enn den fremre propell 2 hvorved det er mulig å oppnå en optimal ytelsesfordeling mellom de to propeller 1, 2, og det sikres at den bakre propell 1 praktisk talt fullstendig kan utnytte den virvelkjegle som dannes av den fremre propell 2, noe som fordelaktig bidrar til oppnåelse av en god propellvirkningsgrad.

I enkle tilfeller kan begge propeller 1, 2 være utformet som såkalte fastpropeller. I det viste eksempel er bare den fremre propell utformet som fastpropell med fast anordnede blad. Den bakre propell 1 er utformet som en innstillingspropell eller vribar propell med innstillbare blad. På denne måte er det mulig å endre bladstigningen av den bakre propell 1 på en slik måte at rotasjonsfrekvensen holdes konstant og den bakre propell ikke i noe tilfelle roterer for tungt, noe som er fordelaktig for unngåelse av en overbelastning av drivmotoren.

Den bakre propell 1, som er utformet som en vribar propell, kan drives ved hjelp av en forbrenningsmotor, den såkalte hovedforbrenningsmotor eller hovedmotor av skipet S. Herunder kan det dreie seg om en stempelmotor eller en turbin eller lignende. Ved utførelsen ifølge fig. 1 er det anordnet en hovedmotor 3 som er utformet som en langsomt løpende totakt-stordieselmotor. Ved utførelsesformen ifølge fig. 2 er det anordnet en hovedmotor 4 som er utformet som en middels hurtig eller hurtig løpende, firetakts-stordieselmotor.

Ved utførelsen ifølge fig. 1, inntreffer ytelsesoverføringen fra hovedmotoren 3 til den bakre propell 1 som er drevet av denne, via en propellaksel 5, som kan være direkte flensforbundet med drivflensen av veivakselen av hovedmotoren 3. Ved utførelsen ifølge fig. 2, er propellakselen 5 som er tilordnet den bakre propell 1, drivmessig forbundet med utgangen eller kraftuttaket av en reduksjonsveksel eller veksel 6, hvis inngang er forbundet med drivflensen av hovedmotoren 4. Ved hjelp av vekselen 6 som er anordnet etter hovedmotoren 4, reduseres derved rotasjonsfrekvensen av motorveivakselen til den ønskede propellrotasjonsfrekvens. Den elastiske kobling til demping av støt og den aksiallageranordning som er tilordnet motorveivakselen, som er anordnet i rekken av aksler mellom hovedmotoren 3 respektive 4 og propellen 1, og som er vanlig ved anordninger av den foreliggende type, er ikke inntegnet på figurene 1 og 2 for forenkling av fremstillingen.

I rekken av aksler mellom hovedmotoren 3 respektive 4 og den propell 1 som er drevet av denne, er det, slik det er vist på fig. 1 og 2, anordnet en løsbar kobling eller sjaltekobling 7 respektive 7a som kan avbryte den drivmessige forbindelse mellom hovedmotoren 3 respektive 4 og den bakre propell 1. Derved oppnås det at den bakre propell 1 ikke drives og i dette tilfelle kan rotere frittløpende. Ved anordningen ifølge fig. 1, er sjaltekoblingen 7 anordnet på akselen 5. Ved anordningen ifølge fig. 2 er akselkoblingen 7a hensiktsmessig anordnet mellom vekselen 6 og hovedmotoren 4 på den raskt roterende inngangsaksel 9 av vekselen 6. Herved oppnås det at det fås en sjaltekoblingen 7a som er mindre og dermed billigere i forhold til den utførelse som er vist på fig. 1. Sjaltekoblingen 7a kan herunder være anordnet inne i eller utenfor et vekselhus 8 som inneholder vekselen 6.

