DE2644844B1 - PROCEDURE AND DEVICE FOR INTRODUCING GAS AND WATER INTO THE PROPELLER AREA OF A THRUSTER - Google Patents
PROCEDURE AND DEVICE FOR INTRODUCING GAS AND WATER INTO THE PROPELLER AREA OF A THRUSTERInfo
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Description
Querstrahlruder erzeugen starke und harte Geräusche, die sich nach bisheriger Kenntnis durch wirtschaftlich vertretbare hydrodynamische Maßnahmen nicht vermeiden lassen. Sie werden typischerweis;e in einem w> Schiffsbereich angeordnet, in welchem sich auch häufig Mannschaftskabinen befinden, in denen nach neueren Bestimmungen der Seeberufsgenossenschaft bestimmte Lärmpegel nicht überschritten werden dürfen. Da passive Schallschutzmaßnahmen keinen ausreichenden Erfolg versprechen, wird vielfach auf der. Einbau eines Querstrahlruders in neue Schiffe verzichtet bzw. wird ein vorhandenes Querstrahlruder nicht eingesetzt.Transverse thrusters generate strong and harsh noises which, according to previous knowledge, are economical Justifiable hydrodynamic measures cannot be avoided. They will typically be; e in aw> Arranged ship area, in which there are also often crew cabins, in which newer ones Regulations of the Seeberufsgenossenschaft certain noise levels may not be exceeded. There Passive noise protection measures do not promise sufficient success, is often on the. Installation of a A transverse thruster is not used in new ships or an existing transverse thruster is not used.
Es ist bekannt, dem Propellerbereich eines Strahlruders Luft zuzuführen (DT-PS 1177 966), um dessen Leistung zum Zwecke der Regelung zu verringern. Es wurde festgestellt, daß man dadurch auch eine Verringerung der Geräusche erreichen kann. Man ordnet zu diesem Zweck im Saugbereich des Propellers ein mit der Atmosphäre verbindbares Saugrohr an, durch welches unter dem Einfluß des vor dem Propeller herrschenden Unterdrucks Luft angesaugt und vom Wasserstrom in den Propellerbereich mitgerissen wird. Eine irgendwie gleichmäßige Verteilung der Luft vor dem Propeller erschien nicht erforderlich, weil einerseits die durch die Luft verursachte Leistungsverminderung vom Verteilungsgrad der Luft vor dem Propeller im wesentlichen unabhängig ist und weil andererseits festzustellen war, daß durch die Propellerbewegung eine sehr gleichmäßige Luftverteilung stattfindet. Jedoch wurde festgestellt, daß die Wirkung der Geräuschverminderung gering ist und nur bei sehr starker Luftzufuhr und entsprechend starker Leistungsverminderung in nennenswertem Maße eintritt. Sie wurde deshalb nicht praktisch eingesetzt.It is known to supply air to the propeller area of a jet vane (DT-PS 1177 966) in order to reduce it Reduce performance for the purpose of regulation. It was found that this also produces a Noise reduction can be achieved. For this purpose one arranges in the suction area of the propeller a suction pipe connectable to the atmosphere, through which under the influence of the front of the propeller prevailing negative pressure air is sucked in and carried away by the water flow in the propeller area. A somehow even distribution of the air in front of the propeller did not seem necessary, because on the one hand the reduction in performance caused by the air from the degree of distribution of the air in front of the propeller is essentially independent and because on the other hand it was found that by the propeller movement a very even air distribution takes place. However, it was found that the effect of The noise reduction is low and only occurs to a significant degree with a very strong air supply and a correspondingly strong reduction in performance. she was therefore not used in practice.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Geräuschverminderung durch Gaszufuhr weitgehend unabhängig von der damit verbundenen Leistungsverringerung zu verbessern.The invention is based on the object of largely reducing noise by supplying gas regardless of the associated decrease in performance.
