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WO2000027696A1 - Redundante vorrichtung mit gegenläufigen propellern für antrieb von schiffen oder sonstigen maritimen objekten - Google Patents

Redundante vorrichtung mit gegenläufigen propellern für antrieb von schiffen oder sonstigen maritimen objekten Download PDF

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WO2000027696A1
WO2000027696A1 PCT/DE1999/003575 DE9903575W WO0027696A1 WO 2000027696 A1 WO2000027696 A1 WO 2000027696A1 DE 9903575 W DE9903575 W DE 9903575W WO 0027696 A1 WO0027696 A1 WO 0027696A1
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WO
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ships
propeller
drive
drive device
propellers
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French (fr)
Inventor
Constantin Gallin
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Siemens AG
Schottel GmbH and Co KG
Siemens Corp
Original Assignee
Siemens AG
Schottel GmbH and Co KG
Siemens Corp
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Definitions

  • the invention relates to a device for the propulsion of ships or other maritime objects, which is equipped with counter-rotating propellers, each propeller with the associated shaft, the drive motor, the support and pressure bearings forming a drive module which is completely independent in operation and independent of others Drive elements is separated.
  • Counter-rotating propellers arranged one behind the other for ship propulsion systems have been known for a long time and are already part of the prior art. Compared to conventional ship propulsion systems with one, two or more propellers arranged side by side, all propulsion systems with counter-rotating propellers differ in their higher propulsion efficiency.
  • the present invention has for its object to provide a marine propulsion system that takes advantage of two counter-rotating propellers, but in particular by a simple, easy to build, maintain or repair a higher operational reliability or redundancy.
  • each of the two counter-rotating propellers has its own drive and belongs to a separate drive module.
  • the two drive modules are housed in the same fuselage, but the power transmission is not physically affected.
  • the maximum possible redundancy is achieved by dividing the power into two separate drive modules, which are fed by independent energy sources and, if desired, are still separated from each other in the fuselage in a watertight manner.
  • the hydrodynamically favorable hull according to this invention equipped with two counter-rotating propulsion units, can be fixed in the rear or front part or under the bottom of a ship or maritime object, retractable or rotatable.
  • this device gives a ship or maritime object the same advantages which the devices known on the market under the name "rudder propeller” (in English “A-rimuth Thruster” or “Azipod”) are promised.
  • the two propellers are each driven directly by their own electric motor.
  • both propellers or at least one of the proposed drive devices are driven by electric motors.
  • this device offers it all known advantages of diesel or turboelectric drives on ships (space savings, light
  • This drive module is then installed in the rudder spur or supported by a suitable construction, the propeller of the drive module being arranged directly opposite and coaxially according to vome, the conventional propeller and rotating in opposite directions.
  • FIG 1 with (1) is a hollow hull with a hydrodynamically favorable shape.
  • a propeller (2) is attached to a shaft (3) which is driven directly by the rotor (4) of an electric motor.
  • the stator (5) of the electric motor is attached to the fuselage (1).
  • the shaft (3) is supported on the two support bearings (6) and the propeller insert is held up by the thrust bearing (7), whereby a support bearing (6) and the thrust bearing (7) can be combined coristively.
  • the electric motor, support and thrust bearings are placed on suitable foundations (8).
  • the hull (1) is closed on the side of the thrust bearing with a bulkhead (9) or another symmetrical hull, and on the propeller side the shaft is provided with a seal (10) that is common in shipbuilding.
  • the entire device described here thus forms a drive module.
  • Figure 2 shows two drive modules (11), which are arranged "back to back” in a common fuselage (12).
  • a wall (9) or just a simple suitable construction separates or supports the inner end of the two drive modules (11).
  • the common hull (12) is fixed, rotatable, or retractable to a boat, ship, pontoon or offshore platform
  • Fig. 3 shows another possible application of the invention as an example.
  • a hydrodynamic hull (13) contains only a single drive module (11) and is installed in a rudder spur (14) adapted for this purpose.
  • the hull (13) with the propeller (2) lies behind the conventional propeller (15) of a screw-in ship, the two propellers (2) and (15) being coaxial, rotating in opposite directions and having no physical contact with one another.
  • the application example shown here remains valid for two- or multi-screw ships. If there is no rudder with spur, this can be replaced with a suitable construction to which the hull (13) is attached.
