DE3626568A1

DE3626568A1 - ROTATING PROPELLER SYSTEM

Info

Publication number: DE3626568A1
Application number: DE19863626568
Authority: DE
Inventors: Juhani Halkola; Pyry Dipl Ing Vainio
Original assignee: Hollming Oy
Current assignee: Hollming Oy
Priority date: 1985-08-19
Filing date: 1986-08-06
Publication date: 1987-02-19
Also published as: FI853173L; NO863284D0; SE8603445D0; CN1006624B; GB2179312A; SE466254B; SE8603445L; FI75775C; NO863284L; CN86105134A; FI75775B; GB2179312B; NL8601957A; FI853173A0; GB8617643D0

Description

Die Erfindung betrifft eine an einem Wasserfahrzeug angebrachte, mit ringförmiger Propellerdüse ausgerüstete, drehbare Propelleranlage, bei der die Antriebskraft über eine Vertikalwelle und ein Winkelgetriebe auf die horizon tale Propellerwelle übertragen wird, und die Propelleranlage zwecks Steuerung des Wasserfahrzeuges um die vertikale Achse drehbar ist. Eine derartige Propelleranlage kann am Wasser fahrzeugboden, aber auch am Heck, Bug oder an der Seite eines Wasserfahrzeuges angebracht werden.The invention relates to a on a watercraft attached, equipped with an annular propeller nozzle, rotatable propeller system, in which the driving force over a vertical shaft and a bevel gear on the horizon tale propeller shaft is transmitted, and the propeller system to control the watercraft around the vertical axis is rotatable. Such a propeller system can be on the water vehicle floor, but also at the stern, bow or on the side of a Watercraft are attached.

Drehbare Propelleranlagen sind besonders vorteilhaft in solchen Wasserfahrzeugen, wie Schleppern, die sich auf sehr engem Bereich gut wenden und bewegen lassen müssen. Der Propeller eines Schleppers muß wiederum relativ groß sein, um bei kleinen Schleppgeschwindigkeiten genügend leistungs fähig zu sein. Daraus ergibt sich jedoch der Nachteil, daß die Propelleranlage große Ausmaße annimmt. Der Propeller er streckt sich auch sehr tief unter den Schiffsboden, so daß das Fahrzeug nicht in flachem Wasser arbeiten kann. Weiter hin erfordert eine große Propelleranlage einen sehr großen Brunnen im Schiffsboden, wenn der Ein- und Ausbau der Pro pelleranlage in den Brunnen von oben erfolgt oder wenn sich die Propelleranlage z. B. zur Fahrt in flachem Wasser nach oben in den Bodenbrunnen heben lassen muß. Rotatable propeller systems are particularly advantageous in such watercraft as tugs that rely on have to turn and move in a very narrow area. The A tractor's propeller must be relatively large, in order to achieve sufficient performance at low towing speeds to be able. However, this has the disadvantage that the propeller system takes on large dimensions. The propeller he also stretches very deep under the ship's bottom, so that the vehicle cannot work in shallow water. Next a large propeller system requires a very large one Fountain in the ship's bottom when installing and removing the Pro peller system in the well from above or if there is the propeller system z. B. for driving in shallow water must be lifted up into the bottom well.

Die Schubkraft des Propellers bei kleinen Geschwindig keiten wurde in an sich bekannter Weise versucht, mit Hilfe einer um den Propeller angeordneten, ringförmigen Propeller düse zu verstärken. Dadurch kann der Durchmesser des ein gesetzten Propellers möglicherweise etwas verkleinert werden. Die Propellerdüse ist jedoch ein großes Teil, woraus sich wiederum zusätzliche Probleme ergeben. Bei drehbaren Pro pelleranlagen muß der Propeller und die um ihn angebrachte Propellerdüse unter dem Schiffsboden voll um sich selbst drehbar sein. Wenn der zum Drehen erforderliche Raum groß ist, verursacht dies besonders dann Probleme, wenn zwei parallele Propelleranlagen eingesetzt werden und der Schiffs rumpf verhältnismäßig klein ist, wie z. B. bei Schleppern. Die Düse vergrößert auch das zum Drehen der Propelleranlage erforderliche Steuerungsmoment umso mehr, je weiter die Düse von der vertikalen Drehmitte der Anlage entfernt angebracht ist.The propeller thrust at low speed was tried in a manner known per se, with the help an annular propeller arranged around the propeller reinforce nozzle. This allows the diameter of a propellers may be slightly reduced. However, the propeller nozzle is a big part of what comes from again pose additional problems. With rotating Pro The propeller and the ones around it must have peller systems Propeller nozzle under the ship floor fully around itself be rotatable. If the space required for turning is large this causes problems especially when two parallel propeller systems are used and the ship fuselage is relatively small, such as. B. with tugs. The nozzle also enlarges that for rotating the propeller system the further the nozzle, the more necessary control torque mounted away from the vertical center of rotation of the system is.

Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, eine neue Propelleranlage zu schaffen, bei der die im vorstehenden beschriebenen Nachteile nicht auftreten. Für die Erfindung ist im wesentlichen charakteristisch, daß die ringförmige Propellerdüse derart angeordnet ist, daß der in Axialrichtung der Propellerdüse gemessene Abstand von der Einlaufkante der Propellerdüse bis zur Mittelebene des Propellers im Bereich 0,7 . . . 0,85 × axiale Länge der Propellerdüse liegt.The object of the present invention is a new one To create propeller system in which the above described disadvantages do not occur. For the invention is essentially characteristic that the annular Propeller nozzle is arranged so that in the axial direction the distance from the leading edge of the propeller nozzle Propeller nozzle up to the center plane of the propeller in the area 0.7. . . 0.85 × axial length of the propeller nozzle.

Damit liegt die Propellerdüse fast ganz auf der Vor derseite des Propellers, d. h. im wesentlichen dicht an der Drehachse der Propelleranlage. Daraus ergibt sich der we sentliche Vorteil, daß der für die Propellerdüse erforder liche zusätzliche Raum wesentlich kleiner ist als bei her kömmlichen Lösungen. Eine mit Propellerdüse versehene Pro pelleranlage dieser Art läßt sich in einem im Schiffsboden ausgebildeten Brunnen derselben Größe wie für eine Propeller anlage ohne Propellerdüse unterbringen. Zum anderen ergibt sich aus dem geringen Platzbedarf der Vorrichtung der Vor teil, daß sich auch an einem kleinen Wasserfahrzeug zur Erzeugung einer größeren Schubkraft eine mit größerem Pro peller ausgestattete Anlage anbringen läßt.The propeller nozzle is almost completely on the front the side of the propeller, d. H. essentially close to the Rotation axis of the propeller system. Hence the we considerable advantage that the required for the propeller nozzle liche additional space is much smaller than in her conventional solutions. A Pro equipped with a propeller nozzle Peller system of this type can be installed in the ship's floor trained wells of the same size as for a propeller Place the system without a propeller nozzle. Second results itself from the small space requirement of the device of the front part that also on a small watercraft Generating a greater thrust one with a larger pro peller equipped system can be attached.

Mit der erfindungsgemäß angeordneten Propellerdüse wird bei einer drehbaren Propelleranlage auch der ausgezeichnete Vorteil erreicht, daß der Abstand der Mitte der Propellerdüse von der vertikalen Drehachse klein ist. Daraus folgt, daß das zum Drehen der Propelleranlage erforderliche Moment wesentlich kleiner ist als bei bekannten Propelleranlagen. Damit kann auch die Konstruktion des Steuerungsantriebes erheblich leichter ausgeführt werden, was die Fertigungs kosten wesentlich verringert.With the propeller nozzle arranged according to the invention the excellent one for a rotating propeller system Advantage achieved that the distance from the center of the propeller nozzle from the vertical axis of rotation is small. It follows that the torque required to turn the propeller system is much smaller than in known propeller systems. This also allows the construction of the control drive run much easier on what the manufacturing costs significantly reduced.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung der Propellerdüse werden noch weitere bedeutende Vorteile erzielt. Ein Vorteil besteht darin, daß sich der Propeller leicht ausbauen läßt, da er nahe der Hinterkante der Düse liegt. Die Düse kann auch stabil am Körper der Propelleranlage befestigt werden, womit das Spiel zwischen Düse und Propeller verkleinert wer den kann. Damit erhöht sich der Wirkungsgrad.With the arrangement of the propeller nozzle according to the invention there are other significant benefits. An advantage is that the propeller is easy to remove because it is close to the rear edge of the nozzle. The nozzle can also be stably attached to the body of the propeller system, which reduces the game between the nozzle and propeller that can. This increases the efficiency.

Einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung entspre chen liegt die Einlaufkante der an einer drehbaren Propeller anlage angebrachten Propellerdüse im wesentlichen an der Mittellinie der Vertikalwelle, d. h. an der Drehachse der Propelleranlage oder in deren unmittelbarer Nähe. In in der Praxis durchgeführten Messungen wurde festgestellt, daß bei diesem Einbau der Propellerdüse in die Propelleranlage das Steuerungsmoment bei Querströmung fast Null ist. Mit anderen Worten, die Propellerdüse ist an der optimalen Stelle ange bracht, womit die Konstruktion des Steuerungsantriebes so leicht ausgelegt werden kann wie möglich. An advantageous embodiment of the invention correspond Chen is the leading edge of the on a rotatable propeller attached propeller nozzle essentially on the Center line of the vertical shaft, d. H. on the axis of rotation of the Propeller system or in the immediate vicinity. In the Practical measurements have been found that at this installation of the propeller nozzle in the propeller system Control torque at cross flow is almost zero. With others Words, the propeller nozzle is in the optimal position brings, with which the construction of the control drive can be easily interpreted as possible.

Nach einer anderen Ausführung entspricht der Abstand zwischen Einlauf- und Auslaufkante der Propellerdüse einer drehbaren Propelleranlage, d. h. die Länge der Propellerdüse, im wesentlichen der Hälfte des Propellerdurchmessers. Diese Bemessung entspricht zur Hauptsache der im vorstehenden be schriebenen Optimalkonstruktion. Sollte das Wasserfahrzeug jedoch hauptsächlich für den Einsatz mit niedrigen Geschwin digkeiten bestimmt sein, kann die Schubkraft der Düse durch Verlängerung der Düse gesteigert werden. In der Praxis kann die Länge der Düse 0,6-0,7 × Propellerdurchmesser sein. Wenn der Abstand von der Einlaufkante der Propellerdüse bis zu den Spitzen der Propellerblätter 0,70 . . . 0,85 × Düsenlänge beträgt, vergrößert sich der Platzbedarf der Propelleranlage trotz der verlängerten Düse nicht. Auch die Bemessung des Steuerungsantriebes braucht nicht geändert zu werden, weil sich das Steuerungsmoment nicht vergrößert. Mit Hilfe der Erfindung kann somit in eine herkömmliche Propelleranlage für Spezialzwecke eine längere Düse eingebaut werden, ohne daß sich die Hauptmaße der Anlage verändern.According to another version, the distance corresponds between the inlet and outlet edge of the propeller nozzle rotatable propeller system, d. H. the length of the propeller nozzle, essentially half of the propeller diameter. These The design corresponds mainly to that in the preceding be wrote optimal construction. Should the watercraft but mainly for use at low speeds can be determined by the thrust of the nozzle Extension of the nozzle can be increased. In practice it can the length of the nozzle should be 0.6-0.7 × propeller diameter. If the distance from the leading edge of the propeller nozzle up to the tips of the propeller blades 0.70. . . 0.85 × nozzle length the space requirement of the propeller system increases not despite the extended nozzle. The dimensioning of the Control drive need not be changed because the control torque does not increase. With the help of Invention can thus in a conventional propeller system a longer nozzle can be installed for special purposes without that the main dimensions of the system change.

