DE2019219A1

DE2019219A1 - Schiffsheck mit Doppelschraubenantrieb

Info

Publication number: DE2019219A1
Application number: DE19702019219
Authority: DE
Inventors: Mladen Dipl-Ing Klasic
Original assignee: ULJANIK BRODOGRADILISTE I TVOR
Current assignee: ULJANIK BRODOGRADILISTE I TVOR
Priority date: 1969-04-21
Filing date: 1970-04-21
Publication date: 1971-11-04
Also published as: NO132307B; ES378670A1; NL7005726A; NO132307C; PL80604B1; US3680513A

Description

Schiff she eic mit Doppelschraubenantrieb

Die Erfindung betrifft ein Schiffsheck mit Doppelschraubenantrieb, vorteilhafterweise für Schiffe mit mehr als 200 000 t Eeergewieht. ' ■

Es sind Schiffe mit Einzelschrauben- und Doppelschraubenantrieb bekannt. Vergleichende Untersuchungen beider Antriebsarten bet Anwendung auf große Schiffe in natürlicher Größe gestatten die folgenden, bereits bekannten Feststellungen: bei Anwendung aufi Schiffe von etwa 100 000 t Leergewicht ist der Doppelschraubenantrieb weniger geeignet als der Einzelschraubenantrieb. Bei Ah Wendung auf Schiffe über 200 000 t Leergewicht ist anzunehmen,; daß beide Antriebsarten gleichwertig sind, sofern die Schrauben drehzahl ",, des Doppeischrauben-Schif f es mit der zähl des Einzelschrauben-Schiffes überBinstimmt.

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IMSPECTED

Schiffe dieser Größe sind mit Antriebsmaschinen mit einer Leistung von 30 OOO bis 35 000 PS und 80 "bis 90 TJ/min. ausgerüstet. Unter diesen Bedingungen ist zu erwarten, daß "bei Schiffen mit mehr als 300 000 t Leergewicht der Doppelschraubenantrieb gegenüber dem Einzelschraubenantrieb vorteilhaft ist.

Es sind verschiedene Versuche zur Peststellung der günstigsten hydrodynamischen Form eines üoppelschraubennSchiffes unternommen worden.

Die U.S.-Patentschrift 1 119 041 zeigt einschraubengetriebenes Schiff normaler Form, das an der Längsseite mit zumindest einem unter Wasser liegenden, ausgebauchten Vorsprung versehen ist, der die Schraubenachse umgibt und möglicherweise eine zusätzliche, schraubenförmig angeordnete Führungsvorrichtung trägt, über den größeren !Teil ihrer Länge sind die Vorsprünge von dem überhängenden Heckkörper dadurch getrennt, daß sie derart gebogen sind, daß sie über den größeren Bereich ihrer Länge vollständig freiliegen, und daß sie eine solche Form besitzen, daß sie eine gleichmäßige Verteilung des Schraubennachstromes um die Schraubenachse herum bewirken. Dies war das Häuptziel dieser Erfindung. Die Beschreibung gibt die Aufgabe des durch die VorSprünge gebildeten Tunnels und seine Abmessungen nicht an.

Die französische Patentschrift 1 562 589 schlägt vor, die "Form des Schiffrumpfes so auszubilden, daß der Heckbereich mit zwei tropfenährilichen VorSprüngen versehen ist, die groß genug sind," die Antriebsmaschinen darin unterzubringen. Die obere Oberfläche des lunnels zwischen den beiden Vor Sprüngen ist praktisch flach'. Diese Lösung entspricht zwar dem Zweck, die Doppelschrauben-Antriebsaggrega#e unterzubringen und eine Verlängerung des Maschinenraumes zu vermeiden, je doe h wer den. öle hydrodynamischen Zielsetzungen¹ vollständig: vernachlässigt. Hydrodynaiais'che untersuchungen zeigten außerordentlich nachteilige Ergebnisse und seaioeeen einen eventuellem praiitlisctten Gebrauch

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Schiffes aus.

