FI76032C - Propellerdrivet fartyg. - Google Patents

Description

76032

POTKURIKÄYTTÖINEN LAIVA

Käsilläoleva keksintö koskee uppoumalaivaa, jossa on ainakin yksi perään sijoitettu käyttöpotkuri, joka on kytketty laivan sisälle järjestettyyn käyttömoottoriin. Keksintö koskee ensi kädessä suuria lasti- tai matkustajalaivoja, joiden 5 koneteho ylittää ainakin 500 hv.

Jatkuvasti kohoavat öljynhinnat, jotka aiheuttavat voimakkaasti lisääntyneitä kustannuksia laivojen käytölle, tekevät yhä tärkeämmäksi saavuttaa laivojen suunnittelussa korkea työntöhyötysuhde. Ratkaisevin tekijä työntöhyötysuhteessa on 10 potkurin hyötysuhde, ts. potkurin tehokkuus, kun on tarkoituksena muuttaa laivaan asennettu koneteho hyödylliseksi työntötehoksi. Potkurin hyötysuhde riippuu vuorostaan useista parametreistä, joista tärkein on potkurin läpimitta.

Sillä edellytyksellä, että potkurin kierrosluku voidaan 15 sovittaa optimaalisella tavalla potkurin läpimitan suhteen, on yleisesti voimassa, että lisäys potkurin läpimitassa aikaansaa lisäyksen potkurin hyötysuhteessa ja siten työntö-hyötysuhteeseen, sillä kineettiset häviöt potkurin liuku-virtauksessa vähenevät tällöin. Pyrkimys vähentää laivan 20 polttoainekustannuksia on sentähden aikaansaanut, että viimeaikoina on yleisesti pyritty käyttämään suurempia ja hitaammin pyöriviä potkureita suhteessa laivan rungon mittoihin ja aikaisemmin tavallisesti käytettyihin potkurikier-roslukuihin.

25 Entisaikojen moottorilaivoissa käytettiin siis tavallisesti potkureita, joiden läpimitta vastasi 50-65 % laivan syväyksestä, jolloin työntöhyötysuhde oli normaalisti 55-65 %. Nykyisissä uudenaikaisissa laivoissa käytetään sitä vastoin usein potkurin läpimittoja, jotka ovat 80-90 % laivan syvä-30 yksestä, jolloin usein käytetään erikoisesti muotoiltua laivan peräosaa ns. puolitunnelityyppiä sen estämiseksi, että potkuri imee alas ilmaa. Tällä tavoin on onnistuttu saavuttamaan noin 70-75 % työntöhyötysuhteita.

2 76032

Ne ehdot, joiden tähän asti on katsottu asettavan rajan potkurin läpimitan edelleen lisäämiselle, ovat olleet: a) vaatimus tietystä vähimmästä etäisyydestä potkurin ja laivan rungon välillä, b) potkurin ilman alasimu 5 ja c) laivan kokonaissyväys. Täytyy siis esiintyä tietty vähin etäisyys potkurin ja laivan rungon välillä, jotta vältetään ei-hyväksyttävät värähtelyt rungossa. Käytettävissä oleva tila potkurikaivossa asettaa tällöin rajan sille, kuinka korkealle ylöspäin potkuri voi ulottua. Edelleen vaa-10 ditaan, ettei potkuri mainittavassa määrin ime ilmaa alas, joka vuorostaan merkitsee, ettei potkurin lapa saa nousta vedenpinnan yläpuolelle. On siten olemassa IMCO-sääntö, joka suosittelee, että potkurin tulee kokonaan olla vedenpinnan alapuolella myös laivan pienimmällä painolastisyväyksellä.

15 Myös tämä asettaa rajan sille, kuinka korkealle ylöspäin potkuri voi ulottua. Kolmas ehto on se, ettei mikään osa potkurista saa ulottua laivan perusviivan alapuolelle, sillä tämä muodostaa lisäyksen laivan teholliseen syväykseen, jota ei voida hyväksyä, kun otetaan huomioon rajoitettu vedensy-20 vyys satamissa, satamiensuissa, kanavissa ja sensellaisissa kulkuvesissä. Nämä ehdot asettavat rajan sille, kuinka syvälle alaspäin potkuri voi ulottua. Huomataan, että nämä ehdot yhdessä merkitsevät, että potkurin läpimitan tulee alittaa laivan pienin peräosan painolastisyväys.

