DE1556510A1

DE1556510A1 - Schraubenantrieb fuer Schiffe

Info

Publication number: DE1556510A1
Application number: DE19681556510
Authority: DE
Inventors: Terence Edwin Hannan
Original assignee: Kort Propulsion Co Ltd
Current assignee: Kort Propulsion Co Ltd
Priority date: 1967-02-20
Filing date: 1968-02-17
Publication date: 1971-05-19
Also published as: GB1215136A; DE1556510B2; BE761733Q; US3508517A; NL155773B; NL6802084A; DE1556510C3

Description

DR. ING. HANS LICHTI · PATENTANWALT 556510

KARLSRUHE-DURLACH · GRÖTZINGER STRASSE 61

TELEFON 41124

16. Februar 1968 1626/68

Kort Propulsion Company Limited, l8 London Street, London E.C. 3 j England

Schraubenantrieb für Schiffe

Die Erfindung betrifft einen Schraubenantrieb für Schiffe mit einem düsenartig ausgebildeten, gegebenen« falls verschwenkbaren Schraubentunnel des Kort*-Typs und in diesem angeordneter Schiffsschraube, durch den der Antriebst-Wirkungsgrad der Schiffsschraube we sent« lieh erhöht wird.

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Die bekannten Schraubentunnel der Schiffsantriebe weisen ein strömungsgünstiges Profil auf, wobei das vordere Einlassende, etwa von den Scheitelpunkten der Schraubenflügel an, in Richtung der Vorderfront erweitert ist. Beim Umkehren der Schraubendrehrichtung wird dabei die Einlaßöffnung zur Austrittsöffnung.

Ein Schiffsschraubentunnel, wie der vorstehend be— schriebsne, ist in erster Linie für den Vorwärtsantrieb entwickelt worden und daher wenig geeignet unter Bedingungen, die bei Rückwärtsfahrt bestehen, für die eine ausreichende Wirtschaftlichkeit des Antriebs nicht mehr gewährleistet ist.

Der Erfindung ist die Aufgabe gestellt, einen Schiffsantrieb eingangs erwähnter Gattung zu schaffen, durch den die erwähnten Nachteile beseitigt werden und der insbesondere bei Vorwärts- und Rückwärtsfahrt mit ausreichender Wirtschaftlichkeit arbeitet. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in der Wand des Schiffsschraubentunnels gekrümmte, auf einem Umfangskreis im Abstand voneinander angeordnete Strömungskanäle hinter der Schraube — bezogen auf die Voraus-Fahrtrichtung des Schiffes - vorgesehen sind, die einen Durchlaß zwischen dem Inneren des Schraubentunnels

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und dessen Umgebung bilden und «- bezogen auf die Längs« achse des Schraubentunnels und die Innenwand desselben « eine solche Neigung aufweisen, daß die Strömung des durch die Strömungskanäle durchfließenden Wassers « je nach Erfordernis « vom Irineren des Schraubentunnels nach außen oder von der Außenseite nach innen verläuft,.

Die Strömungskanäle können im Querschnitt gekrümmt sein, um einen möglichst widerstandsarmen Durchfluß für das Wasser im Schraubentunnel zu schaffen und die Ein« tritts« und Austrittsmündung der Strömungskanäle kann abgerundet sein. Zwecks optimaler Gestaltung der Strömungs« Verhältnisse in den Strömungskanälen werden dieselben zweck«· mäßig so angeordnet, daß sie in einem bestimmten Winkel von der äußeren zur inneren Wandung des Schraubentunnels verlaufen, der für die jeweilige beabsichtigte Konstruk« tion rechnerisch zu ermitteln und dieser angepaßt ist.

Bei einem später noch zu betrachtenden Ausführungs« beispiel des Erfindungsgegenstandes weist der Schrauben« tunnel fünf auf einem Umfangskreis in Abstand angeordw nete bogenförmige Strömungskanäle auf, wobei die Abstände^, und Bogenbreiten der Strömungskanäle nicht notwendiger« weise gleich sein müssen.

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In einem Fall, in welchem Strömungskanäle nach vorn auf die Schraube zu gerichtet sind und das Schiff achter»- aus fährt, verstärken die Strömungskanäle die in den Schraubentunnel einfließenden Wassermengen von achtern in Richtung auf die Schraube, wobei das Wasser abwärts durch die Strömungskanäle geführt wird.

