WO2012052155A1

WO2012052155A1 - Schiff mit einem antrieb

Info

Publication number: WO2012052155A1
Application number: PCT/EP2011/005226
Authority: WO
Inventors: Dirk JÜRGENS; Michael Palm; David Bendl
Original assignee: Voith Patent Gmbh
Priority date: 2010-10-19
Filing date: 2011-10-18
Publication date: 2012-04-26
Also published as: DE102010048897A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schiff mit einem Antrieb, umfassend eine Antriebsmaschine (1), einen Propeller (4), einen Rotor (5), eine Düse (6), die den Propeller umhüllt; eine Welle (2), die den Rotor trägt, und mit dem Propeller drehfest verbunden ist, so dass der Propeller über die Welle in Triebverbindung mit der Antriebsmaschine steht. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: die Düse ist in Fahrtrichtung gesehen in ein vorderes Düsenteil (6.1) und in ein hinteres Düsenteil (6.2) unterteilt; das in Fahrtrichtung gesehen vordere Düsenteil ist am Schiffsrumpf befestigt; das in Fahrtrichtung gesehen hintere Düsenteil ist direkt oder indirekt am Schiffsrumpf lösbar befestigt; die Düse stützt ein Lager ab, in welchem die Welle drehbar gelagert ist.

Description

Schiff mit einem Antrieb

Die Erfindung betrifft ein Schiff mit einem Antrieb, der einen Propeller, umfassend einen Rotor und eine Düse aufweist. Dabei stellt die Düse eine feste, ringförmige Ummantelung des gesamten Propellers dar. Die Düse ist derart ausgebildet, dass sie sich zum Heck des Schiffes hin verjüngt, so dass im Düsenaustritt eine höhere Strömungsgeschwindigkeit erreicht wird, als im Düseneintritt. Somit wird bei gleich bleibender Leistung der Antriebsmaschine ein höherer Schub erzielt. Als Antriebsmaschine kommt dabei jede Art von Kraftmaschine in Betracht, beispielsweise ein Dieselmotor oder eine Gasturbine sowie ein Elektromotor.

Schiffe mit einem solchen Antrieb sind bekannt. Beispielsweise werden Propeller mit derartigen Düsen bei Schiffen eingesetzt, welche mehr Schub aufwenden müssen, als sie für ihren eigenen Antrieb benötigen (Schlepper oder Eisbrecher). Bei den bekannten Schiffen ist der Propeller stets fliegend, also nur zwischen Rotor und Antriebsmaschine gelagert. Aus Gründen der Stabilität erfordert eine solche Lagerung eine relativ geringe Länge der Antriebswelle. Dies bedeutet, dass der Abstand zwischen Lagerung und Propeller so gering wie möglich sein sollte. Im Hinblick darauf bringt diese Anordnung den Nachteil, dass die

Antriebsmaschine in unmittelbarer Nähe des Propellers angeordnet sein muss. Eine solche Anordnung der Antriebsmaschine ist besonders bei beengten

Raumverhältnissen, wie sie zumeist auf Schiffen herrschen, nicht wünschenswert. Die einseitige Lagerung kann weiterhin den Nachteil mit sich bringen, dass trotz einer optimalen Länge der Welle, also dem Abstand von Wellenlagerung bis

Wellenende, im Betrieb Schwingungen auftreten, die die Antriebswelle zusätzlich belasten.

Obwohl die eingangs beschriebenen Antriebe einen zusätzlichen Schub, der auf das Schiff übertragen werden kann, mit sich bringen und somit bei gleich bleibender Antriebsleistung der Antriebsmaschine einen niedrigeren

Kraftstoffverbrauch erlauben als herkömmliche Schiffsantriebe ohne Düse, ist es

BESTÄTIGUNGSKOPIE aufgrund der Lagerung bis heute nicht gelungen, solche Antriebe in Schiffen einzusetzen, bei denen der Abstand zwischen Propeller und Lagerung mehrere Meter beträgt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schiffsantrieb der eingangs genannten Art derart zu gestalten, dass die genannten Nachteile vermieden werden. Demgemäß soll ein solcher Antrieb in Schiffen, die aufgrund räumlicher Verhältnisse eine ungünstige Anordnung der Antriebsmaschine aufweisen, eingesetzt werden, so dass eine bessere räumliche Ausnutzung der

Platzverhältnisse, ein geringerer Kraftstoffverbrauch sowie eine Antriebsmaschine mit geringerer Antriebsleistung eingesetzt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Durch die erfindungsgemäße Ausführung können nahezu beliebige Abstände zwischen Propeller und Lager der Welle erzielt werden, so dass die Nachteile der fliegenden Lagerung vermieden werden. Um dies zu erreichen, wird die Welle in Fahrtrichtung gesehen hinter dem Rotor in einer als Lager dienenden,

feststehenden Nabe zusätzlich gelagert. Dabei kann die Welle im vorderen Bugbereich im Wesentlichen waagrecht durch den Schiffsrumpf geführt sein, so dass der Rotor kurz vor Ende des Hecks unterhalb des Schiffsrumpfs positioniert ist. Dabei wird die Düse drehfest am Heck abgestützt.