De ovennevnte bestanddeler danner den dieselmekaniske del av det hybride drivanlegg ifølge oppfinnelsen. Som det fremgår av fig. 1 og 2, hører det til den elektromekaniske del en elektromotor 10 som via en elastisk kobling 11 og en bakenfor anordnet reduksjonsveksel eller veksel 12 og en aksel 13 kan drive den fremre propell 2 som roterer motsatt vei i forhold til den bakre propell 1. Akselen 13 er utformet som en hulaksel som er gjennomløpt av den aksel 5 som er tilordnet den bakre propell 1, idet akselen 13 er koaksial med akselen 5 og forbundet drivmessig med kraftuttakssiden av vekselen 12 som er anordnet etter elektromotoren 10. Vekselen 12 er utformet slik at rotasjonsfrekvensen av den fremre propell 2 som er tildannet som en fast propell, er på høyst 70 %, fortrinnsvis på mellom 50 % og 60 % av rotasjonsfrekvensen av den bakre propell 1 som er utformet som en vribar propell. Dette representerer et godt kompromiss mellom på den ene side den ønskede, lavest mulige rotasjonsfrekvens av den fremre propell 2, og på den annen side en uønsket stor skovlstigning som tiltar med avtagende rotasjonsfrekvens.

Propellforholdene, særlig propellstørrelsen, velges avhengig av typen og størrelsen på hovedmotoren og ytelsesfordelingen mellom de to koaksiale, kontraroterende propeller 1, 2. Ved anordningen ifølge fig. 1, må størrelsen av den bakre propell direkte tilpasses rotasjonsfrekvensen, fordi rotasjonsfrekvensen av den bakre propell 1 tilsvarer motorrotasjonsfrekvensen, fordi det mellom totakt-stordieselmotoren som danner hovedmotoren 3, og akselen 5 av den bakre propell 1 ikke er anordnet noen veksel. Ved anordningen ifølge fig. 2 fås i denne forbindelse den fordel at ulike rotasjonsfrekvenser av den bakre propell 1 og dermed ulike størrelser av den bakre propell 1 kan oppnås, avhengig av utvekslingsforholdet for den veksel 6 som er anordnet etter firetakts-stordieselmotoren som danner hovedmotoren 4.

Den elastiske kobling 11 som er anordnet for beskyttelse av elektromotoren 10 mot støt og akselsvingninger etc, og som er plassert mellom elektromotoren 10 og inngangssiden av reduksjonsvekselen eller vekselen 12, kan hensiktsmessig være utformet som en hydrodynamisk kobling, som inneholder en væske eller en væskefylling. Herved er det mulig å sette den elastiske kobling 11 ut av funksjon eller passivisere denne kobling ganske enkelt ved avtapping av væsken. Derved kan den drivmessige forbindelse mellom den fremre propell 2 og elektromotoren 10 som er tilordnet denne som drivmotor, brytes, slik at også den fremre propell 2 kan rotere frittløpende avhengig av betingelsene eller etter behov, uten at elektromotoren 10 må løpe med. Denne kan i slike faser vedlikeholdes eller skiftet.

Akselen 13 som er utformet som en hulaksel, er opplagret i et bærelager 15 i det såkalte akterstevnrør av skipsskroget slik det er vist på fig. 1 og 2. Ved den utførelse som ligger til grunn for figurene 1 og 2, er akselen 5 som løper igjennom akselen 13 med sitt bakre endeområde opplagret på akselen 13, som er utformet som en hulaksel. For dette formål er det anordnet et bærelager 14 som er plassert ved det bakre endeområde av hulakselen 13, og som er innebygget i denne eller navet av den fremre propell. I praksis medfører dette en frittbærende eller svevende opplagring av det endeområde av akselen 5 som opptar eller bærer den bakre propell 1. Det tilstøtende ror kan herunder være utformet som et fullstendig balansert ror slik det er vist på fig. 1 og 2. For oppnåelse av gunstige strømningsforhold, kan herunder navet av den bakre propell 1 på den side som vender bort fra den fremre propell 2, være forsynt med et strømningsledelegeme 30 som griper over den bakre ende av akselen 5, og som i det viste eksempel er utformet som et rotasjonslegeme med et delelliptisk tverrsnitt eller et tverrsnitt som er en del av en ellipse. Også kjeglestubbformede strømningsledelegemer med en diameter som tiltar bakover, har allerede bestått sin prøve. Ved hjelp av strømningsledelegemer unngås det strømningsavløsning og uønskede virvler.

