DD228508A1

DD228508A1 - LINEAR ARRANGEMENT FOR THE AVOIDANCE OF CAVITATION VEHICLES IN CROSS-RAY GRINDING SYSTEMS WITH ADJUSTING PROPELLERS

Info

Publication number: DD228508A1
Application number: DD26930484A
Authority: DD
Inventors: Manfred Bussler
Original assignee: Rostock Dieselmotoren
Priority date: 1984-11-09
Filing date: 1984-11-09
Publication date: 1985-10-16

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Leitringanordnung zwecks Minderung von Kavitationsgeraeuschen bei Querstrahlruderanlagen mit Verstellpropellern, die auf Schiffen und anderen Wasserfahrzeugen als Manoevrierhilfe eingesetzt werden. Das Ziel und die Aufgabe der Erfindung besteht insbesondere darin, die Kavitation im Bereich der Propellerfluegelspitzen zu vermindern und damit den Geraeuschpegel zu senken. Die bekannten Massnahmen durch Einfuehren von Luft, Gasen oder anderen Medien vor den ansaugenden Propeller bringen, bezogen auf die Aufgabenstellung, nur teilweisen Erfolg und sind, wie auch die Anordnung von Daempfungskoerpern, zu bauaufwendig. Durch die beidseitige Anordnung von diffusorartigen Leitringen vor dem Verstellpropeller in beiden Stroemungsrichtungen in einem Radienverhaeltnis von 0,6 bis 0,9 koennen diese Kavitationsfluesse an den Propellerfluegelspitzen reduziert und damit ein wesentlich verbessertes Geraeuschverhalten der Querstrahlruderanlage erreicht werden.The invention relates to a guide ring arrangement for the purpose of reducing Kavitationsgeraeuschen at Querstrahlruderanlagen with variable pitch propellers, which are used on ships and other vessels as Manoevrierhilfe. The object and the object of the invention is, in particular, to reduce the cavitation in the area of the propeller blade tips and thus to lower the noise level. The known measures by introducing air, gases or other media in front of the sucking propeller bring, based on the task, only partial success and are, like the arrangement of Daempfungskoerpern, too expensive to build. Due to the two-sided arrangement of diffuser-like guide rings in front of the variable pitch propeller in both directions of flow in a radius ratio of 0.6 to 0.9, these cavitation flows can be reduced at the propeller blade tips and thus a significantly improved noise behavior of the transverse thruster system can be achieved.

Description

Field of application of the invention

Die Erfindung bezieht sich auf eine Leitringanordnung zum Zwecke der Minderung von Kavitationsgeräuschen bei Querstrahlruderanlagen mit Verstellpropellern, die auf Schiffen sowie anderen Schwimm- oder Tauchkörpern als Manöverierhilfe eingesetzt werden.The invention relates to a guide ring arrangement for the purpose of reducing cavitation noise in Querstrahlruderanlagen with variable pitch propellers, which are used on ships and other swimming or diving bodies as a maneuvering.

Characteristic of the known technical solutions

Es ist bekannt, eine Querstrahlruderanlage mit einem Verstellpropeller auszustatten, der in einem Querkanal angeordnet ist. Durch die Verstellbarkeit der Propellerflügel von einer Vorausstellung über eine Nullstellung auf eine Rückwärtsstellung wird bewirkt, daß der Querschub in beide Querkanalrichtungen abgegeben werden kann und daß die Größe des Querschubes von Null bis zum Maximum stufenlos eingestellt werden kann, ohne daß eine Änderung der Drehrichtung und der Drehzahl des Querstrahlrudermotors erforderlich ist.It is known to provide a Querstrahlruderanlage with a variable pitch propeller, which is arranged in a transverse channel. Due to the adjustability of the propeller blades of a provision on a zero position to a reverse position causes the transverse thrust can be delivered in both transverse channel directions and that the size of the shear thrust can be adjusted continuously from zero to the maximum, without a change in the direction of rotation and the Speed of the transverse thruster motor is required.