Ein erfindungsgemäßes Schiff mit einem Antrieb umfasst eine Antriebsmaschine, einen Propeller, einen Rotor sowie eine Düse, die den Propeller umhüllt. Es ist eine Welle vorgesehen, die den Rotor trägt, wobei der Propeller drehfest mit dem Rotor verbunden ist, so dass der Propeller über die Welle in Triebverbindung mit der Antriebsmaschine steht. Die Düse ist dabei in ein in Fahrtrichtung gesehen vorderes Düsenteil und in ein in Fahrtrichtung gesehen hinteres Düsenteil unterteilt. Dabei ist das in Fahrtrichtung gesehen vordere Düsenteil am

Schiffsrumpf befestigt, und das in Fahrtrichtung gesehen hintere Düsenteil ist direkt oder indirekt am Schiffsrumpf lösbar befestigt. Ferner stützt die Düse ein Lager ab, in welchem die Welle drehbar gelagert ist.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im Einzelnen Folgendes dargestellt:

Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch den Rumpf eines Schiffes mit einem erfindungsgemäßen Antrieb. Figur 2 zeigt einen Längsschnitt durch eine Düse mit innen liegendem

Propeller.

Figur 3 zeigt eine Heckansicht eines Schiffes. Aus Figur 1 erkennt man dem prinzipiellen Aufbau eines erfindungsgemäßen Antriebes. Im in Fahrtrichtung gesehen hinteren Bugbereich ist eine

Antriebsmaschine 1 , die vorliegend als Dieselmotor ausgeführt ist, angeordnet. Als Antriebsmaschine kann ebenso eine Gasturbine oder ein Elektromotor

Verwendung finden. Auch andere Antriebe sind denkbar. Mit der

Antriebsmaschine 1 steht eine Welle 2 in Triebverbindung, so dass Drehmoment von der Antriebsmaschine 1 auf die Welle 2 übertragbar ist. Dabei kann die Welle 2 aus mehreren einzelnen Wellen bestehen, die über geeignete Kupplungen miteinander in Triebverbindung stehen. Ebenso können Bremseinrichtungen oder zusätzliche Getriebe beziehungsweise Einrichtungen zur Drehzahl und/oder Drehmomentwandlung zwischen diesen Wellen vorgesehen sein. Die vorliegend waagrecht verlaufende Welle 2 durchbricht die Schiffshaut und tritt aus dem Schiffsrumpf aus, so dass diese in Richtung Heck unter Wasser verläuft. Dabei kann die Welle 2 bereits im Austrittsbereich im Rumpf und/oder in Fahrtrichtung gesehen hinter dem Austrittsbereich gelagert sein. Eine solche zusätzliche

Abstützung stellt eine Lagerung 3 dar. Die Lagerung 3 ist mit dem Schiffsrumpf verbunden, so dass sie als Drehmomentenstütze für die Welle 2 fungiert. In Fahrtrichtung hinter der Lagerung 3 gesehen ist ein Propeller 4 drehfest mit der Welle 2 angeordnet. Der Propeller 4 weist einen Rotor 5 auf. Propeller 4 und Rotor 5 sind von einer ringförmigen, im Querschnitt an einen Tragflügel erinnernden Düse 6 umgeben.

Die Düse 6 weist eine Stromlinienform auf, wobei der Düsendurchmesser im Einlassbereich bei Vorwärtsfahrt, also der dem Bug zugewandten Seite des Schiffes, einen größeren Durchmesser aufweist, als der Auslassdurchmesser. Bei Vorwärtsfahrt des Schiffes ist die Strömungsgeschwindigkeit des Wassers an der Einlassseite der Düse 6 geringer, als an der Auslassseite, so dass das Schiff einen zusätzlichen Schub erhält.

Dabei ist die Düse 6 zweiteilig ausgeführt. Sie umfasst in Fahrtrichtung gesehen ein vorderes Düsenteil (Propellerdüse) 6.1 und ein hinteres Düsenteil (Statordüse) 6.2. Die Düse 6 ist insbesondere über dem vorderen Düsenteil 6.1 am

Schiffsrumpf befestigt. Das in Fahrtrichtung gesehen hintere Düsenteil 6.2 ist direkt oder indirekt am Schiffsrumpf lösbar befestigt. Dabei heißt indirekt, dass das hintere Düsenteil 6.2 beispielsweise mittels Schrauben am vorderen Düsenteil 6.1 befestigt ist. Auch ist es denkbar, das hintere Düsenteil 6.2 wie das vordere Düsenteil 6.1 direkt am Schiffsrumpf zu befestigen.

Die Anordnung der beiden Düsenteile ist in Figur 2 vergrößert dargestellt. Die Düse 6 stützt ein Lager ab, in welchem die Welle 2 drehbar gelagert ist.