  • a second hull (13) with a second propulsion module (11) can also be used, whereby this is turned upside down in the longitudinal direction, ie with its propeller (2) arranged to the rear.
  • the propellers (2) of the two drive modules are co-axial and counter-rotating.
  • a solution to the problem would consist of two counter-rotating propellers arranged one behind the other because of the power distribution and their high overall efficiency.
  • the two propellers are driven by two concentric shafts.
  • the special bearing between the two shafts is not accessible from the outside and is difficult to repair. It forms the weak point, the "Achilles heel" of the system, where the energy flows also affect the propellers. This questions the redundancy of the entire system.
  • the modules can also be installed in a rudder spur or stern leg of a conventional ship, rotating in opposite directions.
  • the possible uses of the invention include all fast and demanding ship types, such as, for example, ferry, cruise, cooling and container ships, as well as offshore platforms or even naval ships.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für Schiffe oder sonstige maritime Objekte mit gegenläufigen Propellern, die aus zwei gleichen oder ähnlichen Antriebsmodulen besteht, die jeweils in einem hydrodynamisch günstig geformten Rumpf (1) "Rücken an Rücken" angeordnet sind und gegenläufig drehen, wobei jedes Modul (11) aus einem Propeller (2), einer Propellerwelle (3), einem Elektromotor (4, 5), zwei Traglagern (6) und einem Drucklager (7) oder einer Kombination davon mit den dazugehörigen Fundamenten (8) zusammengesetzt wird.

Description

Redundante Vorrichtung mit gegenläufigen Propellern für Antrieb von Schiffen oder sonstigen maritimen Objekten
Beschreibung
Die Erfindung betriff- eine Vorrichtung für den Antrieb von Schiffen oder sonstigen maritimen Objekten, die mit gegenläufigen Propellern ausgestattet ist, wobei jeder Propeller mit der dazugehörigen Welle, dem Antriebsmotor, den Trag- und Drucklagern ein Antriebsmodul bildet, der betriebsmäßig vollständig unabhängig und von anderen Antriebsorganen getrennt ist.
Gegenläufige, hintereinander angeordnete Propeller für Schiffsantriebe sind schon lange bekannt und gehören bereits zum Stand der Technik. Gegenüber der konventionellen Schiffsantriebe mit einem, zwei oder mehreren nebeneinander angeordneten Propellern, unterscheiden sich alle Antriebssysteme mit gegenläufigen Propellern durch einen höheren Propulsionswirkungsgrad.
Bei bekannnten Schiffsantriebsanlagen mit gegenläufigen Propellern werden die Propeller durch zwei konzentrische, sich gegenläufig drehende Wellen angetrieben, wobei die innere Antriebswelle in der äußeren Antriebswelle durch ein spezielles Lager gehalten wird. Koiislruktionsbedingt ist dieses Lager von außen nicht zugänglich und daher nur erschwert zu warten oder zu reparieren. Auch die Schmierung und Abdichtung einer derartigen Konstniktion ist kein leichtes technisches Problem. Die ganze Antriebsanlage ist daher sehr kompliziert und störanfällig, was eine Erklärung dafür ist, daß trotz höherer Propulsionswir ungsgrade Schiffsantriebsanlagen mit gegenläufigen Propellern nur sehr langsam, wenn überhaupt, in der Schiffahrt Akzeptanz finden. Wegen der strengen Sicherheitsbestimmungen für Besatzungen und Passagieren, wegen der Gefahren für die Umwelt und weil Schiffe in der Regel große Investitionen sind, wird gegenwärtig gerade der Redundanz von Antrieben für Schiffe und maritime Objekte große Bedeutung zugesprochen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Schiffsantriebsanlage zu schaffen, die die Vorteile von zwei gegenläufigen Propellern ausnützt, jedoch insbesondere durch eine einfache, leicht zu bauende, zu wartende oder zu reparierende Gestaltung eine höhere Betriebssicherheit bzw. Redundanz aufweist.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß jeder der beiden gegenläufigen Propeller seinen eigenen Antrieb hat und zu einem getrennten Antriebsmodul gehört. Durch „Rücken an Rücken" Anordnung von zwei gleichen oder ähnlichen solcher Module, die in einem hydrodynamisch günstig geformten Rumpf untergebracht sind, bekommt man eine Antriebsvorrichtung, die die Vorteile von zwei gegen-
*) Siehe Literaturhinweise auf Seite 5 läufigen Propellern besitzt, jedoch die Nachteile, d.h. die konzentrischen Wellen und insbesondere die
Lager zwischen den beiden, eine Art „Achillesferse", elirniriiert.
