FI75775C

FI75775C - Rotatable propeller assembly.

Info

Publication number: FI75775C
Application number: FI853173A
Authority: FI
Inventors: Pyry Vainio; Juhani Halkola
Original assignee: Hollming Oy
Priority date: 1985-08-19
Filing date: 1985-08-19
Publication date: 1988-08-08
Also published as: NL8601957A; CN86105134A; GB8617643D0; CN1006624B; SE8603445D0; FI853173L; FI853173A0; FI75775B; DE3626568A1; GB2179312A; GB2179312B; NO863284L; NO863284D0; SE8603445L; SE466254B

Description

75775 1 Käännettävä potkurilaite Vrldbar propelleranordning 5 Keksinnön kohteena on alukseen sijoitettu, rengasmaisella potkurisuulak-keella varustettu, käännettävä potkurilaite, jossa käyttövoima vaakasuuntaiselle potkuriakselille tuodaan pystyakselin ja kulmavaihteen välityksellä, ja joka potkurilaite on aluksen ohjaamista varten käännettävissä pystysuuntaisen akselin ympäri. Tällainen potkurilaite voi olla sijoitet-10 tuna aluksen pohjaan, mutta myös aluksen perään, keulaan tai sivulle.75775 1 Reversible propeller device Vrldbar propelleranordning 5 The invention relates to a reversible propeller device with an annular propeller nozzle placed on a vessel, in which the driving force is applied to the horizontal propeller shaft via a vertical axis and a bevel gear, and which propeller device is rotatable for steering the vessel. Such a propeller device may be located at the bottom of the vessel, but also at the stern, bow or side of the vessel.

Käännettävät potkurilaitteet ovat erityisen edullisia sellaisissa aluksissa, kuten hinaajissa, joiden täytyy olla hyvin kääntyviä ahtaissa paikoissa liikkumista varten. Hinaajan potkurin taas täytyy olla suhteelli-15 sen suurikokoinen ollakseen tehokas pienillä hlnausnopeuksllla. Tästä seuraa kuitenkin se haittapuoli, että potkurilaite muodostuu suurikokoiseksi. Potkuri ulottuu myös niin paljon aluksen pohjan alapuolelle, että alus ei voi työskennellä matalissa vesissä. Edelleen tällainen suurikokoinen potkurilaite vaatii erittäin suuren kaivon aluksen pohjaan, kun 20 potkurilaitteen asennus tai irrotus pohjakaivoon tapahtuu ylhäältä, tai kun potkurilaite esimerkiksi matalissa vesissä ajoa varten on nostettavissa ylös pohjakaivon sisään.Reversible propeller devices are particularly advantageous in vessels such as tugs, which must be well reversible for movement in confined spaces. The tug propeller, on the other hand, must be relatively large in size to be efficient at low speeds. However, this has the disadvantage that the propeller device becomes large. The propeller also extends so far below the bottom of the vessel that the vessel cannot work in shallow waters. Furthermore, such a large propeller device requires a very large well in the bottom of the vessel when the propeller device is installed or removed in the bottom well from above, or when the propeller device for driving in shallow water, for example, can be raised inside the bottom well.

Potkurin työntövoimaa pienillä nopeuksilla on tunnetusti pyritty paranta-25 maan potkurin ympärille tulevan, rengasmaisen potkurisuulakkeen avulla. Tällöin voidaan käytettävän potkurin halkaisijaa mahdollisesti hieman pienentääkin. Potkurisuulake on kuitenkin suurikokoinen kappale, mistä aiheutuu taas lisää ongelmia. Käännettävissä potkurilaitteissa potkurin ja sen ympärillä olevan suulakkeen on mahduttava kääntymään täysin ympä-30 ri aluksen alla. Kun kääntymiseen tarvittava tila on suuri, se aiheuttaa ongelmia erikoisesti silloin, kun käytetään kahta rinnakkaista potku-rilaitetta ja aluksen runko on suhteellisen pieni, kuten esim. hinaajissa. Suulake lisää myös potkurilaitteen kääntämiseen tarvittavaa ohjausmoment-tla sitä enemmän mitä kauempana suulake sijaitsee laitteen pystysuorasta 35 kiertokeskiöstä.It has been known to improve the thrust of a propeller at low speeds by means of an annular propeller nozzle coming around the ground propeller. In this case, the diameter of the propeller to be used may be slightly reduced. However, the propeller nozzle is a large piece, which again causes more problems. In the case of reversible propeller devices, the propeller and the nozzle around it must be able to turn completely around 30 r below the vessel. When the space required for turning is large, it causes problems, especially when two parallel propellers are used and the hull is relatively small, as in tugs, for example. The nozzle also increases the control torque required to turn the propeller device the further the nozzle is located from the vertical center of rotation 35 of the device.

