WO2014114410A1

WO2014114410A1 - Schiffsantriebsanordnung

Info

Publication number: WO2014114410A1
Application number: PCT/EP2013/076786
Authority: WO
Inventors: Dirk JÜRGENS; David Bendl; Michael Palm
Original assignee: Voith Patent Gmbh
Priority date: 2013-01-28
Filing date: 2013-12-17
Publication date: 2014-07-31
Also published as: EP2948366B1; DE102013001372A1; DE102013001372B4; EP2948366A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schiff, umfassend die folgenden Merkmale beziehungsweise Bauteile: einen Schiffsrumpf, umfassend einen Bug und ein Heck einen im Heckbereich angeordneten Rotor (5); einem dem Rotor zugeordneten Stator (6), umfassend eine Anzahl von Leitschaufeln (6.1); einen einteiligen Düsenkörper (7); der Düsenkörper umschließt den Rotor und den Stator; einen im Bugbereich angeordneten Antriebsmaschine (1); eine Welle (2) zum Übertragen von Drehmoment vom Antrieb zum Rotor; die Welle ist gelagert in einen aus dem Stator gebildeten Statorlager (6.5), einen im Bereich des Antriebs angeordneten Schublager (8). Gemäß der Erfindung umfasst das Schiff die folgenden weiteren Merkmale: Stator, Statorlager und Düsenkörper bilden eine einzige vormontierbare Baueinheit; die Baueinheit ist mittelbar oder unmittelbar am Heck montierbar und demontierbar; die Baueinheit und die Welle sind relativ zueinander in Richtung der Längsachse der Welle verschiebbar.

Description

SCHIFFSANTRIEBSANORDNUNG

Die Erfindung betrifft ein Schiff mit einem Antrieb. Der Antrieb umfasst eine Antriebsmaschine und ein Propulsionsorgan. Das Propulsionsorgan besteht aus drei Hauptkomponenten: Rotor, Stator, Düse. Die Düse ummantelt den Rotor und den Stator, der in Strömungsrichtung folgt. Auf Grund der

Verzögerungscharakteristik der Düse im Bereich des Rotors wird das Druckniveau angehoben und ermöglicht somit eine höhere Leistungsdichte bei Vermeidung von Kavitation. Die Nachschaltung des Stator führt zu einer Entdrallung der Strömung und damit zur Erhöhung des generierten Schubs bei gleicher Eingangsleistung.

Als Antriebsmaschine kommt dabei jede Art von Kraftmaschine in Betracht, beispielsweise ein Dieselmotor oder eine Gasturbine sowie ein Elektromotor. Der Antrieb ist für schnelle Schiffe mit einer maximalen Geschwindigkeit im Bereich von 25 bis 40 kn vorgesehen, wie beispielsweise Mega-Yachten oder Patrouillenboote. In diesem Bereich kommt es bei konventionellen

Schraubenpropeller zu Wirkungsgradeinbußen im Zuge von Kavitation. Water Jets zeigen in diesem Bereich auch noch geringe Wirkungsgrade, da sie hohe

Einlasskanalverluste haben.

WO 2012/052155 AI beschreibt ein Schiff mit einem Antrieb, umfassend eine Antriebsmaschine und ein Propulsionsorgan bestehend aus drei

Hauptkomponenten: Rotor, Stator, Düse. Die Düse ummantelt den Rotor und den Stator, der in Strömungsrichtung folgt, ferner eine Welle, die den Rotor trägt und mit diesem dreh- und schubfest verbunden ist. Dabei ist der Düsenkörper in ein vorderes und ein hinteres Düsenteil unterteilt.

Das in Fahrtrichtung gesehen vordere Düsenteil ist am Schiffsrumpf befestigt. Das in Fahrtrichtung gesehen hintere Düsenteil ist am Schiffsrumpf lösbar befestigt. Sowohl bei der Erstmontage der Schiffswelle mit dem darauf sitzenden Rotor als auch bei Wartung und Inbetriebnahme muss das hintere Düsenteil zusammen mit dem von diesem getragenen Lager vom Heck her auf die Welle aufgeschoben werden. Hier muss der aus Leitschaufeln (Statorschaufeln) und Statornabe bestehende Stator in eine Position gebracht werden, dass das sich in der

Statornabe befindende Statorlager mit der Welle fluchtet. Dies ist ein aufwändiges, schwieriges und zeitraubendes Manöver. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schiff gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 derart zu gestalten, dass Montage und Demontage von Welle und Stator schnell und einfach durchgeführt werden können. Diese Aufgabe wird mittels der Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Somit wird folgendes vorgesehen: - Stator, Statornabe mit integrierten Lager und der einteilige Düsenkörper bilden eine einzige vormontierte Baueinheit;

- Die Baueinheit ist mittelbar oder unmittelbar am Heck montierbar und

demontierbar;

- Die Welle ist relativ zur Baueinheit in Richtung der Längsachse der Welle verfahrbar.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnungen näher erläutert. Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt: Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch den Rumpf eines Schiffes.

