DE1801813A1

DE1801813A1 - Propeller zur Wieder- bzw. Rueckgewinnung von Abstroemungs- bzw. Rueckstossenergie

Info

Publication number: DE1801813A1
Application number: DE19681801813
Authority: DE
Inventors: Hidetsugu Kubota
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1967-10-12
Filing date: 1968-10-08
Publication date: 1969-04-30
Also published as: FR1589036A; SU386498A3; NL6814500A; GB1250197A; US3549271A; SE341147B

Description

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Propelleranordnung zu schaffen, die die Trägheitskraft einer von einem Hauptschraubenpropeller bzw. Primärpropeller erzeugten Dreh- bzw. Drallströmung ausnutzt und bei der ein wirkungsvoller Strömungsmittelwiderstand durch gegenseitige Beeinflussung des Strömungsmediums erzeugt wird, wobei ein hydrodynamischer Zustand einer hohen Steigung auf einer Arbeitsfläche in einem Höhenwinkel des Primärpropellers mit geringer Steigung verwirklicht wird.

Die Erfindung betrifft einen Schraubenpropeller zur 'Rückgewinnung von Abströmungs- bzw. Rückstoßenergie, bei dem die Anströmkanten einer schraubenförmigen Yortriebs- bzw. Yorschubfläche und einer schraubenförmigen oder ebenen Rückstromauffangfläche durch einen halbkreisförmig gekrümmten Abschnitt als vorlaufende Kante miteinander verbunden sind; die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenflächen der linken, und rechten Seiten, die veränderte Höhenwinkel haben, in einem Flügel vereinigt sind, daß auf die RückstromstoSflache bzw. -auffangfläche eine Drallrückströ-

mung einwirkbar ist, um eine Drehkraft zu erzeugen, und daß die Treibfläche eine große FlügelSteigung hat, während die Vortriebs- bzw. Vorschubflache eine geringe FlügelSteigung hat, um eine wirksame Antriebs- bzw. Vortriebskraft zu erzeugen, und daß dieser Schraubenpropeller in einer Zone, innerhalb der Dralldrehströmung angeordnet ist, die durch den Durchmesser des Hauptschraubenpropellers begrenzt ist, wobei die Flügel des Energierückgewinnungspropellers radial nach außen über den Hauptpropeller ragen und in diesen überstehenden Flügelbereichen, die in nicht angetriebenem Medium liegen, eine geringe Flügelstärke haben, um eine wirksame Vortriebs- bzw. Propulsionskraft zu erzeugen.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, in der die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert wird. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Ausführungsforrn der Erfindung,

Fig. 2 eine Vorderansicht,

Fig. 3 eine Schnittansicht gemäß der linie III-III in Fig. 1 sur Verdeutlichung des Blattstärkenverhältnissea, wobei eine Veränderung der Blattstärke dargestellt ist.

Gemäß den Figuren ist auf der Propellerwelle 1 ein Hauptschraubenpropeller bzw. Primärpropeller 2 befestigt.

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Es sind weiterhin ein frei rotierender Energiertiokgewinnungascnraubenpropeller 3 und eine Kappe 9 vorgesehen. Die Drehriohtung ist durch den Pfeil A dargestellt und die Strecke D entsprioht dem Abstand zwischen dem Primärpropeller 2 und dem frei rotierenden Energierüokgewinnungspropeller 3· Mit 2a und 2b sind die nachlaufenden und vorlaufenden Kanten der FlUgel des Primärpropellera bezeichnet. Mit 3a¹ und 3b· sind die nachlaufenden bzw. vorlaufenden Kanten der Flügel des Energiertlckgewinnungsschraubenpropellers bezeichnet. Mit ™ 3a und 3b ist der dünnste bzw. dickste Abschnitt des Propellers bezeichnet, wobei sich der dünnste Abschnitt in einer Zone unbewegten Mediums und der dickste Abschnitt in einer Zone einer rotierenden Strömung oder Drallströmung befindet. Mit 3a^ ist der Endbereich des die geringste Dicke aufweisenden Flügelabschnitts bezeichnet. Mit 3b.. und 3bp sind die Endbe.reiche des innenliegenden Flüge lab Schnitts bezeichnet. Mit 3d ist eine Stoßflache bzw. Rückstromauffangfläche bezeichnet. Mit 3b. ist ein halbkreisförmig abgerundeter Abschnitt der vorlaufenden Kante bezeichnet.