En alternativ utførelse er vist på figurene 3 og 4. Ved denne utførelse er den aksel 5 som er tilordnet den bakre propell 1 for unngåelse av en frittbærende eller svevende opplagring, forsynt med en forlengelse som rager ut bakover forbi den bakre propell 1, idet forlengelsen griper inn i et bærelager 14a som er opptatt i en tilhørende akselbukk 16, som er anbrakt på skipsskroget. Herved fås det en anordning av bærelageret 14a som lett kan inspiseres og som er godt tilgjengelig, noe som er ønsket innenfor skipsbygningsbransjen. Dessuten kan det oppnås gunstige bøyemomentforhold vedrørende akselen 5. For oppnåelse av gunstige strømningsforhold, kan avstanden mellom navet av propellen 1 og den tilstøtende bærelageranordning være forbundet ved hjelp av et kjeglestubbformet strømningsledelegeme 31. Et lignende kjeglestubblignende strømningsledelegeme kan selvfølgelig også være anordnet i området mellom navene for propellene 1 og 2. Dette er spesielt gunstig dersom den bakre propell 1 er utformet som en vribar propell, hvis nav nødvendigvis har en større diameter enn navet av den fremre propell 2 som er utformet som en fast propell. Det gjelder også for figurene 1 og 2. Likeledes kan det på baksiden av bærelageranordningen som vender bort fra propellen, være anordnet et strømningslegeme 32. Akselbukker av den ovennevnte type er f. eks. ved slanke skip med to propeller bestanddeler som har bestått sin prøve.

Fig. 5 viser en variant av utførelsen ifølge fig.3 og 4. Det skip S som ligger til grunn for fig. 5, er forsynt med et såkalt halvt balansert eller halvbalansert ror 33, som er opplagret på en tilhørende holder i form av det rorhorn eller -løkke 34 som er anbrakt på skipsskroget. Akselen 5 er herunder opplagret på rorhornet 34 med sin forlengelse som rager bakover forbi den tilhørende propell 1. Tilsvarende er det bærelager 14a som er tilordnet den bakre ende av akselen 5, her innbygget i rorhornet 34. Oljetilførslen eller -forsyningen som er tilordnet den bakre propell, som er utformet som en vridbar propell, kan løpe over rorhornet 34.

Også ved denne utførelse kan det mellom navene av propellene 1, 2 og mellom navet av propellen 1 og den tilstøtende bærelageranordning være anordnet strømningsledelegemer av den ovennevnte type. Rorhornet 34 som opptar bære lageret 14a, kan i området for bærelageret 14a ha en kontur i likhet med et ledelegeme for oppnåelse av gunstige strømningsforhold. Herved kan det på begge sider fås pærelignende utbuktninger.

En annen mulighet til oppnåelse av gunstige strømningsforhold ved propellanordninger av den type som ligger til grunn for figurene 1-5, kan bestå i å anordne et strømningsledende hus, dvs. en såkalt kortdyse, som delvis eller fortrinnsvis fullstendig omfatter eller omslutter i det minste den bakre propell 1, fortrinnsvis begge propeller 1 og 2. En slik anordning som kan komme på tale for alle utførelser ifølge figurene 1 - 5, er av oversiktlighetsgrunner ikke vist på tegningen.

