NO973775L - Fremdriftsanordning - Google Patents

Abstract

Fremdriftsanordning for skip, omfattende et undervanns propellhus (3) som er festet til en hovedsakelig vertikal dreieaksel (4) som er festet i skipsskroget (1) for dreining om en dreieakse (7), og i det minste én fremdriftspropell (2) som er festet til en propellaksel som er festet i propellhuset (3). Propellhuset (3) er slik forbundet med dreieakselen (4) at rotasjonsplanet(6) for den i det minste ene propell (2) ligger nær dreieaksen (7).

Description

Oppfinnelsen vedrører en fremdriftsanordning for skip.

Et konvensjonelt skip omfatter en fremdriftspropell og et ror. Idag er det en tendens til å anvende såkalte ror-propell-anordninger av den type som er beskrevet f.eks. i patentpublikasjonene DE 26 55 667, SE 412 565, Fl 75128,

GB 2 179 312, CA 1 311 657 og US 5 403 216, som hovedfrem-driftsanordning for skip. En ror-propellanordning omfatter én eller flere fremdriftspropeller montert på en aksel som er festet i et undervannshus som er dreibart om en hovedsakelig vertikal akse. Huset er festet til den nedre ende av en akselkonstruksjon som er dreibart festet til skipsskroget og fortrinnsvis er et rett rørformet element. I det følgende er denne akselkonstruksjon kalt dreieaksel. Ved å dreie dreieakselen er det mulig å rette huset og dermed også propellstrømningen i en hvilken som helst retning. Derfor vil en ror-propellanordning også kunne fungere som skipets styreanordning.

Dreieaksen for dreieakselen og huset behøver ikke å være nøyaktig vertikal, og den kan avvike noe fra vertikal orientering, f.eks. som beskrevet i US-PS 5 403 216.

Et skips manøvreringsevne ved hjelp av en ror-propellanordning er meget god, men det dreiemoment som kreves for å dreie huset er høyt, og øker som en funksjon av fremdrifts-kraften. Det høye dreiemoment forårsaker problemer ved saktegående skip med stor propellskyvkraft, så som taubåter og isbrytere. Problemer oppstår selv når fremdriftseffekten pr. fremdriftsenhet bare er noen hundre kilowatt.

Idag kan effekten av en ror-propellanordning være betydelig. Ror-propellanordninger med en effekt på mere enn 20 MW er konstruert. I denne effektklasse når det dreiemoment som kreves for å dreie propellhuset høye verdier og krever således meget sterkt styremaskineri, hvilket er en ulempe. Formålet med oppfinnelsen er å redusere det dreiemoment som kreves for å dreie propellhuset av en ror-propell, slik at også en kraftig ror-propellanordning vil kunne dreies ved hjelp av et styremaskineri med bare moderat kraft.

Oppfinnelsen er basert på den observasjon at det dreiemoment som kreves for å dreie et fremdriftspropellhus er avhengig av avstanden av propellplanet fra husets dreieakse. Vanligvis er propellen anbragt ved enden av propellhuset, og ligger således forholdsvis langt fra husets dreieakse. Følgelig kreves det et forholdsvis høyt dreiemoment for å dreie huset.

I et skips hoved-fremdriftsanordning ifølge oppfinnelsen ligger propellplanet tett inntil husets dreieakse, og derfor er det dreiemoment som kreves for styring forholdsvis lite.

Antallet av fremdriftspropeller som er festet i et propellhus er fortrinnsvis én eller to. Hvis det foreligger tre propeller er det fordelaktig at de er montert aksialt nær hverandre ved den samme ende av propellhuset og drives så de roterer i motsatte retninger. Dette forbedrer som i og for seg kjent propellenes fremdriftskraft. I dette tilfelle ligger én propell nærmere propellhuset enn de andre propeller, og propellplanet av den ene propell bør ligge nær husets dreieakse. Oppfinnelsen vil innledningvis bli beskrevet som en utførelse med én eneste propell.

Ifølge oppfinnelsen er kravet at dreieakselen er utformet slik at dens nedre endeparti, hvor dreieakselen er festet til propellhuset, er forskjøvet i forhold til dens øvre endeparti, hvor dreieakselen er festet til skipsskroget, slik at propellen derved vil ligge betydelig nærmere husets dreieakse enn den ville gjort uten den forskjøvne konfigura-sjon av dreieakselen.

