CN103097238A - 用于海洋船舶的推进单元及具有推进单元的海洋船舶 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于拟在结冰水域中运行的海洋船舶2的推进单元1。所述推进单元是具有安装在密封舱6上的螺旋桨3的方位推进器。推进单元1可相对于海洋船舶2的船体旋转，使得推进单元1能够沿不同方向推进海洋船舶2。螺旋桨3可作用于冰以切割冰块。螺旋桨3具有轮毂4，轮毂4布置成当轮毂4接触冰块时切割冰。本发明还涉及一种使用本发明的推进单元的海洋船舶。

Description

用于海洋船舶的推进单元及具有推进单元的海洋船舶

技术领域

本发明涉及一种用于拟在结冰水域中运行的海洋船舶的推进单元，所述推进单元具有布置成作用于水中的冰以切割冰的螺旋桨。本发明还涉及一种海洋船舶，所述海洋船舶拟在结冰水域中运行并且具有布置成能够作用于冰以切割冰的推进单元。

背景技术

一些海洋船舶使用一种被称作方位推进器(有时也称为全向推进器)的推进单元。方位推进器包括作为独立单元附接于船体外侧部分的机舱或密封舱。螺旋桨附接于机舱或密封舱的一端。用于驱动螺旋桨的驱动机可置于机舱/密封舱内或置于船体内。当驱动机被置于机舱/密封舱内时，驱动机通常是电动机，并且在机舱内具有电动机的这种方位推进器通常被称为吊舱。用于电动机的动力又可来自通常是柴油或燃气涡轮机的舷内发动机。当驱动机被置于船体内时，驱动机常常是柴油驱动机或者柴电驱动机，并且动力可通过机械传动装置被传送至螺旋桨。根据轴布置，传动装置可以是L-驱动或Z-驱动。在L-驱动中，存在竖直输入轴和水平输出轴。在Z-驱动中，存在水平输入轴、竖直轴以及具有两个直角齿轮的水平输出轴。方位推进器通常连接于船体，使得它可沿任意水平方向旋转。由此，一个或多个推进器可用于操纵(maneuvering)，使得方向舵不再是必要的。与使用固定的螺旋桨和方向舵的系统相比，方位推进器事实上可赋予海洋船舶更好的操纵性。

许多海洋船舶必须能够在结冰水域中运行。因此，它们必须能够创建穿过冰的路径。具有方位推进器(例如吊舱)的海洋船舶可以在结冰水域中使用，并且在例如专利US 5996520中已提出，破冰船可设有可操纵的推进机构。专利US 4198917中也已提出，螺旋体可用于破除会阻挡海洋船舶路径的冰。

此外，也已提出，方位推进器(例如吊舱)可用作破冰装置。当方位推进器用于破冰时，一个或多个推进器被转动成使得螺旋桨面向冰。然后，螺旋桨用作切割工具来切割冰。与此相关的问题是，方位推进器在水平面中要承受非常高的反力。

在专利CA 2025507中，提出了一种包含喷嘴的设备，螺旋桨布置于所述喷嘴内。在螺旋桨前面，已布置了作为碎冰机的前部件。所述设备中的前部件仅用来保护螺旋桨，并且螺旋桨无法作用于冰以切过冰盖或切割冰块，因为螺旋桨布置在喷嘴内，而前部件主动地防止任何冰块到达螺旋桨。

专利US 2010/0162934公开了一种通过使用能够破冰的倾斜船尾端并且允许船只抵着冰运动来改进船只破冰特性的方法。于是，船只用其前面的螺旋桨钻入冰中。然而，这种结构的明显缺点是，螺旋桨及其轮毂上的高负载，以及因此而产生的与高负载相关联的损坏的风险，因为船只的船尾端的未充分粉碎的相当大的冰块可能会遇到螺旋桨本身，从而产生相当大的水平力。虽然螺旋桨通常被设计成承受这样的力，但轮毂以及例如轴承等周围的部件处于相当大的损坏风险之中。