Wenn jedoch bei den bis jetzt bekannten Antriebsanlagen mit gegenläufigen Propellern aus Redundanzgründen jeder der beiden Propeller seinen eigenen Antrieb mit unabhängigen Energiequellen bekommt, dann bleibt noch immer das spezielle Lager zwischen den konzentrischen Wellen als eine Art "Flaschenhals", wo die Energieflüsse tangieren und im Falle von örtlichen Störungen die Redundanz des gesamten Antriebssystems in Frage stellt.
Im Gegensatz, nach der vorliegenden Erfindung werden zwar die beiden Antriebsmodule in demselben Rumpf untergebracht, aber die Leistungsübertragung tangiert physisch nicht.
Mit der Leistungsaufteilung auf zwei getrennte Antriebsmodule, die von unabhängigen Energiequellen gespeist werden und, falls erwünscht, noch voneinander wasserdicht im Rumpf getrennt sind, wird die maximal mögliche Redundanz erreicht.
Der hydrodynamisch günstige Rumpf, laut dieser Erfindung mit zwei gegenläufigen Antriebseinheiten ausgerüstet, kann im hinteren oder vorderen Teil oder unter dem Boden eines Schiffes oder maritimen Objektes fest, einzieh- oder drehbar angebracht werden.
Dadurch gibt diese Vorrichtung einem Schiff oder maritimem Objekt die gleichen Vorteile , welche den Vorrichtungen, die auf dem Markt unter der Bezeichnung "Ruderpropeller" (in Englisch "A-rimuth Thruster" oder "Azipod") bekannt sind, zugesagt werden.
Die wichtigsten Vorteile solcher Antriebsvorrichtungen sind die Erhöhung der Antriebsleistung und der Manövrierfähigkeit eines Schiffes.
Mit den gegenwärtigen harten Anforderungen an höhere Dienstgeschwindigkeiten und Steuerfähigkeiten von, zum Beispiel, Fähren, Passagier-, Kühl-,u. Contamerschiffen, gewinnen die genannten Vorteile stets mehr an Bedeutung. Die dafür benötigten großen Antriebsleistungen können trotz dem meist beschränkten Tiefgang derartiger Schiffe noch einigermaßen technisch und wirtschaftlich vernünftig untergebracht werden.
Von besonderem weiteren Vorteil ist es, daß gemäß der Erfindung die beiden Propeller von jeweils einem eigenen elektrischen Motor direkt angetrieben wird.
Die sonst bei den bekannten Schiffsantrieben mit gegenläufigen Propellern für die Leistungsaufteilung erforderlichen Planeten-, o. Stirnrad-, o. Winkelgetriebe entfallen nach der vorliegenden Erfindung gänzlich.
Schiffsgetriebe im Allgemeinen werden von Reedern zu Recht als mögliche Störungsquelle angesehen.
Schließlich ist es auch von Vorteil, daß beide Propeller oder zumindest einer der vorgeschlagenen Antriebsvorrichtungen von Elektromotoren angetrieben werden. Dadurch bietet diese Vorrichtung alle bekannten Vorteile der diesel- oder turboelektrischen Antriebe auf Schiffen (Raumersparnisse, leichte
Steuerung, Wartung und Reparaturen), wobei die Nachteile davon (zusätzliche Investitionen und Wirkungsgradverluste) durch den Wirkungsgradgewinn der gegenläufigen Propeller zumindest teilweise kompensiert werden.
Bei einigen Schiffsneubauten oder besonders -umbauten, die ein mehr oder weniger konventionelles Hinterteil haben und mit den üblichen Antriebsanlagen ausgerüstet werden oder sind, kann auch nur ein einziges Antriebsmodul nach dieser Erfindung verwendet werden. Dieses Antriebsmodul wird dann in den Rudersporn eingebaut oder von einer dafür geeigneten Konstruktion gestützt, wobei der Propeller des Antriebsmoduls nach vome, dem konventionellen Propeller direkt gegenüber und co- axial angeordnet wird und gegenläufig dreht.
Die Erfindung wird in den drei beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen nachfolgend näher erläutert.
