СУДНО, ОСНАЩЕННОЕ ГЛАВНЫМ ГРЕБНЫМ ВИНТОМ И ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМ ГРЕБНЫМ ВИНТОМ, И ЕГО ГИБРИДНЫЙ СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ
VESSEL EQUIPPED WITH MAIN PROPELLER AND ADDITIONAL PROPELLER AND HYBRID NAVIGATION METHOD THEREFOR

Область техники, к которой относится изобретение
[0001]
Настоящее изобретение относится к судну, оснащенному главным гребным винтом и дополнительным гребным винтом, и его гибридному способу управления.
Предшествующий уровень техники
[0002]
В случае судна, например, торгового судна, в частности грузового судна, колебания линии осадки между тем, когда груз загружен, и когда груз разгружен, являются очень большими.
[0003]
В общем смысле, в случае грузового судна, судно управляется посредством балластной осадки или расчетной грузовой осадки. В частности, грузовое судно выполнено и сконструировано с учетом безопасности во время плохого состояния моря таким образом, что осадка может поддерживаться даже при управлении в тяжелых погодных условиях. Более того, глубина осадки определяется, с учетом погружения гребного винта для использования движительного гребного винта эффективно и безопасно.
[0004]
Однако для поддержания большой глубины осадки необходимо увеличить расход топлива, вызванный увеличением смещения, увеличением площади контакта корпуса с водой и ухудшением коэффициента полноты ватерлинии.
В действительности, грузовое судно управляется посредством балластной осадки с учетом безопасности судна после разгрузки груза, хотя дохода от фрахта нет. При такой ситуации, уменьшение расхода топлива обеспечивает существенные экономические эффекты, и дополнительно способствует эффектам улучшения окружающей среды на содержание NOx, SOx и так далее.
Особенно, в последние годы, очистка балластной воды рассматривается как проблема с точки зрения экологических соображений, заключающаяся в том, что морские существа попадают в балластную воду.
[0005]
Следует отметить, что имеется предшествующий уровень техники, раскрывающий технологии касательно гребного винта в направляющей насадке (гребной винт в направляющем сопле), как следующие:
[0006]
Патентный документ 1: патент Японии № 3508811;
Патентный документ 2: патент Японии № 5231878.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0007]
Следовательно, главная цель настоящего изобретения заключается в обеспечении судна, которое может уменьшать расход топлива без ухудшения безопасной работы судна и оснащено главным гребным винтом и дополнительным гребным винтом, а также его гибридного (комбинированного) способа управления.
[0008]
Настоящее изобретение, которое достигает вышеуказанную цель, является таким, как описано ниже.
[0009]
<Изобретение согласно пункту 1 формулы изобретения>
Судно, выполненное с возможностью получения тягового усилия посредством приведения в движение главного гребного винта посредством главного двигателя и обеспеченное  дополнительным гребным винтом и приводным узлом для дополнительного гребного винта,
в котором один или множество дополнительных гребных винтов расположено на днище судна или на секции подъема днища судна, в положении, отличном от того, где расположен главный гребной винт, и
рабочие условия являются выбираемыми между обычными рабочими условия, в которых тяговое усилие получается посредством приведения в движение главного гребного винта, и другими рабочими условиями, в которых тяговое усилие получается посредством приведения в движение дополнительного гребного винта.
[0010]
<Полезный эффект>
В соответствии с настоящим изобретением, малый дополнительный гребной винт и приводной узел для него обеспечены дополнительно к главному гребному винту. Выходная мощность приводного узла дополнительного гребного винта составляет 35% или меньше, более предпочтительно, 25% или меньше, от выходной мощности приводного узла главного двигателя. Когда груз (фрахт) загружен, судно приводится в движение посредством приведения в движение главного гребного винта, имея состояние осадки, близкой к расчетной грузовой осадке. Если необходимо, судно управляется также посредством дополнительного гребного винта комбинированным образом.
Когда судно направляется обратно в порт после разгрузки груза, судно главным образом управляется посредством малого дополнительного гребного винта. В частности, в дни спокойного и установившегося состояния моря, почти нет необходимости обеспечивать остойчивость судна слишком сильно во время навигации. Соответственно, судно побуждается перемещаться посредством малого дополнительного гребного винта, поддерживая линию осадки еще ниже.
