DE1556511C - Schiffsschraube - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schiffsschraube, die über ihre Schraubenwelle angetrieben wird und in deren Flügeln Austrittsöffnungen für die Abgabe von unter Druck stehendem, durch die hohle Schraubenwelle zugeführtem Fluidum angeordnet sind.

Durch den Bau immer größerer Schiffskörper

— insbesondere Tanker — ergibt sich die Notwendigkeit, Schiffsschrauben herzustellen, die einen sehr hohen Schub aufweisen. Dies führt zu der Konstruktion von Schiffsschrauben mit immer größer werdendem Durchmesser. Es erweist sich jedoch, daß Schiffsschrauben mit sehr großem Durchmesser schwierig herzustellen sind,-da die Auswuchtprobleme zunehmend schwieriger zu lösen sind. Trotz guter Auswuchtung führen dabei die sehr großen rotierenden Massen und das ungleichmäßige Strömungsfeld, in dem eine große Schiffsschraube läuft, zu Vibrationen, durch welche die Schiffsschrauben, deren Lagerung und sogar der Schiffskörper selbst beschädigt werden können. Schiffsschrauben mit sehr großem Durchmesser haben fernerhin den Nachteil, daß es sich schwer verhindern läßt, daß der obere Teil der Schiffsschrauben oberhalb des Wasserspiegels gelangt, wenn ein mit derartigen Schiffsschrauben versehenes Schiff sich auf Ballastfahrt befindet.

Demzufolge sind bereits Versuche gemacht worden, um relativ kleine Durchmesser aufweisende Schiffsschrauben mit hohem Schub zu bauen. Theoretisch läßt sich dies entweder d-adurch erreichen, indem man die Flügelblattsteigung erhöht oder indem bei einer Schiffsschraube mit konventioneller Flügelblattsteigung die Drehzahl heraufgesetzt wird. Beide Maßnahmen führen jedoch zu Kavitation und Ablösung an den Flügelblättern. Da Kavitations- und Ablösungseffekte auf der einen Seite durch das Auftreten von Turbulenzen den Antriebswirkungsgrad sehr stark vermindern und auf der anderen Seite auf der Oberfläche der Flügelblätter Schäden hervorrufen

— was notgedrungenermaßen zu einer Verringerung der Lebensdauer derartiger Schiffsschrauben führt —, waren alle bisherigen Versuche dahin gerichtet, die auftretenden Kavitations- und Ablösungseffekte zu eliminieren.

So ist es beispielsweise bekannt (s. »Der Schraubenpropeller« von Geisler, Berlin, Springer 1918, S. 62, und USA.-Patentschrift 2 058 361), die Schraubenflügel innen mit Kanälen zu versehen, die zu bestimmten Punkten der Flügelblattoberfläche — d. h. im allgemeinen zu jenen Stellen, an welchen Kavitations- und Ablösungseffekte auftreten — führen, wobei durch diese Kanäle entweder ein Fluidum ausgestoßen oder Seewasser von der Außenseite her in die Flügelblätter hineingesaugt wird. Diese Versuche waren jedoch nicht sehr erfolgreich, da die auftretenden Kavitations- und Ablösungseffekte nur in einem beschränkten Maß reduziert werden konnten, so daß die mit derartigen Schiffsschrauben erzielbare Schubzunahme nur geringfügig war.

Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Schiffsschraube zu schaffen, welche die Nachteile bekannter Schiffsschrauben nicht aufweist und die selbst bei relativ geringem Schraubendurchmesser die Erzeugung sehr hoher Schübe ermöglicht, ohne daß Kavitations- und AblösungseiFekte auftreten.

f'rfindungsgL'inäß wird dies dadurch erreicht, daß die Austrittsölfniingcn für das unter Druck zugeführte Fluidum im Bereich der Flügelhinterkante!! münden und derart ausgebildet sind, daß sie einen an sich bekannten, in Richtung der Druckseite abströmenden flächigen Fluidumstrahl erzeugen, der unter einem Winkel von 15 bis 75° gegen die Verbindungslinie zwischen Flügelprofilnase und Flügelprofilhinterkante gerichtet ist.

