NL2010778C2

NL2010778C2 - POD WITH LONG FLEXIBLE SCREW AXIS.

Info

Publication number: NL2010778C2
Application number: NL2010778A
Authority: NL
Inventors: Herbert Jan Koelman; Dick-Jan Blaeij; Markus Laan
Original assignee: Blue Thruster B V
Priority date: 2013-05-08
Filing date: 2013-05-08
Publication date: 2014-11-13

Description

POD met lange flexibele schroefasPOD with long flexible propeller shaft

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een POD omvattende een behuizing, welke behuizing voorzien is van een bevestiging voor bevestiging aan een vaartuig, waarbij die behuizing langwerpig is en van tegenoverliggende eerste en tweede einden is voorzien en in die behuizing een rotatiemotor aangebracht is, waarbij de rotatieas van die elektromotor zich in de richting eerste einde/tweede einde uitstrekt, waarbij die elektromotor een holle elektromotoras omvat, waar doorheen de schroefas loopt, die zich door de behuizing uitstrekt naar een daarbuiten liggende schroef.The present invention relates to a POD comprising a housing, which housing is provided with a mounting for attachment to a vessel, said housing being elongated and having opposite first and second ends and a rotary motor being arranged in said housing, the The axis of rotation of said electric motor extends in the direction of the first end / second end, said electric motor comprising a hollow electric motor shaft, through which runs the propeller shaft, which extends through the housing to a screw lying outside it.

Een dergelijke POD is bekend uit WO 03/023941. In deze bekende Pod is de schroefas verbonden met een holle rotoras via elastische dempingselementen die de beide uiteinden van de rotatieas op flexibele wijze verbinden met de schroefas. Hierdoor worden trillingen en torsiekrachten tussen de rotoras en de schroefas opgevangen en gedempt. De bekende POD heeft als nadeel dat op de dempingselementen grote krachten kunnen worden uitgeoefend waardoor deze beschadigd kunnen raken.Such a POD is known from WO 03/023941. In this known Pod, the propeller shaft is connected to a hollow rotor shaft via elastic damping elements that flexibly connect the two ends of the rotation shaft to the propeller shaft. This absorbs and dampens vibrations and torsional forces between the rotor shaft and the propeller shaft. The known POD has the drawback that large forces can be exerted on the damping elements, so that they can be damaged.

Een dergelijkePOD maakt gebruik van een elektromotor waarbij het schip vaak voorzien is van een met een dieselmotor aangedreven aggregaat. Het gebruik van een POD heeft talrijke voordelen waarbij de laatste jaren het milieuvoordeel steeds belangrijker wordt. Immers de gebruikte dieselmotor kan voortdurend in een optimaal werkgebied bedreven worden waardoor de emissies daarvan zoveel mogelijk beperkt worden. Bovendien is het mogelijk grotere vaartuigen met meerdere diesel aangedreven generatoren uit te voeren waarbij bij geringe energiebehoefte, zoals bij het manoeuvreren in havens, slechts een enkel aggregaat functioneert. Bovendien kan bij het gebruik van verschillende aggregaten een aggregaat geschikt zijn voor het bedrijf op schonere brandstof en uitgevoerd zijn voor het uitstoten van minder emissies.Such a POD uses an electric motor in which the ship is often provided with a generator driven by a diesel engine. The use of a POD has numerous advantages, with the environmental benefit becoming increasingly important in recent years. After all, the used diesel engine can be operated continuously in an optimal working area, so that its emissions are limited as much as possible. In addition, it is possible to design larger vessels with several diesel-driven generators, with only a single unit operating in the case of low energy requirements, such as maneuvering in ports. Moreover, with the use of different aggregates, an aggregate may be suitable for operation on cleaner fuel and be designed for emitting fewer emissions.

Hoewel POD aandrijvingen een aantal voordelen kennen, zijn er ook problemen bij de direct aangedreven PODs door de korte stijve verbinding tussen de zware elektromotor en de schroef, die in een variërend stromingsveld draait. De grote massa van de elektromotor resulteert in een groot traagheidsmoment en in combinatie met een dynamisch bewegend schroef ontstaan grote krachten in de verbindingsas.Although POD drives have a number of advantages, there are also problems with the directly driven PODs due to the short rigid connection between the heavy electric motor and the screw, which rotates in a varying flow field. The large mass of the electric motor results in a large moment of inertia and in combination with a dynamically moving screw, large forces arise in the connecting axis.

