專利名稱：船舶推進裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及這樣的船舶推進和/或轉(zhuǎn)向單元裝置，其至少部分地被水包圍，該裝置包含一個電動機，其位于由單元壁所形成的基本上密封的腔室內(nèi)，一個與所述電動機相聯(lián)的推進器軸，其具有一個安裝在所述腔室外部的推進器或類似設(shè)備，用于將作為運動能的電動機動力傳遞給周圍的水。本發(fā)明還涉及一種控制上述推進和/或轉(zhuǎn)向單元中流體流動的方法。本發(fā)明也涉及一種用于改善上述推進和/或轉(zhuǎn)向單元中推進設(shè)備的電動機冷卻效率的裝置。
以前已知的是用于船舶或類似設(shè)備在水面上運行的推進單元，所述設(shè)備包含在實際的船體外部的一個基本密封的腔室，在該腔室內(nèi)大部分布置有一個電動機。電動機軸或者直接或者通過一個適當(dāng)?shù)凝X輪裝置作為一個推進器軸，在腔室的外部固定有一個用于將電動機動力傳遞給驅(qū)動船舶的水流的推進器。在大多數(shù)現(xiàn)代裝置中，這種腔室另外可繞垂直軸轉(zhuǎn)旋地安裝，在此情況下該設(shè)備同時起船舶推進和轉(zhuǎn)向機構(gòu)的作用。本申請人提供商標(biāo)為Azipod(TM)的這種設(shè)備。
這種所謂的艙室布置在水面以下，至少是它們的主要部分，并常常布置一個通過垂直軸管或類似物與船體內(nèi)部的連接。至少當(dāng)船舶在水中時，例如用于進行維修的入口經(jīng)由該連接，維修通常有點麻煩。然而，因為水下軸裝置與該裝置連接，在該裝置中，軸的一部分在腔室的內(nèi)部，而其它部分在腔室的外部，因此通常有泄漏的可能性，在該腔室內(nèi)，這種泄漏必須檢測且必須阻止腔室中水位的任何可能的上升。因為腔室經(jīng)常位于很冷的水中，所以同時存在危險例如冷空氣中的濕氣凝結(jié)在腔室壁上，也導(dǎo)致水在腔室底部積聚。由于這些原因，該裝置具有這些非常必需的特別控制和泵裝置布置在腔室中。
同樣地，也是在操作期間，需要在腔室中進行與馬達和其余設(shè)備功能有關(guān)的不同維護措施，其目的是一方面確保密封，另一方面不同潤滑和類似功能的連續(xù)維護。
此外，具有上述類型結(jié)構(gòu)的馬達裝置已經(jīng)開發(fā)了，在該裝置中由電動機所產(chǎn)生的熱，至少其主要部分，直接傳導(dǎo)給周圍的水。在這樣的結(jié)構(gòu)中，電動機主體起傳送熱量的中間部件的作用，在此情況下，艙室的表面起冷卻器的作用。在此情況下，問題之一是從定子到馬達主體，并進一步從主體到艙室外殼較差的熱傳遞。
為了克服上述缺點并實現(xiàn)推進裝置工作狀況簡單、可靠和易于使用，開發(fā)了一種本發(fā)明的裝置，其特征披露在附加的權(quán)利要求中，特別在獨立權(quán)利要求的特征部分中。因而，根據(jù)本發(fā)明的推進和/或轉(zhuǎn)向單元裝置的特征在于，其包括用于以空氣或類似物尤其是氣態(tài)介質(zhì)加壓所述基本密封的腔室的裝置，其熱傳導(dǎo)性隨壓力而增加。因而，根據(jù)本發(fā)明用于控制流體流動的方法的特征在于，所述基本密封的腔室一方面相對外部的水壓密封，另一方面相對船舶的其它隔艙密封，所述腔室用氣態(tài)介質(zhì)加壓，其一進行腔室內(nèi)壓力的監(jiān)測，并以控制的方式監(jiān)測由于壓力而從腔室泄出的任何介質(zhì)的組成。本發(fā)明冷卻方法的特征在于，通過以這樣的方式增加電動機隔艙內(nèi)的氣態(tài)介質(zhì)的壓力而改善電動機的冷卻，即增加氣態(tài)介質(zhì)的熱傳導(dǎo)率，這使得熱量更有效地傳輸給電動機主體，特別是從定子繞組突出的區(qū)域，并從主體通過腔室壁直接傳輸給周圍的水。