Wenn die Propelleranlage derart ausgeführt ist, daß sie in den im Schiffsboden gebildeten Brunnen nach oben gehoben werden kann, wird der Brunnen einer weiteren vorteilhaften Ausführung entsprechend wie folgt bemessen. Die Propeller düse ist so nahe an der Drehachse der Propelleranlage ange ordnet, daß der Brunnendurchmesser genügend groß ist, wenn er im wesentlichen 1,6 × Propellerdurchmesser ist. Diese Auslegung entspricht im wesentlichen einer Brunnenbemessung fur eine drehbare Propelleranalge ohne Propellerdüse. Falls die Propelleranlage im Brunnen nicht drehbar ist, kann sich die Mittellinie des Brunnens seitlich der Drehachse der Pro pelleranlage befinden. Damit kann bei der erfindungsgemäßen Konstruktion der Brunnendurchmesser 1,35 × Propellerdurch messer betragen. If the propeller system is designed so that it lifted up into the well formed in the ship's floor can be, the fountain becomes another advantageous one Design accordingly as follows. The propellers nozzle is so close to the axis of rotation of the propeller system orders that the well diameter is sufficiently large if it is essentially 1.6 × propeller diameter. These Design essentially corresponds to a well design for a rotating propeller system without propeller nozzle. If the propeller system in the fountain cannot be rotated the center line of the fountain to the side of the axis of rotation of the Pro peller system are located. So that in the invention Construction of the well diameter 1.35 × propeller through knife.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen unter Hinweis auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in derIn the following the invention is illustrated by examples described with reference to the accompanying drawing, in the

Fig. 1 eine mit herkömmlicher Propellerdüse versehene drehbare Propelleranlage zeigt und Fig. 1 shows a rotatable propeller system provided with a conventional propeller nozzle and

Fig. 2 der Fig. 1 entspricht und eine drehbare Propel leranlage zeigt, die mit einer erfindungsgemäßen Propellerdüse ausgerüstet ist. Fig. 2 corresponds to Fig. 1 and shows a rotatable propeller leranlage, which is equipped with a propeller nozzle according to the invention.

In Fig. 1 ist eine drehbare Propelleranlage 3 gezeigt, die in einen im Boden 2 eines Wasserfahrzeuges 1 gebildeten Brunnen 14 eingebaut ist. Die Propelleranlage wird aus einer Vertikalsäule 15 gebildet, in der sich eine Vertikalwelle 5 befindet. Die Vertikalwelle treibt über ein Winkelgetriebe 6 die horizontale Propellerwelle 4 an, an welcher der Propeller 9 befestigt ist. Um den Propeller herum ist eine ringförmige Propellerdüse 7 angeordnet derart, daß sich die Spitzen 11 der Blätter 10 des Propellers 9 ungefähr in der Mitte der Propellerdüse 7 befinden. Damit ist der von der Propeller düse verursachte Momenthebelarm a ₁ des Steuerungsmomentes bedeutend groß. Da das Drehen der auf diese Weise angeord neten Propellerdüse bedeutend viel Platz erfordert, muß auch der Durchmesser D ₁ des im Boden 2 des Wasserfahrzeuges 1 ge bildeten Brunnens 14 groß sein. Wegen dieser Nachteile ist die Konstruktion nach Fig. 1, in der herkömmliche Technik angewendet ist, nicht immer verwendungsfähig.In Fig. 1, a rotatable propeller system 3 is shown, which is installed in a well 14 formed in the bottom 2 of a watercraft 1 . The propeller system is formed from a vertical column 15 in which a vertical shaft 5 is located. The vertical shaft drives the horizontal propeller shaft 4 , to which the propeller 9 is attached, via an angular gear 6 . An annular propeller nozzle 7 is arranged around the propeller such that the tips 11 of the blades 10 of the propeller 9 are located approximately in the middle of the propeller nozzle 7 . Thus, the moment lever arm a _{1 of} the control torque caused by the propeller nozzle is significantly large. Since the rotation of the propeller nozzle angeord Neten in this way requires a lot of space, the diameter D ₁ of the well 14 formed in the bottom 2 of the watercraft 1 must be large. Because of these disadvantages, the construction of Fig. 1 in which conventional technology is used is not always usable.