Til den elektromekaniske del av det hybride drivanlegg ifølge oppfinnelsen hører det en strømfrembringende, såkalt akselgenerator eller akseldrevet generator 18, som kan drives av den aktuelle hovedmotor 3, 4. Denne betegnelse beror på at akselgeneratoren 18 drivmessig er hengt på eller tilknyttet motorveivakselen. Vanligvis er det herunder mellomkoblet en veksel eller reduksjonsveksel. Ved anordningen ifølge fig. 1, er akselgeneratoren 18 hengt på eller tilknyttet den ende av motorveivakselen av hovedmotoren 3 som er motsatt propellanordningen under mellomkobling av en veksel eller rotasjonsfrekvensøkningsveksel (tysk: Ubersetzungsgetriebe) 17. En anordning av denne type er også mulig ved anvendelse av en firetakts-stordieselmotor som hovedmotor av den type som ligger til grunn for fig. 2.1 det utførelseseksempel som er vist på fig.2, er akselgeneratoren 18 via en veksel eller rotasjonfrekvensøkningsveksel 19 som er anordnet foran, drivmessig forbundet med den aksel 9 som er festet til hovedmotoren 4 via drivflensen, og som er forbundet med akselen 5 av den bakre propell via vekselen eller reduksjonsvekselen 6. Fra akselgeneratoren 18 fører det i et hvert tilfelle en strømvei eller strømbane 21 til elektromotoren 10, som på denne måte kan trekke strøm fra akselgeneratoren 18.

Hensiktsmessig er vekselen 19 ved utførelsen ifølge fig. 2 anordnet foran den avbrytelse av akselen 9 som er dannet av den ovennevnte kobling 7a, dvs. tilordnet det område av akselen 9 som vender mot motoren. I det viste eksempel er vekselen 19 kombinert med sjaltekoblingen 7a slik det skjematisk er antydet på fig. 2. Den koblingshalvdel som er forbundet med det parti av akselen 9 som vender mot motoren eller befinner seg på motorsiden, er her forsynt med en ytre tannkrans som danner en del av vekselen 19. Vekselen 6 som er tilordnet akselen 5, er anordnet etter den avbrytelse av akselen 9 som er dannet av sjaltekoblingen 7a. Det er derfor mulig å koble propellen 1 fra hovedmotoren 4 og likevel drive akselgeneratoren 18, slik det også er mulig ved den utførelse som er vist på fig. 1.

Vekselen 19 kan være anordnet i vekselhuset 8 av vekselen 6 sammen med koblingen 7a, slik at det fås en kompakt anordning. Ved utførelsen ifølge fig. 2, er koblingen 7a anordnet utenfor vekselhuset 8. Den raskere aksel av vekselen 19 som er forbundet med akselgeneratoren 18, er her opplagret i vekselhuset.

Samtidig med eller som et alternativ til strømpådraget gjennom akselgeneratoren 18, kan elektromotoren 10 også eller i stedet trekke strøm fra det elektriske nett 22 som finnes om bord slik det er antydet med en strømvei eller strømbane 23, som i de viste eksempler er forsynt med en frekvensomformer 24. Det elektriske nett 22 om bord forsynes med strøm fra dieselgeneratorer 20 om bord. Herunder dreier det seg om generatorer som drives av respektive, vanligvis raskt løpende dieselmotorer. Om bord på et skip er det vanligvis, slik det er antydet på figurene 1 og 2, anordnet tre uavhengige dieselmotorer 20, idet en første leverer den elektriske energi som det er behov for om bord til sjøs, en annen leverer den strøm det er behov for ved manøvrering med baugtverrpropellen eller under lasting og lossing i havner. Den tredje dieselgenerator 20 må alltid være i reserve (stand-by). Selvfølgelig ville det naturligvis i stedet være mulig å koble de dieselaggregater 20 som står til rådighet, ikke via nettet 22 om bord, men direkte til elektromotoren 10. Den ovennevnte elektriske ytelsesreserve om bord i form av dieselgeneratorer 20 omfattes i praksis likeledes av den elektromekaniske del av det hybride drivanlegg ifølge oppfinnelsen.

Hovedmotoren 3 respektive 4 og hver av dieselgeneratorene 20 er hensiktsmessig tilordnet innbyrdes adskilte forsyningssystemer vedrørende drivstoff, smøreolje, luft, kjølevann etc, slik at en innbyrdes adskilt driftsmåte er mulig. Elektromotoren 10 kan tilsvarende, slik det er nevnt ovenfor, forsynes med strøm fra akselgeneratoren 18 og/eller av én eller to av dieselmotorene 20. Likeledes er det mulig at det elektriske nett 22 om bord forsynes med strøm fra akselgeneratoren 18.

