Schiffaschraubenanordniing Als Antriebsorgan für Schiffe sind
Schiffssehrauben in den verschiedensten Ausführungsformen bekannt. Für den Antrieb
eines vorgegebenen Schiffes mittels einer Schiffeschraube gibt es eine optimale
Lösung. Wenn die Drehzahl der Schiffeschraube vorgege en ist$ so ergibt sich für
die Schiffssehraube ein-optimale r Durchmesser. In dem Fall, wenn der Durchmesser
der Schiffesehraube vorgegeben ist, erhält man eine optimale Drehzahl.-Um die Wirkung
der Schiffeaehraube zu erhöhen, ist es bekannt, vor oder hinter der Schiffeaehraube
Leiteinrichtungen anzuordnen oder die Schraube mittels eines Mantel-'körpers zu
umgeben oder zwei gegenläufige oder
gleich drehende Schrauben auf
einer gemeinsamen Welle anzuordnen. Letztere Schraubenanordnung ist unter der Bezeichnung
Tandempropeller bekannt. Ferner ist es auch bekannt, feste Leiteinrichtungen zu
verwenden, um den Wirkungsgrad der Schiffsschraube zu verbessern. Neben mehrflügeligen
Leiteinrichtungen ist'es bekannt, den Achtersteven oder die Vorderkante des Ruders
zu verwinden, um hierdurch eine kleine Leitwirkung zu erzielen. Da die hiermit erzielte
Verbesserung des Wirkungsgrades jedoch bei großen Schiffen gering ist, wird diese
Ausführungsform in der Praxis kaum verwirklicht. Darüber hinaus ist es bekannt,
hinter der Schiffs-
schraube eine um die gleiche Achse rotierende Turbine
anzuordnen. Durch diese Turbine, die dem Schraubenstrahl Energie entnimmt, wird
eine zweite mit der Turbine fest verbundene Schraube angetrieben, deren Durchmesser
größer bemessen istala der. Durchmesser der primären Schraube. Dieser AusfUhrungsform
liegt die Überlegung zugrunde, eine.Drehzahlenuntersetzung außerhalb des Schiffes
unterzur, bringen, ein hydromachanisches Getriebe mit dem An7-trieboorgan zu einem
kombinierten Organ zu vereinigen,
und hierdurch trotz einer hohen
Drehzahl der Antriebewelle zu erreicheng daß die Fläche des gesamten Antriebsorgans
groß.ist undeine große Wassermasse durch diese Fläche strömt. Etwa die gleichen
Überlegungen liegen dem bekannten Vorschlag zugrundeg eine ax:Üal durchströmte Kreiselmaschine
für den Schiffsantrieb oder für Pump,en mit einem hydromechanischen Getriebe zu
kombinieren. Die Hauptaufgabe dieser mehrstufigen Kreiselmaschine liegt in einer
Untersetzungl d.h. in der Zulassung einer hohen Drehzahl der primären Propellerpumpe.
Hierzu ist eine komplizierte Bauart erforderlich gewordeng bei der Verluste an zu
vielen Einzelteilen entsteheng nämlich an den beiden Pumpenläufern# den beiden Turbinenläuferng
den beiden festen, im inneren Teil liegenden Leitflächeng dem inneren Zylinderg
dem äußeren Propellerläuferg den beiden äußeren festen Leitflächen und an dem großen
äußeren Zylinder, so daß eine Wirtschaftlichkeit dieser bekannten Vorrichtung nicht
gegeben ist. Ferner ist eine Schraubenanordnung bekanntt die aus einer Antriebsachraube
und einem Leitrad besteht, dessen Durchmesser größer bemessen ist als der Durchmesser
der Antriebeschraubeg so daß das Leitrad als Empfänger und Geber arbeitet, Der mit
dieser Schraubenanordnung erzielteg kaum nennenswerte Schubgewinn wird nur dadurch
erreichti daß
der Durchmes?er des Leitrades größer ist als der der
Antriebsschraube. Demgegenüber ist es das Ziel der Erfindung, eine Schiffsschraubenanordnung
mit einem freifliegend gelagerten, der Antriebsschraube nachgeschaltetem Leitrad
zu schaffeng mittels der trotz einfachster Ausbildung ein hoher Schubgewinn bei
gleichzeitiger Verringerung der sonst bei den bekannten Anordnungen auftretenden
Verluste erzielt wird. Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß d-er Erfindung eine
Schiffssehraubenanordnung vorgeschlagen# die durch die Kombination folgender Merkmale
gekennzeichnet ist: a) Die Flügel des Leitrades sind in dem von der gleichen die'Antriebeschraube
durchfließenden Wassermenge durchströmten Bereich innerhalb der Strähleinschnürung
der Antriebsachraube turbinenschaufelartig und in dem Bereich ausserhalb der Strahleinschnürung
der Antriebeschraube propellerflügelartig ausgebildet. b) Die Anzahl der
Flügel des Leitrades ist grösser als die Anzahl der Flügel der Antriebeschraube.