Die Propelleranordnung zur Rückgewinnung der Rückstromenergie gemäß der Erfindung weist zwei auf einer Welle angebrachte Schraubenpropeller 2,3 auf, wobei eine Kontur eines Flügels eines üblichen Schraubenpropellers 2 im wesentlichen einer geraden Linie der vorlaufenden Kante 3a' des auf den Primärschraubenpropeller folgenden Energierückgewinnungsschraubenpropellers 3 entspricht. Die nachlaufende Kante 2b jede ο Filial= 533 PrinämroOellers 2 hat im wesant-

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lichen die Form einer geraden Linie und liegt in geringfügigem Abstand von der vorlaufenden Kante 3a' des folgenden Schraubenpropellers bzw. Sekundärpropellers 3. Der Primärpropelier ist auf der Welle 1 befestigt' und arbeitet in der Art und Weise eines üblichen Schraubenpropellers; der auf den Primärpropeller folgende, frei rotierende Sekundärpropeller

3 ist auf einem Lager an einer Nabe angeordnet, die an beiden Seiten zur Verhinderung des Einströmens von Seewasser mit Spezialöldichtungen versehen ist, wobei die Schmierung durch ein einfaches hydraulisches Schmiersystem oder für spezielle, nicht absorbierende synthetische Harze durch Seewasserschmierung bewirkt wird.

Die Flügel des Sekundärpropellers können als besonders vorteilhaftes Konstruktionsmerkmal beidseitig Schraubenflächen .aufweisen, wodurch eine Stoß- bzw. Eückstromäuffangfläche 3b, für die Drallrückströmung und an der anderen Seite eine Vortriebs- bzw. Antriebsfläche gebildet werden, oder eine geradlinige Rückstromauffangfläche aufweisen, wobei beide Seiten zu einem Stück vereinigt sind; das Flügel- bzw. Profilstärkenverhältnis ist vorzugsweise an der Wurzel klein, am Flügelende groß, innerhalb einer Zone, die durch den Außendurchmesser des Primärpropellers 2 begrenzt ist, größer werdend und plötzlich in extremem Umfang klein werdend, und zwar an der Stelle, die sich an die 'durch den Durchmesser des Primärpropellers begrenzte Zone anschließt'. Die Flügel Steigung der Vortriebs- bzw. Vorschubfläche des Sekundärpropellers kann vorzugsweise fünfmal größer sein als diejenige des Primär-

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propellers. Dieses verhältnismäßig hohe Steigungsverhältnis ist theoretisch annehmbar.

Betrieb und Wirkungsweise eines üblichen Schraubenpropellers zusammen mit einem Rückstoßenergierückgewinnungspropeller mit sich änderndem Flügelstärkenverhältnis:

Wenn zusammen mit einem üblichen Primärschraubenpropeller als frei rotierender Sekundärschraubenpropeller ein üblicher Schraubenpropeller mit Flügeln geringer Stärke benutzt wird, wird die Antriebs- bzw. Vorschubkraft durch den Schub beeinträchtigt bzw. vermindert, der.entgegengesetzt zur Vortriebs- bzw. Antriebsrichtung wirkt und der an der den Rückstrom auffangenden Stoßfläche erzeugt wird, und der Sekundärpropeller wird in entgegengesetzter Richtung bewegt, selbst wenn das Steigungsverhältnis desselben etwa das Zweifache des Steigungsverhältnisses des Primärpropellers ausmacht. In einem solchen Fall wird die Leistung bzw. der Wirkungsgrad auf etwa 7o .# des Schlupf Verhältnisses anwachsen, aber da die Leistungskurve niedrig sein wird, ist die Verwendung eines solchen Sekundärpropellers, bei dem Schlupfverhältnis unter den Betriebsbedingungen eines Schiffes, unmöglich. Der Sekundärpropeller mit dünnen Flügeln hat ein geringes FlügelStärkenverhältnis und wird nach hinten gedrückt und es wird ein Gegenschub erzeugt, der den Antriebsschub an der rotierenden Vortriebs- bzw. Druckfläche vermindert, wodurch keine Leistungserhöhung stattfindet.

