在船舶中的組件和方法
【專利摘要】一種船舶包括：船體(200)；至少一個推進單元(100)，其包括推進發(fā)動機(30)、變速器件(40)、通過變速器件(40)連接到推進發(fā)動機(30)上的至少一個推進器(50)；以及振蕩傳感器(300)，振蕩傳感器位于至少一個推進器(50)附近，以感測至少一個推進器(50)的空泡。該組件進一步包括控制單元(400)，以控制推進發(fā)動機(30)，所述振蕩傳感器(300)連接到控制單元(400)上，其中在控制單元(400)中分析振蕩傳感器(300)的輸出信號，以檢測是否正在形成較壞程度的空泡，以及在正在形成較壞程度的空泡時，在駕駛臺處的顯示器單元上指示正在形成較壞程度的空泡，以及/或者調整推進發(fā)動機(30)的旋轉速度和/或功率。
【專利說明】在船舶中的組件和方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及根據權利要求1的前序部分的在船舶中的組件。
[0002]本發(fā)明還涉及根據權利要求12的前序部分的在船舶中的方法。
[0003]所述組件和方法可用于船舶中，船舶包括:船體；至少一個推進發(fā)動機；變速器件；通過變速器件連接到至少一個推進發(fā)動機上的至少一個推進器；以及支承結構，支承結構包括支承在船體處的上部部分、下部部分和前緣；用于控制至少一個推進發(fā)動機的控制單兀。
[0004]船舶可具有位于船舶的尾部處的僅一個推進發(fā)動機或兩個或更多個推進發(fā)動機。推進器可包括單個推進器或兩個相反地旋轉的推進器。
[0005]該組件適于特別用于大型船舶中，例如巡洋艦、運輸石油或液化天然氣的油輪、車輛運載船、集裝箱船舶和渡船。

【背景技術】
[0006]JP專利公開N0.2004182096公開吊艙(pod)型的推進設備，其包括可樞轉地附連到船舶的船體上的支承結構和附連到支承結構上的腔室。腔室包括馬達，馬達連接到軸的第一端上，軸的相對的第二端從腔室的前端突起且連接到推進器上。支承結構的旋轉角度在船舶的速度增加時受到限制，以便防止空泡(cavitat1n)。
[0007]RU專利公開N0.2009957公開一種裝置來減少船舶中的空泡。在船舶的尾部處的推進器通過軸連接到船舶的船體內的馬達上。在推進器的葉片上存在具有振蕩驅動器的柔性殼體?？张菰肼晜鞲衅魑挥诖暗拇w上。用于柔性殼體的振蕩頻率控制塊與噪聲傳感器串聯(lián)連接。推進器軸與具有電刷的集電器配合。傳感器產生與聲學輻射成比例的信號且將其作為輸入信號饋送到振蕩頻率控制塊。振蕩頻率控制塊又產生返回信號給柔性振蕩殼體的驅動器，以便將空泡噪聲減到最小。
[0008]JP專利公開N0.09136694公開了船舶中使用的水射流泵的自動速度控制。當船舶移動時，壓力傳感器檢測水射流泵的輸送壓力。計算器基于壓力檢測器的輸出信號計算可對水射流泵應用的旋轉數，以避免水流中產生空泡。信號選擇器比較計算出的旋轉數和轉向控制單元指示的旋轉數。通過選擇指示較小旋轉數的信號，信號選擇器將控制信號輸出給水射流泵的驅動馬達。
[0009]JP專利公開09109991公開防止空泡型的船舶翅片(fin)穩(wěn)定器。穩(wěn)定器包括通過軸可樞轉地支承到船體上的翅片。翅片驅動機構通過轉動軸來調節(jié)翅片的翼角度。在翅片的下部后緣處的水排出噴嘴在巡航時控制翅片產生的空泡。給水泵供應水且從排出噴嘴排出水。位于翅片后面的水下傳聲器檢測翅片的空泡產生的噪聲。水噴射控制器通過基于傳聲器的噪聲檢測信號來控制饋送泵來控制從排出噴嘴噴射的水。
[0010]在局部壓力由于高的局部速度而非常低的某個流區(qū)域處，當液體的物相變成蒸氣時會形成空泡。關于水中旋轉的推進器的至少四個不同的空泡類型區(qū)分如下:a)來自吸力側的葉梢渦流，其被看作正常運行，除非超過某個水平，b)在吸力側處的片狀空泡，c)來自壓力側的葉梢渦流，d)氣泡空泡。