Het is het doel van de onderhavige uitvinding dit nadeel te voorkomen en te voorzien in een lange flexibele verbinding tussen de zware elektromotor en de schroef.It is the object of the present invention to prevent this drawback and to provide a long flexible connection between the heavy electric motor and the screw.

Dit doel wordt bij een hierboven beschreven POD verwezenlijkt doordat de rotoras tussen de koppeling (14) en de schroef (9) niet is verbonden met de schroefas.This object is achieved with a POD described above in that the rotor shaft between the coupling (14) and the screw (9) is not connected to the screw shaft.

De variërende bewegingen van de schroef zijn niet beperkt tot torsietrillingen alleen, maar vormen een complexe combinatie van torsiemoment, buigend moment en dwarskracht. De lange as biedt de grotere flexibiliteit niet alleen voor de optredende torsietrillingen, maar ook voor het buigend moment en de dwarskracht. Door deze flexibiliteit worden de piekbelastingen aanzienlijk afgevlakt en ontstaan niet alleen lagere pieken maar ook daarbij corresponderend lagere vermoeiingsbelasting en langere levensduur. In deze uitvoering wordt het einde van de schroefas ondersteund door een radiaal lager naar de behuizing. Tevens wordt het koppel overgebracht middels de koppeling tussen de schroefas en de elektromotoras. In deze uitvoering wordt deze koppeling zodanig flexibel uitgevoerd dat de buiging in schroefas niet overgedragen wordt naar de elektromotoras.The varying movements of the screw are not limited to torsional vibrations alone, but form a complex combination of torsional moment, bending moment and transverse force. The long axis offers greater flexibility not only for the occurring torsional vibrations, but also for the bending moment and the transverse force. Due to this flexibility, peak loads are flattened considerably and not only lower peaks are created, but also correspondingly lower fatigue loads and a longer lifespan. In this embodiment, the end of the propeller shaft is supported by a radial bearing to the housing. The torque is also transmitted through the coupling between the propeller shaft and the electric motor shaft. In this embodiment, this coupling is made so flexible that the bend in the propeller shaft is not transferred to the electric motor shaft.

Volgens een voorkeursuitvoering van de onderhavige uitvinding wordt de flexibele schroefas tussen de elektromotor en de schroef ondersteund door een lager dat tevens de axiale stuwkracht opneemt. Door deze uitvoering kan de schroefas tussen het lager en de verbinding met de elektromotor slanker en flexibeler uitgevoerd worden door het ontbreken van axiale krachten.According to a preferred embodiment of the present invention, the flexible propeller shaft between the electric motor and the propeller is supported by a bearing that also absorbs the axial thrust. This design makes the propeller shaft between the bearing and the connection to the electric motor slimmer and more flexible due to the lack of axial forces.

Volgens een voorkeursuitvoering van de onderhavige uitvinding wordt het hoofdlager zodaning uitgevoerd dat het mee kan scharnieren met de buiging in de schroefas. Dit kan bijvoorbeeld door het toepassen van scharnierende lagerblokken voor glijlagers of bijvoorbeeld door een dubbelrijig tonnenlager. Voor het verkrijgen van optimale vrijheid voor buiging verdient een dubbelrijig tonnenlager in ‘X’ opstelling de voorkeur.According to a preferred embodiment of the present invention, the main bearing is designed such that it can pivot along with the bend in the propeller shaft. This is possible, for example, by the use of hinged bearing blocks for slide bearings or, for example, by a double-row barrel bearing. To obtain optimum freedom for bending, a double-row barrel bearing in an "X" arrangement is preferable.

Volgens een voorkeursuitvoering van de onderhavige uitvinding wordt de schroefas vanaf het hoofdlager naar het eind uitgevoerd met afnemende diameter. Door de toenemende afstand tot het hoofdlager daalt het buiging moment en kan de diameter evenredig afnemen, waardoor de flexibiliteit verder toeneemt. De axiale stuwkracht is reeds in het hoofdlager overgebracht naar de gondel. Ter plaatse van de koppeling resteert slechts een kleine dwarskracht en het over de hele aslengte constante koppel.According to a preferred embodiment of the present invention, the propeller shaft is designed with a decreasing diameter from the main bearing to the end. Due to the increasing distance from the main bearing, the bending moment decreases and the diameter can decrease proportionally, which further increases flexibility. The axial thrust has already been transferred to the gondola in the main bearing. At the location of the coupling, only a small transverse force remains and the torque is constant over the entire shaft length.