Eine weitere ähnliche Ausführungsform wurde in japanischen Werften geprüft. Sie zeigt einen !Tunnel zwischen zwei, großen Vorsprängen, der niedriger ist und unter einem kleinen Winkel sehr weit zur Mitte des Schiffes verlauft und durch seine lange Schräge eine beträchtliche Verkleinerung des verfügbaren Laderaumes bewirkt.

Die britische Patentschrift 290 894 zielt darauf ab, die hydrodynamischen Eigenschaften des Schiffes durch eine geeignete Form des Schiffes zu verbessern. Diese Patentschrift schlägt eine Schiffsform in Verbindung mit einer Schraubenanordnung vor, bei der der hintere Bereich des Rumpfes .zunehmend...! in Längsrichtung unterteilt ist, so daß ein zentraler Längskanal und zwei Rurapfendbereiche gebildet werden, die je in einem Achtersteven enden, in dem die Schraube auf jeder Seite des Rumpfbereiches . am hinteren Ende angeordnet ist. Zusätzliche Schrauben können auf der Mittellinie jedes Rumpfbereiches am hinteren Ende und/ oder auf jeder Seite jedes Rumpfbereiches vor der hinteren Schraube angebracht werden, sofern eine geeignete Anordnung des Maschinenraumes und des Wellenantriebes möglich ist. Eine solche Konstruktion stellt eine bestimmte Kombination von zwei Doppelschrauben-Schiffen in Richtung ihrer Längsachsen dar. In diesem Falle braucht das Schiff mehr als zwei Schrauben, die nicht in der Achse der tropfenförmigen Vorsprünge angeordnet sind, die in einigen, bereits erwähnten, bekannten Ausführungsformen vorgesehen sind*und die Ausbildung der Außenabschnitte solcher Schiffe wechselt nach und nach von der normalen konvexen Form, zu einer ausgeprägt konkaven Form in Richtung des Achterstevens.

Schließlich ist in der britischen Patentschrift 727 von 1912 eine Ausführungsform eines Schiffes gezeigt, bei der der untere Bereich mit einem oder mehreren abgeflachten Abschnitten oder Aussparungen versehen ist, die so gekrümmt oder ausgebildet sind, daß sie den Strömungelinien entsprechen und sich in Rich-

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tung der Schraubenbalterungen erheben. Die Ausbildung dieser Aussparungen oder Tunnel unterscheidet sich wesentlich von den bereits beschriebenen AusfUhrungsformen, die sich auch auf die Ausbildung des Außenbereiches beziehen.

Die bekannten Veröffentlichungen beziehen sich nicht auf eine klare Festlegung der gegenseitigen !Beziehungen des Sunnes und der tropfenförmigen Vorsprünge einerseits und auf die Ausbildung

des Außenbereiches des Schiffes, die in engem Zusammenhang mit den ersten beiden Merkmalen steht andererseits. Der Hauptnachteil aller bekannten Ausführungsformen von Doppelsehrauben- | oder Mehrschrauben-Schiffen liegt darin, daß Schiffe dieser Art nicht dieselbe Geschwindigkeit, wie Einzelschrauben-Schiffe mit Antriebsmaschinen gleicher Leistung erreichen können, ganz abgesehen davon, daß die anfänglichen Investitionen für einen Doppelschraubenantrieb wesentlich höher liegen. Der zweite Nachteil der bekannten, klassischen DoppelSchrauben-Ausführungen liegt darin, daß ein längerer Maschinenraum als im Normalfall bei Verwendung eines Einzelschrauben-Antriebs mit einer Maschine gleicher leistung erforderlich ist. Das bedeutet einen erheblichen Verlust an verfügbarem Laderaum, schlechtere Aus- nutzung der Leistung und höhere Anforderungen an die Festigkeit dee Schiffsrumpfes. Diese Nachteile stellten sich insbesondere

»bei Catamaran-Ausführungen heraus, d.h. bei Ausführungen mit einem ausgeprägten Doppelkörper und einem tiefen Zwischentunnel, bei dem die Antriebseigenschaften besonders schlecht waren.

