本發(fā)明涉及安裝在水運(yùn)船舶船殼的浸沒部分上的推進(jìn)單元，該推進(jìn)單元包括樞轉(zhuǎn)地安裝于船殼的螺旋槳噴管、旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在噴管內(nèi)部的螺旋槳、用于驅(qū)動(dòng)螺旋槳的驅(qū)動(dòng)裝置以及用于控制螺旋槳噴管的定向的部署機(jī)構(gòu)。本發(fā)明進(jìn)一步涉及包括這種推進(jìn)單元的船舶。

背景技術(shù)：

水運(yùn)船舶通常既運(yùn)行在淺水中又運(yùn)行在深水中，例如海洋、近海水域以及河流。當(dāng)船舶運(yùn)行在相對(duì)較深的水域中時(shí)，最常使用螺旋槳來提供推力，以使船舶能夠移動(dòng)。螺旋槳的尺寸與獲得的推力相關(guān)，且可能需要大型螺旋槳來提供必要的推力。采用大型螺旋槳可能導(dǎo)致螺旋槳在船殼的最低點(diǎn)以下延伸，使螺旋槳處于船舶的最下點(diǎn)。因此，螺旋槳確定船舶的吃水，使得螺旋槳易受撞擊。當(dāng)船舶運(yùn)行在足夠水深中時(shí)這通常不是問題，但是當(dāng)船舶臨近陸地或跨過淺水區(qū)域運(yùn)行時(shí)，可能產(chǎn)生最小化船舶的吃水的需求。

在這點(diǎn)上，US5397255公開了一種安裝在可伸縮桿上的螺旋槳。其他現(xiàn)有解決方案包含通過折疊螺旋槳來改變螺旋槳的直徑，如在US4565531中公開的那樣。

上述解決方案具有多種缺點(diǎn)，特別是在螺旋槳直徑被制造的較大以提供更多推力的情況下。可伸縮螺旋槳將需要沉重的附接件從而吸收來自螺旋槳的力并且確保螺旋槳在使用過程中保持在原位。因此，用于水運(yùn)船舶的改進(jìn)的推進(jìn)單元將是有利的。

發(fā)明目的

本發(fā)明的目的是提供一種用于水運(yùn)船舶的推進(jìn)單元，其允許推進(jìn)單元的螺旋槳移動(dòng)，以減少船舶的吃水。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，在本發(fā)明的第一方面中，旨在通過提供一種安裝在水運(yùn)船舶的船殼的浸沒部分上的推進(jìn)單元來獲得上述目的和多種其他目的，該推進(jìn)單元包括樞轉(zhuǎn)地安裝于船殼的螺旋槳噴管、可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在噴管內(nèi)部的螺旋槳、用于驅(qū)動(dòng)螺旋槳的驅(qū)動(dòng)裝置以及用于控制螺旋槳噴管的定向的部署機(jī)構(gòu)，其中螺旋槳噴管圍繞與螺旋槳噴管相交的噴管樞轉(zhuǎn)軸線在部署定向與縮回定向之間樞轉(zhuǎn)，在部署定向中螺旋槳設(shè)置在適于提供使船舶移動(dòng)的推力的基本豎直位置，在縮回定向中螺旋槳設(shè)置在傾斜的或基本水平的位置，以減少船舶的吃水。

由此提供了一種改進(jìn)的推進(jìn)單元，特別是更有效的推進(jìn)單元，其中可以利用相對(duì)較大的螺旋槳直徑，而同時(shí)適應(yīng)較低的水深。推進(jìn)單元特別適用于既運(yùn)行在深水也運(yùn)行在淺水中的船舶。在正常運(yùn)行期間，推進(jìn)單元下翻。這允許比傳統(tǒng)推進(jìn)單元大得多的螺旋槳直徑。

螺旋槳和螺旋槳噴管可被轉(zhuǎn)動(dòng)，以減少船舶的吃水，且由于本發(fā)明的特點(diǎn)，因此螺旋槳和螺旋槳噴管的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑變得盡可能小，以幫助減小需要容納推進(jìn)單元的空間。

進(jìn)一步，噴管樞轉(zhuǎn)軸線可以在垂直于螺旋槳的旋轉(zhuǎn)軸線方向的方向上延伸。同樣，噴管樞轉(zhuǎn)軸線可以在基本橫切于水運(yùn)船舶航行方向的方向上延伸。

