EP2643212A2 - Schiffsantrieb mit einer düse und einem propeller - Google Patents

Schiffsantrieb mit einer düse und einem propeller

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Publication number
EP2643212A2
EP2643212A2 EP11791437.4A EP11791437A EP2643212A2 EP 2643212 A2 EP2643212 A2 EP 2643212A2 EP 11791437 A EP11791437 A EP 11791437A EP 2643212 A2 EP2643212 A2 EP 2643212A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
nozzle body
contour
constriction
propulsion system
following
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP11791437.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dirk JÜRGENS
Michael Palm
David Bendl
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 Patent GmbH
Original Assignee
Voith Patent GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Voith Patent GmbH filed Critical Voith Patent GmbH
Publication of EP2643212A2 publication Critical patent/EP2643212A2/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H1/00—Propulsive elements directly acting on water
    • B63H1/02—Propulsive elements directly acting on water of rotary type
    • B63H1/12—Propulsive elements directly acting on water of rotary type with rotation axis substantially in propulsive direction
    • B63H1/14—Propellers
    • B63H1/16—Propellers having a shrouding ring attached to blades
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H5/00—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water
    • B63H5/07—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers
    • B63H5/14—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers characterised by being mounted in non-rotating ducts or rings, e.g. adjustable for steering purpose

Definitions

  • the invention relates to a marine propulsion system according to the preamble of claim 1.
  • Such marine propulsion systems are well known. See DE 28 48 785 C2.
  • Drives can be arranged in the stern area of a ship. They can be fixed or pivotable.
  • the inner surface of the nozzle forms a flow channel whose longitudinal axis is coaxial with the propeller.
  • Channel width generally changes over the nozzle length.
  • the channel may have a converging and a diverging section. Cylindrical sections are also to be found.
  • the nozzle body has a certain thickness. The outer surface may be lapped by the water.
  • Nozzle thrust to the propeller thrust This ratio is in practice 1, for example at 0.7 - 0.8.
  • the invention has for its object to provide a marine propulsion of the type described above, in which the ratio of nozzle thrust to propeller thrust is as large as possible.
  • the propeller is located downstream of the bottleneck of the
  • Flow channel, or the bottleneck of the flow channel is located at a certain point of the length of the nozzle body.
  • the advantage obtainable by the invention is downright spectacular.
  • the invention has led to such a ratio of nozzle thrust to propeller thrust that the inventors initially stopped the experiments because they believed that the measuring instruments were defective.
  • the ratio of nozzle thrust to propeller thrust gave a value that was well above 1, namely at about 1.5.
  • Figure 1 shows an axial section of a ship propulsion with a
  • Nozzle body and a propeller Nozzle body and a propeller.
  • Figure 2 shows in a highly schematized view again in axial section a second drive.
  • FIG. 3 again shows a highly schematized view of another
  • FIGS. 4 to 7 show further nozzle bodies in axial sections.
  • FIG. 8 shows in a highly schematized view in axial section a third ship propulsion with two different axial ones
  • the ship propulsion system shown in FIG. 1 comprises a nozzle body 1 and a propeller 2 enclosed by the latter.
  • the propeller 2 comprises a
  • the nozzle body 1 has an inner surface 1.1 and an outer surface 1.2.
  • the inner surface 1.1 forms a flow channel, which is flowed through in the direction of the arrow.
  • the channel has a bottleneck 3.
  • the vertex of each propeller blade 2.2 in the radially outer region is located downstream of the constriction 3 - exactly recognizable from Figure 2, see also Figure 8. In this axial section seen an airfoil profile.
  • Nozzle body 1 In the embodiment according to FIG. 2, propeller 2 is displaced clearly in the downstream direction with respect to the bottleneck, specifically in the flow direction.
  • the inner surface 1.1 of the nozzle body 1 forming the flow channel has a first contour I which forms the inlet section of the flow channel. Contour I is located between the entry level 4 and the constriction 3. The contour I obeys a certain square function with a deviation of ⁇ 5 percent of the length 1.2 of the nozzle body 1. The inner surface 1.1 has a second contour II. Contour II is located between the bottleneck 3 and the
  • the contour II obeys a certain rational function, again with a deviation of ⁇ 5 percent of the length 1.2 of the nozzle body 1.
  • the constriction 3 is located where the contours I and II meet.
  • the contour III of the outer surface 1.2 of the nozzle body 1 belongs to a polynomial of the sixth order, again with the mentioned possible deviation of ⁇ 5 percent of the length 1.3 of the nozzle body 1.
  • the propeller 2 is located at the constriction 3 of the flow channel. Everything else is equal to the embodiment according to FIG. 2.
  • Figures 4 to 7 show further embodiments of nozzle bodies 1, all with airfoil.
  • axial propeller positions are shown.
  • the propeller is located downstream of the throat 3, and in the dashed representation, it is located at the throat 3.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Jet Pumps And Other Pumps (AREA)
  • Nozzles (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schiffsantrieb mit einem Düsenkörper und einem von diesem umschlossenen Propeller; der Düsenkörper weist eine Innenfläche auf, die einen Strömungskanal bildet, ferner eine Außenfläche; zwischen der Einrittsebene und der Austrittsebene des Strömungskanals befindet sich eine Engstelle; in einem Axialschnitt gesehen weist die innere Begrenzungsfläche des Strömungskanals zwischen der Eintrittsebene und der Engstelle eine erste Kontur, und zwischen der Engstelle und der Austrittsebene eine zweite Kontur auf; die Engstelle befindet sich in einem Abstand von 0,25 bis 0,55 der Länge des Düsenkörpers, gemessen von der Eintrittsebene, vorzugsweise von 0,3 bis 0,4.