本发明的目的在于提供一种改进的推进单元，其适于破冰(碎冰、磨冰)，并且其中作用于推进装置上的水平力会减小。

发明内容

本发明涉及一种用于拟在结冰水域中运行的海洋船舶的推进单元。推进单元包括螺旋桨，螺旋桨可在用于所述螺旋桨的旋转平面中绕螺旋桨轴线旋转。螺旋桨安装在可与螺旋桨一起旋转的轮毂上，并且螺旋桨布置成使得螺旋桨可作用于水中的块冰(例如冰块或冰盖)以切割冰，甚至当这块冰具有超过螺旋桨直径的延伸部时亦是如此。为了方便起见，下文中将使用术语“冰块”来表示水中任何的块状冰，不论其是否是不规则的块、冰山或平的冰盖。根据本发明，轮毂被设计成能够切割其所遇到的冰的切割元件。

在本发明的实施例中，轮毂成形为沿螺旋桨轴线方向延伸的锥体。

在最现实的实施例中，轮毂延伸超出螺旋桨的旋转平面，使得轮毂会在螺旋桨接触冰壁之前接触同一冰壁。

在本发明的实施例中，轮毂可设有隆起(elevations)，所述隆起布置成切割轮毂所遇到的冰。隆起的部分可成形为翅片(fins)(即凸缘、肋)，或者隆起可由赋予轮毂粒状表面的突起(nipples)形成。

代替在轮毂上设置隆起，轮毂可具有多边形横截面。例如，轮毂可具有方形横截面或三角形横截面。所述推进单元优选是方位推进器。

本发明还涉及一种拟在结冰水域中运行的海洋船舶。该海洋船舶具有至少一个推进单元，所述至少一个推进单元优选是具有从第一端部和第二端部延伸的细长密封舱/机舱的方位推进器。螺旋桨与用于螺旋桨的轮毂一起被安装在密封舱/机舱上，并且螺旋桨布置成可在用于螺旋桨的旋转平面中绕螺旋桨轴线旋转。螺旋桨和轮毂两者都被安装在密封舱的第一端部处。推进单元布置为能够沿向前的方向和向后的方向来驱动海洋船舶。螺旋桨还布置成使得其可作用于冰块(例如冰盖)以切割冰，甚至当这块冰具有超过螺旋桨直径的延伸部时亦是如此。根据本发明，轮毂被设计成能够切割其所遇到的冰的切割元件。

应当理解，本发明的推进单元及其所有的实施例都可用于海洋船舶中。

附图说明

图1是具有推进单元的海洋船舶的示意图。

图2示意性地示出了相同的海洋船舶，但具有取向不同的推进单元。

图3示意性地示出了推进单元如何遇到一块冰。

图4是根据本发明的推进单元的螺旋桨的端视图。

图5是与图4中相同的推进单元的侧视图。

图6是与图4和图5中相同的推进单元的透视图。

图7是与图1对应的视图，但比例不同。

图8是本发明的替代实施例的侧视图。

图9是再一实施例的后视图。

图10是再一实施例的侧视图。

图11是又一实施例的侧视图。

具体实施方式

参考图1，海洋船舶2通过其中存在冰块(例如采用冰盖的形状，或者采用冰山的形状)的水域。在图1中，冰块示意性地标示为字母J。海洋船舶2具有可在图7中更详细地看到的推进单元1。推进单元1优选为方位推进器。

