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Schaufelradschiffspropeller Die vorliegende Erfindung bezieht sich
auf Schaufelräder, deren Schaufeln während der Umdrehung des Rades im Vergleich
zu ihm um ganz oder nahezu achsparallele Schaufelachsen schwingen und vom Wasser
vorwiegend senkrecht zur Schaufelachse beaufschlagt werden, und hat zum Zweck, die
Schaufelschwingungen so zu gestalten, daß- hydraulisch günstige Verhältnisse entstehen.
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Bei der Verwendung solcher Schaufelräder als Vortriebserzeuger für
Wasserfahrzeuge arbeiten diese Schaufelräder als Verbundpropeller im freien Wasserstrom.
Die hintere Laufkreishälfte erhält also Wasser, das von Zier vorderen Laufkreishälfte
beschleunigt worden ist, so daß die Zustromgeschwindigkeit zur hinteren Laufkreishälfte
größer ist als jene zur vorderen. Wenn beide Laufkreishälften hinsichtlich der Form
und des Bewegungsgesetzes der Schaufeln symmetrisch ausgeführt werden, verursachen
die verschiede nen Zustromgeschwindigkeiten eine stärkere-Belastung der Schaufeln
in der vorderen Laufkreishälfte im Vergleich zu jener in der hinteren Hälfte. Die
Folgen dieser ungleichen Schubbelastung der Schaufeln sind Verschlechtern des Wirkungsgrades
und erhöhtes Hohlraumbilden in der vorderen Radhälfte. Diese nachteiligen Folgen
verschärfen sich mit wachsendem Geschwindigkeitsunterschied, also mit steigendem
Schubbelastungsgrad c, Das Bewegungsgesetz von Propellern der beschriebenen Form
ist bekanntermaßen- von solcher Art, daß auf die Schaufelzapfen Schwingbewegungen
von bestimmter Ausschlagverteilung längs der Bewegung um den Radmittelpunkt übertragen
werden, wobei die Größen der Ausschlagwinkel für beide Halbschwingungen spiegelbildlich
gleichbleiben.
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Es ist bekannt, bei Verwendung von in beiden Radhälften symmetrischen
Bewegungsgesetzen den Schubbelastungsausgleich abhängig vom Belastungsgrad durch
folgende zwei ,Maßnahmen herbeizuführen: i. Die Schaufelkrümmung wird dem jeweiligen
Belastungsgrad in der Weise angepaßt, daß mit steigendem Belastungsgrad der lrümmungshalbmesser
der Schaufelprofile
vergrößert wird. Die Krümmung der Schaufel ist
also bei kleinen Belastungsgraden am größten. Da aber kleine Belastungsgrade von
etwa o,5 bis I,o gerade das Kennzeichen schneller Schiffe sind, bei denen die Gefahr
der Hohlraumbildung an sich schon groß ist, bedeuten starb gekrümmte Schaufelprofile
eine weitere Erhöhung dieser Gefahr, insbesondere in den tangentialen Stellungen
der Schaufeln. in denen die Flügelkräfte keinen Vortriebsanteil erzeugen. Ein Verbessern
des Gesamtwirkungsgrades durch diese bekannte Maßnahme des Belastungsausgleiches
ist also zum mindesten für Schaufelräder schneller Fahrzeuge nicht möglich.