Foran strøminngangen for elektromotoren 10 er det anordnet en bryter 25 som ligger i serie med de parallelle strømveier eller -baner 21 og 23 og via hvilken således elektromotoren 10 kan skilles fra akselgeneratoren 18 så vel som fra nettet 22 om bord. Ytterligere brytere 26 og 27 er anordnet i strømveiene 21 respektive

23. På fig. 1 og 2 er alle de tre brytere 25, 26, 27 vist i sluttet stilling. Ved denne bryterstilling forsynes elektromotoren 10 med strøm fra akselgeneratoren 18 så vel som fra det elektriske nett 22 om bord. Dersom bare bryterne 25, 26 er sluttet og bryteren 27 er åpnet, forsynes elektromotoren 10 med strøm bare fra akselgeneratoren 18. På den annen side, dersom bryterne 25, 27 er sluttet og bryteren 26 er åpnet, forsynes elektromotoren 10 med strøm bare fra nettet 22 om bord. Dersom bryteren 25 er åpen og bryterne 26, 27 er sluttet, fås det en forbindelse mellom akselgeneratoren 18 og nettet 22 om bord, slik at akselgeneratoren 18 kan forsyne nettet 22 om bord med strøm. Ved hjelp av frekvensomformeren 24 hindres det herunder at frekvensforstyrrelser kan nå nettet 22 om bord. Da rotasjonsfrekvensen av akselen 5 og dermed motorveivakselen så vel som den på denne påhengte akselgenerator 18 kan holdes konstant på grunn av vribarheten av bladene av den bakre propell 1, kan det ofte gis avkall på frekvensomformeren 24 eller lignende.

Med det hybride drivanlegg ifølge oppfinnelsen, kan det fås ulike driftsmåter, hvor den drivytelse som i hvert tilfelle står til rådighet, kan tilpasses forholdene i det enkelte tilfelle, idet det tas hensyn til økonomien og driftssikkerheten. Enkelte driftsmåter vil bli beskrevet nærmere nedenfor.

1. Normal skipsdrift

Ved normal skipsdrift er begge propeller 1, 2 aktive, men drives bare av hovedmotoren 3 respektive 4 som kan forbrenne billig tungolje og har et lite forbruk. Elektromotoren 10 forsynes herunder tilsvarende med strøm bare fra akselgeneratoren 18 som er drevet av hovedmotoren 3 respektive 4. Tilsvarende er bryterne 25, 26 sluttet. Bryteren 27 er åpnet.

På grunn av den dobbelte energiomvandling fra mekanisk energi til elektrisk energi og omvendt, fås det riktignok et virkningsgradtap. Dette angår imidlertid bare en del av den samlede driftsytelse og blir mer enn kompensert gjennom virkningsgradgevinsten av dobbeltpropellanordningen som omfatter to kontraroterende propeller 1, 2 som er anordnet bak hverandre. For å ta hensyn til dette, er akselgeneratoren 18 hensiktsmessig dimensjonert på en slik måte at den ytelse som kan opptas av denne høyst er på mellom 20 % og 30 %, fortrinnsvis på 25 % av den maksimale, varige ytelse av den tilordnede hovedmotor 3 respektive 4.

2. Dellast-skipsdrift

Ved handelsskip fås det ofte driftstilstander hvor den normale tjenestehastighet respektive drivytelse ikke forlanges, f. eks. ved gunstige værforhold, små lastemengder og lignende. I slike tilfeller skilles elektromotoren 10 fra strømforsyningen ved åpning av bryteren 25, dvs. innstilt på tomgang, slik den at fremre propell 2 ikke drives og kan rotere fritt. Dersom koblingen 11 er en hydrodynamisk kobling, kan denne tømmes, slik at elektromotoren står stille. Med den bakre propell 1 som er drevet av hovedmotoren 3 respektive 4 råder skipet her over et helt enkelt og robust, normalt drivsystem med én propell. Modellforsøk har vist at den fritt roterende, fremre propell 2 ikke forårsaker nevneverdige tap av drivytelse.

