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EP0795466A1 - Cycloidal propeller with double or multiple blading - Google Patents

Cycloidal propeller with double or multiple blading

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Publication number
EP0795466A1
EP0795466A1 EP19970100987 EP97100987A EP0795466A1 EP 0795466 A1 EP0795466 A1 EP 0795466A1 EP 19970100987 EP19970100987 EP 19970100987 EP 97100987 A EP97100987 A EP 97100987A EP 0795466 A1 EP0795466 A1 EP 0795466A1
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EP
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Patent type
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impeller
impellers
rotor
propeller
circular
Prior art date
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Granted
Application number
EP19970100987
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German (de)
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EP0795466B1 (en )
Inventor
Andreas Amelang
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Voith Hydro Schiffstechni GmbH
Voith Hydro GmbH and Co KG
Original Assignee
VOITH HYDRO GMBH SCHIFFSTECHNI
Voith Hydro GmbH and Co KG
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Publication date

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63HMARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H1/00Propulsive elements directly acting on water
    • B63H1/02Propulsive elements directly acting on water of rotary type
    • B63H1/04Propulsive elements directly acting on water of rotary type with rotation axis substantially at right angles to propulsive direction
    • B63H1/06Propulsive elements directly acting on water of rotary type with rotation axis substantially at right angles to propulsive direction with adjustable vanes or blades
    • B63H1/08Propulsive elements directly acting on water of rotary type with rotation axis substantially at right angles to propulsive direction with adjustable vanes or blades with cyclic adjustment
    • B63H1/10Propulsive elements directly acting on water of rotary type with rotation axis substantially at right angles to propulsive direction with adjustable vanes or blades with cyclic adjustment of Voith Schneider type, i.e. with blades extending axially from a disc-shaped rotary body

Abstract

The propeller has a rotor body having impellers (2a,3a;2b,3b;2a,3a;2d,3d) pivotably supported on it and extending laterally to the drive direction. The impellers are arranged on defined impeller circular positions (a-d) of the impeller circle (9). The rotary axis of the rotor and the impeller pivot axes run parallel to each other and the displacement and pivoting movement of the impellers is achieved by an impeller kinematic rod driven by a central control bar. At least two impellers are provided parallel to each other on each impeller circular position.

