在船舶中的组件和方法
【专利摘要】一种船舶包括：船体(200)；至少一个推进单元(100)，其包括推进发动机(30)、变速器件(40)、通过变速器件(40)连接到推进发动机(30)上的至少一个推进器(50)；以及振荡传感器(300)，振荡传感器位于至少一个推进器(50)附近，以感测至少一个推进器(50)的空泡。该组件进一步包括控制单元(400)，以控制推进发动机(30)，所述振荡传感器(300)连接到控制单元(400)上，其中在控制单元(400)中分析振荡传感器(300)的输出信号，以检测是否正在形成较坏程度的空泡，以及在正在形成较坏程度的空泡时，在驾驶台处的显示器单元上指示正在形成较坏程度的空泡，以及/或者调整推进发动机(30)的旋转速度和/或功率。
【专利说明】在船舶中的组件和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及根据权利要求1的前序部分的在船舶中的组件。
[0002]本发明还涉及根据权利要求12的前序部分的在船舶中的方法。
[0003]所述组件和方法可用于船舶中，船舶包括:船体；至少一个推进发动机；变速器件；通过变速器件连接到至少一个推进发动机上的至少一个推进器；以及支承结构，支承结构包括支承在船体处的上部部分、下部部分和前缘；用于控制至少一个推进发动机的控制单兀。
[0004]船舶可具有位于船舶的尾部处的仅一个推进发动机或两个或更多个推进发动机。推进器可包括单个推进器或两个相反地旋转的推进器。
[0005]该组件适于特别用于大型船舶中，例如巡洋舰、运输石油或液化天然气的油轮、车辆运载船、集装箱船舶和渡船。
【背景技术】
[0006]JP专利公开N0.2004182096公开吊舱(pod)型的推进设备，其包括可枢转地附连到船舶的船体上的支承结构和附连到支承结构上的腔室。腔室包括马达，马达连接到轴的第一端上，轴的相对的第二端从腔室的前端突起且连接到推进器上。支承结构的旋转角度在船舶的速度增加时受到限制，以便防止空泡(cavitat1n)。
[0007]RU专利公开N0.2009957公开一种装置来减少船舶中的空泡。在船舶的尾部处的推进器通过轴连接到船舶的船体内的马达上。在推进器的叶片上存在具有振荡驱动器的柔性壳体。空泡噪声传感器位于船舶的船体上。用于柔性壳体的振荡频率控制块与噪声传感器串联连接。推进器轴与具有电刷的集电器配合。传感器产生与声学辐射成比例的信号且将其作为输入信号馈送到振荡频率控制块。振荡频率控制块又产生返回信号给柔性振荡壳体的驱动器，以便将空泡噪声减到最小。
[0008]JP专利公开N0.09136694公开了船舶中使用的水射流泵的自动速度控制。当船舶移动时，压力传感器检测水射流泵的输送压力。计算器基于压力检测器的输出信号计算可对水射流泵应用的旋转数，以避免水流中产生空泡。信号选择器比较计算出的旋转数和转向控制单元指示的旋转数。通过选择指示较小旋转数的信号，信号选择器将控制信号输出给水射流泵的驱动马达。
[0009]JP专利公开09109991公开防止空泡型的船舶翅片(fin)稳定器。稳定器包括通过轴可枢转地支承到船体上的翅片。翅片驱动机构通过转动轴来调节翅片的翼角度。在翅片的下部后缘处的水排出喷嘴在巡航时控制翅片产生的空泡。给水泵供应水且从排出喷嘴排出水。位于翅片后面的水下传声器检测翅片的空泡产生的噪声。水喷射控制器通过基于传声器的噪声检测信号来控制馈送泵来控制从排出喷嘴喷射的水。
[0010]在局部压力由于高的局部速度而非常低的某个流区域处，当液体的物相变成蒸气时会形成空泡。关于水中旋转的推进器的至少四个不同的空泡类型区分如下:a)来自吸力侧的叶梢涡流，其被看作正常运行，除非超过某个水平，b)在吸力侧处的片状空泡，c)来自压力侧的叶梢涡流，d)气泡空泡。
[0011]控制台处于船舶的尾部，即在大型船舶中在船尾的前方200至400米处。控制台还高于海平面15-40米。这表示坐在驾驶台上的船长或导航员通常感觉不到或听不到在船舶的船尾处的推进器产生的空泡。因而需要使船长和/或导航员知道正在形成较坏程度的空泡的情形。这种情形可典型地出现在船舶突然以全功率加速时或在推进单元和/或船舶以大的转向角度转向时。
