DE102004008805A1

DE102004008805A1 - Twin propeller drive for large, ocean-going ships comprises a front and a rear propeller arranged behind each other independently of each other on the same axis and with the same direction of rotation without any flow-guiding elements

Info

Publication number: DE102004008805A1
Application number: DE102004008805A
Authority: DE
Inventors: Reinhold Reuter; Reinhard Dr. Schulze; Kay Tigges
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 2004-02-20
Filing date: 2004-02-20
Publication date: 2005-09-22
Anticipated expiration: 2024-02-21
Also published as: DE102004008805B4

Abstract

Twin propeller drive for large, ocean-going ships comprises a front (8) and a rear propeller (7). The two propellers are arranged behind each other independently of each other on the same axis and with the same direction of rotation. A space free of flow-guiding elements is located between the front and rear propellers. Preferred Features: The two propellers rotate at different speeds and have different diameters. One propeller is arranged on a first (main) propeller shaft and the other propeller on a second propeller shaft.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Zweipropellerantrieb für große, seegehende Schiffe mit einem vorderen und einem hinteren Propeller, wobei die zwei Propeller gleichachsig und mit gleicher Drehrichtung laufend dicht hintereinander angeordnet sind.The The invention relates to a two-propeller drive for large, seagoing Ships with a front and a rear propeller, where the two propellers coaxial and running in the same direction are arranged closely behind one another.

Ein Zweipropellerantrieb für große, seegehende Schiffe mit zwei gleichachsig und mit gleicher Drehrichtung laufenden Propellern ist aus der EP 0 935 553 B1 bekannt.A propeller drive for large, seagoing ships with two coaxial and with the same direction of rotation propellers is from the EP 0 935 553 B1 known.

Bei dem bekannten Antrieb ist es nachteilig, dass bei einem Versagen des elektrischen Antriebsmotors für die beiden Propeller, die auf einer gemeinsamen Propellerwelle angeordnet sind, das entsprechend ausgerüstete Schiff antriebslos wird. Eine Abhilfe besteht darin, dass zwei derartige Doppelpropellerantriebe für ein Schiff vorgesehen werden. Derartige Doppelausstattungen haben sich aber bisher für die Handelsschifffahrt wegen ihrer hohen Kosten nicht durchgesetzt. Bisher werden nur Fähren oder Kreuzfahrtschiffe entsprechend ausgestattet. Auch der Wirkungsgrad des bekannten Antriebs ist nicht besonders hoch, da seine Strömungsleitelemente Widerstand erzeugen.at the known drive, it is disadvantageous that in case of failure of the electric drive motor for the two propellers, the are arranged on a common propeller shaft, the corresponding equipped Ship becomes unpowered. A remedy is that two such Double propeller drives for a ship can be provided. Have such dual equipment but so far for the Merchant shipping is not enforced because of its high cost. So far, only ferries or cruise ships equipped accordingly. Also the efficiency the known drive is not particularly high, since its flow control elements resistance produce.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen widerstandsärmeren und dabei redundanten Antrieb anzugeben, der kostengünstiger ist, geringere Betriebs- und Unterhaltungskosten aufweist und auch nach einem Brand im Bereich des Hauptantriebsaggregats eines Schiffes einsatzfähig bleibt.It It is an object of the invention to provide a low-resistance and redundant Specify drive, the cheaper is, has lower operating and maintenance costs and also after a fire in the area of the main propulsion unit of a ship fit for use remains.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die zwei Propeller unabhängig voneinander angetrieben werden, wobei sich zwischen den zwei Propellern ein von Strömungsleitelementen freier Raum befindet. So ergibt sich ein Propellerantrieb für Schif fe, der redundant ist und bei dem die in Bezug auf den Widerstand nachteiligen Strömungsleitelemente vermieden werden. Wie sich herausgestellt hat, ist es überraschenderweise möglich, dass die beiden Propeller auch bei dem vorteilhaften, vibrationsarmen und nur eine geringe Kavitationsneigung aufweisenden Gleichlauf mit relativ geringem Abstand einen Wirkungsgrad erreichen, der dem Wirkungsgrad kontrarotierender Propeller sehr nahe kommt.The Task is solved by that the two propellers are independent are driven by each other, being between the two propellers one of flow guide elements free space is located. This results in a propeller drive for ships, which is redundant and in which the disadvantageous in terms of resistance flow guide be avoided. As it turns out, it is surprisingly possible, that the two propellers also in the advantageous, low-vibration and only a slight cavitation inclination having synchronization reach a level of efficiency with a relatively small distance The efficiency of contrarotating propellers comes very close.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die beiden Propeller mit ihren Antrieben mit unterschiedlichen Drehzahlen betreibbar ausgebildet sind. Hierdurch ergibt sich die vorteilhafte, wirkungsgradsteigernde Möglichkeit, den hinteren Propeller derart zu beaufschlagen, dass er den vom vorderen Propeller erzeugten Drall in Schub umsetzt.In Embodiment of the invention is provided that the two propellers operable with their drives at different speeds are formed. This results in the advantageous, efficiency-increasing Possibility, to act on the rear propeller in such a way that it is the one from front propeller generated spin converted into thrust.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass einer der beiden Propeller auf einer ersten (Haupt) Propellerwelle und der andere Propeller auf einer zweiten Propellerwelle angeordnet ist. So ergibt sich eine Ausführung für den Zweipropellerantrieb, der keine wesentlichen baulichen Veränderungen im Schiffsheck erfordert. Die zweite Propellerwelle kann z.B. im Ruderblatt angeordnet werden.In Another embodiment of the invention is provided that a of the two propellers on a first (main) propeller shaft and the other propeller arranged on a second propeller shaft is. This results in an execution for the Two propeller drive, no significant structural changes required in the ship's stern. The second propeller shaft may e.g. in the Rudder blade to be arranged.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste (Haupt) Propellerwelle als Vollwelle und die zweite Propellerwelle als Hohlwelle ausgebildet ist, die um die Vollwelle herum verläuft. So ergibt sich für den gebildeten redundanten Antrieb eine erfindungsgemäß besonders kompakte Bauweise, die nur ein Hauptstevenlager erfordert. Es ist dabei vorgesehen, dass die zwei Propeller unterschiedliche Propellerdurchmesser aufweisen. So kann durch geeignete Drehzahlwahl und Propellerblattauslegung der erfindungsgemäß wichtige gute Wirkungsgrad des Zweipropellerantriebs erreicht werden.In Another embodiment of the invention is provided that the first (Main) propeller shaft as a solid shaft and the second propeller shaft is designed as a hollow shaft which extends around the solid shaft. So arises for the formed redundant drive according to the invention a particularly compact design that requires only one main stern bearing. It is It provided that the two propellers different propeller diameter exhibit. So can by suitable choice of speed and propeller blade design the invention important good efficiency of Zweipropellerantriebs be achieved.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Hauptpropellerwelle im Schiffssteven und die zweite Propellerwelle, wie bereits erwähnt, in der Ruderaufhängung oder im Ruderblatt angeordnet sind. So ergibt sich die Möglichkeit, das Redundanzprinzip noch konsequenter durchzuführen, insbesondere wenn auch die Energieerzeugung für den Redundanzpropeller außerhalb des Bereichs der Energieerzeugung für den Hauptpropeller angeordnet wird.In Another embodiment of the invention provides that the Main propeller shaft in the ship stem and the second propeller shaft, As already mentioned, in the rudder suspension or are arranged in the rudder blade. So there is the possibility to carry out the redundancy principle even more consistently, especially if so the energy production for the redundant propeller outside the Area of energy production for the main propeller is arranged.