[0011]控制臺處于船舶的尾部，即在大型船舶中在船尾的前方200至400米處。控制臺還高于海平面15-40米。這表示坐在駕駛臺上的船長或導航員通常感覺不到或聽不到在船舶的船尾處的推進器產生的空泡。因而需要使船長和/或導航員知道正在形成較壞程度的空泡的情形。這種情形可典型地出現在船舶突然以全功率加速時或在推進單元和/或船舶以大的轉向角度轉向時。


【發(fā)明內容】

[0012]本發(fā)明的目標是一種管理在船舶中形成空泡的情形的組件和方法。
[0013]根據本發(fā)明的在船舶中的組件的特征在于權利要求1的特征部分中的特征。
[0014]根據本發(fā)明的在船舶中的方法的特征在于權利要求12的特征部分中的特征。
[0015]根據本發(fā)明的在船舶中的組件，包括:船體；至少一個推進單元，其包括推進發(fā)動機、變速器件、通過變速器件連接到推進發(fā)動機上的至少一個推進器；以及振蕩傳感器，其位于至少一個推進器附近，以感測至少一個推進器的空泡產生的振蕩。該組件進一步包括控制單元，以控制至少一個推進發(fā)動機，所述振蕩傳感器連接到控制單元上，其中在控制單元中分析振蕩傳感器的輸出信號，以確定是否正在形成較壞程度的空泡，以及在正在形成較壞程度的空泡時，在駕駛臺處的顯示器單元上指示正在形成較壞程度的空泡，以及/或者調整至少一個推進發(fā)動機的旋轉速度和/或功率。
[0016]當振蕩傳感器位于現象的原點附近，即在推進器附近時，較容易識別推進器的空泡。當推進單元即將進入具有有害的較壞程度的空泡的不合需要的運行階段時，控制單元將警報發(fā)送到駕駛臺處的顯示器單元和/或控制推進發(fā)動機的速度和/或功率。
[0017]當直接根據推進器的空泡產生的振蕩進行測量時，系統(tǒng)中的調節(jié)參數的量限制到最少。唯一的一些調節(jié)參數是對推進器葉片頻率的敏感度、爆發(fā)類型和幅度。原始測量結果的信號處理也非常簡單，這表示較壞情況的空泡的指示將較快。推進單元的速度變化速率通常較低，這表示在形成較嚴重的空泡之前存在足夠的時間進行反應。
[0018]第一級葉梢渦流空泡在運行中，例如在船舶以全速行駛的情況下是正常的。第一級葉梢渦流也通常考慮到流體力學設計中，并且推進器的運行效率不受第一級葉梢渦流的有害影響。在空泡變得更嚴重的情況下，這將對整個推進機械有害，并且可產生瞬態(tài)或長期損害。更嚴重級別的空泡將導致推進器的效率急劇下降，這會急劇地降低船舶的可操縱性。
[0019]用于感測推進器的葉梢渦流的振蕩傳感器的最佳位置在沿船舶的行駛方向位于推進器后面的支承結構上，處于葉梢渦流“繩”撞擊支承結構的位置處。在正常拉動型的推進單元中，即在其中推進器處于腔室的前端的推進單元中，支承結構在推進器后面。
[0020]在推進器葉片在支承結構前面經過時，支承結構在流體力學環(huán)境中產生不同的密度。葉梢渦流和支承結構相互影響。當葉梢渦流變得惡化時，葉梢渦流和支承結構之間的相互作用將產生推進器葉片頻率爆發(fā)。這個點是開始進行推進控制以避免更嚴重的空泡的邊界線。
[0021]在某些情況下，可通過在駕駛臺上的單獨的按鈕來停用控制單元。
[0022]本發(fā)明可有利地用于大型船舶中，例如巡洋艦、運輸石油或液化天然氣的油輪、車輛運載船、集裝箱船舶和渡船。在這樣的大型船舶中的推進單元的功率大約為至少1MW。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]在下面參照附圖詳細描述本發(fā)明的一些特定實施例，其中:
圖1顯示根據本發(fā)明的在包括吊艙推進單元的船舶中的組件。
[0024]圖2顯示根據本發(fā)明的在包括舵吊艙單元的船舶中的組件。
[0025]圖3顯示根據本發(fā)明的在包括傳統(tǒng)的軸向推進單元的船舶中的組件。

【具體實施方式】
[0026]圖1顯示根據本發(fā)明的在具有吊艙推進單元的船舶中的組件。
