DE680640C - Vorrichtung zum Verbessern des Wirkungsgrades von Schaufelraedern an Schiffen durch Profilkoerper - Google Patents

Description

Bei einem Schaufelradschiff weicht die Strahlrichtung in seitlicher Richtung von der Fahrtrichtung des Schiffes ab. Diese Abweichung hat ihre Ursache in der Strahleinschnürung infolge der Beschleunigung des Wassers durch das Rad. Bei einem Radschlepper, der mit 11 km/h = etwa 3 m.'Sek., gegen Wasser gerechnet, fährt, beträgt die Beschleunigung ebenfalls 3 m, Sek., so daß die Geschwindigkeit des Strahls, auf das Schiff bezogen, in einer gewissen Entfernung hinter dem Rad 6m/Sek. beträgt. Der Strahlquerschnitt wird infolge dieser Verdopplung der Geschwindigkeit hinter dem Rad etwa halb so groß wie vor ihm. Es handelt sich hier um einen Strömungsvorgang, der bei der Schiffsschraube allgemein bekannt ist. Bei ihr verläuft die Einschnürung infolge des kreisförmigen Querschnitts des Strahles etwa in Form eines Kegelstumpfes, dessen Grundfläche vor der Schraube liegt.

Die Form der Einschnürung ist beim Strahl eines Schaufelrades eine andere, weil der Strahl selbst eine rechteckige Form hat und weil die Verhältnisse neben dem Strahl vollständig anders als bei der Schraube sind. Die eine Seite des Strahlrechtecks beim Schaufelrad liegt gegen die Schiffswand gerichtet, während die andere Seite durch die Wasseroberfläche dargestellt wird. Die Einschnürung kann daher nur von der freien Außen- und Unterseite des Strahlrechtecks erfolgen. Da Radschiffe meist in flachem Wasser fahren, ist der Strahl aber auch teilweise durch den Boden des Flußbettes begrenzt, so daß eine -ungehinderte Zuströmmöglichkeit nur von der Außenseite besteht. Tatsächlich schnürt sich der Strahl sehr stark von der Außenseite des Rades in Richtung gegen den Schiffskörper ein. Diese Einschnürung gegen den Schiffskörper ist bei jedem Radschlepper an der Wasseroberfläche ganz deutlich sichtbar. Die Abweichung des Strahls von der Fahrtrichtung des Schiffes beträgt bei normalen Verhältnissen in der Nähe des Rades, wo der Geschwindigkeitszuwachs oder die Beschleunigung am größten ist, etwa 15°. Diese Abweichung aus der Fahrtrichtung des Schiffes ist aber ein Verlust für den Vortrieb, weil sie keine Rückwirkung in der Fahrtrichtung des Schiffes erzeugt.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Rückgewinnung eines Teiles dieses Verlustes durch Anordnung einer Leitfläche, die in den gegen den Schiffskörper schräg gerichteten Strahl gelegt und auf der Außenseite des Schaufelrades am Schiff oder dessen Radkastenträger befestigt ist.

Bei richtiger Wahl des Anstellwinkels zu dem durch das Rad beschleunigten Wasser im abgelenkten Teil des Strahls und richtiger Form des Profilkörpers wird es möglich, daß bei verhältnismäßig geringer Widerstandsreaktion durch das anströmende Wasser eine erheblich größere Auftriebsreaktion, die gegen den Schiffskörper gerichtet ist, durch Zusammenwirken von Saug- und Druckseite des ίο Profils erzeugt wird. Solange die Bewegung der Wassermassen genügend schräg seitlich gerichtet ist, ist es immer möglich, daß die Resultierende zwischen der Widerstandsund Auftriebskomponente des Profilkörpers eine Neigung zur Fahrtrichtung erhält, wodurch am Profilkörper Kräfte frei werden, die — durch dessen Befestigung am Schiff — vorschubvermehrend auf das Schiff wirken. Die Leitfläche wird zweckmäßig am äußeren, in Längsrichtung des Schiffes liegenden Radkastenträger so befestigt, daß sie senkrecht steht und mit der Druckseite nach außen liegt.

Die näheren Einzelheiten sind aus den beiliegenden Zeichnungen zu entnehmen.

Abb. ι zeigt eine Aufsicht auf die Außenwand eines Schiffes mit Schaufelrad, Trägerkonstruktion für das äußere Radwellenlager, Leitfläche und die an dieser auftretenden Kraftkomponenten.

Abb. 2 zeigt eine Seitenansicht dieser Anordnung mit dem äußeren Radkastenträger und dem Schiffsboden und

Abb. 3 eine Ansicht der Anordnung von hinten.