Når den fremre propell 2 løper fritt, endres forholdene ved strømmen mot den bakre propell 1. Da denne er utformet som en vribar propell, kan dens blad innstilles på en slik måte at det fås en bladstigning hvorved propellen 1 roterer forholdsvis lett, slik at en termisk overbelastning av hovedmotoren 3 respektive 4 hindres.

Akselgeneratoren 18 kan i tilfeller av den aktuelle type likeledes innstilles slik at den løper på tomgang eller leverer strøm til nettet 22 om bord dersom dette kan oppta strøm. I det siste tilfelle er bare bryterne 26, 27 sluttet og bryteren 25 åpnet.

3. Langsom seilas eller nøddrift

Når skipet seiler langsomt, f. eks. ved seilas gjennom kanaler og sluser, kan skipet kjøre bare med den drivkraft som fås fra den fremre propell 2. Det samme gjelder for nødtilfeller hvor hovedmotoren 3 respektive 4 bortfaller. Den bakre propell 1 blir herunder koblet fra hovedmotoren 3 respektive 4 ved tilsvarende betjening av sjaltekoblingen 7 respektive 7a, slik at den kan rotere fritt. Det tap av drivytelse som forårsakes av dette, har ingen betydning ved tilfeller av den foreliggende type. Elektromotoren 10 som driver den fremre propell 2, får her den nødvendige strøm fra nettet 22 om bord, respektive fra de aktiverte dieselaggregater 20. Bryterne 25 og 27 er følgelig sluttet. Bryteren 26 er åpnet for å gjøre akselgeneratoren 18 strømløs. Da en meget langsom seilas, f. eks. gjennom kanaler eller sluser etc, vanligvis ikke er langvarig, er heller ikke virkningsgraden av drivanlegget i denne driftstilstand avgjørende. Det samme gjelder for nødtilfeller. En økonomisk fordel er imidlertid at skipet ved slike driftstilfeller ikke er henvist til meget dyr og tidkrevende hjelp av slepebåter.

4. Booster-drift

I praksis er det for oppnåelse av en tilstrekkelig god økonomi meget viktig at tjenestehastigheten for et skip ved behov kan økes avhengig av markedskrav. I forhold til normal drift behøver skipet for dette formål ytterligere drivytelse som må leveres av en såkalt booster-innretning.

Ved gjenstanden ifølge oppfinnelsen, består booster-innretningen av drivinnretningen med elektromotoren 10 som er tilordnet den fremre propell 2, og som ved booster-drift forsynes med strøm fra alle tilgjengelige strømkilder, altså fra akselgeneratoren 18 og via nettet 22 om bord fra dieselgeneratorene 20 som står til rådighet, det kan være alle dieselgeneratorene 20 bortsett fra ene dieselgenerator 20 som må holdes i reserve. Hensiktsmessig er herunder ytelsesopptaket av akselgeneratoren 18 som i tillegg til den bakre propell 1 kan drives av hovedmotoren 3 respektive 4, styrt på en slik måte at akselgeneratoren 18 opptar bare en så stor ytelse som det er behov for i tillegg til den ytelse som kan tas ut fra nettet 22 om bord, for å oppnå et optimalt forhold mellom drivvirkningene av de to propeller 1, 2. Herunder kan den ytelse som opptas av akselgeneratoren i enkelte tilfeller også gå mot null. Gjennom den ovennevnte styring blir i hvert tilfelle på den ene side den hydrodynamiske virkningsgrad av den dobbeltpropellanordning som er dannet av de kontraroterende propeller 1, 2 som er anordnet bak hverandre, optimert, og på den annen side det tap som fås på grunn av den dobbelte energiomvandling fra mekanisk energi til elektrisk energi og omvendt, minimalisert, slik at det samlet fås en utmerket totalvirkningsgrad.

