DE102010052248A1

DE102010052248A1 - Schiffsantrieb mit einer Düse und einem Propeller

Info

Publication number: DE102010052248A1
Application number: DE102010052248A
Authority: DE
Inventors: Dr. Jürgens Dirk; Michael Palm; David Bendl
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2010-11-23
Filing date: 2010-11-23
Publication date: 2012-05-24
Also published as: KR20140004106A; EP2643212A2; US20130315704A1; WO2012069164A3; WO2012069164A2; SG190400A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schiffsantrieb – mit einem Düsenkörper und einem von diesem umschlossenen Propeller; – der Düsenkörper weist eine Innenfläche auf, die einen Strömungskanal bildet, ferner eine Außenfläche; – zwischen der Einrittsebene und der Austrittsebene des Strömungskanals befindet sich eine Engstelle; – in einem Axialschnitt gesehen weist die innere Begrenzungsfläche des Strömungskanals zwischen der Eintrittsebene und der Engstelle eine erste Kontur, und zwischen der Engstelle und der Austrittsebene eine zweite Kontur auf; – die Engstelle befindet sich in einem Abstand von 0,25 bis 0,55 der Länge des Düsenkörpers, gemessen von der Eintrittsebene, vorzugsweise von 0,3 bis 0,4.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schiffsantrieb gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Derartige Schiffsantriebe sind altbekannt. Siehe DE 28 48 785 C2 . Solche Antriebe können im Heckbereich eines Schiffes angeordnet sein. Sie können feststehen, oder schwenkbar sein. Die Innenfläche der Düse bildet dabei einen Strömungskanal, dessen Längsachse koaxial zum Propeller verläuft. Die Kanalweite ändert sich im Allgemeinen über die Düsenlänge. Der Kanal kann einen konvergierenden und einen divergierenden Abschnitt aufweisen. Auch zylindrische Abschnitte sind anzutreffen. Der Düsenkörper hat eine gewisse Dicke. Die Außenfläche kann vom Wasser umspült sein.
Eine wichtige Kennzahl ist das Verhältnis des erzeugten Schubes des Antriebs zur aufgenommenen Leistung. Ganz wichtig ist auch das Verhältnis des Düsenschubes zum Propellerschub. Dieses Verhältnis liegt in der Praxis bei 1, beispielsweise bei 0,7–0,8.
Beide Zahlen sind wichtige Kenngrößen des spezifischen Energiebedarfes. Man ist bestrebt, diese Werte zu verbessern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schiffsantrieb der eingangs beschriebenen Bauart anzugeben, bei dem das Verhältnis von Düsenschub zu Propellerschub möglichst groß ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Die Erfinder haben demgemäß herausgefunden, dass wenigstens eine der drei folgenden Bedingungen zu erfüllen sind, um die Aufgabe zu lösen:

– Der Propeller befindet sich stromabwärts der Engstelle des Strömungskanales, oder
– die Engstelle des Strömungskanals liegt an einer bestimmten Stelle der Länge des Düsenkörpers.

Der durch die Erfindung erzielbare Vorteil ist geradezu spektakulär. Bei den Versuchen hat die Erfindung zu einem solchen Verhältnis von Düsenschub zu Propellerschub geführt, dass die Erfinder die Versuche zunächst abgebrochen haben, weil sie glaubten, die Messgeräte seien schadhaft. Das Verhältnis von Düsenschub zu Propellerschub ergab einen Wert, der weit über 1 lag, nämlich bei ca. 1,5.
Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt:
1 zeigt in einem Axialschnitt einen Schiffsantrieb mit einem Düsenkörper und einem Propeller.
2 zeigt in einer stark schematisierten Ansicht wiederum im Axialschnitt einen zweiten Antrieb.
3 zeigt wiederum in stark schematisierter Ansicht einen weiteren Antrieb.
4–7 zeigen in Axialschnitten weitere Düsenkörper.
8 zeigt in einer stark schematisierten Ansicht im Axialschnitt einen dritten Schiffsantrieb mit zwei verschiedenen axialen Propellerpositionen.
Der in 1 gezeigte Schiffsantrieb umfasst einen Düsenkörper 1 sowie einen von diesem umschlossenen Propeller 2. Der Propeller 2 umfasst eine Propellerwelle 2.1 sowie vier Propellerblätter 2.2.
Der Düsenkörper 1 weist eine Innenfläche 1.1 und eine Außenfläche 1.2 auf. Die Innenfläche 1.1 bildet einen Strömungskanal, der in Richtung des Pfeiles durchströmt ist. Der Kanal weist eine Engstelle 3 auf. Der Scheitelpunkt eines jeden Propellerblattes 2.2 im radial äußeren Bereich befindet sich stromabwärts der Engstelle 3 – genau erkennbar aus 2, siehe auch 8. In diesem Axialschnitt gesehen zeigt sich ein Tragflügelprofil.
Aus den 2 und 3 erkennt man wiederum das Tragflügelprofil des Düsenkörpers 1. Bei der Ausführungsform gemäß 2 ist Propeller 2 in stromabwärtiger Richtung deutlich gegenüber der Engstelle verschoben, und zwar in Strömungsrichtung.
Die den Strömungskanal bildende Innenfläche 1.1 des Düsenkörpers 1 weist eine erste Kontur I auf, die den Einlaufabschnitt des Strömungskanales bildet. Kontur I befindet sich zwischen der Eintrittsebene 4 und der Engstelle 3. Die Kontur I gehorcht einer bestimmten quadratischen Funktion mit einer Abweichung von ±5 Prozent der Länge 1.2 des Düsenkörpers 1. Die Innenfläche 1.1 weist eine zweite Kontur II auf. Kontur II befindet sich zwischen der Engstelle 3 und der Austrittsebene 5. Die Kontur II gehorcht einer bestimmten rationalen Funktion, wiederum mit einer Abweichung von ±5 Prozent der Länge 1.2 des Düsenkörpers 1. Die Engstelle 3 befindet sich dort, wo sich die Konturen I und II treffen.
Die Kontur III der Außenfläche 12 des Düsenkörpers 1 gehört einem Polynom sechster Ordnung, wiederum mit der genannten möglichen Abweichung von ±5 Prozent der Länge 1.3 des Düsenkörpers 1.
Bei der Ausführungsform gemäß 3 befindet sich der Propeller 2 an der Engstelle 3 des Strömungskanales. Alles andere ist gleich der Ausführungsform gemäß 2.
Die 4 bis 7 zeigen weitere Ausführungsformen von Düsenkörpern 1, alle mit Tragflügelprofil.
Bei der Ausführungsform gemäß 8 sind axiale Propellerpositionen dargestellt. Bei der ausgezogenen Darstellung befindet sich der Propeller stromabwärts von der Engstelle 3, und bei der gestrichelten Darstellung befindet er sich an der Engstelle 3.
Bezugszeichenliste