Volgens een voorkeursuitvoering van de onderhavige uitvinding wordt de verbinding tussen de schroefas en de elektromotor zodanig uitgevoerd dat deze buigingstrillingen niet overbrengt. Hiervoor kunnen alle in de stand der techniek bekende koppelingen toegepast worden om dit doel in meer of mindere mate te realiseren.According to a preferred embodiment of the present invention, the connection between the propeller shaft and the electric motor is designed such that it does not transmit bending vibrations. All couplings known in the state of the art can be used for this purpose to achieve this goal to a greater or lesser extent.

Volgens een voorkeursuitvoering van de onderhavige uitvinding wordt de verbinding tussen de schroefas en de elektromotor zodanig uitgevoerd dat deze torsietrillingen niet overbrengt. Ook hier kunnen alle in de stand der techniek bekende koppelingen toegepast worden.According to a preferred embodiment of the present invention, the connection between the propeller shaft and the electric motor is designed such that it does not transmit torsional vibrations. Here too, all couplings known in the state of the art can be used.

Volgens een voorkeursuitvoering van de onderhavige uitvinding wordt de verbinding tussen de schroefas en de elektromotor zodanig uitgevoerd dat deze bij een overbelasting ontkoppelt. Deze ontkoppeling kan uitgevoerd worden als tijdelijke (slip) overbelastingskoppeling of als een blijvende ontkoppeling door het toepassen van bijvoorbeeld breukbouten of scheurplaten.According to a preferred embodiment of the present invention, the connection between the propeller shaft and the electric motor is designed such that it disengages in the event of an overload. This decoupling can be carried out as a temporary (slip) overload coupling or as a permanent decoupling by applying, for example, broken bolts or tear-off plates.

Volgens een voorkeursuitvoering van de onderhavige uitvinding wordt deze toegepast in combinatie met een schroef met verstelbare bladen. Door de flexibiliteit van de schroefas en koppeling kunnen de bladen en met name de tippen van de bladen gering meebewegen waardoor de piekkrachten afnemen met corresponderende afname van geluidsproductie en belasting op het verstelmechanisme van de schroef.According to a preferred embodiment of the present invention, it is used in combination with a screw with adjustable blades. Due to the flexibility of the propeller shaft and coupling, the blades, and in particular the tips of the blades, can move slightly with the result that the peak forces decrease with corresponding decrease in noise production and load on the adjusting mechanism of the screw.

De uitvinding zal hieronder nader aan de hand van uitvoeringsvoorbeelden verduidelijkt worden. Daarbij tonen:The invention will be explained in more detail below with reference to exemplary embodiments. Show:

Fig. 1 schematisch een vaartuig voorzien van een POD volgens de uitvinding;FIG. 1 schematically a vessel provided with a POD according to the invention;

Fig. 2 in dwarsdoorsnede de POD van het in fig. 1 getoonde vaartuig volgens stand der techniek;FIG. 2 is a cross-sectional view of the POD of the state-of-the-art vessel shown in FIG. 1;

Fig. 3 een dwarsdoorsnede van de POD volgens de uitvinding;FIG. 3 a cross section of the POD according to the invention;

Fig. 4 een dwarsdoorsnede van een verdere uitvoering van de POD volgens de uitvinding;FIG. 4 is a cross-sectional view of a further embodiment of the POD according to the invention;

Fig. 5 een dwarsdoorsnede van een verdere dubbele uitvoering van de PODFIG. 5 shows a cross section of a further double version of the POD

volgens de uitvinding.according to the invention.

In fig. 1 is een vaartuig aangegeven. Dit kan enig soort vaartuig omvatten met enige gewenste grootte al dan niet zeegaand. Een POD 1 is daaraan op draaibare wijze bevestigd. Begrepen zal worden dat meer dan een POD 1 toegepast kan worden of dat een dergelijke POD gebruikt kan worden voor de sturing (boegschroef en dergelijke). In het vaartuig zijn een of meer niet getoonde diesel/generatorsets aanwezig voor het opwekken van de electrische energie voor het aandrijven van de elektromotor van de hierna te beschrijven POD.A vessel is shown in FIG. This can include any type of vessel with any desired size whether or not seagoing. A POD 1 is rotatably attached thereto. It will be understood that more than one POD 1 can be used or that such a POD can be used for steering (bow thruster and the like). There is one or more diesel / generator sets (not shown) present in the vessel for generating the electric energy for driving the electric motor of the POD to be described below.

