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Schiffsantriebe für Schraubenschiffe unter Verwendung einer die Schraube umgebenden und mit dem Schiffskörper verbundenen Düse sind bekannt. Es ist vorgeschlagen worden, die den Propeller umgebende Düse auszubilden und anzuordnen, dass der Propeller ungefähr in dem engsten Querschnitt der Düse arbeitet, der die Schraube mit nur geringem Spielraum umschliesst. Hinter der Schraube nehmen die Querschnittsflächen der Düse wenig oder überhaupt nicht zu, während sie vor der Schraube beständig anwachsen. Andere Vorschläge zeigen Schrauben, die von Ringen, geraden oder konischen Rohrstücken u. dgl. umgeben sind.
Diese Ausführungen bezwecken, den Wirkungsgrad des Gesamtvorschubes zu vermehren, haben jedoch in der Parxis versagt, da keine von ihnen die richtige Form der Düse, vereint mit der richtigen Beziehungs zum Propeller, der Lage desselben zum Schiff, dessen Drehzahl, der Fläche des kleinsten Düsenquerschnittes gegenüber der Düseneintrittsfläche, sowie der Form der Geschwindigkeit und dem Widerstand des Schiffes, zeigt. Die richtige Ausbildung und Vereinigung dieser Merkmale bzw. der Mehrzahl derselben ist aber für den Erfolg der gesamten Ausführung grundsätzlich massgebend.
Die Erfindung bezweckt daher in erster Linie, die beste Grundform der Düse in Verbindung mit einem Propeller und dem benachbarten Teil des Schiffskörpers anzugeben und zu zeigen, welche Beziehungen eingehalten bzw. gewählt werden müssen zwischen einer derartig richtig geformten Düse, dem Schiffskörper, dem Propeller, der gegebenen bzw. benötigten Geschwindigkeit des Schiffes und der Maschinenleistung. Die Erfindung bezweckt ferner die Verbesserung und Anpassung derartiger Düsen und Propeller an die verschiedenen Bedingungen der Praxis. Ausserdem erstrebt die Erfindung die Anpassung derartiger Düsen und Propeller an die verschiedenen Schiffstypen und die gegebenen Bedingungen des Navigationsgebietes, für das diese Schiffe gebraucht werden sollen.
Die Zeichnung veranschaulicht beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung in Fig. 1-17 in schematischer Darstellung.
Wie bekannt, bewirkt der Sog einer Schiffsschraube eine Beschleunigung des Wassers am Heck des Schiffes. Da nun jede Beschleunigung des Wassers mit einer Abnahme des hydrostatischen Druckes verbunden ist, ergibt sich, dass gleichzeitig eine Bremswirkung eintritt. die der Druckabnahme, multipliziert mit der Längsprojektion des in der Zone des beschleunigten Wassers liegenden Schiffsteiles, entspricht.
Wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, lässt sich durch Anordnung einer Düse um die Schiffsschraube herum erreichen, dass die Beschleunigung des Wassers ausschliesslich oder wenigstens zum grössten Teil in die Düse verlegt wird u. zw. zwischen die Düseneintrittsöffnung und den Schraubendrehkreis. Wird nun der Düseneintritt gerade so gross gemacht, als für den beschleunigungsfreien Zustrom des Wassers erforderlich ist, und werden ferner die Düsenquerschnitte vom Eintritt bis zur Schraube abnehmend ausgeführt, so wird der Besehleunigungsweg erheblich abgekürzt, so dass der Düsenmund weiter nach hinten verlegt und die grösste Wassergeschwindigkeit bereits unmittelbar hinter C erreicht wird.