1: Düsenkörper
1.1: Innenfläche
1.2: Außenfläche
1.3: Länge des Düsenkörpers 1
2: Propeller
2.1: Propellerwelle
2.2: Propellerblatt
3: Engstelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 2848785 C2 [0002]

Claims

Schiffsantrieb 1.1 mit einem Düsenkörper (1) und einem von diesem umschlossenen Propeller (2); 1.2 der Düsenkörper (1) weist eine Innenfläche (1.1) auf, die einen Strömungskanal bildet, ferner eine Außenfläche (1.2); 1.3 zwischen der Einrittsebene und der Austrittsebene des Strömungskanals befindet sich eine Engstelle (3); 1.4 in einem Axialschnitt gesehen weist die innere Begrenzungsfläche des Strömungskanals zwischen der Eintrittsebene und der Engstelle (3) eine erste Kontur (I), und zwischen der Engstelle (3) und der Austrittsebene eine zweite Kontur (II) auf; 1.5 die Engstelle (3) befindet sich in einem Abstand von 0,25 bis 0,55 der Länge des Düsenkörpers (1), gemessen von der Eintrittsebene, vorzugsweise von 0,3 bis 0,4.
Schiffsantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Propeller (2) stromabwärts der Engstelle (2) befindet.
Schiffsantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Konturen wenigstens annähernd eine Hyperbel ist.
Schiffsantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: 4.1 die zweite Kontur (II) ist wenigstens annähernd gradlinig; 4.2 der Strömungskanal erweitert sich zwischen der Engstelle (3) und der Austrittsebene; 4.3 der Öffnungswinkel zwischen der zweiten Kontur (II) und der Längsachse des Strömungskanals liegt zwischen 5 und 15°, vorzugsweise zwischen 8 und 11°.
Schiffsantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: die Kontur (I) folgt der folgenden rationalen Funktion: y = (a + bx)/(1 + cx + dx²) mit den folgenden Koeffizienten a = 0,21480055 b = –0,6380295 c = 22.43205 d = –23.304763 und zwar für eine Länge von einem Meter des Düsenkörpers (1), wobei die Koeffizienten bei abweichenden Längen des Düsenkörpers (1) entsprechend zu skalieren sind.
Schiffsantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: die zweite Kontur (II) folgt der folgenden quadratischen Funktion y = a + bx² mit den folgenden Koeffizienten: a = –0.01965953 b = 0.01381632 c = 0.09219007 und zwar für eine Länge von einem Meter des Düsenkörpers (1), wobei die Koeffizienten bei abweichenden Längen des Düsenkörpers (1) entsprechend zu skalieren sind.
Schiffsantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: 7.1 die Außenfläche (1, 2) des Düsenkörpers (1) weist eine Kontur (II) als Polynom sechster Ordnung gemäß der folgenden Funktion auf: y = a + bx + cx² + dx³ mit den folgenden Koeffizienten: a = 0,24418034 b = 0,919041095 c = –8.7136152 d = 29.591049 e = –51.371726 f = 43,581168 g = –14,141404 und zwar für eine Länge von einem Meter des Düsenkörpers (1), wobei die Koeffizienten bei abweichenden Längen des Düsenkörpers (1) entsprechend zu skalieren sind.
Schiffsantrieb nach einem der Ansprüche 4 bis 7, gekennzeichnet durch eine Abweichung von den genannten Zahlen um ±10 Prozent, mindestens um ±5 Prozent.
Schiff mit einem Schiffsantrieb, dadurch gekennzeichnet, dass der Schiffsantrieb gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 gestaltet ist.