DE19834736B4

DE19834736B4 - Verfahren zum Betreiben eines Dienstschiffes

Info

Publication number: DE19834736B4
Application number: DE19834736A
Authority: DE
Inventors: Pekka Salmi; Risto Kurimo
Original assignee: Kvaerner Masa Yards Oy
Current assignee: Aker Arctic Technology Inc
Priority date: 1997-07-31
Filing date: 1998-07-30
Publication date: 2010-09-23
Anticipated expiration: 2018-07-31
Also published as: CA2244056C; SE9802602D0; SE9802602L; NO324683B1; US6062925A; JPH1191687A; KR19990014323A; FI973171A0; FI973171A; NO983507D0; NO983507L; KR100542427B1; DE19834736A1; FI107040B; CA2244056A1; SE518210C2; RU2198821C2; JP3979733B2

Abstract

Betriebsverfahren eines Dienstschiffes, welches für die Fahrt auf offenem Meer und im Eis bestimmt ist und das mit einer Antriebspropellereinrichtung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß für einen eisfreien Navigationszeitraum ein Propellermantel an der Antriebspropellereinrichtung montiert ist, wobei wiederum bei erneutem Navigationszeitraum unter Eisbedingungen der Propellermantel entfernt wird, und daß die Leistungsaufnahme des Antriebspropellers während des Mantelbetriebes und des mantelfreien Betriebes konstant gehalten wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Dienstschiffes gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft auch ein Dienstschiff zur Anwendung des Verfahrens.
Der Hauptantriebsmotor eines Schiffes ist typischerweise ein Dieselmotor. Im Allgemeinen ist die Betriebsdrehzahl des Motors konstant, und sie ist die Drehzahl, bei der die Ausgangsleistung maximal ist.
Es ist bekannt, daß bei geringen Geschwindigkeiten die Antriebskraft eines Schiffes oder eines Wasserfahrzeuges mit Mantelpropellern erhöht werden kann, wo sie im allgemeinen in sogenannten Arbeits- oder Dienstschiffen, insbesondere in Schleppern verwendet werden. Mantelpropeller werden ebenso bei in Eis verkehrenden Schiffen verwendet. Am Mantel jedoch sammelt sich leicht Eis an, was Strömungsstörungen an dem Propeller verursacht, die zu einem Abschwächen der Antriebskraft und zu starken Vibrationen führen. Versuche wurden gemacht, die Probleme durch bestimmte Ausführungen des Schiffsgrundes und durch Verwendung zusätzlicher Vorrichtungen zu mindern, jedoch ohne beachtenswerte Ergebnisse. So zeigen die DE 37 10 197 C2 und die EP 0 816 221 A2 Schiffspropeller, die eine Ummantelung aufweisen, wobei ein Verstopfen derselben bei Fahrten in Eis verhindert werden soll. Hierzu ist entweder eine Schutzeinrichtung ( DE 37 10 197 C2 ) vorgeschlagen, die zwischen Propeller und Mantel eingedrungene Eisbrocken zerkleinert, bzw. den Mantel in eine solche Stellung bringt, dass immer noch ausreichend Wasser zwischen dem Mantel und dem Eisbrocken strömen kann; oder es ist vorgeschlagen ( EP 0 816 221 A2 ), den Antrieb in Strömungsrichtung hinter der ummantelten Schiffsschraube anzuordnen. Beide Lösungen sind jedoch begrenzt durch die Möglichkeiten einer mechanischen Realisierung. Schließlich offenbart die FR 2 618 406 A2 einen ein- und ausschwenkbaren Propellermantel, der je nach Schwenkzustand des Mantels unterschiedliche Antriebskräfte des Propellers liefern soll, sodass ein Propeller mit fester Blattsteigung Verwendung finden kann. Bei langsamer Fahrt ist zum Ziehen eines Netzes oder eines anderen Bootes der Propellermantel eingeschwenkt, um bei kleiner Drehzahl eine hohe Antriebskraft zu erzielen; und bei schneller Fahrt ist der Propellermantel ausgeschwenkt, um bei einer hohen Drehzahl eine hohe Geschwindigkeit zu erzielen. Der Problematik einer Eisansammlung am Mantel kann durch den Lösungsansatz dieser Druckschrift jedoch nicht begegnet werden. Bei kleineren Booten ist es ferner laut US 5 389 021 A und US 5 145 428 A bekannt, den Propellermantel mit lösbaren Schraubverbindungen zu fixieren, um den Mantel bei Bedarf demontieren zu können.