Es ist weiterhin bekannt, daß bei dieser hinsichtlich der Steuerung der Querstrahlruderanlage zweckmäßigen Lösung der Forderung nach gleicher Wirksamkeit in beiden Arbeitsrichtungen durch flache unverwundene Propellerflügel entsprochen wird. Damit werden auch für jeden Arbeitspunkt entsprechend dem Verdrehwinkel der Propellerflügel auf allen Radien r konstante Steigungswinkel θ = Φ wirksam.It is also known that in this regard with respect to the control of the Querstrahlruderanlage appropriate solution of the requirement for equal effectiveness in both directions is met by flat unbound propeller blades. Thus, for every operating point corresponding to the angle of rotation of the propeller blades on all radii r constant pitch angle θ = Φ effective.

Bekanntlich führt die Zuströmung bei Axialmaschinen bzw. Propellern auf eine Schraubenfläche, die als ein charakteristisches Merkmal von der Nabe des Propellers ausgehend zur Propellerflügelspitze hin ständig abfallende hydrodynamische Steigungswinkel /3<=° aufweist. Der am jeweiligen Propellerflügelblattschnitt wirksam werdende Anstellwinkel α ergibt sich gem. Fig. 1 aus der Differenz von Steigungswinkel θ minus hydrodynamischen Steigungswinkel /3 <» und nimmt hier zur Flügelspitze hin über das erwünschte Maß hinaus zu. Dadurch wird der Propellerflügelspitzenbereich hydrodynamisch viel zu hoch belastet, wodurch bekanntlich Saugseitenkavitation hervorgerufen wird, aber auch die Spaltkavitation beim Druckausgleich zwischen Saug- und Druckseite des Propellerflügels an der Propellerflügelspitze verstärkt auftritt. Kavitation führt neben der Gefahr der Erosion von Bauteilen besonders zu störender Geräuschentwicklung. Zur Behebung dieser Mängel wurde in der Patentschrift DE 2515560 (siehe auch US-PS 460289) eine speziell ausgebildete Flügelform mit entgegen der Strömungsrichtung geneigter Propellerflügelspitze vorgeschlagen, dessen prognostizierte positive Wirkung jedoch bei einer experimentellen Überprüfung im Kavitationstank entsprechend der in der Praxis wirksamen Standschubbedingung nicht bestätigt werden konnte.As is known, in the case of axial machines or propellers, the inflow leads to a helical surface which, starting from the hub of the propeller, has constantly decreasing hydrodynamic helix angles / 3 <= °, starting from the hub of the propeller, starting at the propeller blade tip. The effective at the respective propeller blade sheet section angle of attack α results acc. Fig. 1 from the difference of pitch angle θ minus hydrodynamic pitch angle / 3 <»and here increases towards the wing tip beyond the desired level. As a result, the propeller blade tip area is much too hydrodynamically loaded, which is known to cause suction side cavitation, but also the slot cavitation occurs more intensively during pressure equalization between the suction and pressure sides of the propeller blade at the propeller blade tip. Cavitation leads not only to the risk of erosion of components but also to disturbing noise development. In order to remedy these deficiencies, the patent DE 2515560 (see also US Pat. No. 4,602,289) proposes a specially designed wing mold with a propeller blade tip inclined counter to the flow direction, but whose predicted positive effect is not confirmed in an experimental test in the cavitation tank in accordance with the effective thrust condition in practice could be.

Die Lösungsmöglichkeit mit Hilfe eines großen Spaltes, wie sie in dieser Patentschrift als technischer Stand mit erläutert wurde, beinhaltet bereits entsprechend den Gesetzen der Hydrodynamik eine Entlastung des Propellerflügelspitzenbereiches. Der Nachteil dieser Lösung liegt in einer erheblichen Verschlechterung der Leistungskennziffern, was in der genannten Patentschrift dargestellt und kritisiert wurde.The possibility of solution with the help of a large gap, as has been explained in this patent as a technical state, already includes according to the laws of hydrodynamics, a relief of the propeller blade tip area. The disadvantage of this solution lies in a significant deterioration of the performance ratios, which has been presented and criticized in said patent.