В результате, видимое смещение уменьшается, и площадь контакта корпуса с водой уменьшается, так как линия осадки понижается. Более того, коэффициент полноты ватерлинии может повышаться, и эффекты существенного уменьшения расхода топлива могут получаться.
Дополнительно, так как малый дополнительный гребной винт приводится в движение, небольшой выходной мощности приводного узла является достаточным (35% или меньше, более предпочтительно, 25% или меньше от выходной мощности приводного узла главного двигателя). С этой точки зрения, эффекты существенного уменьшения расхода топлива могут получаться.
В случае, где судно покидает порт после полной загрузки груза и затем переходит в обычный режим навигации, судно управляется с глубокой осадкой, приводя в движение главный гребной винт. Более того, в случае, когда судно управляется, используя балласт после разгрузки груза, судно управляется посредством дополнительного гребного винта с более низкой линией осадки в соответствии с состоянием моря после получения морской судоходной навигации. Однако, в случае плохой погоды, даже, когда судно находится в ненагруженном состоянии, судно может перемещаться, используя малый дополнительный гребной винт или главный гребной винт в остойчивом состоянии с регулированием осадки посредством заполнения балластной воды. Более того, дополнительный гребной винт и главный гребной винт могут использоваться комбинированным образом, если необходимо.
Так как дополнительный малый гребной винт в направляющей насадке, главным образом, используется во время балластной навигации, степень погружения гребного винта для главного гребного винта не так сильно ограничена, таким образом диаметр проектируемого гребного винта может выполняться больше диаметра гребного винта в соответствии с отношением между судном и конструкцией гребного винта в предшествующем уровне техники. Это обеспечивает возможность повышения эффективности гребного винта, повышая эффективность на около 5%-7%. Таким образом, посредством применения спроектированного гребного винта, имеющего больший диаметр, эффективность гребного винта повышается, и выходная мощность, требуемая для главного двигателя, уменьшается при одной и той же скорости судна, тем самым существенно повышая эффективность использования топлива.
[0011]
<Изобретение согласно пункту 2 формулы изобретения>
Судно согласно пункту 1 формулы изобретения, в котором дополнительный гребной винт представляет собой гребной винт в направляющей насадке.
[0012]
<Полезный эффект>
В случае использования гребного винта в направляющей насадке в качестве дополнительного гребного винта, относительно большая тяга может получаться, даже если размер гребного винта является небольшим.
[0013]
<Изобретение согласно пункту 3 формулы изобретения>
Судно согласно пункту 2 формулы изобретения, в котором положение гребного винта в направляющей насадке является выбираемым между состоянием, когда смонтирован на внешней части судна, и другим состоянием, когда убран внутрь судна.
[0014]
<Полезный эффект>
В случае, где гребной винт в направляющей насадке монтируется на внешней части судна и поддерживается в неиспользуемом состоянии при плавании, гребной винт работает в качестве сопротивления при глубокой осадке. Следовательно, предпочтительно, гребной винт в направляющей насадке убирается внутрь судна.
[0015]
<Изобретение согласно пункту 4 формулы изобретения>
Судно согласно пункту 2 формулы изобретения, в котором гребной винт в направляющей насадке обеспечен в области кормы.
[0016]
<Полезный эффект>
Гребной винт в направляющей насадке может быть обеспечен в области кормы.
[0017]
<Изобретение согласно пункту 5 формулы изобретения>
Судно согласно пункту 2 формулы изобретения, в котором гребной винт в направляющей насадке обеспечен в области носовой части.
[0018]
<Полезный эффект>
Гребной винт в направляющей насадке может быть обеспечен в области носовой части.
[0019]
<Изобретение согласно пункту 6 формулы изобретения>
Судно согласно пункту 2 формулы изобретения, в котором гребной винт в направляющей насадке обеспечен в промежуточной области в направлении длины судна.
[0020]
<Полезный эффект>
Гребной винт в направляющей насадке может быть обеспечен в  промежуточной области в направлении длины судна.
[0021]
<Изобретение согласно пункту 7 формулы изобретения>
Судно согласно по любому из пп.2-6 формулы изобретения, в котором гребной винт в направляющей насадке является вращаемым вокруг линии вертикального вала.
