DD287449B5

DD287449B5 - Drive and control device for propeller-driven ships

Info

Publication number: DD287449B5
Application number: DD33222889A
Authority: DD
Inventors: Joachim Dipl-Ing Stetzkowski; Gerhard Dipl-Ing Hufnagel
Original assignee: Kvaerner Warnow Werft Gmbh
Priority date: 1989-08-31
Filing date: 1989-08-31
Publication date: 1996-09-19

Abstract

Die Erfindung betrifft eine kombinierte Einrichtung zur zusätzlichen bzw. gerichteten Schuberzeugung auf Schiffen, insbesonderefür die Möglichkeit der Grenzschichtabsaugung im Heckbereich, zur Vergleichmäßigung der Propellerzuströmung und der damit verbundenen Verminderung der Propellerdruckimpulse, sowie zur Erzeugung eines Zusatzvortriebes oder eines Querschubes auf das HinterschiffThe invention relates to a combined device for additional thrust generation on ships, especially for the possibility of boundary layer extraction in the rear area, to even out the propeller inflow and the associated reduction of the propeller pressure pulses, as well as to generate an additional propulsion or a Transverse thrust on the stern

Description

Hierzu 3 Seiten ZeichnungenFor this 3 pages drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine kombinierte Einrichtung zur zusätzlichen bzw. gerichteten Schuberzeugung auf Schiffen, insbesondere für die Möglichkeit der Grenzschichtabsaugung im Heckbereich, zur Vergleichmäßigung der Propellerzuströmung und der damit verbundenen Verminderung der Propellerdruckimpulse, sowie zur Erzeugung eines Zusatzvortriebes oder eines Querschubes auf das Hinterschiff.The invention relates to a combined device for additional or directed thrust generation on ships, in particular for the possibility of Grenzschichtabsaugung in the rear area, to equalize the Propellerzströmömung and the associated reduction of the propeller pressure pulses, as well as to produce a Zusatzvortriebes or a shear thrust on the rear end.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Es ist bekannt, daß durch Ausstoß eines gerichteten Wasserstrahles quer zum Schiff eine für das Manövrieren nützliche Querkraft am Bug oder Heck des Schiffes erzeugt werden kann. Die übliche Ausführung eines solchen Querstrahlruders besteht aus einem geraden, rohrförmigen durch den Schiffskörper hindurchführenden Querkanal, in dem ein Impeller angeordnet ist. Diese Impeller werden gewöhnlich mittels E-Motore angetrieben. Des weiteren ist bekannt, daß durch die Grenzschichtabsaugung, besonders im Bereich der Kimm hinter dem Hauptspant des Schiffes die Ablösung der Grenzschicht unterdrückt und damit u.a. der Schiffswiderstand erheblich herabgesetzt wird, und es ist bekannt, daß sich durch Zuführung von Wasser in den oberen Bereich des Propellerkreises der Gütegrad der Propulsion verbessert, es zu einer Verringerung der Kavitation an den Propellerflügeln sowie zu einer Herabsetzung der Propellerlastschwankungen und der propellererregten Druckimpulse kommt. Es gibt Lösungen, die all diese Merkmale und Wirkungen in sich vereinigen bzw. eine Vereinigung anstreben. In dem DD-WP 239385 ist eine kombinierte Einrichtung zur Verbesserung der Propulsion und Manövrierfähigkeit bei Schiffen veröffentlicht. Diese besteht aus im Heckbereich oberhalb der Propellerwelle parallel zur Schiffslängsachse nebeneinanderliegenden zur Schiffsaußenhaut abgewinkelten Rohrkanälen, in denen Impeller angeordnet sind. Diese Impeller werden durch separate Ε-Motoren angetrieben. Bei Marschfahrt des Schiffes befördern die Impeller Wasser in den Propellerbrunnenraum. Eine Steuerung des Schiffes wird erreicht durch die Drehrichtungsumkehr eines Impellers. Diese Einrichtung erfordert wegen des Vorhandenseins zweier Impeller mit separaten Ε-Motoren noch einen erheblichen bau- und betriebstechnischen Aufwand. Die praktischen Erfahrungen zeigen aber auch, daß die Ε-Energiebilanzen immer knapper gehalten werden, und es