Die technische Ausführung des Ruderblattpropellers ist bekannt, z.B. aus der WO 89/05262, die einen Ruderblattpropellerantrieb zeigt. Bei diesem bekannten Ruderblattpropeller ist jedoch ein Zusammenwirken mit einem Hauptpropeller, insbesondere einem gleichlaufenden Hauptpropeller, nicht vorgesehen, wie er erfindungsgemäß notwendig ist.The technical design of the rudder blade propeller is known, e.g. from WO 89/05262, which shows a rudder blade propeller drive. In this known Rudder blade propeller is, however, an interaction with a main propeller, in particular a co-rotating main propeller, not provided, as he according to the invention necessary is.

In einer auch für sich erfinderischen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der hintere Propeller einen inneren Bereich mit einer Durchtrittsfläche für den Propellerstrahl des vorderen Propellers, also einen Bereich ohne Propellerblattüberdeckung aufweist. So wird in einem Schiffsbetrieb mit nur dem vorderen Propeller der Wirkungsgrad des Antriebs erheblich verbessert. Es ist dabei vorgesehen, dass der hintere Propeller einen Steigungssprung zwischen seinem inneren und äußeren Bereich aufweist. So kann vorteilhaft von den unterschiedlichen Anströmverhältnissen des hinteren Propellers über seinen Durchmesser Gebrauch gemacht werden und der Wirkungsgrad im Normalbetrieb, d.h. wenn vorderer und hinterer Propeller laufen, noch weiter gesteigert werden.In an inventive embodiment of the invention, it is provided that the rear propeller has an inner region with a passage area for the propeller jet of the front propeller, that is, a region without propeller blade overlap. Thus, in a ship operation with only the front propeller efficiency of the drive is significantly improved. It is provided that the rear propeller has a pitch jump between its inner and outer regions. So can be advantageously made use of the different flow conditions of the rear propeller over its diameter and the efficiency in normal operation, ie when front and rear propellers are running, still further increased.

In einer weiteren erfinderischen Ausgestaltung ist es vorgesehen, einen sogenannten Strömungsleitring im inneren Bereich des Hauptpropellers etwa auf dem Durchmessermaß des vorderen Propellers anzuordnen.In a further inventive embodiment, it is provided a so-called flow guide ring in the inner area of the main propeller approximately on the diameter of the front propeller to arrange.

Dieser Strömungsleitring ermöglicht sowohl im gemeinsamen Betrieb von vorderem und hinterem Propeller als auch bei allei nigem Betrieb des vorderen Propellers eine bessere Strömungseinleitung bzw. Durchleitung des vorderen Propellerstrahls in die Durchtrittsfläche des hinteren Propellers. Der Gesamt-System-Wirkungsgrad wird verbessert. Dieser Strömungsleitring ist ähnlich einer Ringdüse ausgeführt und verbessert außerdem die Festigkeit des Hauptpropellers!This flow directing allows both in joint operation of front and rear propeller as well as in allei nigem operation of the front propeller a better Flow initiation or Passing the front propeller jet into the passage area of the rear propeller. The overall system efficiency will be improved. This flow guide is similar an annular nozzle accomplished and also improves the strength of the main propeller!

Es ist dabei vorgesehen, dass der hintere der zwei Propeller als Verstellpropeller ausgebildet ist, insbesondere als Pitch-Propeller mit Segelstellung. So wird bei Stillstand des hinteren Propellers ein besonders guter Durchtritt des vom vorderen Propeller erzeugten Wasserstrahls durch den hinteren Propeller ermöglicht, so dass sich auch für den Betrieb nur mit dem vorderen Propeller ein hoher Wirkungsgrad ergibt. Im Gegensatz zu einem normalen Verstellpropeller, der relativ aufwendig ist und eine individuelle Regelung erfordert, ist ein Verstellpropeller, der nur zwei (End) Stellungen, nämlich die Normalstellung und die Propellerblattlängsstellung zur Welle aufweist, wesentlich einfacher und auch robuster.It It is provided that the rear of the two propellers as a variable pitch propeller is formed, in particular as a pitch propeller with feathering. So becomes a particularly good at standstill of the rear propeller Passage of the water jet generated by the front propeller allows the rear propeller so that too for the operation with the front propeller gives a high efficiency. Unlike a normal variable pitch propeller, which is relatively expensive and requires individual control, is a variable pitch propeller, the only two (end) positions, namely the normal position and the propeller blade longitudinal position to the shaft, much easier and more robust.