图1中所示的推进单元1具有机舱或密封舱6。机舱充当机舱内的驱动机(未示出)的或传动装置(未示出)的外罩，该传动装置来自海洋船舶2的船体10内的发动机(未示出)。密封舱6具有第一端部7和第二端部9。密封舱6示出为悬吊在支撑件11上，支撑件11可适当地具有流线型的形状。支撑件11可适当地具有顶部件12，顶部件12被可旋转地附接于海洋船舶2的船体10。在海洋船舶2的船体10中，存在用于使推进单元1绕大体竖直的轴线旋转的装备(未示出)。在该上下文中，“竖直的”是指当海洋船舶安置在水中没有向右舷侧或左舷侧倾斜时的竖直方向。推进单元1可绕其旋转的竖直轴线由此大体垂直于螺旋桨轴线。在现实的实施例中，推进单元1可绕其旋转的大体竖直的轴线可偏离完全竖直的轴线高达10°或大约10°。由此，推进单元1可在大体水平的平面中旋转。推进单元1具有螺旋桨3，螺旋桨3布置成可在用于螺旋桨3的旋转平面中绕螺旋桨轴线A(见图7)旋转。用于螺旋桨3的旋转平面垂直于螺旋桨轴线A。螺旋桨3安装在可与螺旋桨3一起旋转的轮毂4上。螺旋桨3和轮毂4两者都安装在密封舱6的第一端部7处。不存在围绕或包围螺旋桨3的喷嘴。因此，螺旋桨3能够直接作用于冰，而不会被任何机舱或其它元件阻挡。然而，在图1中，推进单元1位于螺旋桨3面对海洋船舶3的船体10的位置中。另一方面，在图2中，推进单元1已相对于图1的位置绕竖直轴线旋转了180°。在推进单元1的该位置中，可以驱动螺旋桨3使得海洋船舶2移向冰J。当螺旋桨3到达冰J时，螺旋桨3将开始作用于冰以切割冰。由此，推进单元可切割出穿过冰块的路径，否则冰块将构成海洋船舶2的障碍。由于没有围绕螺旋桨3的喷嘴，螺旋桨3可自由作用于水中的冰块J(例如冰盖或冰山)以切割冰，甚至当冰块J具有超过螺旋桨3直径的延伸部时亦是如此。应当理解，冰块的“延伸部”是指冰块在面向螺旋桨的侧面上的延伸部，也就是在平行于螺旋桨的旋转平面的平面中的延伸部。

然而，当螺旋桨3位于图2的位置中时，如果螺旋桨3被用于切割冰，则这样的冰切割操作会带来图3中所示的问题。螺旋桨3安装在轮毂4上，轮毂4在许多实施例中可成形为沿螺旋桨轴线方向延伸的锥体。在许多现实的实施例中，轮毂4可以至少在一定程度上延伸超出螺旋桨3的旋转平面。在这种情况下，轮毂4会在螺旋桨3接触冰壁之前接触同一冰壁。如本文中所使用的，术语“冰壁”是指冰块的表面。当螺旋桨3撞击冰时，可发生的是，冰压靠在轮毂4上。尽管也可能发生在其它情况下，但如果轮毂4或其一部分延伸超出螺旋桨3的旋转平面，则情况尤为如此。如果轮毂4压靠在冰上，这将产生作用于轮毂4和推进单元1上的相当大的水平力F。根据本发明，该问题的解决办法在于，轮毂4被设计成能够切割其所遇到的冰的切割元件。当轮毂4被设计成切割元件时，轮毂4将能够切割冰，使得推进单元上的水平力明显变小。下面描述了切割元件的若干合适的实施例。除其它的之外，这些切割元件包括隆起、翅片、突起、多边形横截面和切口部，并且应指出，任何这些实施例或其组合可以达到相同的目的，即切割轮毂4所遇到的冰。以这种方式，轮毂4上的水平力形式的负载明显降低，从而降低损害轮毂4的风险以及增加冰切割能力并且更平滑且更有效地通过冰及结冰水域。

在本发明的实施例中，轮毂4设有布置成切割其所遇到的冰的隆起5。在图4-7中所见的一个实施例中，隆起5成形为翅片(凸缘/肋)。图4-7所示的鳍状隆起5可具有略微扭曲的形状，使得它们与螺旋体的螺旋线相似。这种形式可以提高隆起5破碎冰的能力。翅片可以是超过轮毂4表面的具有3mm-35mm高度的肋。它们也可具有大于35mm的高度，例如高达50mm或高达200mm的高度。翅片或肋的最大高度取决于螺旋桨的直径，并且翅片或肋的最大高度可高达螺旋桨直径的25％。

在图4-6中，示出了具有四个隆起5的实施例。应当理解，具有不同数目的隆起5的实施例是可能的。例如，具有两个、三个、五个或六个隆起的实施例是可能的。仅具有一个单一隆起5的实施例也是可能的。

在图8所示的另一实施例中，隆起5由赋予轮毂4粒状表面的突起形成。

作为对隆起5的替代，轮毂4可具有多边形横截面。图9中示出了这样的实施例。如图9中所见，轮毂4具有将轮毂4的表面划分成四个表面14的直的边缘13，表面14朝轮毂4的端部逐渐缩减。这样，轮毂4将具有可以穿透冰的尖点。