Deze POD is in fig. 2 afgebeeld met 1 en omvat een behuizing 8; daarbinnen is een elektromotor aangebracht met een stator 5 en een rotor 4 verbonden met de schroefas 2, die op hoofdlager 6 voor radiale en axiale ondersteuning en radiaal steunlager 7 van de behuizing gelagerd is. De schroefas drijft buiten de behuizing de schroef 9 aan. De schroefas is bij de schroef voorzien van een aantal afdichtingen 10, veelal een grote diameter uitvoering dichtbij de schroef en een aantal kleinere diameter uitvoeringen erachter. Een aantal PODs vullen de gehele behuizing inclusief de elektromotor met olie. Bij een aantal PODs is de behuizing leeg en zijn aan weerskanten van lagers 6 en 7 afdichtingen aangebracht waarbinnen het smeermiddel opgesloten wordt. Op de schroefas is de rotor bevestigd en deze vormt de rotoras van de elektromotor. Bij een aantal PODs is tevens een aarding 11 aangebracht van de schroefas naar de behuizing. De behuizing is middels steun 15 bevestigd aan de romp van het schip. Deze bevestiging kan tevens roterend worden uitgevoerd.This POD is shown with 1 in Fig. 2 and comprises a housing 8; an electric motor is mounted within it with a stator 5 and a rotor 4 connected to the screw shaft 2, which is mounted on main bearing 6 for radial and axial support and radial support bearing 7 of the housing. The propeller shaft drives the screw 9 outside the housing. The propeller shaft is provided with a number of seals 10 at the propeller, often a large diameter version close to the propeller and a number of smaller diameter versions behind it. A number of PODs fill the entire housing including the electric motor with oil. With a number of PODs, the housing is empty and seals are provided on both sides of bearings 6 and 7 within which the lubricant is trapped. The rotor is mounted on the propeller shaft and forms the rotor shaft of the electric motor. With a number of PODs, a grounding 11 is also provided from the propeller shaft to the housing. The housing is attached to the hull of the ship by means of support 15. This confirmation can also be carried out in a rotating manner.

In fig. 3 is de POD volgens de uitvinding weergegeven. Opnieuw zijn weergegeven de behuizing 8, de schroefas 2, schroef 9, afdichtingen 10 en de elektromotor stator 5 en rotor 4. De rotor is nu echter bevestigd op een afzonderlijke rotoras 3, gelagerd in rotoras hoofdlager 12 en radiaal rotoras steunlager 13. De rotoras is middels koppeling 14 verbonden met de schroefas aan het vrije einde (de tegenovergestelde kant van de schroef). Duidelijk is in deze uitvoering te zien dat de lengte van de as tussen de schroef en de bevestiging van de as aan de rotor aanzienlijk toeneemt. In deze uitvoering kan de diameter van de schroefas vanaf het hoofdlager naar het vrije einde afnemen om daarmee de flexibiliteit te vergroten. De koppeling 14 kan alle in de stand der techniek bekende uitvoeringen omvatten. De koppeling kan elastisch uitgevoerd worden om de elasticiteit tussen de rotor en de schroefas nog verder te vergroten. Tevens kan de schroefas ook voorzien worden van elektrische/elektromagnetische isolatie. De schroefas is hierbij gelagerd in hoofdlager 6 en radiaal steunlager 7. In de getekende uitvoering wordt de axiale stuwkracht bij hoofdlager 6 overgebracht naar de behuizing 8, waardoor de verdere schroefas naar het vrije einde geen axiale kracht heeft.FIG. 3 shows the POD according to the invention. Again the housing 8, the propeller shaft 2, screw 9, seals 10 and the electric motor stator 5 and rotor 4. The rotor is now mounted on a separate rotor shaft 3 mounted in rotor shaft main bearing 12 and radial rotor shaft support bearing 13. The rotor shaft is connected by means of coupling 14 to the screw shaft at the free end (the opposite side of the screw). It can clearly be seen in this embodiment that the length of the shaft between the screw and the mounting of the shaft to the rotor increases considerably. In this embodiment, the diameter of the propeller shaft can decrease from the main bearing to the free end, thereby increasing the flexibility. The coupling 14 can comprise all embodiments known in the prior art. The coupling can be made elastic to further increase the elasticity between the rotor and the propeller shaft. The propeller shaft can also be provided with electrical / electromagnetic insulation. The propeller shaft is in this case mounted in main bearing 6 and radial support bearing 7. In the embodiment shown, the axial thrust at main bearing 6 is transferred to the housing 8, so that the further propeller shaft has no axial force to the free end.

