专利名称：船舶推进装置和方法
技术领域：
本发明涉及这样的船舶推进和/或转向单元装置，其至少部分地被水包围，该装置包含一个电动机，其位于由单元壁所形成的基本上密封的腔室内，一个与所述电动机相联的推进器轴，其具有一个安装在所述腔室外部的推进器或类似设备，用于将作为运动能的电动机动力传递给周围的水。本发明还涉及一种控制上述推进和/或转向单元中流体流动的方法。本发明也涉及一种用于改善上述推进和/或转向单元中推进设备的电动机冷却效率的装置。
以前已知的是用于船舶或类似设备在水面上运行的推进单元，所述设备包含在实际的船体外部的一个基本密封的腔室，在该腔室内大部分布置有一个电动机。电动机轴或者直接或者通过一个适当的齿轮装置作为一个推进器轴，在腔室的外部固定有一个用于将电动机动力传递给驱动船舶的水流的推进器。在大多数现代装置中，这种腔室另外可绕垂直轴转旋地安装，在此情况下该设备同时起船舶推进和转向机构的作用。本申请人提供商标为Azipod(TM)的这种设备。
这种所谓的舱室布置在水面以下，至少是它们的主要部分，并常常布置一个通过垂直轴管或类似物与船体内部的连接。至少当船舶在水中时，例如用于进行维修的入口经由该连接，维修通常有点麻烦。然而，因为水下轴装置与该装置连接，在该装置中，轴的一部分在腔室的内部，而其它部分在腔室的外部，因此通常有泄漏的可能性，在该腔室内，这种泄漏必须检测且必须阻止腔室中水位的任何可能的上升。因为腔室经常位于很冷的水中，所以同时存在危险例如冷空气中的湿气凝结在腔室壁上，也导致水在腔室底部积聚。由于这些原因，该装置具有这些非常必需的特别控制和泵装置布置在腔室中。
同样地，也是在操作期间，需要在腔室中进行与马达和其余设备功能有关的不同维护措施，其目的是一方面确保密封，另一方面不同润滑和类似功能的连续维护。
此外，具有上述类型结构的马达装置已经开发了，在该装置中由电动机所产生的热，至少其主要部分，直接传导给周围的水。在这样的结构中，电动机主体起传送热量的中间部件的作用，在此情况下，舱室的表面起冷却器的作用。在此情况下，问题之一是从定子到马达主体，并进一步从主体到舱室外壳较差的热传递。
为了克服上述缺点并实现推进装置工作状况简单、可靠和易于使用，开发了一种本发明的装置，其特征披露在附加的权利要求中，特别在独立权利要求的特征部分中。因而，根据本发明的推进和/或转向单元装置的特征在于，其包括用于以空气或类似物尤其是气态介质加压所述基本密封的腔室的装置，其热传导性随压力而增加。因而，根据本发明用于控制流体流动的方法的特征在于，所述基本密封的腔室一方面相对外部的水压密封，另一方面相对船舶的其它隔舱密封，所述腔室用气态介质加压，其一进行腔室内压力的监测，并以控制的方式监测由于压力而从腔室泄出的任何介质的组成。本发明冷却方法的特征在于，通过以这样的方式增加电动机隔舱内的气态介质的压力而改善电动机的冷却，即增加气态介质的热传导率，这使得热量更有效地传输给电动机主体，特别是从定子绕组突出的区域，并从主体通过腔室壁直接传输给周围的水。
下面，将通过举例的方式，参照实施例和表示该实施例的示意图，详细描述本发明。
如图所示，一个基本上由水包围的推进单元3布置在船体1的外部，所述推进单元包含一个腔室4，其基本上至少相对所包围的水2密封，所述腔室具有一个电动机或类似的动力单元用于驱动船舶，这里没有详细描述。在图中示意地示出的，安装在轴7上由所述电动机5在轴承6中旋转的是一个或多个推进器部件8，其本身是已知的，也仅是示意地示出。推进器部件8以已知的方式将由电动机5传输给轴的旋转能传递给驱动船舶的水流。
推进单元3有利地安装在船体1上，以便其能够通过一个与上主体9一起形成的垂直轴转动，在此情况下，推进器水流同时能够由于推进单元的旋转指向横向，而且由于指向横向推进力的方向改变能够用于操作船舶。然而，其结构本身已知对本发明不是主要的，根据本发明的装置也能够应用到例如非旋转推进装置上。然而这些具有共同点，即推进装置形成了一个单独的腔室4，其主要部分常常位于水面下的水2中。