在上述推進(jìn)單元的一個(gè)實(shí)施方式中，噴管樞轉(zhuǎn)軸線可以偏離螺旋槳的旋轉(zhuǎn)軸線。相比于其中樞轉(zhuǎn)軸線與螺旋槳的旋轉(zhuǎn)軸線重合的推進(jìn)單元，通過利用偏離，用于螺旋槳噴管的樞轉(zhuǎn)軸線附接點(diǎn)可以設(shè)置成更靠近船舶的船殼。具有更靠近船殼的附接點(diǎn)使得推進(jìn)單元和船殼之間更好地傳遞力。由此，支撐結(jié)構(gòu)的尺寸可減小，這可以改進(jìn)船殼的流體動(dòng)力特性并且減少阻力。另外，當(dāng)螺旋槳噴管處于縮回定向時(shí)，減小支撐結(jié)構(gòu)的尺寸可以減少船舶的吃水。總之，偏離的旋轉(zhuǎn)軸線能使用較大的螺旋槳，這可以是有利的。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，樞轉(zhuǎn)軸線可以與螺旋槳的旋轉(zhuǎn)軸線相交。

另外，螺旋槳可以是輪圈驅(qū)動(dòng)的，并且在該實(shí)施方式中，驅(qū)動(dòng)裝置可以是永磁電動(dòng)機(jī)。利用永磁體的輪圈驅(qū)動(dòng)的螺旋槳的原理先前已經(jīng)在申請(qǐng)人的公布號(hào)為WO2010/13480A2的國(guó)際專利申請(qǐng)中公開。

在一個(gè)實(shí)施方式中，固定永磁體可以設(shè)置在螺旋槳噴管中，且螺旋槳可以安裝在設(shè)置有永磁體并且可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在螺旋槳噴管中的螺旋槳外罩中。由此提供了用于螺旋槳外罩的軸承。進(jìn)一步，提供輪圈驅(qū)動(dòng)的螺旋槳的優(yōu)點(diǎn)是相比于安裝有傳統(tǒng)的軸且中心驅(qū)動(dòng)的螺旋槳來說優(yōu)化了力矩的傳遞。當(dāng)使用大型螺旋槳時(shí)，力矩的傳遞變得更重要。在這點(diǎn)上，已經(jīng)示出的是在具有根據(jù)本發(fā)明的推進(jìn)單元的船舶中，所需動(dòng)力可降低大約20％，同時(shí)保持了船舶的推力。這大大節(jié)約了空間、材料使用、燃料消耗等。另外，其他優(yōu)點(diǎn)包括降低噪音和振動(dòng)，并且能主動(dòng)補(bǔ)償船舶的起伏。

更進(jìn)一步，螺旋槳噴管可以適于被附接于從船殼的浸沒部分伸出的支撐結(jié)構(gòu)。

在另一個(gè)實(shí)施方式中，螺旋槳可以安裝在由在螺旋槳噴管內(nèi)部延伸的支撐結(jié)構(gòu)支撐的可旋轉(zhuǎn)的螺旋槳軸上，并且驅(qū)動(dòng)裝置可以是設(shè)置用于使螺旋槳軸旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)。

此外，推進(jìn)單元可以適于圍繞基本垂直的方位軸線樞轉(zhuǎn)地安裝于船殼的浸沒部分，從而提供方位推進(jìn)器的功能。由此，來自推進(jìn)單元的推力的方向可以指向不同于螺旋槳所提供方向的其他方向，這可用于增強(qiáng)船舶的轉(zhuǎn)向。

本發(fā)明進(jìn)一步涉及一種水運(yùn)船舶，例如海上補(bǔ)給船舶或移動(dòng)式海上鉆井單元，其包括一個(gè)或多個(gè)上述推進(jìn)單元。

本發(fā)明的不同方面可以各自與其他任何方面結(jié)合。本發(fā)明的這些方面和其他方面將通過參照下文中描述的實(shí)施方式的解釋變得顯而易見的。

附圖說明

現(xiàn)在將參照附圖更詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明的船舶上的推進(jìn)單元。附圖示出本發(fā)明實(shí)施方式的例子，且不解釋為限制落入所附權(quán)利要求組的范圍內(nèi)的其他可能的實(shí)施方式。

圖1示出安裝在船舶上的兩個(gè)推進(jìn)單元；

圖2a和2b示出包括推進(jìn)單元的船舶；

圖3a和3b示出推進(jìn)單元的不同定向；

圖4a和4b表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的推進(jìn)單元的推動(dòng)軸線和樞轉(zhuǎn)軸線之間的關(guān)系；