由于轮毂4随旋桨旋转，图6和图8的实施例中的隆起5可作用于冰块，以使冰块破碎。由此，轮毂4和推进单元1上的水平力将明显降低。在图9的实施例中，边缘13将起到与图6和图8的实施例中的隆起5相同的功能。

在图9的实施例中，存在四个边缘13，使得轮毂4将具有方形横截面。应当理解，其它多边形形状也有可能的，例如三角形(具有三个边缘13)、五角形或六角形。还可构想具有多于六个边缘13的实施例。

在图10的实施例中，隆起5成形为翅片/肋，所述翅片/肋具有从轮毂4的端部增加而超过轮毂4的高度，直到它们到达高度开始下降的最高点为止。

在图11的实施例中，轮毂4具有切口部16，使得轮毂4的表面变得不平整。可构想具有例如2-12个切口部16的实施例。应当理解，具有多于12个切口部的实施例也是可能的。仅具有一个这样的切口部16的实施例也是可能的。由此，轮毂4可具有至少一个切口部16，使得轮毂4的表面变得不平整。

在上文描述的实施例中，已经描述了在轮毂4上实现不平整表面的各种方式。应当理解，这些不同的实施例也可彼此结合。

本发明还涉及拟在结冰水域中运行并且配备本发明的推进单元的海洋船舶2。当海洋船舶2配备所述推进单元1时，推进单元1可位于固定的位置中，使得螺旋桨3面朝船体10并能够作用于冰，或者推进单元可以旋转，使得螺旋桨3背离船体10并能够作用于将阻挡海洋船舶2的路径的冰。

通过使推进单元1旋转(或多个推进单元1，如果存在多个推进单元的话)，有可能控制海洋船舶将航行的方向。每个推进单元1的螺旋桨既可以向后也可以向前驱动。因此，当推进单元位于图1所示的位置时，可以通过使整个推进单元1旋转也可以通过使螺旋桨3倒转来改变海洋船舶2的运动方向。

在使用中，配备有本发明的推进单元1的海洋船舶2可通过结冰水域。当海洋船舶2的路径被冰阻挡时，推进单元1可旋转成使得推进单元的第一端部7面向冰。推进单元1被启动，使得螺旋桨3朝冰推进海洋船舶2。螺旋桨3将撞击冰并开始切割冰，从而产生用于海洋船舶2的穿过冰的路径。

应当理解，海洋船舶可具有多于一个的这样的推进单元1。例如，海洋船舶2可配备有两个本发明的推进单元。它也可具有多于两个的推进单元2。例如，它可具有三个、四个、五个或甚至更多个这样的推进单元1。当海洋船舶2具有多于一个的推进单元1时，若干推进单元1可适当地布置在海洋船舶2的船尾端15处。例如，一对这样的推进单元1可并排地置于海洋船舶2的船尾端15处。然而，推进单元1也可置于船头端8处。

螺旋桨可具有例如在0.4m-4m范围中的直径。例如，所述直径可在0.5m-3m的范围中。该直径也可大于4m。例如，螺旋桨直径可高达6m。在某些情况下，可以构想，用于破冰(碎冰、磨冰)的螺旋桨甚至可具有高达10m或以上的直径，并且可以构想根据本发明的推进单元可具有如此大的螺旋桨。

推进单元1可以是具有内部的电动发动机(electrical engine)的方位推进器，或者它可以是由船体内的柴油发动机或柴电驱动机通过传动装置驱动的方位推进器。所述传动装置可以是L-驱动或Z-驱动。

可选地，隆起5是可伸缩的。当海洋船舶2用在推进单元不需要切割冰的情况下时，隆起5由此可以缩回。当需要切割冰时，可使隆起5再出现。

在本发明的所有实施例中，设计为切割元件的轮毂4可被设计成使得轮毂4的一部分是可拆卸的。轮毂4的可拆卸部分可以是轮毂4的设计为切割元件的、能够切割冰的部分。如果轮毂4具有可拆卸部分，则这带来的优点在于，通过更换可拆卸部分，不能再切割冰的损坏的轮毂4可以很容易地被修复。轮毂4的可拆卸部分可以是安装在轮毂其余部分上的轮毂盖。轮毂盖可视为轮毂4的一部分。在许多实际的实施例中，轮毂4具有轮毂盖，并且轮毂盖是轮毂首先撞击冰的部分。