Figur 2 zeigt einen Längsschnitt durch den Heckbereich des Schiffes. zeigt eine Heckansicht des Schiffes. Aus Figur 1 erkennt man dem prinzipiellen Aufbau eines Schiffes. Im in

Fahrtrichtung gesehen hinteren Bugbereich ist eine Antriebsmaschine 1

angeordnet, die vorliegend als Dieselmotor mit nachgeschaltetem Getriebe 1.1 ausgeführt ist. Die Antriebsmaschine 1 kann im Heckbereich oder im Bugbereich des Schiffes oder Mitschiffs angeordnet werden. Als Antriebsmaschine kann ebenso eine Gasturbine oder ein Elektromotor Verwendung finden. Auch andere Antriebe sind denkbar. Mit dem Getriebe 1.1 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 Kupplungen miteinander in Triebverbindung stehen. Ebenso können Bremseinrichtungen oder zusätzliche Getriebe beziehungsweise

Einrichtungen zur Drehzahl und/oder Drehmomentwandlung zwischen diesen Wellen vorgesehen sein. Die vorwiegend waagrecht verlaufende Welle 2 durchbricht die Schiffshaut und tritt aus dem Schiffsrumpf aus, sodass diese im Heck unter Wasser verläuft. Dabei kann die Welle 2 bereits hinter dem

Austrittsbereich gelagert sein. Eine solche zusätzliche Abstützung stellt eine Lagerung 3 dar, und zwar ein sogenanntes Steven roh rlager 3. Das

Steven roh rlager 3 ist mit dem Schiffsrumpf fest verbunden. Im Heckbereich befindet sich ein Rotor 5, der mit der Welle 2 dreh- und schubfest verbunden ist. In Fahrrichtung gesehen hinter dem Rotor 5 befindet sich ein Stator 6. Dieser Umfasst eine Anzahl von Leitschaufeln 6.1 sowie eine Statornabe 6.2. Rotor 5 und Stator 6 sind von einem Düsenkörper 7 umschlossen. Dieser ist einteilig. Er ist mit dem Stator über dessen Leitschaufeln 6.1 fest verbunden. Im oberen Bereich des Düsenkörpers 7 befindet sich eine Konsole 6.3. Diese ist einerseits mit dem Düsenkörper 7 fest verbunden, und andererseits ist sie mit dem Heck des Schiffs fest verbindbar und zwar auf lösbare Weise. Siehe die Schrauben 6.4 Die folgenden Bauteile bilden miteinander eine in montiertem Zustand feste Baueinheit: Der Stator 6 mit seinen Leitschaufeln 6.1, das Statorlager 6.2, der Düsenkörper 7 und die Konsole 6.3. Diese Baueinheit lässt sich vormontieren und in montiertem Zustand insgesamt am Heck montieren.

Außerdem sind die Welle 2 sowie die Baueinheit zusammenfügbar und

voneinander trennbar. Dies kann dadurch verwirklicht werden, dass die Baueinheit fest steht, beispielsweise bereits am Heck montiert ist, und dass die Welle in Richtung ihrer Längsachse zum Bug hin verschiebbar ist. Die Welle ist

verschiebbar, somit kann die Baueinheit zunächst am Heck montiert werden, und zwar durch Montage der Konsole 6.3.

Die erfindungsgemäße Gestaltung ist bei der Montage besonders vorteilhaft, da die Baueinheit mittels weniger Schrauben 6.4 am Heck ausgerichtet werden kann. Damit wird sichergestellt, dass alle Lagerstellen der Welle 2 fluchten. Ist die

Baueinheit positioniert, so kann der Zwischenraum zwischen Konsole 6.3 und Heck mit einer aushärtenden Flüssigkeit vergossen werden. Nach dem Aushärten werden die übrigen Schrauben verspannt und die Baueinheit ist montiert und ausgerichtet.

Die Welle 2 ist im Bereich der Antriebsmaschine 1 durch ein Schublager 8 gelagert.