25 Keksinnön päämääränä on ollut tehdä mahdolliseksi lisäys potkurin läpimitassa ja siten potkurin- ja työntöhyötysuh-teissa, pitkälle yli sen, mitä tähän asti on katsottu olevan mahdollista, niin että voidaan käyttää potkurin läpimittaa, joka on 2 tai 3 kertaa suurempi kuin tähän asti käytetyt 30 potkurin läpimitat, joka aikaansaa lisäyksen työntöhyöty-suhteessa tasolle 85-90 %.

Tämä saavutetaan niiden keksinnön tunnusomaisten piirteiden avulla, jotka on esitetty oheisissa patenttivaatimuksissa.

35 n 76032

Keksinnön edullisessa suoritusmuodossa potkurin läpimitta on ainakin 1,2 ja edullisesti ainakin 1,5-kertainen laivan peräpään painolastisyväykseen nähden.

Keksintö perustuu tietoon, että laivan kokonaissyvyys muo-5 dostaa rajoittavan tekijän potkurin läpimitalle vain satamissa, satamansuissa, kanavissa ja sensellaisissa kulkuve-sissä, joissa on rajoitettu veden syvyys. Sitävastoin ulkona merellä, joissa laiva suurimman osan on käyttöajastaan, on veden syvyys niin suuri, ettei ole olemassa estettä sille, 1 0 että potkuri ulottuu alas huomattavasti laivan perusviivan alapuolelle. Kuljettaessa ulkona merellä voidaan siten vaivatta käyttää potkuria, jonka läpimitta olennaisesti ylittää laivan syväyksen, ja joka on siten järjestetty, ettei se ulotu ylös vedenpinnan yläpuolelle, joka aiheuttaisi ilman 15 alasimemistä, mutta joka ulottuu olennaisesti laivan perusviivan alapuolelle. Tämän kautta voidaan saavuttaa tavoiteltu potkuri- ja työntöhyötysuhteen lisäys, sekä sen mukanaan tuoma polttoaineen kulutuksen väheneminen. Satamissa, sata-miensuissa, kanavissa ja muissa rajoitetun vedensyvyyden 20 omaavissa kulkuvesissä tämä suuri potkuri pysäytetään ja lukitaan ei-aktiiviseen asentoon, jossa mikään potkurin osa ei ulotu olennaisesti alas laivan perusviivan alapuolelle. Käytettäessä kaksilapaista potkuria, jonka potkurinakseli on kiinteästi laakeroitu laivan runkoon, potkurinnavan 25 sijaitessa laivan perusviivan tasossa tai jonkinverran sen yläpuolella, tämä voi tapahtua siten, että potkuri pysäytetään ja lukitaan asentoon, jossa molemmat potkurin lavat ovat vaakasuoraan suunnatut. Laivan siirtäminen ja ohjaaminen suurella käyttöpotkurilla tässä ei-aktiivisessa asen-30 nossa voi tapahtua hinaajien avulla tai edullisesti laivaan järjestetyn apukäyttökoneiston avulla, esim. ns. kääntöpot-kurin (thruster), aktiivin peräsimen tms. muodossa, kuten lähemmin esitetään edempänä.

4 76032

Keksintöä ja sen muita suoritusmuotoja ja keksinnön avulla saavutettavia etuja valaistaan edelleen seuraavassa viitaten oheiseen piirustukseen, jossa

Kuvio 1 on kaavamainen sivukuva esimerkkinä esitetyn laivan 5 peräosasta keksinnön ensimmäisen suoritusmuodon mukaan;

Kuvio 2 esittää kaavamaisesti kuvion 1 mukaista laivaa katsottuna suoraan takaapäin;

Kuvio 3 on kaavamainen sivukuva esimerkkinä esitetyn laivan 10 peräosasta keksinnön toisen suoritusmuodon mukaan;

Kuvio 4 esittää kaavamaisesti kuvion 3 mukaista laivaa katsottuna suoraan takaapäin.