Description

Schiffsantrieb mit einer Düse und einem Propeller
Die Erfindung betrifft einen Schiffsantrieb gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Derartige Schiffsantriebe sind altbekannt. Siehe DE 28 48 785 C2. Solche
Antriebe können im Heckbereich eines Schiffes angeordnet sein. Sie können feststehen, oder schwenkbar sein. Die Innenfläche der Düse bildet dabei einen Strömungskanal, dessen Längsachse koaxial zum Propeller verläuft. Die
Kanalweite ändert sich im Allgemeinen über die Düsenlänge. Der Kanal kann einen konvergierenden und einen divergierenden Abschnitt aufweisen. Auch zylindrische Abschnitte sind anzutreffen. Der Düsenkörper hat eine gewisse Dicke. Die Außenfläche kann vom Wasser umspült sein.
Eine wichtige Kennzahl ist das Verhältnis des erzeugten Schubes des Antriebs zur aufgenommenen Leistung. Ganz wichtig ist auch das Verhältnis des
Düsenschubes zum Propellerschub. Dieses Verhältnis liegt in der Praxis bei 1 , beispielsweise bei 0,7 - 0,8.
Beide Zahlen sind wichtige Kenngrößen des spezifischen Energiebedarfes. Man ist bestrebt, diese Werte zu verbessern.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schiffsantrieb der eingangs beschriebenen Bauart anzugeben, bei dem das Verhältnis von Düsenschub zu Propellerschub möglichst groß ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Die Erfinder haben demgemäß herausgefunden, dass wenigstens eine der drei folgenden Bedingungen zu erfüllen sind, um die Aufgabe zu lösen:
Der Propeller befindet sich stromabwärts der Engstelle des
Strömungskanales, oder die Engstelle des Strömungskanals liegt an einer bestimmten Stelle der Länge des Düsenkörpers.
Der durch die Erfindung erzielbare Vorteil ist geradezu spektakulär. Bei den Versuchen hat die Erfindung zu einem solchen Verhältnis von Düsenschub zu Propellerschub geführt, dass die Erfinder die Versuche zunächst abgebrochen haben, weil sie glaubten, die Messgeräte seien schadhaft. Das Verhältnis von Düsenschub zu Propellerschub ergab einen Wert, der weit über 1 lag, nämlich bei ca. 1 ,5.
Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist im Einzelnen folgendes dargestellt:
Figur 1 zeigt in einem Axialschnitt einen Schiffsantrieb mit einem
Düsenkörper und einem Propeller.
Figur 2 zeigt in einer stark schematisierten Ansicht wiederum im Axialschnitt einen zweiten Antrieb.
Figur 3 zeigt wiederum in stark schematisierter Ansicht einen weiteren
Antrieb.
Fig. 4 - 7 zeigen in Axialschnitten weitere Düsenkörper.