Die Erfindung bezweckt, die Nachteile der bekannten Ausführungsformen zu vermeiden und durch geeignete Anordnung des Doppelschrauben-Antriebes die Vorteile dieser Antriebsart auszunutzen, d.h. die Sicherheit des Antriebe, bessere Manövrierfähig- ! keit dee Schiffes, bessere Kursstabilität und Verringerung der Yersicherungekosten.

Das zu lösende Problem beruht also darin, daß bei Verwendung 6inefi Doppelschrauben-Antriebee der Maschinenraum auf gleicher

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oder kürzerer länge, wie bei einem Einzelschrauben-Antrieb gehalten werden soll, und daß der Schiffsrumpf, besonders das Heck, eine hydrodynamisch günstige Form erhalten und das Schiff zumindest die gleiche Geschwindigkeit, wie einEinzelschrauben-Schiff erreichen soll.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein mit Doppelschrauben-Antrieb versehenes Schiffsheck gelöst, das sich dadurch auszeichnet, daß zur Erreichung einer gleichen oder kürzeren Länge des Maschinenraumes und zur Ermöglichung zumindest der . gleichen Geschwindigkeit, wie mit einem Einzelschrauben-Antrieb die untere Seite des Schiffes in einem Bereich von maximal 15$ der Gesamtlänge, vom Heck in Richtung Schiffsmitte an gerechnet, als ein niedriger lunnel ausgebildet ist, der symmetrisch auf beiden Seiten in tropfenförmige Ausbuchtungen übergeht, die entlang der Richtung der Antriebswellen!inie vorgesehen sind, wobei diese Ausbuchtungen von den Schrauben ausgehen und in Richtung .mittschiff zusammen mit dem lunnel in den. Bilgen-Radi'us auslauf en und die gedachte Erzeugende., umschließen, die die Schnittpunkte der verlängerten Seiten- und Grundlinien des Grundquerschnittes des Schiffes verbindet, der von einem echten U-förmigen Querschnitt in der Mitte des Schiffes nach und nach zu trapezförmigen Querschnitten mit nach oben divergierenden Seiten und am Ende des Hecks zu der 7-2?orm angenäherten Querschnitten übergeht, wodurch die inneren und äußeren Schnittpunkte der Ausbuchtungsquerschnitte mit den Grundquerschnitten · entlang Linien verkaufen,die .schaffe. Kanten .oder .abgerundete"Ean-" ten mit.geeignetemrR^dius bilden, wobei die vordere Irennwand des Jfesdiiiienraumes in der Nähe des !Cunnelendes angeordnet ist.

Die hinteren Endflächen der Ausbuchtungen verlaufen schräg nach oben und nach innen in Richtung der Symmetrie-Ebene des Schiffes und reichen vom Austritt der Wellen «achse'hinauf bis zu den Schnittpunkten der Linien, die die äußeren und inneren Schnittpunkte des Attsbauchungs-Querschnittes mit dem Grundquerschnitt darstellen, mit der gedacht en 33rzeugenden, die durch die

Schnittpunkte der verlängerten Seiten- und Grundlinien vom anfangs rechtwinkligen Querschnitt Ms zum Endquerschnitt ge-"bildet wird.

Bei einem Schiff von mehr als 200 000 t Leergewicht beträgt die Länge des Tunnels maximal 10 bis 15$ der gesamten Schiffslänge, vom Anfang der Ausbuchtungen bis zu der Stelle gerechnet, an der der Boden des Tunnels die Ebene des Schiffsbodens berührt. Die Steigung des Tunnels beträgt maximal zwischen 10 und 15°., - -. vordere Trennwand des Maschinenraumes ist in der Nähe des Tunnelendes und unmittelbar neben der Mitte des Sektors zwischen dem zweiten und dritten rechtwinkligen Querschnitt angeordnet. (II bzw.. III). Die Schrauben des Schiffes drehen sich immer nach innen in Richtung des Tunnels.

Im folgenden werden beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert:

Pig. 1 zeigt einen Längsschnitt des Schiffshecks entlang der Symmetrie-Ebene E-E aus !B¹ ig. 2;

Pig. 2 ist eine Ansicht einer Hälfte des Schiffshecks in Richtung des Pfeiles A aus Pig« 1 mit ©ingezeichneten charakteristischen Querschnitten;

Pig· 3 ist eine Ansicht auf das Schiffshecks in Richtung des Pfeiles B aus Pig. 1, d.h. von unten;

Pig. 4 ist ein Querschnitt durch eine Hälfte des Maschinenraumes des Schiffes. .

In den Pig. 1 bis 4 wird mit 1 der Heckbereich des Schiffes bezeichnet, der durch die vordere Trennwand 5 des Maschinenraumes, von dem Laderaum 2 abgetrennt ist. Der untere Bereich des Schiffes zeigt tropfenförmige Ausbuchtungen 4, die über sich verjüngende Abschnitte in den Endbereich auslaufen, an dem eine Schraube 5 mit einer Nabe 6 vorgesehen 1st. Das Schiffsruder T wird von einer Ruder halterung 9 getragen. Mit 8 ist die Hauptmaschine bezeichnet, dieJ.im'~limßnxa\xä[._2A^Qls Ausbuchtung 4 untergebracht

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ist. Der vordere Teil 10a des Tunnels zwischen den beiden tropfenförmigen Ausbuchtungen 4 ist tiefer als der mit 10b bezeichnete Endbereich des Tunnels. Das Deck des Schiffes ist mit dem Bezugszeichen ρ versehen.

Die rechtwinklig zu der Längsmittellinie des Schiffes stehende Ausgangsebene, die durch die-Ruderhalterung verlauft, ist mit den Bezugszeichen o-o bezeichnet. Es ist bekannt, daß bei der Abmessung eines Schiffes dieser Querschnitt die Bezugsebene darstellt, von der die Bemessung anderer Querschnitte bis zum Bug hin ausgeht. In den Pig. 1 und 3 sind die ersten drei Querschnitte■I-I, II-II, III-III gezeigt, die auch in Fig. 2 dargestellt sind. Die Rückseite des Schiffes endet in einem flachen Bereich z-z, der im allgemeinen bei der Beschreibung von Schiffsteilen als Heckwand bezeichnet wird. Die Achse der Hauptmaschine verläuft entlang der vollen Länge-der Ausbuchtung 4 in der durch m gekennzeichneten Richtung.

Der niedrige Tunnel 10a, 10b unterteilt den Boden des Schiffshecks in symmetrische, tropfenförmige Ausbuchtungen 4 ₁ die um die Achse m herum ausgebildet sind und strömungsmäßig bei den Schrauben 5 enden. Der Grund quer schnitt des Schiffes, der bei dem Querschnitt XII-III'die Form eines offenen U zeigt, wechseit bei dem Querschnitt II-II zu einem auf geeignete Weise ver-* engten Querschnitt mit der Form eines umgekehrten Trapezes mit nach oben divergierenden Seiten und bei den Querschnitten I-I und o-o zu einem V-förmigen Querschnitt, wobei die Linien der Seiten und die Linien des Bodens gerade oder leicht gekrümmt verlaufen. -. ·

Die gedachten Schnittpunkte der Seiten- und Bodenlinien bzw. die gedachte Linie, die die Schnittpunkte der verlängerten Seiten- und Bodenlinien der Grundquerschnitte des Schiffes verbindet, wird als Erzeugende g bezeichnet. Die tropfenförmigen Ausbuchtungen 4 werden annähernd entlang der Linie dieser Er-

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zeugenden auf solche Art ausgebildet, daS die Hauptrahmen durch die tropfenförmigen Ausbuchtungen ergänzt werden und in Richtung des Schiffsheekes mit abnehmenden Querschnitten verlaufen.

Die äußeren und inneren Schnittpunkte der Grund querschnitte der Ausbuchtungen mit den Grundquerschnitten des Schiffshecks sind durch die Linien k.. und kp gekennzeichnet, wobei diese Schnittlinien als scharfe Kanten oder als abgerundete Kanten mit geeignetem Radius ausgeführt sind.

