NL8802985A - Ringomhulling voor scheepsschroef. - Google Patents

Description

Ringomhulling voor scheepsschroef

Van een ringomhulling of straal buis voorziene schroeven worden reeds meer dan 50 jaar toegepast voor sleepboten, duwboten voor binnenwateren en andere schepen met lage snelheden ter vergroting van de stuwkracht van de schroef. De straal bui zen worden, overeenkomstig de aanvaarde straalbuistheorie, geklassificeerd als versnellend en vertragend. Bekende straal bui zen van het versnellende soort worden toegepast voor het vergroten van de stuwkracht op lage snelheden, terwijl zij door de hoge weerstand ongeschikt zijn voor hogere snelheden. Straal-buizen van het vertragende soort worden toegepast voor het verminderen van schroefcavitatie en geluid, hetgeen belangrijk is voor militaire toepassingen, en gepaard gaat met een lager rendement. De onderhavige uitvinding heeft betrekking op straal buizen van het versnellende soort. De door het ringprofiel opgewekte hogere lift leidt tot een grotere stuwkracht, en tengevolge van de lagere profielweerstand is deze stuwkracht beschikbaar bij hogere werksnelheden, hetgeen tot nu toe onmogelijk werd geacht.

Doel van de onderhavige uitvinding is het verbeteren van het rendement van de schroef zoals in bedrijf bij allerlei soorten vaartuigen en vaartuigen van allerlei afmetingen, bij alle werksnelheden. Dit werd bereikt door de theorie betreffende vleugel profiel en toe te passen op het ontwerp van het straal buisprofiel, dat geoptimaliseerd is met betrekking tot turbulente stromingen, en dat een hogere liftcoëfficient bezit bij een veel lagere weerstandscoëfficient dan de tot nu toe gebruikte straalbuizen. De straalbuis 19a bijvoorbeeld welke de indus-triestandaard vormt, bezit een weerstandscoëfficient van 0,17, terwijl het onderhavige straal buisontwerp een weerstandscoëfficient bezit in het gebied van 0,008 tot 0,012.

De uitvinding heeft ook betrekking op een vervaardigingswerkwijze voor de straalbuisconstructie die vereist is ter verkrijging van deze lage weerstand- en hoge liftcoëfficient. Daarbij worden straalbuizen vervaardigd in de vorm van lineaire vleugelprofielen die aan elkaar verbonden worden ter vorming van een veelhoek, welke een cirkel vormige ring benadert. Kleinere straalbuizen kunnen vervaardigd worden volgens andere werkwijzen zoals gieten, en vervolgens bewerken ter verkrijging van de vereiste vorm.

Volgens de uitvinding kan een hoge voortstuwingsrendement worden verkregen voor vaartuigen die bij hogere snelheden werken, terwijl dit tot nu toe niet mogelijk was.

Fig. 1 toont een typische doorsnede door het middelpunt van de straal buis met de plaats van de schroef.

Fig. 2 toont een isometrisch aanzicht van de veelhoekige straal- buis.

Fig. 3 toont een isometrisch aanzicht van een enkele sectie van de veelhoekige straal buis afgebeeld in fig. 2.

Fig. 4 toont een isometrisch aanzicht van een andere werkwijze voor het vervaardigen van de straalbuis volgens fig. 2.

Fig. 5 toont een doorsnede door de straal buis volgens 18-18 van fig. 6.

Fig. 6 toont een doorsnede door de straal buis volgens 17-17 van fig. 5.

Door de onderhavige uitvinding worden twee voordelen verkregen die onderling samenhangen, namelijk een vergroting van het voortstuwings-rendement van het vaartuig, een toename van de snelheid van het vaartuig bij hetzelfde vermogen danwel de mogelijkheid dezelfde snelheid te handhaven bij een lager vermogen en een lager brandstofverbruik, en een verbeterde constructieve integriteit van de schroefringomhulling vergeleken met elke tot nu toe bekende schroefringomhulling. Het vergrote rendement wordt bereikt door toepassing van een zeer efficiënt vleu-gelprofiel dat afgestemd is op minimale weerstand en maximale lift. Het hoge rendement van de schroefringomhulling wordt bereikt door de schroefring te vervaardigen met zijdelingse platte segmenten die slechts een cirkel vormen wanneer een groot aantal samengevoegd wordt, waardoor een samengestelde kromming vermeden wordt en het vervaardigen van de zeer efficiënte schroefringomhulling mogelijk wordt.