Die Beschleunigung des Wassers in der Düse ist gleichbedeutend mit einem Unterdruck Ap an den Wänden des Düseneinlaufs, so dass zu der Schubwirkung der Schraube noch die Schubwirkung des Unterdruckes, ausgedrückt durch (i-C). Ap, hinzukommt. Anderseits verbleibt durch den eventuell in die Düse hineinragenden Schiffsteil eine Bremswirkung von der Grösse E. Ap, wobei E den Querschnitt des in die Düse hineinragenden Schiffsteiles beim Düsenmund i bezeichnet. Die Gesamtschubkraft ist demnach P = (A-C). Ap-E. Ap (Fig. 2). Die Bremswirkung des in die Düse hineinragenden Schiffs-
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teiles kann nun dadurch verringert werden, dass derselbe so dünn, als aus Festigkeitsgründen möglich ist gehalten wird.
Eventuell kann die Düse so weit nach hinten gerückt werden, dass überhaupt kein Verdrängungskörper des Schiffsbecks im Bereich der Düse vorhanden ist.
'Der beste Wirkungsgrad der Düse bei gegebener Schraubencharakteristik wird erreicht, wenn der Mund Li der Düse, gemessen quer zur Strömungsrichtung des Wassers, ungefähr so gross ist, dass für die gewünschte Dienstgeschwindigkeit des Schiffes jene Menge des Wassers, die aus der Schiffsschraube mit der vermehrten Geschwindigkeit V2 austreten muss, in den Düsenmund eintreten kann, ohne vor der Düse durch die Saugwirkung der Schraube beschleunigt zu werden, d. h. mit andern Worten, dass die Grösse ungefähr bestimmt wird aus der Dienstgeschwindigkeit v des Schiffes, vermindert um die Nachströmgeschwindigkeit, die vor der Düse in Schiffsrichtung herrscht.
Ausgedrückt durch eine einfache Formel, muss die folgende Beziehung ungefähr innegehalten werden :
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Hierin bedeutet : C den engsten Querschnitt der Düse (der ungefähr gleich der Schraubendrehkreisfläche der Schraube ist), gemessen in Quadratfuss oder Quadratmeter, A die Mündungsöffnung der Düse, gemessen quer zur Strömungsrichtung des Wassers in Quadratfuss oder Quadratmeter, H.
die Steigerung des Propellers in Fuss oder Meter, v die Dienstgeschwindigkeit des Schiffes unter Berücksichtigung des Widerstandes bei normalen Dienstbedingungen, gemessen in Fuss oder Meter pro Sekunde, V1 die Geschwindigkeit des eintretenden Wassers am Mund der Düse, ohne vorherige Beschleunigung durch die Wirkung des Propellers, gemessen in Fuss oder Meter pro Sekunde, V2 die Geschwindigkeit des Wassers, das aus dem Propeller bei G austritt, gemessen in Fuss oder Meter pro Sekunde, ?'die Umdrehung der Schiffsschraube pro Sekunde,
< x der Slipfaktor des Propellers für die gegebene Dienstgeschwindigkeit V und den Widerstand des Schiffes unter Dienstbedingungen. ss der Nachstromfaktor für die Geschwindigkeit des Wassers vor der Düse mit Bezug auf die Geschwindigkeit des Schiffes.
Wird die obige Beziehung nicht eingehalten, d. h., ist die Einströmöffnung JL zu gross, so wird ein die Fahrt hemmender Rückstau vor der Düse auftreten. Wenn anderseits die Eintrittsöffnung-1 zu klein gemacht wird, so wird ein Teil der für den Vortrieb benötigten Wassermaase vor der Düse beschleunigt werden müssen und der Abfall des hydrostatischen Druckes in diesem Bereich wird eine Bremswirkung auf das Schiff ausüben ; ausserdem wird der Wirkungsgrad der Düse selbst kleiner werden.
Bei zu kleinem Düsenmund kann auch der Fall eintreten, dass das vor der Düse angesaugte und beschleunigte Wasser zum Teil annähernd radialer Richtung in die Düse einströmt und dass dabei ein Ablösen des Wasserstrahles von den inneren Düsenwandungen stattfindet, so dass die Sehraube nicht auf ihrem ganzen Umfang volles und bereits gerichtetes Wasser erhält (Fig. 12).