[0027]該組件包括位于船舶的尾部處的推進單元100。推進單元100包括支承結構10、腔室20、包括第一電動馬達30的推進發(fā)動機、軸40、和推進器50。支承結構10具有上部部分11、下部部分12、前緣13和后緣14。中空支承結構10的上部部分11可樞轉地附連到船舶的船體200上。腔室20固定地附連到中空支承結構10的下部部分12上。軸40具有連接到第一電動馬達30上的第一端，以及第二端，第二端從腔室20的前端21突起且連接到推進器50上。推進器50因而位于腔室20的前端21處。第一電動馬達30可為感應馬達或同步馬達。推進器50可包括單個推進器或兩個相反地旋轉的推進器。船舶的行駛方向由圖中的箭頭SI顯示。
[0028]推進單元100進一步包括轉動機構60，其使推進單元100相對于船舶的船體200圍繞轉動軸線Y-Y轉動。轉動機構60位于船舶的船體200內且包括齒輪緣61和第二電動馬達62。第二電動馬達62的軸63連接到小齒輪64上，而小齒輪64連接到齒輪緣61的周邊上。支承結構10的上部部分11連接到齒輪緣61上。第二電動馬達62將因而使小齒輪63旋轉，小齒輪63使齒輪緣61旋轉，齒輪緣61使支承結構10且從而使推進單元100旋轉。第二電動馬達62可為感應馬達或同步馬達。自然可存在兩個或更多個第二電動馬達62，其位于齒輪緣61的周邊周圍。
[0029]該組件還包括控制單元400，以控制至少第一電動馬達30且備選地還控制第二電動馬達62?？刂茊卧?00將基于來自駕駛臺的命令控制第一電動馬達30和第二電動馬達62。電動馬達30、62的旋轉速度可由例如變頻器控制。
[0030]用于指示空泡的組件進一步包括振蕩傳感器300，其位于支承結構10的前緣13上。振蕩傳感器300位于支承結構10的前緣13上，處于對應于推進器50的葉片的葉梢在推進器50的葉片的葉梢在旋轉運動期間經過支承結構10的前緣13前面時的情況下的位置的高度。振蕩傳感器300連接到控制單元400上。特別是在感測旋轉的推進器50產生的葉梢渦流方面，振蕩傳感器300的這個位置是最佳的。
[0031]圖2顯示根據本發(fā)明的在包括舵吊艙單元的船舶中的組件。
[0032]該組件包括推進單元100,其位于船舶的尾部處。推進單元100包括支承結構10、腔室20、包括第一電動馬達30的推進發(fā)動機、軸40、推進器50和舵70。這個組件對應于圖1的吊艙組件，除了舵70，以及除了支承結構10處于固定地支承在船舶的船體200處的舵吊艙中?？蓢@轉動軸線Y-Y樞轉地支承舵70。
[0033]圖3顯示根據本發(fā)明的在包括傳統(tǒng)的軸向推進單元的船舶中的組件。這個組件在船舶的船體200外部不具有吊艙組件。推進單元100包括在船舶的船體200內的推進發(fā)動機30、軸40，軸40具有連接到推進發(fā)動機30上的第一端，以及第二端，第二端延伸通過船體200的后端處的開口且連接到位于船體200外部的推進器50上。推進發(fā)動機30例如可為柴油發(fā)動機或電動馬達。在船舶的行駛方向SI上，舵70位于推進器50之后。進一步圍繞轉動軸線Y-Y可樞轉地支承舵70。
[0034]振蕩傳感器300位于支承結構70 (即舵70)的前緣71上，處于對應于推進器50的葉片的葉梢在推進器50的葉片的葉梢在旋轉運動期間經過舵70的前緣71的前面時的位置的高度。振蕩傳感器300A可備選地附連到船舶的船體200的底部上，如也在圖中顯示的那樣。在這種情況下，在船體200上的振蕩傳感器300A的位置將在徑向方向上在推進器50的葉片的葉梢的上方。
[0035]有利的是使振蕩傳感器300附連到支承結構上，在船舶的行駛方向上，支承結構位于推進器50后面。振蕩傳感器300將在這種位置上特別有效地感測推進器50的葉梢渦流。附連振蕩傳感器300的適當的支承結構例如為用于吊艙或舵的支承結構，但是其可為在船舶的行駛方向SI上位于推進器50后面的任何支承結構。在吊艙單元具有處于腔室20的后端處的推進器50的情況下，在吊艙的后面需要單獨的支承結構用于振蕩傳感器300。
[0036]推進器50可由單個推進器或兩個相反地旋轉的推進器形成。
[0037]振蕩傳感器300、300A可為例如壓力傳感器、聲學傳感器或加速度傳感器。