Som et resultat har dreieakselen ikke den vanlige rette form, men er utformet ikke-lineær, spesielt krummet eller avtrappet. I de fleste tilfeller fører dette til at propellplanet ligger innenfor dreieakselens ytre periferi, på nivået hvor dreieakselen krysser skipsskrog-kledningen. Skrogkledningen er ytterflaten av skroget rundt dreieakselen. Når dette er tilfelle, er propellens avstand fra husets dreieakse som regel liten nok til at det bare kreves et moderat dreiemoment for å dreie propellhuset.

Fremdriftspropellen vil kunne være en skyv- eller trekkpropell som beskrevet i US-PS 5 403 216. Fordelen ved oppfinnelsen er større når propellen er en trekk-propell fordi styremomentet som kreves ved en trekk-propell i noen tilfeller er større enn det som kreves ved en skyv-propell. Ved en utførelse med én eneste propell er det fordelaktig at huset, eller i det minste omtrent. hele huset, ligger på motsatt side av propellen i forhold til husets dreieakse (idet propellen ikke anses å være en del av huset) . Med uttrykket "omtrent hele huset" menes i det minste 80%, fortrinnsvis i det minste 90%, av husets lengde. Hvis propellens drivmotor befinner seg i huset, f.eks. som beskrevet i ovennevnte amerikanske patent, og omtrent hele huset befinner seg på motsatt side av propellen i forhold til dets dreieakse, vil motorens effektfrembringende deler, f.eks. statoren og rotoren av en elektromotor, kunne ligge på motsatt side av propellen i forhold til husets dreieakse. En slik utførelse er forholdsvis velbalansert også når det gjelder treghetskrefter.

De fremdriftskrefter som leveres av motoren er avhengig av dennes størrelse. Av hydrodynamiske grunner er det uheldig for propellens fremdriftskraft med stor motordiameter hvis motoren befinner seg i huset. Motorens størrelse vil også kunne økes i dens lengderetning, men det ville resultere i uhensiktsmessige husdimensjoner. Ifølge oppfinnelsen vil drivmotoren kunne deles i to enheter, én på hver side av propellen. Uten for stor økning av husets utstrekning fra 1

dets dreieakse, gir denne utførelse større motorkraft ved en gitt motordiameter. Utførelsen er enda mer hensiktsmessig ved en versjon med dobbelt propell, hvor de to drivmotorer er i det minste hovedsakelig symmetrisk anbragt på motsatte sider av de to propeller og av husets dreieakse.

Hvis propellhuset strekker seg til begge sider av propellen (e) er det hydrodynamisk fordelaktig at huset inklusive propellnav(ene) er utformet som et kontinuerlig strømlinjet legeme. Dette oppnås ved at hver propells navparti forstør-res så dets diameter helt eller omtrent tilsvarer husets.

Hvis propellen(e) er trekk-propell(er), er det av hydrodynamiske grunner viktig at ingen propell ligger for nær dreieakselen. Den minste avstand mellom en trekk-propell og dreieakselen bør være i det minste 10%, fortrinnsvis i det minste 15%, av propellens diameter.

For høyeffekt-fremdrift (størrelsesorden i det minste 1 MW pr. fremdriftsenhet) har en elektromotor anbragt i propellhuset vist seg som den mest fordelaktige drivmotorløsning. Andre alternativer er hydraulisk drift eller mekanisk kraftoverføring, hvorav sistnevnte forholdsvis ofte anven-des. For mekanisk kraftoverføring fra en drivmotor i skipet til det dreibare hus, er det hensiktsmessig å utforme dreieakselen slik at det i det minste dannes ett lineært gjennomgående rom i denne. En kraftoverføringsaksel som er forbundet med propellakselen via en vinkeloverføring vil kunne anbringes i det gjennomgående rom. Det er spesielt enkelt å anordne kraftoverføringen hvis det gjennomgående rom omfatter husets dreieakse, da kraftoverføringsakselen da kan anbringes på dreieaksen.

I det følgende vil oppfinnelsen blir beskrevet mer detaljert under henvisning til de vedføyede tegninger, hvor

fig. 1 er et skjematisk sideriss av en enkelt propellut-

førelse ifølge oppfinnelsen,

fig. 2 er et skjematisk sideriss av en annen enkelt propell-utførelse ifølge oppfinnelsen,

fig. 3 er et skjematisk sideriss av en versjon med dobbelt propell ifølge utførelsen på fig. 2, og

fig. 4 er et skjematisk sideriss av en annen versjon med dobbelt propell ifølge utførelsen på fig. 2.