In der Fig. 1 ist die Eintrittskante 1 des Düsenmundes massig und mit guter innerer und äusserer Abrundung ausgeführt. Hiedurch wird erreicht, dass bei wechselnder Schiffsgeschwindigkeit innerhalb gewisser Grenzen die von der Schraube benötigten Wassermassen ohne erhebliche Verluste vom Düsenmund erfasst werden.
In den Fällen, wo grössere Veränderungen von Schiffsgeschwindigkeit und Widerstand vorliegen, kann die Eintrittsöffnung A bei Bedarf entsprechend vergrössert oder verkleinert werden, indem man einen Teil des Eintrittsrandes der Düse durch eine stromlinienförmige Klappe ersetzt. In den Fig. 3, 4 ist eine derartige Anordnung gezeigt. Hier stellt 2 eine vertikale, um die Achse 3 drehbare Klappe und -1 eine horizontale, um die Linie 5 drehbare Klappe dar.
Fig. 6 und 7 zeigen die Möglichkeit, die Düse als Vorrichtung zu benutzen, um die Geschwindigkeit des Wassers, das die verschiedenen Punkte der Schraubenkreisfläche B erreicht, auszugleichen. Teile des Wassers, die den Düsenmund A mit einer besonders kleinen Geschwindigkeit infolge des Naohstromes (d. h. nahe der Gillung des Hecks) erreichen, werden erheblich beschleunigt, wenn man die Stromfäden der Düse besonders in diesem Bereich zusammenzieht oder mit andern Worten, wenn die gegebene Fläche der Eintrittsöffnung bei A derartig mit Bezug auf die in Richtung der Propellerachse projizierte Fläche B am Propellereintritt verteilt wird, dass die grösste Erweiterung des Düsenmundes sich etwa im Bereich des Nachstromes befindet.
Ein anderer Weg, um den Geschwindigkeitsausgleich bei B zu erreichen, ist in den Fig. 8 und 11 angegeben. Fig. 11 zeigt, wie etwa die Geschwindigkeit des Wassers zwischen den Punkten 6 und 7 verteilt sein mag. Die entsprechenden Punkte im Querschnitt B sind 8 und 9. Da die Saugwirkung der Schraube zur Hauptsache von ihrer Steigung und Drehzahl abhängt, mag angenommen sein, dass der hydrostatische Druck bei 8 und 9 ungefähr gleich ist und ausserdem kleiner als bei 6 und 7. Ferner
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herrscht demnach ein grosser Druckunterschied, während zwischen den Punkten 7 und 9 ein geringer Druckunterschied ist. Daraus folgt, dass zwischen 6 und 8 eine besonders grosse Neigung zur Beschleunigung des Wassers vorhanden ist und dass bei genügender Länge der Düse der Geschwindigkeitsausgleich automatisch eintreten wird.
Da aber anderseits bei grösserer Länge der Düse grössere Verluste durch die
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Reibung des Wassers an den Düsenwänden auftreten, so wird zweckmässig eine gewisse Grenze für die Länge der Düse nicht zu überschreiten sein. Die Reibung des Wassers an den Wänden der Düse sowie an den Teilen des Schiffes, die die Schraubenwelle umschliessen, führt dazu, dass die Geschwindigkeit des Wassers im Bereich dieser Zonen verzögert wird. Diese Zonen verlaufen zur Hauptsache zylindrisch um die Schraubenwelle. Diesen Verschiedenheiten der Geschwindigkeit des Wassers, das in die Schraubenkreisfläche eintritt, begegnet man, indem man die Steigung an der Nabe und den Flügelspitzen geringer macht als die der dazwischenliegenden Flügelteile.