[0038]當在船舶的行駛方向SI上，振蕩傳感器300在支承結構10、70上位于推進器50之后時，最佳位置處于對應于推進器50的葉片的葉梢在葉片的葉梢處于最上部位置時的高度的基本高度位置。相對于基本高度位置，所允許的豎向偏差Vl等于或小于推進器50的直徑Dl的±25%。在支承結構10、70上位于推進器50之后的振蕩傳感器300測量從推進器50向后傳播的空泡。
[0039]當振蕩傳感器300A在船體200上在徑向方向上位于推進器50上方時，基本縱向位置在葉片的葉梢處于最上部位置時正好在推進器50的葉片的葉梢上方?；究v向位置的允許的水平偏差Hl等于或小于推進器50的直徑Dl的50%。位于推進器50上方的徑向位置的振蕩傳感器300A測量在徑向方向上從推進器50傳播的空泡。
[0040]振蕩傳感器300、300A必須定位成使得其對從推進器50出現的空泡敏感。
[0041]控制單元400可為單獨的單元或其可結合到船舶中的某個其它控制單元中。
[0042]本發(fā)明還可實現在具有兩個或更多個推進單元的船舶中。例如在船舶的船尾處設有兩個推進單元的船舶將需要用于各個推進器的振蕩傳感器，以及用于各個推進馬達的控制電路。
[0043]上面介紹的本發(fā)明的實施例的示例不意圖將本發(fā)明的范圍僅限于這些實施例?？稍跈嗬蟮姆秶鷥葘Ρ景l(fā)明進行若干修改。
【權利要求】
1.一種在船舶中的組件，包括: -船體(200)， -至少一個推進單元(100)，其包括推進發(fā)動機(30)、變速器件(40)、通過所述變速器件(40)連接到所述推進發(fā)動機(30)上的至少一個推進器(50)，以及 -振蕩傳感器(300)，其位于所述至少一個推進器(50)附近，以感測所述至少一個推進器(50)的空泡產生的振蕩， 其特征在于，所述組件進一步包括: -控制單元(400)，其用于控制所述至少一個推進發(fā)動機(30)，所述振蕩傳感器(300)連接到所述控制單元(400)上， 其中，在所述控制單元(400)中分析所述振蕩傳感器(300)的輸出信號，以確定是否正在形成較壞程度的空泡，以及在正在形成較壞程度的空泡時，在所述駕駛臺處的顯示器單元上指示正在形成較壞程度的空泡，以及/或者調整所述至少一個推進發(fā)動機(30)的旋轉速度和/或功率。
2.根據權利要求1所述的組件，其特征在于，所述振蕩傳感器(300)附連到從所述船體(200)向下突起的支承結構(10，70)的前緣(14，71)上，在所述船舶的行駛方向(SI)上，所述支承結構(10，70)定位在所述推進器(50)之后。
3.根據權利要求2所述的組件，其特征在于，所述振蕩傳感器(300)在所述支承結構(10，70)的前緣(14，71)上位于基本高度位置處，所述基本高度位置對應于所述至少一個推進器(50)的葉片的葉梢在所述葉片的葉梢處于最上部位置時的高度，其中相對于所述基本高度位置，允許有等于或小于所述推進器(50)的直徑(Dl)的±25%的豎向偏差(Vl)。
4.根據權利要求1所述的組件，其特征在于，所述振蕩傳感器(300A)在所述船體(200)的底部處位于所述推進器(50)上方的位置。
5.根據權利要求4所述的組件，其特征在于，所述振蕩傳感器(300A)在徑向方向上在所述推進器(50)上方位于基本縱向位置處，當所述推進器(50)的葉片的葉梢處于最上部位置時，所述基本縱向位置正好在所述葉片的葉梢的上方，其中相對于所述基本縱向位置，允許所述基本縱向位置有等于或小于所述推進器(50)的直徑(Dl)的50%的水平偏差(Hl)。
6.根據權利要求1所述的組件，其特征在于，所述組件進一步包括: -支承結構(10)，其可圍繞轉動軸線(Y-Y)樞轉地支承在所述船體(200)處，并且包括中空本體，以及 -轉動機構(60)，其包括至少一個第二電動馬達(62)，以使所述支承結構(10)且從而使所述腔室(20)相對于所述船舶的所述船體(200)轉動，以使所述船舶轉向，其中: -所述至少一個推進發(fā)動機(30)包括第一電動馬達(30)，其位于具有前端(21)和后端(22)的腔室(20)中，所述腔室(20)固定地附連到所述支承結構(10)的下部部分(12)上， -所述變速器件(40)包括具有第一端和第二端的軸(40)，所述軸(40)的所述第一端連接到所述第一電動馬達(30)上，而所述軸(40)的所述第二端從所述腔室(20)的前端(21)突起且連接到所述至少一個推進器(50)上，以及 -在所述船舶的行駛方向(SI)上，所述振蕩傳感器(300)在所述支承結構(11)的前緣(11)處位于所述至少一個推進器(50)的后面。
