DE69923211T2

DE69923211T2 - Einrichtung zum antrieb von schiffen und düse hierfür

Info

Publication number: DE69923211T2
Application number: DE69923211T
Authority: DE
Inventors: Arie Den Uil
Original assignee: SCHEEPSWERF VAN DE GIESSEN BV
Current assignee: SCHEEPSWERF VAN DE GIESSEN BV
Priority date: 1998-11-09
Filing date: 1999-11-08
Publication date: 2005-12-29
Anticipated expiration: 2019-11-09
Also published as: AU1082600A; ATE286825T1; NL1010537C2; EP1129006B1; WO2000027697A1; ES2237173T3; DE69923211D1; EP1129006A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und des Anspruchs 11. Eine solche Vorrichtung ist u.a. aus der Patentbeschreibung GB 1 318 868 und aus der Patentanmeldung NL 1 004 558 desselben Anmelders bekannt.
Im Falle der bekannten Vorrichtung mit Düse weist die Düse die besondere Eigenschaft auf, dass dann, wenn sich der Schraubenpropeller in der Gegenrichtung dreht, währenddessen der Wasserstrom von der Rückseite der Düse zur Stirnseite fließt, eine größere Bremskraft auf das Schiff ausgeübt wird. Jedoch wurde festgestellt, dass das Profil, das für diesen Zweck benutzt wird, mit einem Krümmungsradius und einem parabolischen Profil an der Rückseite der Düse, eine ungünstige Wirkung auf die Schubkraft und folglich auf den Antriebswirkungsgrad bei einer Fortbewegung in Vorwärtsrichtung hat.
Um den oben erwähnten Nachteil zu vermeiden ist die Vorrichtung gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 beschaffen. Dadurch wird das Einströmen des Wassers in die Düse an der Stirnseite verbessert, so dass die Schubkraft bei der Fortbewegung in Vorwärtsrichtung erhöht ist und deshalb der Antriebswirkungsgrad größer ist. Es ist festgestellt worden, dass die Bremskraft nicht vermindert ist, wenn sich der Schraubenpropeller in der Gegenrichtung dreht.
Entsprechend einer weiteren Verbesserung ist die Vorrichtung gemäß dem Anspruch 2 beschaffen. Dies macht eine weitere Steigerung der Schubkraft möglich.
Entsprechend verschiedenen Verbesserungen ist die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 3 bis 10 beschaffen. Die Verbesserungen beziehen sich auf verschiedene Ausführungsformen.
Außerdem betrifft die Erfindung eine Düse gemäß dem Anspruch 11.
Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf ein Ausführungsbeispiel anhand einer Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 ein Ausführungsbeispiel eines Hecks eines Schiffes; und
2 einen Querschnitt des Profils einer Düse, die in der Vorrichtung gemäß 1 benutzt wird.
Einander entsprechende Teile sind in den beiden Figuren so weit wie möglich immer mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
1 zeigt ein Heck 1 mit einem Schraubenpropeller 3, der um eine Drehachse drehbar ist. Um den Schraubenpropeller ist eine Düse 2 angebracht. Der sich drehende Schraubenpropeller 3 führt eine Wasserströmung F herbei und drängt das Wasser nach hinten, in Richtung eines Ruders 4, mit dem Ergebnis, dass eine Schubkraft auf das Schiff wirkt und das Schiff sich vorwärts bewegen wird, was in 1 nach links bedeutet. So weit wie möglich ist die Düse 2 derart beschaffen, dass sie, ohne Hindernisse aufzuweisen, ganz rund ist, wobei sie in der Ebene durch die Drehachse des Schraubenpropellers 3 so weit wie möglich immer das gleiche Profil aufweist. Örtlich gibt es Abweichungen an der Außenseite des Profils, insbesondere weil Halterungen, mittels der die Düse 2 an dem Heck 1 hängt, an der Düse vorgesehen sind. Zur Vermeidung einer Korrosion sind Anoden 5 am Heck 1, an der Düse 2 und am Ruder 4 vorgesehen.
In der gezeigten Ausführungsform ist die Düse 2 an einem Heck 1 befestigt. Außerdem sind Ausführungsformen bekannt, in denen die Düse, der Schraubenpropeller und möglicherweise das Ruder zusammengebaut sind, um einen Ruderpropeller zu bilden. Die Düse gemäß der Erfindung kann genauso für diese und noch weitere Ausführungsformen benutzt werden.