下面，將通過舉例的方式，參照實施例和表示該實施例的示意圖，詳細(xì)描述本發(fā)明。
如圖所示，一個基本上由水包圍的推進單元3布置在船體1的外部，所述推進單元包含一個腔室4，其基本上至少相對所包圍的水2密封，所述腔室具有一個電動機或類似的動力單元用于驅(qū)動船舶，這里沒有詳細(xì)描述。在圖中示意地示出的，安裝在軸7上由所述電動機5在軸承6中旋轉(zhuǎn)的是一個或多個推進器部件8，其本身是已知的，也僅是示意地示出。推進器部件8以已知的方式將由電動機5傳輸給軸的旋轉(zhuǎn)能傳遞給驅(qū)動船舶的水流。
推進單元3有利地安裝在船體1上，以便其能夠通過一個與上主體9一起形成的垂直軸轉(zhuǎn)動，在此情況下，推進器水流同時能夠由于推進單元的旋轉(zhuǎn)指向橫向，而且由于指向橫向推進力的方向改變能夠用于操作船舶。然而，其結(jié)構(gòu)本身已知對本發(fā)明不是主要的，根據(jù)本發(fā)明的裝置也能夠應(yīng)用到例如非旋轉(zhuǎn)推進裝置上。然而這些具有共同點，即推進裝置形成了一個單獨的腔室4，其主要部分常常位于水面下的水2中。
為了使腔室4中的設(shè)備5、6、7保持干燥，有一個軸密封墊10與所述軸7結(jié)合安裝，用于防止水沿軸7從周圍的水2進入腔室4。用這樣的軸密封墊10實際上難于達到完全的密封，因為這樣的腔室4的密封固體壁或類似結(jié)構(gòu)連接到旋轉(zhuǎn)軸7上，它們之間互相連接。因此，至少由于磨損，在軸密封墊10中存在一定的間隙，其同時以這樣的方式給水提供了一個從腔室外部進入腔室4的入口，即水在腔室4的底部逐漸積聚，而這些水必須用特殊的裝置清除。相應(yīng)地，長期的完全密封，軸承6的潤滑也難于進行，在此情況下，潤滑劑從軸承上隨時間滴下，而潤滑劑也必須從腔室清除。
通過本發(fā)明的裝置，在某種程度上由于不充分的密封，簡單而可靠地解決了這兩個問題。實際上，這意味著在腔室中人為地提供了超壓，最佳狀態(tài)下的所述壓力至少相當(dāng)于外部壓力，特別主要是腔室4的外部壓力，在某些便利的情況下，也主要相當(dāng)于軸承6壓力潤滑系統(tǒng)中的壓力(未在圖中具體示出)。有利地，最后提到的壓力分別地適合于相當(dāng)于在軸密封墊10水平上腔室4外部存在的平均水壓。這樣，通過適當(dāng)?shù)貙η皇?加壓，實際上經(jīng)由軸密封墊10到腔室4的任何水的進入均能夠被消除。壓力被平衡，同時該裝置防止例如軸承6的潤滑油進入周圍的水中。
根據(jù)本發(fā)明，腔室4的加壓顯著地改善了定子繞組伸出區(qū)域的熱傳導(dǎo)。壓力下的氣態(tài)介質(zhì)相當(dāng)有效地將熱量傳導(dǎo)給電動機5的主體。當(dāng)該結(jié)構(gòu)中電動機5的主體最好直接與腔室4的壁接觸時，熱量將能有效地傳導(dǎo)給所包圍的水。這樣能夠避免使用到目前為止所用的熱交換器裝置，而同時能夠增加電動機的相對效率。
實際上，能夠以不同的方式實現(xiàn)腔室4的加壓，附圖
表示該方法的一個有利的實施例。因而附圖中所披露的裝置包含壓力源機構(gòu)12，其適于設(shè)置在一個單獨的設(shè)備隔艙11中，該機構(gòu)可包含一個壓縮機、一個壓力容器或類似已知部件，其由一控制單元13以可控制方式控制。在需要時可以使用處理機構(gòu)14如水收集器或類似物，對于流動的介質(zhì)如由所述壓力源12加壓的空氣或其它氣體最好連接到壓力源上。而氣態(tài)物質(zhì)通常被認(rèn)為是最優(yōu)選的流動介質(zhì)，在一些特殊情況下，本發(fā)明的裝置也能夠應(yīng)用液體介質(zhì)如某些油、冷卻液等，或氣體和液體聯(lián)合使用。然而本發(fā)明的特征在于，腔室4的整個密封的內(nèi)部通過所述介質(zhì)被加壓，所述介質(zhì)因而至少充滿了腔室的主要部分。根據(jù)一個實施例，本發(fā)明的加壓裝置也用作滅火系統(tǒng)的一部分。