Description

  • [0001] [0001]
    Die Erfindung betrifft einen Zykloidalpropeller mit am Rotorkörper in bestimmten Flügelkreispositionen schwenkbar gelagerten, sich quer zur Vortriebsrichtung erstreckenden Flügeln, wobei die Rotordrehachse und die Flügelschwenkachsen zueinander parallel verlaufen und die Verstellung der Flügel über ein die Flügelkinematik bildendes Gestänge mittels einem zentralen Steuerknüppel steuerbar ist. The invention relates to a cycloidal with the rotor body in certain blade circle positions pivotally mounted transversely to the advance direction extending blades, wherein the rotor rotation axis and the wing pivot axes parallel to each other and the adjustment of the vanes is controlled by means of a central joystick via a the blade kinetics forming linkage. Ein solcher Zykloidalpropeller ist beschrieben in Voith Forschung und Konstruktion, Heft 18, Aufsatz 3, Mai 67 mit dem Titel "Die Konstruktion der heutigen Voith-Schneider-Propelle" oder auch im Voith-Sonderdruck 9.94 2000. Ferner findet sich eine Beschreibung eines solchen Zykloidalpropellers in der deutschen Auslegeschrift DE-AS 21 41 569. Such cycloidal described in Voith research and construction, Issue 18, Article 3, May 67, entitled "The construction of today's Voith-Schneider propelle" or in Voith reprint 9.94 2000. Furthermore, there is a description of such Zykloidalpropellers in German Auslegeschrift DE-AS 21 41 569th
  • [0002] [0002]
    In der erstgenannten und zuletzt genannten Literaturstelle wird ausführlich auf die die eigentliche Flügelverstellung bildende Flügelkinematik eingegangen, so daß auf eine ausführliche Beschreibung und Darstellung hier verzichtet wird. In the former, the latter publication will be made in detail to the actual leaf adjustment fine wing kinematics so as to dispense with a detailed description and presentation here. Man erkennt aus den genannten Literaturstellen auch sehr klar die Lagerung der einzelnen Flügel am Rotorkörper. It can be seen from the cited references also very clear storage of the individual blades on the rotor body. Dabei ist im allgemeinen bzw. grundsätzlich ein mit dem Flügel verbundener Flügelschaft vorgesehen, der in entsprechenden Lagern, insbesondere Gleitlagern, gelagert ist. It is in general or in principle, a service associated with the wing blade shaft is provided which is mounted in corresponding bearings, particularly bearings.
  • [0003] [0003]
    In der jüngeren Vergangenheit konnte durch verschiedene Verbesserungen die mechanische Belastbarkeit des Zykloidalpropellers entscheidend verbessert werden. In the recent past, the mechanical strength of Zykloidalpropellers could be significantly improved by various improvements.
  • [0004] [0004]
    Es ist nun die Aufgabe, entsprechend der höheren, umzusetzenden mechanischen Leistung auch ein besseres hydrodynamisches Verhalten des Voith-Schneider-Propellers zu erreichen. It is now the task of achieving according to the higher, to be implemented mechanical power and a better hydrodynamic behavior of the Voith-Schneider propeller.
  • [0005] [0005]
    Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst. This object is achieved according to the invention by the features of the characterizing part of patent claim 1.
  • [0006] [0006]
    Durch den Einsatz an mindestens einem Paar von zueinander parallelen oder zumindest quasiparallelen Flügeln je Flügelkreisposition wird erreicht, daß bei gleicher Flügellänge und gleichem Auftrieb beim Doppelflügel (oder Mehrfachflügel allgemein) im Vergleich zum Einzelfllügel ein geringerer induzierter Widerstand auftritt. Through the use of at least one pair of mutually parallel, or at least quasi-parallel vanes per blade circle position is achieved that with the same blade length and the same buoyancy at the double-wing (or multiblade general) a lower induced drag occurs compared to Einzelfllügel. Dadurch wird ein besserer Vortriebswirkungsgrad des Zykloidalpropellers erreicht, was eine grundsätzliche Verbesserung darstellt. This is a better propulsion efficiency of the Zykloidalpropellers is achieved, which is a fundamental improvement. Umgekehrt kann auch ein Doppelflügel den gleichen Auftrieb und induzierten Widerstand wie ein Einzelflügel bei kürzerer Flügellänge erreichen. Conversely achieve the same buoyancy and induced drag as a single wing and a shorter wing length is also a double wing.