In diesen Abbildungen ist 1 die Außenwand des Schiffes, 2 das Deck, 3 der Schiffsboden, 4 die Radwelle, 5 das Außenlager der Welle, 6 das Rad, 7 die Wasseroberfläche mit dem Wellenberg, 8 die erfindungsgemäße Leitfläche, 9 die Querträger für den Radkasten, ι ο die Längsträger für den Radkasten und 11 der Radkasten, der von der jeweiligen Blickseite offengehalten ist. Das Rad dreht sich in Pfeilrichtung um seine Achse 4. Die Bewegungsrichtung der Wassermassen gegen das Rad und die Leitfläche ist durch die Pfeilrichtung Vi? gekennzeichnet. Wird in diesen seitwärts gerichteten Wasserstrahl, etwa in Längsrichtung des Schiffes und mit dem Schiffskörper oder dessen äußeren Längsträger des Radkastens verbunden, ein tragflächenartiger Profilkörper 8 gelegt, so hat das Profil das Bestreben, sich nach vorn zu bewegen, wodurch ein Schub in Fahrtrichtung des Schiffes erzeugt wird.

Die Erzeugung dieses Schubgewinns ist in der Abb. 1 durch einen Kräfteplan dargestellt. Wenn man, wie bei Profilmessungen von Tragflächen üblich, annimmt, daß das infolge der Saugwirkung des Rades in Richtung«? angeströmte Profil 8 bei einem Widerstand in Strömungsrichtung von der Größe W einen Auftrieb von der Größe A senkrecht zur An-Strömrichtung ve oder W erfährt, so ergibt sich aus beiden die gemeinsame Resultierende R, die in zwei Komponenten zerlegt werden kann, und zwar eine quer gegen den Schiffskörper, Q, und eine, S, in Fahrtrichtung des Schiffes. Während die Querkräfte Q auf beiden Seiten sich aufheben, fällt 5 auf beiden Seiten in Fahrtrichtung des Schiffes, bedeutet also einen Schubgewinn für die Vorwärtsbewegung.

Die Größe der Abweichung von ve atis der Fahrtrichtung des Schiffes hängt hauptsächlich von der Belastung des Rades und der Fahrgeschwindigkeit des Schiffes ab. Deshalb ergibt sich die Durchbildung der Profilfläche, deren Größe und Lage zum Schiff oder zur Strömungsrichtung sowie deren Anstellwinkel aus den jeweils vorliegenden Radbelastungen und Fahrtverhältnissen. Bei hochbelasteten, langsam fahrenden Schleppern wird die Strahlabweichung "besonders groß, und es können verhältnismäßig dicke Profile Verwendung finden, die selbst bei negativen Anstellwinkeln gute Gleitzahlen, d. h. kleinen Widerstand und großen Auftrieb haben. Bei kleinen Radbelastungen und großen Geschwindigkeiten hingegen kommen vorwiegend schlanke Profile in Frage.

Wie die Abb. 1 zeigt, ergibt sich aus der Lage der Leitbleche gegenüber der Schiffswand ein Kanal, der nach vorn weit ist und sich nach hinten in Strömungsrichtung verengt. Hierdurch wird die dem Rad zufließende Wassermasse vergrößert, was eine Erhöhung des Radwirkungsgrades hervorruft.

Bei großen Belastungen tritt innerhalb des Rades eine Absenkung des Wasserspiegels ein, weil das Wasser nicht schnell genug nachströmen kann. Diese Absenkung ist gleichbedeutend mit einer Verminderung des Strahlquerschnitts und somit der beschleunigten Wassermasse, worauf der Verlust an Wirkungsgrad zurückzuführen ist. Durch die Vergrößerung der zufließenden Wassermasse wird die Absenkung ausgeglichen, und es ist der volle Strahlquerschnitt wirksam.

In der vorstehenden Beschreibung und den Abbildungen ist als Beispiel ein Seitenradschiff gewählt. Die oben beschriebene Erfindung ist selbstverständlich in gleicher Weise auf Hinterradschiffe anwendbar, auch wenn sie nur mit einem einzigen, quer hinter dem Hinterschiff liegenden Heckrad ausgerüstet sind. In solchen Fällen kommen die senkrechten Profile jeweils seitlich der freien Enden der Räder oder des Rades zur Anordnung.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Vorrichtung zum Verbessern des Wirkungsgrades von Schaufelrädern von Schiffen durch Profilkörper, dadurch gekennzeichnet, daß diese Körper an der freien Außenseite des Schaufelrades seitlich neben ihm am Schiff oder dessen Radkastenträger in senkrechter Richtung angebracht sind, und zwar mit der Saugseite dem Schiffskörper zugekehrt.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen