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Leitkanal-Schraubenpropeller-Antrieb für Wasserfahrzeuge v- e Erfindung
bezieht sich nuf einen Leitkanal-Schraubenpropeller-Antrieb für Wasserfnhrzeuge,
bestehend aus der Ivombi-@ tion eines Leitkanals und einem Schraubenpropeller.
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Ein derartiger Leitkanal-Schraubenpropeller -Antrieb dient als Vortriebseinrichtung
für Wasserfahrzeuge. Die Kombination aus dem Leitkanal,und dem Schraubenpropeller
wird auch Düsen-Schraubenpropeller-Antrieb (Kort) genannt. Es ist in Fachkreisen
bekannt, daß ein derartiger Leitkanal-Schraubenpropeller-Antrieb sich für Schiffe
eignet, die eine verhiltnismäßig geringe Fahrgeschwindigkeit trotz großer Antriebskräfte
der Haupt-Antriebsmaschine haben, wie z.B. Schleppdampfer, dänische Fischdampfer
oder große Tanker , deren Schraubenpropeller unter sogenannten übermäßigen Belastungsbedingungen
arbeiten , und viel zur Verbesserung des Antriebs-Wirkungsgrades beiträgt.
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j der Schraubenpropreller großer Tanker unter sogenannten Schwerlastbedingungen
arbeitet, ähnlich wie auch Schleppdampfer und dgl., Icnnn der erreichbare Vorteil
bei Verwendung des Leitkanal-Schraubenpropeller-Antriebes vorausgesehen werden.
Die Ergebnisse von Wasserkanalversuchen, die diese Tatsache bestätigen, sind bereits
veröffentlicht worden.
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lr,l Falle großer Tanlcer ist jedoch eine Entwicklung besonderer Techniken
erforderlich, um besondere Probleme zu lösen, beispielsweise das Problem der genauen
Bestimmung der Schraubbenblattsteigung, um die Drehzahl des Schraubenpropellers
in einen zulässigen Bereich zu bringen, das Problem der Bmchfestigkeit und der Baufestigkeit
gegen Schwingungen, d die bemessungen des Leitkanales eine ungeheure Steigerung
erforderlich machen, und das Problem des Arbeitens unter Betriebsbedingungen im
hinblick auf das Kopfspiel zwischen der inneren Oberfläche des Leitkanales und den
Blattspitzen des Schraubenpropellers. Neuerdings aber sind diese Probleme st geklart
worden und es sind bereits eine große ,^.nzahl von Ausführungsformen veröffentlicht
worden, Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Verbesserung eines solchen
Leitkanal-Schraubenpropeller-Antriebes.
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Bei bekannten Leitkanal-Schraubenpropeller-Antrieben ist der Leitkanal
am Heck des Schiffskörpers angeordnet und mit im wesentlichen zylindrischen Abmessungen
ausgebildet, Sein Querschnitt hat ein geeignetes Tragflügelprofil, so daß der Leitkanal
selbst Vortriebskräfte erzeugen kann. Der Schraubenpropeller ist etwas kleiner im
Durchmesser als der innere Durchmesser des Leitkanals und ist in einer im wesentlichen
mittleren Position in Längsrichtung innerhalb des Leitkanales angeordnet.
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Der Vorteil, der durch die Anwendung eines derartigen Leitkanal-Schraubenpropeller-Antriebes
erreicht werden kann, z.D. die Verbesserung des Geschwindigkeitsverhaltens eines
Schiffes mit einem Schwerlast-Schr.aubenpropeller, ist genügend nachgewiesen durch
die tatsächliche Anwendung bei Schiffen, die sich iiber viele Jahre erstreckte,und
ist auch bei Fachleuten anerkannt.
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ndererseits aber ruft ein derartiger Schwerlast-Schraubenpropeller
Propeller- Kavitation hervor, d.h. ernsthafte Abnutzungserscheinungen treten vielfach
an der inneren Oberfläche des Leitkanales auf, besonders in deren oberer Hälfte,
was auf K avitation zurückzuführen ist, die an der Oberfläche der Flügelblätter
des Schrnubenpropellers erzeugt wird, und auf schraubenförmige Kopfwirbel, die von
den Blattspitzen erzeugt werden und n.ch rückwärts fließen.
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Die Stelle, an der die Kavitations-Erosion bewirkt wird, ist normalerweise
leicht stromab der Stelle gelegen, welcher die Blattspitzen der Flügel des Schraubenpropellers
gegenüberliegen, wie es sich beivielen Ausführungsformen gezeigt hat.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die avitations-Erosion an
der inneren Oberfläche des Leitkanales zu verbindern und außerdem eine Verminderung
der Abmessungen und des Gewichtes des Leitkanales zu ermöglichen, wobei die Schwierigkeiten
in Verbindung mit dem Kopfspiel der Blattspitzen zwischen der inneren Oberfläche
des Leitkanales und den Blattspitzen des Schraubenpropellers vermieden werden sollen.
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Zur Lösung dicser rufgabe sieht die Erfindung vor, daß die Befestigungsposition
des Leitkanales in Hinblick auf den Schraubenpropeller an die hintere. Endkante
des .usganges des Leitkanales anpaßt wird, welche in der Nähe
der
Blattspitzen der Flügel der Schraubenpropeller nngeordnet ist.
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Die vorliegende Erfindung ist das Ergebnis einer großen Anzahl unterschiedlicher
detaillierter Wasserkanalversuche und Probefahrtuntersuchungen an tatsächlichen
Schiffsausführungen.
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Bei Betrachtung großer Tanker, die kürzlich in zwei verschiedenen
Ausführungsformen gebaut worden sind, d.h. die Schiffskörper der beiden Tanker sind
gleich, aber der eine (£.) hat einen Schraubenpropeller ohne Leitkanal und der andere
(B) hat einen Schraubenpropeller mit einem Leitkannl der herkömmlichen Art, hat
es sich gezeigt, daß die Verbesserung des Geschwindigkeitsverhaltens mittels des
Schraubenpropellers hauptsächlich von der Verbesserung des Schiffskörper-Wirkungsgrades
abhängt, und insbesondere vom Anwachsen des wirksamen Abstrom-Faktors. Aus dieser
Tatsache konnte man entnehmen, daß der brauchbarste rückwärtige Leitkanal-Schraubenpropeller-Antrieb
naturgemäß verschieden ist von demjenigen, welcher der geeignetste unter den bisher
bekannten Einheits-Leitkanal-Schraubenpropeller-Antrieben ist. D.h. zur Velrbesserung
des genannten Schiffskörper-lfirkungsgrades trägt der Teil des Leitkanales bei,
der vor dem Schraubenpropeller in Längsrichtung des Leitkanales angeordnet ist,
wohingegen der Teil des Leitkanales, der hinter dem Schraubenpropeller angeordnet
ist, nur wenig zur Verbesserung der Geschwindigkeit beiträgt.
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Die vorliegende Erfindung hat gezeigt, dnß der erfindungsgemäße Leitkanal-Schraubenpropeller-Antrieb
im wesentlichen gleich ist in der Geschwindigkeitsausbildung zum Leitkanal-Schraubenpropeller-Antrieb
des bisher bekannten Types. Dies hat sich im Umfang des praktischen Gebrauches nacli.
einer Reihe von Wasserkanal-Versuchen gezeigt, die unter Variation der Länge des
Leitkanales (das Verhältnis zum Durchmesser des Schraubenpropellers) und der relativen
Lage zwischen den Blattspitzen des Schraubenpropellers und der hinteren Endkante
des Ausganges des Leitkanales und dgl. durchgeführt worden sind.
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Wie es aus den vorstehenden Ausführungen zur Erfindung @ervorgeht,
ist in dem Teil kein Gleitkanal angeordnet, in welchem die Erzeugung von ernsthafter
Kavitations-Erosion 1>ekannt geworden ist. Eine wirksame ünd wirtschaftliche
Pr.aventivmaßnahme dagegen war.im Falle des Leitkanal-Schraubenpropeller-Antriebes
der konventionellen Art erforderlich, so daß es insgesamt nicht mehr notwendig ist,
die Erosion, die auf die #avitation an der inneren Oberfläche des Leitkanales hervorgerufen
wird, in Betracht zu ziehen, wenn derartige Schraubenpropeller entwickelt werden.
Folglich ist eine Ausbildung des Schraubenpropellers möglich, die hcutpsächlich
auf die Geschwindigkeitsausbildung hin ausgelegt ist, selbst wenn der hintere Rand
des ~Ausganges des Leitkanales leicht axial versetzt von den Blattspitzen des Schraubenpropellers
anordnet lmrde, würde sich keine negative Wirkung auf die Geschwindigkeitsausbildung
und auf die vorbeugende Maßnahme gegen die Kavitations-Erosion zeigen , so daß die
Genauigkeit der Anordnung des Leitkanales und des Schraubenpropellers nicht so wesentlich
ist. Als Ergebnis daraus kann die bemerkenswerte Wirkung, wie beispielsweise eine
weitgehende Verminderung der Arbeiten, die für die Einstellung des Leitkanal-Schraubenpropellers
erforderlich sind, erhalten werden.
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Es ist weiterhin besonders vorteilhaft und bevorzugt in Hinblick auf
die Geschwindigkeitsausbildung, die Länge des Leitkanales (von der Stellung der
Blattspitzen des Schraubenpropellers zur vorderen Endkante des Einganges des Leitkanales)
größer zu machen als diejenige bei einem konventionellen Leitkanal innerhalb eines
möglichen Verhältnisses. auch in einem Fall, in dem es unmöglich zu sein scheint,
selbst wenn die Länge auf etwa 25 o/o des Durchmessers des Schraubenpropellers vermindert
wird, werden Vorteile dennoch ersichtlich, die eine geringfügige Verminderung der
Ge -schwindigkeitsausbildung bringen und andererseits das Gewicht des Leitkanales
und die Herstellkosten desselben im wesentlichen auf die Hälfte verringern.
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Die Erfindung ist nachfolgend anhand dreier in der Zeichnung dargestellter
Ausführungsbeispiele' beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 eine Seitenansicht in der Nähe
des Heckes des Schiffskörpers, wobei ein Leitkanal-Schraubenpropeller-Antrieb herkömmlicher
Bauart dargestellt ist, der an einen übergroßen Tanker montiert ist, Fig. 2 - 4
Seitenansichten in der Nähe des Schiffsheckes, die verschiedene Ausführungsbeispiele
entsprechend der Erfindung zeigen, wobei der Antrieb an den Tanker gemäß Fig. 1
angebaut ist und Fig. 5 ist ein Teil der Ergebnisse, die durch die Wasserkanalversuche
mit dem übergroßen Tanker erhalten worden sind und die ausgeführt worden sind, um
die Geschwindigkeitsausbildung des Leitkanal-Schraubenpropeller-Antriebes zu vergleichen.
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Die Figur 1 zeigt eine Seitenansicht des Heckes1eines Schiffskörpers,
wobei schematisch der Leitkanal-Schrauben-Propeller-Antrieb dargestellt ist, der
an einen übergroßen Tanker angebaut ist. Wie es aus der Zeichnung hervorgeht, ist
die Grundkonstruktion dieses Leitkanal-Schraubenpropeller-.(ntriebes wohl bekannt.
Der Leitkanal 2, der an das Heckldes Schiffskorpers angebaut ist, ist im wesentlichen
mit zylindrischen Abmessungen ausgebildet und hat einen Blatt querschnitt von geeignetem
Flügelprofil, so daß der Leitkanal 2 selbst auch die Funktion der Erzeugung einer
Vortriebskraft ausüben kann. Der Schraubenpropeller 3 ist etwas kleiner im Durchmesser
als der Innendurchmesser des Leitkanales 2, in welchem er in einer im wesentlichen
mittleren Position in der Längsrichtung des Leitkanales 2 angeordnet ist. Die Länge
des Leitkanales 2 ist mit L bezeichnet. Die Blattspitzen der Flügel des Schraubenpropellers
3 sind mit 3A bezeichnet . Das Steuerruder ist mit 4 bezeichnet
Die
Figuren 2 bis 4 zeigen Seitenansichten der wesentlichen Teile, wobei jeweils verschiedene
Ausführungsbeispiele dargestellt sind, die an einem übergroßen Tanker angebracht
sind. Der Einfachheit halber sind Lage und Abmessungen des Propellers 3 im Hinblick
auf das Heck 1 des Schiffskörpers und dns Steuerruder 4 alle gleich groß ausgefiihrt.
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Von den sechs Ausführungsbeispielen der Erfindung zeigt die Figur
2, wie die hintere Endkante 5 des Ausganges des Leitkanales 2P oder 2B ausgerichtet
ist und im wesentlichen den Blattspitzen 3A des Schraubenpropellers 3 in einer zur
achse des Leitkanales 2rechtwinkligen Ebene gegenübersteht Im Fall der Figur 3 ist
die hintere Endkante 5 des Leitkanales 2 leicht stromab zu den Blattenden 3A des
Schraubenpropellers 3 angeordnet. Im Falle der Figur 4 ist die hintere Endkante
5 des Ausganges des Leitkanales 2A bzw. 2B leicht stromauf der Blattspitzen 3A des
Schraubenpropellers 3 ongeordnet.