  • [0007] [0007]
    Die kürzere Flügellänge bringt auch gewisse konstruktive Vorteile, da sich die Momentenbelastung der Flügellagerung entsprechend verringert. The shorter blade length also brings certain design advantages, since the torque load on the wing storage is reduced accordingly.
  • [0008] [0008]
    Ferner kann bei zumindest einem Flügelpaar je Flügelkreisposition durch die Wechselwirkung zwischen den parallelen Flügeln eine spürbare Reduktion der Unterdruckbereiche am Flügelprofil erreicht werden. Further, in at least one pair of blades per blade circle position, a significant reduction of the negative pressure regions can be achieved on the airfoil by the interaction between the parallel wings. Dadurch nimmt die Kavitationsneigung entscheidend ab. Thus, the cavitation decreases significantly. Diese geringere Kavitationsneigung bringt die folgenden Vorteile mit sich: This reduced cavitation provides the following benefits:
    • 1.) Verringerte Schwingungsanregung, was eine grundsätzliche Verbesserung für höhere Schiffsgeschwindigkeiten darstellt. 1) Reduced vibration excitation, which is a fundamental improvement for higher boat speeds.
    • 2.) Geringerer Geräuschpegel des Propellers (also insbesondere unter Wasser). 2.) Lower noise level of the propeller so (especially underwater). Dies dürfte ein spezieller Vorteil bei militärischen Anwendungszwecken sein. This should be a special advantage for military application purposes.
    • 3.) Wirkungsgradverbesserung 3.) efficiency improvement
    • 4.) Vermeidung von Kavitationsschäden 4) to prevent cavitation damage
  • [0009] [0009]
    Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß eine wesentliche Verbesserung des Verhältnisses zwischen Leistung und Schub auftritt. In summary, it can be determined that a substantial improvement of the relationship between performance and thrust occurs.
  • [0010] [0010]
    Alle genannten Verbesserungen lassen sich auch durch das günstigere Abreißverhalten des Doppelflügels z. All mentioned improvements can be also by the favorable stalling of the double wing z. B. im Vergleich zum Einflügler erklären, dh die Strömung reißt beim Doppelflügel später ab. As explained in comparison to Einflügler, ie, the flow tears off later in the double wing.
  • [0011] [0011]
    Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren in der Zeichnung erläutert; The invention will be explained with reference to the figures in the drawing; dabei stellen im einzelnen dar: it represent in detail:
    Fig. 1 Fig. 1
    eine prinzipielle Darstellung der Flügel in den verschiedenen Flügelkreispositionen bei einem vierflügligen Zykloidalpropeller, a schematic representation of the wings in the different blade circle positions in a four-winged cycloidal,
    Fig. 2 Fig. 2
    eine Seitenansicht eines Flügelpaares, a side view of a pair of wings,
    Fig. 3 Fig. 3
    eine Ansicht des Flügelpaares quer zur Fig. 2, a view of the pair of wings crosswise to Fig. 2,
    Fig. 4 Fig. 4
    eine Draufsicht auf die Flügelanordnung auf dem Flügelkreis mit den verschiedenen Positionen bei einem vierflügligen, einfachflügligen Zykloidalpropeller, a plan view of the blade assembly to the blade circle with the different positions in a four-winged, einfachflügligen cycloidal,
    Fig. 5 Fig. 5
    eine Seitenansicht eines Flügelpaares bei einer gebauten Konstruktion und a side view of a pair of wings with a built structure and
    Fig. 6 Fig. 6
    eine Ansicht quer zu Fig. 5. a view perpendicular to Fig. 5.
  • [0012] [0012]
    In Fig. 1 ist der Flügelkreis mit 9 angedeutet und die einzelnen Flügelpositionen mit a, b, c oder d, wobei es sich hier um vier Flügelkreispositionen, mithin einen vierflügligen Zykloidalpropeller mit jeweils vier Flügelpaaren 2a, 3a; In Fig. 1 the blade circle is indicated with 9, and the individual blades positions a, b, c or d, which is here to four blade circle positions, and therefore a four-winged Cycloidal propeller with four pairs of wings 2a, 3a; 2b, 3b; 2b, 3b; 2c, 3c; 2c, 3c; sowie 2d und 3d handelt, Die Flügelpositionen haben dabei auf dem Flügelkreis gleiche Umfangsabstände. and 2D and 3D is, the wing positions have this same on the wing circumference distances. Dies ist üblich und entspricht der bisherigen Ausführung eines einfachflügligen Zykloialpropellers mit vier Flügeln entsprechend Fig. 4. This is conventional and corresponds to the previous execution of a einfachflügligen Zykloialpropellers with four wings according to FIG. 4.