【发明内容】
[0012]本发明的目标是一种管理在船舶中形成空泡的情形的组件和方法。
[0013]根据本发明的在船舶中的组件的特征在于权利要求1的特征部分中的特征。
[0014]根据本发明的在船舶中的方法的特征在于权利要求12的特征部分中的特征。
[0015]根据本发明的在船舶中的组件，包括:船体；至少一个推进单元，其包括推进发动机、变速器件、通过变速器件连接到推进发动机上的至少一个推进器；以及振荡传感器，其位于至少一个推进器附近，以感测至少一个推进器的空泡产生的振荡。该组件进一步包括控制单元，以控制至少一个推进发动机，所述振荡传感器连接到控制单元上，其中在控制单元中分析振荡传感器的输出信号，以确定是否正在形成较坏程度的空泡，以及在正在形成较坏程度的空泡时，在驾驶台处的显示器单元上指示正在形成较坏程度的空泡，以及/或者调整至少一个推进发动机的旋转速度和/或功率。
[0016]当振荡传感器位于现象的原点附近，即在推进器附近时，较容易识别推进器的空泡。当推进单元即将进入具有有害的较坏程度的空泡的不合需要的运行阶段时，控制单元将警报发送到驾驶台处的显示器单元和/或控制推进发动机的速度和/或功率。
[0017]当直接根据推进器的空泡产生的振荡进行测量时，系统中的调节参数的量限制到最少。唯一的一些调节参数是对推进器叶片频率的敏感度、爆发类型和幅度。原始测量结果的信号处理也非常简单，这表示较坏情况的空泡的指示将较快。推进单元的速度变化速率通常较低，这表示在形成较严重的空泡之前存在足够的时间进行反应。
[0018]第一级叶梢涡流空泡在运行中，例如在船舶以全速行驶的情况下是正常的。第一级叶梢涡流也通常考虑到流体力学设计中，并且推进器的运行效率不受第一级叶梢涡流的有害影响。在空泡变得更严重的情况下，这将对整个推进机械有害，并且可产生瞬态或长期损害。更严重级别的空泡将导致推进器的效率急剧下降，这会急剧地降低船舶的可操纵性。
[0019]用于感测推进器的叶梢涡流的振荡传感器的最佳位置在沿船舶的行驶方向位于推进器后面的支承结构上，处于叶梢涡流“绳”撞击支承结构的位置处。在正常拉动型的推进单元中，即在其中推进器处于腔室的前端的推进单元中，支承结构在推进器后面。
[0020]在推进器叶片在支承结构前面经过时，支承结构在流体力学环境中产生不同的密度。叶梢涡流和支承结构相互影响。当叶梢涡流变得恶化时，叶梢涡流和支承结构之间的相互作用将产生推进器叶片频率爆发。这个点是开始进行推进控制以避免更严重的空泡的边界线。
[0021]在某些情况下，可通过在驾驶台上的单独的按钮来停用控制单元。
[0022]本发明可有利地用于大型船舶中，例如巡洋舰、运输石油或液化天然气的油轮、车辆运载船、集装箱船舶和渡船。在这样的大型船舶中的推进单元的功率大约为至少1MW。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]在下面参照附图详细描述本发明的一些特定实施例，其中:
图1显示根据本发明的在包括吊舱推进单元的船舶中的组件。
[0024]图2显示根据本发明的在包括舵吊舱单元的船舶中的组件。
[0025]图3显示根据本发明的在包括传统的轴向推进单元的船舶中的组件。
【具体实施方式】
[0026]图1显示根据本发明的在具有吊舱推进单元的船舶中的组件。
[0027]该组件包括位于船舶的尾部处的推进单元100。推进单元100包括支承结构10、腔室20、包括第一电动马达30的推进发动机、轴40、和推进器50。支承结构10具有上部部分11、下部部分12、前缘13和后缘14。中空支承结构10的上部部分11可枢转地附连到船舶的船体200上。腔室20固定地附连到中空支承结构10的下部部分12上。轴40具有连接到第一电动马达30上的第一端，以及第二端，第二端从腔室20的前端21突起且连接到推进器50上。推进器50因而位于腔室20的前端21处。第一电动马达30可为感应马达或同步马达。推进器50可包括单个推进器或两个相反地旋转的推进器。船舶的行驶方向由图中的箭头SI显示。