Die Mehrzahl der Schrauben wird bekanntlich so ausgeführt, dass die Flügelquerschnitte an der Rückseite ebene und an der Vorderseite gewölbte Zylinderschnitte erhalten (Fig. 13-15). Aus Fig. 15 ist zu entnehmen, dass die Mittellinie des Flügelquerschnittes nicht gerade, sondern gekrümmt ist. Die Tangenten an diese Kurve in den Punkten 10, 11 schneiden einander unter einem Winkel'7..
Um diesen Winkel (1., gemessen auf der Peripherie des Zylinderschnittes, nimmt etwa die wahre Steigung'von den Eintrittskanten der Schraube zu den Austrittskanten zu, d. h., das Wasser wird eine zunehmende Beschleunigung erhalten, während es durch die Schraubenblätter hindurchfliesst ; der Wasserstrahl, der die Schraube verlässt, wird dementsprechend im Querschnitt zusammengezogen sein. Aus diesem Grunde ist es richtig, die Flächen B und C der Düse entsprechend verschieden gross zu machen, d. h., C kleiner als B zu machen. Geschieht dies nicht, dann besteht die Gefahr, dass der Wasserstrahl sich von den Wänden der Düse ablöst bzw. dass die eintretenden Kanten der Flügel viel schwerer und weniger wirtschaftlich arbeiten.
Auf der Zeichnung ist der Düsenkörper doppelwandig ausgebildet, d. h. mit einem inneren Teil in rein düsenförmiger Gestaltung und einer äusseren Hülle, vermittels welcher die Düse mit dem Schiffskörper verbunden ist. Für Schiffe mit mittleren und grossen Geschwindigkeiten soll zweckmässig die äussere Hülle dem natürlichen Verlauf der Stromfäden des Wassers, das daran vorbeifliesst, angepasst sein. Das natürliche Bestreben dieser Stromfäden, die von beiden Seiten der Düse kommen, geht dahin, sich hinter derselben zu vereinigen u. zw. unter dem Winkel ss gemäss Fig. 1.
Die Aussenfläche der Düse muss mit ihrem Anstellwinkel'7. nach Möglichkeit dem Winkel ss angepasst sein, damit das Wasser sich nicht ablöst und kein damit verbundener Unterdruck entsteht, was ja eine bremsende Wirkung ergeben würde.
Fig. 1 zeigt weiter ein stromlinienförmiges Ruder 12, das unmittelbar hinter der Düse sitzt oder sogar hineinragt. Da ein solches Ruder eine hemmende Wirkung auf das Wasser, das aus der Düse austritt, ausüben wird, so wird zweckmässig der Querschnitt bei D genügend erweitert, um einen ungehinderten Ausfluss des Wassers zu ermöglichen.
Bei Verwendung von Schrauben, deren Drehkreis über die Schwimmebene des Schiffes hinausragt, wird der Düsenmund, wie durch Linie 13 in Fig. 16 angedeutet, im oberen Teil nach vorne umgebogen und unter der Schwimmebene etwa in Strömungsrichtung an das davor befindliche Hinterschiff herangeführt. Wenn man ferner in gleicher Weise auch die Eintrittsöffnung der Düse hinter die Schwimmebene verlegt, wie durch Linie 11 in Fig. 16 angegeben, so wird die Kraft, die nötig ist, um das Wasser vor der Schraube anzuheben, fortlaufend wieder gewonnen werden, ohne dass irgendwelche Kraft der Schiffsmaschine dazu benötigt wird.
Linie 15 in Fig. 16 deutet an, wie der hintere Teil der Düse in diesem Falle gestaltet sein muss, nämlich so, dass die etwa horizontal geschleuderte Wassermasse, die aus der Schraube austritt, den Gesetzen des freien Wurfs zu folgen vermag.
Fig. 3,4, 5 und 17 zeigen Doppelschraubenschiffe mit Düsen. Hier ist es vorteilhaft, die Anordnung so zu treffen, dass das der Düse zufliessende Wasser in Richtung der Schraubenwellen umgelenkt wird, ehe es in den Düsenmund eintritt, um Krümmungsverluste im Einlaufkanal der Düse zu vermeiden, da dieselben gleichbedeutend mit Verlusten an Schraubenwirkungsgrad sind.