Die Rückseite b der Ausbuchtungen 4 verläuft schräg nach oben und nach innen in Richtung der Symmetrie-Ebene des Schiffes und reicht vom Ausgang der Antriebswellenlinie bis zum Schnittpunkt der Linien k.., kp mit der Erzeugenden g in ihrer Verlängerung in Richtung der Schnittpunkt? der verlängerten Seiten- und Bodenlinien des rechtwinkligen Ausgangsquerschnittes o-o und des senkrechten Heckquerschnittes z-z.

Der Bogen des zwischen den beiden Ausbuchtungen 4 gebildeten Tunnels ändert seine Form auf die Art, daß er - wenn man von dem Rund querschnitt des Schiffes ausgeht - von der anfangs waagerechten Linie in schräge Linien übergeht, die eine Kante bilden, die mit der Symmetrie-Ebene E-E zusammenfällt, wobei diese Kante unterhalb der Höhe der Linie k₂ der inneren Schnittpunkte der Grundquerschnitte der Ausbuchtungen und des Schiffshecks liegt, während die Querschnitte o-o und z-z nach und nach eine echte Y-iOrm annehmen.

Die Kante entlang der Erzeugenden g wird hinter der tropfenförmigen Ausbuchtung langsam zunehmend stumpf, aber es besteht kein Grund, sie nicht auch abgerundet auszubilden. Diese Kante kann auch der Ausgangspunkt für die Ausgangsfläche des Ruders sein, sofern zwei Ruder verwendet werden.

Das Hauptmerkmal des erfindungsgemäßen Schiffshecks liegt darin, daß sowohl die Ausbuchtungen als auch der Tunnel zwischen ihnen

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nach und nach und schließlich ganz in Richtung zur Schiffsmitte verschwinden. Dadurch ist die Höhe des Tunnels bei seinem
Ausgang in Richtung auf das Ruder zu so gering als möglich in bezug auf den geringen Schraubenabstand gegenüber dem Rumpf. Die Steigung des Tunnels ist verhältnismäßig gering. Ihr Maximum beträgt für entsprechend der Erfindung ausgebildete Schiffe
10 bis 15°,während die Länge des Tunnels maximal 10 bis 15$
der Gesamtlänge des Schiffes, vom Ende der Ausbuchtungen bis zum Punkt des Verschwindens des Tunnels, d.h. wo der Boden des Tunnels den Boden des Schiffes berührt, ausmacht.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Ausbildung des Schiffshecks im Vergleich zu herkömmlichen oder Oatamaran-Ausführungsformen eines Schiff she cits' sind beträchtlich.

Aufgrund des weichen Verlaufes der Strömungslinien entlang des Profiles der Grundquerschnitte und wegen des niedrigen Tunnels bewirkt das erfindungsgemäße Schiff trotz der teilweise komplizierteren Rahmenform keinen erhöhten Widerstand, der sogar bei guten herkönnliden.Pormen von Doppelschrauben-Schiffen auftritt.

Die aisgsjirägttropfe'nförmigen Ausbuchtungen leiten einen beträchtlichen Teil des durch die Form des Schiffes verursachten Viasserstromes in Richtung der Schrauben. Dadurch ergibt sich eine
bessere Wirkung des Rumpfes auf den Antrieb des Schiffes, als jemals bei herkömmlichen Ausführungsformen von Doppelschrauben-Schiffen erreicht wurde. Die Drehung der Schrauben 5 ist immer in Richtung des Tunnels gerichtet.

Die Ausführung der Ausbuchtungen und des niedrigen Tunnels führen auch zu einer starken Rotation des Wasserstromes zu den
Schrauben hin, wodurch die Antriebs-Effektivität des Schiffes in größerem Maße erhöht wird, als es je bei herkömmlichen Ausführung sf ormen erreicht worden ist.