螺旋桨3的叶片可具有可变的螺距。推进单元1也可被设计成用于螺旋桨3的变速。

Claims (17)

1.一种用于拟在结冰水域中运行的海洋船舶(2)的推进单元(1)，所述推进单元(1)包括螺旋桨(3)，所述螺旋桨(3)可在用于所述螺旋桨(3)的旋转平面中绕螺旋桨轴线旋转，并且所述螺旋桨被安装在可与所述螺旋桨(3)一起旋转的轮毂(4)上，所述螺旋桨(3)布置成使得所述螺旋桨(3)可作用于水中的冰块以切割冰，甚至当所述冰块具有超过所述螺旋桨(3)直径的延伸部时亦是如此，其特征在于，所述轮毂(4)被设计成能够切割其所遇到的冰的切割元件。

2.根据权利要求1所述的推进单元，其中，所述轮毂(4)成形为沿所述螺旋桨轴线方向延伸的锥体。

3.根据权利要求2所述的推进单元，其中，所述轮毂延伸超出所述螺旋桨(3)的旋转平面，使得所述轮毂(4)可在所述螺旋桨(3)接触冰壁之前接触同一所述冰壁。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的推进单元，其中，所述轮毂(4)设有布置成切割所述轮毂(4)所遇到的冰的隆起(5)。

5.根据权利要求4所述的推进单元，其中，所述隆起(5)成形为翅片。

6.根据权利要求4所述的推进单元，其中，所述隆起(5)由赋予所述轮毂(4)粒状表面的突起形成。

7.根据权利要求1所述的推进单元，其中，所述推进单元(1)是方位推进器。

8.根据权利要求2所述的推进单元，其中，所述轮毂(4)具有多边形横截面。

9.根据权利要求1所述的推进单元，其中，所述轮毂(4)具有至少一个切口部(16)，使得所述轮毂(4)的表面变得不平整。

10.一种拟在结冰水域中运行的海洋船舶(2)，所述海洋船舶(2)具有至少一个推进单元(1)，所述至少一个推进单元(1)是具有从第一端部(7)和第二端部(9)延伸的细长密封舱(6)的方位推进器，并且其中螺旋桨(3)与用于所述螺旋桨(3)的轮毂(4)一起被安装在所述密封舱(6)上，并且所述螺旋桨(3)布置成可在用于所述螺旋桨(3)的旋转平面中绕螺旋桨轴线旋转，所述螺旋桨(3)和所述轮毂(4)两者均被安装在所述密封舱(6)的第一端部(7)处，所述推进单元(1)布置成能够沿向前的方向和向后的方向驱动所述海洋船舶(2)，所述螺旋桨(3)布置成使得其可作用于冰块以切割冰，甚至当所述冰块具有超过所述螺旋桨(3)直径的延伸部时亦是如此，其特征在于，所述轮毂(4)被设计成能够切割所述轮毂(4)所遇到的冰的切割元件。

11.根据权利要求10所述的海洋船舶，其中，所述轮毂(4)成形为沿所述螺旋桨轴线方向的反方向延伸的锥体。

12.根据权利要求11所述的海洋船舶，其中，所述轮毂(4)延伸超出所述螺旋桨(3)的旋转平面，使得所述轮毂(4)可在所述螺旋桨(3)接触冰壁之前接触同一所述冰壁。

13.根据权利要求10-12中任一项所述的海洋船舶，其中，所述轮毂(4)设有布置成切割所述轮毂(4)所遇到的冰的隆起(5)。

14.根据权利要求11所述的海洋船舶，其中，所述隆起(5)成形为翅片。

15.根据权利要求11所述的海洋船舶，其中，所述隆起(5)由赋予所述轮毂(4)粒状表面的突起形成。

16.根据权利要求11所述的海洋船舶，其中，所述轮毂(4)具有多边形横截面。

17.根据权利要求11所述的海洋船舶，其中，所述密封舱(6)可相对于所述海洋船舶(2)的船体绕竖直轴线旋转。

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