Figur 2 zeigt den Heckbereich des Schiffes. Man erkennt wiederum die Welle 2. Deren austragendes freies Ende 2.1 ist von der Lagerbuchse 6.5 der Statornabe 6.2 aufgenommen. Die Außenkanten 5.1 des Rotors 5 befinden sich nahe an der Innenfläche des Düsenkörpers 7. Die Leitschaufeln 6.1 sind mit der Innenwandung des Düsenkörpers 7 fest verbunden.

Montage und Demontage des Rotors können wie folgt ablaufen: Durch Verschieben der Welle 2 in Richtung des Bugs wird der Rotor außerhalb der Düse positioniert. In dieser Position wird er in vertikaler Richtung gehalten. Mittels einer entsprechenden Vorrichtung wird die dreh- und schubfeste Verbindung von Rotor 5 und Welle 2 gelöst. Die Welle kann nun weiter in Richtung Bug

verschoben werden und der Rotor in vertikaler Richtung entfernt werden.

Die Montage wird entgegengesetzt des beschriebenen Vorgangs durchgeführt.

Das Statornabe 6.2 weist eine Lagerbuchse 6.5 aus geeignetem Material auf. Zwischen der Lagerbuchse 6.5 und der Mantelfäche des Wellenendes 2.4 befindet sich ein her nicht gezeigter Lagerspalt.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung findet ein äußerst vorteilhafter Schmiervorgang statt, der wie folgt abläuft: Rotor 5 erzeugt in bekannter Weise einen Wasserstrom. Der Wasserstrom der über den Spalt zwischen Rotor 5 und Statornabe 6.2 strömt, induziert einen Unterdruck. Dieser Unterdruck erzeugt wiederum eine Strömung durch den Lagerspalt in entgegengesetzter Richtung (Innenströmung) in Fahrtrichtung. Hierdurch wird eine perfekte Schmierung und Kühlung erreicht.

Schiffe werden klassisch mit ein bis vier Propulsionsorganen betrieben.

Bezugszeichen liste

1 Antriebsmaschine

1.1 Getriebe

2 Welle

2.1 freies Wellenende

3 Stevenrohrlager

5 Rotor

6 Stator

6.1 Leitschaufel

6.2 Statornabe

6.3 Konsole

6.4 Schrauben

6.5 Lagerbuchse

7 Düsenkörper

8 Schublager

Claims

Patentansprüche

1. Schiff, umfassend die folgenden Merkmale beziehungsweise Bauteile:

1.1 einen Schiffsrumpf, umfassend einen Bug und ein Heck

1.2 einen im Heckbereich angeordneten Rotor (5);

1.3 einem dem Rotor (5) zugeordneten Stator (6), umfassend eine Anzahl von Leitschaufeln (6.1);

1.4 einen einteiligen Düsenkörper (7);

1.5 der Düsenkörper (7) umschließt den Rotor (5) und den Stator (6);

1.6 eine Antriebsmaschine (1) im Bugbereich angeordneten Antriebsmaschine

(i);

1.7 eine Welle (2) zum Übertragen von Drehmoment vom Antriebsmaschine (1) zum Rotor (5);

1.8 die Welle (2) ist gelagert in einer Lagerbuchse (6.5), das in der Statornabe (6.2) angeordnet ist, ferner in einem im Bereich der Antriebsmaschine (1) angeordneten Schublager (8);

gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:

1.9 Stator (6), Statornabe (6.2) und Düsenkörper (7) bilden eine einzige

vormontierbare Baueinheit;

1.10 die Baueinheit ist mittelbar oder unmittelbar am Heck montierbar und

demontierbar;

1.11 die Baueinheit und die Welle (2) sind relativ zueinander in Richtung der Längsachse der Welle (2) verschiebbar.

2. Schiff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper (7) mit einer Konsole (6.3) fest verbunden ist oder eine solche umfasst, die am Heck des Schiffsrumpfes montierbar und demontierbar ist. Schiff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als weiteres Lager für die Welle (2) ein Stevenrohrlager (3) vorgesehen ist, das sich zwischen dem Statorlager (6.2) und dem Schublager (9) befindet.

Schiff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Statorlager (6.2) ein wassergeschmiertes und wassergekühltes Lager ist, umfassend eine Lagerbuchse (6.5), die mit der Mantelfläche der Welle (2) einen Lagerspalt bildet, und dass der Lagerspalt während des Betriebes von einem zum Bug hin strömenden Wasserstrom durchspült ist.