[0028]推进单元100进一步包括转动机构60，其使推进单元100相对于船舶的船体200围绕转动轴线Y-Y转动。转动机构60位于船舶的船体200内且包括齿轮缘61和第二电动马达62。第二电动马达62的轴63连接到小齿轮64上，而小齿轮64连接到齿轮缘61的周边上。支承结构10的上部部分11连接到齿轮缘61上。第二电动马达62将因而使小齿轮63旋转，小齿轮63使齿轮缘61旋转，齿轮缘61使支承结构10且从而使推进单元100旋转。第二电动马达62可为感应马达或同步马达。自然可存在两个或更多个第二电动马达62，其位于齿轮缘61的周边周围。
[0029]该组件还包括控制单元400，以控制至少第一电动马达30且备选地还控制第二电动马达62。控制单元400将基于来自驾驶台的命令控制第一电动马达30和第二电动马达62。电动马达30、62的旋转速度可由例如变频器控制。
[0030]用于指示空泡的组件进一步包括振荡传感器300，其位于支承结构10的前缘13上。振荡传感器300位于支承结构10的前缘13上，处于对应于推进器50的叶片的叶梢在推进器50的叶片的叶梢在旋转运动期间经过支承结构10的前缘13前面时的情况下的位置的高度。振荡传感器300连接到控制单元400上。特别是在感测旋转的推进器50产生的叶梢涡流方面，振荡传感器300的这个位置是最佳的。
[0031]图2显示根据本发明的在包括舵吊舱单元的船舶中的组件。
[0032]该组件包括推进单元100,其位于船舶的尾部处。推进单元100包括支承结构10、腔室20、包括第一电动马达30的推进发动机、轴40、推进器50和舵70。这个组件对应于图1的吊舱组件，除了舵70，以及除了支承结构10处于固定地支承在船舶的船体200处的舵吊舱中。可围绕转动轴线Y-Y枢转地支承舵70。
[0033]图3显示根据本发明的在包括传统的轴向推进单元的船舶中的组件。这个组件在船舶的船体200外部不具有吊舱组件。推进单元100包括在船舶的船体200内的推进发动机30、轴40，轴40具有连接到推进发动机30上的第一端，以及第二端，第二端延伸通过船体200的后端处的开口且连接到位于船体200外部的推进器50上。推进发动机30例如可为柴油发动机或电动马达。在船舶的行驶方向SI上，舵70位于推进器50之后。进一步围绕转动轴线Y-Y可枢转地支承舵70。
[0034]振荡传感器300位于支承结构70 (即舵70)的前缘71上，处于对应于推进器50的叶片的叶梢在推进器50的叶片的叶梢在旋转运动期间经过舵70的前缘71的前面时的位置的高度。振荡传感器300A可备选地附连到船舶的船体200的底部上，如也在图中显示的那样。在这种情况下，在船体200上的振荡传感器300A的位置将在径向方向上在推进器50的叶片的叶梢的上方。
[0035]有利的是使振荡传感器300附连到支承结构上，在船舶的行驶方向上，支承结构位于推进器50后面。振荡传感器300将在这种位置上特别有效地感测推进器50的叶梢涡流。附连振荡传感器300的适当的支承结构例如为用于吊舱或舵的支承结构，但是其可为在船舶的行驶方向SI上位于推进器50后面的任何支承结构。在吊舱单元具有处于腔室20的后端处的推进器50的情况下，在吊舱的后面需要单独的支承结构用于振荡传感器300。
[0036]推进器50可由单个推进器或两个相反地旋转的推进器形成。
[0037]振荡传感器300、300A可为例如压力传感器、声学传感器或加速度传感器。
[0038]当在船舶的行驶方向SI上，振荡传感器300在支承结构10、70上位于推进器50之后时，最佳位置处于对应于推进器50的叶片的叶梢在叶片的叶梢处于最上部位置时的高度的基本高度位置。相对于基本高度位置，所允许的竖向偏差Vl等于或小于推进器50的直径Dl的±25%。在支承结构10、70上位于推进器50之后的振荡传感器300测量从推进器50向后传播的空泡。