Booster-driften av drivanlegget ifølge oppfinnelsen sikrer at seilingsplanen kan overholdes også ved dårlig vær og harde charterbetingelser, som må oppfylles, noe som kan bedre økonomien av hele skipet. De ovennevnte forholdsregler muliggjør på fordelaktig måte også en senere tilpassing av et skip som allerede er i tjeneste, til økende krav i tidens løp. Avhengig av hvordan fremtidige driftstilstander for et skip anslås, kan den elektriske andel av driftsytelsen allerede på utkaststadiet velges fritt i området, f. eks. mellom 10 % og 50 % av den samlede driftsytelse. Vribarheten eller innstillbarheten av bladene av den bakre propell 1 som er utformet som vribar propell, sikrer at en tilpasning til et enkelttilfelle er mulig under drift.

Av det ovennevnte fremgår det at det hybride driftsanlegg ifølge oppfinnelsen er egnet for alle driftstilstander som forekommer i praksis og dermed skaffer en stor tilpasningsdyktighet til forholdene ved enkelttilfeller, idet det tas hensyn til økonomien og sikkerheten. En ytterligere fordel er at drivanlegget ifølge oppfinnelsen kan sammenstilles bare av kjente komponenter som har bestått sin prøve i praksis.

Noen foretrukne utførelseseksempler på oppfinnelsen har ovenfor blitt beskrevet nærmere uten at det med dette skal være forbundet noen begrensning. Således kan det som mekanisk drivkilde i stedet for én hovedmotor benyttes to motorer som er drivmessig innbyrdes forbundet via en samleveksel. Likeledes kan det for et og samme skip være anordnet flere parallelle, koaksiale, kontraroterende dobbeltpropellanordninger av den viste type.

Claims

1. Drivanlegg for maritime gjenstander, særlig skip, hvor anlegget har minst ett par av to koaksialt bak hverandre anordnede, kontraroterende propeller (1,2) som kan drives samtidig eller vekselvis, og som er anbrakt på respektive aksler (5,13), idet den aksel (13) som er tilordnet den fremre propell (2), er utformet som en hulaksel, som er gjennomløpt av den aksel (5) som er tilordnet den bakre propell (1), og idet den aksel (5), som er tilordnet den bakre propell (1), kan drives av minst én ombordværende hovedforbrenningsmotor (3,4), og den aksel (13), som er tilordnet den fremre propell (2), kan drives av minst én tilordnet elektromotor (10),karakterisert vedat den minst ene elektromotoren (10) etter ønske kan forsynes med strøm fra en akselgenerator (18), som i tillegg kan drives av hovedforbrenningsmotoren (3,4), og/eller av ombordværende hjelpeaggregater (20), idet den samlede fremdriftsytelse når hjelpaggregater (20) blir aktivert samtidig med hovedforbrenningsmotoren (3,4), er større enn den fremdriftsytelse, som maksimalt kan frembringes av hovedforbrenningsmotoren (3,4).

2. Drivanlegg ifølge krav 1, karakterisert vedat den bakre propell (1) er utformet som en vridbar propell med innstillbare blad.

3. Drivanlegg ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat den fremre propell (2) er utformet som en fast propell med faste blad.

4. Drivanlegg ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat den bakre propell (1) har en større diameter enn den fremre propell (2).

5. Drivanlegg ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat rotasjonsfrekvensen av den fremre propell (2) som er utformet som en fast propell, er på høyst 70 %, fortrinnsvis på mellom 50 % og 60 % av rotasjonsfrekvensen av den bakre propell (1) som er utformet som en vridbar propell.

6. Drivanlegg ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat akselen (5) av den bakre propell (1) kan kobles fra hovedmotoren (3 respektive 4) ved hjelp av en løsbar kobling eller sjaltekobling (7 respektive 7a).

7. Drivanlegg ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat hovedforbrenningsmotoren (3) er utformet som en langsomt løpende forbrenningsmotor, særlig en totakt-stordieselmotor, og den aksel (5) som er tilordnet den bakre propell (1), og som omfatter sjaltekoblingen (7), er koblet direkte til en ende av motorakselen.