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Betriebsverfahren zu erzielen, in dem die oben erwähnten Nachteile vermieden werden und das einen leistungsfähigen Betrieb eines Dienstschiffes in einer zuverlässigen Weise und mit einfachen Mitteln schafft. Diese Aufgabe wird im wesentlichen mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 erfüllt. Vorteilhafte Weiterführungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Grundidee der Erfindung ist, daß der Betriebsmodus des Antriebspropellers gemäß den vorherrschenden Umständen gewechselt wird. Das kann erstens dadurch realisiert werden, den Antriebspropeller mit einem Propellermantel zu versehen, der einfach montierbar und demontierbar ist. Zweitens kann der Propellertyp variiert werden, d. h. der Propeller kann ein Propeller mit feststehender Blattsteigung oder ein Propeller mit einer regulierbaren Blattsteigung, d. h. ein Verstellpropeller sein. In Folge dessen muß die Antriebsmaschine bei Verwendung eines Propellers mit feststehender Blattsteigung so gewählt werden, daß sie für einen Mantelbetrieb und einen mantelfreien Betrieb geeignet ist. Falls ein Verstellpropeller verwendet wird, muß die Blattsteigung dem Mantelbetrieb und dem mantelfreien Betrieb angepaßt werden können. Wenn ein Propeller mit feststehender Blattsteigung mit einer gegebenen Drehzahl rotiert, begegnet er einem geringeren Widerstand, falls er in einem Mantel betrieben wird, als wenn er mantelfrei betrieben wird. Dementsprechend ist die Leistungsaufnahme des Mantelpropellers geringer als die Leistungsaufnahme des mantelfreien Propellers. Falls ein Mantelpropeller und ein mantelfreier Propeller mit gleicher Leistungsaufnahme laufen, ist die Drehzahl des Mantelpropellers höher als die des mantelfreien Propellers.
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf einen speziellen Propellertyp und dementsprechend kann der Propeller ein Propeller mit feststehender Blattsteigung oder ein Verstellpropeller sein.
Mit einem Antriebspropeller feststehender Blattsteigung wird die Leistungsaufnahme des Propellers durch Setzen der normalen Drehzahl des Propellers auf einen bestimmten nominellen Wert konstant gehalten, wenn der Propellermantel verwendet wird, und durch Setzen der normalen Drehzahl des Propellers auf einen Wert, der um mindestens 5%, vorzugsweise um mindestens 10% unter dem besagten nominellen Wert liegt, wenn der Propellermantel entfernt ist.
Bei einem Antriebs-Verstellpropeller wird die Leistungsaufnahme des Propellers durch Einstellung der Blattsteigung des Propellers auf einen bestimmten nominellen Wert konstant gehalten, wenn der Propellermantel verwendet wird, und durch Einstellung der Blattsteigung des Propellers auf einen Wert, der um mindestens 7%, vorzugsweise um mindestens 10% unter dem besagten nominellen Wert ist, wenn der Propellermantel entfernt ist.
Um den Wechsel der Betriebsanordnung der Antriebspropellereinrichtung zu erleichtern, ist es vorteilhaft, daß die Montage und Demontage des Propellermantels so durchführbar ist, daß be sagte Maßnahmen einfach ausgeführt werden können, ohne das Schiff anzudocken.
Das Dienstschiff gemäß der Erfindung umfaßt eine Befestigungsvorrichtung, die für eine Montage und Demontage eines Propellermantels um den Antriebspropeller geeignet ist und eine Vorrichtung, um die Leistungsaufnahme des Propellers für eine gewünschte Zeit konstant zu halten.