In fig. 4 is een verdere uitvoering van de POD weergegeven. Slechts van belang zijnde verschillen zijn in deze figuur getoond. De schroefas is hierbij aan het vrije einde verbonden met de koppeling 14 naar de rotoras 3. Het radiale steunlager 7 komt hiermee te vervallen.A further embodiment of the POD is shown in FIG. Only significant differences are shown in this figure. The screw shaft is here connected at the free end to the coupling 14 to the rotor shaft 3. The radial support bearing 7 hereby becomes obsolete.

In fig. 5 is een verdere uitvoering van de POD 1 weergegeven. Slechts van belang zijnde verschillen zijn in deze figuur getoond. De POD is hierbij gespiegeld tov het vrije einde, waarbij aan beide kanten van het spiegelvlak een elektromotor met holle as en schroefas ontstaat en waarbij tevens de mogelijkheid ontstaat om beide schroeven in tegengestelde rotatierichting te laten draaien om daarmee een hoger schroefrendement te bereiken.A further embodiment of the POD 1 is shown in FIG. Only significant differences are shown in this figure. The POD is herein mirrored with respect to the free end, whereby an electric motor with a hollow shaft and propeller shaft is created on both sides of the mirror surface and wherein also the possibility arises to have both screws rotate in the opposite direction of rotation so as to achieve a higher screw efficiency.

Na het bovenstaande is het voor degene bekwaam in de stand der techniek dadelijk duidelijk dat de uitvinding vele varianten kent. Dergelijke varianten zijn voor de hand liggend na het voorgaande en liggen binnen het bereik van bijgaande conclusies. Dergelijke varianten omvatten ook een uitvoering waarbij aan beide einden van de POD behuizing 8 een schroef 9 is aangebracht met elk een schroefas en één lange elektromotor met holle rotoras, waarbij de koppeling van elke schroefas nabij de halve lengte van de rotoras is aangebracht.After the above, it is immediately clear to the person skilled in the art that the invention has many variants. Such variants are obvious after the foregoing and are within the scope of the appended claims. Such variants also include an embodiment in which a screw 9 is arranged at both ends of the POD housing 8, each having a screw shaft and one long electric motor with a hollow rotor shaft, the coupling of each screw shaft being arranged near half the length of the rotor shaft.

Claims

1 POD (1) comprising a housing (8), which housing (8) is provided with a mounting (15) for mounting to a vessel, said housing being provided with an electric motor consisting of a stator (5) and a rotor ( 4) provided with a hollow rotor shaft (3) as well as a screw shaft (2) which runs from a screw (9) through the rotor shaft (3) up to at least half the length of the hollow rotor shaft and is free at a distance from the screw end is connected to the hollow rotor shaft (3) by a coupling (14), characterized in that the rotor shaft between the coupling (14) and the screw (9) is not connected to the screw shaft.

The POD according to claim 1, wherein the screw shaft (2) extends along this length of the hollow rotor shaft (3) through this shaft, the coupling being located at the free end of the rotor shaft (3) and with the head projecting from the rotor shaft (4) is connected.

3. POD according to one of the preceding claims, wherein a screw shaft length is greater than the length of the hollow rotor shaft.

POD according to one of the preceding claims, wherein the coupling (14) between the rotor shaft (3) and the screw shaft (2) can absorb and / or damp torsional vibrations, bending vibrations or radial vibrations, or any combination thereof.

POD according to one of the preceding claims, wherein the coupling (14) between the rotor shaft (3) and the screw shaft (2) is designed as an overload coupling.

POD according to one of the preceding claims, wherein the coupling (14) between the rotor shaft (3) and the screw shaft (2) is provided with electrical and / or electromagnetic insulation.

POD according to one of the preceding claims, wherein a bearing of the screw shaft (6, 7) can pivot between screw (9) and electric motor (4,5) in accordance with a slight bending of the screw shaft (2)

POD according to one of the preceding claims, wherein the bearing of the propeller shaft (6, 7) is designed as a two-row barrel bearing in an "X" arrangement.

POD according to one of the preceding claims, wherein the diameter of the screw shaft (2) decreases from the screw (9) towards the free end by at least 20% of the diameter.

POD according to one of the preceding claims, wherein the POD is provided with a screw (9) at both ends.

The POD of claim 10, wherein the POD is provided with two electric motors, each driving a respective screw at the opposite end.

12. POD according to one of claims 10 or 11, wherein both screws have opposite directions of rotation at the opposite ends.

13. POD according to one of the preceding claims, wherein the screw is equipped with adjustable blades.

Vessel comprising a POD according to one of the preceding claims designed as a main drive and / or steering drive.