c)
Das Leitrad weist ein Steigung auf, die 1,4 bis 4 mal so groß ist als die der zugeordneten
Antriebsachraube, wodurch erreicht wird, daß die Drehzahl des Leitrades etwa
0,25 bis 0,7 mal der Drehzahl der Antriebsschraube ist. Nach einem
weiteren Merkmal der Erfindung ist das Leitrad hinter den Sch . rauben eines
in an sich bekannter Weise ausgebildeten Tandempropellers freifliegend angeordnet.
Diese Anordnung kommt in Frage bei schnellen Schiffen, bei denen die Kavitation
an den Flügeln der primären Schraube nur dadurch ge-
nügend klein gehalten
werden kann, daß anstelle dieser Schraube ein Tandempropeller benutzt wird. Als
Tandempropeller wird hierbei die Anordnung von zwei etwa gleichen, mit gleicher
Drehrichtung und in dem gleichen Drehsinn-drehenden Schrauben hintereinander auf
einer Antriebswelle verstanden. Das Merkmal des Tandempropellers, das für die beschriebene
Aufgabe wichtig ist, ist, daß etwa die doppelte Flügelfläche untergebracht werden
kann als bei einer einfachen Schraube, wodurch die Kavitation besser beherrscht
werden kann. Üm bei begrenztem Tiefgang des Schiffes und niedrigem
Schraubenbrunnen
doch noch ein Leitrad mit großem Durchmesser verwenden zu können, ist dieses auf
einem Lagerzapfen freifliegend gelagert, der in vertikaler Richtung verschiebbar
ausgebildet ist, und zwar so, daß das Leitrad in normalem Betrieb unter der Kiellinie
durchschlägtg bei kleiner Wassertiefe jedoch soweit eingezogen wird, daß eine Grundberührung
vermieden wird. In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstanj beispielsweise dargestellt,
und zwar zeigt Fig. 1 einen Propeller mit nachgeschaltetem Leitrad unter
Angabe des Schraubenstrahlbereiches in einer Seitenansicht, Fig. 2_ ein Schaubildg
in dem der Schubgewinn in Abhängigkeit von der Flügel' zahl nach der Drehzahl und
damit nach der Steigung des Leitrades auf-, gezeigt ist, Fig. 3 eine weitere
Ausführungsform eines Propellers mit nachgeschaltetem Leitrad, das in vertikaler
Richtung verschiebbar ausgebildet ist, in einer Seitenansicht Und
Fig.
4 ein Tandempropeller mit nachgeschaltetem Leitrad in einer Seitenansicht.