Figur 8 zeigt in einer stark schematisierten Ansicht im Axialschnitt einen dritten Schiffsantrieb mit zwei verschiedenen axialen
Propellerpositionen.
Der in Figur 1 gezeigte Schiffsantrieb umfasst einen Düsenkörper 1 sowie einen von diesem umschlossenen Propeller 2. Der Propeller 2 umfasst eine
Propellerwelle 2.1 sowie vier Propellerblätter 2.2. Der Düsenkörper 1 weist eine Innenfläche 1.1 und eine Außenfläche 1.2 auf. Die Innenfläche 1.1 bildet einen Strömungskanal, der in Richtung des Pfeiles durchströmt ist. Der Kanal weist eine Engstelle 3 auf. Der Scheitelpunkt eines jeden Propellerblattes 2.2 im radial äußeren Bereich befindet sich stromabwärts der Engstelle 3 - genau erkennbar aus Figur 2, siehe auch Figur 8. In diesem Axialschnitt gesehen zeigt sich ein Tragflügelprofil.
Aus den Figuren 2 und 3 erkennt man wiederum das Tragflügelprofil des
Düsenkörpers 1. Bei der Ausführungsform gemäß Figur 2 ist Propeller 2 in stromabwärtiger Richtung deutlich gegenüber der Engstelle verschoben, und zwar in Strömungsrichtung.
Die den Strömungskanal bildende Innenfläche 1.1 des Düsenkörpers 1 weist eine erste Kontur I auf, die den Einlaufabschnitt des Strömungskanales bildet. Kontur I befindet sich zwischen der Eintrittsebene 4 und der Engstelle 3. Die Kontur I gehorcht einer bestimmten quadratischen Funktion mit einer Abweichung von ± 5 Prozent der Länge 1.2 des Düsenkörpers 1. Die Innenfläche 1.1 weist eine zweite Kontur II auf. Kontur II befindet sich zwischen der Engstelle 3 und der
Austrittsebene 5. Die Kontur II gehorcht einer bestimmten rationalen Funktion, wiederum mit einer Abweichung von ± 5 Prozent der Länge 1.2 des Düsenkörpers 1. Die Engstelle 3 befindet sich dort, wo sich die Konturen I und II treffen.
Die Kontur III der Außenfläche 1.2 des Düsenkörpers 1 gehört einem Polynom sechster Ordnung, wiederum mit der genannten möglichen Abweichung von ± 5 Prozent der Länge 1.3 des Düsenkörpers 1.
Bei der Ausführungsform gemäß Figur 3 befindet sich der Propeller 2 an der Engstelle 3 des Strömungskanales. Alles andere ist gleich der Ausführungsform gemäß Figur 2.
Die Figuren 4 bis 7 zeigen weitere Ausführungsformen von Düsenkörpem 1 , alle mit Tragflügelprofil. Bei der Ausführungsform gemäß Figur 8 sind axiale Propellerpositionen dargestellt. Bei der ausgezogenen Darstellung befindet sich der Propeller stromabwärts von der Engstelle 3, und bei der gestrichelten Darstellung befindet er sich an der Engstelle 3.
Bezugszeichenliste
1 Düsenkörper
1.1 Innenfläche
1.2 Außenfläche
1.3 Länge des Düsenkörpers 1
2 Propeller
2.1 Propellerwelle
2.2 Propellerblatt
3 Engstelle

