专利名称：具有双层底和喷水推进装置的快速航海船舶的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有一双层底的快速航海船舶，该船舶具有一喷水推进装置(Waterjet-Antrieb)。该喷水推进装置由至少一个用于形成喷水束的泵机组和至少一个用于该泵机组的驱动发动机构成。
本发明的目的在于为一艘快速的航海船舶，例如一护卫舰或一驱逐舰，但也可以是一巡洋舰或一轻型快艇，配备一相对于公知的驱动系统具有显著优点的驱动系统。其主要优点应该是避免生成废气烟缕。另外应减小该驱动装置所需占用的空间。结合一螺旋桨推进器还应另外实现驱动系统的冗余配备，以允许例如一战舰在受到一次严重打击后能继续航行。
上述目的是这样来实现的，即，所述泵机组和其驱动发动机在部分利用了所述双层底中空间的情况下设置在所述船舶的船尾之外。
借助按照本发明的上述新型布置，可有利地无需很费劲地将驱动装置排出的废气在所述船舶下方引走，使该废气均匀分布在水中。通过利用一部分双层底，则可在达到一有利的喷水射出角度的情况下降低所述喷水推进装置及其驱动发动机的安装高度。
用于驱动所述快速航海船舶的喷水推进器在劳斯莱司公司的最新互联网网页的第7页，名称为“Rolls-Royce-the force in marine solutions”上可看到。
在该网页上可看到如此构造的驱动系统的各个部件位于船舶的船尾区域内，就象已公知的带有喷水推进器的高速快艇那样以及象建造带有螺旋桨推进器的大型船舶通常所做那样。所述喷水推进器在此基于有效性方面的原因基本上设置成可自由地喷射出水流，也就是说设置在水面之上。但这样的布置并不适合于解决本发明所想解决的问题。
在本发明的改进设计中，所述泵机组和其驱动发动机设置在所述船体中段的后面区域中。设置在所述船体中段的后面区域中意味着，喷水射流有助于分散水中的废气。特别有利的是，在船舶快速航行时能够将废气泡变得更小和更细小地分布。由于将废气在深水处导入水中，因此，废气泡只是在船尾后较远处才浮出水面，并在那儿混入尾流中。
按照本发明的另一改进设计，所述用于泵机组的驱动发动机是一电动机，其中，该电动机尤其部分具有一些高温超导体绕组。通常，所述喷水推进装置的泵机组直接由一些柴油机或燃气轮机来驱动。这在每艘大型船舶的船体中段是可行的。但对于调节和安置所述喷水推进器来说特别有利的是，选择一电动机来作为驱动装置。
按照本发明的又一显著的改进设计，所述用于泵机组的电动机具有一带有高温超导体绕组的转子。一个带有高温超导体绕组的电动机转子允许特别小的构造结构。这样，在转子和定子绕组之间就可以有大的空气间隙。这有助于电动机抗震，对于战舰来说特别有利。此外，所述电动机的效率相对于传统的电动机来说有所提高。另外特别有利的是可将所述电动机设置在所述船舶的双层底中。这又导致在所述电动机和基本上设置在所述船舶的双层底之外的所述泵机组之间有一短的轴。总体上由该喷水推进器和驱动装置构成一个单元，该单元相对于传统的设计要小多倍，也要轻多倍。避免了由一根长轴带来的技术困难以及例如因喷水推进器的一柴油机直接驱动装置所带来的大空间需求问题。
按照本发明的一有利的设计，将所述泵机组设置在一个单体的或多分段的吊舱中，该吊舱尤其局部地装入所述双层底中。这样可以使水流特别好地绕流吊舱及流入所述泵机组内。所述流入尤其在采用一轴流式泵或一斜流式泵/径流式泵很重要。所述船舶的水下轮廓在此可有利地仅仅略有改变。