Vorliegend wird das Lager vom in Fahrtrichtung gesehen hintere Düsenteil 6.2 abgestützt. Dabei ist das Lager insbesondere als feststehende Nabe 7

ausgebildet. Das vordere Düsenteil 6.2 ist über im Wesentlichen in Radialrichtung der Düse 6 verlaufende Statorschaufeln 8 mit der feststehenden Nabe 7

verbunden. Denkbar wäre auch eine solche Anordnung, so dass das Lager und vorliegend die feststehende Nabe 7 vom in Fahrtrichtung gesehen vorderen Düsenteil 6.1 abgestützt wird. Die Statorschaufeln 8 stellen im Prinzip einen

Leitapparat dar, so dass das die Statorschaufeln 8 durchströmende Wasser einen Drall erhält. Hierdurch kann die Strömung in der Düse 6 zusätzlich positiv beeinflusst werden, so dass dieser Drall mitunter einen größeren Schub des Schiffes begünstigt.

Das bedeutendste Bauteil stellt jedoch die Nabe 7 dar. Diese ist ringförmig ausgebildet und nimmt vorliegend in ihrem Inneren das Ende der Welle 2 auf. Die Nabe 7 übernimmt somit die Rolle einer Drehmomentenabstützung, indem sie als zusätzliches Lager für die Welle 2 dient und somit die Nachteile einer fliegenden Lagerung umgeht. Durch diese Mehrpunktlagerung der Welle 2 kann Letztere deutlich länger dimensioniert werden, als dies bei der fliegenden Lagerung möglich wäre. Ebenfalls erhöht sich die Stabilität des gesamten Systems während des Betriebes, vor allem was Schwingungen angeht.

Die Schmierung der als Lager ausgebildeten Nabe 7 kann beispielsweise über . eine nicht gezeigte Schmiermittelversorgung erfolgen, so dass Schmiermittel, beispielsweise Öl, über Leitungen in den Statorschaufeln 8 und Bohrungen in der Nabe 7 direkt in das Innere der Nabe 7 geleitet wird. Die Zuleitung der

Schmierölversorgung kann beispielsweise im Inneren des Schiffsrumpfes, über die Befestigung der Düse 6 am Schiffsrumpf, von dort über den vorderen Düsenteil 6.1 über den hinteren Düsenteil 6.2 und die Statorschaufeln 8 der Nabe 7 zugeführt werden.

Auch wäre es denkbar, die Schmiermittelversorgung in der Nabe 7 über Radial- und/oder Axialbohrungen in der Welle 2 auszuführen.

In der Figur 3 ist eine Heckansicht eines Schiffes mit einem erfindungsgemäßen Antrieb dargestellt. Dabei verfügt das Schiff über zwei Propeller, die jeweils in einer Düse 6 angeordnet sind. Weiterhin sind die Nabe 7 sowie die

Statorschaufeln 8 ersichtlich. Bezugszeichenliste

1 Antriebsmaschine

2 Welle

3 Lagerung

4 Propeller

5 Rotor

6 Düse

6.1 vorderes Düsenteil

6.2 hinteres Düsenteil

7 feststehende Nabe

8 Statorschaufel

Claims

Patentansprüche

1. Schiff mit einem Antrieb, umfassend

1.1 eine Antriebsmaschine (1);

1.2 einen Propeller (4);

1.3 einen Rotor (5);

1.4 eine Düse (6), die den Propeller (4) umhüllt;

1.5 eine Welle (2), die den Rotor (5) trägt, und mit dem Propeller (4) drehfest verbunden ist, so dass der Propeller (4) über die Welle (2) in

Triebverbindung mit der Antriebsmaschine (1 ) steht;

gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

1.6 die Düse (6) ist in Fahrtrichtung gesehen in ein vorderes Düsenteil (6.1) und in ein hinteres Düsenteil (6.2) unterteilt;

1.7 das in Fahrtrichtung gesehen vordere Düsenteil (6.1) ist am Schiffsrumpf befestigt;

1.8 das in Fahrtrichtung gesehen hintere Düsenteil (6.2) ist direkt oder indirekt am Schiffsrumpf lösbar befestigt;

1.9 die Düse (6) stützt ein Lager ab, in welchem die Welle (2) drehbar gelagert ist.

2. Schiff gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die beiden

Düsenteile (6.1 , 6.2) lösbar miteinander befestigt sind.

3. Schiff gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager vom in Fahrtrichtung gesehen hinteren Düsenteil (6.2) abgestützt wird.

4. Schiff gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager als feststehende Nabe (7) ausgebildet ist.

5. Schiff gemäß den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (7) von den Leitschaufeln (8) getragen ist. Schiff gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse (6) im Querschnitt eine Stromlinienform, insbesondere eine Tragflügelform aufweist, und sich die Düse (6) in Fahrtrichtung gesehen vom vorderen Düsenteil (6.1) zum hinteren Düsenteil (6.2) hin verjüngt, so dass der Durchmesser des vorderen Düsenteils (6.1) größer ist als der Durchmesser des hinteren Düsenteils (6.2).

Schiff gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Lagerung (3), die zwischen Antriebsmaschine (1) und hinterem Düsenteil (6.2) drehfest am Schiffsrumpf angeordnet ist, für die Welle (2) vorgesehen ist.