In einem anderen Fall, in dem die Strömungskanäle mit Neigung in entgegengesetzter Richtung verlaufen und das Schiff vorwärts fährt, wird durch die Strömungskanäle der Zufluß von Wasser von vorn in den Schraubentunnel zum hinteren Ende desselben durch Einsaugen des Wassers durch die Strömungskanäle in den Schraubentunnel erhöht, wodurch die durch die Schraube verursachte Wasserströmung verstärkt wird.

Die Wirkung der Strömungskanäle ist »· in Ub er ein« Stimmung mit dem Erfindungsgedanken - die Leistungssteigerung durch erhöhte Wasserzuführung zur Schraube, wobei die zusätzlichen Wassermengen durch die Strömungskanäle eingesogen werden. Dies verursacht eine Verbesserung der Wirksamkeit der Schraubentunnel—Kombination unter diesen Voraussetzungen. Diese Verbesserung erfolgt ohne Minderung der Vorwärtsleistung, welche im Gegenteil noch durch die Wirkung der Strömungskanäle erhöht wird, die Wasser aus dem Schraubenstrom abziehen und dadurch die Zuführung von

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Wasser zur Schraube erhöhen. Die Veränderung der Strö« mungsbedingungen erlaubt eine sich daraus ergebende Ver«

änderung von Schraube und Schraubentunnel in konstruk« tiver Hinsicht, woraus sich abermals eine generelle

Leistungsverbesserung des Schraubentunnels, bzw. der Antriebskombination ergeben kann.

Unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen

werden nachstehend drei Ausführungsbeispiele der Vor« richtung gemäß der Erfindung beschrieben. Die Zeichnungen

zeigen schematisch:

Fig. la einen üblichen Kort*iSchraubentunnel, wobei

sich das Schiff, welchem diese Kon*»struktion zugeordnet ist, vorwärts bewegt und auch die Schraube in Vorwärts**Drehriehtung umläuft, im Axialschnitt, eine H-älfte weggebrochen|

Fig. Ib einen gleichartigen Schraubentunnel, jedoch mit einer Anzahl von Strömungskanälen, die mit rückwärtsgerichteter Steigung den Durch« fluß von Wasser von der Innenseite des Schrau*» bentunnels zur Außenseite erlauben, von denen einer dargestellt ist, wobei das Schiff und die Schraube in gleicher Richtung wie zu Figur la bewegt werden, im Axialschnitt, untere Hälfte weggebrochen1

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Fig. 2a einen Schraubentunnel wie in Fig. la, jedoch mit rückwärts drehender Schraube bei vorwärts fahrendem Schiff, wobei eine Zone mit Druckabfall und Strömungstrennung entstanden ist, welche den Zufluß zum Schraubentunnel beeinträchtigt, in gleicher Darstellungsweise wie zuvor;

Fig. 2b den Schraubentunnel gemäß Figur 2a, jedoch mit zusätzlich angeordneten Strömungskanälen gemäß Fig. Ib, wobei sich das Schiff vorwärts und die Schraube rückwärtsdrehend bewegt und Wasser durch die Strömungskanäle von der Außenseite zur Innenseite des Schraubentunnels fließt, in gleicher Darstellungs— weise wie zuvor;

Fig. "}& einen "Kort"«Schraubentunnel üblicher Kon-.

struktion mit einer Schraube, die im hinteren Tunnelraum unregelmäßige Strömungs- und damit Druckverhältnisse u.U. sogar Hohlräume erzeugt, wobei das Schiff voraus fährt und die Schraube vorwärts umläuft; in der Darstellung wie vorher;

Fig. 3b einen Schraubentunnel gemäß Figur 3» > jedoch mit zusätzlich vorgesehenen Strömungskanälen von denen einer gezeigt ist, wobei die Strö— mungskanäle nach rückwärts geneigt verlaufend

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angeordnet sind und eine zusätzliche Wasser« strömung von der Außenseite zur Innenseite des Strömungstunnels, in den Bereich des niedrigeren Strömungsdrucks oder der Hohlräume zulassen und dieser niedrigere Strö« mungsdruck dadurch beseitigt oder bis zu einem gewissen Grad ausgeglichen wird, in gleicher Darstellung wie zuvor;

Fig. k einen Schraubentunnel im Radialschnitt schematisch, zur Veranschaulichung der Anordnung der Strömungskanäle.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen wird in der nachfolgenden Beschreibung der Begriff "Vorderende" für das Ende des Schraubentunnels verwendet, welches dem vor« deren Ende des Schiffes, bei Vorausfahrt desselben, am nächsten ist ind der Begriff "Hinterende" für das entgegengesetzte Ende des Schraubentunnels.