Ausgehend von dem eingangs genannten Stand der Technik besteht die erfindungsgemäße Lösung darin, daß das Gas in Mischung mit Wasser als gerichteter Strahl eingespritzt wird. Das erste Merkmal, nämlich die Mischung von Gas und Wasser, ist im wesentlichen für die bessere Geräuschverminderung verantwortlich. Es wurde nämlich festgestellt, daß die Verringerung der Geräusche um so besser ist, je gleichmäßiger und feiner die Luftblasen vor der Propellerebene verteilt sind. Mit den bisher bekannten Mitteln ist es nicht möglich, eine solche feine Verteilung zu erzielen. Kleine Bläschen vereinigen sich nämlich sehr bald zu ziemlich großen, nur örtlich und daher ungleichmäßig wirksamen Blasen. Auch daraus resultieren Ungleichmäßigkeiten. Das zweite Merkmal der Lösung beseitigt insofern diese Ungleichmäßigkeiten, als das Luft/Wasser-Gemisch in Form eines Strahls in den Propellerbereich eingeführt wird. Dadurch ist es nämlich möglich, das Gemisch über größere Strecken auch bei beträchtlichen Propellerdurchmessern an die gewünschte Stelle zu bringen, bevor sich die Schwerkraft auswirken kann und bevor sich die Blasen in wesentlichem Maße zusammenschließen. Es kommt also darauf an, daß das Gemisch ausreichend feinblasig die Propellerebene erreicht.Based on the prior art mentioned at the beginning, the solution according to the invention consists in that the gas is injected mixed with water as a directed jet. The first feature, namely the Mixture of gas and water, is mainly responsible for the better noise reduction. It namely, it has been found that the more even and finer the noise reduction, the better the air bubbles are distributed in front of the propeller plane. With the means known up to now, it is not possible to obtain a to achieve such fine distribution. Small vesicles combine very quickly to form fairly large, only locally and therefore unevenly effective bubbles. This also results in irregularities. That The second feature of the solution eliminates these irregularities in that the air / water mixture in Form of a jet is introduced into the propeller area. This makes it possible to use the mixture to bring longer distances to the desired location even with large propeller diameters, before gravity can act and before the bubbles close together to any significant extent. It is therefore important that the mixture reaches the propeller level with sufficient fine bubbles.
Zwar ist es bekannt, mit dem zur Einführung der Luft in den Propellerbereich dienenden Stutzen ein im Druckbereich des Strahlruders mündendes, mit einem Regelorgan versehenes Wasserrohr zu verbinden, öffnet man das Regelventil im Wasserrohr, so wird ein Teil der zuzuführenden Luft durch Wasser ersetzt. Dadurch läßt sich die dem Strahlruder zuzuführende Luftmenge in einfacher Weise regeln. Eine Mischung von Luft und Wasser ergibt sich nicht; vielmehr strömt die Luft, mehr oder weniger große Blasen bildend, unabhängig von dem gleichzeitig aus dem Zuführungsstutzen austretenden Wasser in den Propellerbereich des Strahlruders.Although it is known, with the nozzle serving to introduce the air into the propeller area, an im To connect the pressure area of the jet vane to the water pipe provided with a regulating device, If you open the control valve in the water pipe, some of the air to be supplied is replaced by water. This allows the amount of air to be fed to the thruster to be regulated in a simple manner. A mixture of air and water does not surrender; rather the air flows, forming more or less large bubbles, regardless of the water emerging from the supply port at the same time in the propeller area of the thruster.