In Abbildung 1 mit (1) ist ein hohlerRumpf mit hydrodynamisch günstiger Form bezeichnet. Ein Propeller (2) ist an einer Welle (3) angebracht, die von dem Rotor (4) eines Elektromotors direkt angetrieben wird. Der Stator (5) des Elektromotors ist an dem Rumpf (1) befestigt. Die Welle (3) stützt sich auf die beiden Traglager (6), und der Propellereinschub wird von dem Drucklager (7) entgegengehalten, wobei ein Traglager (6) und das Drucklager (7) koristruktiv kombiniert werden können. Elektromotor, Trag- und Drucklager werden auf geeignete Fundamente (8) gesetzt. Der Rumpf (1) wird an der Seite des Drucklagers mit einem Schott (9) oder durch einen anderen symmetrischen Rumpf geschlossen, und an der Propellerseite wird die Welle mit einer im Schiffbau üblichen Abdichtung (10) versehen. Die gesamte hier beschriebene Vorrichtung bildet somit ein Antriebsmodul.
In Abbildung 2 sind zwei Antriebsmodule (11) dargestellt, die "Rücken an Rücken" angeordnet in einem gemeinsamen Rumpf (12) untergebracht sind. Eine Wand (9) oder nur eine einfache geeignete Konstruktion trennt bzw. stützt das innere Ende der beiden Antriebsmodule (11). Der gemeinsame Rumpf (12) wird an einem Boot, Schiff, Ponton oder Offshoreplattform fest-, dreh-,oder einziehbar montiert
In Abb. 3 ist eine andere Anwendungsmöglichkeit der Erfindung als Beispiel dargestellt. Ein hydrodyrjarnischer Rumpf (13) enthält in diesem Falle nur ein einziges Antriebsmodul (11) und ist in einem dafür angepaßten Rudersporn (14) eingebaut. Der Rumpf (13) mit dem Propeller (2) liegt hinter dem konventionellen Propeller (15) eines Einschraubenschiffes, wobei die beiden Propeller (2) und (15) co-axial sind, gegenläufig drehen und keinen physischen Kontakt miteinander haben. Das hier gezeigte Anwendungsbeispiel bleibt im Prinzip auch für Zwei- oder Mehrschraubenschiffe gültig. Wenn kein Ruder mit Sporn vorhanden ist, kann dieser mit einer geeigneten Konstruktion, an der der Rumpf (13) befestigt wird, ersetzt werden.
Falls das Hinterteil des Schiffes, Pontons oder der Offshoreplattform wie üblich im Schiffsbau gestaltet ist und dabei keine konventionelle Antriebsanlage mit Propeller (15) vorhanden ist, dann kann dort auch ein zweiter Rumpf (13) mit einem zweiten Antriebsmodul (11) verwendet werden, wobei dieser umgedreht in der Längsrichtung, d.h. mit seinem Propeller (2) nach hinten angeordnet wird. In diesem Falle sind die Propeller (2) der beiden Antriebsmodule co-axial und gegenläufig drehend.
Redundande Vorrichtung mit gegenläufigen Propellern für Antrieb von Schiffen oder sonstigen maritimen Objekten
Handelsschiffe werden aus Konkurenzgründen immer schneller. Die dafür benötigten Antriebsleistungen bzw. Antriebsorgane sind oft schwer technisch zu realisieren und wirtschaftlich zu betreiben.
Ausserdem wird, aus Sicherheitsgründen, für den Umweltschutz und wegen der hohen Investitionen der Schiffahrt, gegenwärtig grossen Wert auf die Redundanz der Antriebsanlage gelegt.
Eine Lösung des Problems würde aus zwei hintereinander angeordneten gegenläufig drehenden Propellern, wegen der Leistungsaufteilung und deren hohen Gesamtwirkungsgrad, bestehen. Bei den bis jetzt bekannten Antriebsanlagen dieser Art wereden die beiden Propeller durch zwei konzentrische Wellen angetrieben. Das spezielle Lager zwischen der beiden Wellen ist aber von aussen nicht zugänglich und schwer zu reparieren. Es bildet den schwachen Punkt, die "Achillesferse" der Anlage, wo auch die Energieflusse zu den Propellern tangieren. Die Redundanz des gesamten Systems ist dadurch in Frage gestellt.
Dieses grosse Hindernis wird durch die Erfindung beseitigt. Sie besteht aus zwei Antriebsmodulen mit jeweils einem Propeller, der von einem eigenen elektrischen Motor unabhängig angetrieben wird.