In Figur la ist schematisch ein Kort—Schraubentunnel 1 bekannter Bauart dargestellt, auf dessen Wandprofil 2 besonders hinzuweisen ist. Eine Schiffsschraube 3 ist in bekannter Weise im Schraubentunnel 1 zwischen dessen Vor— derende 4t und Hint er ende 5 angeordnet. Die Zeichnung' zwigt die Schraube 3 und den Schraubentunnel 1 bei Vorausfahrt des Schiffes oder im Augenblick der Schubentwicklung für

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die Vorausfahrt in Richtung des Pfeiles A. Die Strömungs« richtung des in den Schraubentunnel 1 einströmenden Wassers bzw. die Ausströmrichtung, ist durch die Pfeillinien 8,9 angedeutet. Der Durchfluß erfolgt somit vom Vorderende k zum Hinterende 5 des Schraubentunnels.

Um den Schraubentunnel 1 herum ist eine Zone 10 minderen Drucks und innerhalb des Ausströmteils des Schraubentunnels 1 ist eine ringförmige Zone 11 stehenden Wassers (dargestellt durch das schraffierte Feld) von leicht konischer Längsform, durch die das Ausströmen des Wassers entsprechend der Pfeillinie 12 begrenzt wird. Es ist augenscheinlich, daß dieses stehende Wasser die Wasserströmung behindert und damit auch den in der Antriebsleistung berücksichtigten Leistungsfaktor des Schraubentunnels herabsetzt.

Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist u„a. die Beseitigung dieser Zone 11 stehenden Wassers. Einekonstruktive Lösung hierfür ist in Figur Ib und in Figur 4 gezeigt, wobei Schiff und Schraube in Vorausbewegung angenommen sind. Der dort gezeigte Schraubentunnel ist mit einer Anzahl von auf einem Umfangskreis im Abstand von« einander angeordneten, gekrümmten, als Strömungskanäle ausgebildeten Durchlässen versehen, welche paralleJe Wände aufweisen und im vorliegenden Falle nach hinten in einem Winice 1 θ ansteigend angeordnet sind, der bezogen auf (iß Innenwand des Schraubentumiels 1, großer als 90 üi~ad ist.

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Das Eintrittsende lk des Strömungskanals I3 liegt in dem Teil des Schraubentunnels 1, in dem die Zone 11 in Figur la vorhanden ist. Das Austrittsende I5 ist verhält« nismäßig nahe dem Hinterende 5 des ShraubentunneIs 1 ange«· ordnet. Funktionsmäßig lassen sämtliche der vorhandenen, so angeordneten Strömungskanäle 13 das stehende Wasser der Zone 11 durch diese Strömungskanäle I3 nach hinten und zur Außenseite des Schraubentunnels ausströmen, ent« sprechend der Pfeillinie 16» Verursacht wird diese Funk« tion durch den Druckabfall am Hinterende 5 des Schrauben« tunnels, wodurch das Ausströmen des stehenden Wassers

wird durch die Strömungskanäle 13 bewirkt/und demzufolge die aus dem Schraubentunnel austretende Wassermenge wie auch die Gesamt«Durchflußmenge, erhöht wird. Die Pfeillinie T deutet dabei gewonnene Schubkraft an.

Falls sich die Schraube 3 bei noch Vorausfahrendem Schiff rückwärts dreht (beim Stoppen oder Gefahrenstop), oder bei stehendem Schiff, wird der Zufluß des Wassers zur Schraube 3 durch das Wasser eingeschränkt, welches das Hinterende 5 des Schraubentunnels 1 umströmen muß. Dieser Vorgang ist in Figur 2a zu erkennen, in der der Wasserzufluß durch die Pfeillinien 17 angedeutet ist. Da« durch wird eine Zone l8 mit Druckabfall und einer Teil« strömung, außerhalb des Schraubentunnels 1, und teilweise

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innerhalb desselben verursacht, Einen Vergleich zwischen dem Öffnungsquerschnitt des Schraubentunnels 1 und der erfolgten Verringerung des EinstrÖmens zeigt die Pfeil« linie I9.