有利地，腔室內(nèi)介質(zhì)如空氣或其它氣體的壓力高于腔室上方船舶隔艙15中的空氣壓力，最好至少基本上與推進器軸7水平上的周圍水2的壓力相同。該壓力通常明顯地高于用于保持冷卻氣冷電動機的空氣流的任何壓力。一般地，加壓所引起的壓力高于腔室4底部和船舶內(nèi)部15水平之間主要的水靜壓力，優(yōu)選高于包圍腔室4的水靜壓力，優(yōu)選高于在腔室底部水平所測到的圍繞腔室4水的動壓力。一般地，這種壓力比相當(dāng)于軸密封墊10附近水靜壓力的壓力高0.1至1巴。因而根據(jù)本發(fā)明，與大氣壓相比，水靜壓力例如在4米深度所需的超壓，應(yīng)當(dāng)為0.5至1.4巴。
實際上，能夠形成一個超壓的腔室密封最好通過一個單獨的壓力壁16來提供，其通常具有必需的檢修口以允許進入檢修(未示出)。通過該壓力壁16，由腔室4構(gòu)成的隔艙能夠以這樣的方式關(guān)閉，即根據(jù)本發(fā)明的過壓能夠在正常的情況下由一個比較低能量消耗來維持。為了說明目的，這樣在圖中示出了壓力壁16，即其位于上主體部分9的中間，在此情況下，腔室4的加壓部分通過半色調(diào)打印示出。有利地，實際上壓力壁16位于船體1和上主體部分9之間的邊界處，其不同于圖中所披露的位置，但是該壓力壁也能夠位于更下的位置例如緊貼在電動機5的上方，或可選地在更上的位置例如與設(shè)備隔艙11的壁連接。如圖所示，一個從壓力源12延伸的供料器管17穿過壓力壁16進入腔室4中。
根據(jù)本發(fā)明的裝置也能夠通過利用超壓例如通過圖中用虛線標(biāo)注的連接到底部的排出管18的伸長部分19，將可能積聚在腔室例如在其底部的任何濕氣從腔室除去。例如腔室4的應(yīng)急泵機構(gòu)(未示出)和用于檢測泄漏、分析泄漏物質(zhì)的機構(gòu)20，以及用于關(guān)閉管道以保持腔室4內(nèi)壓力的閥機構(gòu)26，能夠與該排出管18適當(dāng)?shù)夭贾迷谝黄?。根?jù)本發(fā)明的一個實施例(沒有具體地示出)，排出管18、19布置成用于加壓介質(zhì)的循環(huán)系統(tǒng)的一部分，在此情況下，通過處理機構(gòu)14，濕氣能夠連續(xù)地從例如循環(huán)加壓氣體中除去，而同時這樣監(jiān)測腔室4的密封，即檢測加壓循環(huán)介質(zhì)中所可能出現(xiàn)的任何水或油。同樣地，這樣監(jiān)測加壓的操作通常是重要的，其在圖中示意性地用壓力表21和報警信號輸出部分22示出。
通過圖中所示的軸密封墊裝置成為多余的，所述裝置包含一個多余儲油槽23。該儲油槽最好通過一個相同的加壓系統(tǒng)加壓，該加壓系統(tǒng)通常加壓腔室4，在此情況下，油從管25供給軸密封墊10。在某些情況下，通過加壓和特別地使用比空氣輕的氣體，其能夠有助于特別是使軸密封墊10中的磨損減小。通過將重力儲油槽23加壓到與腔室4相同的壓力，對于軸密封墊10達到了腔室4和水2之間的過壓。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，而該裝置是這樣的，即布置加壓介質(zhì)的供應(yīng)，至少對于一些部分，與單獨的物體一起被潤滑，在此情況下，通過所述系統(tǒng)能夠引導(dǎo)油氣進入密封墊10中或腔室4中的一些其他物體中。
在本發(fā)明的另一個實施例中(未示出)，此外該裝置是這樣的，即根據(jù)上述原理積極利用加壓來實現(xiàn)其它功能如軸承6油的更換。在那種情況下，例如通過加壓經(jīng)由單獨的管道，軸承油向上移動到設(shè)備隔艙11中。相應(yīng)地，或者通過使用加壓的油或者例如通過從腔室4去除壓力，能夠進行油的填充，在此情況下，油能夠用重力填充。
