PL199517B1 - Sposób i układ do napędzania i sterowania statku - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest sposób i uk lad do nap e- dzania i sterowania statku. Zmian e po lozenia statku prze- prowadza si e z wykorzystaniem azymutalnej jednostki nap edowej z gondol a umieszczon a na zewn atrz statku poni zej linii wodnej, pierwszym silnikiem elektrycznym w gondoli, za pomoc a którego obraca si e srub e po laczon a z gondol a, z mo zliwo sci a obrotu gondoli wzgl edem kad luba statku. Azymutaln a jednostk e nap edow a obraca si e wzgl e- dem kad luba statku zgodnie z sygna lem sterowania statku, regulowanym za pomoc a ko la sterowego. Sposób charakte- ryzuje si e tym, ze poddaje si e detekcji k atow a pozycj e azymutalnej jednostki nap edowej (6) za pomoc a czujnika po lozenia (16) polaczonego z jednostk a steruj ac a (34), za pomoc a której przetwarza si e sygna ly steruj ace dochodz a- ce z ko la sterowego (38) oraz sygna l informacyjny po loze- nia k atowego z czujnika po lozenia (16), nast epnie obraca si e azymutaln a jednostk e nap edowa (6) za pomoc a me- chanizmu po laczonego z drugim silnikiem elektrycznym (20), w zale zno sci od sygna lu steruj acego b edacego wyni- kiem przetwarzania sygna lów wej sciowych za pomoc a jednostki steruj acej (34). Energi e elektryczn a doprowadza si e do drugiego silnika elektrycznego (20) w zale zno sci od wyniku przetwarzania sygna lów, sygna lu steruj acego z ko la sterowego (38) i sygna lu informacyjnego po lozenia k atowe- go z czujnika po lozenia (16). Uk lad charakteryzuje si e tym, ze mechanizm nadaj acy ruch obrotowy azymutalnej jedno- stce nap edowej (6) zawiera drugi silnik elektryczny (20) …. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób i układ do napędzania i sterowania, zwłaszcza dla napędzania śruby napędowej w jednostkach wykorzystywanych w transporcie morskim.

W wię kszoś ci przypadków, róż nego rodzaju statki lub im podobne jednostki pł ywają ce, takie jak statki pasażerskie, promy, statki towarowe, lichtugi, tankowce, lodołamacze, jednostki pełnomorskie, okręty wojenne i tym podobne jednostki, poruszane są z wykorzystaniem napędu lub ciągu wytwarzanego przez obrotową śrubę napędową lub kilka śrub napędowych. Jednostki takie są sterowane z wykorzystaniem niezależnego zespołu sterującego.

Tradycyjnie, śruba stanowiąca zespół obrotowy, zawiera zespół napędowy wału śruby napędowej, taki jak silnik wysokoprężny, silnik gazowy lub elektryczny, umieszczony wewnątrz kadłuba statku, z którego na zewnątrz kadłuba statku, poprzez wodoszczelny kanał, biegnie wał napędowy. Sama śruba napędowa jest umieszczona na drugim końcu, to jest na końcu wału śruby napędowej wystającym na zewnątrz kadłuba statku, który jest połączony albo bezpośrednio z silnikiem, albo z zespołem przekładni. Takie rozwiązanie jest zastosowane w większości statków wykorzystywanych w transporcie morskim w celu uzyskania wymaganej siły napędowej.

Stosowane jest także rozwiązanie polegające na wyposażeniu statków w jednostki śrub napędowych, w których urządzenia (zwykle silnik elektryczny) wytwarzające moc napędową przekazywaną na wał śruby napędowej oraz przekładnie, są umieszczone na zewnątrz kadłuba statku, wewnątrz specjalnej komory lub gondoli podtrzymywanej w sposób umożliwiający obrót względem kadłuba. Jednostka może być obracana względem kadłuba, co oznacza, iż może być także wykorzystana do sterowania statkiem zamiast niezależnych urządzeń sterujących. Bardziej szczegółowo, gondola zawierająca silnik jest podtrzymywana za pomocą specjalnego rurowego lub podobnego wału, co pozwala na obrót względem kadłuba statku. Wspomniany rurowy wał jest poprowadzony przez dno statku. Ten rodzaj jednostki napędowej jest przedstawiony w opisie patentowym nr FI 76977. Jednostki takie są także określane ogólnie mianem azymutalnych jednostek napędowych, znanych pod komercyjną nazwą AZIPOD.