In einer Reihe von Patentschriften: DE 2304825, DE 2644844, DE 2456497 (DD 116176), DE 2823781 wird in verschiedenen Varianten die Einführung von Luft, Gas oder Wasser aus dem Schiffskörper heraus in den Querkanal zur Geräuschdämpfung vorgeschlagen.In a number of patents: DE 2304825, DE 2644844, DE 2456497 (DD 116176), DE 2823781 proposes in various variants the introduction of air, gas or water out of the hull into the transverse duct for noise damping.

Der Nachteil dieser Verfahren liegt in einem nicht unerheblichen Aufwand an Pumpen und Rohrleitungen sowie in der Anordnung von im Unterwasserschiffskörper unerwünschten, mit sicheren Verschlüssen zu versehenden Öffnungen. Darüber hinaus ist es nicht sichergestellt, daß das Luft-Wasser-Gemisch in der notwendigen Homogenität über den geforderten Propellerbereich hin auftritt.The disadvantage of this method is a considerable effort on pumps and pipelines, as well as in the arrangement of unwanted in underwater hull, with secure closures to be provided openings. In addition, it is not ensured that the air-water mixture occurs in the necessary homogeneity over the required propeller area.

Eine andere technische Lösung durch Einbringung einer schalldämpfenden Schicht im Bereich des Querstrahlruderpropellers wurde in der Patentschrift DE 2803336 vorgeschlagen. Solche Sekundärmaßnahmen zur Geräuschbekämpfung sind gegenüber den der Bekämpfung der Geräuscherzeugung selbst immer im Nachteil. Es ist weiterhin bekannt, bei Axialpumpen (Pfleiderer, C: Die Kreiselpumpe für Flüssigkeiten und Gase, Springerverlag, Berlin-Göttingen-Heidelberg 1961) und Wasserstrahlantrieben (Kruppa, C; Brand, H.; Östergaard, C: Wasserstrahlantriebe für Hochgeschwindigkeitsfahrzeuge, Schiff und Hafen, Uetersen, 20(1968) 12, S. 871-873) in einer Strömungsrichtung wirkende feste Vor-und Nachleiträder einzusetzen mit dem Ziel, den Wirkungsgrad zu verbessern und die Strömung zu richten. Auch in der Patentschrift DE 2606448 wird ein im Propellerflügelspitzenbereich in einer Strömungsrichtung wirkendes Vorleitrad vorgeschlagen, welches von der Düseninnenwand ausgehend freitragend oder mit einem Ring abgestützt in den Düsenkanal hineinragt mit der Zielstellung, daß Einschwimmen von Gegenständen in den Propellerbereich zu verhindern und dabei den Wirkungsgrad und eine erwünschte Gleichförmigkeit der Strömung über den Umfang zu verbessern.Another technical solution by introducing a sound-absorbing layer in the region of the transverse thruster propeller was proposed in the patent DE 2803336. Such secondary measures for noise control are always at a disadvantage compared with those of the fight against noise generation. It is also known in axial flow pumps (Pfleiderer, C: The centrifugal pump for liquids and gases, Springerverlag, Berlin-Göttingen-Heidelberg 1961) and waterjet drives (Kruppa, C; Brand, H. Östergaard, C: waterjet drives for high-speed vehicles, ship and Hafen, Uetersen, 20 (1968) 12, pp. 871-873) to use acting in a flow direction solid front and Nachleiträder with the aim to improve the efficiency and to direct the flow. Also in the patent DE 2606448 an acting in Propellerflügelspitzenbereich in a flow direction Vorleitrad is proposed which cantilevered starting from the nozzle inner wall or with a ring protrudes into the nozzle channel with the aim to prevent the Einschwimmen of objects in the propeller area and thereby the efficiency and to improve a desired uniformity of the flow over the circumference.

