DK161953B - Fremgangsmaade til reduktion af skibspropelleres rotationsmodstand, samt indretning til udoevelse af fremgangsmaaden paa skibe til issejlads. - Google Patents

Description

i

DK 161953 B

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til reduktion af en skibspropellers rotationsmodstand ved tilførsel af eller dannelse af en gas på propellerens sugeside. Opfindelsen angår tillige en indretning til reduktion 5 af en skibspropellers rotationsmodstand ved tilførsel til eller dannelse af en gas ved propellerens sugeside.

Rotationsmodstanden af en skibspropeller på et skib, som bevæger sig i is, dvs. momentet, hvormed propelleren modsætter sig rotationsbevægelsen, forøges, og rotationsha-10 stigheden af propelleren bliver mindre, når isen nedsætter skibets hastighed og når isstykker kommer ind i propelleren.

Når der anvendes dieselmaskineri med stor effekt, er det vigtigt for at opnå maksimal effekt af motoren, at rotationshastigheden af dieselmaskinen, som er sammenkoblet med 15 propelleren, ikke nedsættes.

Det er kendt at anvende propellere med variabel stigning på skibe, hvorved rotationsmodstanden af propelleren kan reduceres ved at ændre stigningsvinklen for propellerens blade. Propellere med variabel stigning er imidlertid kost-20 bare, og den store størrelse af deres nav bevirker et tab. Endvidere giver isen problemer med hensyn til deres styrke og driftssikkerhed. Denne påvirkes især, når bladene drejes omtrent på tværs af isen, som kommer forfra, hvorved belastningerne fra isen mod bladene forøges og virker i en ret-25 ning, i hvilken styrken af bladene er mindst. Samtidig er mellemrummet mellem bladene mindre i et sådant omfang, at isstykker kun kan passere mellem propellerbladene efter at de er blevet knust til små stykker. Dette bevirker voldsomme vibrationer på skibet.

30 Det er ligeledes kendt at anvende f.eks. elektriske, hydrauliske eller mekaniske krafttransmissionssystemer, der er kostbare, og ved hjælp af hvilke det er muligt at variere forholdet mellem rotationshastighederne på motoren og propelleren .

35 Formålet med opfindelsen er at reducere rotations modstanden på skibspropellere på skibe til issejlads på kontrollerbar måde, sædvanligvis som korte sekvenser, således at krafttransmissionssystemer med variabelt transmissi- 2

DK 161953 B

onsforhold eller propellere med variabel stigning ikke er nødvendige ved issejlads eller for at forøge virkningen af reguleringen, når der anvendes en propeller med variabel stigning.

5 Der kendes metoder til at føre luft eller en anden gas til en skibspropeller med henblik på at reducere ulemperne som følge af kavitation, hvilke ulemper f.eks. er støj og erosion. Når dampbobler, der fremkaldes ved kavitationen, igen kollapser, bevirker de kraftige trykslag. Gasbobler, 10 som blæses frem mod porpelleren, vil imidlertid ikke kollapses ved et øget tryk, men bliver blot sammenpresset på jævn måde, hvorved slagagtige kræfter fra trykket forhindres. Det er også kendt at føre luft eller udstødningsgas frem til propelleren i speedbåde, der er forsynet med superkaviteren-15 de propellere, og i andre både der drives med høj hastighed. Funktionen af gassen er ud over at reducere kavitationen også at kompensere for den differentielle vandmodstand af propelleren på en glidende eller planende båd, når den planende tilstand sammenlignes med tilstanden, hvor båden endnu ikke 20 har løftet sig fra deplacementstilstand til planende tilstand .

Isforstærkede skibe samt skibe konstrueret til isbrydning er imidlertid betydeligt tungere end sådanne speedbåde. Propellerne har tykke blade, og de er konstrueret til 25 store belastninger, medens superkaviterende propellere på speedbåde har en helt forskellig udformning. I tilfældet med skibe, som er indrettet til issejlads, er Froude-tallet, som angiver forholdet mellem skibets hastighed og længden af vandlinien, mindre end 0,5, medens det er højere end 1 i 30 tilfælde af planende speedbåde.

I tysk offentliggørelsesskrift nr. 32 36 200 er det angivet som kendt ved en skibspropeller på sugesiden af propellerbladene, at lade luft træde ud gennem åbninger i disse med det formål at udligne det på sugesiden dannede vakuum.

35 Ifølge dette skrift blev der ikke opnået nogen forøget virkningsgrad ved dette arrangement, idet en efter dette princip udformet propeller omdanner en væsentlig del af dens energi til hvirveldannelser i vandet. Det arrangement, som foreslås 3

DK 161953 B

ifølge offentliggørelsesskriftet, forudsætter en konstant tilførsel af luft til propelleren, der tilsvarende skal have en speciel udformning, der næppe er robust nok til sejlads i is. Det foreslåede arrangement tilbyder iøvrigt ikke en mu-5 lighed for at tilpasse den af propelleren ydede modstand mod rotation til skibets fremdrivningshastighed.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen er ejendommelig ved, at fremgangsmåden anvendes på et isbrydende skib med henblik på at reducere forøgelsen af propellerens rotations-10 modstand og/eller nedgang i omdrejningstal, som forårsages af retardering af skibets fremdriftshastighed i isen og/eller fra stykker af is eller ismasse, som har fæstnet sig i propelleren. Tilførslen af gas kan forøges, når modstanden mod rotationen af propelleren på grund af isen forøges. Ind-15 retningen ifølge opfindelsen er ejendommelig ved, at den er tilpasset til et isbrydende skib. I henhold til opfindelsen kan rotationsmodstanden af propelleren reduceres effektivt på en meget simpel måde, som kan gennemføres med små omkostninger. Ved at føre gas frem til propelleren er det muligt 20 at sænke vandmodstanden for propelleren med f.eks. 50%. Samtidig reduceres propellerens fremdrivningstryk og mængden af vand, som strømmer gennem propelleren, hvorved isen, som bevirker propellerens modstand, også føres frem til propelleren sammen med vandet i mindre mængder. I et sådant tilfælde 25 er det en sekundær fordel, at der også kan opnås en reduktion af modstanden mod isen.

Når der tilføres gas til propelleren i henhold til opfindelsen er det vigtigt, at en større del af propellerbladenes overflade på lavtrykssiden dækkes med gas. Gasbob-30 lerne forhindrer kontakt mellem lavtrykssiden af bladene med vandet og isen og reducerer det negative tryk, hvorved propellerens modstand reduceres. Ved det indledende reguleringstrin, når modstanden reduceres og når gasboblen først er dannet, må der tilføres en tilstrækkelig gasmængde til 35 propelleren svarende til i det mindste 0,5%, eventuelt i det mindste 1% af vandmængden, som passerer gennem propelleren.

Det kan endda være nødvendigt med endnu større gasmængder, såsom 2%. Efter at der er tilført gas til propel- 4

DK 161953 B

leren, forbliver den i kontakt med bladene og tilførslen af gas kan reduceres, således at den svarer til den gasmængde, som slipper bort fra propelleren- På dette trin er en passende mængde af gas måske ca, halvdelen af mængden, 5 som var nødvendig i begyndelsen, eller eventuelt endnu mindre.

Tilførslen af gas til propelleren kan indrettes således, at den begynder fx når effektregulatoren på skibets drivmotor bevæger sig ud over en bestemt grænse, når effek-10 ten forøges. Tilførslen kan også reguleres ved hjælp af en detektor, som måler rotationshastigheden af propelleren og forøger tilførslen, når rotationshastigheden sænkes. Detektoren kan også måle momentet ved propelleren, i hvilket tilfælde tilførslen af gas begynder, når momentet forøges.

15 Detektorer af andre typer, fx detektorer, som observerer at is nærmer sig, kan også komme på tale. For at sikre, at gassen hurtigt kan føres til propelleren og at densvirkning hurtigt kan standses, skal tilførselspunktet for gassen være så tæt ved propelleren som muligt, 20 Gassen kan tilføres enten til hovedpropelleren eller hovedpropellerne på skibet eller tillige til styrepropellere.

I denne forbindelse menes der med hovedpropellere, hvis effekt er i det mindste halvdelen af effekten af den største propeller på skibet. Effekten af styrepropellere er mindre 25 end dette. Opfindelsen og nærmere detaljer i denne forbindelse skal beskrives nærmere i det følgende med henvisning til tegningen, på hvilken fig, 1 er en afbildning fra siden af agterstævnen af et skib, hvor opfindelsen anvendes, 30 fig. 2 er en afbildning fra siden af agterstævnen af et skib, hvor opfindelsen anvendes i en anden udførelses-form, fig. 3 viser en udformning af en propeller, som anvendes på et skib, hvor opfindelsen udøves, 35 fig. 4 viser samme propeller set forfra i lodret snit, 5

DK 161953 B

fig. 5 er en afbildning fra siden af en dysepropeller til anvendelse på et skib, ved hvilket opfindelsen udøves og med dysen vist i snit, fig, 6 viser samme propeller set forfra og som snit 5 langs linien A-A, og fig. 7 er en skematisk afbildning fra siden af agterstævnen på et skib forsynet med en tunnelhæk, og ved hvilket opfindelsen udøves.

Ved den på fig. 1 viste udførelsesform for opfindelsen 10 er der indrettet et rørsystem 2 i agterstævnen på et skibs 1 skrog, således at der kan føres luft til forsiden og til bagsiden af skibets propeller 3. Rørsystemet er forsynet med ventiler 4 til regulering af luftmængden. Rørene, som fører luft til propellerens forside, åbner sig i den agterste del 15 af agterstævnen 5 på skibet og i den øverste del af hælstykket 18 såvel som i selve propelleren. Ved bakning åbnes rør, som fører luft til den bageste side af propelleren ved den forreste kant af roret 6. Til tilførsel af luft til rørsystemet er rørsystemet forsynet med en blæser 7 eller en 20 kompressor. Systemet kan også være forsynet med en tank 16 til komprimeret luft. Propelleren er placeret fuldstændig under vandlinien WL. Når skibet sejler forlæns og rotationsmodstanden for propelleren skal sænkes på grund af is, føres luft frem foran propelleren på dens sugeside.

25 Fig. 2 viser en udførelsesform, i hvilken luften mod tages fra motorens 17 tryklader. Dette er fordelagtigt med henblik på motorens driftsforhold. Når driftseffekten af motoren forøges, forsøger trykladeren at give motoren mere ladeluft, som ikke kan anvendes af motoren, eftersom rota-30 tionshastigheden falder.

Fig. 3 og 4 viser en løsning ved lufttilførslen. Et luftrør passerer gennem propellerakslen 8 ind i propellernavet 9, ud fra hvilket boringer 10 løber ind i hvert blad.

Fra hver boring er der åbninger 11 frem til bladets over-35 flade.

Fig. 5 og 6 viser en anvendelse af opfindelsen i for- 6

DK 161953 B

bindelse med en dysepropeIler. Propelleren 3 er omgivet af en dyse 12, som er fastgjort til skroget 1 på skibet. Luft føres ind i dysen og åbninger 13 åbnes på forsiden af propelleren og· andre åbninger 14 på bagsiden af propelleren.

5 Fig. 7 viser en udformning af opfindelsen i forbindelse med et skib, der er forsynet med en agterstævn af tunneltype, son er egnet til sejlads i lavvandede områder. Ved skibets hæk er skibsbunden krummet opefter over propelleren, således at der dannes et lukket rum 15 omkring propelleren over vand-10 linien WL, som omgiver skibet, idet propelleren 3 til dels går op i dette lukkede rum. Når luft føres ind i dette rum gennem et rørsystem 2, vil propellerbladene også føre luft med i området under vandlinien. Luften kan tages ind direkte fra den omgivende luft på grund af det negative tryk, som 15 forekommer i det lukkede rum og som suger luft ind i rummet gennem rørsystemet 2 uden en ydre trykkilde, så snart ventilen 4 er åben.

Opfindelsen er ikke begrænset til de ovenfor nævnte udførelsesformer, men kan varieres på mange måder inden for 20 rammerne af de følgende patentkrav. I stedet for luft er det muligt at føre andre former for gas frem til propelleren, fx udstødningsgas fra skibets drivmotor. I stedet for åbninger er det også muligt at anvende passende formede noter med henblik på at føre gassen frem til det ønskede sted. Gassen 25 kan også føres frem til propelleren gennem særlige fremspring placeret på skibsskroget, hvilke fremspring samtidig kan føre isen fri af propelleren eller vandet frem til propelleren.

Hvis skibet er forsynet med en styrepropeller monteret på en drejelig understøtning, kan gastilførselsstederne placeres 30 på denne understøtning.

Reguleringen af gastilførslen kan finde sted automatisk eller manuelt. Tilførslen af gas kan finde sted som sådan eller som en blanding af gas og væske. Gassen eller blandinger af gas og væske kan også indeholde partikler af faste materia-35 ler. Gasbobler kan også dannes på propelleren eller i nærheden af denne ved tilførsel af kemikalier, som frembringer 7

DK 161953 B

gas i vandet, eller ved fysiske midler, fx ved nedbrydning af vandet i dets komponenter ved at føre en elektrisk strøm gennem vandet.

Claims (14)

1. Fremgangsmåde til reduktion af en skibspropellers (3) 5 rotationsmodstand ved tilførsel af eller dannelse af en gas på propellerens sugeside, kendetegnet ved, at fremgangsmåden anvendes på et isbrydende skib (1) med henblik på at reducere forøgelsen af propellerens rotationsmodstand og/eller nedgang i omdrej-10 ningstal, som forårsages af retardering af skibets fremdriftshastighed i isen og/eller fra stykker af is eller ismasse, som har fæstnet sig i propelleren.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at tilførslen eller dannelsen af 15 gas reguleres i overensstemmelse med variationerne af den af isen forårsagede rotationsmodstand i propelleren.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 2, kendetegnet ved, at tilførslen eller dannelsen af gas reguleres ved hjælp af en detektor, der måler propeller-20 akslens (8) omdrejningstal eller akselmoment, eller en detektor, der opdager is, som nærmer sig propelleren.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1, 2 eller 3, kendetegnet ved, at gassen tilføres til eller dannes ved propelleren (3), på en sådan måde, at hovedparten 25 af propellerens sugeflader er dækket af gassen, og således at volumenstrømmen af gas, som tilføres eller dannes ved propelleren, udgør i det mindste 0,25%, fortrinsvis i det mindste 0,5%, især mindst 1%, af volumenstrømmen af vandet, som strømmer gennem propelleren ved fuld kraft.

5. Fremgangsmåde ifølge krav 1, 2, 3 eller 4, kendetegnet ved, at gassen, der tilføres propelleren, er luft eller udstødningsgas, som føres til propelleren ved hjælp af en kompressor, en blæser, en tank med komprimeret luft, en tryklader på skibets hovedmaskine eller 35 propellerens udsugning.

6. Fremgangsmåde ifølge et hvilket som helst af kravene 1-4, kendetegnet' ved, at gassen dannes ved eller nær propelleren ved hjælp af kemiske eller fysiske mid- DK 161953 B ler, f.eks. ved hjælp af en elektrisk strøm.

7. Indretning til reduktion af en skibspropellers (3) rotationamodstand ved tilførsel til eller dannelse af en gas ved propellerens sugeside, 5 kendetegnet ved, at indretningen er tilpasset til et isbrydende skib (1).

8. Indretning ifølge krav 7, kendetegnet ved, at tilførslen eller dannelsen af gas kan reguleres i overensstemmelse med den af isen forår-10 sagede rotationsmodstand.

9. Indretning ifølge krav 7 Iler 8, kendetegnet ved, at gastilførselsstedet eller -/erne er placeret ved punkter, hvorfra gassen med vandstrømmen strømmer til propelleren, og dets eller deres 15 afstand fra propelleren er højst fire gange, fortrinsvis højst to gange propellerens (3) diameter, specielt højst to gange propellerens diameter.

10. Indretning ifølge krav 9, kendetegnet ved, at gastilførselsstederne er pla-20 ceret på propellens (3) blade og/eller ved roden af bladene eller på propellernavet.

11. Indretning ifølge krav 9, kendetegnet ved, at gastilførselsstederne er placeret foran propelleren (3) på skibets skrog eller agter-25 stævn og/eller nedenfor propelleren på agterstævnens hælstykke (18), eller på en stationær eller bevægelig del af understøtningen for propellerakslen eller på en dyse (12), som omgiver propelleren (3) eller ved hakning bag propelleren. f.eks. på skibets ror.

12. Indretning ifølge krav 9, kendetegnet ved, at gastilførselsstederne er anbragt ved fremspring på skibsskroget (1), således at isstykker ledes bort fra propelleren.

13. Indretning ifølge krav 7, hvor skibet har en hæk af 35 tunneltype, hvor dets propeller (3) er placeret delvis over vandlinien (WL), som omgiver skibet i et lukket rum (15) under skibets bund, kendetegnet ved, skibet er forsynet med midler DK 161953 B (2, 4,) til tilførsel af gas til det nævnte lukkede rum (15) under skibets bund.

14. Indretning ifølge et hvilket som helst af kravene 7 -13, kendetegnet ved, at gassen tilføres til eller 5 dannes ved hovedpropelleren/erne og/eller styrepropellerne med lavere effekt.