Durch die"Rücken an Rücken" Anordnung von zwei ähnlichen Modulen in einem hydrodynamischgünstigen Rumpf unter oder hinter dem Schiff, bekommt man eine Antriebsvorrichtung, die die Vorteile von zwei gegenläufigen Propellern besitzt, aber ohne den genannten Nachteil.
Ausserdem können die Modulen laut Erfindung auch in einem Rudersporn oder Hintersteven eines konventionellen Schiffes, gegenläufig drehend, eingebaut werden.
Zu den Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehören alle schnelle und anspruchsvolle Schiffstypen, wie zum Beispiel F hr-, Kreuzfahrt-, Kühl- und Containerschiffe sowie Off- shoreplattformen oder sogar Marineschiffen.

Claims

Patentansprüche
1. Antriebsvorrichtung für Schiffe oder sonstige maritime Objekte mit gegenläufigen Propellern dadurch gekennzeichnet, daß sie aus zwei gleichen oder ähnlichen Antriebsmodulen besteht, die jeweils in einem hydrodynamisch günstig geformten Rumpf (1) "Rücken an Rücken"angeordnet sind und gegenläufig drehen, wobei jedes Modul (11) aus einen Propeller (2), einer Propellerwelle (3), einem Elektromotor (4+5), zwei Traglagern (6) und einem Drucklager (7), oder einer Kombination davon mit den dazugehörigen Fundamenten (8) zusammengesetzt wird.
2. Antriebsvorrichtung für Schiffe oder sonstige rnaritime Objekte nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Propeller (2) an jedem Ende eines hydrodynamisch günstigen Rumpfes (12) montiert sind und gegenläufig drehen.
3. Antriebsvorrichtung für Schiffe oder sonstige maritime Objekte nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Antriebsmodule (11) betriebsrnäßig vollständig unabhängig sind und getrennt mit Energie versorgt werden.
4. Antriebsvorrichtung für Schiffe oder sonstige maritime Objekte nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Rumpf (12), in welchem die beiden Antriebsmodule (11) untergebracht sind, an dem Unterwasserkörper eines Bootes, Schiffes, Pontons oder einer Offshoreplattform fest-, dreh-, oder einziehbar montiert wird.
5. Antriebsvorrichtung für Schiffe oder sonstige mairitime Objekte nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Elektromotoren (4+5), die jeweils einen gegenläufigen Propeller (2) antreiben vollständig getrennt und co-axial sind, wobei bei jedem Motor der Rotor (4) an der Propellerwelle (3) und der Stator (5) an dem hydrodynamisch günstigen Rumpf (1) befestigt wird.
6. Antriebsvorrichtung für Schiffe oder sonstige maritime Objekte nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß sie keine konzentrischen Wellen, kein spezielles Lager und spezielle Abdichtungen zwischen den konzentrischen Wellen und keine Planeten-, Stirnrad- oder Kegelgetriebe benötigt.
7. Antriebs Vorrichtung für Schiffe oder sonstige maritime Objekte nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Schiff oder sonstigem maritimen Objekt, Neubau oder Umbau, ausgerüstet mit einem, zwei oder mehreren konventionellen Propellern (15) nebeneinander, jeweils hinter jedem Propeller nur ein Antriebsmodul (11) in dem dazugehörigen Ruderspom (14) oder einer dazu geeigneten Konstruktion befestigt wird, und dessen Propeller (2) co-axial und gegenläufig zu dem entsprechenden konventionellen Propeller (15) dreht.
8. Antriebsvorrichtung für Schiffe oder sonstige maritime Objekte nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß zwei Antriebsmodule (11) vorgesehen werden, wobei einer in dem Rudersporn (14) oder einer dafür geeigneten Konstruktion und das andere in dem Hintersteven (16) eines mehr oder weniger konventionellen Schiffes, Neu- oder Umbau, eingebaut werden, nachdem der konventionelle Propeller (15) elirniniert wird, wobei die Propeller (2) der Antriebsmodule (11) gegenüber und co-axial stehen und gegenläufig drehen.
PCT/DE1999/003575 1998-11-11 1999-11-10 Redundante vorrichtung mit gegenläufigen propellern für antrieb von schiffen oder sonstigen maritimen objekten Ceased WO2000027696A1 (de)

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