DE1094141B

DE1094141B - Reaction control device

Info

Publication number: DE1094141B
Application number: DEV15217A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Fritz Gutsche
Original assignee: Institut fuer Schiffbau
Current assignee: Institut fuer Schiffbau
Priority date: 1958-10-14
Filing date: 1958-10-14
Publication date: 1960-12-01

Description

Steuervorrichtung mit Reaktionswirkung Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung mit Reaktionswirkung für Schiffe, die die Manövrierfähigkeit, vor allem im Stand und bei geringer Fahrgeschwindigkeit, verbessern soll. Je nach den Anforderungen an die Güte der Manövrierfähigkeit läßt sich die Vorrichtung als ein in sich geschlossenes Aggregat am Heck oder Bug bzw. an beiden Schiffsenden einbauen.Reactive Control Device The invention relates to a Reaction control device for ships that have maneuverability, especially when stationary and at low driving speed. Depending on the requirements for the quality of maneuverability, the device can be as a self-contained unit at the stern or bow or at both ends of the ship build in.

Bekannt sind Strahlruder, deren Pumpenläufer in einem horizontalen Querkanal des Schiffes laufen. Diese Anordnungen verlangen für den wechselseitigen Betrieb des Strahlruders nach beiden Schiffsseiten entweder den Einbau eines Voith-Schneider-Propellers bzw. eines anderen Verstellpropellers oder den Einbau eines Normalpropellers mit umsteuerbarer und regelbarer Antriebsmaschine. Bei Einbau eines Verstellpropellers oder eines Normalpropellers in einen horizontalen Querkanal sind im allgemeinen Lagerböcke im Querkanal erforderlich, die bei quer in den Kanal eingeführter Antriebswelle auch noch das Gehäuse für das erforderliche Winkelgetriebe tragen müssen. Hierdurch sind Wellenbockarme und Getriebegehäuse bedingt, deren Größe den Querschnitt des Strömungskanals einengen und damit den Gesamtgütegrad der Strahlruderanlage beeinträchtigen.Thrusters are known whose pump rotors are in a horizontal position Run across the ship's canal. These arrangements require for mutual Operation of the thruster on both sides of the ship, either the installation of a Voith-Schneider propeller or another controllable pitch propeller or the installation of a normal propeller reversible and controllable drive machine. When installing a controllable pitch propeller or a normal propeller in a horizontal transverse channel are generally Bearing blocks are required in the transverse channel when the drive shaft is inserted transversely into the channel also have to carry the housing for the required angular gear. Through this shaft bracket arms and gear housing, the size of which corresponds to the cross-section of the Narrow the flow channel and thus impair the overall quality of the thruster system.

Es ist weiter eine Vorrichtung bekannt, die mit einer vertikal fördernden Pumpe versehen ist, deren Fördermasse durch ein darüber angeordnetes drehbares Steuerorgan, dessen Durchlauf in der neutralen Stellung vollkommen gesperrt ist, in einen der beiden Austrittskanäle geleitet wird.It is also known a device with a vertically conveying Pump is provided, the delivery mass of which is controlled by a rotatable control element arranged above, whose passage is completely blocked in the neutral position, in one of the both outlet channels is conducted.

Wie bekannte Meßergebnisse zeigen, steigt die Leistungsaufnahme einer Propellerpumpe bei abgesperrtem Durchlauf beträchtlich an (bei gleicher Drehzahl i auf etwa 160 bis 170°/o der Nennleistung). Dieser Leistungsanstieg würde den Einbau einer entsprechend stärker dimensionierten Antriebsmaschine bedingen. Verzichtet man bei dem Steuermanöver auf die Regelung der Drehzahl am Pumpenpropeller, so muß bei dieser Bauart die Leistung der Antriebsmaschine auf den um 60 bis 70% höheren Wert der Leistung bei geschlossenem Steuerorgan ausgelegt werden.As known measurement results show, the power consumption of a propeller pump increases considerably when the flow is shut off (at the same speed i to about 160 to 170% of the nominal power). This increase in power would require the installation of a drive machine of correspondingly larger dimensions. If the control maneuver does not involve regulating the speed of the pump propeller, with this type of construction the power of the prime mover must be designed for the power value that is 60 to 70% higher when the control element is closed.

Ein weiteres Problem bei derartigen Anlagen, die Vermeidung von Druckverlusten und Ablösungen, ist bisher unbefriedigend gelöst.Another problem with such systems is the avoidance of pressure losses and detachments, has so far been unsatisfactory.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuerorgan zu schaffen, dessen Durchlauf in der neutralen Stellung nicht gesperrt ist und bei dessen Gestaltung und Anordnung der Vermeidung von Strömungsverlusten besondere Aufmerksamkeit geschenkt ist.The invention is based on the object of creating a control element whose passage is not blocked in the neutral position and in its design and arrangement paid particular attention to the avoidance of flow losses is.