På tegningene betegner 1 et skipsskrog, 2 skipets hoved-fremdriftspropell, 3 et propellhus som propellen er festet i og 4 en dreieaksel for propellhuset, som er festet i et bare skjematisk vist dreielager 5 i skroget 1. Propellen 2 er bare vist skjematisk, og antallet av propellblad er ikke vist. Avstanden mellom propellens 2 propellplan 6 og husets dreieakse 7, målt langs propellakselens senterakse, bør ikke være mer enn 30% av propellens 2 diameter D, og er fortrinnsvis mindre enn 25% av diameteren D. Enda mer hensiktsmessig bør avstanden a være mindre enn 20% av propell-diameteren. På fig. 1 er avstanden a ca. 15% av diameteren D og ca. 2 0% av diameteren av husets dreielager 5.

På fig. 1 er en mekanisk kraftoverføring til propellen 2 vist skjematisk. Denne kraftoverføring omfatter en drevet tannkrans 8, en vertikal kraftoverføringsaksel 9 og koniske tannhjulsutvekslinger 10 via hvilke drivkraften overføres til propellen 2. Husets dreieaksel 4 omdatter et vertikalt lineært rom uten hindringer og med slike dimensjoner at det er mulig å anbringe kraftoverføringsakselen 9 i det.

Den bøyepåkjenning som utøves på dreieakselen av propellens fremdriftsskyvkraft er hovedsakelig avhengig av dreieakselens tverrsnitssareal og av avstanden fra propellakselen. I tilfelle av at propellplanet er hovedsakelig parallelt med husets dreieakse, bør propellplanet 6 krysse dreieakselen på eller nedenfor det nivå hvor bøyepåkjenningen er maksimal, hvilket vanligvis er nivået hvor dreieakselen møter skroget.

Ved utførelsen på fig. 1 skjærer propellens 2 propellplan 6 husets dreieaksel 4 nedenfor skrogets 1 nivå. Omtrent hele propellhuset 3 ligger på motsatt side av husets dreieakse 7 i forhold til propellen 2.

Det er foretrukket at den mekaniske overføring på fig. 1 erstattes med en elektrisk drivanordning omfattende en elektromotor i propellhuset 3, da dette eliminerer vanske-ligheter som oppstår i kraftoverføringsakselen 9 via flere tannhjulsutvekslinger. I dette tilfelle vil fortrinnsvis hele motoren, eller i det minste dennes rotor og stator, ligge på motsatt side av husets dreieakse 7 i forhold til propellen 2 .

Ved utførelsen på fig. 1 er propellen en trekk-propell. I dette tilfelle må den minste avstand mellom propellen, spesielt nær spissene av propellbladene, og dreieakselen 4 ikke være for liten for å sikre at dreieakselen ikke forstyrrer propellstrømningen i uakseptabel grad. På figuren er avstanden b mellom propellen og dreieakselen omtrent 15% av propellens 2 diameter D.

Ved utførelsen på fig. 2 er propellhuset delt i to deler 3a og 3b, hvorav delen 3a ligger foran i skipets normale bevegelsesretning. Propellen 2 forsynes med kraft ved hjelp av to skjematisk viste elektromotorer lia og 11b. Denne anordning medfører den fordel at det oppnås en stor utgående ytelse med en forholdsvis liten motordiameter fordi motor-enhetenes totale aksiale lengde er betydelig.

Ved utførelsen på fig. 2 ligger propellens 2 propellplan 6 i husets dreieakse 7. Avstanden b mellom propellen 2 og den nærmeste posisjon av dreieakselen 4 bak den, er ved denne utførelse gjort betydelig større enn ved utførelsen på fig. 1.

Ved utførelsen på fig. 3 er konstruksjonen i prinsippet den samme som på fig. 2, men her er det anvendt to fremdriftspropeller 2a og 2b som dreier seg i motsatte retninger. På denne måte vil en gitt motoreffekt gi større fremdriftskraft. Forbedringen vil kunne bli nesten 2 0%.

Ved utførelsen på fig. 4 er utførelsen på fig. 3 utviklet videre. Propellnavene er utført større, slik at propellhuset danner et kontinuerlig sigarformet legeme. Denne utformning krever vanligvis en liten økning av propellens ytterdiameter.

Oppfinnelsen er ikke begrenset til de viste utførelser, men flere modifikasjoner av denne kan tenkes innenfor rammen av de vedføyede krav.