Wenn eine Zweischraubenanordnung mit Düsen für flaches Wasser verwendet wird, ist es empfehlenswert, die Querschnitte im hinteren Teil der Düse zwischen den Querschnitten C und D (deren Abstand so gross sein soll, dass keine Wasserablösung von den Düsenwandungen eintritt) allmählich derart zu vermindern, dass die zwei Austrittsöffnungen C zu einer gemeinsamen Fläche vereinigt werden können, die etwa ovale oder rechteckige Gestalt hat. Hiedurch wird die Gefahr vermieden, dass sich der Zwischenraum zwischen beiden aus den Schrauben austretenden Strahlen nicht schnell genug (mit Wasser) füllt und dadurch ein Totwasserraum entsteht. Fig. 17 zeigt eine Zweischraubenanordnung für ein Schleppboot, bei dem die beiden Schraubenwellen im spitzen Winkel zueinander angeordnet sind.
Der Antrieb erfolgt durch eine gemeinsame Maschine 16 über ein Rädergetriebe 17. Hiedurch wird eine Maschine erspart. Die Wasserstrahlen, die aus den Schrauben austreten, werden nicht auf den Bug eines Leichters treffen, der eventuell an einer kurzen Schleppleine hinter dem Schlepper gezogen wird. Der Widerstand des Leichters wird dadurch vermindert.
Fig. 8,9, 10 zeigen, wie bei Einschraubenschiffen, der Düsenkörper homogen mit dem Schiffsrumpf vereinigt werden kann. Die Wasserlinien im oberen Teil und über der Düse werden soweit nach aussen verlegt, dass sie soweit als praktisch zulässig hinter der Düse zusammenlaufen. Hiedurch wird nicht nur eine kräftige Verbindung zwischen Düse und Schiff erzielt, sondern es werden auch die Wider-
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Alle Düsen sind doppelwandige Auftriebskörper, deren Deplacement ohne störende Wirkung auf den Vortriebswirkungsgrad gross genug gemacht werden kann, um nicht nur das Eigengewicht der Düsenanordnung zu tragen, sondern um ausserdem noch zusätzlichen Auftrieb für das hintere Ende des Schiffskörpers zu schaffen. Dieses ist von Bedeutung u. zw. besonders in solchen Fällen, bei denen Leichter später in Motorschiffe umgewandelt werden und die ursprüngliche Gestaltung des Schiffsrumpfes nicht darauf zugeschnitten war, das zusätzliche Gewicht der Maschinenanlage zu tragen.
PATENT-ANSPRÜCHE : 1. Schiffsantrieb für Schraubensehiffe unter Verwendung einer die Schrauben umgebenden und mit dem Schiffskörper verbundenen Düse, deren Querschnitte an ihrer engsten Stelle den Schraubendrehkreis dicht umschliessen sich in ihrer Grösse nach hinten langsam oder gar nicht verändern, nach vorn dagegen schneller und beständig zunehmend erweitern, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintritts- öffnung gemessen quer zur Strömungsrichtung des eintretenden Wassers so gross ist, dass nur die bei Dienstgeschwindigkeit und Dienstbelastung vom Propeller durch den engsten Düsenquerschnitt beförderte Wassermenge und diese etwa beschleunigungsfrei, d. h.
mit Schiffsgeschwindigkeit vermindert um den vor der Düse herrschenden Nachstrom von ihr aufgenommen wird, wobei die Abrundungsradien des Düseneinlaufs mindestens so gross sind, dass eine Ablösung des Wassers von der inneren Düsenwand vermieden wird.