Tämän keksinnön tarkoituksena on aikaansaada uusi potkurilaite, jolla ei 2 75775 Ί ole edellä esitettyjä epäkohtia. Keksinnölle on tunnusomaista se, että että rengasmaisen potkurlsuulakkeen johtoreunan ja jättöreunan välinen etäisyys eli potkurlsuulakkeen pituus on pääasiallisesti puolet potkurin halkaisijasta ja että rengasmainen potkurlsuulake on sijoitettu 5 siten, että potkurlsuulakkeen akslaallsuunnassa mitattu etäisyys potkurlsuulakkeen johtoreunasta potkurin keskitasoon on välillä 0,70...0,85 x potkurlsuulakkeen aksiaalinen pituus.The object of the present invention is to provide a new propeller device which does not have the above-mentioned drawbacks. The invention is characterized in that the distance between the leading edge and the trailing edge of the annular propeller nozzle, i.e. the length of the propeller nozzle, is substantially half the diameter of the propeller and that the annular propeller nozzle is positioned at 5 85 x axial length of the propeller nozzle.

Potkurlsuulake sijaitsee näin ollen lähes kokonaan potkurin etupuolella 10 eli olennaisesti lähempänä potkurllaitteen kääntöakselia. Tästä seuraa se olennainen etu, että potkurisuulaketta varten tarvittava lisätila on olennaisesti pienempi kuin tavanomaisissa ratkaisuissa. Tällainen potku-rlsuulakkeella varustettu potkurilaite mahtuu saman kokoiseen, aluksen pohjaan muodostettuun kalvoon kuin vastaava potkurilaite liman potkuri-15 suulaketta. Toisaalta taas laitteen vaatimasta vähäisestä tilantarpeesta seuraa se etu, että pieneenkin alukseen voidaan sijoittaa suuremmalla potkurilla varustettu laite suuremman työntövoiman aikaansaamiseksi.The propeller nozzle is thus located almost completely in front of the propeller 10, i.e. substantially closer to the pivot axis of the propeller device. This has the essential advantage that the additional space required for the propeller nozzle is substantially smaller than in conventional solutions. Such a propeller device with a propeller-nozzle fits in a film of the same size formed on the bottom of the vessel as the corresponding propeller device with a slime propeller-15 nozzle. On the other hand, the small space requirement required by the device has the advantage that even a small vessel can be fitted with a device with a larger propeller to provide a higher thrust.

Keksinnön mukaisesti sijoitetulla potkurisuulakkeella aikaansaadaan 20 käännettävässä potkurllaltteessa myös se erinomainen etu, että potkuri-suulakkeen keskikohdan etäisyys pystysuuntaisesta kääntöakselista on pieni. Tästä seuraa se, että potkurllaitteen kääntämiseen tarvittava momentti on olennaisesti pienempi kuin tunnetuissa potkurilaittelssa. Tällöin myös ohjauskonelsto voidaan mitoittaa huomattavasti kevytraken-25 teisemmaksi, mikä pienentää valmistuskustannuksia olennaisesti.The propeller nozzle arranged according to the invention also provides in the rotatable propeller source 20 the excellent advantage that the distance of the center of the propeller nozzle from the vertical pivot axis is small. It follows that the torque required to turn the propeller device is substantially lower than in known propeller devices. In this case, the steering system can also be dimensioned considerably lighter, which significantly reduces manufacturing costs.