insbesondere in Manöversituationen zu Engpässen in der E-Energiebereitstellung kommen kann. In der DE-OS 2438147 ist eine Schiffsschraubenpropelleranordnung beschrieben worden, die die Anordnung eines offensichtlich separat angetriebenen Zusatzpropellers vor dem Hauptpropeller vorsieht. Dieser Zusatzpropeller besitzt eine schwenkbare Achse, so daß er sowohl als Zusatzantrieb als auch zur Manövriorhilfe einsetzbar ist. Auch diese Lösung besitzt die bereits genannten Nachteile. Bekannt sind ferner Schiffsantriebe, die aus Strömungskanälen innerhalb des Schiffskörpers bestehen, die sich über die gesamte oder einen wesentlichen Teil der Schiffslänge erstrecken, in denen der Hauptantriebspropeller angeordnet ist. Derartige Anlagen benötigen für eine ausreichende Antriebs- und Steuerwirkung beträchtliche Abmessungen der Strömungskanäle und des Propellers, wodurch u.a. die Tragfähigkeit des Schiffes herabgesetzt wird.It is known that by ejecting a directional jet of water across the ship, transverse force useful for maneuvering may be generated at the bow or stern of the ship. The usual embodiment of such a transverse thruster consists of a straight, tubular passing through the hull transverse channel in which an impeller is arranged. These impellers are usually powered by electric motors. Furthermore, it is known that the separation of the boundary layer suppressed by the Grenzschichtabsaugung, especially in the area of Kimm behind the main frame of the ship and thus u.a. the ship resistance is significantly reduced, and it is known that the supply of water in the upper part of the propeller circle improves the quality of the propulsion, there is a reduction in the cavitation on the propeller blades and a reduction in the propeller load fluctuations and the propeller-excited pressure pulses. There are solutions that combine all of these characteristics and effects or seek to unify. In the DD-WP 239385 a combined device for improving the propulsion and maneuverability of ships is published. This consists of in the rear area above the propeller shaft parallel to the ship's longitudinal axis adjacent to the ship's outer skin angled pipe ducts in which impellers are arranged. These impellers are powered by separate Ε motors. During the cruise of the ship, the impellers carry water into the propeller well room. Control of the ship is achieved by reversing the direction of rotation of an impeller. Due to the presence of two impellers with separate Ε engines, this device still requires considerable construction and operational expenditure. However, practical experience also shows that the Ε-energy balances are becoming increasingly scarce, and that bottlenecks in e-energy provision can occur, especially in maneuver situations. In DE-OS 2438147 a Schiffsschraubenpropelleranordnung has been described, which provides the arrangement of an obviously separately driven additional propeller in front of the main propeller. This additional propeller has a pivotable axle, so that it can be used both as an additional drive and for maneuvering aid. This solution also has the disadvantages mentioned above. Also known are marine propulsion systems, which consist of flow channels within the hull, which extend over the entire or a substantial part of the length of the ship, in which the main drive propeller is arranged. Such systems require considerable dimensions of the flow channels and the propeller for a sufficient drive and control effect, whereby u.a. the carrying capacity of the ship is reduced.

Das Ziel der Erfindung ist es, bei derartigen Anlagen einen relativ geringen bau- und betriebstechnischen Aufwand und Platzbedarf sowie eine verbesserte Energieökonomie zu erreichen.The aim of the invention is to achieve a relatively low construction and operational expenditure and space requirements and an improved energy economy in such systems.