Die flächigen Fluidstrahlen werden entlang der rückwärtigen Kante der Flügelblätter ausgestoßen, wobei ein Winkel zwischen 15 und 75° von der Verbindungslinie zwischen Flügelnase und Flügelhinterkante auf der Druckseite eingehalten werden muß. Dieses Ausstoßen von Fluidum entlang der rückwärtigen Kante der Flügelblätter bewirkt auf Grund des Rückstoßes des Fluidums die Erzeugung eines gewissen Drehmomentes. Das auf diese Weise erzeugte Drehmoment ist jedoch im Vergleich zu dem über die Schiffsschraubenwelle übertragenen Drehmoment so klein, so daß es in der Regel vernachlässigt werden kann. Der Hauptgrund für das Ausstoßen von Fluidum unter einem bestimmten Winkel entlang der rückwärtigen Kante der Flügelblätter, liegt gemäß der vorliegenden Erfindung darin, daß durch diese Maßnahme der effektive Steigungswinkel der Flügelblätter erhöht werden kann, ohne daß Kavitations- und Ablösungseffekte auftreten. Auf Grund dieser effektiven Zunahme der Steigung der Propellerflügel können sehr hohe Flügelblattbelastungen und demzufolge Schübe erzeugt werden, ohne daß dabei der Wirkungsgrad auf Grund von Kavitation oder Ablösung vermindert wird.

Die Wirkung der flächigen Fluidstrahlen läßt sich auch noch in anderer Weise erklären: Die entlang der rückwärtigen Kanten der Flügelblätter ausgestoßenen flächigen Fluidstrahlen entsprechen in etwa den Landeklappen von modernen Flugzeugen, durch welche ebenfalls — insbesondere beim Landen, d. h. wenn die Geschwindigkeit sehr stark vermindert wird — erhöhte Auftriebskräfte erzeugt werden. Da bei dem Schiffspropeller gemäß der Erfindung diese »Landeklappen« , nicht starr sind, sondern durch flächige Fluidstrahlen gebildet werden, können wegen der flexiblen Natur dieser Fluidstrahlen keine Kavitations- und Ablösungseffekte an den Grenzschichten zwischen diesen Fluidstrahlen und dem Seewasser auftreten.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Austrittsöffnungen schlitzartig ausgebildet und weisen eine Breite auf, die zwischen 0,005 und 0,03 der Flügelsehnenlänge beträgt.

Die Austrittsöffnungen erstrecken sich vorzugsweise von der Flügelwurzel bis zum 0,8fachen Wert des Flügelradius und liegen innerhalb eines 15% der Flügelsehnenlänge betragenden Streifens im Bereich der Flügelhinterkante.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sollen im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert und beschrieben werden, wobei auf die Zeichnung Bezug genommen ist. Es zeigt
F i g. 1 eine in Richtung.der Antriebswelle gerich-

So tete Draufsicht eines Teils der erfindungsgemäßen Schiffsschraube,

F i g. 2 einen seitlichen vergrößerten Schnitt entlang der Linie 2A-2A von Fi g. 1,
F i g. 3 eine vergrößerte Teilschnittansicht der in F i g. 2 gezeigten Austrittsöffnung,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch das Heck eines mit einer Schiffsschraube gemäß der vorliegenden Erfindung versehenen Schiffes,

F i g. 5 die Draufsicht — teilweise im Schnitt — auf die in F i g. 4 gezeigte Schiffsschraube mit Darstellung der in den vier Flügelblättern verlaufenden inneren Kanäle.

In den F i g. 4 und 5 ist eine Schiffsschraube 10 gezeigt, die auf einer hohlen Antriebswelle 11 befestigt ist, die im Heck eines Schiffes 12 läuft. Eines der Flügelblätter 10 a der Schiffsschraube 10 ist in größerem Maßstab in F i g. 1 und in nochmals vergrößertem Maßstab in den F i g. 2 und 3 dargestellt.

Jedes der Flügelblätter 10 α bis 1Od der Schiffsschraube 10 weist innere Kanäle auf, die beim Flügelblatt 10 α beispielsweise mit dem Bezugszeichen 13 bezeichnet sind. Durch innere Querwände 14 a und 14 b ist der Kanal 13 in einzelne Kanäle 13 a, 13 & und 13 c unterteilt. Diese Querwände enden an der Hinterkante 15 des Flügelblattes in einer schlitzförmigen Ausströmöffnung 16 oder einer Anzahl von Öffnungen (Fig. 1 und 5). Diese Öffnungen 16dienen zum Ausstoß eines in F i g. 4 dargestellten flächigen Düsenstrahls / auf der Druckseite der Flügelblätter. Die inneren Durchlässe 18 der Nabe 17 und der Kanäle 13 sind so ausgebildet, daß sie eine günstige Strömungsverteilung ergeben. Die schlitzförmigen Austrittsöffnungen 16 erstrecken sich über fast die gesamte Länge der Hinterkante des Flügelblattes von einem Punkt nahe der zentralen Nabe 17 bis zur 0,85fachen Länge des Flügelradius im Bereich der Flügelspitze.