In Figur 2b ist dargestellt, wie die obigen Nachteile beseitigt werden können» Eine Anzahl von auf einem Umfangskreis in Abstand voneinander angeordneten, ge« krümmten Strömungskanälen 20 sind in der Wandung des Schraubentunnels 1 vorgesehen, wobei die Wände der Strö« mungskanäle 20^parallel und in einem Winkel θ -< auf die Innenwand des Schraubentunnels 1 bezogen — von mehr als 90 Grad angeordnet sind. Die Strömungskanäle sind von ihren Einlassen 21, welche in der Nähe des Hinterendes 5 liegen, nach vorn geneigt und führen über die Auslässe in die Zone l8 der Figur 2a, welche Druckminderung und Strömungsteilung aufweist. Durch die Strömungskanäle 20 fließt Wasser von der Außenseite des Schraubentunnels in das Innere desselben, wie es durch die Pfeillinie 23 dargestellt ist. Die Pfeillinien 24 zeigen, daß der Wassereintritt in den Schraubentunnel 1 weniger beschränkt ist, was sich in größerer Schubkraft bei gleicher Antriebskraft auswirkt.

Bei der Darstellung in Figur 3^a i-^s"t davon ausge— giigen, daß das Schiff und die Schraube voraus bewegt werden·. Die Schraube ist von der Art, daß sie Nieder—

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druck- und Hohlraumzonen innerhalb des hinter ihr liegenden Raunies verursacht und ist ebenfalls von einem Kort« Schraubentunnel umgeben. Von der Schraube 3 wird eine Zone 25 niedrigen Drucks geschaffen, die das Ausströmen des Wasserstroms vermindert, wie es durch die Pfeillinien 26 gedeutet ist, über die "sich die Pfeillinie 27 er« streckt.

Die durch diese Druckunterschiede auftretenden Nachteile lassen sich durch die in Figur 3b gezeigte Lösung beseitigen, wobei ebenfalls davon ausgegangen wird, daß sich Schiff und Schrauben voraus bewegen. Der Schrauben« tunnel 1 ist mit einer Anzahl auf einem Umfangskreis im Abstand voneinander angeordneter, gekrümmter Strömlings« kanäle 28 versehen, welche in Richtung nach vorn ansteigen und paralJ-ele Wände aufweisen, die in einem Winkel © « bezogen auf die Innenwand des Schraubentunnels 1 — von weniger als 90 Grad angeordnet sind. Diese Anordnung ver« ursacht einen zusätzlichen Wassereinfluß durch die Strö« mungskanäle 28 von der Außenseite des Schraubentunnels 1 zu dessen Iimenraum, verursacht durch das Druckgefälle innerhalb der Zone 25 (Figur 3a)i wobei die zusätzliche Strömung die Druckunterschiede beseitigt oder abschwächt» Die Richtung der zusätzlichen Strömung ist durch die Pfeil« linie 29 angedeutet.

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In jeder der beschriebenen Konstruktionen sind die Wände des Schraubentunnels 1 aus einem Teil der Dber-Fläche von parallelen Konen gebildet, deren Achse mit der Achse des Schraubentunnels sich deckt.

Die strichpunktierten Linein Zl, Z2 in Figur Ib z.B. zeigen konische Begrenzungsflächen von Strömungskanälen mit gleicher Achse wie der Schraubentunnel 1 für parallele Strömungskanäle. Die Wände der Strömungs— kanäle sind gleichzeitig deren Begrenzungsflächen und die Winkel Q 1 und O^ 2 sind gleich. Bei nicht parallelen Wänden der Strömungskanäle sind die Winkel ungleich. Für einen kleineren Bereich am Einlaß l4 gegenüber dem Auslaß I5, als er bei G) 1 ■ Q) 2 gegeben ist, muß Qj) 2 größer sein als Q 1.

Es ist erforderlich, daß die Abmessungen der Strö«-> mungskanäle an der Außenseite des Schraubentunnels größer sind, als an der Innenseite, um dadurch eine Beschleunigung der Strömung durch die Strömungskanäle in das Innere des Schraubentunnels zu bewirken. Um hierbei eine weitere Geschwindigkeitssteigerung zu erreichen, können die Wände der Strömungskanäle konvergierend angeordnet werden.

Der Gesamtdurchflußquerschnitt der Strömungskanäle soll vorteilhaft erweise ca 25% des Durchflußquerschnitts

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des Schraubentunnels an seiner düsenartigen Verengung be·· tragen, wobei die Bmessung des Durchflußquerschnitts des Schraubentunnels ausgehend von der Pfeillinie 30 (i*¹ Figur la) und vom Durchfluß quer schnitt der Strömungskanäle ge»-, maß der Linie 3I (iⁿ Figur 2b) vorgenommen wird.