Explanation of the essence of the invention

Die erfinderische Aufgabenstellung besteht darin, eine Antriebs- und Steuereinrichtung für propellergetriebene Schiffe, insbesondere mittels Verstellpropeller, bestehend aus Hauptmotor, Wellenleitung, Impeller und aus Strömungskanälen, die sich vom Kimmbereich nach achtern erstrecken und dort münden, vorzuschlagen, die lediglich einen Impeller ohne separaten Impellerantrieb benötigt und die eine beträchtliche Zusatzantriebs- bzw. Steuerwirkung erwarten läßt. Die erfinderische Lösung sieht vor, daß der Impeller innerhalb des Schiffskörpers mit einer Wellenleitung des Hauptmotors durch Übertragungselemente verbunden ist und in einem die genannte Welle partiell einschließenden Pumpenraum untergebracht ist, der an Zu- und Abströmkanäle, mit einer Umsteuereinrichtung für den Wasserstrom in den Propellerbrunnenraum oder zur Bb- bzw. Stb-Seite angeschlossen ist.The inventive task is to propose a drive and control device for propeller driven ships, in particular by means of variable pitch propeller, consisting of main engine, wave line, impeller and flow channels extending aft from the Kimmbereich and open there, the only one impeller without separate impeller drive needed and can expect a considerable Zusatzantriebs- or control effect. The inventive solution provides that the impeller is connected within the hull with a waveguide of the main motor by transmission elements and housed in a said shaft partially enclosing pump space, the inlet and outlet channels, with a reversing device for the flow of water in the propeller well room or connected to the Bb or starboard side.

Der Impeller, vorzugsweise ein langsamlaufendes Pumpen-Laufrad, ist in/auf der Hauptantriebswelle angeordnet und der Pumpenraum schließt die Hauptantriebswelle partiell ein. Alternativ ist vorgesehen, daß der Impeller an einer zusätzlichen Welle des Hauptmotors angeschlossen ist, die eine höhere Drehzahl besitzt und daß der Pumpenraum diese Welle partiell einschließt. Ein weiteres Merkmal besteht darin, daß in der den Impeller antreibenden Welle Drehzahlerhöhungselemente angeordnet sind. Die Zuströmkanäle erstrecken sich etwa aus dem Kimmbereich des Schiffes nach achtern und münden im Pumpenraum. Der Abströmkanal verzweigt sich in drei Teilabströmkanäle, wovon einer im Propellerbrunnenraum mündet, der zweite zur Bb- und der dritte zur Stb-Seite weist. Vor den Teilabströmkanälen ist ein Stellglied angeordnet, mit dem der Wasserstrom in jeweils einen dieser Teilabströmkanäle gelenkt werden kann.The impeller, preferably a low-speed pump impeller, is disposed in / on the main drive shaft and the pump space partially encloses the main drive shaft. Alternatively, it is provided that the impeller is connected to an additional shaft of the main engine, which has a higher speed and that the pump space includes this shaft partially. Another feature is that in the impeller driving shaft speed increase elements are arranged. The inflow ducts extend aft from the chimney area of the ship and open in the pump room. The outflow channel branches into three Teilabströmkanäle, one of which opens into the Propellerbrunnenraum, the second to the Bb and the third to starboard side points. Before the Teilabströmkanälen an actuator is arranged, with which the water flow can be directed in each case one of these Teilabströmkanäle.

Bei Geradeausfahrt des Schiffes wird der Wasserstrom nach achtern in den Propellerbrunnenraum geleitet. Steuermanöver werden durch Umlenken des Wasserstroms mittels Stellglied in den Bb- bzw. Stb-Kanal ausgeführt.When the ship is traveling straight ahead, the water flow is directed aft into the propeller well space. Control maneuvers are performed by diverting the flow of water by means of actuator in the Bb or Stb channel.

embodiment

Die Erfindung wird nachfolgend an einem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigenThe invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment shown in the drawing. Show it

Fig. 1: eine Längsansicht mit einer zusätzlichen WellenleitungFig. 1: a longitudinal view with an additional waveguide

Fig. 2: eine Draufsicht der Fig. 12: a plan view of Fig. 1st

Fig. 3: einen Längsschnitt des SteuerorgansFig. 3: a longitudinal section of the control member

Fig.4: einen Schnitt nach der Linie B-B der Fig.34 shows a section along the line B-B of Figure 3

Fig. 5: eine Längsansicht der Schiffswellenleitung mit eingebauten Impeller.Fig. 5: a longitudinal view of the ship shaft line with built-in impeller.