Das mit der Schraube 10 versehene Endteil 11 der Antriebswelle 11 ist hohl und enthält im innerhalb der Nabe der Schiffsschraube 10 liegenden Teil radiale Durchlässe 18, die die Leitung 11a in der Antriebswelle mit den Kanälen 13, 13 a, 13 b und 13 c der Flügelblätter verbinden. Die Geschwindigkeit des an jedem gegebenen Punkt über die Breite aus den Flügelblättern austretenden Strahls / muß die Größe der örtlichen Wassergeschwindigkeit an der betreffenden Stelle überschreiten, was durch geeignete Dimensionierung der Durchlässe 18 und Leitungen 13 a, 13 b und 13 c erreicht werden kann. Eine günstige Strömung des Wassers von dem Inneren der Antriebswelle 11 in die Flügelblätter kann durch einen sich verjüngenden Kegel 18 a erreicht werden.

Die zwischen dem Antriebsmotor und der Schiffsschraube geführte Antriebswelle geht durch einen festen Sammelbehälter 19 mit Abdichtungen 19 a und 19 b hindurch. Der Sammelbehälter 19 ist über Rohrleitungen mit nicht dargestellten Pumpen verbunden, die von außerhalb des Schiffsrumpfes Wasser ansaugen. Der schiffsinnere hohle Endteil 11 der Antriebswelle ist innerhalb des Sammelbehälters 19 mit radialen Öffnungen 26 versehen. Im Bereich dieser Öffnungen 26 kann innerhalb der Antriebswelle 11 koaxial ein Kegel 27 angeordnet sein, der so geformt ist, daß er in ihr eine günstige Strömung ergibt.

Während des Antriebs der Antriebswelle 11 durch die nicht gezeigte Antriebsmaschine wird durch die Leitungen 13 Wasser durch die Schlitze 16 in Gestalt eines flächigen Strahls ausgestoßen.

In F i g. 2 wird gezeigt, daß der flächige Strahl unter einem Winkel τ, bezogen auf die Verbindungslinie Flügelnase—Flügelhinterkante des Flügelblattes 10 a, austritt. Der Winkel beträgt dabei vorzugsweise etwa 30°, obgleich er innerhalb eines weiteren Bereiches zwischen 15 und 75° variiert werden kann. Die eine Komponente des Düsenrückstoßes liegt in Drehrichtung des Flügelblattes und die andere in Richtung der Fortbewegung des Schiffes. Die letztere Komponente bildet eine kleine Erhöhung der Schubkraft, was jedoch im Vergleich mit dem über die Schraubenwelle übertragenen Drehmoment ohne großen Einfluß ist.

Gemäß der Erfindung sollte die Dicke des flächigen Strahls — d. h. die Schlitzbreite — einen Wert aufweisen, der ungefähr zwischen 0,005 und 0,03 der in Fig. 3 gezeigten Flügelsehne entspricht. Ferner muß· die Geschwindigkeit des flächigen Strahls größer als die resultierende Wassergeschwindigkeit an jedem einzelnen radialen Querschnitt der Schiffsschraube 10 sein. Der größte Teil des flächigen Strahls muß zwischen der Flügelwurzel und etwa dem 0,85fachen Radius des Flügelblattes austreten, wie dies in F i g. 1 gezeigt ist. Der Schlitz ist dabei in der Gegend der Hinterkante des Flügels oder auf der Innenseite bis zu einer Entfernung vom 0,15fachen der Sehne gelegen, wie dies in F i g. 2 gezeigt ist.

Obgleich das bei dem im vorliegenden Ausführungsbeispiel austretende Medium Wasser ist, können auch andere Flüssigkeiten oder Gase — beispielsweise Dampf, Luft oder Abgase — verwendet werden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schiffsschraube, die über ihre Schraubenwelle angetrieben wird und in deren Flügeln Austrittsöffnungen für die Abgabe von unter Druck . stehendem, durch die hohle Schraubenwelle zugeführtem Fluidum angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß diese Austrittsöffnungen (16) im Bereich der Flügelhinterkanten münden und derart ausgebildet sind, daß sie einen an sich bekannten, in Richtung der Druckseite abströmenden flächigen Fluidumstrahl erzeugen, der unter einem Winkel von 15 bis 75° gegen die Verbindungslinie zwischen Flügelprofilnase und Flügelprofilhinterkante gerichtet ist.

2. Schiffsschraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen (16) schlitzartig ausgebildet sind und eine zwischen 0,005 und 0,03 der Flügelsehnenlänge betragende Breite aufweisen.

3. Schiffsschraube nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen (16) sich im wesentlichen auf eine Länge von der Flügelwurzel bis zum 0,85fachen Wert des Flügelradius erstrecken.

4. Schiffsschraube nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen (16) innerhalb eines Bereiches, der maximal 15°/o der Flügelsehnenlänge von der Flügelhinterkante (15) aus beträgt, angeordnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen