DE2540596C3 - Leitkanal-Schraubenpropeller-Antriebseinrichtung für Wasserfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Leitkanal-Schraubenpropeller-An triebseinrichtung für Wasserfahrzeuge, bestehend aus der Kombination eines Leitkanales und eines Schraubenpropellers. Derartige Antriebseinrichtungen werden auch Kort-Düsen-Antriebe genannt.

Bei den herkömmlichen Kort-Düsen-Antriebseinrichtungen ist der Schraubenpropeller im äußeren Durchmesser etwas kleiner als der innere Durchmesser des Leitkanales und in Längsrichtung des Leitkanales in einer im wesentlichen mittleren Position angeordnet Somit erstreckt sich bei herkömmlichen Kort-Düsen-Antriebseinrichtungen der Leitkanal in Strömungsrichtung noch ein beträchtliches Stück über den Wirkungsradius des Schraubenpropellers hinaus.

Es ist bekannt, daß ein Kort-Düsen-Antrieb, auch ummantelter Schiffsschraubenantrieb benannt, einen besseren Wirkungsgrad und damit eine höhere Antriebsleistung erzeugt als Schiffsschraubenpropeller ohne Leitkanal. Andererseits aber ruft ein derartiger Kort-Düsen-Antrieb Propeller-Kavitation hervor, die ernsthafte Abnutzungserscheinungen an der inneren Oberfläche des Leitkanales, besonders in dessen oberer Hälfte, hervorruft. Die Kavitation ist auf schraubenförmige Kopfwirbel, die von den Blattspitzen des Schraubenpropellers erzeugt werden und nach rückwärts fließen, zurückzuführen. Die Stelle, an der die Kavitations-Erosion bewirkt wird, liegt normalerweise stromab derjenigen Stelle, welcher die Blattspitzen der Flügel des Schraubenpropellers gegenüberliegen, wie es sich bei vielen Ausführungsformen gezeigt hat.

Zur Vermeidung der Kavitations-Erosion wird im Stande der Technik eine Lufteinblasung vorgeschlagen, mit welcher erhebliche Mengen Luft in den Bereich eingeblasen werden, in welchem die Kavitations-Erosion auftritt. Dies ist ein technisch sehr aufwendiges Verfahren zur Vermeidung der Kavitations-Erosion, insbesondere da für unterschiedliche Belastungszustände unterschiedliche Mengen von Luft eingeblasen werden müssen.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, die Kavitations-Erosion an der inneren Oberfläche des Leitkanales eines Leitkanal-Schraubenpropellers mit einfachsten Mitteln zu verhindern, eine Verminderung der Abmessungen und des Gewichtes des Leitkanales zu ermöglichen und gleichzeitig den guten Wirkungsgrad einer Leitkanal-Schraubenpropeller-Antriebseinrichtung aufrechtzuerhalten.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß die Blattspitzen der Flügel des Schraubenpropellers zur Verhinderung der Kavitations-Erosion im Leitkanal auf den Bereich des hinteren Randes des Ausganges des Leitkanales eingestellt sind. Es wird somit die Befestigungsposition des Leitkanales im Hinblick aut den Schraubenpropeller an die hintere Endkante des Ausganges des Leitkanales angepaßt, welche in der

to Nähe der Blattspitzen des Schraubenpropeller angeordnet ist Dadurch wird die bei herkömmlichen Leitkanal-Schraubenpropeller-Antriebseinrichtungen unmittelbar hinter dem Umfang des Schraubenpropellers am Leitkanal auftretende Erosion absolut vermieden, da die von den Blattspitzen der Flügel des Schraubenpropellers erzeugten Kopfwirbel ungehindert vom Leitkanal abströmen können. Es bedarf somit nicht der aufwendigen Anordnung einer Vorrichtung zum Einblasen vn Luft unter hohem Druck in den Bereich, indem bisher die Kavitations-Erosion aufgetreten ist Es wird mit der erfindungsgemäßen Leitkanal-Schraubenpropeller-Antriebseinrichtung der gleiche Wirkungsgrad erreicht der mit herkömmlichen Leitkanal-Schraubenpropeller-Antriebseimichtungen bisher erreicht worden ist.

Versuche haben gezeigt, daß zur Verbesserung des Wirkungsgrades im wesentlichen der Teil des Leitkanales beiträgt, der in Strömungsrichtung vor dem Schraubenpropeller angeordnet ist, wohingegen der Teil des Leitkanales, der bei herkömmlichen Antrieben dieser Art hinter dem Schraubenpropeller angeordnet ist nur wenig zur Wirkungsgradverbesserung beiträgt.