Es ist nicht unbedingt erforderlich, daß das feinblasige Gemisch in allen Teilen der Propellerebene gleich stark vertreten ist. Vielmohr ist schon ein beträchtlicher Effekt zu verzeichnen, wenn wesentliche Teile von dem feinflasigen Gemisch erreicht werden, beispielsweise einIt is not absolutely necessary that the fine-bubble mixture is represented equally in all parts of the propeller plane. Is Vielmoh r have a significant effect occurred and when essential parts are reached by the feinflasigen mixture, such as a
Viertel oder die Hälfte der Gesamtfläche. Je vollständiger die Gesamtfläche von dem Gemisch erreicht wird, um so besser ist die Wirkung. Es ist deshalb vorteilhaft, die Strahleinführung so vorzunehmen, daß sich das Gemisch vor dem Propellerbereich gltichmäßig über die Propellerfläche verteilen kann. P-eispielsweise kann man eine Mehrzahl von Düsen verwenden, deren Strahlbereich so angeordnet sind, daß sie die gesamte Propellerfliiche zu einem wesentlichen Teil überdecken. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß man das Gemisch i:i einem solchen axialen Abstand vor dem Propeller in solcher Lage und Richtung einspritzt, daß es beim Erreichen des Propellers aufgrund der Wirkung der Kraft des Strahls, der Schwerkraft, von Turbulenzen, Vordral! und sonstigen Strömungskräfte innerhalb des Saugkanals im wesentlichen gleichmäßig über die Propellerfläche verteilt ist. Dadurch können Verteilungslückem in der Regel ausgeglichen werden. Selbst die Anordnung einer einzigen, radial strahlenden Düse, deren Gemisch durch die angegebenen Wirkungen mehr oder weniger in Umfangsrichtung verteilt wird, bringt schon erhebliche Verbesserungen gegenüber bekannten Anordnungen, weil das Gas in wesentlich feinerer und gleichmäßiger verteilter Form den Propeller erreicht. Bevorzugt wird jedoch eine im wesentlichen gleichmäßige Verteilung der Düsen am ganzen Umfang oder an einem Teil desselben. Sehr zweckmäßig können auch solche Düsen sein, die einen fächerförmigen Strahl erzeugen, mit dem man größere Bereiche der Propellerfläche überdecken kann. In jedem Fall kann im Falle der Erfindung dank der ursprünglich feineren und gleichmäßigeren Verteilung der Luft die Einspritzung in einem gewissen axialen Abstand vor dem Propeller vorgenommen werden und dadurch die verteilende Wirkung der verschiedenen Einflüsse im Bereich zwischen Einspritzung und Propeller ausgenutzt werden, während bei der bekannten, grobblasigen Einführung der Luft ein solcher axialer Abstand die ohnehin schlechte Gasverteilung noch verschlechtert hätte.Quarter or half of the total area. The more completely the total area is reached by the mixture, the better the effect. It is therefore advantageous to introduce the beam in such a way that the Can distribute the mixture evenly over the propeller surface in front of the propeller area. P-for example can one use a plurality of nozzles, the jet area of which are arranged so that they cover the entire Cover a substantial part of the propeller surface. Another possibility is that you can Mixture i: i such an axial distance before Propeller is injected in such a position and direction that it is effective when it reaches the propeller the force of the jet, the force of gravity, of turbulence, Vordral! and other flow forces within of the suction channel is distributed substantially evenly over the propeller surface. This can lead to distribution gaps usually be balanced. Even the arrangement of a single, radially radiating nozzle, the mixture of which is distributed more or less in the circumferential direction due to the specified effects, already brings considerable improvements over known arrangements, because the gas is in substantial finer and more evenly distributed shape reaches the propeller. However, an im is preferred substantially even distribution of the nozzles over the whole circumference or part of it. very Appropriate can also be those nozzles that generate a fan-shaped jet, with which one larger Can cover areas of the propeller surface. In any case, in the case of the invention, thanks to the originally finer and more even distribution of the air the injection in a certain axial Distance can be made in front of the propeller and thereby the dispersing effect of the various Influences in the area between injection and propeller are used, while in the known, coarse-bubble introduction of the air such an axial distance the already poor gas distribution still would have worsened.