Potkurlsuulakkeen keksinnön mukaisella sijoittamisella saavutetaan vielä erältä huomattavia etuja. Eräs etu on se, että potkuri on helppo irrottaa, kun se on lähellä suulakkeen takareunaa. Suulake saadaan myös tuke-30 vast! kiinni potkurllaitteen runkoon, jolloin suulakkeen ja potkurin välistä välystä voidaan pienentää. Tällöin myös hyötysuhde paranee.By placing the propeller nozzle according to the invention, considerable further advantages are achieved. One advantage is that the propeller is easy to remove when it is close to the rear edge of the nozzle. The nozzle is also available with support-30 resp! attached to the body of the propeller device so that the clearance between the nozzle and the propeller can be reduced. This also improves efficiency.

Keksinnön erään edullisen sovellutusmuodon mukaan käännettävään potkuri-laitteeseen sijoitetun potkurlsuulakkeen johtoreuna on pääasiallisesti 35 pystyakselin keskiviivan eli potkurllaitteen kääntöakselin kohdalla tai sen välittömässä läheisyydessä. Käytännössä suoritetuissa mittauksissa on todettu, että kun potkurlsuulake on asennettu tällä tavoin potkuri- 3 75775 1 laitteeseen, niin ohjausmomentti on lähes nolla poikittaisessa virtauksessa. Toisin sanoen potkurlsuulake on sijoitettu optimikohtaansa, jolloin ohjauskoneisto voidaan mitoittaa mahdollisimman kevytrakenteiseksi.According to a preferred embodiment of the invention, the leading edge of the propeller nozzle arranged in the rotatable propeller device is substantially at or in the immediate vicinity of the center line of the vertical axis, i.e. the pivot axis of the propeller device. Measurements made in practice have shown that when the propeller nozzle is mounted in this way on the propeller 3 75775 1 device, the control torque is almost zero in the transverse flow. In other words, the propeller nozzle is positioned at its optimum position, so that the steering mechanism can be dimensioned as light as possible.

5 Keksinnön erään tunnusomaisen piirteen mukaan käännettävään potkuri-laitteeseen sijoitetun potkurisuulakkeen johtoreunan ja jättöreunan välinen etäisyys eli potkurisuulakkeen pituus on pääasiallisesti puolet potkurin halkaisijasta. Tämä mitoitus vastaa edellä esitettyä optimi-rakennetta. Jos kuitenkin alus on tarkoitettu toimimaan pääasiassa 10 hitailla nopeuksilla, voidaan suulakkeen työntövoimaa lisätä pidentämällä suulaketta. Käytännössä suulakkeen pituus voi olla 0,6 - 0,7 kertaa potkurin halkaisija. Kun etäisyys potkurisuulakkeen johtoreunasta potkurin lapojen kärkiin on 0,70...0,85 x suulakkeen pituus, ei potkuri-laitteen vaatima tila lisäänny pidentyneestä suulakkeesta huolimatta.According to a characteristic feature of the invention, the distance between the leading edge and the trailing edge of the propeller nozzle placed in the reversible propeller device, i.e. the length of the propeller nozzle, is substantially half the diameter of the propeller. This dimensioning corresponds to the optimum structure presented above. However, if the vessel is intended to operate primarily at 10 slow speeds, the thrust of the nozzle may be increased by extending the nozzle. In practice, the length of the nozzle can be 0.6 to 0.7 times the diameter of the propeller. When the distance from the leading edge of the propeller nozzle to the tips of the propeller blades is 0.70 to 0.85 x the length of the nozzle, the space required by the propeller device does not increase despite the extended nozzle.

15 Myöskään ohjauskoneen mitoitusta ei tarvitse muuttaa, koska ohjaus-momentti ei lisäänny. Keksinnön avulla voidaan näin tavanomaiseen potkurllaltteeseen asentaa erikoistarkoituksia varten pidempi suulake niin, että laitteen päämitat eivät muutu.15 There is also no need to change the dimensioning of the steering machine, as the steering torque does not increase. By means of the invention, a longer nozzle for special purposes can thus be mounted on a conventional propeller source so that the main dimensions of the device do not change.

