PL247495B1 - Hybrydowy układ napędowy do napędu jednostek pływających - Google Patents

Abstract

Hybrydowy układ napędowy charakteryzuje się tym, że silnik spalinowy (1) usytuowany jest w osi wału napędzanego (6) zaś silnik elektryczny (2) usytuowany jest na wspólnym z silnikiem spalinowym (1) korpusie w sposób równoległy do wału pionowego (6). Przekładnia pasowa (3) lub przekładnia łańcuchowa (3) lub przekładnia redukcyjna (3) łączy silnik spalinowy (1) i silnik elektryczny (2) z pionowym wałem napędzanym (6).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest zabudowany układ napędowy hybrydowy do napędu jednostek pływających mający zastosowanie zwłaszcza w niewielkich jednostkach pływających takich jak łodzie, jachty żaglowe czy małe statki śródlądowe.

Znane są zaburtowe układy napędowe hybrydowe do jednostek pływających wykorzystujące silnik spalinowy jak i silnik elektryczny.

W opisie patentowym JP4308101 ujawniono zaburtowy typ hybrydowego układu napędowego, który zawiera silnik spalinowy i silnik elektryczny, co najmniej jedno sprzęgło, mechanizm przenoszenia napędu silnika. Silnik elektryczny usytuowany jest w osi wału napędowego. W opisie patentowym US7381107 ujawniono zaburtowy układ napędowy hybrydowy wyposażony w silnik spalinowy i silnik elektryczny jako selektywne źródła mocy do napędzania śruby, co najmniej jedno sprzęgło i dodatkowo wyposażony w układ wałów połączonych z silnikiem. Silnik elektryczny usytuowany jest w osi wału napędowego. Takie usytuowanie silnika elektrycznego, w osi wału napędowego, nie zapewnia ochrony przed zablokowaniem wału napędowego i unieruchomieniem układu napędowego w przypadku awarii silnika elektrycznego, mimo tego, że silnik spalinowy jest sprawny. Ponadto, demontaż silnika elektrycznego jest procesem skomplikowanym i czasochłonnym. Silnik elektryczny w takim układzie napędowym nie może pracować w trybie pracy silnika spalinowego.

W opisie zgłoszenia wynalazku P411225 ujawniono hybrydowy układ napędowy jednostki pływającej, który umożliwia zastosowanie napędu elektrycznego bądź mieszanego elektryczno-spalinowego. Układ zbudowany jest w ten sposób, że silnik spalinowy sprzężony jest z wałem za pomocą sprzęgła silnika spalinowego i połączony jest z wałem napędzającym silnika elektrycznego poprzez przekładnię, a ponadto pomiędzy sprzęgłem silnika spalinowego a sprzęgłem wału napędzanego zamocowany jest wał pośredni, który za pomocą przekładni połączony jest z wałem napędzającym silnika elektrycznego.

Z opisu US2007202755 znany jest hybrydowy układ napędowy do jednostki pływającej, którego źródło zasilania można swobodnie zmieniać między silnikiem spalinowym a silnikiem elektrycznym. Układ zaopatrzony w silnik spalinowy połączony z silnikiem elektrycznym poprzez sprzęgło. Wał karbowy silnika spalinowego usytuowany jest w osi pionowego wału napędzanego, zaś silnik elektryczny usytuowany na wspólnej z silnikiem spalinowym płycie tak, że wał silnika elektrycznego jest w osi pionowego wału.

Niedogodnością znanych rozwiązań jest konieczność zabudowania całego rozwiązania w kadłubie statku oraz problem związany z wymianą silnika w przypadku awarii.

Z tego względu wciąż poszukuje się lepszych rozwiązań zaburtowych hybrydowych układów napędowych mających zastosowanie w jednostkach pływających w układach zaburtowych.

Celem wynalazku było opracowanie takiej konstrukcji układu hybrydowego aby umożliwić łatwą wymianę silnika elektrycznego w przypadku awarii, zapewnić możliwość doboru prędkości urządzenia a tym samym mocy silnika oraz ograniczenie masy napędzanej jednostki.