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Marine propulsion systems for screw vessels using a nozzle surrounding the screw and connected to the hull are known. It has been proposed to design and arrange the nozzle surrounding the propeller so that the propeller works approximately in the narrowest cross section of the nozzle, which surrounds the screw with only a small amount of clearance. Behind the screw the cross-sectional areas of the nozzle increase little or not at all, while they increase steadily in front of the screw. Other proposals show screws that are made of rings, straight or conical pipe sections and. Like. Are surrounded.
These explanations are intended to increase the efficiency of the overall thrust, but have failed in practice because none of them have the correct shape of the nozzle, combined with the correct relationship to the propeller, the position of the propeller, its speed, the area of the smallest nozzle cross-section versus the nozzle inlet area, as well as the shape of the speed and drag of the ship. The correct training and combination of these features or the majority of them is fundamentally decisive for the success of the entire execution.
The invention therefore primarily aims to indicate the best basic shape of the nozzle in connection with a propeller and the adjacent part of the hull and to show which relationships must be maintained or selected between such a correctly shaped nozzle, the hull, the propeller, the given or required speed of the ship and the engine power. The invention also aims to improve and adapt such nozzles and propellers to the various conditions of practice. The invention also seeks to adapt such nozzles and propellers to the various types of ships and the given conditions of the navigation area for which these ships are to be used.
The drawing illustrates, for example, embodiments of the invention in FIGS. 1-17 in a schematic representation.
As is known, the suction of a ship's propeller accelerates the water at the stern of the ship. Since every acceleration of the water is associated with a decrease in the hydrostatic pressure, the result is that a braking effect occurs at the same time. which corresponds to the pressure decrease, multiplied by the longitudinal projection of the part of the ship lying in the accelerated water zone.
As shown in FIGS. 1 and 2, by arranging a nozzle around the propeller, it can be achieved that the acceleration of the water is shifted exclusively or at least for the most part into the nozzle and the like. between the nozzle inlet opening and the screw turning circle. If the nozzle inlet is now made just as large as is necessary for the acceleration-free inflow of water, and if the nozzle cross-sections are also designed to decrease from the inlet to the screw, the acceleration path is considerably shortened, so that the nozzle mouth is moved further back and is the largest Water speed is already reached immediately behind C.
The acceleration of the water in the nozzle is equivalent to a negative pressure Ap on the walls of the nozzle inlet, so that in addition to the thrust of the screw, the thrust of the negative pressure, expressed by (i-C). Ap, is added. On the other hand, a braking effect of the size E. Ap remains due to the part of the ship protruding into the nozzle, where E denotes the cross section of the part of the ship protruding into the nozzle at the nozzle mouth i. The total thrust is therefore P = (A-C). Ap-E. Ap (Fig. 2). The braking effect of the ship's ship protruding into the nozzle
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part can now be reduced by keeping it as thin as possible for reasons of strength.
The nozzle can possibly be moved back so far that there is no displacement body of the Schiffsbeck at all in the area of the nozzle.
'' The best efficiency of the nozzle for a given screw characteristic is achieved when the mouth Li of the nozzle, measured transversely to the direction of flow of the water, is approximately so large that the amount of water that is increased from the ship's propeller for the desired service speed of the ship Speed V2 must exit, can enter the nozzle mouth without being accelerated in front of the nozzle by the suction of the screw, i.e. H. in other words, that the size is roughly determined from the service speed v of the ship, reduced by the post-flow speed that prevails in front of the nozzle in the ship's direction.
Expressed by a simple formula, the following relationship must be maintained:
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Herein: C means the narrowest cross-section of the nozzle (which is approximately equal to the screw turning circle area of the screw), measured in square feet or square meters, A the mouth opening of the nozzle, measured across the flow direction of the water in square feet or square meters, H.
the increase of the propeller in feet or meters, v the service speed of the ship taking into account the resistance under normal service conditions, measured in feet or meters per second, V1 the speed of the entering water at the mouth of the nozzle, without prior acceleration by the action of the propeller, measured in feet or meters per second, V2 is the speed of the water emerging from the propeller at G, measured in feet or meters per second,? 'the revolution of the propeller per second,
<x is the slip factor of the propeller for the given service speed V and the resistance of the ship under service conditions. ss is the wake factor for the speed of the water in front of the nozzle with respect to the speed of the ship.