[0022]
<Полезный эффект>
В случае, где гребной винт в направляющей насадке является вращаемым вокруг линии вертикального вала, гребной винт в направляющей насадке имеет маневренность (свойство направления). В результате, судно может улучшать свою маневренность посредством надлежащего вращения гребного винта в направляющей насадке при навигации с дополнительным гребным винтом и комбинированной навигации главного гребного винта и дополнительного гребного винта.
[0023]
<Изобретение согласно пункту 8 формулы изобретения>
Способ управления судном, выполненным с возможностью получения тягового усилия посредством приведения в движение главного гребного винта посредством главного двигателя и обеспеченным дополнительным гребным винтом и приводным узлом для дополнительного гребного винта,
в котором дополнительный гребной винт расположен на днище судна или на секции подъема днища судна, в положении, отличном от того, где расположен главный гребной винт, и
судно перемещают посредством приведения в движение главного гребного винта в нагруженном состоянии, и судно перемещают посредством приведения в движение дополнительного гребного винта в ненагруженном состоянии.
[0024]
<Полезный эффект>
Такой же эффект как согласно пункту 1 формулы изобретения может быть получен.
[0025]
<Изобретение согласно пункту 9 формулы изобретения>
Способ управления судном согласно пункту 8 формулы изобретения, в котором дополнительный гребной винт представляет собой гребной винт в направляющей насадке, и гребной винт в направляющей насадке обеспечен в области носовой части, и судно перемещают в направлении кормы посредством приведения в движение гребного винта в направляющей насадке в ненагруженном состоянии.
[0026]
<Полезный эффект>
В случае использования гребного винта в направляющей насадке в качестве дополнительного гребного винта, относительно большая тяга может получаться, даже если размер гребного винта является небольшим. Дополнительно, гребной винт в направляющей насадке может быть обеспечен в области носовой части, и, когда судно находится в ненагруженном состоянии, гребной винт в направляющей насадке приводится в движение для перемещения судна в направлении кормы.
[0027]
<Изобретение согласно пункту 10 формулы изобретения>
Способ управления судном согласно пункту 9 формулы изобретения, в котором гребной винт в направляющей насадке является убираемым внутрь судна, и судно перемещают в направлении кормы посредством приведения в движение гребного винта в направляющей насадке после выдвижения гребного винта в направляющей насадке из внутренней части наружу судна таким образом, чтобы монтировался там в ненагруженном состоянии.
[0028]
<Полезный эффект>
Такой же эффект как согласно пункту 3 формулы изобретения может быть получен.
[0029]
<Изобретение согласно пункту 11 формулы изобретения>
Способ управления судном согласно пункту 9 или пункту 10 формулы изобретения, в котором главный гребной винт частично или полностью расположен на линии осадки, когда гребной винт в направляющей насадке приводится в движение в ненагруженном состоянии.
[0030]
<Полезный эффект>
Так как главный гребной винт частично или полностью расположен на линии осадки, видимое смещение уменьшается, и площадь контакта корпуса с водой уменьшается посредством понижения линии осадки. Более того, коэффициент полноты ватерлинии может повышаться, и эффекты существенного уменьшения расхода топлива могут получаться.
[0031]
<Изобретение согласно пункту 12 формулы изобретения>
Способ управления судном согласно пункту 8 формулы изобретения, в котором секция выдувания воздуха обеспечена на верхнем участке направляющей насадки дополнительного гребного винта для выдувания воздуха из секции выдувания воздуха, и судном управляют, генерируя поток пузырьков на днище судна.
[0032]
<Полезный эффект>
Известно, что трение корпуса может быть уменьшено посредством выполнения навигации, генерируя поток пузырьков на днище судна посредством выдувания воздуха. Следовательно, трение корпуса (особенно на днище судна) может быть уменьшено, и экономичная работа может быть достигнута посредством обеспечения секции выдувания воздуха на дополнительном гребном винте, предпочтительно, на гребном винте в направляющей насадке в соответствии с настоящим изобретением.
[0033]
В соответствии с настоящим изобретением, расход топлива может уменьшаться без ухудшения безопасной работы судна.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0034]
Фиг.1 представляет собой схематичный вид спереди судна в нагруженном состоянии в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг.2 представляет собой вид спереди иллюстративного гребного винта в направляющей насадке;
Фиг.3 представляет собой схематичный вид спереди судна в соответствии с настоящим изобретением, при работе в ненагруженном состоянии; и
Фиг.4 представляет собой общий вид другого примера гребного винта в направляющей насадке в соответствии с настоящим изобретением.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0035]
Вариант осуществления настоящего изобретения будет описан со ссылкой на прилагаемые чертежи.