Es ist zwar bereits bekannt, bei Luft- und Wasserschraubenaordnungen die Schraube vor oder hinter dem Leitkanal anzuordnen. Dabei ist das Problem der Erzeugung von Kavitations-Erosin bei um die Schraube angeordnetem Leitkanal nicht erkannt worden. Eine wirksame und wirtschaftliche Maßnahme gegen diese Kavitations-Erosion war im Falle der Anordnung des Schraubenpropellers im Bereich des Leitkanales erforderlich. Erfindungsgemäß ist es jedoch nicht mehr notwendig, die Erosion, die auf die Kavitation an der inneren Oberfläche des Leitkanales zurückzuführen ist, zu berücksichtigen, wenn erfindungsgemäße Leitkanal-Schraubenpropeller-Antriebseinrichtungen entwickelt

is werden. Folglich ist eine Ausbildung des Schraubenpropellers möglich, die hauptsächlich auf die Geschwindigkeitsausbildung hin ausgelegt ist. Selbst wenn der hintere Rand des Ausganges des Leitkanales leicht axial versetzt von den Blattspitzen des Schraubenpropellers angeordnet würde, 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. Im Ergebnis wird die bemerkenswerte Wirkung erzielt, da daß insbesondere eine weitgehende Verminderung derjenigen Maßnahmen erreicht wird, die für die Einstellung des Leitkanal-Schraubenpropellers im Stand der Technik erforderlich sind.

ei) Es ist weiterhin besonders vorteilhaft und im Hinblick auf die Geschwindigkeitsausbildung bevorzugt, daß die axiale Länge des Leitkanalcs etwa 25% des Durchmessers des Schraubenpropellers beträgt. Dies bringt eine geringfügige Verminderung der Geschwindigkeitsaus-

(i> bildung mit sich, verringert aber andererseits das Gewicht des Leitkanales und die Herstellungskosten desselben im wesentlichen auf die Hälfte.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand dreier in der

Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht in der Nähe des Hecks des Schiffskörpers, wobei ein Leitkanal-Schraubenpropeller-Antrieb herkömmlicher Bauart dargestel!'; ist, der an einen großen Tanker montiert ist,

Fig.2 bis 4 Seitenansichten in der Nähe des Schiffshecks, die verschiedene Ausführungsbeispiele entsprechend der Erfindung zeigen, wobei der Antrieb an den Tanker gemäß F i g. 1 angebaut ist und

Fig.5 ein Teil der Ergebnisse, die durch die Wasserkanalversuche mit dem großen Tanker erhalten worden sind

Die F i g. 1 zeigt eine Seitenansicht des Kecks I eines Scshiffskörpers, wobei schematisch der Leitkanal-Schraubenpropeller-Antrieb dargestellt ist, der an einen großen Tanker angebaut ist. Wie es aus der Zeichnung hervorgeht, ist die Grundkonstruktion dieses Leitkanal-Schraubenpropeller-Antriebs wohlbekannt Der Leitkanal 2 der an das Heck 1 des Schiffskörpers angebaut ist, ist im wesentlichen mit zylindrischen Abmessungen ausgebildet und hat einen Querschnitt von geeignetem Flügelprofil, so daß der Leitkanal 2 selbst auch die Funktion der Erzeugung einer zusätzlichen Vortriebskraft ausüben kann. Der Schraubenpropeller 3 ist etwas kleiner im Durchmesser als der Innendurchmesser des Leitkanals 2, in welchem er in einer im wesentlichen mittleren Position in der Längsrichtung des Leitkanales

2 angeordnet ist Der Leitkanal 2 hat die Länge L Der Flügel des Schraubenpropellers 3 hat die Blattspitzen 3A. Mit der Bezugszahl 4 ist das Steuerruder bezeichnet

Die F i g. 2 bis 4 zeigen Seitenansichten der wesentlichen Teile, wobei jeweils verschiedene Ausführungsbeispiele dargestellt sind, die an einem großen Tanker angebracht sind. Der Einfachheit halber sind Lage und Abmessungen des Propellers 3 im Hinblick auf das Keck 1 des Schiffskörpers und das Steuerruder 4 alle gleich groß ausgeführt.

Von den sechs Ausführungsbeispielen der Erfindung zeigt die F i g. 2, wie die hintere Endkante 5 des Ausganges des Leitkanales 2A oder 2ß ausgerichtet ist und im wesentlichen den Blattspitzen 3/4 des Schraubenpropellers 3 in einer zur Achse des Leitkanales 2 rechtwinkligen Ebene gegenübersteht. Im Fall der F i g. 3 ist die hintere Endkante 5 des Leitkanales 2 leicht stromab zu den Blattenden ZA des Schraubenpropellers

3 angeordnet. Im Falle der Fig.4 ist die hintere Endkante 5 des Ausganges des Leitkanales 2A bzw. 2ß leicht stromauf der Blattspitzen 3Λ des Schraubenpropellers 3 angeordnet.