Kuviot 1 ja 2 esittävät kaavamaisesti laivan 1 peräosaa. Vedenpinta on merkitty viitenumerolla 2, kun taas laivan 15 perusviiva on merkitty pistekatkoviivalla 3. Laivan syväys on merkitty kirjaimella T. On huomattava, että laiva usein, erikoisesti painolastitilassa on tietyssä tasapainossa niin, että pohjaviiva 3 ei ole vaakasuorassa, katsottuna laivan pituussuunnassa, vaan viettää vinosti alas taaksepäin. Kek-20 sinnölle on tällöin laivan perän syväys, kohdassa, johon käyttöpotkuri on sijoitettu, ratkaiseva syväys.

Kuvioiden 1 ja 2 mukaisessa laivassa on perään järjestetty 2-lapainen käyttöpotkuri 5, jonka potkurin akseli 6 on kiinteästi laakeroitu laivan tasolle, joka on perusviivan 3 25 tasalla tai heti sen yläpuolella. Potkurin akseli on yhdistetty laivan rungon sisälle asennettuun käyttömoottoriin 7. Potkurilla 5 on keksinnön mukaan läpimitta, joka olennaisesti ylittää laivan peräpään syväyksen painolastissa, mutta johtuen potkurin akselin 6 sijoittamisesta alas lähelle 30 laivan perusviivaa 3 saavutetaan tästä huolimatta se, ettei potkuri 5 ulotu vedenpinnan yläpuolelle eikä ime alas ilmaa silloinkaan, kun laiva kulkee painolastissa. Potkuri 5 tulee tällöin kuitenkin luonnollisesti ulottumaan olennaisesti laivan perusviivan 3 alapuolelle, josta ei kuitenkaan aiheu-35 du mitään haittoja kuljetettaessa ulkona merellä, jossa ei

II

s 76032 esiinny mitään laivan syväystä koskevia rajotuksia.

Laivan kuljettamiseksi satamiin, satamansuihin, kanaviin ja sensellaisiin kulkuvesiin, joissa on rajoitettu vedensyvyys, voidaan 2-lapainen potkuri 5 pysäyttää ja lukita kuviossa 2 5 esitettyyn ei-aktiiviin asentoon, jossa molemmat potkurinla-vat on suunnattu vaakasuoraan ja ovat perusviivan 3 tasalla tai sijaitsevat heti sen yläpuolella. Tässä ei aktiivissa asennossa potkuri ei siten lisää laivan tehollista syväystä. Laivan siirtämiseksi ja ohjaamiseksi, jossa on suuri käyttö-10 potkuri 5 tässä ei-aktiivissa asennossa, voidaan mahdollisesti käyttää hinaajia. Edullisesti on laiva 1 kuitenkin varustettu omalla käyttökoneistolla tätä tarkoitusta varten. Kuvioiden 1 ja 2 esittämässä suoritusesimerkissä tämän apu-käyttökoneiston muodostaa kääntöpotkuri 8 (thruster). Tämä 15 kääntyvä potkuri voi haluttaessa olla sisäänvedettävä laivan runkoon, kun laivaa kuljetetaan potkurin 5 avulla, jolloin samaan aikaan ei-aktiivisen potkurin 8 aiheuttama vastus vähenee. Vaihtoehtoisesti voi kuitenkin potkuri 8 myös myötävaikuttaa eteenpäinkuljettamiseen yhdessä pääpotkurin 5 20 kanssa, jolloin kääntöpotkuria voidaan käyttää laivan ohjaamiseen tavanomaisen peräsimen sijasta, tai kääntöpotkuria voidaan käyttää yksinomaan peräsimenä, kun laivaa kuljetetaan, eteenpäin potkurin 5 avulla, jolloin potkurissa 8 on 2-lapainen potkuri, jossa on lepuutettavat potkurinlavat, ja 25 potkuri pysäytetään ja lukitaan asentoon, jossa potkurinlavat on suunnattu pystysuoraan. Tässä tapauksessa voi laivasta mahdollisesti puuttua tavanomainen peräsin. Kääntö-potkurin 8 sijasta voitaisiin ajatella käytettävän ns. aktiivista peräsintä ts. peräsintä varustettuna yhdessätoi-30 mivalla potkurilla, jota tällöin voidaan käyttää laivan eteenpäinkuljettamiseen ja ohjaamiseen, kun suuri ajopotkuri 5 on ei-aktiivissa asennossa. Myöskin muuntyyppiset laivan 1 apukäyttökoneistot ovat ajateltavissa.