圖5a示出推進(jìn)單元；并且

圖5b和5c各自示出沿線AA’和B截取的圖5a的推進(jìn)單元的橫截面。

具體實(shí)施方式

圖1示出在船舶1的船尾部分中安裝在船殼2的浸沒部分上的兩個(gè)推進(jìn)單元。每個(gè)推進(jìn)單元都包括樞轉(zhuǎn)地安裝的螺旋槳噴管13和設(shè)置在噴管內(nèi)部的可旋轉(zhuǎn)的螺旋槳14。部署機(jī)構(gòu)15被設(shè)置為用于使螺旋槳噴管和螺旋槳在部署定向和縮回定向之間繞噴管樞轉(zhuǎn)軸線17樞轉(zhuǎn)。參照?qǐng)D2a和2b，在圖2a中示出的部署定向中，螺旋槳設(shè)置在基本豎直的位置，適用于提供使船舶移動(dòng)的推力，并且在圖2b中示出的縮回定向中，螺旋槳設(shè)置在傾斜或基本水平的位置，以減少船舶的吃水D。推進(jìn)單元進(jìn)一步包括將在下文進(jìn)一步描述的用于驅(qū)動(dòng)螺旋槳的驅(qū)動(dòng)裝置16。

如從圖1中觀察到的，推進(jìn)單元10被示出為安裝在從船殼2伸出的中心支撐結(jié)構(gòu)30和側(cè)面支撐結(jié)構(gòu)31之間。然而，推進(jìn)單元也可通過不背離本發(fā)明的范圍的多種其他方式安裝在船殼上。噴管突起131從螺旋槳噴管13伸出并且提供用于附接于支撐結(jié)構(gòu)的附接點(diǎn)。本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的是，螺旋槳噴管采用必要的軸承來安裝，以提供樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。被設(shè)置為使螺旋槳噴管移動(dòng)的部署機(jī)構(gòu)15在圖4b中進(jìn)一步詳細(xì)地示出。示出的部署機(jī)構(gòu)包括安裝在噴管突起131上的樞轉(zhuǎn)臂151，其也被連接至線性致動(dòng)器，例如液壓缸152。當(dāng)液壓缸的活塞153基于所關(guān)聯(lián)的液壓泵的運(yùn)行而向前或向后移動(dòng)時(shí)，活塞的運(yùn)動(dòng)被傳遞給樞轉(zhuǎn)臂151，其促進(jìn)螺旋槳噴管13和螺旋槳14的運(yùn)動(dòng)。螺旋槳噴管和螺旋槳繞與螺旋槳噴管相交的噴管樞轉(zhuǎn)軸線17轉(zhuǎn)動(dòng)。如從圖4a中觀察到的，樞轉(zhuǎn)軸線在垂直于螺旋槳的旋轉(zhuǎn)軸線142的方向上延伸。因此，當(dāng)螺旋槳在部署定向和縮回定向之間移動(dòng)時(shí)，也可被表示為螺旋槳的推力方向的、螺旋槳142的旋轉(zhuǎn)軸線的方向逐漸改變。取決于推進(jìn)單元如何安裝在船舶上，噴管的樞轉(zhuǎn)軸線也可以在基本橫切于水運(yùn)船舶航行方向的方向上延伸。

圖2a和2b示出螺旋槳噴管從圖2a中的部署定向至圖2b中的縮回定向的運(yùn)動(dòng)如何使包括根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)推進(jìn)單元的船舶的吃水D減少。在圖2a中，螺旋槳噴管的最下點(diǎn)決定船舶的吃水，其中，在圖2b中，螺旋槳噴管的先前的最下點(diǎn)現(xiàn)在位于船舶的最下點(diǎn)之上，因此吃水D減少。

圖4a和4b示出樞轉(zhuǎn)軸線17可以如何與螺旋槳的旋轉(zhuǎn)軸線142偏離了偏離距離r。樞轉(zhuǎn)軸線越靠近旋轉(zhuǎn)軸線設(shè)置，推進(jìn)單元的定尺力矩(dimensioning moment)可以越小。相比經(jīng)常被支撐于高于螺旋槳的單點(diǎn)處的傳統(tǒng)可伸縮方位推進(jìn)器，本發(fā)明的推進(jìn)單元的定尺力矩可以不大于1/10。偏離距離r可以小于或等于所述螺旋槳最大直徑的一半。例如，偏離距離r可以在0至1.5米的范圍內(nèi)。用于推進(jìn)單元的支撐布置必須相對(duì)于螺旋槳噴管和螺旋槳繞樞轉(zhuǎn)軸線的力矩來確定尺寸，小的偏離距離r確保力矩相對(duì)較小。進(jìn)一步，隨著樞轉(zhuǎn)軸線17被定位為相對(duì)臨近船殼，需要使螺旋槳噴管和螺旋槳樞轉(zhuǎn)的力相比于傳統(tǒng)可伸縮方位推進(jìn)器來說相對(duì)較小，并且通過在兩個(gè)點(diǎn)被附接于船殼，推進(jìn)單元提供堅(jiān)固和強(qiáng)力的結(jié)構(gòu)。此外，螺旋槳噴管的附接點(diǎn)以及樞轉(zhuǎn)軸線17的方向的布置能使螺旋槳噴管和螺旋槳在縮回定向中基本與船殼的形狀和角平齊。