Oprócz zalet uzyskanych przez wyeliminowanie długiego wału napędowego oraz oddzielnego zespołu sterowego, stwierdzono także, iż urządzenia te pozwalają na zasadnicze poprawienie sterowności statku. Zapewniają także na poprawienie ekonomicznej efektywności statku. Stosowanie azymutalnych jednostek napędowych w różnego typu statkach zaprojektowanych pod kątem transportu morskiego, stało się praktyką powszechną na przestrzeni szeregu ostatnich lat.

W znanych rozwią zaniach ukł ad obracania azymutalnej jednostki napę dowej jest zasadniczo implementowany tak, iż zębaty pierścień sterownicy, lub jemu podobny, jest przymocowany do wału rurowego, który stanowi oś obrotu jednostki. Sterownica jest obracana za pomocą przystosowanych do współpracy z nią silników hydraulicznych. Ruch obrotowy sterownicy zostaje zatrzymywany i jej pozycja zachowana przy wykorzystaniu wspomnianych silników hydraulicznych, za każdym razem, gdy nie wykonywane są jakiekolwiek ruchy sterowe. Z tego też powodu zawsze w układzie hydraulicznym utrzymywane jest normalne ciśnienie robocze, także wtedy gdy statek płynie prosto.

Według jednego ze znanych rozwiązań, cztery silniki hydrauliczne były zainstalowane mając połączenie z kołem sterowym. Mechanizmy robocze, które wytwarzają ciśnienie hydrauliczne wymagane do uruchomienia silników, zawierają pompę hydrauliczną oraz silnik elektryczny, który ją napędza. Aby zwiększyć niezawodność przekładni obracających, silniki hydrauliczne mogą być zainstalowane w dwóch niezależnych obwodach hydraulicznych, z których każdy posiada swój własny mechanizm roboczy wytwarzający ciśnienie hydrauliczne.

Hydrauliczny system obrotowy został zastosowany, ponieważ za pomocą układów hydraulicznych stosunkowo łatwo osiągnąć duży moment wymagany do obrócenia azymutalnej jednostki napędowej przy stosunkowo niskiej prędkości obrotowej. Jednocześnie, sterowanie statkiem z wykorzystaniem urządzeń hydraulicznych, może być wykonane łatwo przy zachowaniu stosunkowo dużej precyzji sterowania, osiąganej przy pomocy tradycyjnych zaworów i odpowiednich urządzeń hydraulicznych. Jak już stwierdzono wcześniej, jedną z cech uzyskaną wraz z wprowadzeniem układu hydraulicznego jest fakt, iż pozwala on na szybkie i precyzyjne zatrzymanie ruchu obrotowego wału jednostki napędowej w żądanej pozycji. Pozycja ta może być utrzymywana, co uważane jest za funkcje zasadniczą przy sterowaniu statkiem.

Jednakże w znanych układach hydraulicznych zaobserwowano szereg problemów i wad, które są same w sobie uważane za systemy efektywne i niezawodne. Aby zaimplementować układ obrotoPL 199 517 B1 wy, statek musi być wyposażony w kosztowne i skomplikowane niezależne systemy hydrauliczne zawierające dużą liczbę elementów pomimo faktu, iż obrót śruby napędowej jest realizowany z wykorzystaniem silnika elektrycznego. Oznacza to, iż część korzyści przejawiających się zwiększeniem przestrzeni wewnątrz kadłuba wynikających z zastosowania zewnętrznych azymutalnych jednostek napędowych, zostaje utracona. Systemy hydrauliczne wymagają także regularnych i stosunkowo częstych zabiegów konserwacyjnych i kontrolnych, co zwiększa koszty, a może nawet powodować wycofanie jednostki ze służby na czas przeprowadzenia prac konserwacyjnych. Kolejną wadą systemów hydraulicznych jest fakt, iż cechuje je znana tendencja do przeciekania/gubienia oleju lub podobnego mu płynu hydraulicznego przedostającego się do otoczenia, w szczególności z przewodów giętkich, oraz wszelkiego rodzaju połączeń i powierzchni uszczelniających. Oprócz rosnących kosztów wynikających z wycieków oraz zużycia płynu hydraulicznego, powodują one także problemy związane z ochroną środowiska naturalnego oraz związane z zachowaniem czystości. Wycieki powodują także powstanie znaczących zagrożeń bezpieczeństwa, ponieważ powierzchnie poplamione płynem hydraulicznym stają się śliskie, a przez to stają się niebezpieczne. Wyciekający płyn hydrauliczny stwarza także zagrożenie pożarowe. Ciśnienie wewnętrzne układu hydraulicznego jest stosunkowo wysokie, a więc wyciek w giętkim przewodzie łączącym może spowodować, iż powstanie iglasty (w kształcie szpilki) strumień wyciekającego pod wysokim ciśnieniem oleju, który może powodować poważne obrażenia, gdy uderzy w personel obsługi. Podczas pracy, układ hydrauliczny jest także głośny, a to wpływa niekorzystnie między innymi na samopoczucie personelu. Hałas jest ciągły, ponieważ układ powinien pracować nieprzerwanie, gdy statek płynie. Ponadto układ hydrauliczny pozwala na realizacje jedynie ruchu obrotowego jednostki napędowej, o stałej prędkości, to jest jednej prędkości. Jednakże istnieją sytuacje, w których pożądanym jest wprowadzenie przynajmniej jeszcze jednej prędkości obrotowej.