所述喷水推进器，其吊舱以及必要时还有它的驱动发动机可有利地设置在所述船舶的一特殊的船底分段中。该船底分段设计成双层底模块，该模块在船舶建造期间可插入所述双层船底中。这样可以完成有效合理的预制并避免一事后安装带来的困难和费用。这样的优点即便是在将喷水推进器设置在对于将废气充分分散到水中意义并不大的商船或客船的船尾区域中时也同样存在。
按照本发明的又一扩展设计，所述泵机组设置在所述船舶船底的一提升部段下方。在此比较有利的是，由于电动机尺寸小并且它安置在所述双层底中，因此在所述提升部段中只需使船底缩进。不必使船底形状有一突跃。
用于形成喷水流的泵机组、亦即喷水推进器优选有多倍并分别成对地捆绑设置。这样可特别有利地使所述小的喷水推进器壳体具有特别有利于水流流动的流线型结构。这些壳体可完全设置在所述船底下方或部分地缩入船底中。这具体地要取决于船舶大小和水流的喷射速度而定。喷水推进器的尺寸也要取决于它们。
所述喷水推进器可有利地既水平地又可能垂直于所述船舶纵轴线或水平平面地倾斜设置。该倾斜角有利地约为4至7度，亦即特别小。这样，在船身下方就产生特别有利的流动特性，从而允许设置在船尾的喷水推进器和电动舵螺旋桨以很好的效率运行。所述船舶在此不但可仅仅利用舵螺旋桨实现其适航性，而且可仅仅利用喷水推进器实现其适航性，同时也优选利用这两种驱动装置的组合实现其适航性。
这一点尤其在所述喷水推进器略微向外设置时可实现。所述泵机组的布置可有利地部分地与所述船底的斜升角相匹配。这样，可特别有利地实现废气的分布。
为了有利地将废气导入水中，在此规定，每个泵机组在其出水侧具有一同心的废气喷嘴弧段(KADS)，以用于将船舶废气掺混到喷水射流中。这样，可将船舶废气导入所述船底水流中，而不必采用废气压缩机。同时可有利地确保将废气良好地分布到水中。
所述泵机组的驱动发动机可有利地从一燃气轮机发电机组中获取其电动能量，该燃气轮机发电机组尤其安设在一发电模块中。该发电模块可按照有利的方式良好抗震地布置。这样，通过与此相结合地将各个泵机组也分别抗震地设置在军舰的发电模块中，可使整个驱动装置具有一高的抗震特性。所述喷水推进装置也可设计成特别能抗震的，因为所有的轴承都能设计成抗震的并且各个部件均可用高强度材料制成。
在此比较有利的是，将所述燃气轮机发电机组设置在所述泵机组上方。这样，在船体中心的后面部段中，在船身内的深下方并因此良好保护地设有一个用于船舶推进装置的发电系统。该船舶推进装置可设计成特别坚固。在此更加有利的是，可将所述燃气轮机排气管设计成短管道并使其在所述泵机组的喷水流射出侧通到所述同心的废气喷嘴弧段(KADS)中。这样，可使废气压力损失最小。该废气管道本身可通到所述同心的废气喷嘴弧段(KADS)的一负压区中，从而使得燃气轮机不再有显著的功率损失。
按照本发明的另一有利设计，所述发电机具有高温超导绕组，尤其是一个带有高温超导绕组的转子。这样，所述发电机也可按照迄今尚未达到的方式设计成较小并抗震的。
在所述多个喷水推进装置之后设有一些射流偏转元件，尤其是一些可缩回到所述双层底中的射流偏转元件，例如一些可偏转的板。这样，射出水流就具有可偏转性。从而能以特殊的方式与船体内喷水推进装置的空间布置相匹配。同时，对于喷水推进器没有开启的情况也形成了一种有利于水流流动的设计。
所述多个喷水推进装置设计成可有利地分别单独进行调节(这是由于采用电动驱动发动机而变得可行)，同时，所述喷水推进装置的功率调节可与一附加的螺旋桨驱动装置的功率调节相互调谐地进行。这样，任何时候，即便在螺旋桨推进器失效时，既可以通过单方面进行的单独调节来控制船舶，又可以调节船舶的整体速度。从而总体上相对于迄今所建造的军舰和民用船舶获得了它们所没有的生存率和机动性。