[0036]
Фиг.1 представляет собой схематичный вид спереди судна в соответствии с настоящим изобретением, например, торгового судна 10, загруженного грузом, такого как грузовое судно. Торговое судно 10 получает тяговое усилие посредством приведения в движение главного гребного винта 11 посредством главного двигателя (гребного двигателя) 12, такого как дизельный двигатель. Ссылочная позиция 14A представляет собой ватерлинию в ненагруженном состоянии, обозначающую состояние с дифферентом на нос, в котором ватерлиния постепенно поднимается в направлении носовой части судна и пересекается с линией днища судна в направлении кормы. На фиг.3, ссылочная позиция 14B представляет собой ватерлинию, обозначающую состояние с дифферентом на корму, которое является противоположным состоянием вышеприведенному состоянию.
[0037]
Со ссылкой на фиг.2, судно обеспечено дополнительным гребным винтом 20, включающим в себя приводной узел 22 для него и гребной винт 21 в направляющей насадке.
Этот дополнительный гребной винт 20 расположен в положении, отличном от главного гребного винта 11, в частности, в области носовой части, области кормы или промежуточном положении на днище судна или секции подъема днища судна. Случай расположения дополнительного гребного винта в положении кормы обозначен ссылочной позицией 20A, и случай его расположения в промежуточном положении обозначен ссылочной позицией 20B.
[0038]
Кроме того, мостик 13 обеспечен со стороны кормы, и окно 13A образованы так, чтобы осуществлять мониторинг не только в направлении стороны носовой части, но также в направлении стороны кормы.
[0039]
Выходная мощность приводного узла 22 дополнительного гребного винта 20 является небольшой и составляет 25% или меньше от выходной мощности приводного узла главного двигателя 12.
Более того, рабочие условия являются выбираемыми между обычными рабочими условия, в которых тяговое усилие получается посредством приведения в движение главного гребного винта 11, и другими рабочими условиями, в которых тяговое усилие получается посредством приведения в движение дополнительного гребного винта 20.
[0040]
Объясняя пример дополнительного гребного винта 20, электродвигатель или гидравлический двигатель может использоваться в качестве приводного узла 22, и, кроме того, если необходимо, может присоединяться к главному двигателю (гребному двигателю) 12 для получения приводной мощности.
[0041]
Гребной винт 21 в направляющей насадке, который включает в себя направляющую насадку 21A вокруг него, выполнен с возможностью вращения, когда вращательное приводное усилие выходного вала 23 от приводного узла 22 передается на вертикальный вал 25 через пару конических зубчатых колес 24 и затем передается, в виде вращательного усилия приводного вала 27 гребного винта, через пару конических зубчатых колес 26, обеспеченных на вертикальном валу 25.
С другой стороны, гребной винт 21 в направляющей насадке выполнен с возможностью вращения вокруг вертикального вала 25, когда вращательное приводное усилие передаточного вала 28 от приводного узла 22 передается на ведущее малое зубчатое колесо 29 и большое зубчатое колесо 30, сцепленное с ним.
[0042]
Более того, устройство, включающее в себя гребной винт 21 в направляющей насадке, расположенный ниже днища 10A судна, смонтировано на внешней части днища 10A судна, как показано на фиг.2, но, предпочтительно, устройство выполнено с возможностью уборки внутрь судна, так как такая сборка гребного винта в направляющей насадке на внешней части представляет собой препятствие во время нормальной навигации. Ссылочная позиция 10B обозначает экранирующий элемент, который закрывается после того как устройство убирается внутрь судна.
[0043]
С этой конфигурацией, когда груз R загружен, судно приводится в движение посредством приведения в движение главного гребного винта 11 посредством главного двигателя 12 в состоянии осадки, близкой к расчетной грузовой осадке, как показано на фиг.1.
После разгрузки груза, особенно в день безветренной погоды или при спокойном море, судно приводится в движение посредством малого дополнительного гребного винта 20, поддерживающего линию осадки на низком уровне, как показано на фиг.3, так как почти нет необходимости обеспечивать остойчивость судна слишком сильно во время навигации судна. В этом случае, как обозначено контурной стрелкой на фиг.3, направление движения судна может надлежащим образом выбираться, и за носовой частью и кормой осуществляется мониторинг с мостика 13, в зависимости от направления движения судна.