Keine dieser technischen Lösungen wurde mit der Zielstellung der Spitzenentlastung eingeführt bzw. vorgeschlagen. Der Nachteil dieser Lösungen für die vorliegende Zielstellung ist die völlig einseitig wirkende Anordnung, durch welche diese Lösungen für die Spitzenentlastung zweiseitig wirkender Querstrahlruderverstellpropeller unbrauchbar sind.None of these technical solutions were introduced or proposed with the goal of peak relief. The disadvantage of these solutions for the present objective is the fully one-way arrangement, through which these solutions for the peak relief of two-sided acting Querstrahlruderverstellpropeller are useless.

— -2- 693 04- -2- 693 04

Object of the invention

Das Ziel der Erfindung ist es, durch eine einfache Vorrichtung die Geräusch- und Kavitationsverminderung ohne wesentliche Beeinträchtigung der Leistungsparameter einer Querstrahlruderanlage mit Verstellpropeller im Querkanal zu bewirken.The aim of the invention is to effect the noise and cavitation reduction by a simple device without significantly affecting the performance parameters of a Querstrahlruderanlage with variable pitch in the cross channel.

Explanation of the essence of the invention

Die technische Aufgabe der Erfindung besteht darin, die genannte hydrodynamische Überlastung des Propellerflügelspitzenbereiches bei Querstrahlruderanlagen mit Verstellpropeller im Querkanal mit unverwundenen Propellerflügeln abzubauen. Insbesondere soll das durch eine Verbesserung der Anströmverhältnisse im Propellerflügelspitzenbereich für beide Strömungsrichtungen im Querkanal erreicht werden.The technical object of the invention is to reduce said hydrodynamic overloading of the propeller blade tip area in transverse thruster systems with variable pitch propellers in the transverse channel with unbound propeller blades. In particular, this is to be achieved by improving the inflow conditions in the propeller blade tip region for both directions of flow in the transverse channel.

Erfindungsgemäß werden die Mangel des technischen Standes dadurch beseitigt, daß im Propellerflügelspitzenbereich beidseitig der Verstellpropellerflügel im Querkanal diffusorartig Leitringe angeordnet werden, welche dementsprechend in Richtung zum Verstellpropellerflügel hin einen vergrößerten Durchmesser aufweisen. Dabei wird unter vereinfachter Zugrundelegung der Theorie des Stromfadens nach dem Kontinuitätssatz bewirkt, daß aus dem an der Zustromseite angeordneten Diffusor eine verzögerte Strömung austritt, welche auf den Propellerflügelbereich bis zu einem Radienverhältnis r/R = 0,7 bis 0,9 einwirkt. Im darüberliegenden Bereich wirkt eine entsprechend der Verengung des Strömungsquerschnittes erhöhte Strömungsgeschwindigkeit, so daß insbesondere auch der Propellerflügelspitzenbereich beeinflußt wird. Dadurch wird der Anstellwinkel α entsprechend der Darstellung im Geschwindigkeitsplan nach Fig. 2 auf die Größe α verringert, wodurch die im Propellerflügelspitzenbereich erforderliche Entlastung erfolgt.According to the invention, the deficiency of the technical state are eliminated by the fact that in the propeller blade tip region on both sides of the Verstellpropellerflügel in the transverse channel diffuser-like guide rings are arranged, which accordingly have towards the Verstellpropellerflügel an enlarged diameter. In this case, it is effected on the basis of the continuity theorem, based on the theory of the current filament, that a delayed flow emerges from the diffuser arranged on the inflow side, which acts on the propeller blade region up to a radius ratio r / R = 0.7 to 0.9. In the area above it, a flow velocity increased corresponding to the constriction of the flow cross-section, so that in particular also the propeller blade tip area is influenced. As a result, the angle of attack α is reduced as shown in the speed diagram of FIG. 2 to the size α , whereby the required in the propeller blade tip relief takes place.