Die optimalen Werte des Mischungsverhältnisses (Dichte), der Dicke und der Geschwindigkeit des Strahls werden zweckmäßigerweise durch Versuch ermittelt. Die Dichte soll einerseits zur Vermeidung unnötiger Energieverluste nicht größer sein als notwendig. Sie muß andererseits so groß sein, daß das Gas in ausreichend feiner Verteilung über ausreichende Strekken befördert wird. Eine wichtige Eigenschaft des Gemischstrahls ist auch die Größe seines Ausbreitungswinkels. Je weniger Düsen vorgesehen sind, um so mehr kann eine gewisse Ausbreitung erwünscht Lein. Sie wird beeinflußt vor allem von der Gemischgeschwindigkeit, von der Dichte und vor der Düsenform.The optimal values of the mixing ratio (density), thickness and speed of the jet are expediently determined by experiment. The density is intended on the one hand to avoid unnecessary Energy losses should not be greater than necessary. On the other hand, it must be so large that the gas in sufficiently fine distribution is conveyed over sufficient distances. An important property of the The mixed jet is also the size of its angle of propagation. The fewer nozzles there are, the more a certain spread may be desirable flax. It is mainly influenced by the mixture speed, on the density and in front of the nozzle shape.
In der Regel wird die statische Druckdifferenz, die im Saugbereich des Propellers zur Verfügungsteht, zur Erzeugung der erforderlichen Gemischgeschwindigkeit nicht ausreichen. Man muß daher geeignete Druckquellen für die Medien vorsehen. Zur Durchmischung kann man besondere Mischvorrichtungen vorsehen, die zweckmäßigerweise nahe der Einspritzdüse angeordnet oder mit dieser als Mischdüse vereinigt sind. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Luftpumpe als Wasserstrahlpumpe ausgeführt ist, der das Wasser von einer dafür besonders vorgesehenen Pumpe zugeführt ist. Denkbar ist auch eine Anordnung, bei der zum Zwecke der Mischung und der Druckerhöhung beide Medien von einer und derselben Pumpe durchströmtAs a rule, the static pressure difference that is available in the suction area of the propeller is used for Generating the required mixture speed is not sufficient. One must therefore use suitable pressure sources for the media. Special mixing devices can be provided for mixing expediently arranged near the injection nozzle or combined with it as a mixing nozzle. One particularly preferred embodiment of the invention is characterized in that the air pump as Water jet pump is designed, which is supplied with the water from a specially designed pump is. An arrangement is also conceivable in which both for the purpose of mixing and increasing pressure Media flows through one and the same pump
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sind, die beispielsweise als selbstansaugende Kreiselpumpe ausgebildet ist.are, for example, as a self-priming centrifugal pump is trained.
Für die Steigung des Propellers ergeben sich rechnerisch unter Zugrundelegung der physikalischen Eigenschaften des Wassers bestimmte Werte. Durch die gemäß der Erfindung erzielbare gleichmäßige Verteilung von Luft und Wasser ändern sich die physikalischen Eigenschaften des Gemischs gegenüber denen des reinen Wassers. Es ist zweckmäßig, dies bei der Bemessung der Schraube zu berücksichtigen, indem die Schraubensteigung steiler gewählt wird, als es die Rechnung für reines Wasser als Medium ergibt. Die Erhöhung der Steigung liegt vorteilhafterweise zwischen 2 und 10%.For the pitch of the propeller arithmetically based on the physical Properties of water have certain values. Due to the uniform distribution that can be achieved according to the invention of air and water, the physical properties of the mixture change compared to those of the pure water. It is useful to take this into account when dimensioning the screw by adding the The pitch of the screw is chosen to be steeper than the calculation for pure water as the medium. the The increase in the slope is advantageously between 2 and 10%.
Die Erfindung wird im folgenden näher unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert, die ein Ausführungsbeispiel schematisch veranschaulicht. Darin zeigtThe invention is explained in more detail below with reference to the drawing, which is a Exemplary embodiment illustrated schematically. In it shows
Fig. 1 einen vertikalen Axialschnitt durch ein Bugstrahlruder undFig. 1 is a vertical axial section through a bow thruster and
F i g. 2 einen entsprechenden Querschnitt.F i g. 2 shows a corresponding cross section.