In einer besonders bevorzugten, auch für sich erfinderischen Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste (Haupt) Propeller durch eine Welle angetrieben wird, die direkt mit dem Schiffshauptantriebsaggregat, z.B. einem Dieselmotor, verbunden ist, während die zweite Propellerwelle durch ein zweites Antriebsaggregat, z.B. einen Elektromotor, direkt angetrieben ist. So ergibt sich die sehr vorteilhafte Möglichkeit, den Elektromotor als reitenden Motor auf einer Hohlwelle anzuordnen, die um die Hauptantriebswelle herum angeordnet ist. So kann sehr vorteilhaft auf das bei bekannten Hohlwellen-Systemen vorhandene Getriebe verzichtet werden, der Platzbedarf für den Elektromotor und seine Peripherie wird verringert und es ist ohne weiteres möglich, eine beliebige Drehrichtung für die Hohlwelle zu erzeugen.In a particularly preferred embodiment, also inventive in itself Invention is envisaged that the first (main) propeller a shaft is driven directly to the ship's main propulsion unit, e.g. a diesel engine, connected while the second propeller shaft by a second drive unit, e.g. an electric motor, directly is driven. This results in the very advantageous possibility to arrange the electric motor as a riding motor on a hollow shaft, which is arranged around the main drive shaft. So can very advantageous to the existing in known hollow shaft systems Gearbox be omitted, the space required for the electric motor and its periphery is reduced and it is easily possible, any direction of rotation for the To produce hollow shaft.

Drehschwingungsprobleme im Bereich der Verzahnung des bekannten Getriebes für den Antrieb der Hohlwelle werden mit Si cherheit vermieden. Die Wartung und Überwachung des Getriebes entfällt. Die Sicherheit und der Wirkungsgrad des Antriebssystems wird erhöht und die Redundanz gesteigert.Torsional vibration problems in the field of toothing of the known transmission for driving the Hollow shaft are avoided with Si security. The maintenance and monitoring the transmission is eliminated. The Safety and efficiency of the drive system is increased and the Redundancy increased.

In Ausgestaltung der bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Elektromotor ein auf die Hohlwelle aufgeschrumpften Polrad aufweist, wobei die Hohlwelle insbesondere zur Befestigung des Polrades einen angeformten Flansch aufweist, der einen Bestandteil der Hohlwelle bildet. Natürlich ist es auch möglich, die Polschuhe des Rotors direkt auf die Hohlwelle zu schrauben. Dabei entfällt jedoch die gute Zugänglichkeit und Montagefreundlichkeit. In beiden Fällen ergibt sich eine besonders einfache und robuste Ausführung für die Drehmomentübertragung vom Elektromotor auf die Hohlwelle, die verschleißfrei und auch schwingungsfrei arbeitet. Verkeilungs- oder Spannelemente, die verschleißen oder die sich lockern können, existieren nicht.In Embodiment of the preferred embodiment is provided in that the electric motor has a rotor wheel shrunk onto the hollow shaft has, wherein the hollow shaft in particular for attachment of the pole wheel having a molded flange which is a part of the hollow shaft forms. of course is it also possible screw the pole pieces of the rotor directly onto the hollow shaft. It is omitted however the good accessibility and easy to install. In both cases, a special results simple and robust design for the torque transmission from the electric motor to the hollow shaft, the wear-free and also works vibration-free. Wedging or clamping elements, the wear out or that can relax do not exist.

In einer anderen Ausbildung der bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Hohlwelle zur Befestigung des Polrades einen Klemmflansch aufweist. So ergibt sich eine Lösung für die Drehmomentübertragung, die besonders flexibel ist und dabei auch eine hohe Sicherheit für die Drehmomentübertragung ergibt. Es ist bei beiden Flanschausführungen vorgesehen, dass das Polrad des Elektromotors einen angeformten Innenring aufweist, dessen Innendurchmesser um Schrumpfmaß kleiner als der Außendurchmesser des Hohlwellenflansches ist. So ergibt sich die Möglichkeit eines Aufschrumpfens des Polrades mit einer genau bestimmten Größe des Traganteils der Schrumpffläche. Dies erhöht die Sicherheit der Schrumpfung.In another embodiment of the preferred embodiment is provided in that the hollow shaft for fastening the pole wheel has a clamping flange having. This results in a solution for torque transmission, which is particularly flexible and at the same time a high level of safety for torque transmission results. It is provided in both Flanschausführungen that the Polrad the electric motor has a molded inner ring whose Inner diameter around shrinkage smaller than the outside diameter the Hohlwellenflansches is. This results in the possibility a shrinkage of the pole wheel with a precisely determined size of the support component the shrinkage area. This increases the security of shrinkage.

In Ausgestaltung der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass zwischen dem Polrad und der Hohlwelle ein freier Ringraum ausgebildet ist, der für die Aufnahme und Hantierung von Sicherungselementen, z.B. Muttern mit Sicherungsringen für Verschraubungsbolzen von Polspulen des Polrades ermöglicht. So ergibt sich eine besonders gute und sichere Montagemöglich keit der Polspulen, die auch eine einfache Auswechselung von Polspulen ermöglicht. Der freie Ringraum innerhalb des Polrades ist groß genug, um auch Werkzeuge einzusetzen. Zu bedenken ist, dass die erfindungsgemäßen Elektromotoren bei großen, seegehenden Schiffen in der Größenordnung von 4 bis 20 MW liegen und ein entsprechend großes Polrad besitzen. Die Hauptantriebsaggregate leisten zwischen 20 und 100 MW.In Embodiment of the invention is further provided that between the pole wheel and the hollow shaft is formed a free annular space, the one for the Picking and handling of security elements, e.g. With nuts Circlips for Bolt of Polspulen the pole wheel allows. This results in a particularly good and safe mounting possible speed the pole coils, which is also a simple replacement of pole coils allows. The free annulus inside the pole wheel is big enough to use tools too. It should be noted that the electric motors of the invention at big, seagoing ships of the order of magnitude are from 4 to 20 MW and have a correspondingly large flywheel. The main drive units afford between 20 and 100 MW.