上述已經(jīng)討論了一個裝置，其中僅一個推進器機構(gòu)8與所述腔室4相連，但是應(yīng)該理解的是，本發(fā)明也能夠應(yīng)用在這樣的裝置中，即具有較多數(shù)量的推進器，例如在這樣的方式下在軸7的兩端均有一個推進器。在相應(yīng)的方式下，在附加的權(quán)利要求范圍內(nèi)本發(fā)明能夠作出不同形式的修改。
權(quán)利要求
1.一種船舶推進和/或轉(zhuǎn)向單元裝置，其至少部分由水包圍，所述裝置包含一電動機(5)，其布置在由所述單元壁所形成的基本密封的腔室(4)中，一連接到所述電動機上的推進器軸(7)，其具有一安裝在所述腔室(4)外部的推進器或類似的設(shè)備(8)，其特征在于，設(shè)置與該裝置結(jié)合的機構(gòu)(12、17)，用于以空氣或一些其他加壓的氣態(tài)介質(zhì)加壓所述基本密封的腔室(4)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述腔室(4)中的壓力高于位于所述腔室(4)上方船舶隔艙(15)中的壓力，優(yōu)選高于腔室(4)底部和位于船舶內(nèi)部(15)中排出管(18)水平之間通常的靜壓力，優(yōu)選至少基本上與在推進器軸(7)水平包圍腔室(4)的水(2)的水靜壓力相同，且最好高出0.1至1巴，和/或高于在腔室(4)底部水平所測量的周圍水(2)的動壓力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，與其連接的是一個由一壓力控制單元(13)控制的壓力源(12)和/或用于在介質(zhì)中提供壓力的機構(gòu)，和用于將所述壓力/介質(zhì)導(dǎo)入所述腔室(4)的機構(gòu)(17)，以及用于關(guān)閉腔室(4)與船舶的其他隔艙(11、15)壓力密封的機構(gòu)(16、26)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一所述的裝置，其特征在于，該裝置包括用于經(jīng)由腔室(4)和/或其一部分使加壓介質(zhì)循環(huán)并返回到腔室(4)外部的機構(gòu)(18)，并優(yōu)選進入壓力源(12)的進口，優(yōu)選以這樣的方式，即除了加壓之外，加壓氣態(tài)介質(zhì)也有其它特性和/或服務(wù)于腔室(4)中的裝置的機構(gòu)(20)，其在循環(huán)回路(18、19)中用于檢測可能與加壓介質(zhì)混合的任何外來物質(zhì)，和用于適當(dāng)?shù)貜钠渲蟹蛛x這些物質(zhì)，和/或用于由于這些物質(zhì)而發(fā)出警報的機構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一所述的裝置，其特征在于，該裝置包含機構(gòu)(19、23、24、25)，所述機構(gòu)優(yōu)選和加壓一起操作，也用于將其它物質(zhì)，特別是液態(tài)或氣態(tài)物質(zhì)如油、氣體、水和/或冷卻物質(zhì)或類似物以可控的方式供應(yīng)給密封的腔室(4)和/或位于其中的設(shè)備(10)，和/或相應(yīng)地用于從其中去除這些物質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一所述的裝置，其特征在于，加壓介質(zhì)的供應(yīng)機構(gòu)(25)特別布置在這樣的點或在這樣的點附近，即其已經(jīng)實現(xiàn)了腔室(4)和周圍水(2)之間的密封操作，特別是與推進器軸(7)的壓力密封墊(10)結(jié)合，優(yōu)選采用這樣的方式，即這樣的加壓介質(zhì)和/或通過加入其中的物質(zhì)有助于密封和/或密封墊的發(fā)揮作用。