Claims (14)

1. Fremdriftsanordning for skip, omfattende en dreieaksel (4), som har et øvre parti som er festet i skipets skrog (1) for å dreie dreieakselen om en akse (7) , og i det minste ett nedre parti, et undervanns propellhus (3) som er festet til det/de nedre parti(er) av dreieakselen (4), og propellfrem-driftsanordninger (2) som er festet for rotasjon i undervanns-propellhuset (3) og som har et propellrotasjonsplan (6) og en propellrotasjonsakse, karakterisert ved at det eller hvert nedre parti av dreieakselen (4) er forskjøvet i forhold til det øverste parti av dreieakselen for ikke å være innrettet med dette langs dreieaksen (7), hvorved det muliggjøres at propellens rotasjonsplan (6) kan ligge ved eller nær dreieaksen (7) , målt langs propellens dreieakse (7).

2. Fremdriftsanordning ifølge krav 1, karakterisert ved at dreieakselens (4) ytterperiferi skjæres av propellens rotasjonsplan (6) på nivået hvor dreieakselen krysser konturen av skipsskroget rundt dreieakselen.

3. Fremdriftsanordning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at propellfremdriftsanordningen består av én eneste trekk- eller skyv-fremdriftpropell (2) som er montert ved den ene ende av propellhuset (3), og at propellens rotasjonsplan (6) og i det minste hovedsakelig hele propellhuset (3) befinner seg på motsatte sider av husets dreieakse (7).

4. Fremdriftsanordning ifølge krav 3, karakterisert ved at en drivmotor (lia, 11b) for propellen er anordnet inne i propellhuset (3), hvor hele det kraftfrem-bringende parti av drivmotoren ligger på motsatt side av husets dreieakse (7) i forhold til fremdriftspropellen (2) .

5. Fremdriftsanordning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at propellhuset (3) omfatter første og andre aksialt innrettede husenheter, hvor propellfremdriftsanordningen er anbragt mellom disse, og at hver husenhet er forsynt med separate kreftoverføringsanord-ninger, f.eks. en drivmotor (lia, 11b) for dreining av propellfremdriftsanordningen.

6. Fremdriftsanordning ifølge krav 5, karakterisert ved at propellfremdriftsanordningen er anbragt i det midtre parti av propellhuset (3).

7. Fremdriftsanordning ifølge et av kravene 1, 2, 5 eller 6, karak erisert ved at propellfremdriftsanordningen omfatter to koaksiale fremdriftspropeller (2a, 2b) som er montert aksialt tett sammen på separate propellaksler som er festet i propellhuset (3) og er dreibare i motsatte retninger.

8. Fremdriftsanordning ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at propellfremdriftsanordningen er montert som en trekkpropell, og at avstanden (b) mellom husets dreieaksel (4) og det nærmeste enhver del av trekkpropellens blad kommer dreieakselen når propellen dreier seg, er i det minste 10%, fortrinnsvis i det minste 15% av propellfremdriftsanordningens diameter (D).

9. Fremdriftsanordning ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at propellfremdriftsanordningens drivmotor er en elektromotor (lia, 11b) som er anbragt inne i propellhuset (3) .

10. Fremdriftsanordning ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at dreieakselen (4) har i det minste ett lineært gjennomgående rom som fortrinnsvis inkluderer husets dreieakse (7) .

11. Fremdrif tsanordning ifølge krav 10, karakterisert ved at det i det minste ene rom er uten hindringer og munner ut i propellhuset (3).

12. Fremdriftsanordning ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at avstanden av propellens rotasjonsplan (6) fra dreieakselens (4) dreieakse (7), målt langs propellens dreieakse, er mindre enn 3 0%, fortrinnsvis mindre enn 25%, f.eks. 15%, av diameteren av propellfrem-drif tsanordningen.

13. Fremdriftsanordning ifølge krav 1, karakterisert ved at huset (3) omfatter første og andre husenheter, hvor propellfremdriftsanordningen er anbragt mellom disse, hovedsakelig ved posisjonen for dreiakselens dreieakse (7) , og at dreieakselen (4) omfatter et første ben som er festet til den første husenhet og et andre ben som er festet til den andre husenhet, hvor det nedre parti av hhv. det første og det andre ben er anordnet forskjøvet i forhold til dreieakselens øvre parti, for ikke å være innrettet med dette langs dreieaksen (7).

14. Skip forsynt med en f remdrif tsanordning ifølge et av de foregående krav.