Sposób napędzania i sterowania statku, w którym zmianę miejsca położenia statku przeprowadza się z wykorzystaniem azymutalnej jednostki napędowej z gondolą umieszczoną na zewnątrz statku poniżej linii wodnej, pierwszym silnikiem elektrycznym usytuowanym wewnątrz gondoli, za pomocą którego to pierwszego silnika obraca się śrubę połączoną z gondolą, połączoną z zespołem wału i przez ten zespół wału podpartą z możliwością obrotu gondoli względem kadłuba statku, przy czym azymutalną jednostkę napędową obraca się względem kadłuba statku zgodnie z sygnałem sterowania statku, który reguluje się za pomocą koła sterowego statku, według wynalazku charakteryzuje się tym, że poddaje się detekcji kątową pozycję azymutalnej jednostki napędowej za pomocą czujnika położenia połączonego z jednostką sterującą, za pomocą której przetwarza się sygnały sterujące dochodzące z koła sterowego oraz sygnał informacyjny położenia kątowego z czujnika położenia, następnie obraca się azymutalną jednostkę napędową za pomocą mechanizmu połączonego z drugim silnikiem elektrycznym, w zależności od sygnału sterującego będącego wynikiem przetwarzania sygnałów wejściowych za pomocą jednostki sterującej, przy czym doprowadza się energię elektryczną do drugiego silnika elektrycznego w zależności od wyniku przetwarzania sygnałów, realizowanego za pomocą jednostki sterującej, doprowadzonych do niej sygnałów wejściowych, sygnału sterującego z koła sterowego i sygnału informacyjnego położenia kątowego z czujnika położenia.

Korzystnym jest, że azymutalną jednostkę napędową obraca się za pomocą obwodowo uzębionej w zakresie 360° obręczy zębatej i wałka zębatego lub przekładni ślimakowej we współpracy z przekładnią łączącą wymienione zespoły z drugim silnikiem elektrycznym.

Korzystnym jest, że energię elektryczną do drugiego silnika elektrycznego doprowadza się za pomocą jednostki zasilania i reguluje się prędkość obrotową azymutalnej jednostki napędowej poprzez odpowiednią regulację jednostki zasilania stanowiącej źródło energii elektrycznej.

Korzystnym jest, że zatrzymuje się obroty azymutalnej jednostki napędowej i/lub utrzymuje się jej pozycję kątową za pomocą zespołu hamulcowego, który steruje się za pomocą falownika prądu przemiennego.

Korzystnym jest, że przetwarzanie sygnałów sterujących oraz sygnału informacyjnego położenia za pomocą jednostki sterującej przeprowadza się z wykorzystaniem urządzenia przetwarzania danych jak mikroprocesor lub jednostka sterowania źródła zasilania.

Korzystnym jest, że zmniejsza się liczbę obrotów azymutalnej jednostki napędowej za pomocą generatora prądu elektrycznego, a wygenerowaną energię elektryczną doprowadza się do sieci elektrycznej.

Układ do napędzania i sterowania statku, ze śrubą napędową, zawierający azymutalną jednostkę napędową zaopatrzoną w gondolę umieszczoną na zewnątrz statku poniżej linii wodnej, w której jest umieszczony pierwszy silnik elektryczny połączony ze śrubą, przy czym gondola jest połączona z zespołem wału stanowiącym podporę gondoli z możliwością jej obrotu względem kadłuba statku, przy czym azymutalną jednostka napędowa jest połączona z mechanizmem nadającym jej ruch obro4

PL 199 517 B1 towy względem kadłuba statku dla sterowania statku zgodnie z poleceniami sterującymi pochodzącymi z koła sterowego statku, według wynalazku charakteryzuje się tym, że mechanizm nadający ruch obrotowy azymutalnej jednostce napędowej zawiera drugi silnik elektryczny dołączony do przenoszącego moc mechaniczną zespołu obracającego, który jest połączony z dostarczającą energię elektryczną jednostką zasilania dołączoną do wyjścia sterującego jednostki sterującej dla sterowania drugiego silnika elektrycznego, przy czym jednostka sterująca ma jedno wejście połączone z czujnikiem położenia poprzez łącze doprowadzające sygnał informacyjny położenia kątowego azymutalnej jednostki napędowej oraz drugie wejście dołączone połączeniem (36) doprowadzającym sygnał sterujący, z kołem sterowym.