20 Silloin, kun käännettävä potkurilaite on järjestetty ylösnostettavaksi aluksen pohjaan muodostettuun kaivoon, niin vielä erään edullisen sovel-lutusmuodon mukaan kalvo mitoitetaan seuraavasti. Potkurlsuulake on sijoitettu niin lähelle potkurllaitteen kääntöaksella, että riittävä kaivon halkaisija on pääasiallisesti 1,6 kertaa potkurin halkaisija.When the reversible propeller device is arranged to be lifted into a well formed in the bottom of the vessel, according to another preferred embodiment, the membrane is dimensioned as follows. The propeller nozzle is positioned so close to the pivot axis of the propeller device that a sufficient well diameter is substantially 1.6 times the propeller diameter.

25 Tämä mitoitus vastaa pääasiallisesti sellaisen kalvon mitoitusta, joka on tarkoitettu ilman potkurisuulaketta olevalle käännettävälle potkuri-laitteelle. Mikäli potkurllaitetta el käännetä kaivossa, niin kaivon keskiviiva voi olla sivussa potkurllaitteen kääntöakselista. Tällöin keksinnön mukaisella rakenteella voi kalvon halkaisija olla 1,35 kertaa 30 potkurin halkaisija.25 This dimensioning corresponds essentially to the dimensioning of a diaphragm intended for a reversible propeller device without a propeller nozzle. If the propeller device el is turned in the well, then the center line of the well may be lateral to the pivot axis of the propeller device. In this case, with the structure according to the invention, the diameter of the diaphragm can be 1.35 times the diameter of the propeller.

Keksintöä selostetaan seuraavassa esimerkkien avulla viittaamalla oheiseen piirustukseen, jossa 35 Kuvio 1 esittää käännettävää potkurllaitetta varustettuna tavanomaisella potkurisuulakkeella.The invention will now be described, by way of example, with reference to the accompanying drawing, in which Figure 1 shows a reversible propeller device provided with a conventional propeller nozzle.

a 75775 1 Kuvio 2 vastaa kuviota 1 ja esittää käännettävää potkurilaitetta varustettuna keksinnön mukaisella potkurisuulakkeella.a 75775 1 Fig. 2 corresponds to Fig. 1 and shows a reversible propeller device provided with a propeller nozzle according to the invention.

Kuviossa 1 on esitetty käännettävä potkurilaite 3, joka on asennettu 5 aluksen 1 pohjaan 2 muodostettuun kaivoon 14. Potkurllaltteen muodostaa pystyvarsi 15, jonka sisällä on pystyakseli 5. Pystyakseli käyttää kul-mavaihteen 6 välityksellä vaakasuuntaista potkuriakselia 4, johon on liitetty potkuri 9. Potkurin ympärille on sijoitettu rengasmainen pot-kurisuulake 7 siten, että potkurin 9 lapojen 10 kärjet 11 sijaitsevat 10 suunnilleen potkurlsuulakkeen 7 keskikohdalla. Tällöin potkurlsuulakkeen aiheuttaman ohjausmomentln momenttivarsi a^ on huomattavan suuri. Koska tällä tavoin sijoitetun potkurlsuulakkeen kääntyminen vie huomattavasti tilaa, on myös aluksen 1 pohjaan 2 muodostetun kalvon 14 halkaisijan oltava suuri. Näistä epäkohdista johtuen kuvion 1 esittämä rakenne, 15 jossa on käytetty tavanomaista tekniikkaa, el ole aina käyttökelpoinen.Figure 1 shows a reversible propeller device 3 mounted 5 in a well 14 formed in the bottom 2 of the vessel 1. The propeller base is formed by a vertical arm 15 with a vertical shaft 5 inside. The vertical shaft drives a horizontal propeller shaft 4 through a bevel gear 6 to which a propeller 9 is connected. the annular pot-nozzle 7 is positioned so that the tips 11 of the blades 10 of the propeller 9 are located approximately at the center of the propeller nozzle 7. In this case, the torque arm a ^ of the control torque caused by the propeller nozzle is considerably large. Since the rotation of the propeller nozzle placed in this way takes up considerable space, the diameter of the film 14 formed in the bottom 2 of the vessel 1 must also be large. Due to these drawbacks, the structure shown in Fig. 1, in which a conventional technique is used, is not always usable.