Gemäß der Erfindung wird ein mit unterschiedlichen Profilierungen
149 15 versehenen Leitrad 13,
das um die Schraubenachse rotiert und
vor oder hinter der Schraube 12 angeordnet ist, verwendet. Das Leitrad
13 weist gegenüber der Schraube 12 eine niedere Umdrehungezahl auf; es dreht
langsamer. Aufgrund dieser Anordnung wird eine hydromechanische Untersetzung erhalteng'bei
der die dem Schraubenstrahl in dem Turbinenteil entnommene Energie sofort in dem
Propellerteil 14 des Leitrades 13 verärbeitet und zur Erzeugung eines zusätzlichen
Schubes benutzt wird. Dadurch, daß Turbine,ünd sekundärer Propeller in einem Leitrad
zu einem einzigen Organ vereinigt eindl werden die unvermeidlichen Energieverluste
sehr klein gehalten. Wenn für einen gegebenen Schraubenstrahl und
einen
gegebenen Leitraddurchmesser das Leitrad für verschiedene Drehzahlen dimensioniert
wird, wird ein nennenswerter Schubgewinn bei einer grossen Flügelzahl und bei einer
optimalen Drehzahl des Leitrades 13 erhalten. Der optimale Gewinn ist infolge
dieser Merkmale um ein Mehrfaches größer als der durch die bekannten Leiteinrichtungen
und bei Schrauben getroffenen Anordnungen erzielbare Gewinn (Fig. 2). Die wichtigste
Eigenschaft eines kombinierten Antriebeorgans - Schraube und Leitrad
- besteht darin, daß für die Schraube eine hohe Drehzahl gewählt werden kann.,
und trotzdem wird durch die Verwendung eines Leitrades ein sehr guter Wirkungsgrad
erreicht. Der Durchmesser.des Leitrades 13 wird entsprechend dem zur Verfügung
stehenden-Raum bemessen sein. Die Wahl seines Durchmessers ist unabhängig von der
Drehzahl der Schraube, so daß auch-für eine schnelllaufende Schraube ein Leitrad
mit großem Durchmesser verwendet werden kann. Ein leitrad 13 kann mit einem
besonders großen Durchmesser immer dann zur Verwendung gelangen, wenn das Leitrad
13 nicht.auf der Antriebswelle 11 freifliegend gelagert" sondern auf
einem Zapfen 16 angeordnet ist, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist.
Der Zapfen 16 mit dem Leitrad 12,
ist in vertikaler Richtung
verschiebbar (Pfeil X) auf einem schifsfesten Teil angeordnet, wodurch die Mglichkeit
gegeben ist, das Leitrad bei flachem Wasser einzufahren. Bei schnellen Schiffen,
deren Schrauben kavitationsgefährdet sindg ist es vorteilhaft, wenn ein Tandempropeller
17,18 verwendet wird mit einem Leitrad 13, das entweder zwischen den
beiden Propellern 17918 auf der Antriebswelle 11 freifliegend gelagert
oder den beiden Propellern nachgeschaltet ist (Fig. 4). blittels der erfindungsgemäßen
Schraubenanordnung ist eine technische und wirtschaftliche vorteilhafte Ausführungsform
eines Schiffsantriebes mit zweifacher in dem Leitrad vorgenommener Energieumsetzung
aufgefunden-worden, bei dem die Verluste so gering wie möglich gehalten werden,
so daß ein beachtenswerter Schubgewinn erhalten wird. Eine optimale, mit den geringsten
Verlusten arbeitende Auslegung ist hiernach erstmals offenbart worden, die überraschenderweise
nur dadurch erhalten wird, wenn Turbine und Propeller auf ein und denselben Flügeln
untergebracht sindg d.h. wenn eine unterschiedliche Profilierung der'Flügel des
Leitrades vorliegt, und wenn darüber hinaus eine große Flügelanzahl - mindestens
acht Flügel -
und eine optimale Steigung des Leitrades gegeben
sind. Die Wahl der Steigung des Leitrades beeinflußt wesentlich die Drehzahl des
Leitrades. Durch diese neue Schiffschraubenanordnung wird der zu Erzeugung de-s
Schubes notwendige Impuls einer größeren Wassermenge mitgeteil-4 wobei außerdem
erreicht wird, daß die Drallenergie, die in dieser Wassermasse abgeführt wird und
verlorengeht, klein ist. Gegenüber den bekannten Ausführungsformen wird eine Wirkungsgradverbesserung
erreicht, die um ein-Mehrfaches größer ist als die durch einen festen Leitapparat
oder anderen bekannten Schraubenanordnungen, in denen nur ein Teil der Drall- energie
zurückgewonnen werden kann, erreichbare Verbesserung. Nur durch die optimale und
unterschiedliche Profilierung der Flügel des Leitrades, seine große Flügelzahl und
die größere Steigung gegenüber der mechanisch angetriebenen Schraube sowie die hiermit
verbundene Umsetzung der Energie auf kürzestem Wege in dem Leitrad können die zusätzlich-en
Verluste so klein gehalten werden, daß ein nennenswerter Schubgewinn erzielt wird.