Korzystnym jest, że zespół wału jest zaopatrzony w obwodowo uzębioną w zakresie 360° obręcz zębatą sprzężoną z wałkiem zębatym lub przekładnię ślimakową do współpracy z obręczą zębatą, połączone z przekładnią połączoną z kolei z drugim silnikiem elektrycznym.

Korzystnym jest, że jednostka zasilająca zawiera falownik prądu przemiennego.

Korzystnym jest, że drugi silnik elektryczny jest połączony z zespołem hamulcowym połączonym z falownikiem prądu przemiennego zespołu zasilania dla przekazywania poleceń sterujących.

Korzystnym jest, że zespół hamulcowy jest utworzony przez hamulec cierny lub hamulec magnetyczny i jest zamocowany niezależnie od drugiego silnika elektrycznego.

Zgodnie z wynalazkiem opracowano sposób i układ do napędzania i sterowania statku, w których wyeliminowano wady znanej technologii i opracowano nowy rodzaj rozwiązań służących do obracania azymutalnej jednostki napędowej względem kadłuba statku.

Jedną z zalet rozwiązania według wynalazku jest wyeliminowanie konieczności zastosowania niezależnego układu hydraulicznego oraz związanych z nim problemów podczas obracania azymutalnej jednostki napędowej. Nastąpiła poprawa niezawodności i ogólnie ekonomicznej sprawności urządzeń obracających azymutalną jednostkę napędową w porównaniu do znanych rozwiązań. Zmniejsza się poziom hałasu emitowanego przez urządzenia obracające azymutalną jednostkę napędową, w porównaniu do znanych rozwiązań. Wynalazek pozwala na zmianę i/lub regulację prędkości obrotu azymutalnej jednostki napędowej. Zredukowane jest zagrożenie środowiska stwarzane przez urządzenia obracające, poprawiono ogólny poziom czystości i bezpieczeństwa w porównaniu do znanych rozwiązań.

Prezentowany wynalazek oferuje szereg znaczących korzyści. Przy pomocy wynalazku możliwe jest zastąpienie znanych układów bazujących na wykorzystaniu systemów hydraulicznych, a więc wyeliminowanie wspomnianych wyżej problemów związanych z zastosowaniem układów hydraulicznych. Ogólne koszty zastosowania rozwiązania bazującego na wykorzystaniu silnika elektrycznego są korzystne, a wymagania konserwacyjne prawie nie istnieją. Układ obrotowy bazujący na wykorzystaniu napędu elektrycznego jest także wysoce niezawodny. W nowoczesnych statkach, energia elektryczna jest łatwo osiągalna i wykorzystuje się ją w różnych miejscach (także azymutalne jednostki napędowe zawierają silniki elektryczne), a więc unika się budowy niezależnego (kosztownego) układu hydraulicznego. Napęd elektryczny może być wykorzystany do zbudowania układu obracającego o regulowanej prędkości obrotu azymutalnej jednostki napędowej.

Przedmiot wynalazku zostanie bliżej objaśniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia uproszczony schemat układu według wynalazku, fig. 2 - schemat blokowy układu według fig. 1 fig. 3 - jednostkę napędową zainstalowaną na statku, fig. 4 - wyposażenie obracające w alternatywnym przykładzie wykonania wynalazku, a fig. 5 przedstawia sieć działań przy napędzaniu statku zgodnie ze sposobem według wynalazku.

Na figurze 1 przedstawiono w postaci schematu układ napędowy, a na fig. 2, w postaci schematu blokowego, pierwszy przykład wykonania urządzenia obracającego według wynalazku. Na fig. 3 pokazano azymutalną jednostkę napędową 6 zainstalowaną na statku 9. Na fig. 1 przedstawiono bardziej szczegółowo azymutalną jednostkę napędową 6, która zawiera wodoszczelną gondolę 1. Wewnątrz gondoli 1 zamontowany jest silnik elektryczny 2 dowolnego znanego rodzaju. Silnik elektryczny 2 jest połączony poprzez wał 3 ze śrubą napędową 4 w znany sposób.

Według jednego z alternatywnych przykładów wykonania, konstrukcja może zawierać wewnątrz gondoli 1, przekładnię umieszczoną pomiędzy silnikiem elektrycznym 2 i wspomnianą śrubą napędową 4. Według jednego z alternatywnych przykładów wykonania, na jedną gondolę przypada więcej niż jedna śruba napędowa. W takim przypadku, na przykład mogą być zastosowane dwie śruby napędowe, jedna z przodu gondoli i jedna z tyłu gondoli.

Wspomniana gondola 1 jest przymocowana do kadłuba statku z możliwością obrotu wokół osi pionowej względem kadłuba statku, (kadłub nie jest pokazany, patrz na przykład na fig. 3) za pomocą

PL 199 517 B1 pionowego zespołu wału 8. Wspomniany zespół wału 8, na przykład pusty wał rurowy, ma średnicę, która pozwala na wykonanie czynności konserwacyjnych silnika umieszczonego w dole gondoli, ewentualnie zastosowanych przekładni i wału śruby napędowej.

Obwodowo uzębiona w zakresie 360° obręcz zębata 10 lub inna obręcz sterowa jest połączona z zespoł em wał u 8 w celu przeniesienie na ten wał 8, mocy wymaganej do obrócenia zespołu wał u względem kadłuba statku. Gdy zespół wału 8 obraca się, odpowiednio obraca się również azymutalna jednostka napędowa 6. Na fig. 1 przedstawiono przykład, w którym zespół obracający 40 obraca zębatą obręcz 10, za pośrednictwem wałka zębatego 12, zębatego koła stożkowego 14, rozłącznika 24, przekładni 22 oraz drugiego silnika elektrycznego 20, jak również wałów łączących ze sobą wspomniane urządzenia. Przedstawiono także zespół hamulcowy 26 umieszczony na wale 21, który korzystnie stanowi hamulec tarczowy.

Moc napędowa drugiego silnika elektrycznego 20 jest podawana z zawierające falownik prądu przemiennego jednostki zasilania 30, która pełni rolę źródła zasilania, poprzez przewód 28. Zasada działania falownika prądu przemiennego jest technologią znaną, a głównymi elementami falownika prądu przemiennego jest układ prostowniczy, układ pośredni napięcia stałego oraz przemiennik pracujący falownikowo (= element pełniący rolę falownika). Falowniki prądu przemiennego są wykorzystywane jako urządzenia stopnia wejściowego silników prądu przemiennego i są szczególnie przydatne w różnego rodzaju sterowanych elektrycznych układach napędowych. Najpowszechniej stosowane falowniki prądu przemiennego zawierają falowniki PWM, bazując na modulacji szerokości impulsu i są wyposażone w pośrednie obwody napięciowe.

Falownik prądu przemiennego jest korzystnym rozwiązaniem, ponieważ umożliwia regulację prędkości obrotowej zespołu obracającego 40, a przez to prędkości obrotowej zespołu wału 8. Wykorzystuje się przynajmniej dwie różne prędkości, ewentualnie prędkość obrotowa jest regulowana w zdefiniowanym zakresie prędkości, od 0 do nominalnej prędkości obrotowej.

Praca falownika prądu przemiennego 30 jest regulowana przez jednostkę sterującą 34 (pracującą w trybie serwomechanizmu) poprzez połączenie 32. Jednostka sterująca 34 jest z kolei połączona funkcjonalnie z urządzeniem sterującym znajdującym się na przykład na mostku, takim jak koło sterowe 38, które jest wykorzystywane do wydawania aktualnych poleceń sterujących statkiem. Polecenia sterujące wydane manualnie z wykorzystaniem koła sterowego są przetwarzane, na przykład przy wykorzystaniu oddzielnego analogowego serwomechanizmu na polecenia dotyczące kursu. W innym rozwiązaniu, polecenia sterujące są przekształcane z wykorzystaniem przetwornika połączonego z kołem sterowym na cyfrowe sygnały sterujące, które są przesyłane poprzez połączenie 36 do jednostki sterującej 34.

Jednostka sterująca 34 wykorzystuje informację poleceń sterujących podawaną przez koło sterowe 38 do regulacji falownika prądu przemiennego 30, który z kolei doprowadza prąd elektryczny do drugiego silnika elektrycznego 20, którego żądany (kurs, prędkość) obrót w kierunku zgodnym lub przeciwnym do ruchu wskazówek zegara powoduje żądaną zmianę kąta obrotu wału 8, a przez to azymutalnej jednostki napędowej 6.

Jednostka sterująca 34 jest dowolnego typu odpowiednim urządzeniem przetwarzającym dane i/lub urządzeniem sterującym takim jak mikroprocesor, serwomechanizm (tak zwany analogowy serwomechanizm) lub odpowiadające mu urządzenie, które jest zdolne do przetworzenia poleceń sterujących i innych informacji mających wpływ na sterowanie statkiem, oraz do regulowania falownika prądu przemiennego lub innej jednostki zasilającej, na podstawie wyników wspomnianego przetwarzania informacji reprezentowanych przez sygnały sterujące.

Na figurach 1 i 2 przedstawiono także czujnik położenia 16 lub kąta, zamontowany na azymutalnej jednostce napędowej 6 (w przykładzie, na szczycie obręczy zębatej 10) wykrywający kąt obrotu wału 8. Znane są różnego rodzaju czujniki położenia, które można zastosować w tym celu. Korzystnie, czujnik 16 stanowi czujnik fotooptyczny, transformator kąta obrotu, lub czujnik wykorzystujący maszynowe lub komputerowe systemy wizyjne, które definiują kąt obrotu. Można zauważyć, iż rodzaj czujnika 16 nie ma zasadniczego wpływu na implementację wynalazku, jednak ważne jest, aby zastosowany czujnik w sposób pewny określał kierunek, w jaki zwrócona jest azymutalna jednostka napędowa 6.

Czujnik położenia 16 jest funkcjonalnie połączony poprzez łącze 18 z jednostką sterującą 34, dla przekazywania sygnałów pozycyjnych. Łącze 18 może być łączem przewodowym lub łączem radiowym. Układ jest korzystnie zaopatrzony w przetwornik analogowo-cyfrowy (A/D) 35 do przetwarzania analogowego sygnału pozycyjnego pochodzącego z czujnika 16, na postać cyfrową, która jest

PL 199 517 B1 przetwarzana za pomocą jednostki sterującej 34, jeśli zastosowana jednostka sterująca wymaga zastosowania takiej konwersji.

Jednostka sterującą 34 jest zaopatrzona w procesor 33 lub podobne urządzenie do przetwarzania informacji otrzymywanych z czujnika położenia 16 i łączenia ich z poleceniami sterującymi pochodzącymi z koła sterowego 38. Sygnał sterujący, połączeniem 32 jest doprowadzony do falownika prądu przemiennego 30 lub podobnej jednostki zasilającej, na podstawie wyniku przetwarzania informacji, tak jak to przedstawiono fig. 2.

Na figurach 1 i 2 przedstawiono także zespół hamulcowy 26 przystosowany do zatrzymania ruchu obrotowego jednostki napędowej w żądanej pozycji, oraz do utrzymywania jednostki napędowej w stał ym położeniu, gdy nie wydawane są polecenia sterujące. Praca zespołu hamulcowego 26 (polegająca na skoordynowaniu czasowym oraz doborze siły hamującej i utrzymującej) jest sterowana przez połączenie 27 z falownikiem 30 połączonym z jednostką sterującą 34. Zespół hamulcowy 26 wykorzystuje także do sterowania hamowania, informacje pochodzące z czujnika położenia 16, tak więc kierunek śruby napędowej to jest siły napędowej poruszającej statek, jest ustalony całkowicie zgodnie z poleceniem sterującym.

Zespół hamulcowy 26 stanowi korzystnie mechaniczny hamulec cierny, na przykład hamulec tarczowy lub bębnowy wyposażony w szczęki hamulcowe, lub hamulec magnetyczny, który jest umieszczony w odpowiedniej części mechanizmu obracającego 40 przenoszącego moc napędową, lub nawet bezpośrednio hamując/zatrzymując zespół wału 8 azymutalnej jednostki napędowej 6. W alternatywnym przykładzie wykonania, przekładnia 22 lub elementy uzębione współpracujące z uzębioną obręczą 10 są wybrane tak, iż powstrzymują ruch obrotowy pochodzący z jednostki napędowej 6, ale pozwalają na przeniesienie obrotów pochodzących z drugiego silnika elektrycznego 20, to znaczy urządzeniami typu pozwalającego na przenoszenie mocy obrotowej tylko w jednym kierunku.

Jeszcze inną możliwością jest zastosowanie drugiego silnika elektrycznego 20 do hamowania/zatrzymywania. W tym przypadku, wyjście drugiego silnika 20 jest sterowane na przykład, z wykorzystaniem falownika prądu przemiennego 30, jak również jednostki sterującej 34 tak, iż uzyskuje się żądany efekt hamowania/zatrzymania w sposób oczekiwany. Przy pomocy drugiego silnika elektrycznego 20, możliwe jest uzyskanie pełnego hamowania i zatrzymania, lub też jego zadaniem jest wytworzenie tylko części mocy hamującej, w którym to przypadku hamowanie jest uzupełniane przez niezależne elementy hamujące. Według tego przykładu wykonania możliwe jest odciążenie/zmniejszenie siły hamującej, jaką musi wytwarzać podczas hamowania hamulec mechaniczny. Według innego rozwiązania, wspomniany drugi silnik elektryczny 20 jest wykorzystywany podczas hamowania jako prądnica, a energia elektryczna wytwarzana podczas hamowania jest przekazywana do sieci elektrycznej. Sieć elektryczna jest korzystnie tą samą siecią, z której pobiera energię maszyna elektryczna w mechanizmie obracającym 40, gdy pracuje jako silnik elektryczny.