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Da der Bodentereich der Ausbuchtungen verhältnismäßig niedrig liegt, gestattet auch die Ausführungsform mit den im Heck angeordneten Maschinen dieselbe relative Stellung der Maschine wie bei Einschrauben-Ausführungsformen. Es ist offensichtlich, daß eine solche Stellung der Maschinen einen kürzeren Maschinenraum möglich macht als die herkömmlichen Doppelschrauben-Ausführungen, und sogar einen noch kürzeren, als die gewöhnlichen Einschrauben-Ausführungsformen. Das trägt wesentlich zur Vergrößerung des verfügbaren Laderaumes 2 und zur Verbesserung der Abmessungen des Schiffes bei. All diese Vorteile wirken darauf hin, daß selbst relativ kleinere Schiffe mit geringerem Leergewicht eine bessere Antriebs-Effektivität, selbst bei geaingfügig erhöhten Schraubendrehzahlen, besitzen.

Die. Erfindung ist nicht auf Schiffe beschränkt, die mit Kolben-Verbrennung smaschinen ausgerüstet sind, sondern ist auch auf Schiffe mit ,Turbinenantriebseinheiten anwendbar.

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Claims

Pa t e nt a ns ρ r ü c h e

1, Scbiffsheck mit Doppelschraub en -Ant rieb und KoIben-Brennkraftmasehinen oder Turbihen-Antriebseinheiteny dadurch gekennzeichnet, daß der Schiffsboden im Bereich von maximal 15$ der Gesamtlänge, vom Heck in Richtung Schiffsmitte aus gerechnet, als ein niedriger Tunnel (10a,1Ob) ausgebildet ist, der sjnnraetrisch auf beiden Seiten in tropfenförmige Ausbuchtungen (4) übergeht, die entlang der Achse m der Welle der Maschinen (8) angeordnet sind, wobei die Ausbuchtungen bei den Schrauben der Maschinen beginnen und im Bilgenradius in Richtung des Mit-^uliiffs zusammen mit dem Tunnel enden und die Erzeugende g umgeben, die die Schnittpunkte der verlängerten Seiten- und Bodenlinien der Grundquerschnitte des Schiffes verbindet, die vom echten U-formigen Querschnitt in der Schiffsmitte sich sum umgekehrt trapezförmigen Querschnitt mit nach oben divergierenden Seiten und im hinteren Bereich des Hecks zum angenäherten V-Querschnitt verengen, wobei die inneren und äußeren Schnittpunkte der Ausbuchtungsquerschnitte mit den Grundquerschnitten entlang der linien (k.., kp) verlaufen, die als scharfe Kanten oder als abgerundete Kanten mit geeignetem Radius ausgebildet sind, und daß die vordere Trennwand (3) des Maschinenraumes in der Nähe des Tunnelendes angeordnet ist.

2. Schiffsheck nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden b der Ausbuchtungen (4) schräg nach oben und nach innen in Richtung der Symmetrie-Ebene des Schiffes verlaufen und vom Ausgang der Velle der Maschine (8) bis hinauf zu den Schnittpunkten der Linien (k.. ,k«) mit der Erzeugenden (g), die in Richtung der Schnittpunkte der verlängerten Seiten^- und Bodenlinien de^-s rechtwinkligen Äusgangsquerschnittes o-o

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und des Heclcquerschnittes z-z verlängert ißt, reichen.

Schiffsheck nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Tunnels (10a,1Ob) eines Schiffes mit mehr als 200 000 t Leergewicht . . 10 Ms 15% der Gesamtlänge des Schiffes, gerechnet vom Anfang der Ausbuchtungen (4) big zu der Stelle, an der der Boden des Tunnels in die Bodenebene des Schiffes übergeht, beträgt.

Schiffsheck nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung des Tunnels bei einem Schiff mit mehr als 200 000 t Leergewicht zwischen 10 und 15° beträgt.

Schiffsheck nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Schiff von über 200 000 t Leergewicht die vordere Trennwand (3) des Maschinenraumes in der Nähe des Endes dee Tunnels (10a,1Ob) und in unmittelbarer Nähe der Mitte des Bereiches zwischen dem trapezförmigen Querschnitt (II,II) und dem U-förmigen Querschnitt (III,III) vorgesehen ist.

6. Schiffsheck nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Schiff sschrauben( 5) immer nach inneji JLn Richtung des Tunnels(10a,10b) drehen. "/

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