7.根據權利要求1所述的組件，其特征在于，所述組件進一步包括: -支承結構(10)，其固定地附連到所述船體(200)上且包括中空本體， -在所述船舶的行駛方向(SI)上，舵(70)位于所述支承結構(10)和所述腔室(20)之后，所述舵(70)可圍繞轉動軸線(Y-Y)樞轉地支承在所述船體(200)處，其中: -所述推進發(fā)動機(30)包括第一電動馬達(30)，其位于具有前端(21)和后端(22)的腔室(20)中，所述腔室(20)固定地附連到所述支承結構(10)的下部部分(12)上， -所述變速器件(40)包括具有第一端和第二端的軸(40)，所述軸(40)的所述第一端連接到所述第一電動馬達(30)上，而所述軸(40)的所述第二端從所述腔室(20)的前端(21)突起且連接到所述推進器(50)上，以及 -在所述船舶的行駛方向(SI)上，所述振蕩傳感器(300)在所述支承結構(11)的前緣(11)處位于所述至少一個推進器(50)后面。
8.根據權利要求1所述的組件，其特征在于，所述組件進一步包括: -舵(70)，其可圍繞轉動軸線(Y-Y)樞轉地支承在所述船體(200)處，在所述船舶的行駛方向(SI)上，所述舵(70)定位在所述推進器(50)之后，其中: -所述推進發(fā)動機(30)包括位于所述船舶的所述船體(200)內的第一電動馬達或柴油發(fā)動機(30)， -所述變速器件(40)包括具有第一端和第二端的軸(40)，所述軸(40)的所述第一端連接到所述推進發(fā)動機(30)上，而所述軸(40)的所述第二端從所述船體(200)的后端突起且連接到所述推進器(50)上，以及 -在所述船舶的行駛方向(SI)上，所述振蕩傳感器(300)在所述舵(70)的前緣(11)處位于所述至少一個推進器(50)后面。
9.根據權利要求8所述的組件，其特征在于，所述振蕩傳感器(300)在所述舵(70)的前緣(71)上位于基本高度位置處，所述基本高度位置對應于所述至少一個推進器(50)的葉片的葉梢在所述葉片的葉梢處于最上部位置時的高度，其中，相對于所述基本高度位置，允許有等于或小于所述推進器(50)的直徑(Dl)的±25%的豎向偏差(VI)。
10.根據權利要求1至9中的任一項所述的組件，其特征在于，所述船舶為巡洋艦、運輸石油或液化天然氣的油輪、車輛運載船、集裝箱船舶或渡船。
11.根據權利要求1至10中的任一項所述的組件，其特征在于，所述至少一個推進單元(100)的功率為至少1MW。
12.—種在船舶中的方法，所述船舶包括: -船體(200)， -至少一個推進單元(100)，其包括推進發(fā)動機(30)、變速器件(40)、通過所述變速器件(40)連接到所述推進發(fā)動機(30)上的至少一個推進器(50)，以及 -振蕩傳感器(300)，其位于所述至少一個推進器(50)附近，以感測所述至少一個推進器(50)的空泡產生的振蕩， 其特征在于，所述方法包括以下步驟: -用所述振蕩傳感器(300)測量所述至少一個推進器(50)的空泡， -將所述振蕩傳感器(300)的輸出信號饋送到控制單元(400)， -在所述控制單元(400)中分析所述振蕩傳感器(300)的輸出信號，以檢測所述至少一個推進器(50)的空泡，以及確定是否正在形成較壞程度的空泡， -在正在形成較壞程度的空泡時，在所述駕駛臺處的顯示器單元上指示正在形成較壞程度的空泡，以及/或者調整所述推進發(fā)動機(30)的旋轉速度和/或功率。
【文檔編號】B63H1/18GK104136317SQ201380011725
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2013年2月28日 優(yōu)先權日:2012年2月29日
【發(fā)明者】M.卡賈瓦, T.維科海莫, M.萊伊恩, T.塞特拉 申請人:Abb有限公司