7.一種用于控制船舶推進和/或轉(zhuǎn)向單元裝置的方法，所述裝置至少部分被水包圍，該單元包括包含一電動機(5)，其布置在由所述單元壁所形成的基本密封的腔室(4)中，一連接到所述電動機上的推進器軸(7)，其具有一安裝在所述密封的腔室(4)外部的推進器或類似的設(shè)備(8)，其特征在于，所述基本密封的腔室(4)由機構(gòu)(10、16、26)一方面相對于外部水的壓力密封，另一方面相應(yīng)地相對于船舶的其他隔艙(11、15)密封，所述腔室通過一種流動的氣態(tài)介質(zhì)加壓，由執(zhí)行機構(gòu)(13、21)進行腔室(4)中壓力的監(jiān)測，由于壓力由機構(gòu)(20)監(jiān)測而以可控的方式監(jiān)測從腔室(4)泄漏的介質(zhì)的組成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，在腔室(4)中保持這樣的壓力，即該壓力基本上同樣地能夠經(jīng)由排出機構(gòu)(18、19)推動積聚在腔室中的任何流體，和/或在腔室(4)外部和/或從位于其中的設(shè)備特別是軸承(6)供應(yīng)給其中的流體。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述壓力由機構(gòu)(24)引導(dǎo)到系統(tǒng)(23)中，該系統(tǒng)(23)以這樣的方式保持其它介質(zhì)如油或類似物，使所述介質(zhì)將由機構(gòu)(25)以增強的方式傳輸給腔室(4)中一個所需的目標(biāo)(10)。
10.一種用于改善船舶推進和/或轉(zhuǎn)向單元冷卻的方法，所述單元至少部分被水包圍，該單元包括一電動機(5)，其布置在由所述單元壁所形成的基本密封的腔室(4)中，一連接到所述電動機上的推進器軸(7)，其具有一安裝在所述基本密封的腔室(4)外部的推進器或類似的設(shè)備(8)，其特征在于，一種氣態(tài)介質(zhì)被導(dǎo)入所述基本密封的腔室(4)中，所述氣態(tài)介質(zhì)的熱傳導(dǎo)率通過腔室(4)的加壓而增加，由所述電動機(5)所產(chǎn)生的熱量通過加壓的氣態(tài)介質(zhì)穿過腔室(4)的壁直接進入所周圍的水(2)中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種船舶推進和/或轉(zhuǎn)向單元裝置，其至少部分由水包圍，所述單元包含一電動機(5)，其布置在由所述單元壁所形成的腔室(4)中，一推進器軸(7)連接到所述電動機上，其具有一個安裝在所述腔室(4)外部的推進器(8)，該裝置包括機構(gòu)(12、17)，用于用空氣或一些其他加壓的氣態(tài)介質(zhì)加壓所述腔室。本發(fā)明還涉及一種用于控制所述船舶推進和/或轉(zhuǎn)向單元裝置的方法，其中所述腔室(4)由(10、16、26)一方面相對于外部水的壓力密封，另一方面相應(yīng)地相對于船舶的其他隔艙(11、15)密封。所述腔室(4)通過一種流動的氣態(tài)介質(zhì)加壓，并進行腔室(4)中壓力的監(jiān)測，由于壓力由機構(gòu)(20)監(jiān)測而以可控的方式監(jiān)測從腔室(4)泄漏的物質(zhì)的組成。此外，本發(fā)明還包含一種用于通過一種加壓氣態(tài)介質(zhì)改善冷卻的方法。
文檔編號H02K9/12GK1543414SQ01823545
公開日2004年11月3日 申請日期2001年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月14日
發(fā)明者J·伊利塔洛, J 伊利塔洛 申請人:Abb有限公司