In Fig. 2 ist die Propelleranlage nach Fig. 1 als in eine erfindungsgemäße Propelleranlage umgewandelt darge stellt. Dabei ist die Propellerdüse 7 derart angebracht, daß der Abstand c, gemessen von der Mittelebene der Blätter 10 des Propellers 9 bis zur Vorderkante, d. h. Einlaufkante 12 der Propellerdüse 7, von der Länge b der Propellerdüse 7 derart abhängig ist, daß c = 0,7 . . . 0,85 b ist. Die Vorder kante, d. h. Einlaufkante 12 der Propellerdüse liegt damit nahe der Drehachse 13 der Propelleranlage. Die gegenseitige Lage der Propellerdüse 7 und des Propellers 9 konnte dabei durch geeignete Formgebung der Propellerdüse 7 wie im vor stehenden beschrieben gewählt werden (c = 0,70 . . . 0,85 × b). Der Schub der Propellerdüse 7 nimmt gegenüber der vorher be schriebenen Anordnung nicht wesentlich ab. Das Maximum der Schubkraft der Propellerdüse 7 wird durch eine Anordnung er reicht, bei der der Abstand c von der Mittelebene der Blätter 10 des Propellers 9 bis zur Einlaufkante 12 der Propellerdüse 7 ca. 0,7 × Länge b der Propellerdüse 7 beträgt. Eine noch nähere Anordnung des Propellers 9 an der Vorderkante der Propellerdüse 7 als der oben genannte Abstand verbessert die Leistung der Propelleranlage nicht mehr wesentlich. Der Schub der Propellerdüse 7 ist 10 % kleiner als der Maximal wert der Schubkraft, wenn der im vorstehenden genannte Ab stand c = 0,85 × Länge b der Propellerdüse 7 beträgt. Eine derartige Lösung, bei der die Schubkraft unter 90 % des Maxi malwertes der Schubkraft liegt, ist technisch nicht zulässig, und die Herstellung einer solchen Lösung wäre unwirtschaft lich.In Fig. 2, the propeller system of FIG. 1 is Darge converted into a propeller system according to the invention. The propeller nozzle 7 is attached such that the distance c , measured from the central plane of the blades 10 of the propeller 9 to the front edge, ie the leading edge 12 of the propeller nozzle 7 , depends on the length b of the propeller nozzle 7 such that c = 0, 7. . . 0.85 b . The front edge, ie leading edge 12 of the propeller nozzle is thus close to the axis of rotation 13 of the propeller system. The mutual position of the propeller nozzle 7 and the propeller 9 could be selected by suitable shaping of the propeller nozzle 7 as described above (c = 0.70... 0.85 × b) . The thrust of the propeller nozzle 7 does not decrease significantly compared to the previously described arrangement. The maximum of the thrust of the propeller nozzle 7 is achieved by an arrangement in which the distance c from the center plane of the blades 10 of the propeller 9 to the leading edge 12 of the propeller nozzle 7 is approximately 0.7 × length b of the propeller nozzle 7 . An even closer arrangement of the propeller 9 on the front edge of the propeller nozzle 7 than the above-mentioned distance no longer significantly improves the performance of the propeller system. The thrust of the propeller nozzle 7 is 10% smaller than the maximum value of the thrust when the above-mentioned was c = 0.85 × length b of the propeller nozzle 7 . Such a solution, in which the thrust is below 90% of the maximum value of the thrust, is not technically permissible, and the production of such a solution would be uneconomical.

Der entscheidend auf das Steuerungsmoment wirkende Abstand a ₂ zwischen dem Mittelpunkt der Propellerdüse und der Drehachse 13 ist bei dieser Konstruktion wesentlich kleiner als bei dem entsprechenden Abstand in Fig. 1, womit auch die Steuerungskräfte wesentlich kleiner bleiben. Die Propeller düse 7 erhöht auch nicht die Größe des im Boden 2 des Wasser fahrzeuges 1 erforderlichen Brunnens 14, da die Hinterkante, d. h. Auslaufkante 8 der Propellerdüse 7 hauptsächlich in der Ebene der Propellernabe liegt, wie Fig. 2 zeigt. In diesem Beispielsfall beträgt der Durchmesser D ₂ des Brunnens 14 ca. 1,6 × Durchmesser d des Propellers 9. Außer der Lage der Propellerdüse 7 sind in diesem Beispielsfall auch die die Form der Propellerdüse bestimmenden Verhältnisse am günstig sten. In praktischen Messungen wurde nämlich festgestellt, daß die Länge b der Propellerdüse am vorteilhaftesten ca. die Hälfte des Durchmessers d des Propellers 9 beträgt. Bei der erfindungsgemäßen Lösung kann auch die Befestigung der Pro pellerdüse 7 am Körper der Propelleranlage 3 stabiler be festigt werden, aus welchem Grunde das Spiel zwischen den Spitzen 11 der Propellerblätter und der Propellerdüse 7 kleiner gelassen werden kann als bei der Lösung nach Fig. 1.The distance a _2, which acts decisively on the control torque , between the center point of the propeller nozzle and the axis of rotation 13 is significantly smaller in this construction than in the corresponding distance in FIG. 1, so that the control forces also remain significantly smaller. The propeller nozzle 7 also increases the size of the vehicle is not in the bottom 2 of the water fountain 1 required 14 because the trailing edge, that spout edge 8 is the propeller nozzle 7 mainly in the plane of the propeller hub, such as Fig. 2 shows. In this example, the diameter D _{2 of} the well 14 is approximately 1.6 × the diameter d of the propeller 9 . In addition to the position of the propeller nozzle 7 , the conditions determining the shape of the propeller nozzle are also most favorable in this example. In practical measurements it was found that the length b of the propeller nozzle is most advantageously approximately half the diameter d of the propeller 9 . In the inventive solution, the attachment of the Pro can pellerdüse 7 on the body of the propeller system 3 stably be are fastened, for which reason the clearance between the tips 11 of the propeller blades and the propeller nozzle 7 can be left smaller than that in the solution of FIG. 1.