Es ist weiterhin erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Hohlwelle ein Axiallager aufweist, das vorzugsweise in der Nähe des Elektromotors angeordnet ist. So wird eine feste Axiallage des Polrades erreicht und eine Schubaufnahme des vom Propeller erzeugten Schubes in beide Richtungen ermöglicht (vorwärts/rückwärts).It is furthermore provided according to the invention, that the hollow shaft has a thrust bearing, which is preferably in nearby the electric motor is arranged. Thus, a fixed axial position of the Polrades reached and a thrust of the propeller generated Thrust in both directions allows (forward / backward).

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen „ dass der Elektromotor in beliebiger Drehrichtung und Drehzahl arbeitsfähig ausgebildet ist und z.B. einen unabhängigen Lüfter aufweist. So kann für den zweiten Propeller eine beliebige Drehrichtung gewählt werden. Außerdem ist der zweite Propeller sowohl für Voraus- als auch für Rückwärtsfahrt einsetzbar. Der Elektromotor wird dabei erfindungsgemäß über einen Stromrichter gespeist, so dass er bezüglich seiner Drehrichtung und seines Drehzahlbereiches stufenlos automatisiert an die jeweils günstigsten Verhältnisse zur Schub/Belastungsaufteilung während des Betriebes angepasst werden kann. Dies ist insbesondere wichtig, wenn mit ausgekuppelter (ausgefallener) Hauptmaschine gefahren wird, da dann die notwendigen Drehzahlen sich erheblich von denen unterscheiden, die bei einem Mitlaufen des hinteren Propellers notwendig sind.In a further advantageous embodiment of the invention is provided "that the electric motor in any direction and speed capable of working is formed and, for example, has an independent fan. So can be selected for the second propeller any direction of rotation. In addition, the second propeller can be used for both forward and reverse travel. The electric motor is fed according to the invention via a power converter, so that it can be adjusted continuously with respect to its rotational direction and its speed range automated to the most favorable conditions for thrust / load distribution during operation. This is particularly important when driving with the engine disengaged (failed), since then the necessary speeds are significantly different from those required when running the rear propeller.

Es ist dabei vorgesehen, dass der Elektromotor eine von dem Hauptantriebsaggregat unabhängige Energieversorgung aufweist, z.B. einen unabhängigen Dieselgeneratorsatz oder einen Gas- oder Dampfturbinengeneratorsatz. So ist eine Variabilität der Energieerzeugung für den vorderen Propeller möglich, die es ermöglicht, diesen mit Überschussenergie aus dem Bordnetz zu versorgen oder Überschussenergie aus der Maschinenanlage zu nutzen. Auch die Verwendung des boil-off von LNG-Tankern ist z.B. möglich, um den Treibstoffbedarf der Hauptmaschine zu verringern.It is provided that the electric motor one of the main drive unit independent Having power supply, e.g. an independent diesel generator set or a gas or Steam turbine generator set. Such is a variability of energy production for the front propeller possible, which makes it possible this with excess energy from the electrical system or surplus energy from the machinery to use. Also, the use of the boil-off of LNG tankers is e.g. possible, to reduce the fuel requirement of the main engine.

Eine höhere Verfügbarkeit von Elektroenergie im Bordnetz tritt besonders häufig bei Kreuzfahrtschiffen in den gemäßigten Breiten auf, da die Bordnetze von Kreuzfahrtschiffen auch für den Betrieb von Klimaanlagen in tropischen Gewässern oder von Heizungsanlagen in arktischen Gewässern ausgelegt sein müssen. Es steht hier also, ebenso wie bei den LNG-Tankern oder anderen Tankern, eine Leistungsreserve zur Verfügung, die für den Elektromotor genutzt werden kann. Gegenüber einem Generator an der Hauptmaschine haben unabhängige Generatoren oder Antriebsaggregate, wie Gas- bzw. Dampfturbinen, noch den Vorteil, dass bei einem Brand im Maschinenraum diese Antriebsaggregate weiter laufen, wenn eine entsprechende Abschottung der Aufstellungsorte vorgesehen ist.A higher Availability of electric power in the electrical system is particularly common in cruise ships in the temperate latitudes because the on-board systems of cruise ships are also suitable for the operation of Air conditioners in tropical waters or of heating systems in Arctic waters. It So here, as with LNG tankers or other tankers, a power reserve available, the for the electric motor can be used. Opposite a generator at the Main engine have independent Generators or drive units, such as gas or steam turbines, nor the advantage that in a fire in the engine room these drive units continue running if a corresponding foreclosure of the sites is provided.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Elektromotor für eine Leistungserzeugung von 10 bis 50 %, insbesondere von 20 bis 40 %, der Vortriebsleistung ausgebildet ist. So wird eine Antriebsredundanz erreicht, die eine Mindestfahrt von ca. 6 – 7 kn bei Ausfall der Hauptmaschine ermöglicht. Es ist weiterhin vorgesehen, dass zumindest einer der beiden Schiffspropeller, insbesondere der vordere Schiffspropeller, in einem Strömungsleitgehäuse, etwa einem Tunnel oder einer Düse, angeordnet ist. So kann ein höherer Schub bei kleineren Schiffsgeschwindigkeiten, wichtig z.B. bei Hafenmanövern gegen den Wind, erreicht werden.In Embodiment of the invention is provided that the electric motor for one Power generation of 10 to 50%, in particular 20 to 40%, the Propulsion power is formed. This is how drive redundancy becomes Achieved a minimum travel of about 6-7 knots in case of failure of the main engine allows. It is further provided that at least one of the two ship propellers, in particular the front propeller, in a Strömungsleitgehäuse, about a tunnel or a nozzle, is arranged. So can a higher Thrust at lower ship speeds, important e.g. at port maneuvers against the wind, be reached.

Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen näher erläutert, aus denen, ebenso wie aus den Unteransprüchen, weitere erfinderische Einzelheiten entnehmbar sind.The The invention will be explained in more detail with reference to drawings, from which, as well as from the dependent claims, further inventive details are removable.

Im einzelnen zeigen:in the single show:

1 die prinzipielle Anordnung des Antriebssystems im Heck eines großen, seegehenden Schiffs, 1 the basic arrangement of the propulsion system in the stern of a large, seagoing ship,

2 eine Hohlwelle mit aufgeschrumpftem Polrad des Elektromotors, 2 a hollow shaft with shrunk-on rotor of the electric motor,

3 die Strömungsverhältnisse im vorderen und hinteren Propeller und 3 the flow conditions in the front and rear propeller and

4 und 5 eine schematische Darstellung der Propellerblattsteigungen der Propeller unter Berücksichtigung der Axial- und Drallvektoren der Propeller in Abhängigkeit von den Propellerradien. 4 and 5 a schematic representation of the propeller blade pitches of the propeller, taking into account the axial and helical vectors of the propeller as a function of the propeller radii.

In 1 bezeichnet 1 die Hauptmaschine und 2 den Elektromotor mit seinem Stromrichter 3. Der Stromrichter 3 wird vorteilhaft durch einen Generatorsatz 4, ggf. durch mit Generatorsätze 5, 6, gespeist, die in gezeigter Weise einen Teil des Bordnetzes bilden können. In unmittelbarer Nähe des Elektromotors 2 ist vorteilhaft ein Flansch 9 angeordnet, der für eine Axialpositionierung des Elektromotors 2 sorgt. Das Hauptantriebsaggregat 1, z.B. ein Dieselmotor, wirkt über eine Welle auf den hinteren Propeller 7 und der Elektromotor 2 über eine Hohlwelle auf den vorderen Propeller 8. Die Propeller sind als gleich laufende Propeller gezeichnet und der vordere Propeller ist kleiner als der hintere Propeller ausgebildet. Bei einer kontrarotierenden Ausführung wären beide Propeller etwa gleich groß, aber wegen der Kavitationsneigung des hinteren Propellers und der auftretenden Vibrationen wird diese Ausführung als weniger vorteilhaft angesehen.In 1 designated 1 the main engine and 2 the electric motor with its power converter 3 , The power converter 3 is advantageous by a generator set 4 , possibly with generator sets 5 . 6 , fed, which can form part of the electrical system in the manner shown. In the immediate vicinity of the electric motor 2 is advantageous a flange 9 arranged, for an axial positioning of the electric motor 2 provides. The main drive unit 1 , eg a diesel engine, acts on the rear propeller via a shaft 7 and the electric motor 2 via a hollow shaft on the front propeller 8th , The propellers are drawn as equal propellers running and the front propeller is smaller than the rear propeller. In a contrarotating version, both propellers would be about the same size, but because of the cavitation tendency of the rear propeller and the vibrations that occur, this design is considered less advantageous.

Die Hauptmaschine 1 ist in dem angedeuteten Schiffsrumpf 20 angeordnet, der am Heck in eine Hacke 21 ausläuft. Hinter den beiden Propellern 7, 8 ist das Ruder 22 angeordnet, dass an eine Ruderbefestigung 23 angehängt ist. Die Hohlwelle, die nicht näher bezeichnet ist, ist durch die Wellendichtung 24 nach außen geführt, die sich im Endteil des Rumpfes 20 befindet. Mit 25 ist eine schaltbare Trennkupplung bezeichnet.The main engine 1 is in the indicated ship's hull 20 arranged at the rear in a hoe 21 expires. Behind the two propellers 7 . 8th is the helm 22 arranged on a rudder attachment 23 is attached. The hollow shaft, which is not specified, is through the shaft seal 24 led to the outside, located in the final part of the fuselage 20 located. With 25 is called a switchable disconnect clutch.

Die Anordnung des Hauptantriebsaggregats, die Länge der Wellen und die Anordnung der Generatoren sind nur als beispielhaft zu betrachten. Hier ist der jeweilige Schiffskonstrukteur in der Auslegung frei, er wird jedoch zur Erhöhung der Redundanz die Generatorsätze in einen von der Hauptmaschine 1 abgeschotteten Schiffsteil verlegen. Dieser Schiffsteil kann z.B. im Heck, im Bug oder im Bereich der Seitentanks liegen.The arrangement of the main propulsion unit, the length of the shafts and the arrangement of the generators are to be considered as exemplary only. Here, the respective ship designer is free in the design, but he is to increase the redundancy generator sets in one of the main engine 1 Lay the sealed ship part. This part of the ship may be in the stern, in the bow or in the area of the side tanks, for example.

In 2 bezeichnet 10 die Hohlwelle und 11 den angeformten Flansch, auf den das Polrad 13 mit den Polen 16 aufgeschrumpft ist. Die Pole 16 sind über Schraubenbolzen 14 mit dem Polrad 13 verbunden und durch den großen, entstehenden Raum 15 einer Hantierung zugänglich. Sie sind durch nicht näher bezeichnete Sicherungselemente gesichert. In der Nähe des Polrades 13 befindet sich ein Drucklager mit einem Flansch 12, das aber auch auf der anderen Seite des Elektromotors mit dem Polrad 13 angeordnet sein kann. Selbst eine Anordnung direkt an der Hauptmaschine ist möglich.In 2 designated 10 the hollow shaft and 11 the molded flange on which the pole wheel 13 with the poles 16 has shrunk. The poles 16 are over bolts 14 with the pole wheel 13 connected and through the large, emerging space 15 a handling accessible. They are secured by unspecified security elements. Near the pole wheel 13 there is a thrust bearing with a flange 12 but also on the other side of the electric motor with the pole wheel 13 can be arranged. Even an arrangement directly on the main engine is possible.