[0039]当振荡传感器300A在船体200上在径向方向上位于推进器50上方时，基本纵向位置在叶片的叶梢处于最上部位置时正好在推进器50的叶片的叶梢上方。基本纵向位置的允许的水平偏差Hl等于或小于推进器50的直径Dl的50%。位于推进器50上方的径向位置的振荡传感器300A测量在径向方向上从推进器50传播的空泡。
[0040]振荡传感器300、300A必须定位成使得其对从推进器50出现的空泡敏感。
[0041]控制单元400可为单独的单元或其可结合到船舶中的某个其它控制单元中。
[0042]本发明还可实现在具有两个或更多个推进单元的船舶中。例如在船舶的船尾处设有两个推进单元的船舶将需要用于各个推进器的振荡传感器，以及用于各个推进马达的控制电路。
[0043]上面介绍的本发明的实施例的示例不意图将本发明的范围仅限于这些实施例。可在权利要求的范围内对本发明进行若干修改。
【权利要求】
1.一种在船舶中的组件，包括: -船体(200)， -至少一个推进单元(100)，其包括推进发动机(30)、变速器件(40)、通过所述变速器件(40)连接到所述推进发动机(30)上的至少一个推进器(50)，以及 -振荡传感器(300)，其位于所述至少一个推进器(50)附近，以感测所述至少一个推进器(50)的空泡产生的振荡， 其特征在于，所述组件进一步包括: -控制单元(400)，其用于控制所述至少一个推进发动机(30)，所述振荡传感器(300)连接到所述控制单元(400)上， 其中，在所述控制单元(400)中分析所述振荡传感器(300)的输出信号，以确定是否正在形成较坏程度的空泡，以及在正在形成较坏程度的空泡时，在所述驾驶台处的显示器单元上指示正在形成较坏程度的空泡，以及/或者调整所述至少一个推进发动机(30)的旋转速度和/或功率。
2.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述振荡传感器(300)附连到从所述船体(200)向下突起的支承结构(10，70)的前缘(14，71)上，在所述船舶的行驶方向(SI)上，所述支承结构(10，70)定位在所述推进器(50)之后。
3.根据权利要求2所述的组件，其特征在于，所述振荡传感器(300)在所述支承结构(10，70)的前缘(14，71)上位于基本高度位置处，所述基本高度位置对应于所述至少一个推进器(50)的叶片的叶梢在所述叶片的叶梢处于最上部位置时的高度，其中相对于所述基本高度位置，允许有等于或小于所述推进器(50)的直径(Dl)的±25%的竖向偏差(Vl)。
4.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述振荡传感器(300A)在所述船体(200)的底部处位于所述推进器(50)上方的位置。
5.根据权利要求4所述的组件，其特征在于，所述振荡传感器(300A)在径向方向上在所述推进器(50)上方位于基本纵向位置处，当所述推进器(50)的叶片的叶梢处于最上部位置时，所述基本纵向位置正好在所述叶片的叶梢的上方，其中相对于所述基本纵向位置，允许所述基本纵向位置有等于或小于所述推进器(50)的直径(Dl)的50%的水平偏差(Hl)。
6.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述组件进一步包括: -支承结构(10)，其可围绕转动轴线(Y-Y)枢转地支承在所述船体(200)处，并且包括中空本体，以及 -转动机构(60)，其包括至少一个第二电动马达(62)，以使所述支承结构(10)且从而使所述腔室(20)相对于所述船舶的所述船体(200)转动，以使所述船舶转向，其中: -所述至少一个推进发动机(30)包括第一电动马达(30)，其位于具有前端(21)和后端(22)的腔室(20)中，所述腔室(20)固定地附连到所述支承结构(10)的下部部分(12)上， -所述变速器件(40)包括具有第一端和第二端的轴(40)，所述轴(40)的所述第一端连接到所述第一电动马达(30)上，而所述轴(40)的所述第二端从所述腔室(20)的前端(21)突起且连接到所述至少一个推进器(50)上，以及 -在所述船舶的行驶方向(SI)上，所述振荡传感器(300)在所述支承结构(11)的前缘(11)处位于所述至少一个推进器(50)的后面。