为了使腔室4中的设备5、6、7保持干燥，有一个轴密封垫10与所述轴7结合安装，用于防止水沿轴7从周围的水2进入腔室4。用这样的轴密封垫10实际上难于达到完全的密封，因为这样的腔室4的密封固体壁或类似结构连接到旋转轴7上，它们之间互相连接。因此，至少由于磨损，在轴密封垫10中存在一定的间隙，其同时以这样的方式给水提供了一个从腔室外部进入腔室4的入口，即水在腔室4的底部逐渐积聚，而这些水必须用特殊的装置清除。相应地，长期的完全密封，轴承6的润滑也难于进行，在此情况下，润滑剂从轴承上随时间滴下，而润滑剂也必须从腔室清除。
通过本发明的装置，在某种程度上由于不充分的密封，简单而可靠地解决了这两个问题。实际上，这意味着在腔室中人为地提供了超压，最佳状态下的所述压力至少相当于外部压力，特别主要是腔室4的外部压力，在某些便利的情况下，也主要相当于轴承6压力润滑系统中的压力(未在图中具体示出)。有利地，最后提到的压力分别地适合于相当于在轴密封垫10水平上腔室4外部存在的平均水压。这样，通过适当地对腔室4加压，实际上经由轴密封垫10到腔室4的任何水的进入均能够被消除。压力被平衡，同时该装置防止例如轴承6的润滑油进入周围的水中。
根据本发明，腔室4的加压显著地改善了定子绕组伸出区域的热传导。压力下的气态介质相当有效地将热量传导给电动机5的主体。当该结构中电动机5的主体最好直接与腔室4的壁接触时，热量将能有效地传导给所包围的水。这样能够避免使用到目前为止所用的热交换器装置，而同时能够增加电动机的相对效率。
实际上，能够以不同的方式实现腔室4的加压，附图
表示该方法的一个有利的实施例。因而附图中所披露的装置包含压力源机构12，其适于设置在一个单独的设备隔舱11中，该机构可包含一个压缩机、一个压力容器或类似已知部件，其由一控制单元13以可控制方式控制。在需要时可以使用处理机构14如水收集器或类似物，对于流动的介质如由所述压力源12加压的空气或其它气体最好连接到压力源上。而气态物质通常被认为是最优选的流动介质，在一些特殊情况下，本发明的装置也能够应用液体介质如某些油、冷却液等，或气体和液体联合使用。然而本发明的特征在于，腔室4的整个密封的内部通过所述介质被加压，所述介质因而至少充满了腔室的主要部分。根据一个实施例，本发明的加压装置也用作灭火系统的一部分。
有利地，腔室内介质如空气或其它气体的压力高于腔室上方船舶隔舱15中的空气压力，最好至少基本上与推进器轴7水平上的周围水2的压力相同。该压力通常明显地高于用于保持冷却气冷电动机的空气流的任何压力。一般地，加压所引起的压力高于腔室4底部和船舶内部15水平之间主要的水静压力，优选高于包围腔室4的水静压力，优选高于在腔室底部水平所测到的围绕腔室4水的动压力。一般地，这种压力比相当于轴密封垫10附近水静压力的压力高0.1至1巴。因而根据本发明，与大气压相比，水静压力例如在4米深度所需的超压，应当为0.5至1.4巴。
实际上，能够形成一个超压的腔室密封最好通过一个单独的压力壁16来提供，其通常具有必需的检修口以允许进入检修(未示出)。通过该压力壁16，由腔室4构成的隔舱能够以这样的方式关闭，即根据本发明的过压能够在正常的情况下由一个比较低能量消耗来维持。为了说明目的，这样在图中示出了压力壁16，即其位于上主体部分9的中间，在此情况下，腔室4的加压部分通过半色调打印示出。有利地，实际上压力壁16位于船体1和上主体部分9之间的边界处，其不同于图中所披露的位置，但是该压力壁也能够位于更下的位置例如紧贴在电动机5的上方，或可选地在更上的位置例如与设备隔舱11的壁连接。如图所示，一个从压力源12延伸的供料器管17穿过压力壁16进入腔室4中。