Die Fig. 1 zeigt eine Ausführung der erfindungsgemäßen Einrichtung, bei der der Propeller 9 ein Verstellpropeller ist. Er wird von einem langsamlaufenden Hauptmotor 3 mit einer Drehzahl von ca. 125-140 U/min mittels der Schiffswellenleitung 2 angetrieben. Der Hauptmotor 3 besitzt einen Momentenausgleich 2. Ordnung, d.h. die Ausgleichsmassen 12 drehen mit der doppelten Drehzahl, ca. 250-280 U/min. An der Achse 13 der Ausgleichsmassen des Motors ist eine zusätzliche Welle 2.1 angekuppelt. Diese zusätzliche Welle 2.1 ist teilweise mit einem Strömungsgehäuse ummantelt und treibt über ein Drehzahlerhöhungsgetriebe 14 einen im Pumpenraum 4 angeordneten Impeller 1 an. Dieser besitzt einen Durchmesser von ca.Fig. 1 shows an embodiment of the device according to the invention, in which the propeller 9 is a variable pitch propeller. It is driven by a low-speed main engine 3 at a speed of about 125-140 U / min by means of the ship shaft line 2. The main motor 3 has second-order torque compensation, i. the balancing weights 12 rotate at twice the speed, about 250-280 rpm. On the axis 13 of the balancing weights of the motor, an additional shaft 2.1 is coupled. This additional shaft 2.1 is partially encased with a flow housing and drives via a speed increase gear 14 to a arranged in the pump chamber 4 impeller 1 at. This has a diameter of approx.

2 m. Der Pumpenraum 4 wird mittels der Stopfbuchsen 10 und 11 gegenüber der zusätzlichen Welle 2.1 abgedichtet. Die Zuströmkanäle 5.1 und 5.2 führen Wasser aus dem Kimmbereich des Schiffes dem Impeller 1 zu. Dieser pumpt das Wasser in einen Abströmkanal 6. Diesem Abströmkanal 6 ist ein Stellorgan 8 nachgeschaltet. Es richtet den Abfluß des Wassers auf einen der drei Teilabströmkanäle 7.1-7.3. Der Kanal 7.1 endet im oberen Propellerbrunnenbereich so, daß während der Marschfahrt eine Verbesserung des Propellerwirkungsgrades eine Längsschuberhöhung und eine Verminderung der Propellerlastschwankungen und der Kavitation eintritt. Bei langsamem oder bei stehendem Schiff läuft der Verstellpropeller 9 mit der entsprechenden Steigung aber mit Nenndrehzahl.2 m. The pump chamber 4 is sealed by means of the stuffing boxes 10 and 11 with respect to the additional shaft 2.1. The inflow ducts 5.1 and 5.2 supply water from the inflow area of the ship to the impeller 1. This pumps the water into a discharge channel 6. This discharge channel 6, an actuator 8 is connected downstream. It directs the outflow of water to one of the three Teilabströmkanäle 7.1-7.3. The channel 7.1 ends in the upper propeller well area so that during the cruise an improvement in the propeller efficiency enters a Längsschuberhöhung and a reduction of the propeller load fluctuations and cavitation. When the ship is slow or standing, the variable pitch propeller 9 is running at the appropriate pitch but at the rated speed.

Ist ein achterlicher Querschub erforderlich, so wird durch das Stellorgan 8 eine Verbindung zum Kanal 7.2 oder 7.3 hergestellt.If a rearward shear thrust is required, the actuator 8 establishes a connection to the channel 7.2 or 7.3.

Der querschiffs austretende Wasserstrom erzeugt eine gerichtete Querkraft auf das Achterschiff.The transverse flow emerging water flow generates a directed lateral force on the aft ship.

Die Fig. 2 zeigt eine Draufsicht der Fig. 1 und läßt somit sehr gut die Anordnung der Zuströmkanäle 5.1-5.2 und der Teilabströmkanäle 7.1-7.3 erkennen.FIG. 2 shows a plan view of FIG. 1 and thus makes it very easy to see the arrangement of the inflow channels 5.1-5.2 and the partial outflow channels 7.1-7.3.