35 Suuressa ajopotkurissa 5 voi olla joko kiinteät tai säädettävät lavat, jotka viimeksimainitussa tapauksessa myös 6 76032 . voidaan ajatella olevan ns. ohjelmapotkurit, joissa lavan nousua muutetaan potkurin kierroksen aikana sen sovittamiseksi paikalliseen myötävirtauskuvioon, joka vähentää potkurista tulevia värähtelyjä. Jos potkurin lavat ovat säädettä-5 viä, voidaan ne edullisesti tehdä lepuutettaviksi niin, että ne potkurin ei-aktiivisessa asennossa voidaan lepuuttaa potkurin vastuksen vähentämiseksi.

Kuvioiden 1 ja 2 esittämässä suoritusesimerkissä on potkurin 5 ajateltu olevan-2-lapainen, joka tekee yksinkertaiseksi 10 pysäyttää se ja lukita se ei-aktiiviin asentoon, jossa mikään potkurin osa ei ulotu laivan perusviivan alapuolelle, kuten nähdään kuviosta 2. Voidaan kuitenkin myös ajatella käytettävän potkuria, jossa on neljä tai kuusi lapaa, jolloin lavat on tavalliseen tapaan jaettu tasaisin välein 15 ympäri potkurin pyörintäakselia. Jotta potkuri tällöin voidaan pysäyttää ja lukita ei-aktiiviin asentoon, jossa mikään potkurin osa ei ulotu laivan perusviivan alapuolelle, voidaan potkuri muodostaa sellaiseksi, että tiettyjä lapa-pareja voidaan kiertää suhteessa potkurin napaan nähden 20 potkurin pyörintäakselin ympäri siten, että kaikki lapaparit voidaan viedä yhteen ja lukita yhdelle ja samalle vaakatasolle. Samaa tarkoitusta varten voidaan ajatella, että potkurin lavat on kiinnitetty potkurin napaan saranalaitteilla, jotka mahdollistavat sen, että potkurin lavat potkurin ei-25 aktiivissa asennossa käännetään ja lukitaan potkurin pyörintäakselin kanssa olennaisesti samansuuntaiseen asentoon.

Jotta potkurin akseli 6 voidaan laakeroida niin lähelle laivan perusviivaa 3 kuin mahdollista, voi sopivasti muodostettu vaihdelaitteisto 9 olla järjestetty potkurin akselin 30 6 ja käyttömoottorin välille. Vaihtoehtoisesti voidaan potkurin akseli 6 laakeroida siten laivaan 1, että se on suunnattu vinosti alas taaksepäin, jolloin potkurin 5 napa tulee sijaitsemaan laivan perusviivan 3 tasolla tai lähellä sitä, ja käyttömoottori 7 voi tästä huolimatta olla asennet-35 tu korkeammalle laivan rungossa, joka on edullista huomioonottaen moottorin mitat.

li 7 76032

Ymmärretään, että keksinnön kuvioissa 1 ja 2 esitetyssä suoritusmuodossa potkurin 5 läpimitta voi teoreettisesti olla korkeintaan kaksi kertaa laivan syväys, sillä muussa tapauksessa potkuri ulottuu vedenpinnan yläpuolelle. Vielä suu-5 rempi potkurin läpimitan lisäys on kuitenkin mahdollinen, jos potkurin akseli järjestetään siten, että sen takapäätä voidaan nostaa ja laskea alemman työasennon, jossa potkurin napa sijaitsee laivan perusviivan alapuolella, ja ylemmän ei-aktiivin asennon välillä, jossa potkurin napa sijaitsee 10 laivan perusviivan yläpuolella. Kuviot 3 ja 4 kuvaavat esimerkkinä keksinnön tällaista suoritusmuotoa.