按照本发明的船舶可有利地在所述多个喷水推进装置之外具有一舵螺旋桨推进装置，尤其是一电动舵螺旋桨推进装置，其中，该电动的舵螺旋桨推进装置优选从一些燃料电池中获取其电动能量。这样，就既对于民用船舶又对于军舰来说，在利用燃料电池工作来运行(低速度级)时完全没有废气排放，而在利用发动机(燃气轮机)-喷水推进器运行(高速度级)时也只有不明显的排放。迄今对于军舰来说常常容易被探测到的以及对于民用船舶来说烦人的废气排放烟缕和噪音完全消除。
下面借助附图对本发明予以详细说明，从中可了解到其他一些对于本发明来说很重要的细节。附图中
图1是船体中部-驱动系统所在区域(船底分段)的简略示图；图2示出一对喷水推进器装置及其壳体结构的网格拓扑结构；图3是一从中可了解到所述喷水推进器垂向位置的草图。
在图1中，附图标记1代表船底，2代表双层船底的上侧。在该双层船底上侧的略向上提升的区段6中有用于所述喷水形成机组4的驱动发动机3，优选是一个带有用高温超导体导线制成的转子绕组的电动机。在所述驱动部件3和4之间的轴可有利地设计成特别短。根据所述轴的长度形成所述船舶船底提升段7的缩入厚度。在该船舶驱动单元的上方设有一未示出的位于一模块中燃气轮机发电机组。在该模块中也有利地设有用于该驱动装置的控制和调节装置。在所述水泵机组4上附加地连接着一同轴的废气喷嘴弧段(KADS)8。废气排气管道9通入该废气喷嘴弧段(KADS)8中。所述废气排气管道9尤其可为独立部件并具有一闭锁阀。
在船身中有一副机房10与所述水泵机组4相连。该副机房10、所述水泵机组4的区域和其中设有电动机3的船底区域一起构成一船底分段(模块)。该船底分段可有利地在建造船舶时就装配进去。
图2中所示带有两个吊舱10和11的网格拓扑结构示出将所述喷水推进器安置到成对设置的吊舱中的具体细节。如从该网格拓扑结构中可看到的那样，可以不必对船底的几何形状做显著改动地使水流良好地流入所述喷水推进器中。这两个喷水推进器在船舶的水下轮廓断面中仅形成不显著的突起，从而使由此形成的涡流很小。总体上按照本发明使船舶的水下轮廓形状即便在喷水推进器区域也很好。
在图3中，附图标记12表示一第一喷水推进器15的中轴线，13则表示一第二喷水推进器16的中轴线。它们形成一对。在这两个喷水推进器15，16之间的水平间距用X表示。Y则表示这两个喷水推进器15，16之间的垂直间距。该垂直间距Y依据喷水推进器所在区域内的船底外边缘14的斜升角来设定。根据所述喷水推进器设置的偏心度和所述船底的斜升角，所述间距X和Y的大小决定了有多少百分比的废气向后流出，又有多少从船舶两侧浮升出。
权利要求
1.一种具有一双层底的快速航海船舶，该船舶具有一喷水推进装置，该喷水推进装置由至少一个用于形成喷水射流的泵机组和至少一个用于该泵机组的驱动发动机构成，其特征在于，所述泵机组(4)和其驱动发动机(3)在部分利用了所述双层底(1，2)中的空间的情况下设置在所述船舶的船尾之外。
2.如权利要求1所述的船舶，其特征在于，所述泵机组(4)和其驱动发动机(3)设置在所述船体中段的后面区域中。
3.如权利要求1或2所述的船舶，其特征在于，所述用于泵机组(4)的驱动发动机(3)是一电动机，其中，该电动机至少部分具有一些高温超导体绕组。
4.如权利要求3所述的船舶，其特征在于，所述电动机具有一带有高温超导体绕组的转子。
5.如权利要求3或4所述的船舶，其特征在于，所述电动机设置在所述船舶的双层底(1，2)中。
6.如上述任一项权利要求所述的船舶，其特征在于，所述泵机组(4)设置在一个单体的或多分段的吊舱(15，16)中，该吊舱尤其局部地装入所述双层底(1，2)中。
7.如上述任一项权利要求所述的船舶，其特征在于，所述泵机组(4)设置在所述船舶船底(1)的一提升部段(7)下方。