可在本發(fā)明的范圍內(nèi)采用用于驅(qū)動(dòng)螺旋槳的多種驅(qū)動(dòng)裝置和構(gòu)造。參照?qǐng)D5a-5c，根據(jù)一方面，螺旋槳可以通過永磁電動(dòng)機(jī)被輪圈驅(qū)動(dòng)。推進(jìn)單元10被示出為包括沿螺旋槳噴管的內(nèi)圓周設(shè)置的固定永磁體163，螺旋槳14安裝在可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在螺旋槳噴管內(nèi)部的螺旋槳外罩161中。螺旋槳外罩的外圓周設(shè)置有旋轉(zhuǎn)永磁體162，并且固定永磁體和旋轉(zhuǎn)永磁體一同提供用于螺旋槳外罩的軸承，其能夠吸收軸向和徑向負(fù)荷。

進(jìn)一步，螺旋槳噴管構(gòu)成定子164，其包括用于提供適于使螺旋槳外罩旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的線圈，螺旋槳外罩包括永磁體從而構(gòu)成轉(zhuǎn)子。通過控制線圈中經(jīng)過的電流，螺旋槳外罩可被旋轉(zhuǎn)并提供用于驅(qū)動(dòng)螺旋槳的永磁電動(dòng)機(jī)。

在另一實(shí)施方式(未示出)中，用于支撐螺旋槳軸的結(jié)構(gòu)被設(shè)置在螺旋槳噴管內(nèi)。螺旋槳軸設(shè)置在噴管中心，并且支撐結(jié)構(gòu)從螺旋槳噴管的圓周朝中心延伸，以支撐螺旋槳軸。螺旋槳軸可支撐在沿螺旋槳軸的多個(gè)點(diǎn)上。螺旋槳安裝在螺旋槳軸上并且驅(qū)動(dòng)裝置是設(shè)置為使螺旋槳軸旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)。

圖3a和3b示出電源線165如何向驅(qū)動(dòng)裝置16供應(yīng)動(dòng)力，該驅(qū)動(dòng)裝置16例如是永磁電動(dòng)機(jī)。電源線經(jīng)由螺旋槳噴管突起的附接點(diǎn)從船殼的內(nèi)部走線至推進(jìn)單元。如本領(lǐng)域技術(shù)人員所設(shè)想的，必須通過適于允許螺旋槳噴管樞轉(zhuǎn)的方式來供應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)螺旋槳的動(dòng)力。可以有多種選擇，例如液壓、氣動(dòng)以及電力驅(qū)動(dòng)，其中軟管或線路可適于允許推進(jìn)單元的樞轉(zhuǎn)。

在圖中，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的推進(jìn)單元被示出為設(shè)置在船舶的后部作為主推進(jìn)源。然而，根據(jù)本發(fā)明的推進(jìn)單元也可用于在別處提供推力，例如作為船首推進(jìn)器，以通過提供橫向推動(dòng)力來減小轉(zhuǎn)向半徑或方便停泊。

雖然本發(fā)明已經(jīng)結(jié)合具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明不應(yīng)當(dāng)解釋為以任何方式被限制于所提供的例子。本發(fā)明的范圍由隨附的權(quán)利要求組表述。在權(quán)利要求的上下文中，術(shù)語(yǔ)“包括”或“包括有”不排除其他可能的元件或步驟。同樣，提及的參考，例如“一”或“一個(gè)”等不應(yīng)當(dāng)解釋為排除多個(gè)。在權(quán)利要求中相對(duì)于附圖中所指示的元件使用附圖標(biāo)記也不應(yīng)當(dāng)解釋為限制本發(fā)明的范圍。此外，在不同權(quán)利要求中提及的單獨(dú)的特征可能有利地相結(jié)合，并且在不同權(quán)利要求中提及的這些特征不排除不可能和有利的特征組合。

10 推進(jìn)單元

11 舵元件

13 噴管

131 噴管突起

14 螺旋槳

141 螺旋槳葉片

142 螺旋槳的旋轉(zhuǎn)軸線

15 部署機(jī)構(gòu)

151 樞轉(zhuǎn)臂

152 液壓缸

153 活塞

16 驅(qū)動(dòng)裝置

161 可旋轉(zhuǎn)螺旋槳外罩

162 旋轉(zhuǎn)永磁體

163 固定永磁體

164 定子

165 電源線

17 樞轉(zhuǎn)軸線

18 樞轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

30 中心支撐結(jié)構(gòu)

31 側(cè)面支撐結(jié)構(gòu)