Kuviossa 2 on esitetty kuvion 1 potkurilaite muutettuna keksinnön mukaiseksi. Tällöin potkurlsuulake 7 on sijoitettu siten, että etäisyys c mitattuna potkurin 9 lapojen 10 keskitasosta potkurlsuulakkeen 7 etureu-20 naan eli johtoreunaan 12 riippuu potkurlsuulakkeen 7 pituudesta b siten, että c on 0,70...0,85 x b. Potkurlsuulakkeen etureuna eli johtoreuna 12 sijoittuu tällöin potkurllaltteen kääntöakselin 13 läheisyyteen. Potku-risuulakkeen 7 ja potkurin 9 keskinäinen asema on voitu valita edellä esitetyn kaltaiseksi (c - 0,70...0,85 x b) muotoilemalla potkurlsuulake 25 7 sopivasti. Potkurlsuulakkeen 7 antama työntö ei edellä kuvatusta sijoituksesta olennaisesti vähene. Potkurlsuulakkeen 7 työntövoiman maksimi saavutetaan järjestetyllä, jossa etäisyys c potkurin 9 lapojen 10 keskitasosta potkurlsuulakkeen 7 johtoreunaan 12 on noin 0,7 x potkurlsuulakkeen 7 pituus b. Potkurin 9 sijoitus tätä etäisyyttä 30 lähemmäs potkurlsuulakkeen 7 etureunaa el enää olennaisesti paranna potkurllaltteen suorituskykyä. Potkurlsuulakkeen 7 antama työntö on < 10 % työntövoiman maksimiarvoa pienempi silloin, kun edellä mainittu etäisyys c on 0,85 x potkurlsuulakkeen 7 pituus b. Sellainen ratkaisu, jossa työntövoima on alle 90 % työntövoiman maksimiarvosta el ole tek-35 nllllsesti hyväksyttävää, eikä tällaisen ratkaisun valmistaminen olisi taloudellisesti kannattavaa.Figure 2 shows the propeller device of Figure 1 modified in accordance with the invention. In this case, the propeller nozzle 7 is positioned so that the distance c measured from the central plane of the blades 10 of the propeller 9 to the leading edge 20 or leading edge 12 of the propeller nozzle 7 depends on the length b of the propeller nozzle 7 so that c is 0.70 ... 0.85 x b. the leading edge 12 is then located in the vicinity of the propeller shaft pivot axis 13. The relative position of the propeller nozzle 7 and the propeller 9 can be selected as described above (c - 0.70 ... 0.85 x b) by shaping the propeller nozzle 25 7 appropriately. The thrust provided by the propeller nozzle 7 is not substantially reduced from the placement described above. The maximum thrust of the propeller nozzle 7 is achieved by arranging where the distance c from the center plane of the blades 10 of the propeller 9 to the leading edge 12 of the propeller nozzle 7 is about 0.7 x the length b of the propeller nozzle 7. The position of the propeller 9 closer to The thrust provided by the propeller nozzle 7 is <10% less than the maximum thrust value when the above-mentioned distance c is 0.85 x the length b of the propeller nozzle 7. A solution in which the thrust is less than 90% of the maximum thrust value el is not technically acceptable and no such solution would be economically viable.