根据本发明的装置也能够通过利用超压例如通过图中用虚线标注的连接到底部的排出管18的伸长部分19，将可能积聚在腔室例如在其底部的任何湿气从腔室除去。例如腔室4的应急泵机构(未示出)和用于检测泄漏、分析泄漏物质的机构20，以及用于关闭管道以保持腔室4内压力的阀机构26，能够与该排出管18适当地布置在一起。根据本发明的一个实施例(没有具体地示出)，排出管18、19布置成用于加压介质的循环系统的一部分，在此情况下，通过处理机构14，湿气能够连续地从例如循环加压气体中除去，而同时这样监测腔室4的密封，即检测加压循环介质中所可能出现的任何水或油。同样地，这样监测加压的操作通常是重要的，其在图中示意性地用压力表21和报警信号输出部分22示出。
通过图中所示的轴密封垫装置成为多余的，所述装置包含一个多余储油槽23。该储油槽最好通过一个相同的加压系统加压，该加压系统通常加压腔室4，在此情况下，油从管25供给轴密封垫10。在某些情况下，通过加压和特别地使用比空气轻的气体，其能够有助于特别是使轴密封垫10中的磨损减小。通过将重力储油槽23加压到与腔室4相同的压力，对于轴密封垫10达到了腔室4和水2之间的过压。根据本发明的另一个实施例，而该装置是这样的，即布置加压介质的供应，至少对于一些部分，与单独的物体一起被润滑，在此情况下，通过所述系统能够引导油气进入密封垫10中或腔室4中的一些其他物体中。
在本发明的另一个实施例中(未示出)，此外该装置是这样的，即根据上述原理积极利用加压来实现其它功能如轴承6油的更换。在那种情况下，例如通过加压经由单独的管道，轴承油向上移动到设备隔舱11中。相应地，或者通过使用加压的油或者例如通过从腔室4去除压力，能够进行油的填充，在此情况下，油能够用重力填充。
上述已经讨论了一个装置，其中仅一个推进器机构8与所述腔室4相连，但是应该理解的是，本发明也能够应用在这样的装置中，即具有较多数量的推进器，例如在这样的方式下在轴7的两端均有一个推进器。在相应的方式下，在附加的权利要求范围内本发明能够作出不同形式的修改。
权利要求
1.一种船舶推进和/或转向单元装置，其至少部分由水包围，所述装置包含一电动机(5)，其布置在由所述单元壁所形成的基本密封的腔室(4)中，一连接到所述电动机上的推进器轴(7)，其具有一安装在所述腔室(4)外部的推进器或类似的设备(8)，其特征在于，设置与该装置结合的机构(12、17)，用于以空气或一些其他加压的气态介质加压所述基本密封的腔室(4)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述腔室(4)中的压力高于位于所述腔室(4)上方船舶隔舱(15)中的压力，优选高于腔室(4)底部和位于船舶内部(15)中排出管(18)水平之间通常的静压力，优选至少基本上与在推进器轴(7)水平包围腔室(4)的水(2)的水静压力相同，且最好高出0.1至1巴，和/或高于在腔室(4)底部水平所测量的周围水(2)的动压力。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，与其连接的是一个由一压力控制单元(13)控制的压力源(12)和/或用于在介质中提供压力的机构，和用于将所述压力/介质导入所述腔室(4)的机构(17)，以及用于关闭腔室(4)与船舶的其他隔舱(11、15)压力密封的机构(16、26)。
4.根据权利要求1至3任一所述的装置，其特征在于，该装置包括用于经由腔室(4)和/或其一部分使加压介质循环并返回到腔室(4)外部的机构(18)，并优选进入压力源(12)的进口，优选以这样的方式，即除了加压之外，加压气态介质也有其它特性和/或服务于腔室(4)中的装置的机构(20)，其在循环回路(18、19)中用于检测可能与加压介质混合的任何外来物质，和用于适当地从其中分离这些物质，和/或用于由于这些物质而发出警报的机构。