Hybrydowy układ napędowy do napędu jednostek pływających, zaopatrzony w silnik spalinowy połączony z silnikiem elektrycznym poprzez przekładnię, w sprzęgło silnika spalinowego, sprzęgło silnika elektrycznego, a silnik elektryczny usytuowany jest równolegle do pionowego wału napędowego, zaś silnik spalinowy usytuowany jest w osi wału napędowego, a ponadto silnik elektryczny połączony jest poprzez przekładnię z wałem pionowym, zaś silnik spalinowy połączony jest ze sprzęgłem, charakteryzuje się według wynalazku tym, że układ zawiera przekładnię redukcyjną i ponadto silnik elektryczny połączony jest z przekładnią redukcyjną poprzez drugie sprzęgło. Silnik elektryczny usytuowany jest na wspólnym z silnikiem spalinowym korpusie równolegle do pionowego wału napędowego i poza osią pionowego wału napędowego.

W układzie według wynalazku w jednej obudowie zintegrowane są silnik spalinowy i silnik elektryczny. Napędzają one pionowy wał napędowy: silnik spalinowy za pośrednictwem sprzęgła sterowanego bądź samoczynnego a silnik elektryczny za pośrednictwem sprzęgieł sterowanych oraz pasowej lub łańcuchowej przekładni redukcyjnej. W układzie silniki mogą pracować równocześnie bądź każdy z osobna, tworząc w ten sposób układ napęd hybrydowy równoległy. Praca w trybie spalinowym, elektrycznym bądź spalinowo - elektrycznym pozwala na bez emisyjną żeglugę w rejonach chronionych, zabudowanych. Silnik elektryczny pozwala na zwiększenie zdolności manewrowych jednostki. W trybie pracy silnika spalinowego możliwe jest uruchomienie silnika elektrycznego jako prądnicy i ładowanie akumulatorów. Cały układ napędowy jest zblokowany, łatwy w transporcie i instalacji. W razie uszkoPL 247495 B1 dzenia układ łatwo poddać naprawie - nie trzeba demontować urządzeń zabudowanych wewnątrz kadłuba. Wynalazek instaluje się na istniejących jednostkach bez konieczności ich modernizowania co pozwala łatwo wdrożyć rozwiązanie także na istniejących jednostkach. Usytuowanie silnika elektrycznego poza osią pionowego wału napędowego, według wynalazku, zapewnia łatwość przeprowadzania napraw poprzez zapewnienie łatwego montażu i demontażu silnika, łatwą zmianę przełożenia przekładni redukcyjnej poprzez łatwą wymianę kół przekładni, a przez to możliwość dostosowania napędu do indywidualnych potrzeb: napęd uciągowy do ciężkiej jednostki bądź napęd do szybkiej łodzi lekkiej.

Przedmiot wynalazku opisano bliżej w przykładach wykonania na rysunku, na którym na fig. 1 przedstawiono widok ogólny wynalazku, zaś na fig. 2A-B przedstawiono schematycznie dwa warianty wynalazku, w których umiejscowiono w innym miejscu silnik elektryczny.

Przykład 1

W skład układu napędowego wchodzą: silnik spalinowy 1, silnik elektryczny 2, sprzęgła sterowane bądź samoczynne tj. sprzęgło 4 silnika spalinowego 1 i sprzęgło 5 silnika elektrycznego 2. Przekładnia pasowa 3 lub redukcyjna 3 lub łańcuchowa 3 łączy oba silniki z wałem pionowym 6 przez opcjonalne sprzęgło 3b, co pokazano na fig. 2. Silnik spalinowy 1 usytuowany jest w osi wału napędzanego 6, zaś silnik elektryczny 2 usytuowany jest na wspólnym z silnikiem spalinowym 1 korpusie 8 w sposób równoległy do wału pionowego 6. Jest to realizowane w ten sposób, że silnik elektryczny 2 zainstalowany jest w pozycji pionowej a jego wał jest równoległy do pionowego wału napędowego 6. Silnik spalinowy 1 usytuowany jest w stosunku do silnika elektrycznego 2 w odległości wynikającej z zastosowanej przekładni. Zazwyczaj względy konstrukcyjne jednostki pływającej sprawiają, że silnik elektryczny może być zainstalowany poniżej silnika spalinowego. Układ może być zintegrowany to znaczy, że stanowi jeden, spójny zespół napędowy.