Diese Nachteile werden dadurch vermieden, daß bei einer Steuereinrichtung mit Reaktionswirkung für Schiffe, bestehend aus einem unter der Schwimmwasserlinie liegenden Einlaufkanal und aus einer mit ihrer Welle entweder vertikal oder horizontal in Schiffslängsrichtung angeordneten Propellerpumpe, die ihr Wasser durch ein koaxial um die Pumpenachse drehbares Steuerorgan in die auf beiden Bordseiten vorgesehenen Austrittsöffnungen fördert, erfindungsgemäß als Steuerorgan ein Steuerzylinder angeordnet ist, dessen in der Zylinderwandung befindliche Austrittsöffnung größenmäßig gleich der der Propellerpumpe ist, sich über die Hälfte des Zylinderumfanges erstreckt und zur besseren Umlenkung der Strömung und Vermeidung von Ablösung mit einem halbringförmigen Leitblech versehen ist und daß zur Drallvernichtung und Gleichrichtung des Strahlwassers der Steuerzylinder durch eine Wand in zwei Hälften geteilt und die Unterkante der Trennwand in Richtung des Schraubendralls an gebogen ist.These disadvantages are avoided in that a control device with reactive action for ships, consisting of one under the swimming water line lying inlet channel and from one with its shaft either vertically or horizontally propeller pump arranged in the longitudinal direction of the ship, which draws its water through a coaxial around the pump axis rotatable control element in the provided on both board sides Promotes outlet openings, according to the invention arranged as a control member, a control cylinder is, whose outlet opening located in the cylinder wall is the same size which is the propeller pump, extends over half of the cylinder circumference and for better deflection of the flow and avoidance of detachment with a semicircular Guide plate is provided and that for the swirl destruction and rectification of the jet water the control cylinder divided in half by a wall and the lower edge of the Partition wall is bent in the direction of the screw twist.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt Fig. 1 in schematischer Darstellung die Anordnung des Pumpenkanals mit dem Propeller und die Lagen des Steuerzylinders; in Fig. 2 ist die Abhängigkeit der Querkraft von der Lage des Steuerzylinders dargestellt; Fig.3 zeigt die Anordnung des Strahlruders als Bugruder im Vorschiff.An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing. It shows Fig. 1 in a schematic representation of the arrangement of the pump channel the propeller and the positions of the control cylinder; in Fig. 2 is the dependency the transverse force shown by the position of the control cylinder; 3 shows the arrangement of the thruster as bow rudder in the foredeck.

Der im Spurlager 1 und im Halslager 2 gelagerte Propeller 3 saugt das Wasser durch die an den Kanten gut abgerundeten beiderseitigen Einlauföffnungen 4 und fördert es durch den um die Propellerwelle drehbaren zylindrischen Steuerschieber 5 je nach Lage des Schiebers voll in einen oder teilweise in beide Austrittskanäle 6. Zur besseren Umlenkung der Strömung und Vermeidung von Ablösung dienen das ringförmige Leitblech 9 im Einlauf sowie das halbringförmige Leitblech 8 in dem Steuerschieber. In die Austrittskanäle 6 sind außerdem stromlinienförmig profilierte Leitflossen 9 eingebaut.The propeller 3 mounted in the thrust bearing 1 and in the neck bearing 2 sucks the water through the inlet openings on both sides, which are well rounded at the edges 4 and conveys it through the cylindrical control valve which can be rotated around the propeller shaft 5 depending on the position of the slide fully in one or partially in both outlet channels 6. The ring-shaped ones serve to better deflect the flow and avoid detachment Guide plate 9 in the inlet and the semicircular guide plate 8 in the control slide. In the outlet channels 6 are also streamlined profiled guide fins 9 built in.

Der Pumpenpropeller 3 wird über ein Kegelgetriebe 10 von einem nicht regelbaren und nicht umsteuerbaren Elektromotor 13 angetrieben. Für die Bewegung des Steuerschiebers 5 ist das Steuergetriebe 10 vorgesehen, dessen Antriebsritzel in eine im Steuerschieber eingebaute Triebstockverzahnung 11 eingreift. Der Pumpenschacht ist gegen das Schiffsinnere durch einen Deckel 12 abgeschlossen, nach dessen Demontage der Steuerschieber mitsamt dem Propeller nach oben ausgebaut werden kann.The pump propeller 3 is not via a bevel gear 10 of a adjustable and non-reversible Electric motor 13 driven. For the movement of the control slide 5, the control gear 10 is provided, its Drive pinion engages in a rack toothing 11 built into the control slide. The pump shaft is closed off from the interior of the ship by a cover 12, after its dismantling, the control slide and the propeller removed upwards can be.