8. Drivanlegg ifølge et av kravene 1-6, karakterisert vedat det ved en utforming av hovedforbrenningsmotoren (4) som middels hurtig eller hurtig løpende forbrenningsmotor, særlig en firetakt-stordieselmotor, det etter denne under mellomkobling av sjaltekoblingen (7a) er anordnet en veksel (6), hvis utgang drivmessig er forbundet med akselen (5) som er tilordnet den bakre propell (1).

9. Drivanlegg ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat akselgeneratoren (18) via en veksel (17 respektive 19) drivmessig er forbundet med akselen av hovedforbrenningsmotoren (3 respektiv 4).

10. Drivanlegg ifølge krav 9, karakterisert vedat den veksel (17 respektive 19) som er tilordnet akselgeneratoren (18), drivmessig er forbundet med en konstruksjonsdel som kan drives av hovedforbrenningsmotoren (3 respektive 4) også ved frigjort sjaltekobling (7 respektive 7 a).

11. Drivanlegg ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat elektromotoren (10) er koblet til inngangen av en etteranordnet veksel (12), hvis kraftuttak samvirker med den aksel (13), som er tilordnet den fremre propell (2).

12. Drivanlegg ifølge krav 11, karakterisert vedat det mellom elektromotoren (10) og den etteranordnede veksel (12) er anordnet en elastisk kobling (11).

13. Drivanlegg ifølge krav 12, karakterisert vedat den elastiske kobling (11) er utformet som en hydrodynamisk kobling.

14. Drivanlegg ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat den aksel (5) som er tilordnet den bakre propell (1), med en forlengelse som rager forbi propellen (1), er opplagret i et bærelager (14a), som er opptatt i et tilordnet bæreorgan, som er anbrakt på skroget av den maritime gjenstand.

15. Drivanlegg ifølge krav 14, karakterisert vedat den maritime gjenstand har et halvbalansert ror (33) som er opplagret på et rorhorn eller rorløkke (34), og at bærelageret (14a) er opplagret på rorhornet (34).

16. Drivanlegg ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat det til i det minste den bakre ende av den aksel (5), som er tilordnet av den bakre propell (1), er tilordnet et strømningsledelegeme (30 respektive 32), som fortrinnsvis er utformet som en avkortet kjegle.

17. Drivanlegg ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat overgangen mellom propellenes (1,2) nav er utformet som strømningsledelegemer (31).

18. Drivanlegg ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat innbyrdes adskilte forsyningssystemer er tilordnet hovedforbrenningsmotoren (3 respektive 4) og hvert av hjelpeaggregatene (20).

19. Drivanlegg ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat utgangen av akselgeneratoren (18) kan forbindes med det ombordværende strømnett (22) på en slik måte at strøm kan mates inn i strømnettet (22).

20. Drivanlegg ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat det i ledningen mellom akselgeneratoren og det ombordværende strømnett (22) er anordnet en frekvensomformer (24).

21. Drivanlegg ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat et hjelpeaggregat (20) forblir i en beredskapsstilling ved aktivering av hjelpeaggregatene (20) for understøttelse av hovedforbrenningsmotoren (3 respektive 4).

22. Drivanlegg ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat ytelsesopptaket av akselgeneratoren (18), som i tillegg kan drives av hovedforbrenningsmotoren (3 respektive 4), ved aktivering av hjelpeaggregatene (20) for understøttelse av hovedforbrenningsmotoren (3 respektive 4), blir styrt på en slik måte at akselgeneratoren (18) opptar bare en så stor ytelse som i tillegg til ytelsen av hjelpeaggregatene (20) er nødvendig for oppnåelse av et optimalt forhold mellom drivvirkningene av de to propeller (1,2).

23. Drivanlegg ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat den ytelse som kan opptas av akselgeneratoren (18), høyst er på mellom 20 % og 30 %, fortrinnsvis på 25 % av den maksimale, varige ytelse av hovedforbrenningsmotoren (3 respektive 4).