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Bei der Propelleranordnung gemäß der Erfindung wird ein wirkungsvoller Widerstand bzw. Abschubwiderstand durch wechselseitigen Aufprall des Ströumgsmediums zwischen beiden Propellern erzeugt und die durch die Rückströmung an sich verloren gehende Energie wird zurückgewonnen, wodurch die auf das Strömungsmedium übertragene Energie vermindert wird, so daß der gesamte Antriebswirkungsgrad erhöht wird. Die Drehrichtung des Primärpropellers und des Sekunaärpropellers ist erfindungsgemäß die gleiche. Um ein maximales Moment der durch den Primärpropeller erzeugten Drallströmung aufzunehmen, wird der Antrieb des Schraubenpropellers ausschließlich durch eine außerordentlich hohe Flügelsteigung und eine flache Flügelfläche erhalten. Der Vortriebs- bzw. Druckfläche des Sekundärpropellerflügeis, die einen wirkungsvollerem Vortrieb erzeugt, wird der notwendige Rotationsenergiefaktor zugeordnet, um den Rückstromdrall bzw. das Rückstrommoment vollständig zu absorbieren; es ist in geeigneter ^T7eise vorgesehen 1/8 - 1/1o der Rotationsgeschwindigkeit des Primärpropellers zu benutzen. Um die Flügelfläche und Flügelsteigung festzulegen, sind beide Seiten, wie es bereits oben beschrieben wurde, an der Anströmöffnung bzw. Anströmkante im Bereich der Rückströmauffangfläche miteinander verbunden, und die Anströmkante wird durch einen halbkreisförmig gebogenen Abschnitt gebildet. Das FlügelStärkenverhältnis Ist an der Flügelwurzel klein und am Flügelende groß.

Da beide Propeller in der gleichen Richtung rotieren, entstehen Einflüsse wechselseitiger Beziehung zwischen den

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Hügeln, wie' z.B. Git te re inf las se und dergleichen. In einem solchen Pail wächst die Leistung bzw. der Wirkungsgrad, wenn der hydrodynamische Paktor groß wird; da jedoch die Antriebsleistung in einer Zone mit niedrigem hydrodynamischen Paktor nicht anwächst, wird erfindungsgemäß der Durchmesser des Sekundärpropellers größer als beim Primärpropeller ausgelegt, und zwar über die durch die Primärpropellerflügel bestimmte Arbeitszone hinaus, derart, daß die Flügelenden des Sekundärpropellers in ruhigem Medium arbeiten. Auf diese Weise wird die Antriebsleistung in einer Zone mit niedrigem hydrodynamischen Paktor erhöht. Die Dralldrehströmung hat in einer Z_one außerhalb des Durchmessers des Primärpropellers keinen Einfluß und es ist nicht notwendig, sich mit der Wirkung einer komplizierten, durch den Propeller erzeugten Mediumsströmung auseinanderzusetzen; nur die Blattstärke der Vorschubbzw. Druckfläche wird erfindungsgemäß sehr dünn. Da die Drallströmung, die durch den Primärpropeller erzeugt wird, unter einem rechten Winkel zur Arbeitsfläche der Flügel des ■ Primärpropellers weggedrückt wird, stößt diese Strömung gegen die Rückstromauffangfläche der gleichen, jedoch überhohen Steigung. Der frei rotierende Sekundärprope11er wird

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durch Zusanunenprall mit der. Strömungsmittel in Rotation versetzt, und es tritt dann ein gewisser Schlupf auf. Zwischen den beiden Propellern wird kontinuierlich ein Strömungsmittelzusammenprall nit 3ücksto.3 des Schlupf mediums erzeugt. Sin solcher Zustand entanrieht einen hohen widerstand, der an der Rückseite des Propellers auftritt; der Flügel hat

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zwar eine geringe Steigung, er erzeugt jedoch einen Zustand hoher Steigung. Das bedeutet, wie nochmals erwähnt wird, daß die Menge des die kinetische Energie übertragenden Mediums, das durch die Flügel des Primärpropellers erzeugt wird, abnimmt, wobei trotzt geringer Steigung die Antriebsleistung des Primärpropellers anwächst. Die Gesamtwirkungsgrad verbesse rung des Primärpropellers und des Ener gier üc lege winnungspropellers beläuft sich auf etwa 2o - ßo fo, bezogen auf die Antriebsleistung, und zwar verglichen mit einem üblichen Primärpropelle'r.