Die Leitkanäle 2Λ entsprechend der Erfindung, die in den F i g. 2 bis 4 in gestrichelten Linien dargestellt sind, entsprechen dem Fall, in dem deren Abmessungen und Form gleich derjenigen des Leitkanales 2 sind, der in der F i g. 1 dargestellt ist. Dabei ist die Länge LA gleich der Länge L des Leitkanales 2 des herkömmlichen Typs, d. h. ein Standardverhältnis von 50% zum Durchmesser des Schraubenpropellers 3 ist dabei angenommen.

Beim Gegenstand der Erfindung könnte die Länge LA des Leitkanales 2A etwa 50% des Durchmessers eines herkömmlichen Schraubenpropellers 3 betragen. Wie es aber in den Figuren dargestellt ist, wird in Abhängigkeit von der Lage des Schraubenpropellers 3

zum Heckteil 1 eine Verminderung der erreichbaren Geschwindigkeiten bewirkt Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Vorderkante des Leitkanaleingangs zu nahe an das Heckteil 1 gebracht wird oder daß die überlappenden Bereiche zu groß werden und daß

ίο dadurch der Verminderungsgrad der Vortriebskraft erhöht und der Leitkanalwirkungsgrad vermindert werdea

Um solche Nachteile zu vermeiden, könnten andererseits Vertiefungen am Heckteil des Schiffskörpers angebracht werden, so wie sie in den Fig.2 bis 4 in gestrichelten Linien dargestellt sind. Dieses hätte aber auch Nachteile, so wie eine Abänderung der Konstruktion des Heckteiles, eine Vergrößerung des Oberhanges des Schiffschraubenpropellers, eine Verminderung des Volumens des Schiffskörpers und dgl., was darauf zurückzuführen wäre.

Dementsprechend ist es vorzuziehen, das Verhältnis der Leitkanallänge zum Durchmesser des Schraubenpropellers kleiner zu machen als den Standardwert, der bisher verwendet worden ist

Der Leitkanal 2B, der in ausgezogenen Linien in den F i g. 2 bis 4 cargstellt ist hat eine Länge LB, die auf ein Minimum vermindert worden ist Die Länge beträgt e:wa 25% des Durchmessers des Schraubenpropellers.

Die Krümmung 8 d?s Leitkanales und der gerade Teil 9 an der inneren Oberfläche des Leitkanales und der Längsschnitt des Leitkanales sind in geeigneter Weise gsewählt worden, um die Nachteile zu vcr.neiden, die vorstehend im Hinblick auf die Verminderung der erreichbaren Geschwindigkeiten geschildert worden sind.

Die F i g. 5 zeigt eine grafische Darstellung der Antriebskraft und gibt einer. Teil der Ergebnisse wieder, die in Wasserkanalversuchen eines Modells des genannten großen Tankers erhalten worden s.nd, der zum Vergleich und zur Bestimmung der Geschwindigkeitsausbildung des Leitkanal-Schraubenpropeller-Antriebes ausgeführt worden ist. Die Kurven 10, 11, 12 zeigen das Verhältnis zwischen der Geschwindigkeit

ίί und der erforderlichen Antriebskraft der Hauptmaschine unter Vollastbedingungen und die Kurven 13,14 und 15 unter ausgewogenen Bedingungen. Weiterhin zeigen die Kurven 10, 13 das Ergebnis, das bei Verwendung eines in geeigneter Weise konstruierten Schraubenpro-

^r)0 pellers ohne Leitkanal erhalten worden ist. Die Kurven 11, 14 zeigen das Ergebnis bei Verwendung eines Leitkanal-Schraubenpropeller-Antriebes herkömmlicher Bauart entsprechend der F i g. 1. Die Kurven 12,15 zeigen das Ergebnis bei Verwendung eines Leitkanal-Schraubenpropeller-Antriebes entsprechend der vorliegenden Erfindung, wobei das Ausführungsbeispiel gemäß der F i g. 2 verwendet worden ist. Dabei beträgt die Länge des Leitkanales 2fl 25% des Durchmessers des Schraubenpropellers.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Leitkanal-Schraubenpropeller-Antriebseinrichtung für Wasserfahrzeuge, bestehend aus der Kombination eines Leitkanales und eines Schraubenpropellers, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattspitzen der Flügel des Schraubenpropellers (3) zur Verhinderung der Kavitationserosion im Leitkanal (2) auf den Bereich des hinteren Randes (S) des Ausganges des Leitkanales (2) eingestellt sind.

2. Leitkanal-Schraubenpropeller-Antriebseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge (LB) des Leitkanales (2B) etwa 25% des Durchmessers des Schraubenpropellers (3) beträgt