2 zeigt einen Querschnitt durch die Düse 2, der das Profil der Düse 2 in der Ebene durch die Drehachse des Schraubenpropellers 3 zeigt. Die Düse 2 ist konzentrisch um den Schraubenpropeller 3 angeordnet, was in 2 durch eine Kontur 10 aus gestrichelten Linien angegeben ist. Der Schraubenpropeller 3 hat einen Durchmesser D₄. An der Position des Schraubenpropellers 3 weist die Düse 2 eine innere Mantelfläche 7 auf. Die innere Mantelfläche 7 hat einen Innendurchmesser D₃, der ungefähr 0,8 % größer als der Durchmesser D₄ des Schraubenpropellers 3 ist. Bei kleineren Durchmessern des Schraubenpropellers 3 ist der Innendurchmesser D₃ wenigstens 10 bis 20 mm größer als der Außendurchmesser D₄ des Schraubenpropellers 3. Wenn der Schraubenpropeller 3 einstellbar ist, wird der Spalt zwischen dem Schraubenpropeller 3 und der Düse 2 im Allgemeinen größer gehalten. Ein Drehen des Schraubenpropellers 3 erzeugt die Wasserströmung F, deren Richtung jener entspricht, die in 1 angegeben ist.
Die Düse 2 weist an der Stirnseite eine äußere Mantelfläche 11 mit einem Außendurchmesser D₁ auf, wobei die äußere Mantelfläche eine Länge L₄ besitzt und nach hinten zu in einer Kegelmantelfläche 6 aufgeht, wobei der Durchmesser der äußeren Oberfläche 6 nach hinten zu kleiner wird und ein Kegelwinkel α mit der Drehachse des Schraubenpropellers 3 gebildet wird. Der Außendurchmesser D₁ ist ungefähr 1,2 bis 1,3 mal der Durchmesser D₄ des Schraubenpropellers 3 und ist vorzugsweise 1,25 mal der Durchmesser D₄. Die Länge L₄ der äußeren Mantelfläche kann im Bereich von null bis 0,032 mal dem Durchmesser D₄ des Schraubenpropellers 3 variieren und ist vorzugsweise 0,016 mal der Durchmesser D₄. Der Kegelwinkel α kann im Bereich von vier bis sieben Grad variieren und ist vorzugsweise ungefähr 5,6 Grad.
An der Stirnseite der Düse 2 geht die äußere Mantelfläche 11 mit einem Einlassradius R₁ in einer Einlassfläche 8 auf, die an die innere Mantelfläche 7 anschließt. Der Einlassradius R₁ ist ungefähr 0,019 bis 0,023 mal der Durchmesser D₄ des Schraubenpropellers 3 und ist vorzugsweise 0,021 mal D₄. Die Einlasslänge L₂ von der Stirnseite der Düse 2 bis zu der inneren Mantelfläche 7 ist ungefähr 0,19 bis 0,23 mal der Durchmesser D₄ des Schraubenpropellers 3 und ist vorzugsweise 0,21 mal der Durchmesser D₄. Die innere Mantelfläche 7 hat eine Länge von 0,11 bis 0,14 mal dem Durchmesser D₄ des Schraubenpropellers 3, so dass der Abstand von der Stirnseite der Düse 2 bis zum Zentrum der Mantelfläche 7 eine Länge von 0,25 bis 0,29 mal dem Durchmesser D₄ des Schraubenpropellers 3 und vorzugsweise 0,27 mal dem Durchmesser D₄ aufweist. Das Profil der Einlassfläche 8 ist derart beschaffen, dass es nahe dem Einlassradius R₁ einen Radius besitzt, der dem Einlassradius R₁ entspricht, und dort eine Berührungslinie aufweist, die mehr oder weniger tangential zu dem Einlassradius R₁ ist, und nahe der inneren Mantelfläche 7 einen sehr großen bis unendlichen Radius besitzt und dort eine Berührungslinie aufweist, die mehr oder weniger parallel zu der inneren Mantelfläche 7 verläuft. Das Profil des Einlassradius 8 verläuft vorzugsweise parabolisch.
An der Rückseite der Düse 2 geht die äußere Kegelmantelfläche 6 mit einem Auslassradius R₂ in einer Auslassfläche 9 auf, die an die innere Mantelfläche 7 anschließt. Der Auslassradius R₂ ist ungefähr 0,015 bis 0,019 mal der Durchmesser D₄ des Schraubenpropellers 3 und ist vorzugsweise 0,017 mal D₄. Die Auslasslänge L₃ von der Rückseite der Düse 2 bis zu der inneren Mantelfläche 7 ist ungefähr 0,15 bis 0,19 mal der Durchmesser D₄ des Schraubenpropellers 3 und ist vorzugsweise 0,17 mal der Durchmesser D₄. Das Profil der Auslassfläche 9 ist derart beschaffen, dass es nahe dem Auslassradius R₂ einen Radius besitzt, der dem Auslassradius R₂ entspricht, und dort eine Berührungslinie aufweist, die ebenfalls mehr oder weniger tangential zu dem Auslassradius R₂ ist, und nahe der inneren Mantelfläche 7 einen sehr großen bis unendlichen Radius besitzt und dort eine Berührungslinie aufweist, die mehr oder weniger parallel zu der inneren Mantelfläche 7 verläuft. Das Profil des Auslassradius 9 verläuft vorzugsweise parabolisch.