Wenn ein Propeller mit feststehender Blattsteigung verwendet wird, ist das Dienstschiff mit Mitteln versehen, um die auf den Propeller übertragene Drehzahl in zwei voneinander deutlich verschiedenen Drehzahlbereichen zu halten. In diesem Fall ist es vorteilhaft, daß sich die verschiedenen Drehzahlbereiche des Propellers voneinander so unterscheiden, daß der untere Drehzahlbereich bei etwa 65% bis 95%, vorzugsweise bei etwa 75% bis 90% des oberen Drehzahlbereiches liegt.
Wenn ein Antriebs-Verstellpropeller verwendet wird, ist das Dienstschiff mit Mitteln versehen, um die Blattsteigung des Propellers für eine gewünschte Zeit auf zwei deutlich unterschiedliche Werte einzustellen. In diesem Fall ist es vorteilhaft, daß der untere Wert der Blattsteigung des Propellers bei etwa 60% bis 95%, vorzugsweise bei etwa 70% bis 90% des höheren Wertes liegt.
Um das Montieren und Demontieren des Propellermantels zu erleichtern, umfaßt die Propellermantelbefestigungsvorrichtung vorzugsweise eine einfache mechanische Verbindung, z. B. eine Schwalbenschwanzverbindung, eine Keilverbindung, eine Flanschverbindung oder dergleichen.
Die Erfindung wird nun im folgenden mittels Beispiel und mit Bezug auf die begleitenden schematischen Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 eine elektrische Ruderpropellervorrichtung mit einem sogenannten Zugpropellermantel zeigt,
2 ein vergrößerter Querschnitt entlang der Schnittlinie II-II von 1 ist,
3 ein vergrößerter Querschnitt entlang der Schnittlinie III-III von 1 ist,
4 eine mechanische Ruderpropellervorrichtung mit einem sogenannten Schubpropellermantel zeigt,
5 ein vergrößerter Querschnitt entlang der Schnittlinie V-V von 4 ist,
6 ein vergrößerter Querschnitt entlang der Schnittlinie VI-VI von 4 ist,
7 eine herkömmliche Propellervorrichtung an dem Heck eines Schiffes ist, die mit einem Propellermantel versehen ist,
8 ein vergrößerter Querschnitt entlang der Schnittlinie VIII-VIII von 7 ist, und
9 ein vergrößerter Querschnitt entlang der Schnittlinie IX-IX von 7 ist.
Es ist beabsichtigt, das Betriebsverfahren gemäß der Erfindung in einem Dienstschiff einzusetzen, das sowohl auf dem offenen Meer als auch unter Eisbedingungen betrieben wird. Für den Betrieb auf offenem Meer ist ein Propellermantel um den Antriebs propeller des Dienstschiffes montiert, dessen Mantel entfernt wird, wenn das Dienstschiff unter Eisbedingungen betrieben wird.
Die in 1 der Zeichnungen gezeigte Ruderpropellervorrichtung enthält eine Propellerhalterung, die an den Schiffsrumpf des Dienstschiffes 13 mittels einer drehbaren Welle befestigt ist. In der 1 ist ein Schraubenpropeller mit 1, und ein Mantel mit 4 gekennzeichnet.
Um das Montieren und Demontieren des Propellermantels 4 zu erleichtern, kann die Propellermantelbefestigungsvorrichtung beispielsweise eine Schwalbenschwanzverbindung, eine Keilverbindung, eine Flanschverbindung oder dergleichen umfassen. Beispiele von geeigneten Verbindungen sind in den 2 und 3 gezeigt, in denen die Querschnittsvergrößerungen Befestigungsvorrichtungen 7 und 10 zeigen, die als Schwalbenschwanzverbindung und beziehungsweise als Keilverbindung ausgebildet sind. Diese Befestigungsvorrichtungen sind mechanisch unkompliziert aufgebaut und einfach montier- und demontierbar.
Der Antriebspropeller und die Antriebsmaschinerie müssen so ausgerichtet sein, daß sie für einen Mantelbetrieb und mantelfreien Betrieb geeignet sind.
Der in 1 gezeigte Antriebspropeller 1 ist ein Propeller mit feststehender Blattsteigung, und das Dienstschiff 13 umfaßt einen elektrischen Antriebsmotor M, der in der Propellerhalterung montiert werden kann, und einen Drehzahlreguliermechanismus RPM zum Steuern der Drehzahl des Elektromotors M um die auf den Propeller 1 übertragene Rotationsdrehzahl für eine gewünschte Zeit in zwei voneinander deutlich unterschiedlichen Drehzahlbereichen zu halten, wobei der obere Drehzahlbereich für einen Mantelbetrieb, und der untere Drehzahlbereich für einen mantelfreien Betrieb vorgesehen ist.
Die 4 zeigt einen Antriebspropeller 2 mit feststehender Blattsteigung und einen Mantel 5. In den 5 und 6 zeigen die vergrößerten Querschnitte Befestigungsvorrichtungen 8 und 11, die wie eine Schwalbenschwanzverbindung und beziehungsweise eine Keilverbindung ausgebildet sind. Das in 4 gezeigte Dienstschiff 13 umfaßt einen Hauptantriebsmotor (nicht gezeigt), der in dem Schiffsrumpf des Schiffes montiert ist und einen mechanischen Antrieb MD, der den Antriebsmotor mit dem Propeller 2 verbindet. Der Hauptantriebsmotor arbeitet mit einer konstanten Drehzahl und Leistung und kann beispielsweise ein Dieselmotor sein. Der mechanische Antrieb MD enthält ein Getriebesystem GS, das die die auf den Propeller 2 übertragene Drehzahl für eine gewünschte Zeit in zwei voneinander deutlich unterschiedlichen Drehzahlbereichen hält, wobei der höhere Drehzahlbereich für einen Mantelbetrieb und der untere Drehzahlbereich für einen mantelfreien Betrieb vorgesehen ist.
Das in 7 gezeigte Dienstschiff 13 umfaßt einen Antriebsmotor (nicht gezeigt), der in den Schiffsrumpf montiert ist und eine Propellerwelle (nicht gezeigt), die den Antriebsmotor mit einem Antriebs-Verstellpropeller 3 verbindet. Der Propeller ist mit einem Mantel 6 versehen. In den 8 und 9 zeigen die vergrößerten Querschnitte Befestigungsvorrichtungen 9 und 12, die als Schwalbenschwanzverbindung und beziehungsweise als Flanschverbindung ausgebildet sind.
Wenn ein Antriebs-Verstellpropeller verwendet wird, wird die Blattsteigung des Propellers an einen höheren Wert für einen Mantelbetrieb und an einen niedrigeren Wert für einen mantelfreien Betrieb angepaßt. Dementsprechend muß der Propeller 3 mit Mitteln AP zum Einstellen der Blattsteigung versehen sein.
Verschiedene Betriebsanordnungen wurden oben in Kombination mit speziellen Propellervorrichtungen diskutiert. Es ist jedoch klar, daß gleichwirkende Anordnungen ausgetauscht werden können, beispielsweise ein Verstellpropeller kann mit einem elektrischen Antriebsmotor verwendet werden, anstatt die auf den Propeller übertragene Rotationsdrehzahl zu verändern u. s. w..
Die Zeichnungen und die darauf bezogene Beschreibung beabsichtigen lediglich die Grundidee der Erfindung klarzustellen. Das Betriebsverfahren und das Dienstschiff gemäß der Erfindung können gemäß den beigehefteten Ansprüchen variieren.

Claims

Betriebsverfahren eines Dienstschiffes, welches für die Fahrt auf offenem Meer und im Eis bestimmt ist und das mit einer Antriebspropellereinrichtung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß für einen eisfreien Navigationszeitraum ein Propellermantel an der Antriebspropellereinrichtung montiert ist, wobei wiederum bei erneutem Navigationszeitraum unter Eisbedingungen der Propellermantel entfernt wird, und daß die Leistungsaufnahme des Antriebspropellers während des Mantelbetriebes und des mantelfreien Betriebes konstant gehalten wird.