Die Fig. 3 zeigt ein Detail der gesamten Einrichtung und zwar das Stellorgan 8. Wieder Fig. 3 zu entnehmen ist, liegt die Drehachse des Stellorgans 8 in Richtung des Abströmkanals 6.Fig. 3 shows a detail of the entire device, namely the actuator 8. Again Fig. 3 it can be seen, the axis of rotation of the actuator 8 is in the direction of the outflow channel. 6

Fig. 4zeigt einen Schnitt durch das Stellorgan 8. Hier wird gezeigt, daß nur jeweils ein Teilabströmkanal 7.1 oder-7.3 eingestellt werden kann.Fig. 4 shows a section through the actuator 8. Here it is shown that only one Teilabströmkanal 7.1 or 7.3 can be adjusted.

Fig. 5 zeigt eine andere Ausführung der erfinderischen Lösung. Der Impeller 1 ist hier ein langsamlaufendes (Pumpen-)Laufrad, das in der Schiffswellenleitung 2 angeordnet ist und bei normaler Hauptmaschinendrehzahl die entsprechende Effektivität gewährleistet.Fig. 5 shows another embodiment of the inventive solution. The impeller 1 is here a slow-running (pump) impeller, which is arranged in the ship shaft line 2 and ensures the corresponding effectiveness at normal main engine speed.

Die Erfindung soll auch eine nicht extra dargestellte Ausführungsform erfassen, bei der an der Schiffswellenleitung ein Getriebe angeordnet ist, von dem eine zusätzliche Welle mit höherer Drehzahl abgeht in/auf der sich der Impeller befindet.The invention is also intended to cover an embodiment not shown separately, in which at the ship shaft line a transmission is arranged, from which an additional shaft with higher speed goes off in / on which the impeller is located.

List of used reference numbers

1 Impeller1 impeller

2 Schiffswellenleitung2 ship shaft line

2.1 zusätzliche Welle des Hauptmotors2.1 additional shaft of the main engine

3 Hauptmotor3 main engine

4 Pumpenraum4 pump room

5.1 Zuströmkanal Stb5.1 inflow channel Stb

5.2 Zuströmkanal Bb 6 Abströmkanal5.2 inflow channel Bb 6 outflow channel

7.1 Teilabströmkanal in den Propellerbrunnenraum7.1 Teilabströmkanal in the propeller well room

7.2 Teilabströmkanal nach Stb7.2 partial discharge channel to starboard

7.3 Teilabströmkanal nach Bb7.3 partial discharge channel according to Bb

8 Stellorgan8 actuator

9 Propeller9 propellers

10 Stopfbuchsen vorne10 stuffing boxes at the front

11 Stopfbuchsen hinten11 stuffing boxes at the back

12 Ausgleichsmassen des Hauptmotors12 balancing weights of the main engine

13 Achse der Ausgleichsmassen13 axis of the balancing weights

Claims

1. Drive and control device for propeller-driven ships, consisting of main motor with shaft, propeller, in particular variable pitch, and flow channels, which extend within the hull from the Kimmbereich coming aft, unite and divide into Teilabströmkanäle, with means for deflecting the Flow and from an operating in the flow channel impeller, characterized in that the impeller (1) with a waveguide (2,2.1) of the main motor (3) is connected by transmission elements and of a waveguide (2,2.1) partially enclosing pump space (4 ) is surrounded, to which the flow channels (5,6) are connected.

2. Drive and control device according to item 1, characterized in that the impeller (1) is a low-speed (impeller) impeller, which is arranged in / on the propeller (9) driving ship shaft line (2), wherein the pump chamber ( 4) partially encloses the passing ship shaft line (2).

3. Drive and control device according to item 1, characterized in that on the main motor (3) an additional waveguide (2.1) is coupled, which relative to the ship shaft line (2) has a higher speed, in / on the impeller (1) is arranged and that further speed increasing elements (14) can be provided.

4. Drive and control device according to Pkt 1-3, characterized in that the outflow channel (6) in Teilabströmkanäle (7.1-7.3) divides, of which one opens in the propeller well (7.1), one to the Bb side (7.3) and one is directed to the starboard side (7.2) and that an actuator (8) is arranged in the outflow channel (6) for deflecting the water flow.