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z. Die Schaufeln werden in den Vortriebs-Stellungen entsprechend den
verschiedenen Zuströmgeschwindigkeiten um verschieden große Winkel verstellt In
der vortriebslosen Umlaufstellung dagegen, in der sie sich parallel und gleichsinnig
finit der Fahrtrichtung des Schiffes bewegen, stehen die Schaufeln nicht, wie üblich,
tangential zu dieser Bewegungsrichtung, sondern sie erhalten dort eine Einwärtsdrehung
um einen Betrag, der nach einer bestimmten Gesetzmäßigkeit mit wachendem Belastungsgrad
zunimmt. Dieser Belastungsausgleich wird nun aber erkauft durch erhöhte Bewegungswiderstände
der Schaufeln in den vortriebslosen Umlaufstellungen,weil dort die Schaufeln einen
Anstellwinkel zur Relativströmung besitzen. Aus diesem Grund kann auch diese zweite
Maßnahme des Belastungsausgleiches den Gesamtwirkungsgrad des Schaufelrades nicht
verbessern. j Gemäß .der vorliegenden Erfindung soll nun das Entlasten der vorderen
Laufkreishälfte weder durch Ändern der Schaufelkrümmung noch durch Verdrehen der
Schaufeln selbst erreicht werden, sondern durch Verwenden eines Antriebs, beispielsweise
einer Stangenkinematik nach Patent 638 318, mit der durch geeignetes Bemessen und
Anordnen der Stangen und Drehpunkte eine Unsymmetrie bereits in den Schwingbewegungen
der Schaufelzapfen selbst ausgeführt werden kann. Durch Anwenden einer solchen unsymmetrischen
Kinematik kann ein Belastungsausgleich zwischen der vorderen und hinteren Radhälfte
erzielt werden, ohne einerseits zu starke Schaufelkrümmungen, andererseits schädliche
Schaufelneigungen in den vortriebslosen Schaufelkreispunkten anwenden zu müssen.
Das Maß der Unsymmetrie bleibt dabei ebenfalls in Abhängigkeit vom Belastungsgrad
wie bei der im Patent 5a1 o26
beschriebenen Ausführungsforen.
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In der Zeichnung ist :der Verlauf der Schaufelschwingbewegungen dargestellt,
und zwar zeigen Abb. i den Schwingungsverlauf der erfindungsgemäßen Anordnung im
Vergleich zu den seither bekannten Ausführungen, Abb. a bis .4 die zugehörigen Schaufeldiagramme
des Propellers.
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Der in Abb. i dargestellte Schwingungsverlauf der Propellerschaufeln
zeigt in der ausgezogenen Kurve a- die Verhältnisse für vollkommen symmetrische
Bewegung, wobei die Schaufelnd in der Vortriebsstellung um gleiche Winkel a verdreht
werden, während sie in der vortriebslosen Umlaufstellung tangential am Schaufelkreis
anliegen. Diese Verhältnisse sind im Schaufeldiagramm Abb. 3 schematisch dargestellt.
Ö bedeutet dabei den Schaufelkreismittelpunkt und N das Steuerzentrum für die Schaufelnd.
Die gestrichelte Schwingungskurve b, der das Schaufeldiagramm nach Abb. 4 entspricht.
zeigt eine Ausführung, bei der die Schaufelnd zwar in den Vortriebsstellungen entsprechend
der verschiedenen Strömungsverhältnisse ungleiche Winkelausschläge o1 und a.. haben;
in Tier vortriebslosen Umlaufstellung dagegen bedingt dieses Bewegungsgesetz ein
geringes Einwärtsdrehen der Schaufelnd um einen Betrag, der nach einer bestimmten
Gesetzmäßigkeit mit wachsendem Belastungsgrad zunimmt. Dies bringt einen erhöhten
Bewegungswiderstand der Schaufelnd in der vortriebslosen Umlaufstellung mit sich,
weil dort die Schaufeln einen Anstellwinkel zur Relativströmung besitzen.
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Die erfindungsgemäße Schwingbewegun r ! der Propellerschaufeln d ist
in der strichpunktierten Kurve c dargestellt. Dabei ist entsprechend den verschiedenen
Strömungsverhältnissen die Forderung erfüllt, daß die Schaufelnd in den Vortriebsstellungen
verschieden große Ausschläge a, und a. aufweisen, und zwar in der vorderen, in Fahrtrichtung
gelegenen Laufkreishälfte ist der Schaufelkopf weniger stark nach außen gerichtet
als in der hinteren Laufkreishälfte nach innen.
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Trotzdem liegen die Schaufeln d in der vortriebslosen Umlaufstellung
tangential am Laufkreis des Propellers an und beeinträchtigen dadurch den Wirkungsgrad
nicht wie bei der in Abb.4 dargestellten Ausführung. Das dem erfindungsgemäßen Kurvenverlauf
entsprechende Schaufeldiagramm ist in Abb. 2 aufgezeichnet.