Insgesamt ergibt sich für die Montage des Elektromotors mit dem Polrad 13 und dem Polen 16 eine besonders einfache, sowohl für die Erstmontage als auch für die Reparaturarbeiten besonders geeignete Ausführung, die eine sichere, völlig schwingungsfreie und verschleißfreie Drehmomentübertragung vom Elektromotor auf die Hohlwelle zum Antrieb des vorderen Propellers erlaubt. Die Drehrichtung des Elektromotors ist beliebig. Die Anbringung des Elektromotors und seine Speisung durch einen Stromrichter kann also auch für eine kontrarotierende Ausführung gewählt werden.Overall results for the assembly of the electric motor with the pole wheel 13 and the poland 16 a particularly simple, particularly suitable for the initial assembly as well as for repair work execution, which allows a safe, completely vibration-free and wear-free torque transmission from the electric motor to the hollow shaft for driving the front propeller. The direction of rotation of the electric motor is arbitrary. The attachment of the electric motor and its supply by a power converter can therefore be selected for a kontrarotierende execution.

Eine kontrarotierende Ausführung ist im Rahmen der Funktion des Zweipropellerantriebs nicht vorgesehen, aber die erfindungsgemäße Hohlwelle mit dem direkt aufgeschrumpften Polrad ist auch für eine kontrarotierende Ausführung vorteilhaft. Eine kontrarotierende Ausführung wird, da der hintere Propeller in den Druckwellen des vorderen Propellers läuft und daher eine erhebliche Vibrations- und Kavitationsneigung auf weist, nicht vorgesehen. Die Mechanik des Zweipropellerantriebs wäre jedoch auch in erfinderischer Weise für einen derartigen Antrieb geeignet, der ggf. für kleinere Schiffe in Frage kommen könnte. Der erfindungsgemäße Antrieb ist für große Tanker oder für große Gefahrgutschiffe besonders geeignet.A Contrarotating version is not provided in the context of the function of the two-propeller drive, but the hollow shaft according to the invention with the directly shrunk flywheel is also for a contrarotating execution advantageous. A contrarotating design will, as the rear Propeller in the pressure waves of the front propeller is running and Therefore, a significant vibration and cavitation tendency has, not provided. The mechanics of the Zweipropellerantriebs would be synonymous in an inventive way for suitable for such a drive, which may be suitable for smaller vessels in question could. The drive according to the invention is for size Tanker or for size Dangerous goods vessels particularly suitable.

Der Schutzbereich der Erfindung umfasst daher die Anbringung und Funktion des Elektromotors auch für kontrarotierende Ausführungen.Of the Protection scope of the invention therefore includes the attachment and function the electric motor also for Contrarotating versions.

In 3 wird das hydrodynamische Wirkprinzip des erfindungsgemäßen Doppelpropellerantriebes verdeutlicht.In 3 the hydrodynamic operating principle of the double propeller drive according to the invention is clarified.

Zwei relativ dicht hintereinander angeordnete Propeller PR1 und PR2 mit den Durchmessern D1 bzw. D2 rotieren gleichsinnig um eine Achse mit den Drehzahlen n1 bzw. n2 und setzen die jeweiligen Input-Leistungen in die Schübe T1 bzw. T2 um. Dabei ist der Durchmesser des zweiten Propellers signifikant größer als der Durchmesser des ersten Propellers.Two relatively close together arranged propellers PR1 and PR2 with The diameters D1 and D2 rotate in the same direction about an axis with the speeds n1 and n2 and set the respective input services into the relapses T1 or T2 at. Here is the diameter of the second propeller significantly larger than the diameter of the first propeller.

Der im Schiffsnachstrom arbeitende Propeller PR1 erhält das Wasser mit der Zuströmgeschwindigkeit VA und erteilt dem Wasser eine Zusatzgeschwindigkeit VZ1, so dass der Propeller PR2 im Bereich des Durchmessers des ersten Propellers PR1 das Wasser mit der mittleren Zuströmgeschwindigkeit VA + VZ1 erhält. Im Kreisringgebiet außerhalb des inneren Durchmessers D1 bis zum Durchmesser D2 erhält der zweite Propeller PR2 das Wasser mit der ungestörten Zuströmgeschwindigkeit VA.Of the ship propulsion PR1 receives the water at the inflow velocity VA and gives the water an additional speed VZ1, so that the propeller PR2 in the range of the diameter of the first propeller PR1 receives the water with the mean inflow velocity VA + VZ1. In the district ring area outside the inner diameter D1 to the diameter D2 receives the second Propeller PR2 the water with the undisturbed inflow velocity VA.

Durch die Flügelinduktion der Propellerblätter des ersten Propellers PR1 wird ein Abstrom erzeugt, der das Wasser durch den ersten Propeller PRl nicht nur in axialer Richtung, sondern auch in tangentialer Richtung beschleunigt.By the wing induction the propeller blades of the first propeller PR1, an effluent is generated, which is the water by the first propeller PRl not only in the axial direction, but also accelerated in the tangential direction.

Durch die tangentiale Beschleunigung des Wassers geht ein Teil PT der Inputleistung P1 des ersten Propellers PR1 für die Schuberzeugung verloren (sog. Drallverluste). Bei geeigneter, erfindungsgemäßer Flügelgestaltung des Hinteren Propellers PR2 kann ein gewisser Anteil der Drallverluste PT wieder in axialen Schub umgewandelt werden und somit kann eine Verlustreduktion erfolgen.By the tangential acceleration of the water goes part PT of the Input power P1 of the first propeller PR1 lost for thrust generation (so-called swirl losses). With suitable, inventive wing design of the rear propeller PR2 can account for some of the swirl losses PT can be converted back into axial thrust and thus can a Loss reduction done.