W spodzinie 7 pędnika znajduje się przekładnia kątowa 3 z możliwą funkcją zmiany kierunku obracania się śruby napędowej. Spodzina 7 może mieć różną konstrukcję co jest znane w stanie techniki i nie jest przedmiotem wynalazku. Silnik elektryczny 2 jest zainstalowany poza osią pionowego wału napędowego 6 tzn. jest zainstalowany tak, że wał napędowy nie koliduje z silnikiem a omija go tzn. zachowana jest odległość, co również wyróżnia wynalazek od znanych rozwiązań. Umożliwia to łatwą wymianę silnika elektrycznego w przypadku awarii. W przypadku awarii można też szybko wyeliminować problem uszkodzonego silnika elektrycznego przecinając pas. Dzięki usytuowaniu silnika elektrycznego poza osią wału możliwe jest włączenie do układu silnika elektrycznego szybkoobrotowego bądź silnika o mniejszej mocy od silnika spalinowego, który będzie wystarczający do pływania z ograniczoną prędkością np. w rejonach chronionych. Takiej możliwości nie ma w przypadku układów hybrydowych gdy silnik elektryczny usytuowany jest w osi wału pionowego - permanentnie z nią zasprzęglonego. Przekładnia pasowa lub łańcuchowa, którą połączone są silniki z wałem napędowym może mieć różne przełożenie np. 1:2 lub 1:3 - w zależności od potrzeb np. wielkości śruby napędowej co ma związek z rozmiarami i masą napędzanej łodzi. Istnieje również możliwość zastosowania przekładni redukcyjnej, co usprawnia rozwiązanie. Zintegrowany układ napędowy można łatwo zainstalować na jednostce pływającej np. za pomocą złącza śrubowego lub mechanizmu zaciskowego. Po podłączeniu zbiornika paliwa i zasilania elektrycznego, znajdujących się w kadłubie łodzi, możliwe jest uruchomienie układu.

Rozwiązanie umożliwia napędzanie jednostki pływającej przy wykorzystaniu silnika spalinowego 1 bądź elektrycznego 2. Możliwe jest również wykorzystanie pełnej mocy napędu - załączone oba silniki. Rozwiązanie umożliwia także doładowywanie akumulatorów podczas rejsu z wykorzystaniem silnika spalinowego 1 kiedy silnik elektryczny 2 pracuje jako generator. To czy silnik elektryczny 2 będzie wspomagał silnik spalinowy 1 i moc układu wzrośnie czy też będzie pracował jako generator zależy od układu sterowania zasilaniem oraz procesu ładowania.

Możliwe jest zastosowanie jedynie bez emisyjnego silnika elektrycznego, sprzęgło sterowane bądź samoczynne silnika elektrycznego jest załączone, sprzęgło sterowane bądź samoczynne silnika spalinowego jest rozłączone i moc płynie z silnika elektrycznego poprzez przekładnię pasową do wału pionowego aby za pośrednictwem przekładni kątowej w spodzinie 7 napędzić śrubę. Po wypłynięciu łodzi gdy wzrośnie zapotrzebowanie na moc napędu wynikająca na przykład z potrzeby zwiększenia szybkości uruchamiany jest silnik spalinowy. Po jego nagrzaniu się wyłączany jest napęd z silnika elektrycznego, załączane sprzęgło sterowane silnika spalinowego i to silnik spalinowy zaczyna napędzać wał pionowy a więc i śrubę napędową. W razie wzrostu zapotrzebowania na moc, możliwa jest równoległa praca silnika elektrycznego po załączeniu sprzęgła sterowanego. Jeśli wystąpi potrzeba ładowania akumulatorów, to podczas pracy silnika spalinowego, silnik elektryczny może pracować jako generator - po załączeniu sprzęgła sterowanego.

Claims (1)

1. Hybrydowy układ napędowy do napędu jednostek pływających, zaopatrzony w silnik spalinowy (1) połączony z silnikiem elektrycznym (2) poprzez przekładnię (3), w sprzęgło (4) silnika spalinowego (1), sprzęgło (5) silnika elektrycznego (2), a silnik elektryczny (2) usytuowany jest równolegle do pionowego wału napędowego (6), zaś silnik spalinowy (1) usytuowany jest w osi wału napędowego (6), a ponadto silnik elektryczny (2) połączony jest poprzez przekładnię (3) z wałem pionowym (6), a silnik spalinowy (1) połączony jest ze sprzęgłem (4), znamienny tym, że układ zawiera przekładnię (3) redukcyjną i ponadto silnik elektryczny (2) połączony jest z przekładnią (3) redukcyjną poprzez drugie sprzęgło (3b), przy czym silnik elektryczny (2) usytuowany jest na wspólnym z silnikiem spalinowym (1) korpusie (8) równolegle do pionowego wału napędowego (6) i poza osią pionowego wału napędowego (6).