If the above relationship is not observed, i. That is to say, if the inflow opening JL is too large, a backflow inhibiting travel will occur in front of the nozzle. If, on the other hand, the inlet opening-1 is made too small, part of the water mass required for propulsion will have to be accelerated in front of the nozzle and the drop in hydrostatic pressure in this area will have a braking effect on the ship; in addition, the efficiency of the nozzle itself will decrease.
If the nozzle mouth is too small, it can also happen that the water that is sucked in and accelerated in front of the nozzle flows into the nozzle in an approximately radial direction and that the water jet detaches from the inner nozzle walls, so that the view does not cover its entire circumference receives full and already directed water (Fig. 12).
In Fig. 1 the leading edge 1 of the nozzle mouth is massive and designed with good inner and outer rounding. This ensures that, within certain limits, when the ship's speed changes, the water masses required by the propeller are captured by the nozzle mouth without significant losses.
In cases where there are major changes in the ship's speed and resistance, the inlet opening A can be enlarged or reduced accordingly, if necessary, by replacing part of the inlet edge of the nozzle with a streamlined flap. Such an arrangement is shown in FIGS. Here, 2 represents a vertical flap that can be rotated about the axis 3 and -1 a horizontal flap that can be rotated about the line 5.
6 and 7 show the possibility of using the nozzle as a device to compensate for the speed of the water which reaches the various points of the circular surface B of the screw. Parts of the water that reach nozzle mouth A with a particularly low speed as a result of the wet current (i.e. near the gill of the stern) are considerably accelerated if the stream threads of the nozzle are drawn together especially in this area or in other words, if the given area of the inlet opening at A is distributed in such a way with reference to the area B projected in the direction of the propeller axis at the propeller inlet that the greatest enlargement of the nozzle mouth is located approximately in the area of the wake.
Another way to achieve speed compensation at B is given in FIGS. Fig. 11 shows how the speed of the water between points 6 and 7 may be distributed. The corresponding points in cross-section B are 8 and 9. Since the suction effect of the screw mainly depends on its pitch and speed, it may be assumed that the hydrostatic pressure at 8 and 9 is approximately the same and also smaller than at 6 and 7. Furthermore
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there is therefore a large pressure difference, while there is a small pressure difference between points 7 and 9. It follows from this that between 6 and 8 there is a particularly great tendency to accelerate the water and that if the nozzle is long enough, the speed compensation will occur automatically.
But since on the other hand, greater losses due to the greater length of the nozzle
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If there is friction between the water and the nozzle walls, a certain limit for the length of the nozzle should not be exceeded. The friction of the water on the walls of the nozzle as well as on the parts of the ship that enclose the propeller shaft causes the speed of the water to be decelerated in these zones. These zones are mainly cylindrical around the screw shaft. These differences in the speed of the water entering the helical surface are countered by making the pitch at the hub and the wing tips less than that of the wing parts in between.
As is known, the majority of the screws are designed in such a way that the wing cross-sections have flat cylinder sections on the rear and arched cylinder sections on the front (Fig. 13-15). From Fig. 15 it can be seen that the center line of the wing cross-section is not straight but curved. The tangents to this curve at points 10, 11 intersect at an angle '7 ..
Around this angle (1, measured on the periphery of the cylinder section, the true slope 'increases from the leading edge of the screw to the trailing edge, i.e. the water will gain increasing acceleration as it flows through the screw blades; the water jet, that leaves the screw will be contracted accordingly in cross-section. For this reason it is correct to make the areas B and C of the nozzle correspondingly different sizes, ie to make C smaller than B. If this does not happen, there is a risk of that the water jet detaches itself from the walls of the nozzle or that the entering edges of the wings work much more difficult and less economical.