Wird das Wasser nach einer der beiden Bordseiten gefördert, dann entsteht eine einseitige Querkraft, deren Größe durch den Austrittsimpuls des Wassers gegeben ist Q = Ov2F. Bei neutraler Stellung des Schiebers heben sich die beiden entgegengesetzten Querkräfte auf. In den Zwischenstellungen läßt sich eine Querkraft erzeugen, deren Größe im Bereich der Schieberwinkel von -30 bis -F-30° sich innerhalb der Werte von + 25 % des Maximalwertes und in den anschließenden Bereichen beider Bordseiten von 30 nach 90° um etwa 75°/o des Maximalwertes stetig ändert (s. Fig.2).If the water is conveyed to one of the two sides of the board, a one-sided transverse force is created, the magnitude of which is given by the exit momentum of the water Q = Ov2F. When the slide is in the neutral position, the two opposing transverse forces cancel each other out. In the intermediate positions, a transverse force can be generated, the magnitude of which in the range of the slide angles from -30 to -F-30 ° is within the values of + 25% of the maximum value and in the subsequent areas of both rim sides from 30 to 90 ° by about 75 ° / o of the maximum value changes continuously (see Fig. 2).

Zur Verstellung des zylindrischen Schiebers ist eine Rudermaschine vorgesehen, deren Leistung so bemessen werden muß, daß sie außer der Reibung des Steuerzylinders in seiner Lagerung zusätzlich ein einseitiges Drehmoment gleich dem Antriebsmoment des Pumpenpropellers übertragen kann. Bei Lagerung des Antriebsmotors auf dem Gehäuse des Steuerzvlinders läßt sich das zusätzliche Drehmoment vermeiden, so daß in diesem Fall der Steuerzylinder in allen Stellungen drehmomentenfrei ist.A rowing machine is used to adjust the cylindrical slide provided, the performance of which must be measured in such a way that, in addition to the friction of the Control cylinder also has a one-sided torque in its storage can transmit the drive torque of the pump propeller. When storing the drive motor the additional torque on the housing of the control cylinder can be avoided, so that in this case the control cylinder is free of torque in all positions.

Zur Drallvernichtung undGleichrichtung des Strahlwassers ist der Steuerzylinder durch eine Wand in zwei Hälften geteilt; die Unterkante der Trennwand ist in Richtung des Schraubendralls anzubiegen. Leitbleche 9 in den Austrittskanälen sorgen außerdem für Gleichrichtung des Strahles.The control cylinder is used to eliminate swirl and straighten the water jets divided in half by a wall; the lower edge of the partition is towards of the screw twist. Guide plates 9 in the outlet channels also ensure for straightening the beam.

Zur Vermeidung von Druckverlusten sind die Kanten der Einlauföffnungen gut abzurunden, während die Kanten der Auslauföffnungen nur in der der Fahrtrichtung des Schiffes entgegengesetzten Richtung abzurunden sind. Als besonderer Vorzug der beschriebenen Anordnung gegenüber den üblichen Anordnungen mit Querkanal ist die tiefe Lage der Einlauföffnungen unter der Schwimmwasserlinie zu werten, die auch noch bei Leertiefgang des Schiffes ein Einsaugen von Luft oder schwimmenden Körpern verhindert. Aus diesem Grunde wird auch ein Schutzgatter in der Einlauföffnung für unnötig erachtet, wodurch eine weitere Verlustquelle der üblichen Querkanalanordnung entfällt.The edges of the inlet openings are to avoid pressure losses well rounded, while the edges of the outlet openings only face the direction of travel of the ship in the opposite direction. As a special advantage of the The described arrangement compared to the usual arrangements with a transverse channel is the to evaluate the deep position of the inlet openings below the swimming water line, which also Sucking in air or floating bodies even when the ship is empty prevented. For this reason, there is also a protective gate in the inlet opening for deemed unnecessary, creating a further source of loss of the usual transverse channel arrangement not applicable.

Das in der vorliegenden Beschreibung mit senkrechter Pumpenwelle dargestellte Strahlruder läßt sich in besonderen Fällen, in denen die Vorzüge der tief unter der Schwimmwasserlinie liegenden Einlauföffnungen keine große Bedeutung haben, sinngemäß auch mit horizontaler Pumpenwelle anordnen, wobei die beiden unteren Einlauföffnungen in eine einzige Öffnung an den Schiffsenden zusammenschrumpfen.The one shown in the present description with a vertical pump shaft Thrusters can be used in special cases where the merits of deep under The inlet openings lying on the swimming water line are not of great importance, analogously also arrange with a horizontal pump shaft, with the two lower inlet openings shrink into a single opening at the ends of the ship.

Claims

PATENT CLAIM: Control device with reaction effect for ships, consisting of an inlet channel located below the swimming water line and of one arranged with its shaft vertically or horizontally in the longitudinal direction of the ship Propeller pump that controls its water through a coaxially rotatable control member around the pump axis conveys into the outlet openings provided on both sides of the board, characterized in that that a control cylinder (5) is arranged as a control member, its in the cylinder wall The size of the outlet opening is the same as that of the propeller pump (3) Extends over half of the cylinder circumference and with a semicircular baffle (8) is provided, and that the control cylinder (5) by a on the lower edge in Direction of the screw twist curved partition is divided. Considered Publications: Patent No. 104 814 of the Office for Invention and Patents in the Soviet occupation zone of Germany.