Zwischen den Bordwänden 1, 2 des Schiffes befinden sich in bekannter Weise das Querrohr 3 mit Propeller 4 und Propellerantrieb 5. An beiden Enden des Querrohrs, also beiderseits des Propellers 4, münden Düsen 6 in das Querrohr, denen jeweils ein Seeventil 7 und eine Strahl-Mischdüse 8, die als Strahlpumpe ausgebildet ist, vorgeschaltet sind. Jede Mischdüse ist an zwei Leitungen angeschlossen, nämlich eine Luftleitung 9 und eine Wasserleitung 10. Während die Luftleitungen mit der Atmosphäre oder einem Druckgasbehälter in Verbindung stehen, sind die Wasserleitungen 10 an die Druckseite einer Wasserpumpe 12 angeschlossen. Dazwischen ist ein Dreiwegeventil 11 angeordnet, das den Wasserstrom jeweils zu derjenigen Mischdüse leitet, die auf der Saugseite des Propellers liegt. Die Wasserpumpe saugt über eine Leitung 13 und gegebenenfalls ein weiteres Seeventil 14 Seewasser an. Gemäß F i g. 2 sind jeweils zwei Düsen 6 an jedem Ende des Querrohrs angeordnet. Der axiale Abstand zum Propeller 4 ist beträchtlich, so daß man damit rechnen kann, daß sich die Luftblasen bis zum Erreichen des Propellers hinreichend gleichmäßig verteilt haben. Dazu tragen insbesondere Turbulenz, Vordrall und Schwerkraft bei. Eine andere Möglichkeit der Düsenanordnung besteht darin, ihre Strahlen parallel oder fächerartig so zu legen, daß sie mit möglichst geringem Abstand die Propellerfläche bedecken. Jedoch muß betont werden, daß auch schon ein einziger Strahl oder wenige geschickt angeordnete Strahlen eine entscheidende Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik erbringen.The transverse tube 3 with propeller 4 is located between the side walls 1, 2 of the ship in a known manner and propeller drive 5. At both ends of the cross tube, i.e. on both sides of the propeller 4, nozzles 6 open into the Cross tube, each of which has a sea valve 7 and a jet mixing nozzle 8, which is designed as a jet pump, are connected upstream. Each mixing nozzle is connected to two lines, namely an air line 9 and a water pipe 10. While the air pipes with the atmosphere or a pressurized gas container in Are connected, the water lines 10 are connected to the pressure side of a water pump 12. In between, a three-way valve 11 is arranged, which the water flow to that mixing nozzle which lies on the suction side of the propeller. The water pump sucks through a line 13 and possibly another sea valve 14 seawater. According to FIG. 2 there are two nozzles 6 at each end of the cross tube arranged. The axial distance to the propeller 4 is considerable, so that one can count on it it can be that the air bubbles have distributed sufficiently evenly by the time they reach the propeller. In addition contribute in particular to turbulence, pre-swirl and gravity. Another way of nozzle arrangement consists in placing their rays parallel or fan-like so that they are as close as possible to the Cover propeller surface. However, it must be emphasized that even a single ray or a few cleverly arranged beams a decisive improvement over the prior art provide.