Betriebsverfahren gemäß Anspruch 1, in dem ein Propeller mit feststehender Blattsteigung als Antriebspropeller verwendet wird, wobei die Leistungsaufnahme des Propellers konstant gehalten wird durch das Setzen der normalen Drehzahl des Propellers auf einen bestimmten nominellen Wert, wenn der Propellermantel verwendet wird, und durch das Setzen der normalen Drehzahl des Propellers auf einen Wert, der um mindestens 5% kleiner als der besagte nominelle Wert ist, wenn der Propellermantel entfernt ist.
Betriebsverfahren gemäß Anspruch 2, wobei die normale Drehzahl auf einen Wert gesetzt wird, der um mindestens 10% kleiner als der besagte nominelle Wert ist, wenn der Propellermantel entfernt ist.
Betriebsverfahren gemäß Anspruch 1, in dem ein Verstellpropeller als Antriebspropeller verwendet wird, wobei die Leistungsaufnahme des Propellers konstant gehalten wird durch die Einstellung der Blattsteigung des Propellers auf einen bestimmten nominellen Wert, wenn der Propellermantel verwendet wird, und durch die Einstellung der Blattsteigung des Propellers auf einen Wert, der um mindestens 7% kleiner als der besagte nominelle Wert ist, wenn der Propellermantel entfernt ist.
Betriebsverfahren gemäß Anspruch 4, wobei die Blattsteigung des Propellers auf einen Wert gesetzt wird, der um mindestens 10% kleiner als der besagte nominelle Wert ist, wenn der Propellermantel entfernt ist.
Dienstschiff zur Anwendung des Betriebsverfahrens gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5, welches Schiff (13) für die Fahrt auf offenem Meer und im Eis bestimmt und mit einer Antriebspropellereinrichtung (1, 2, 3) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Dienstschiff (13) Befestigungsvorrichtungen (7, 8, 9, 10, 11, 12) umfaßt, die zur Montage und Demontage eines Propellermantels (4, 5, 6) um die Antriebspropellereinrichtung (1, 2, 3) geeignet sind, und daß das Dienstschiff (13) des weiteren Mittel (M, RPM, DM, GS, AP) zum Konstanthalten der Leistungsaufnahme des Antriebspropellers für eine gewünschte Zeit umfaßt.
Dienstschiff gemäß Anspruch 6, wobei das Dienstschiff (13) Mittel (M, RPM, MD, GS) umfaßt, um die auf den Antriebspropeller (1, 2) übertragene Drehzahl in zwei voneinander deutlich verschiedenen Drehzahlbereichen zu halten.
Dienstschiff gemäß Anspruch 7, wobei sich die verschiedenen Drehzahlbereiche derart voneinander unterscheiden, daß der untere Drehzahlbereich in etwa bei 65% bis 95% des oberen Drehzahlbereiches liegt.
Dienstschiff gemäß Anspruch 7, wobei der untere Drehzahlbereich in etwa bei 75% bis 90% des oberen Drehzahlbereiches liegt.
Dienstschiff gemäß Anspruch 6, wobei das Dienstschiff (13) Mittel (AP) umfaßt, um die Blattsteigung des Antriebspropellers (3) für eine gewünschte Zeit auf zwei deutlich verschiedene Werte einzustellen.
Dienstschiff gemäß Anspruch 10, wobei der untere Wert der Blattsteigung des Antriebspropellers bei etwa 60% bis 95% des höheren Wertes liegt.
Dienstschiff gemäß Anspruch 11, wobei der untere Wert der Blattsteigung des Antriebspropellers bei 70% bis 90% des höheren Wertes liegt.
Dienstschiff gemäß Anspruch 7, wobei die Befestigungsvorrichtung (7, 8, 9, 10, 11, 12) des Propellermantels (4, 5, 6) eine einfache mechanische Verbindung umfaßt, z. B. eine Schwalbenschwanzverbindung, eine Keilverbindung, eine Flanschverbindung.