In the drawing, the nozzle body is double-walled, d. H. with an inner part in a purely nozzle-shaped design and an outer shell, by means of which the nozzle is connected to the hull. For ships with medium and high speeds, the outer shell should suitably be adapted to the natural course of the streams of the water that flows past it. The natural tendency of these streams, which come from both sides of the nozzle, is to unite behind it and. between at the angle ss according to FIG. 1.
The outer surface of the nozzle with its angle of attack '7. be adapted to the angle ss if possible, so that the water does not come off and no associated negative pressure arises, which would have a braking effect.
Fig. 1 further shows a streamlined rudder 12, which sits immediately behind the nozzle or even protrudes into it. Since such a rudder will have an inhibiting effect on the water emerging from the nozzle, the cross-section at D is expediently widened sufficiently to allow an unhindered outflow of the water.
When using screws whose rotation circle protrudes above the swimming plane of the ship, the nozzle mouth, as indicated by line 13 in Fig. 16, is bent forward in the upper part and guided under the swimming plane approximately in the direction of flow to the aft section in front of it. If one also relocates the inlet opening of the nozzle behind the swimming level in the same way, as indicated by line 11 in FIG. 16, then the force which is necessary to lift the water in front of the screw will be continuously regained without any power of the ship's engine is required for this.
Line 15 in FIG. 16 indicates how the rear part of the nozzle must be designed in this case, namely so that the approximately horizontally thrown water mass that emerges from the screw is able to follow the laws of free throw.
3, 4, 5 and 17 show twin screw ships with nozzles. Here it is advantageous to arrange the water flowing into the nozzle in such a way that the water flowing into the nozzle is deflected in the direction of the screw shafts before it enters the nozzle mouth in order to avoid curvature losses in the inlet channel of the nozzle, since these are synonymous with losses in screw efficiency.
If a two-screw arrangement with nozzles for shallow water is used, it is advisable to gradually reduce the cross-sections in the rear part of the nozzle between cross-sections C and D (the distance between them should be large enough that no water detachment from the nozzle walls occurs) so that the two outlet openings C can be combined to form a common surface which is approximately oval or rectangular in shape. This avoids the risk that the space between the two jets emerging from the screws does not fill up quickly enough (with water) and that a dead water space is created as a result. 17 shows a two-screw arrangement for a tugboat, in which the two screw shafts are arranged at an acute angle to one another.
It is driven by a common machine 16 via a gear train 17. This saves a machine. The jets of water emerging from the propellers will not hit the bow of a barge that may be pulled by a short tow line behind the tug. This reduces the resistance of the lighter.
FIGS. 8, 9, 10 show how the nozzle body can be homogeneously combined with the hull of single-screw ships. The water lines in the upper part and above the nozzle are moved outwards so far that they converge behind the nozzle as far as practically permissible. This not only creates a strong connection between the nozzle and the ship, but also
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All nozzles are double-walled buoyancy bodies, the displacement of which can be made large enough without disturbing the propulsion efficiency not only to bear the weight of the nozzle arrangement, but also to create additional buoyancy for the rear end of the hull. This matters & especially in those cases where barges are later converted into motor ships and the original design of the hull was not tailored to carry the additional weight of the machinery.
PATENT CLAIMS: 1. Ship propulsion for screw ships using a nozzle that surrounds the screws and is connected to the hull, the cross-sections of which tightly enclose the screw turning circle at their narrowest point, changing slowly or not at all in size towards the rear, but faster and more consistently towards the front increasingly expand, characterized in that the inlet opening, measured transversely to the direction of flow of the entering water, is so large that only the amount of water conveyed by the propeller through the narrowest nozzle cross-section at service speed and service load and this approximately acceleration-free, i.e. H.
at ship speed reduced by the wake flow prevailing in front of the nozzle is absorbed by it, the radius of curvature of the nozzle inlet being at least so large that a detachment of the water from the inner nozzle wall is avoided.