Die Geometrie des Propellers PR1 lässt sich nach den üblichen Entwurfskriterien gestalten (optimieren).The Geometry of the propeller PR1 leaves yourself after the usual Design (optimize) design criteria.

Es lassen sich vier Wirkprinzipien des erfindungsgemäßen Antriebes unterscheiden:

1. Normalbetrieb: P2 > = P1, n2 < = n1
2. Redundanzfall mit blockierter Welle des Propellers PR2: n2 = 0, P2 = PT, n2 = 0
3. Redundanzfall mit freilaufender (nicht angetriebener) Welle des Propellers PR2: P2 = PT, n2 beliebig.
4. Redundanzfall mit stehendem oder frei mitlaufendem vorderen Propeller: n1 beliebig.

It is possible to distinguish four active principles of the drive according to the invention:

1. Normal operation: P2> = P1, n2 <= n1
2. Redundancy case with blocked shaft of the propeller PR2: n2 = 0, P2 = PT, n2 = 0
3. Redundancy case with free-running (not driven) shaft of propeller PR2: P2 = PT, n2 arbitrary.
4. Redundancy case with stationary or free-running front propeller: n1 arbitrary.

Vereinfachend wird dabei angenommen, dass die im Strahl des ersten Propellers PR1 enthaltende Drallleistung PT voll für die Schubumsetzung im zweiten Propeller PR2 zur Verfügung steht. Dann entspricht der Wirkungsgrad dem Wirkungsgrad eines kontrarotierenden Propellers, ohne dass die Vibrationen und die Kavitationsneigung des zweiten Propellers in Kauf genommen werden müssen.simplistically It is assumed that the in the beam of the first propeller PR1 containing spin power PT full for the thrust conversion in the second Propeller PR2 available stands. Then the efficiency corresponds to the efficiency of a contrarotating Propellers, without the vibrations and the cavitation tendency of the second propeller must be accepted.

Im Redundanzfall 2 mit blockierter Welle wird vom hinteren Propeller kein zusätzlicher positiver Schub T2 erzeugt, sondern dieser Propeller erzeugt einen zusätzlichen nicht unerheblichen Schiffswiderstand (negativer Schub).in the Redundancy case 2 with blocked shaft is from the rear propeller no additional generates positive thrust T2, but this propeller produces a additional not insignificant ship resistance (negative thrust).

Im Durchmesserbereich D1 des ersten Propellers kann bei einer geeigneten geometrischen Ausbildung der hintere Propeller wie ein Leitgitter wirken und somit einen wesentlichen Teil der Drallverluste des ersten Propellers kompensieren.in the Diameter range D1 of the first propeller can be at a suitable geometric design of the rear propeller as a guide grille act and thus a significant part of the swirl losses of the first Compensate for propellers.

Der Fall 3 ist mit dem Wirkprinzip des Grimschen Leitrades (gesamte Antriebsleistung wird dem Propeller PR1 zugeführt und der hintere Propeller läuft frei mit bzw. wird von den Drallverlusten des vorderen Propellers angetrieben) identisch. Das Wirkprinzip des Grimschen Leitrades gestattet die Drallverluste in Höhe von 3 bis 15 % für eine zusätzliche Schuberzeugung nutzbar zu machen und so im Vergleich zu einem einfachen Propellerantrieb eine Wirkungsgradsteigerung bis zu 10 % (Literaturangaben) zu ermöglichen.Of the Case 3 is with the operating principle of Grimschen stator (entire Drive power is supplied to the propeller PR1 and the rear propeller runs free with or is driven by the swirl losses of the front propeller) identical. The operating principle of Grimschen stator allows the Swirl losses in height from 3 to 15% for an additional thrust generation usable and so compared to a simple propeller drive to increase the efficiency by up to 10% (literature data).

Alle drei Wirkprinzipien des erfindungsgemäßen Doppelpropellerantriebes haben prinzipiell unterschiedliche geometrischhydrodynamische Forderungen an die wirkungsgradoptimale Gestaltung des hinteren Propellers, insbesondere im Bereich des inneren Durchmessers D1 zur Folge und die (gesamt-)systembedingte Beschleunigung des Wassers, dargestellt als Gesamtzusatzgeschwindigkeit VZ. Dies hängt vom Einsatzfall ab. Je nach Anwendungsfall trägt daher die spezielle Geometrie des hinteren Propellers Kompromisscharakter, wobei durch die Verwendung eines Verstellpropellers für den Fall 2 eine einfache Propellergeometrie mit hohem Wirkungsgrad gewählt werden kann.All three active principles of the invention double propeller drive have in principle different geometric hydrodynamic requirements the optimal efficiency of the rear propeller, especially in the region of the inner diameter D1 result and the (overall) system-related acceleration of the water, shown as total additional speed VZ. This depends on the application. ever according to use case Therefore, the special geometry of the rear propeller compromise character, whereby by the use of a variable pitch propeller for the case 2 a simple propeller geometry with high efficiency can be selected can.

Im Vergleich zu kontrarotierenden Anordnungen ist das gleichsinnig angetriebene Zweipropellersystem gemäß der Erfindung deutlich schwingungsärmer, da die Relativgeschwindigkeiten beider Propeller sich einmal proportional zu n1 + n2 (gegenläufiges) und einmal proportional zu n1 – n2 beim gleichläufigen erfindungsgemäßen System verhalten.in the Compared to contrarotating arrangements, this is the same direction driven Zweipropellersystem according to the invention significantly lower vibration, since the relative speeds of both propellers once proportional to n1 + n2 (opposite) and once proportional to n1 - n2 in the same direction inventive system behavior.

Da beim gleichläufigen erfindungsgemäßen System auch eine gewisse Drallreduktion erreichbar ist, bietet auch in diesem Sinne ein gegenläufiges System keine Vorteile, sondern es ergeben sich demgegenüber erhebliche Nachteile.There in the same direction inventive system also a certain swirl reduction is achievable, also offers in In this sense an opposing system no advantages, but there are considerable disadvantages in contrast.