5.根据权利要求1至4任一所述的装置，其特征在于，该装置包含机构(19、23、24、25)，所述机构优选和加压一起操作，也用于将其它物质，特别是液态或气态物质如油、气体、水和/或冷却物质或类似物以可控的方式供应给密封的腔室(4)和/或位于其中的设备(10)，和/或相应地用于从其中去除这些物质。
6.根据权利要求1至5任一所述的装置，其特征在于，加压介质的供应机构(25)特别布置在这样的点或在这样的点附近，即其已经实现了腔室(4)和周围水(2)之间的密封操作，特别是与推进器轴(7)的压力密封垫(10)结合，优选采用这样的方式，即这样的加压介质和/或通过加入其中的物质有助于密封和/或密封垫的发挥作用。
7.一种用于控制船舶推进和/或转向单元装置的方法，所述装置至少部分被水包围，该单元包括包含一电动机(5)，其布置在由所述单元壁所形成的基本密封的腔室(4)中，一连接到所述电动机上的推进器轴(7)，其具有一安装在所述密封的腔室(4)外部的推进器或类似的设备(8)，其特征在于，所述基本密封的腔室(4)由机构(10、16、26)一方面相对于外部水的压力密封，另一方面相应地相对于船舶的其他隔舱(11、15)密封，所述腔室通过一种流动的气态介质加压，由执行机构(13、21)进行腔室(4)中压力的监测，由于压力由机构(20)监测而以可控的方式监测从腔室(4)泄漏的介质的组成。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在腔室(4)中保持这样的压力，即该压力基本上同样地能够经由排出机构(18、19)推动积聚在腔室中的任何流体，和/或在腔室(4)外部和/或从位于其中的设备特别是轴承(6)供应给其中的流体。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述压力由机构(24)引导到系统(23)中，该系统(23)以这样的方式保持其它介质如油或类似物，使所述介质将由机构(25)以增强的方式传输给腔室(4)中一个所需的目标(10)。
10.一种用于改善船舶推进和/或转向单元冷却的方法，所述单元至少部分被水包围，该单元包括一电动机(5)，其布置在由所述单元壁所形成的基本密封的腔室(4)中，一连接到所述电动机上的推进器轴(7)，其具有一安装在所述基本密封的腔室(4)外部的推进器或类似的设备(8)，其特征在于，一种气态介质被导入所述基本密封的腔室(4)中，所述气态介质的热传导率通过腔室(4)的加压而增加，由所述电动机(5)所产生的热量通过加压的气态介质穿过腔室(4)的壁直接进入所周围的水(2)中。
全文摘要
本发明涉及一种船舶推进和/或转向单元装置，其至少部分由水包围，所述单元包含一电动机(5)，其布置在由所述单元壁所形成的腔室(4)中，一推进器轴(7)连接到所述电动机上，其具有一个安装在所述腔室(4)外部的推进器(8)，该装置包括机构(12、17)，用于用空气或一些其他加压的气态介质加压所述腔室。本发明还涉及一种用于控制所述船舶推进和/或转向单元装置的方法，其中所述腔室(4)由(10、16、26)一方面相对于外部水的压力密封，另一方面相应地相对于船舶的其他隔舱(11、15)密封。所述腔室(4)通过一种流动的气态介质加压，并进行腔室(4)中压力的监测，由于压力由机构(20)监测而以可控的方式监测从腔室(4)泄漏的物质的组成。此外，本发明还包含一种用于通过一种加压气态介质改善冷却的方法。
文档编号H02K9/12GK1543414SQ01823545
公开日2004年11月3日 申请日期2001年6月14日 优先权日2001年6月14日
发明者J·伊利塔洛, J 伊利塔洛 申请人:Abb有限公司