Der höchste Wirkungsgrad der Antriebsleistungskurve kann wunschgemäß erhalten werden.

Um den höchsten Wirkungsgrad zu erhalten, soll für den Sekundärpropeller eine Steigung ausgewählt werden, die etwa fünfmal größer ist als die Steigung beim Primärpropeller, und zwar bei einem Schlupfverhältnis von etwa 2o 4 des Propellers; bei einem Schlupfverhältnis von etwa 3o fo ist die Steigung beim Sekundärpropeller vorzugsweise viermal größer als beim Primärpropeller; bei.einem Schlupfverhältnis von etwa 4o f> ist die Steigung beim Sekundärpropeller vorzugsweise 3,5mal größer als beim Primärpropeller. Dabei ist das Flügelflächenverhältnis und dergleichen natürlich zu berücksichtigen.

Wie oben beschrieben, bewirkt das Merkmal der Erfindung, nämlich die Änderung des in Figo 1 dargestellten Flü-

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gelstärkenverhältnisses, äai3 eine StoSfläche, auf die der Rückstrom auf trifft, gebildet wird, die mit der Druck- bzw. Vorschubfläche zusammentrifft; diese Fläche ist entweder in axialer Richtung eine flache Fläche oder es sind sowohl auf der linken als auch auf der rechten Seite Schraubenflächen vorgesehen. Das Flügelstärkenverhältnis wird bis zum äußersten kleingemacht, und zwar unter Berücksichtigung dessen, daß in einer Zone außerhalb des Durchmessers des Primärpropellers der Rückstrom keine Wirkung hat und die antreibende Druck- bzw. Vorschubfläche kann eine durch die Rückstromenergierückgewinnung und das Schlupfverhältnis bestimmte . Steigung höchster Leistungsverbesserung für den Propeller gemäß der Erfindung haben. Der Grund, warum die vordere Kante der Flügel des Sekundärpropellers halbkreisförmig abgerundet ist und nicht die Form eines abgeschrägten Stromlinienflügels hat, liegt darin, daß, wenn eine derartige Stromlinienform verwendet wird, die Rückstromauffangfläche groß wird-und in entgegegengesetzter Richtung bewegt wird, wodurch ein Widerstand erzeugt wird, der als unerwünscht und nutzlos verhindert werden soll.

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Claims

Patentanspruch

Propelleranordnung zur Rückgewinnung von Sückstrom- bzw. Rückstoßenergie, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rückstromenergierückgewinnungspropeller (Sekundärpropeller) (3) mit sich änderndem Flügelstärkenverhältnis rotierend am hinteren Abschnitt einer Propellerwelle eines Primärpropellers angeordnet ist, daß beim Sekundärpropeller eine Sückstromstoßflache bzw.Rückstromauffangfläche durch eine Fläche mit überhoher Steigung in der gleichen Drehrichtung wie beim Primärpropeller oder eine flache Fläche gebildet ist, daß die Steigungen der linken und rechten Seite nahezu mit der axialen Richtung zusammentreffen, um Steigungen zu bilden, die für ein gewünschtes Schlupfverhältnis geeignet sind, daß die Anströmöffnung bzw. Anströmzone von der Nabe zum Blattende als.eine vordere Kante durch einen halbkreisförmig abgerundeten Abschnitt gebildet ist, und daß das Flügelstärkenverhältnis, ausgehend von einer Linie, die durch den Außendurchmessers des Primärpropellers bestimmt ist, sehr schnell außerordentlich klein wird, wobei das Flügel-. stärkenverhältnis im Nabenbereichjklein ist und bis zum im Bereich der Umfangslinie des Primärpropellers liegenden Flügelendenabschnitten kontinuierlich größer ist, und daß das Flügelstärkenverhältnis in dem sich über diesem Flügelendenabschnitt, d.h. über dem Außendurchmesser des Hauptpropellers erstreckenden Teil die geringste Größe hat.

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