Na figurze 4 przedstawiono rozwiązanie, którego celem jest osiągnięcie najbardziej jak to możliwe zwartej i prostej konstrukcji. Według fig. 4, zębata obręcz 10 jest obracana za pomocą przekładni ślimakowej 12 połączonej bezpośrednio z przekładnią 22. Jednak mimo że rozwiązania przedstawione na fig. 1 i 4 wykorzystują zębatą obręcz 10 i współpracujące z nią środki obrotowe w postaci wałka zębatego 12 lub przekładni ślimakowej, wykorzystanie zębatej obręczy nie zawsze jest konieczne. Zębata obręcz 10 może zostać zastąpiona innym elementem, który zapewnia przeniesienie mocy na zespół wału 8 azymutalnej jednostki napędowej 6. Rozwiązaniem tego typu jest na przykład silnik obręczowy, którym jest silnik elektryczny posiadający zasadniczo duże uzwojenie stojana umieszczone na obwodzie wału 8. W tym przypadku, za mechanizm przenoszenia mocy uważa się wszelkiego rodzaju urządzenie pozwalające na przeniesienie mocy z silnika na wał 8.

Na figurze 4 przedstawiono przykład, który wykorzystuje bezstykowy czujnik 16 zainstalowany w pobliż u, ale zauważ alnie niezależ nie od zespoł u wał u 8 azymutalnej jednostki napę dowej 12. Tego rodzaju czujnik 16 wykrywa położenie znaczników rozmieszczonych wokół wału 8 i wytwarza sygnał położenia na bazie wykrytych informacji.

Na figurze 5 przedstawiono sieć działań prezentującą pracę mechanizmu obracającego według wynalazku. Statek jest poruszany przy wykorzystaniu azymutalnej jednostki napędowej. Położenie azymutalnej jednostki napędowej jest wykrywane przez czujnik. Informacja wygenerowana przez czujnik jest wykorzystana w postaci analogowej lub może zostać przekształcona na postać cyfrową. Do chwili wydania nowego polecenia, którego celem jest zmiana kursu, pozycja azymutalnej jednostki napędowej jest utrzymywana w położeniu określonym przez ostatnie wydane na mostku polecenie

PL 199 517 B1 sterujące. Jeśli obserwacja informacji o pozycji wskazuje na potrzebę korekty pozycji (odchylenie od zadanego kursu, poślizg hamulca lub inny powód) korekta taka może być realizowana automatycznie.

Gdy statek ma skręcić, do jednostki sterującej trafia odpowiednie polecenie sterujące. Polecenie jest przetwarzane w określony uprzednio sposób za pomocą jednostki sterującej, z wykorzystaniem także ostatniej informacji o położeniu, pochodzącej z czujnika położenia. Po wykonaniu wspomnianego przetwarzania, jednostka sterująca wydaje polecenie do urządzeń obracających azymutalną jednostką sterującą, które zawierają silnik elektryczny. Silnik elektryczny jest sterowany poprzez sterowanie pracą źródła zasilania, takiego jak falownik, a następnie obrót silnika elektrycznego powoduje żądany obrót azymutalnej jednostki napędowej, co jest determinowane mechanicznym przeniesieniem napędu przez mechanizm obracający, a przez to statek zmienia w odpowiedni sposób swój kurs.

Rozwiązanie według wynalazku wnosi korzyści związane z zastosowaniem prostszej konstrukcji, lepszej ekonomicznej sprawności, oraz wygody i bezpieczeństwa obsługi.

Claims (11)

1. Sposób napędzania i sterowania statku, w którym zmianę miejsca położenia statku przeprowadza się z wykorzystaniem azymutalnej jednostki napędowej z gondolą umieszczoną na zewnątrz statku poniżej linii wodnej, pierwszym silnikiem elektrycznym usytuowanym wewną trz gondoli, za pomocą którego to pierwszego silnika obraca się śrubę połączoną z gondolą, połączoną z zespołem wału i przez ten zespół wału podpartą z możliwością obrotu gondoli względem kadłuba statku, przy czym azymutalną jednostkę napędową obraca się względem kadłuba statku zgodnie z sygnałem sterowania statku, który reguluje się za pomocą koła sterowego statku, znamienny tym, że poddaje się detekcji kątową pozycję azymutalnej jednostki napędowej (6) za pomocą czujnika położenia (16) połączonego z jednostką sterują cą (34), za pomocą której przetwarza się sygnały sterują ce dochodzą ce z koła sterowego (38) oraz sygnał informacyjny położenia kątowego z czujnika położenia (16), następnie obraca się azymutalną jednostkę napędową (6) za pomocą mechanizmu połączonego z drugim silnikiem elektrycznym (20), w zależności od sygnału sterującego będącego wynikiem przetwarzania sygnałów wejściowych za pomocą jednostki sterującej (34), przy czym doprowadza się energię elektryczną do drugiego silnika elektrycznego (20) w zależności od wyniku przetwarzania sygnałów, realizowanego za pomocą jednostki sterującej (34), doprowadzonych do niej sygnałów wejściowych, sygnału sterującego z koła sterowego (38) i sygnału informacyjnego położenia kątowego z czujnika położenia (16).

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że azymutalną jednostkę napędową (6) obraca się za pomocą obwodowo uzębionej w zakresie 360° obręczy zębatej (10) i wałka zębatego lub przekładni ślimakowej (12) we współpracy z przekładnią (22) łączącą wymienione zespoły z drugim silnikiem elektrycznym (20).

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że energię elektryczną do drugiego silnika elektrycznego (20) doprowadza się za pomocą jednostki zasilania (30) i reguluje się prędkość obrotową azymutalnej jednostki napędowej (6) poprzez odpowiednią regulację jednostki zasilania (30) stanowiącej źródło energii elektrycznej.

4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że zatrzymuje się obroty azymutalnej jednostki napędowej (6) i/lub utrzymuje się jej pozycję kątową za pomocą zespołu hamulcego (26), który steruje się za pomocą falownika prądu przemiennego (30).

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przetwarzanie sygnałów sterujących oraz sygnału informacyjnego położenia za pomocą jednostki sterującej (34) przeprowadza się z wykorzystaniem urządzenia przetwarzania danych jak mikroprocesor lub jednostka sterowania źródła zasilania.

6. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że zmniejsza się liczbę obrotów azymutalnej jednostki napędowej (6) za pomocą generatora prądu elektrycznego, a wygenerowaną energię elektryczną doprowadza się do sieci elektrycznej.

7. Układ do napędzania i sterowania statku, ze śrubą napędową, zawierający azymutalną jednostkę napędową zaopatrzoną w gondolę umieszczoną na zewnątrz statku poniżej linii wodnej, w której jest umieszczony pierwszy silnik elektryczny połączony ze śrubą, przy czym gondola jest połączona z zespoł em wał u stanowią cym podporę gondoli z moż liwoś cią jej obrotu wzglę dem kadł uba statku, przy czym azymutalną jednostka napędowa jest połączona z mechanizmem nadającym jej ruch obrotowy względem kadłuba statku dla sterowania statku zgodnie z poleceniami sterującymi pochodzący8

PL 199 517 B1 mi z koła sterowego statku, znamienny tym, że mechanizm nadający ruch obrotowy azymutalnej jednostce napędowej (6) zawiera drugi silnik elektryczny (20) dołączony do przenoszącego moc mechaniczną zespołu obracającego (40), który jest połączony z dostarczającą energię elektryczną jednostką zasilania (30) dołączoną do wyjścia sterującego jednostki sterującej (34) dla sterowania drugiego silnika elektrycznego (20), przy czym jednostka sterująca (34) ma jedno wejście połączone z czujnikiem położenia (16) poprzez łącze (18) doprowadzające sygnał informacyjny położenia kątowego azymutalnej jednostki napędowej (6) oraz drugie wejście dołączone połączeniem (36) doprowadzającym sygnał sterujący, z kołem sterowym (38).

8. Układ według zastrz. 7, znamienny tym, że zespół wału (8) jest zaopatrzony w obwodowo uzębioną w zakresie 360° obręcz zębatą (10) sprzężoną z wałkiem zębatym lub przekładnię ślimakową (12) do współpracy z obręczą zębatą (10), połączone z przekładnią (22) połączoną z kolei z drugim silnikiem elektrycznym (20).

9. Układ według zastrz. 7, znamienny tym, że jednostka zasilająca (30) zawiera falownik prądu przemiennego.

10. Układ według zastrz. 9, znamienny tym, że drugi silnik elektryczny (20) jest połączony z zespołem hamulcowym (26) połączonym z falownikiem prądu przemiennego zespołu zasilania (30) dla przekazywania poleceń sterujących.

11. Układ według zastrz. 10, znamienny tym, że zespół hamulcowy (26) jest utworzony przez hamulec cierny lub hamulec magnetyczny i jest zamocowany niezależnie od drugiego silnika elektrycznego (20).