Claims

Patentansprüche
1. Schiffsantrieb
1.1 mit einem Düsenkörper (1) und einem von diesem umschlossenen
Propeller (2);
1.2 der Düsenkörper (1 ) weist eine Innenfläche (1.1 ) auf, die einen
Strömungskanal bildet, ferner eine Außenfläche (1.2);
1.3 zwischen der Einrittsebene und der Austrittsebene des Strömungskanals befindet sich eine Engstelle (3);
1.4 in einem Axialschnitt gesehen weist die innere Begrenzungsfläche des Strömungskanals zwischen der Eintrittsebene und der Engstelle (3) eine erste Kontur (I), und zwischen der Engstelle (3) und der Austrittsebene eine zweite Kontur (II) auf;
.5 die Engstelle (3) befindet sich in einem Abstand von 0,25 bis 0,55 der
Länge des Düsenkörpers (1), gemessen von der Eintrittsebene,
vorzugsweise von 0,3 bis 0,4.
2. Schiffsantrieb nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass sich der Propeller (2) stromabwärts der Engstelle (2) befindet.
3. Schiffsantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Konturen wenigstens annähernd eine Hyperbel ist.
4. Schiffsantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
4.1 die zweite Kontur (II) ist wenigstens annähernd gradlinig;
4.2 der Strömungskanal erweitert sich zwischen der Engstelle (3) und der
Austrittsebene;
4.3 der Öffnungswinkel zwischen der zweiten Kontur (II) und der Längsachse des Strömungskanals liegt zwischen 5 und 15°, vorzugsweise zwischen 8 und 11°.
5. Schiffsantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
die Kontur (I) folgt der folgenden rationalen Funktion: y = (a + bx) / (1 + cx + dx2) mit den folgenden Koeffizienten a = 0,21480055
b = -0,6380295
c = 22.43205
d = -23.304763 und zwar für eine Länge von einem Meter des Düsenkörpers (1 ), wobei die Koeffizienten bei abweichenden Längen des Düsenkörpers (1 )
entsprechend zu skalieren sind.
6. Schiffsantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
die zweite Kontur (II) folgt der folgenden quadratischen Funktion y = a + bx2 mit den folgenden Koeffizienten: a = -0.01965953
b = 0.01381632
c = 0.09219007 und zwar für eine Länge von einem Meter des Düsenkörpers (1 ), wobei die Koeffizienten bei abweichenden Längen des Düsenkörpers (1 )
entsprechend zu skalieren sind. Schiffsantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
die Außenfläche (1 ,2) des Düsenkörpers (1 ) weist eine Kontur (II) als Polynom sechster Ordnung gemäß der folgenden Funktion auf: y = a + bx + cx2 +dx3 mit den folgenden Koeffizienten: a = 0,24418034
b = 0,919041095
c = -8.7136152
d = 29.591049
e = -51.371726
f = 43,581168
g = -14,141404 und zwar für eine Länge von einem Meter des Düsenkörpers (1 ), wobei die Koeffizienten bei abweichenden Längen des Düsenkörpers (1 )
entsprechend zu skalieren sind.
Schiffsantrieb nach einem der Ansprüche 4 bis 7, gekennzeichnet durch eine Abweichung von den genannten Zahlen um ± 10 Prozent, mindestens um ± 5 Prozent.
Schiff mit einem Schiffsantrieb, dadurch gekennzeichnet, dass der
Schiffsantrieb gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 gestaltet ist.
EP11791437.4A 2010-11-23 2011-11-18 Schiffsantrieb mit einer düse und einem propeller Withdrawn EP2643212A2 (de)

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DE102010052248A DE102010052248A1 (de) 2010-11-23 2010-11-23 Schiffsantrieb mit einer Düse und einem Propeller
PCT/EP2011/005823 WO2012069164A2 (de) 2010-11-23 2011-11-18 Schiffsantrieb mit einer düse und einem propeller

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EP2643212A2 true EP2643212A2 (de) 2013-10-02

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US (1) US20130315704A1 (de)
EP (1) EP2643212A2 (de)
KR (1) KR20140004106A (de)
DE (1) DE102010052248A1 (de)
SG (1) SG190400A1 (de)
WO (1) WO2012069164A2 (de)

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