Kuviot 3 ja 4 esittävät vastaavalla tavalla kuin kuviot 1 ja 2 laivaa 1, jossa on vesilinja 2, perusviiva 3, suuri käyt-töpotkuri 5 siihen kuuluvine potkurinakseleineen 6 ja käyt-15 tömoottori 7 sekä kääntöpotkuri 8 apukäyttökoneistona. Tässä suoritusesimerkissä on kuitenkin potkurin akseli 6 ja myös koko käyttömoottori 7 asennettu vesitiiviin, laatikkomuotoi-sen kotelon 10 sisälle, joka on asennettu laivan 1 runkoon olennaisesti vaakasuorien, laivan pituussuuntaan nähden 20 olennaisesti kohtisuorien kääntötappien 11 ympäri kääntyvästä, niin että koko kotelo voi kääntyä piirustuksessa esitetyn alaskäännetyn, aktiivin asennon, jossa potkurin 5 napa sijaitsee huomattavasti laivan perusviivan 3 alapuolella, ja laivan sisään ylöskäännetyn ei-aktiivin asennon välillä, 25 jossa potkurin 5 napa sijaitsee perusviivan yläpuolella. Viimeksi mainitussa kotelon ylöskäännetyssä asennossa voidaan siten potkuri 5 aikaisemmin kuvatulla tavalla pysäyttää ja lukita asentoon, jossa mikään osa potkurista ei ulotu perusviivan 3 alapuolelle.

30 Pääsy koteloon 10 järjestettyyn konehuoneeseen voidaan aikaansaada kotelon 10 kääntötappien 11 läpi, jotka kääntö-tapit muodostetaan suuriläpimittaisiksi putkiksi. Näiden kääntötappien läpi voidaan myös johtaa vaadittavat johdot polttoaineen syöttöä, pakokaasuja ym. varten. Vaihtoehtoi-35 sesti voidaan luonnollisesti myös ajatella, että käyttö- β 76032 moottori 7 on kiinteästi asennettu laivan 1 runkoon, ja että vain potkuri 5 ja potkurin akseli 6 on nostettavasti ja laskettavasta järjestetty, jolloin potkurin akseli 6 on kytketty käyttömoottoriin 7 tähän sopivan kytkinlaitteen väli-5 tyksellä.

Etuja käyttötaloudessa, joita voidaan saavuttaa keksintöä soveltamalla, kuvataan kahdella esimerkillä, jotka käsittävät kaksi olemassa olevaa laivaa, nimittäin toisaalta 15000 dwt kuivalastialuksen ja toisaalta 140000dwt massatavaralas-10 tialuksen.

Esimerkki 1; 15000 dwt kuivalastialus (Winter-luokkaa)

Laivan tiedot:

Pituus 157,7 m 15 Leveys 25,7 m

Syväys 7,5 m

Nopeus 22,4 solmua

Potkurin työntövoima 117 tonnia

Työntötiedot: 20 Nykyinen Ylisuuri potkuri potkuri keksinnön mukaan Läpimitta m 6,5 14,5

Lapalukumäärä 4 2

Lavan pinta-alasuhde 0,56 0,20-0,30 25 Potkurin kierrosluku k/min 114 34

Myötävirtatekijä 0,24 0,05

Potkurin hyötysuhde % 0,67 0,89

Imutekijä 0,20 0,04

Rungon hyötysuhde 1,05 1,01 30 Suhteellinen hyötysuhde 1,01 1,00

Kokonaishyötysuhde 0,71 0,90

Tehontarve hv 20500 16240

Polttoaineen kulutus t/a 20700 16400 11 9 76032

Kuten nähdään, voitaisiin keksinnön soveltamisella tässä tunnetussa laivassa saavuttaa polttoaineen säästö 4300 t/a, joka vastaa 4,8 milj, mk vuodessa.