Der Einlassradius R₁ und der Auslassradius R₂ sind vorzugsweise als Rundmaterial oder Rundrohrmaterial in Kreisform ausgeführt, wodurch sich ein stabiler Aufbau ergibt. Das Material ist Kohlenstoffstahl. Die Einlassfläche 8, die innere Mantelfläche 7 und die Auslassfläche 9 sind aus nicht rostendem Stahl hergestellt, so dass eine Korrosion vermieden wird. Zusätzlich zu der oben erwähnten Ausführung können alle Teile der Düse auch aus nicht rostendem Stahl oder aus Kohlenstoffstahl hergestellt sein oder Teile können in Abhängigkeit von ihrer Verwendung aus diesen oder anderen geeigneten Werkstoffen hergestellt sein.
Die Düse 2 hat eine Länge L₁, die gleich ungefähr 0,5 mal der Durchmesser D₄ des Schraubenpropellers 3 ist. Die Länge der inneren Mantelfläche 7 ist ungefähr 0,125 mal der Durchmesser D₄ des Schraubenpropellers 3. Das Zentrum der äußeren Begrenzungsfläche des Schraubenpropellers 3 entspricht mehr oder weniger dem Zentrum der inneren Mantelfläche 7. Es ist festgestellt worden, dass die Position des Zentrums der äußeren Begrenzungsfläche des Schraubenpropellers vorzugsweise ungefähr 0,55 mal die Länge L₁ der Düse 2 von der Stirnseite der Düse 2 entfernt angeordnet sein sollte. Ausführungsformen, in denen die Abmessungen des Profils angepasst sind, sind leicht möglich. In diesem Fall kann die Länge der inneren Mantelfläche 7 beispielsweise größer als die Länge L₄ der äußeren Mantelfläche 11 sein, wobei sich die Länge L₁ der Düse 2 um den gleichen Wert vergrößert. Andere Profilanpassungen können zu Anpassungen bei den verschiedenen Durchmessern des Kegelwinkels α führen, wobei in diesem Fall der Einlassradius R₁ und/oder die Einlasslänge L₂ immer größer als der Auslassradius R₂ und/oder die Auslasslänge L₃ bleiben wird. Die Gestalt der gezeigten äußeren Oberfläche 6, die für Fertigungszwecke kegelförmig ist, kann ebenfalls angepasst werden, wobei ihr in Längsrichtung gesehen beispielsweise ein leicht gekrümmtes Profil gegeben werden kann. Die Leistungsfähigkeit der Düse gemäß der Erfindung leidet nicht unter ungünstigen Effekten, wenn die Gestalt der äußeren Oberfläche 6 derart ausgeführt ist, dass keine unzulässigen Störungen, wie etwa ein örtliches Abreißen der Strömung von der Außenwand der Düse 2, auftreten.
Anhand von Versuchen ist festgestellt worden, dass durch das Vornehmen der Verbesserung gemäß der Erfindung der Antriebswirkungsgrad um 4 verbessert werden kann. Durch Verwenden der Düse gemäß der Erfindung kann der Benutzer eines Schiffes eine erhebliche Einsparung erzielen, während die erforderliche Bremskraft, wodurch bei einem Bremsschub ein Schiff beispielsweise innerhalb seiner Länge zum Stillstand kommen muss, mindestens gleich bleibt.