  • [0013] [0013]
    In Fig. 2 ist der Doppelflügel mit seinem einheitlichen Flügelschaft 4 in Seitenansicht dargestellt, wobei Flügel 2a oder 3a im Prinzip der Ausführung des einfachflügligen, bekannten Propellers mit Flügeln 12 gemäß Fig. 4 entspricht. In Fig. 2 of the double-wing is shown with its uniform vane shaft 4 in side view, with wings 2a or 3a corresponds in principle to the embodiment of the einfachflügligen known propeller with wings 12 according to Fig. 4. Fig. 3 zeigt die Ansicht quer zur Blickrichtung der Fig. 2 mit den beiden zusammengehörigen Flügeln 2a und 3a des Flügelpaares. Fig. 3 shows a view transverse to the viewing direction of Fig. 2 with the two associated wings 2a and 3a of the pair of wings. Der Abstand zwischen diesen beiden Flügeln eines Paares ist vorzugsweise zumindest etwas größer als die maximale Dicke des Profils eines Flügels. The distance between the two wings of a pair is preferably at least somewhat greater than the maximum thickness of the profile of a wing. Der optimale Abstand muß im Einzelfall ermittelt werden. The optimal distance must be determined on an individual basis. Die Lage der Flügel eines Flügelpaares zueinander kann auch von der genauen Parallelität abweichen, insbesondere kann auch ein gewisser Versatz der beiden Flügelprofile zueinander vorgenommen werden. The position of the wings of a pair of panels to each other can also deviate from the exact parallelism, in particular, a certain offset of the two wing profiles can be done to one another. Denkbar ist auch, daß die Flügelprofile eines Flügelpaares etwas unterschiedlich ausgebildet werden. It is also conceivable that the wing profiles of a pair of wings are formed somewhat differently. Denkbar wäre auch, daß nicht nur ein Flügelpaar bildende zwei parallele Flügel, sondern drei Flügel oder mehr je Flügelkreisposition angewendet werden. It is also conceivable that not only a pair of wings forming two parallel wings, but three or more vanes are used per blade circle position. Im allgemeinen dürfte jedoch ein Flügelpaar optimale Verhältnisse unter der Gesamtheit der Gesichtspunkte hydrodynamischer und konstruktiver Art ergeben. In general, however, give optimum conditions among the whole aspects of hydrodynamic and constructive way, a pair of wings.
  • [0014] [0014]
    Bei der Auswahl der Anzahl der Flügel dürfte auch die Materialwahl eine große Rolle spielen; When choosing the number of blades and the choice of materials is expected to play a major role; es dürfte auch Kunststoff in Kompositbauweise in Betracht kommen. it should be considered in a composite and plastic.
  • [0015] [0015]
    Ein aus Einzelteilen aufgebauter Doppelflügel, der also aus zwei parallelen Einzelflügeln besteht, ist in Figur 5 und 6 in den entsprechenden Ansichten dargestellt. A built-up from individual parts double wing, so that consists of two parallel individual vanes is illustrated in the corresponding views in Figure 5 and 6. FIG. Dabei trägt der gemeinsame Flügelschaft 24 eine Grundplatte 15, die die beiden Flügel 22 und 23 eines Flügelpaares trägt. Here, the common vane shaft 24 supports a base plate 15, 22 and 23 of a pair of wings carrying the two wings. Am freien Flügelende befindet sich eine Verbindungsplatte 13. Die Verbindung der einzelnen Platten mit den Flügeln kann durch Schrauben, aber auch durch Schweißung erfolgen. At the free end of the wing, a connecting plate is 13. The individual plates with the wings can be done by screws, but also by welding. Sicher ist aber auch die gegossene Variante eine praktikable Ausführung. But certainly also the cast variant is a viable design. Die Verbindungsplatte an den freien Flügelenden kann einen gewissen Beitrag zur Verbesserung des Wirkungsgrades der Doppelflügel bzw. Mehrfachflügel leisten. The connecting plate on the free wing tips can make some contribution to improving the efficiency of the double-wing or multi-wing.
  • [0016] [0016]
    Die Erfindung läßt sich nicht nur in Zykloidalpropellern, sondern auch bei Windturbinen nutzen. The invention can be utilized not only in Zykloidalpropellern but also in wind turbines.

Claims (8)

  1. Zykloidalpropeller mit am Rotorkörper schwenkbar gelagerten, sich quer zur Vortriebsrichtung erstreckenden Flügeln (2a, 3a; 2b, 3b; 2a,3a; 2d, 3d), die in bestimmten Flügelkreispositionen (a, b, c, d) des Flügelkreises (9) angeordnet sind, wobei die Rotordrehachse und die Flügelschwenkachsen zueinander parallel verlaufen und die Verstellung und Schwenkbewegung der Flügel über ein die Flügelkinematik bildendes Gestänge mittels einem zentralen Steuerknüppel bewirkbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei zueinander parallele Flügel (2a, 3a; 2b, 3b; 2c, 3c; 2d, 3d) je Flügelkreisposition (a, b, c, d) vorgesehen sind. (3d 2d 2a, 3a; 2b, 3b;; 2a, 3a) arranged in certain blade circle positions (a, b, c, d) of the blade circle (9) cycloidal with the rotor body pivotally mounted, extending transversely to the propulsion direction wings are, the rotor rotational axis and the blade pivot axes extend parallel to one another and the adjustment and pivotal movement of the wings over a the blade kinetics forming linkage means of a central joystick is effected, characterized in that at least two mutually parallel flanges (2a, 3a; 2b, 3b; 2c , 3c; 2d, 3d) per blade circle position (a, b, c, d) are provided.
  2. Zykloidalpropeller nach Anspruch 1, bei dem die einzelnen Flügel jeweils von einem mit der Flügelkinematik verbundenen Flügelschaft (14) gehalten sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die Flügel der einzelnen Flügelkreisposition von dem einen Flügelschaft (14) gehalten sind. Cycloidal propeller according to claim 1, in which the individual blades are respectively supported by a part connected to the blade kinetics vane shaft (14), characterized in that each of the blades of the individual blade circle position by the one blade shaft (14) are held.
  3. Zykloidalpropeller nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine gemeinsame Grundplatte (15) für die parallelen Flügel einer Flügelkreisposition vorgesehen ist. Cycloidal propeller according to claim 1 or 2, characterized in that a common base plate (15) is provided for the parallel blades of a blade circle position.
  4. Zykloidalpropeller nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die entsprechenden Flügel einer Flügelposition genau zueinander parallel angeordnet sind. Cycloidal propeller according to one of claims 1 to 3, characterized in that the corresponding blades of a blade position are arranged exactly parallel to one another.
  5. Zykloidalpropeller nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Flügel jeder Flügelkreisposition (a, b, c, d) nur quasi-parallel zueinander oder mit gegenseitigen Versatz und/oder Winkel zueinander angeordnet sind. Cycloidal propeller according to one of claims 1 to 3, characterized in that the individual blades of each blade circle position (a, b, c, d) only quasi-parallel to each other or are arranged with mutual offset and / or angle.
  6. Zykloidalpropeller nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine ungleiche Länge der Flügel je Flügelkreisposition, insbesondere je Flügelpaar. Cycloidal propeller according to one of claims 1 to 5, characterized by an unequal length of the blades per blade circle position, in particular per pair of blades.
  7. Zykloidalpropeller nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Verbindungsplatte (13) am freien Flügelende der einzelnen Flügel (22, 23) je Flügelkreisposition (a, b, c, d), deren Längserstreckung zu der Vortriebsrichtung des Propellers parallel ist. Cycloidal propeller according to one of claims 1 to 6, characterized by a connecting plate (13) at the free end of the wing of each wing (22, 23) per blade circle position (a, b, c, d) whose longitudinal extension is parallel to the propulsion direction of the propeller.
  8. Zykloidalpropeller nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügelform und die Flügelprofile der Flügel eines Flügelpaares unterschiedlich sind. Cycloidal propeller according to any one of claims 1-7, characterized in that the wing shape and the wing profiles of the vanes of a vane pair are different.
EP19970100987 1996-03-16 1997-01-23 Cycloidal propeller with double or multiple blading Expired - Lifetime EP0795466B1 (en)

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DE1996110454 DE19610454C2 (en) 1996-03-16 1996-03-16 Cycloidal, particularly as a marine propulsion

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