Dem Fachmann ist klar, daß die einzelnen Ausführungen der Erfindung im Rahmen der beigefügten Patentansprüche va riieren können. Das Wesentliche der Erfindung besteht darin, daß die Anordnung der an sich bekannten Propellerdüse an einer an sich bekannten drehbaren Propelleranlage auf neue und überraschende Weise erfolgt, wobei viele überraschende Vorteile und Verbesserungen erzielt werden, wie dies im vor stehenden dargestellt wurde.It is clear to the person skilled in the art that the individual statements the invention within the scope of the appended claims va riieren. The essence of the invention is that the arrangement of the known propeller nozzle a known rotating propeller system to new ones and surprisingly done, many surprising Benefits and improvements can be achieved as in the previous standing was shown.

Claims

1. On a watercraft ( 1 ) fitted with a ring-shaped propeller nozzle ( 7 ) equipped, rotatable propeller system ( 3 ), in which the driving force via a vertical shaft ( 5 ) and an angular gear ( 6 ) on the horizontal propeller shaft ( 4 ) is transmitted, and the propeller system for the purpose of control of the watercraft is rotatable about the vertical axis, characterized in that the annular propeller nozzle (7) is arranged such that the measured in the axial direction of the propeller nozzle (7), distance (c) from the leading edge ( 12 ) of the propeller nozzle ( 7 ) to the central plane of the propeller ( 9 ) in the range 0.7. . . 0.85 × axial length (b) of the propeller nozzle ( 7 ).

2. Propeller system according to claim 1, characterized in that the leading edge ( 12 ) of the on the rotatable propeller system ( 3 ) arranged propeller nozzle ( 7 ) we essentially on the center line of the vertical shaft ( 5 ), ie the axis of rotation of the propeller system, or in whose immediate vicinity is.

3. Propeller system according to claim 1 and 2, characterized in that the distance between the leading edge ( 12 ) and the trailing edge ( 8 ) of the rotating propeller system ( 3 ) arranged propeller nozzle ( 7 ), ie the length (b) of the Propeller nozzle, is substantially half the diameter (d) of the propeller ( 9 ).

4. Rotatable propeller system ( 3 ) according to claim 1 to 3, which is arranged on a in the bottom ( 2 ) of the watercraft ( 1 ) formed fountain ( 14 ) such that the propeller system ( 3 ) upwards in the fountain ( 14th ) can be lifted when the propeller system ( 3 ) is not needed, characterized in that the propeller nozzle ( 7 ) is so close to the axis of rotation ( 13 ) of the propeller system ( 3 ) that the diameter (D ₁) of the well ( 14 ) is sufficiently large if it is substantially 1.6 times the diameter (d) of the propeller ( 9 ) or if the propeller system ( 3 ) is not rotated in the raised position inside the well ( 14 ), the Diameter (D ₂) of the well ( 14 ) is sufficiently large if it is essentially 1.35 times the diameter (d) of the propeller ( 9 ).