7.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述组件进一步包括: -支承结构(10)，其固定地附连到所述船体(200)上且包括中空本体， -在所述船舶的行驶方向(SI)上，舵(70)位于所述支承结构(10)和所述腔室(20)之后，所述舵(70)可围绕转动轴线(Y-Y)枢转地支承在所述船体(200)处，其中: -所述推进发动机(30)包括第一电动马达(30)，其位于具有前端(21)和后端(22)的腔室(20)中，所述腔室(20)固定地附连到所述支承结构(10)的下部部分(12)上， -所述变速器件(40)包括具有第一端和第二端的轴(40)，所述轴(40)的所述第一端连接到所述第一电动马达(30)上，而所述轴(40)的所述第二端从所述腔室(20)的前端(21)突起且连接到所述推进器(50)上，以及 -在所述船舶的行驶方向(SI)上，所述振荡传感器(300)在所述支承结构(11)的前缘(11)处位于所述至少一个推进器(50)后面。
8.根据权利要求1所述的组件，其特征在于，所述组件进一步包括: -舵(70)，其可围绕转动轴线(Y-Y)枢转地支承在所述船体(200)处，在所述船舶的行驶方向(SI)上，所述舵(70)定位在所述推进器(50)之后，其中: -所述推进发动机(30)包括位于所述船舶的所述船体(200)内的第一电动马达或柴油发动机(30)， -所述变速器件(40)包括具有第一端和第二端的轴(40)，所述轴(40)的所述第一端连接到所述推进发动机(30)上，而所述轴(40)的所述第二端从所述船体(200)的后端突起且连接到所述推进器(50)上，以及 -在所述船舶的行驶方向(SI)上，所述振荡传感器(300)在所述舵(70)的前缘(11)处位于所述至少一个推进器(50)后面。
9.根据权利要求8所述的组件，其特征在于，所述振荡传感器(300)在所述舵(70)的前缘(71)上位于基本高度位置处，所述基本高度位置对应于所述至少一个推进器(50)的叶片的叶梢在所述叶片的叶梢处于最上部位置时的高度，其中，相对于所述基本高度位置，允许有等于或小于所述推进器(50)的直径(Dl)的±25%的竖向偏差(VI)。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的组件，其特征在于，所述船舶为巡洋舰、运输石油或液化天然气的油轮、车辆运载船、集装箱船舶或渡船。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的组件，其特征在于，所述至少一个推进单元(100)的功率为至少1MW。
12.—种在船舶中的方法，所述船舶包括: -船体(200)， -至少一个推进单元(100)，其包括推进发动机(30)、变速器件(40)、通过所述变速器件(40)连接到所述推进发动机(30)上的至少一个推进器(50)，以及 -振荡传感器(300)，其位于所述至少一个推进器(50)附近，以感测所述至少一个推进器(50)的空泡产生的振荡， 其特征在于，所述方法包括以下步骤: -用所述振荡传感器(300)测量所述至少一个推进器(50)的空泡， -将所述振荡传感器(300)的输出信号馈送到控制单元(400)， -在所述控制单元(400)中分析所述振荡传感器(300)的输出信号，以检测所述至少一个推进器(50)的空泡，以及确定是否正在形成较坏程度的空泡， -在正在形成较坏程度的空泡时，在所述驾驶台处的显示器单元上指示正在形成较坏程度的空泡，以及/或者调整所述推进发动机(30)的旋转速度和/或功率。
【文档编号】B63H1/18GK104136317SQ201380011725
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2013年2月28日 优先权日:2012年2月29日
【发明者】M.卡贾瓦, T.维科海莫, M.莱伊恩, T.塞特拉 申请人:Abb有限公司