Esimerkki 2; 5 140000 dwt massatavara-alus suurella hitaasti käyvällä potkurilla (NKK)_

Laivan tiedot:

Pituus 260 m

Leveys 43 m 10 Syväys, täysi lasti 17,2 m

Syväys, painolasti 10,3 m

Nopeus 14,6 solmua

Potkurin työntövoima 204 tonnia

Työntötiedot: 15 Nykyinen Ylisuuri potkuri potkuri keksinnön mukaan Läpimitta 9,0 23,0

Lapalukumäärä 4 2

Lavan pinta-alasuhde 0,36 0,10-0,20 20 Potkurin kierrosluku k/min 64 18

Myötävirtatekijä 0,36 0,09

Potkurin hyötysuhde % 0,59 0,85

Imutekijä 0,18 0,045

Rungon hyötysuhde 1,28 1,05 25 Suhteellinen hyötysuhde 1,0 1,0

Kokonaishyötysuhde 0,76 0,89

Tehontarve hv 16700 14200

Polttoaineen kulutus t/a 16800 14300 Tälle laivalle toisi siten keksinnön soveltaminen annetun 30 esimerkin mukaisesti polttoainesäästön 2500 tonnia vuodessa, joka vastaa kustannussäästöä 2,9 milj. mk vuodessa.

Kuten ylläolevasta esimerkistä käy ilmi, voidaan keksinnön avulla saavuttaa suuruusluokaltaan 15-20 prosenttiyksikön ! 10 7 6032 nousu hyötysuhteessa käyttämällä potkurin läpimittaa, joka on 2-2,5 kertaa suurempi kuin aikaisemmin käytetty. Taloudellisesti tämä tuottaa 3-4,5 milj. mk polttoainesäästön vuodessa.

5 Edellä on keksintöä kuvattu tarkoittaen laivaa, joka on varustettu vain yhdellä perään järjestetyllä käyttöpotkuril-la. Ymmärretään kuitenkin, että keksintö on myös sovellettavissa laivoihin, jotka on varustettu useilla perään järjestetyillä käyttöpotkureilla, esimerkiksi kahdella vierekkäin 10 asetetulla potkurilla tai kahdella samanakselisesti järjestetyllä vastakkain pyörivällä potkurilla.

Il

Claims (5)

11 76032

1. Potkurikäyttöinen uppoumalaiva, jossa on ainakin yksi perään sijoitettu käyttöpotkuri (5), joka 5 on kytketty laivan sisälle järjestettyyn käyttömoot- toriin (7), tunnettu siitä, että potkurin (5) läpimitta on olennaisesti suurempi kuin laivan perän painolastisyväys, ja että potkuri on asetettavissa aktiiviin työasentoon laivan kuljettamiseksi, jossa 10 asennossa potkuri pyöriessään olennaisesti ulottuu alas laivan perusviivan (3) alapuolelle ilman, että se samanaikaisesti ulottuu vesirajan (2) yläpuolelle, edes silloin, kun laivaa kuljetetaan painolastissa, ja ei-ak-tiiviin asentoon, johon potkuri voidaan lukita, eikä 15 sitä voida käyttää laivan kuljettamiseksi, ja jossa asennossa mikään osa potkurista ei olennaisesti ulotu alas laivan perusviivan (3) alapuolelle.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laiva, tunnettu siitä, että potkurilla (5) on läpimit- 20 ta, joka on vähintään 1,2 ja edullisesti vähintään 1,5 kertaa laivan perän painolastisyväys.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laiva, tunnettu siitä, että potkuri on 2-lapainen ja sanotussa ei-aktiivissa asennossa on pysäytetty asen- 25 toon, jossa lavat on suunnattu vaakasuoraan.

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen laiva, tunn ettu siitä, että potkurin ei-aktiivissa asennossa potkurin lavat ovat lepuutettavissa eli käännettävissä akselin suunnassa asentoon, jossa lavat ovat 30 yhdensuuntaiset potkurin akselin suunnan kanssa potkurin vastuksen vähentämiseksi.

5. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laiva, jonka potkurissa on useampia lapoja kuin kaksi, jotka potkurin työasennossa ovat tasaisesti jakaantuneina 35 ympäri potkurin.