In den 4 und 5 ist unter Bezugnahme auf die Geschwindigkeitsdarstellung von 3 die spezielle Ausbildung der Propellerblätter der hinteren Propeller in Bezug auf ihre Steigung ersichtlich. Die Geschwindigkeitsvektoren des Dralls sind als gebogene Pfeile dargestellt. Die Propellerblattquerschnitte sind schematisch als über den Durchmesser variierende Steigungsflächen dargestellt.In the 4 and 5 is with reference to the velocity representation of 3 the special design of the propeller blades of the rear propeller in terms of their pitch can be seen. The velocity vectors of the spin are shown as curved arrows. The propeller blade cross-sections are shown schematically as varying over the diameter slope surfaces.

Die Bezeichnung der Vektoren entspricht den in der Propellertechnik üblichen, dem Fachmann ohne weiteres verständlichen Bezeichnungen.The Designation of the vectors corresponds to those customary in propeller technology, the skilled person readily understand Designations.

Claims

Two propeller drive for large, seagoing ships with a front and a rear propeller, the two propellers independently coaxial with each other and with the same direction of rotation continuously tight are arranged one behind the other and being between the front and the rear propeller is a space free from flow guide elements.

Zweipropellerantrieb according to claim 1, characterized that the two propellers with their drives with different Speeds are designed operable.

Zweipropellerantrieb according to claim 1 or 2, characterized characterized in that one of the two propellers on a first (Main) propeller shaft and the other propeller on a second Propeller shaft is arranged.

Zweipropellerantrieb according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the first (main) propeller shaft as Solid shaft and the second propeller shaft designed as a hollow shaft is, which runs around the solid shaft.

Zweipropellerantrieb according to claim 1, 2 or 3, characterized characterized in that the main propeller shaft in the ship stem and the second propeller shaft in the rudder suspension or in the rudder blade of the ship are arranged.

Zweipropellerantrieb according to claim 1, 2, 3, 4 or 5, characterized in that the two propellers different Have diameter.

Zweipropellerantrieb according to claim 1, 2, 3, 4, 5 or 6, characterized in that the rear propeller in the interior Area a free passage area for the Propeller jet of the front propeller, so an area without Propeller blade overlap has.

Zweipropellerantrieb according to claim 7, characterized that the rear propeller makes a gradient jump between inner and outer area wherein the inner region is about the diameter of the front Propellers has.

Two-propeller drive according to claim 8, characterized in that that the slope and tread design of the rear propeller in the inner area is such that the swirl energy from the water jet the front propeller at least partially convertible into thrust energy is.

Zweipropellerantrieb according to one or more of the preceding claims, characterized ge indicates that the second propeller is designed as a variable pitch propeller, in particular as a pitch propeller with feathering.

Zweipropellerantrieb after one or more of previous claims, characterized in that the first (main) propeller shaft through a ship's main propulsion unit, e.g. a diesel engine, powered is while the second propeller shaft through a second drive unit, e.g. an electric motor, directly driven.

Zweipropellerantrieb according to claim 4 and 11, characterized in that the electric motor is shrunk onto the hollow shaft Polrad has.

Zweipropellerantrieb according to claim 12, characterized in that that the hollow shaft for fixing a pole wheel of the electric motor having a molded flange which is a part of the hollow shaft forms.

Zweipropellerantrieb according to claim 12 or 13, characterized characterized in that the hollow shaft for attachment of the pole wheel having a clamping flange.

Zweipropellerantrieb according to claim 12, 13 or 14, characterized in that the pole wheel of the electric motor a molded inner ring whose inner diameter to the required Shrinkage smaller as the outer diameter the Hohlwellenflansches is.

Zweipropellerantrieb according to claim 12, 13, 14, or 15, characterized in that between the pole wheel and the hollow shaft a free annular space is formed, which is the reception and handling of Fuse elements, e.g. Nuts with retaining rings, for bolting of pole coils of the pole wheel allows.

Zweipropellerantrieb according to claim 12, 13, 14, 15 or 16, characterized in that the hollow shaft is a thrust bearing has, which is preferably arranged in the vicinity of the electric motor is.

Two-propeller drive according to claim 12, 13, 14, 15, 16 or 17, characterized in that the electric motor in any Direction of rotation and speed is designed to work and, for. an independent one Fan having.

Two-propeller drive according to claim 12, 13, 14, 15, 16, 17 or 18, characterized in that the electric motor via a Power converter is fed.

Zweipropellerantrieb after one or more of claims 12 to 19, characterized in that the electric motor one of independent of the main engine Having power supply, e.g. an independent diesel generator set or a gas or steam generator set.

Zweipropellerantrieb after one or more of claims 12 to 20, characterized in that the electric motor with the On-board network is connected and fed from it.

Zweipropellerantrieb after one or more of claims 12 to 21, characterized in that the electric motor for power generation from 10 to 50% of the propulsive power of the ship, in particular from 20 to 40% of the propulsive power is formed.

Zweipropellerantrieb after one or more of previous claims, characterized in that the two ship propellers different Gradients for her propeller blades exhibit.

Zweipropellerantrieb after one or more of previous claims, characterized in that the rear ship propeller with respect on his slope conditions over the Diameter considering the different propeller diameters is trained.

Zweipropellerantrieb according to one or more of the preceding claims, characterized in that the main shaft is a switchable separating clutch ( 25 ) having.

Zweipropellerantrieb after one or more of previous claims, characterized in that, in particular for shallow vessels at least one of the two ship propellers, especially the front propeller, in a Strömungsleitgehäuse, about a tunnel or a nozzle, is arranged.

Zweipropellerantrieb after one or more of previous claims, characterized in that the rear (main propeller) a nozzle ring on about the diameter of the front Propellers has.