5 75775 1 Ohjausmomenttiin ratkaisevasti vaikuttava potkurlsuulakkeen keskipisteen ja kääntöakselin 13 etäisyys a^ on tässä rakenteessa olennaisesti pienempi kuin vastaava etäisyys kuviossa 1, jolloin myös ohjelinvoimat jäävät olennaisesti pienemmäksi. Potkurlsuulake 7 el myöskään lisää aluksen 1 5 pohjaan 2 tarvittavan kalvon 14 halkaisijan suuruutta, koska potkurlsuulakkeen 7 takareuna eli jättöreuna 8 on pääasiassa potkurin navan tasolla, kuten kuvio 2 esittää. Tässä esimerkkitapauksessa kalvon 14 halkaisija D2 on suunnilleen 1,6 kertaa potkurin 9 halkaisija d. Potkurlsuulakkeen 7 sijainnin lisäksi tässä esimerkkitapauksessa myös potkurlsuu-10 lakkeen muodon määrittävät suhteet ovat edullisimmillaan. Käytännön mittauksissa on nimittäin todettu, että potkurlsuulakkeen pituus b on edullisimmillaan noin puolet potkurin 9 halkaisijasta d. Keksinnön mukaisessa ratkaisussa saadaan potkurlsuulakkeen 7 kiinnitys potkurllaltteen 3 runkoon tukevammaksi, minkä johdosta potkurlsuulakkeen 7 ja potkurin 15 lapojen kärkien 11 välinen välys voidaan jättää pienemmäksi kuin kuvion 1 mukaisessa ratkaisussa.5 75775 1 The distance α 1 between the center of the propeller nozzle and the pivot axis 13, which has a decisive effect on the steering torque, is in this structure substantially smaller than the corresponding distance in Fig. 1, whereby the guide forces also remain substantially smaller. The propeller nozzle 7 e1 also increases the diameter of the membrane 14 required for the bottom 2 of the vessel 1 5, since the rear edge, i.e. the trailing edge 8, of the propeller nozzle 7 is mainly at the level of the propeller hub, as shown in Fig. 2. In this exemplary case, the diameter D2 of the diaphragm 14 is approximately 1.6 times the diameter d of the propeller 9. In addition to the location of the propeller nozzle 7, in this exemplary case, the ratios defining the shape of the propeller nozzle-10 are also most preferred. Namely, it has been found in practical measurements that the length b of the propeller nozzle is at most about half of the diameter d of the propeller 9. In the solution according to the invention, the attachment of the propeller nozzle 7 to the body of the propeller blade 3 is made more stable, as a result of which the clearance between the propeller nozzle 7 and the blade tips 11 of the propeller 15 can be left smaller than in the solution according to Fig. 1.

Alan ammattimiehelle on selvää, että keksinnön erilaiset sovellutusmuo-dot voivat vaihdella jäljempänä esitettävien patenttivaatimusten puit-20 teissä. Olennaista keksinnölle on sinänsä tunnetun potkurlsuulakkeen sijoittaminen sinänsä tunnettuun käännettävään potkurilaitteeseen uudella ja yllättävällä tavalla, jolloin aikaansaadaan monia yllättäviä etuja ja parannuksia, kuten edellä on esitetty.It will be apparent to those skilled in the art that various embodiments of the invention may vary within the scope of the claims set forth below. It is essential for the invention to place a propeller nozzle known per se in a reversible propeller device known per se in a new and surprising manner, thus providing many surprising advantages and improvements, as described above.

25 30 3525 30 35

Claims

6 75775

A reversible propeller blade (3) with an annular propeller nozzle (7) mounted on a vessel (1), in which the driving force is applied to the horizontal propeller shaft (4) via a vertical shaft (5) and a bevel gear (6), around the shaft, characterized in that the distance between the leading edge (12) and the trailing edge (8) of the annular propeller nozzle (7), i.e. the length (b) of the propeller nozzle, is substantially half the diameter (d) of the propeller (9) and that the annular propeller nozzle (7) is positioned so that the distance (c) measured in the axial direction of the propeller nozzle (7) from the leading edge (12) of the propeller nozzle (7) to the center plane of the propeller (9) is between 0.70 ... 0.85 x the axial length (b) of the propeller nozzle (7). 15

1 Claims

Propeller blade according to Claim 1, characterized in that the guide edge (12) of the propeller nozzle (7) arranged in the rotatable propeller device (3) is substantially at or in the immediate vicinity of the center line (13) of the vertical axis (5). A reversible propeller blade (3) according to claim 1 or 2, which is placed in connection with a well (14) formed in the bottom (2) of the vessel (1) so that the propeller blade (3) can be lifted upwards into the well (14) 25 when the propeller device (3) is not used, characterized in that the propeller nozzle (7) is placed so close to the pivot axis (13) of the propeller device (3) that a sufficient diameter (D £) of the well (14) is substantially 1.6 times the diameter of the propeller (9) ( d), or if the propeller device (3) el is rotated in the raised position inside the well (14) 30, the sufficient diameter (D £) of the diaphragm (14) is substantially 1.35 times the diameter (d) of the propeller (9).