Claims

Vorrichtung für Schiffe mit Antriebsschraube und dergleichen mit einem Schraubenpropeller (3), der mittels eines Antriebs um eine Drehachse gedreht werden kann, und einer Düse (2), die konzentrisch um den Schraubenpropeller (3) angebracht ist, um das Wasser (F), das durch den sich drehenden Schraubenpropeller in Bewegung gesetzt wird, zu leiten, wobei die Düse an der Innenseite mit einer ersten Mantelfläche (7) versehen ist, die einen Innendurchmesser (D₃) hat, der eine Spaltbreite größer als der Außendurchmesser (D₄) des Schraubenpropellers (3) ist, und wobei die Düse an der Außenseite mit einer äußeren Oberfläche (6) versehen ist, die den größten Außendurchmesser (D₁) nahe der Stirnseite der Düse hat, wobei die Düse außerdem in einer beliebigen Ebene durch die Drehachse ein Profil mit Krümmungsradien aufweist, wobei das Profil mit einem Einlassradius (R₁) an die äußere Oberfläche an der Stirnseite und mit einem Auslassradius (R₂) an die äußere Oberfläche an der Rückseite der Düse anschließt, wobei die Krümmungsradien des Profils an der Innenseite der Düse mit mehr oder weniger parabolischen Profilen (8, 9) an die erste Mantelfläche (7) anschließen, dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmungsradius (R₁) an der Stirnseite der Düse und der Abstand (L₂) von der Stirnseite der Düse zur ersten Mantelfläche (7) größer als der Krümmungsradius (R₂) an der Rückseite der Düse bzw. der Abstand (L₃) zwischen der Rückseite der Düse und der ersten Mantelfläche sind und der Krümmungsradius von der Stirnseite aus, wo er dem Einlassradius (R₁) entspricht, in Richtung der Rückseite zu einem sehr großen bis unendlichen Radius nahe der inneren Mantelfläche (7) zunimmt, und der Krümmungsradius von der Rückseite aus, wo er dem Auslassradius (R₂) entspricht, in Richtung der Stirnseite zu einem sehr großen bis unendlichen Radius nahe der inneren Mantelfläche (7) zunimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Stirnseite der Düse (2) der Krümmungsradius (R₁) an der Außenseite in einer zweiten Mantelfläche (11) aufgeht, die an die äußere Oberfläche (6) anschließt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge (L₁) der Düse ungefähr die Hälfte des Durchmessers (D₄) des Schraubenpropellers (3) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmungsradien (R₁, R₂) größer als 0,015 mal der Durchmesser (D₄) des Schraubenpropellers (3) sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmungsradius (R₁) an der Stirnseite ungefähr 0,019 bis 0,023 mal der Durchmesser (D₄) des Schraubenpropellers ist und vorzugsweise 0,021 mal der Durchmesser (D₄) des Schraubenpropellers (3) ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand von der Stirnseite der Düse zum Zentrum der ersten Mantelfläche (7) ungefähr 0,25 bis 0,29 mal der Durchmesser (D₄) des Schraubenpropellers (3) ist und vorzugsweise 0,27 mal der Durchmesser (D₄) des Schraubenpropellers (3) ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der größte Durchmesser (D₁) der äußeren Oberfläche (6) oder der Durchmesser der zweiten Mantelfläche (11) ungefähr 1,2 bis 1,3 mal der Durchmesser (D₄) des Schraubenpropellers (3) ist und vorzugsweise 1,25 mal der Durchmesser (D₄) des Schraubenpropellers (3) ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der kleinste Durchmesser (D₂) der äußeren Oberfläche (6) ungefähr 1,16 mal der Durchmesser (D₄) des Schraubenpropellers ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der ersten Mantelfläche (7) ungefähr 0,11 bis 0,14 mal der Durchmesser (D₄) des Schraubenpropellers (3) ist und vorzugsweise 0,125 mal der Durchmesser (D₄) des Schraubenpropellers (3) ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die äußere Oberfläche (6) stark kegelförmig ist, mit einem Kegelwinkel (α) von ungefähr vier bis sieben Grad.
Düse zur Verwendung in einer Vorrichtung für Schiffe mit Antriebsschraube und dergleichen, wobei die Düse an der Innenseite mit einer ersten Mantelfläche (7) und an der Außenseite mit einer äußeren Oberfläche (6), die den größten Außendurchmesser (D₁) nahe der Stirnseite der Düse hat, versehen ist, wobei die Düse außerdem in einer beliebigen Ebene durch die Drehachse ein Profil mit Krümmungsradien aufweist, wobei das Profil mit einem Einlassradius (R₁) an die äußere Oberfläche an der Stirnseite und mit einem Auslassradius (R₂) an die äußere Oberfläche an der Rückseite der Düse anschließt, wobei die Krümmungsradien des Profils an der Innenseite der Düse mit mehr oder weniger parabolischen Profilen (8, 9) an die erste Mantelfläche (7) anschließen, dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmungsradius (R₁) an der Stirnseite der Düse und der Abstand (L₂) von der Stirnseite der Düse zur ersten Mantelfläche (7) größer als der Krümmungsradius (R₂) an der Rückseite der Düse bzw. der Abstand (L₃) zwischen der Rückseite der Düse und der ersten Mantelfläche sind und der Krümmungsradius von der Stirnseite aus, wo er dem Einlassradius (R₁) entspricht, in Richtung der Rückseite zu einem sehr großen bis unendlichen Radius nahe der inneren Mantelfläche (7) zunimmt, und der Krümmungsradius von der Rückseite aus, wo er dem Auslassradius (R₂) entspricht, in Richtung der Stirnseite zu einem sehr großen bis unendlichen Radius nahe der inneren Mantelfläche (7) zunimmt.