Verbunden mit der Wirkung des Diffusors bildet sich an diesem ein Auftrieb aus, welcher einen zusätzlichen Querschub erzeugt. Damit wird im wesentlichen der zusätzliche Widerstand aufgehoben, der bei dem auf der Abströmseite als Düse wirkenden Diffusor auftritt. Bei Umkehr der Querschubrichtung durch Umsteuerung der Propellerflügel erfolgt auch eine Umkehrung der Strömungsrichtung. Damit wirkt der vorher im Abstrom liegende Diffusor nicht mehr als Düse, sondern als Diffusor und der früher auf der Innenseite liegende Diffusor als Düse.Associated with the effect of the diffuser forms at this a buoyancy, which generates an additional transverse thrust. This essentially eliminates the additional resistance that occurs in the downstream acting as a nozzle diffuser. When reversing the transverse thrust direction by reversing the propeller blades and a reversal of the flow direction is carried out. Thus, the diffuser previously located in the downstream direction no longer acts as a nozzle, but as a diffuser and the previously located on the inside diffuser as a nozzle.

Mit der vorgeschlagenen Lösung wird der Vorteil erreicht, daß sich in den Flügelspitzenbereichen verringerte oder keine Kavitationswirkungen einstellen, die im wesentlichen Verursacher der Geräuschentwicklung sind.With the proposed solution, the advantage is achieved that set in the wing tip areas reduced or no cavitation effects that are essentially the cause of noise.

embodiment

Nachfolgend soll die erfindungsgemäße Lösung an einem Ausführungsbeispiel näher verdeutlicht werden. Es zeigen:The solution according to the invention will be explained in more detail below with reference to an exemplary embodiment. Show it:

Fig. 1: ^den Geschwindigkeitsplan der Laufradstufe gemäß Stand der Technik, Fig.2: den Geschwindigkeitsplan der Laufradstufe unter Verwendung einer Leitringanordnung, Fig. 3: die Seitenansicht eines Querstrahlruders mit Verstellpropeller und Leitringen, Fig.4: die Seitenansicht nach Fig.3 von rechts gesehen.Fig. 1: ^ the speed plan of the impeller stage according to the prior art, Fig.2: the speed plan of the impeller stage using a guide ring assembly, Fig. 3: the side view of a transverse thruster with variable pitch propeller and guide rings, Figure 4: the side view of Figure 3 seen from the right.

Die konstruktive Ausgestaltung der Querstrahlruderanlage mit Verstellpropeller 1 ist in Fig.3 dargestellt. Wie zu erkennen ist, sind beidseitig vor und hinter dem Verstellpropeller 1 Leitringe 2 angeordnet, die in bezug auf die jeweilige Zuströmseite als Diffusor ausgebildet sind.The structural design of the Querstrahlruderanlage with variable pitch propeller 1 is shown in Figure 3. As can be seen, both sides are arranged in front of and behind the variable pitch propeller 1 guide rings 2, which are formed with respect to the respective inflow side as a diffuser.

In der vorgestellten Anordnung wird das vom Querstrahlrudermotor 3 erzeugte Moment über ein in der Gondel 4 angeordnetes Winkelgetriebe auf den Verstellpropeller 1 übertragen.In the presented arrangement, the torque generated by the transverse thruster motor 3 is transmitted to the variable pitch propeller 1 via an angular gear arranged in the nacelle 4.

Die das Winkelgetriebe und den Verstellpropeller 1 enthaltende Gondel 4 ist dabei durch den Antriebsflansch 5, durch den die Antriebswelle zum Winkelgetriebe geführt wird und 2 zusätzliche Stützstreben 6 mit der Wand des Querkanals 8 verbunden.The gondola 4 containing the angle gear and the pitch propeller 1 is connected by the drive flange 5, through which the drive shaft is guided to the angle gear and 2 additional support struts 6 with the wall of the transverse channel 8.

Die Diffusoren sind im AusführungsBeispiel mittels Stützstreben 7 mit dem Querkanal 8 verbunden.The diffusers are connected in the exemplary embodiment by means of support struts 7 with the transverse channel 8.

Bei dieser dargestellten Ausführung wird durch die oben bereits beschriebene Diffusorwirkung im Bereich der Radienverhältnisse kleiner als 0,8 die axiale Zuströmgeschwindigkeit cm verringert, im Flügelspitzenbereich oberhalb r/R = 0,8 vergrößert, wodurch, wie in Fig. 2 bereits dargestellt, sich der Anstellwinkel α verringert und damit hier die erwünschte Entlastung der Blattschnitte bewirkt.In the illustrated embodiment, the axial inflow velocity cm is reduced by the above-described diffuser effect in the region of the radii ratios smaller than 0.8, increased in the wing tip region above r / R = 0.8, whereby, as already shown in Fig. 2, the Angle of attack α decreases and thus causes the desired relief of the blade sections.

In der Folge ergibt sich eine Verringerung der Kavitation sowie daraus ableitend eine Reduzierung der Geräusche. Neben der vorstehend beschriebenen Lösung ist es weiterhin möglich, in die Abstützung beidseitig Laufradflügel mit einzuordnen, die zur Erzeugung eines Gleichdralls für die jeweilige Zuströmrichtung innerhalb der Querstrahlruderanlage genutzt werden können.As a result, there is a reduction in cavitation and, as a result, a reduction in noise. In addition to the solution described above, it is also possible to arrange in the support on both sides impeller blades, which can be used to generate a DC spin for the respective inflow direction within the Querstrahlruderanlage.

Diese Maßnahme trägt zu einer weiteren Verbesserung des Geräuschverhaltens bei.This measure contributes to a further improvement of the noise behavior.

Die vorstehend nach Fig.3 beschriebene Querstrahlruderanlage wird zum besseren Verständnis der Anordnung der Leitringe in Fig.4 nochmals in einer Seitenansicht 4 dargestellt. Eine nochmalige Beschreibung der konstruktiven Elemente erübrigt sich auf Grund der Darstellung nach Fig.3.The Querstrahlruderanlage described above in Figure 3 is shown for better understanding of the arrangement of the guide rings in Figure 4 again in a side view 4. A repeated description of the constructive elements is unnecessary on the basis of the illustration of Figure 3.

Benutzte Symbole:Used symbols:

c_m ungestörte absolute Strömungsgeschwindigkeitc _m undisturbed absolute flow velocity

cu induzierter Drallcu induced spin

w₀,woo relative Strömungsgeschwindigkeitw ₀ , woo relative flow velocity

α Anstellwinkel α angle of attack

β co hydrodynamischer Steigungswinkel β co hydrodynamic pitch angle

θ- Steigungswinkelθ pitch angle

r/R Radienverhältnis von Blattschnitt-zu Laufradradiusr / R radii ratio of blade section to impeller radius

r Blattschnittradiusr Leaf cutting radius

R LaufradradiusR impeller radius

Indices:indices:

'Auf die Strömung mit Vorleitring bezogen.'Based on the flow with Vorleitring.

Claims

1. Guide ring arrangement for the purpose of reducing cavitation noise in Querstrahlruderanlagen with variable pitch propellers, characterized in that both sides of the variable pitch propeller (1) guide rings (2) in the transverse channel (8) are arranged, the diameter of each of which the variable pitch propeller (1) facing side is greater than the side facing away from the variable pitch propeller (1).

-1- 693

Invention claims:

2. Guide ring assembly according to item 1, characterized in that on each side in the region of the radius ratio r / R = 0.6 to 0.9 each 1 guide ring (2) is arranged.

3. Guide ring arrangement according to item 1 and 2, characterized in that the guide rings (2) have a ratio of the guide ring length to the central guide ring diameter of 0.15 to 0.75.

4. Guide ring assembly according to item 1 to 3, characterized in that the guide ring cross-section has a wing profile, in particular in the manner of nozzle profiles, wherein the suction side of the profile lies on the inner wall of the diffuser.

5. Guide ring assembly according to item 1, characterized in that guide rings (2) and support struts (6) are formed under connection with the wall of the transverse channel (8) as a protective grid of the Querstrahlruders and accordingly consists of peripherally arranged Leitringstreben and radially arranged guide ring or support ring.

For this 2 pages drawings