Der Winkel, in welchem die Strömungskanäle beliebiger Ausführung bemessen werden, hängt von der jeweiligen An« wendung derselben ab. Bei.Schiffen mit verhältnismäßig niedriger Geschwindigkeit kann der Winkel ca 135 Grad be« tragen, entsprechend der Darstellung in Figur Ib. Ein für schnellere Schiffe geeigneter Winkel ist in Figur 3t> ge« zeigt. Dies bezieht sich sowohl auf die "Vorwärts"** als auch auf die "Rückwärts"«Strömungskanäle„

Der normale Betrieb von Kort "»Schraubentunneln, die nach Art von Düsen beim Antrieb von Schiffen mitwirken, veranlaßt die Bildung von beständigen Zonen mit stehen*» dem Wasser an den Wänden der Schraubentunnel. Die er« findungsgemäßen Strömungskanäle in der Wand der Schrauben« tunnel beseitigen diese Zonen ganz oder wenigstens teil« weise. Der Durchfluß des Wassers wird dadurch erhöht und — daraus resultierend « auch die Leistung der Schrauben« tunnel«Schraube«Kombinationc

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Claims

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Patentansprüche

1· Düsenartig ausgebildeter Schraubenantrieb für Schiffe mit einem gegebenenfalls verschwenkbare» Schrau« bentunnel (vom Kort-Typ), und einer in diesem angeordneten Schiffschraube, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wand (2) des Schraubentunnels gekrümmte auf einem Umfangskreis im Abstand voneinander angeordnete Strömungskanäle (13,20, 28) hinter der Schraube — bezogen auf die Voraus*-Fahrtrichtung des Schiffes — vorgesehen sind, die einen Durchlaß zwischen dem Inneren des Schraubentunnels (l) und dessen Umgebung bilden und « bezogen auf die Längsachse des Schraubentunnels (l) und die Innenwand desselben — eine solche Neigung aufweisen, daß die Strömung des durch die Strömungskanäle (13,20,28) durchfließenden Wassers - je nach Erfordernis - vom Inneren des Schraubentunnels (l) nach außen oder von der Außenseite nach innen verläuft.

2. Schraubenantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Strömungskanäle (13, 20, 28) geradlinig ist und dieselben mit parallel oder im wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Wänden ausgebildet sind»

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3. Schraubenantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskanäle (13,20,28) im Querschnitt gekrümmt sind, um einen möglichst geringen Strömungswiderstand für die einzelnen Strömungsbahnen in dem Schraubentunnel (l) zu erreichen.

k. Schraubenantrieb nach den Ansprüchen 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß das Eintrittsende (l%) und bzw. oder das Austrittsende (15) dex* Strömungskanäle (13'■ _v 20, 28) abgerundet sind, um bestmögliche Strömungsbe— dingungen zu erreichen.

5 ο Schraubenantrieb nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskanäle (13) zur "Verbindung der Ausbildung von Zonen (ll) stehenden Wassers, die sich innerhalb der bekannten Schraubenkanäle (l) hinter der Schrabe (3) bilden, nach hinten verlaufend, von der Innenseite des Schraubentunnels (l) zur Außenfläche desselben ansteigend angeordnet sind.

6. Schraubenantrieb nach den Ansprüchen 1 bis k, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskanäle (28) zur Verhinderung der Bildung von Hohlräumen und Bereichen (25) niedrigen Drucks innerhalb des Schraubentunnels (l), die sich in bekannten Schraubentunneln bilden, nach vorn verlaufend von der Innenseite des Schraubentunnels (l) zur Außenfläche desselben ansteigend angeordnet sind.

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7o Schraubenantrieb nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Steigungswinkel der Strö« mungskanäle (13»20,28) bezogen auf die Längsachse des Schraubentunnels (l) entsprechend der jeweiligen Anwendung größer oder kleiner als 90 Grad ist.

8. Schraubenantrieb nach den Ansprüchen 1 bis 7> dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Strömungs« kanäle (I3 ,.20,28) an der Außenfläche des Schrauben« tunnels (l) größer als der Querschnitt an der Innenfläche ist, so daß eine Strömungsbeschleunigung durch die Ströfmungskanäle (20, 28) - in Richtung auf das Innere des Schraubentunnels (l) ** bewirkt wird.

9. Schraubenantrieb nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der Querschnitts« abmessungen der Strömungskanäle (I3, 20, 28) etwa 25 % des Durchlaufquerschnitts des Schraubentunnels (l) beträgt.

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