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Die Leitk.anale 2A entsprechend der Erfindung, die in den Figuren
2 - 4 in gestrichelten Linien dargestellt sind, entsprechen dem Fall, wenn deren
Abmessungen und Form gleich derjenigen des Leitk:nales 2 ist, der in der Figur 1
dargestellt ist. Dabei ist die Lage LA gleich der Länge L des Leitkanales 2 des
herkömmlichen Types, d.h. ein Standardverhältnis von 50 % zum Durchmesser des Schraubenpropellers
3 ist dabei angenommen.
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Beim Gegenstand der Erfindung könnte natürlich die Länge LA des Leitkanales
2A im allgemeinen auch gleich gemacht werden zu 50 % des Durchmessers des Schraubenpropellers
3, gleich dein herkömmlichen Typ, aber wie es in den Figuren dargestellt ist, in
Abhängigkeit von der Anordnung zwischen deri Schraubenpropeller 3 und dem Neckteil
1 und dgl. ist cs cli, eine Verminderung des ganzen Geschwindigkeitsverhaltens zu
bewirken , was darauf zurückzuführen ist, daß die
Virderkante des
Einganges des Leitkanales 2A zu nahe an d:-s ITeckteil 1 gebracht wird, oder überlappende
Teile zu groß werden und dabei das Maß der Verminderung der Vortriebskraft erhöhen
und den Leitkanalwirkungsgrad selbst zu vermindern.
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Um solche Nachteile zu vermeiden, könnte man andererseits Vertiefungen
am Heckteil des Schiffskörpers vornehmen, so wie sie in den Figuren 2 - 4 in gestrichelten
Linien dargestellt sind. Dieses hätte aber auch negative Seiten, so wie eine Abänderung
der Konstruktion des Heckteiles, eine Vergrößerung des Überhanges des Schraubenrropellers,
eine Verminderung des Volumens des Schiffskörpers und dgl., was darauf zurückzuführen
wäre.
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Dementsprechend ist es vorzuziehen, die Länge des Le.i.tkanales 2A,
mit anderen Worten, das Verhältnis der Lei.tkanallänge zum Durchmesser des Schraubenpropellers,
kleiner zu machen als den Standardwert, der bisher verwendet worden ist.
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Der Leitkanal 2B,der in durchgezogenen Linien in den Figuren 2 - i
dargestellt rist, hat eine Länge LB, die auf ein Minimum vermindert worden ist.
Die Länge beträgt etwa 25 % des Durchmessers des Schraubenpropellers. Die Krümmung
8 des Leitkanales und der gerade Teil 9 an der inneren Ober-.
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fläche des Leitkanales und der Längsschnitt des Leitkanales sind in
geeigneter Weise gewühlt worden, um die Nachteile und negativen Seiten, die vorstehend
im Hinblick auf die Verminderung der Geschwindigkeitsausbildung geschildert worden
sind, zu vermeiden.
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Die Figur 5 zeigt eine graphische Darstellung der Antriebskraft und
gibt einen Teil der Ergebnisse wieder, die in Wasserkanalversuchen eines Modelles
des genannten übergrossen Tankers erhalten worden sind, der zum Vergleich und zur
Bestimmung
der Ges chwindigkeits ausbildung des Leitkanal-Schraubenpropeller-Antriebes -usgefiihrt
worden ist. Die Kurven 10, 11, 12 zeigen ds Verhältnis zwischen der Geschwindigkeit
und der erforderlichen ntriebskraft der Hauptmaschine unter Vollastbedingungen und
die Kurven 13, t4 und 15 unter ausgewogenen Bedingungen. Weiterhin zeigen die Kurven
10 und 13 das Ergebnis, das bei Verwendung eines -in geeigneter Weise konstruierten
Schraubenpropellers ohne Gleitkanal erhalten worden ist, die Kurven 11 und 14 zeigen
das Ergebnis bei Verwendung eines Leitkanal-Schraubenpropeller-Antriebes herkömmlicher
Bauart entsprechend der Figur 1. Die Figuren 12 und 15 zeigen das Ergebnis bei Verwendung
eines Leitkanal-Schraubenpropellerantriebes entsprechend der vorliegenden Erfindung,
wobei das Ausführungsbeispiel gemäß der Figur 2 verwendet worden ist. Dabei beträgt
die Länge des Leitkanales 2B 25 % des Durchmessers des Schraubenpropellers.
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- Patentansprüche -