Die Pumpe 12 ist gleichzeitig mit dem Bugstrahlruder-Antrieb ein- und ausschaltbar. Das Dreiwegeventil 11 wird ebenfalls automatisch durch die Steuerimpulse der Bugstrahlruder-Anlage betätigt, und zwar in einem solchen Sinne, daß jeweils der Weg zur Saugseite des Bugstrahlruders geöffnet wird. Da die Schubleistung durch dip Gaszuführung gemindert wird, ist die Gaszuführung für den Fall ungewöhnlich hoher Schubleistungen zweckmäßigerweise abschaltbar. Gewöhnlich wird die Gaszuführung unabhängig von einer etwaigen Regelbarkeit der Schubleistung betrieben. Jedoch kann die Gaszuführung selbstverständlich auch zur Leistungsregelung herangezogen werden.The pump 12 can be switched on and off at the same time as the bow thruster drive. The three-way valve 11 is also automatically actuated by the control pulses of the bow thruster system, all in one such a sense that the path to the suction side of the bow thruster is opened in each case. Since the thrust performance is reduced by dip gas supply, the gas supply for the case is unusually higher Thrust performance can expediently be switched off. Usually the gas supply becomes independent of one any controllability of the thrust power operated. However, the gas supply can of course also be used can be used for power control.
Die Seeventiie dienen /.um Abschluß der Anlage im Fall von Änderungen und Reparaturen.The Seeventiie serve /. To complete the system in Case of changes and repairs.
Die Einrichtung arbeitet folgendermaßen. Wenn dasThe facility works as follows. If that
Bugstrahlruder eingeschaltet wird, wird gleichzeitig die Pumpe 12 eingeschaltet und das Dreiwegeventil in dem erforderlichen Sinne geschaltet. Die Pumpe saugt über die Leitung 13 Seewasser an und führt es der Strahlpumpe 8 zu, die über die Leitung 9 Luft ansaugt. Wasser und Luft mischen sich in der Strahlpumpe, die gleichzeitig Mischdüse ist, und treten als gleichmäßiges, feines Gemisch aus der Düse 6 als Strahl aus. Je nach der Anordnung der Strahlen ergibt sich im Querrohr eine gleichmäßige und feine Verteilung von Luftbläschen, die die Kavitation am Propeller und damit die Geräuschentwicklung beträchtlich herabsetzt.Bow thruster is turned on, the pump 12 and the three-way valve in the is turned on at the same time required sense switched. The pump sucks in seawater via line 13 and carries it out Jet pump 8, which sucks in air via line 9. Water and air mix in the jet pump that is at the same time a mixing nozzle, and emerge as a uniform, fine mixture from the nozzle 6 as a jet. Depending on the Arrangement of the rays results in an even and fine distribution of air bubbles in the cross tube the cavitation on the propeller and thus the noise development considerably reduces.
Das Dreiwegeventil 11 läßt sich in sehr vorteilhafter Weise zur Leistungsregelung verwenden, indem jeweils ein Teil des Pumpenstroms zur Druckseite desThe three-way valve 11 can be used in a very advantageous manner for power control by in each case part of the pump flow to the pressure side of the
Bugstrahlruders geleitet wird. Dadurch tritt eir entsprechend geringerer Teil des Gemischs auf dei Saugseite aus, so daß die Leistungsverringerung entsprechend abnimmt, während das auf der Druckseite austretende Gemisch ohne Einfluß auf die Leistung bleibt. Auf diese Weise läßt sich die Leistung de; Bugstrahlruders zwischen einem Minimum, das durch maximalen Gemischaustritt auf der Saugseite charakte risiert ist, bis zu einem Maximum, bei dem der Saugseite keine Luft zugeführt wird, regeln. Man kann dadurch gegebenenfalls auf eine Regelbarkeit des Propelleran triebs verzichten. Auch für den Antrieb der Pumpe 12 kann ein vergleichsweise billiger, nicht regelbarei Motor verwendet werden.Bow thruster is directed. As a result, a correspondingly smaller part of the mixture occurs Suction side off, so that the power reduction decreases accordingly, while that on the pressure side escaping mixture has no effect on the performance. In this way, the performance can be de; Bow thruster between a minimum, which is characterized by maximum mixture discharge on the suction side is ized, regulate up to a maximum at which the suction side is not supplied with air. You can through it if necessary, do without a controllability of the propeller drive. Also for driving the pump 12 a comparatively cheaper, non-controllable motor can be used.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
Claims (12)
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