8.如上述任一项权利要求所述的船舶，其特征在于，所述喷水推进器，其吊舱(15，16)以及必要时还有它的驱动发动机(3)设置在所述船舶的一特殊的船底分段中。
9.如权利要求8所述的船舶，其特征在于，所述船底分段设计成双层底模块，该模块在船舶建造期间可插入所述双层底(1，2)中。
10.如权利要求8所述的船舶，其特征在于，所述船底分段优选设置在船体中部区域或必要时也设置在船体后部区域中。
11.如上述任一项权利要求所述的船舶，其特征在于，该船舶具有多个、尤其是两个或四个泵机组(4)，这些泵机组优选分别成对地并列设置。
12.如上述任一项权利要求所述的船舶，其特征在于，所述泵机组(4)或一对泵机组相对于水平方向倾斜设置，且尤其设置成这样，即，使得喷水流向下倾斜，例如倾斜1度至8度，尤其是4度至7度。
13.如上述任一项权利要求所述的船舶，其特征在于，所述泵机组(4)或一对泵机组(4)相对于所述船舶纵向向外设置。
14.如权利要求11至13中任一项所述的船舶，其特征在于，每对泵机组(4)相对于其垂向位置完全或部分地与所述船底(14)的斜升角相匹配。
15.如上述任一项权利要求所述的船舶，其特征在于，每个泵机组(4)在其出水侧具有一同心的废气喷嘴弧段(KADS)(8)，以用于将船舶废气掺混到喷水射流中。
16.如上述任一项权利要求所述的船舶，其特征在于，所述泵机组(4)的驱动发动机(3)从一燃气轮机发电机组中获取其电动能量，该燃气轮机发电机组尤其安设在一发电模块中。
17.如上述任一项权利要求所述的船舶，其特征在于，所述燃气轮机发电机组设置在所述发动机与泵机组区域之上。
18.如权利要求16或17所述的船舶，其特征在于，所述燃气轮机具有一排气管道(9)，该排气管道设计为短管道并通到所述同心的废气喷嘴弧段(KADS)(8)中。
19.如权利要求16或17所述的船舶，其特征在于，所述发电机具有高温超导绕组，尤其是一个带有高温超导绕组的转子。
20.如上述任一项权利要求所述的船舶，其特征在于，该船舶具有一些用于所述多个喷水推进装置的射流偏转元件，尤其是一些可缩回到所述双层底(1，2)中的射流偏转元件，例如一些可偏转的板。
21.如上述任一项权利要求所述的船舶，其特征在于，所述多个喷水推进装置设计成可分别单独进行调节。
22.如上述任一项权利要求所述的船舶，其特征在于，该船舶在所述多个喷水推进装置之外具有一舵螺旋桨推进装置，尤其是一电动舵螺旋桨推进装置，其中，该电动的舵螺旋桨推进装置优选从一些燃料电池中获取其电动能量。
23.如上述任一项权利要求所述的船舶，其特征在于，同调节该船舶的一螺旋桨驱动装置、例如一些电动舵螺旋桨的功率相调谐地调节所述喷水推进装置的功率。
24.如上述任一项权利要求所述的船舶，其特征在于，该船舶是一海军军舰，例如一护卫舰、一警卫舰或一快艇。
25.如权利要求1至23中任一项所述的船舶，其特征在于，该船舶是一商船或客船，例如一巡游船、一滚装卸船或一大型游艇。
全文摘要
本发明涉及一种具有一双层底(1，2)的快速航海船舶，该船舶具有一喷水推进装置，该喷水推进装置由至少一个用于形成喷水射流的泵机组(4)和至少一个用于该泵机组的驱动发动机(3)构成，按照本发明，所述泵机组(4)和其驱动发动机(3)在部分利用了所述双层底(1，2)中的空间的情况下设置在所述船舶的船尾之外。
文档编号B63H11/08GK1655984SQ03812357
公开日2005年8月17日 申请日期2003年4月4日 优先权日2002年5月29日
发明者马骞厄斯·舒尔茨, 沃尔夫冈·扎德基, 伯恩德·瓦克尔, 卡罗－奥托·萨德勒 申请人:西门子公司