В результате, посредством понижения линии осадки, видимое смещение уменьшается, и площадь контакта с водой корпуса уменьшается. Более того, коэффициент полноты ватерлинии может повышаться, и эффекты существенного уменьшения расхода топлива могут получаться.
Кроме того, так как малый дополнительный гребной винт 20 приводится в движение, небольшая выходная мощность от приводного узла 22 является достаточной, и судно может управляться с выходной мощностью 35% или меньше, особенно 25% или меньше, и наилучшим образом, около 10%-5% от выходной мощности приводного узла в главном двигателе 12. С этой точки зрения, эффекты существенного уменьшения расхода топлива могут получаться. В день безветренной погоды (когда шкала Бофорта составляет от 0 до 3), скорость хода приблизительно 5-10 узлов является достаточной.
[0044]
В случае, где судно покидает порт после разгрузки груза R и затем переходит на обычную навигацию, судно управляется главным образом посредством приведения в движение дополнительного гребного винта или посредством приведения в движение главного гребного винта 11, или комбинированным образом, при этом поддерживая низкую осадку.
Более того, в случае плохой погоды, балластная вода BW (ballast water) (запасное пространство для балластной воды не показано) заполняется даже в ненагруженном состоянии. Это обеспечивает возможность хода судна в остойчивом состоянии посредством малого дополнительного гребного винта 20 или главного гребного винта 11 для продвижения судна в направлении носовой части.
[0045]
Когда гребной винт 21 в направляющей насадке является вращаемым вокруг линии вертикального вала, может достигаться продвижение в направлении кормы посредством приведения в движение гребного винта 21 в направляющей насадке, как показано на фиг.3, в требуемых рабочих условиях.
[0046]
В случае, когда гребной винт 21 в направляющей насадке является вращаемым вокруг вертикального вала 25 (линии вертикального вала), когда дополнительный гребной винт и главный гребной винт управляются комбинированным образом, рулевая система может дополнительно обеспечиваться посредством надлежащего вращения дополнительного гребного винта вокруг линии вертикального вала, и маневренность (свойство направления) может быть улучшена. Более того, когда судно швартуется в порту, гребной винт в направляющей насадке ориентируется вбок так, чтобы использоваться в качестве направляющего подруливающего устройства.
[0047]
Более того, может быть обеспечено устройство 11A предотвращения холостого хода гребного винта для предотвращения вращения главного гребного винта 11 так, что гребной винт 21 приводится в действие для .
[0048]
Если необходимо, гребной винт 21 в направляющей насадке может быть обеспечен на правой и левой сторонах посредством задания центральной линии судна в качестве границы. Гребные винты 21, 21 в направляющих насадках на правой и левой сторонах вращаются вокруг линии вертикального вала, тем самым улучшая маневренность. Более того, когда гребной винт используется в качестве направляющего подруливающего устройства, судно может легче швартоваться в порту.
[0049]
С другой стороны, дополнительный гребной винт 20, предпочтительно, включает в себя секцию 21B выдувания воздуха, образованную в направляющей насадке 21A гребного винта 21 в направляющей насадке, как показано на фиг.4, и судно может управляться, выдувая воздух из секции 21B выдувания воздуха и генерируя поток пузырьков B на днище судна.
[0050]
Когда судно управляется, выдувая воздух из секции 21B выдувания воздуха и генерируя поток пузырьков B на днище судна, трение корпуса может быть уменьшено посредством созданных пузырьков B. Предпочтительно, секция 21B выдувания воздуха обеспечена на верхней стороне направляющей насадки 21A гребного винта 21 в направляющей насадке на дополнительном гребном винте 20 в соответствии с настоящим изобретением, тем самым уменьшая трение корпуса (в частности, на днище судна) и достигая экономичной работы.
[0051]
Настоящее изобретение является применимым к стандартному грузовому судну, контейнерному судну, танкеру, судну для перевозки СПГ, судну для перевозки автомобилей, судну для перевозки насыпных грузов, грузопассажирскому судну и так далее.
[0052]
Список ссылочных позиций
10 – судно
11 – обычно используемый винт (главный гребной винт)
12 – главный двигатель (гребной двигатель);
20 – дополнительный гребной винт
21 - гребной винт в направляющей насадке
22 – приводной узел