De schroefringomhulling volgens deze uitvinding zoals afgebeeld in fig. 1 bezit een unieke vleugel profiel 7 dat in langsrichting continu gekromd is aan zowel het inwendige oppervlak 8 alsmede het uitwendige oppervlak 9 en een weerstandscoëfficient verschaft van minder dan 0,013 en een profielwelving in het gebied van 0 tot 0,025 van de koor-delengte. Aan de buitenzijde 9 van de ringsectie bevindt zich een hol gebied van de welving en de verkregen maximale welving bevindt zich op 0,25 tot 0,35 van de koordelengte vanaf de voorrand, en een profiel dikte in het gebied van 0,05 tot 0,24 van de koordelengte en maximale dikte op 0,25 tot 0,35 van de koordelengte vanaf de voorrand. De ringom-hulling bezit een profiel koorde!engte van 0,3 tot 0,6 van de schroef-diameter en de hoek tussen de profiel koorde en de schroefas 4 ligt tussen -6 tot +6®, terwijl een typisch profiel het NASA-profiel LS(1)-0421 Mod alsmede profiel LS(1)-0417 Mod is. Het schroefblad 10 bevindt zich nabij de kleinste inwendige diameter van de ringomhulling met de schroefbladtippen zo gevormd dat ze overeenkomen <>t inwendige oppervlak van de ringomhulling teneinde een minimale speling tussen bladtip en ringomhulling te handhaven. Tijdens bedrijf vooruit, geeft pijl 11 de fluïdumrichting aan die binnentreedt in de straal-buis terwijl pijl 12 de richting van de schroefdraaiing toont in bedrijf vooruit.

Fig. 2 toont een schroefringomhulling vervaardigd uit een groot aantal in zijdelingse richting platte en in langsrichting gekromde segmenten 3 die aan elkaar verbonden zijn.

Twee representatieve ringsegmentconstructies volgens de onderhavige uitvinding zijn weergegeven in de figuren, een afgebeeld in fig. 3 en de tweede in fig. 4. Ringsepent 3 uit fig. 3 toont een inwendige schaal of oppervlak 13, samen met een uitwendige schaal of oppervlak 14, verbonden door een of meer dwarsverlopende gesepenteerde ringge-stelorganen en een langsgestel 16 dat de holte C tussen de twee oppervlakken overbrugt. Elk sepent 3 is apart samengesteld door elke inwendige schaal 13 en uitwendige schaal 14 vast te lassen aan het langsgestel 16 aan de binnenzijde van het sepent. De dwars gestellen 15 worden gelast aan de binnenschaal 13, buitenschaal 14 en aan het langsgestel 16 door middel van continu lassen aan beide zijden van het dwarsgestel. De binnenschaal 13 en de buitenschaal 14 zijn aan hun voorranden L aan elkaar bevestigd door stompe lassen. De achterrand T van de buitenschaal 14 is hol en nabij de achterrand T vastgelast aan de binnenschaal 13. De binnen- en buitenoppervlakken 13 en 14 van elk apart ringsepent zijn vast gel ast aan het naburige langsgestel 16 en aan elkaar door middel van diepe V lassen.

Fig. 4 toont een andere werkwijze voor het vervaardigen van een segment 3' dat de ringomhulling van fig. 2 vormt met een of meer continue dwarsverlopende veelhoekige'ringgestelorganen 15' en een uit segmenten bestaand langsgestel 16. Het samenstellen van de schroefringomhulling wordt uitgevoerd door allereerst de binnenschaal of het oppervlak 13 en de buitenschaal of het oppervlak 14 vast te lassen aan de ringgestellen 15', continu aan beide zijden. Het longitudinale gesegmenteerde gestel 16 wordt aan een zijde van de schaalplaten ingestoken en vanaf de binnenzijde vastgelast aan de schaal oppervlakken en aan de ringgestellen. De binnenschaal 13 en de buitenschaal 14 worden verbonden aan de voorranden L door middel van stompe lassen terwijl de achterrand T van de buitenschaal 14 hol is en vastgelast is aan de binnenschaal 13. Een ander uit sepenten bestaand langsgestel 16 wordt inge- stoken aan de tegenoverliggende zijde van de schaaloppervlakken. Een ander paar schaal oppervlakken 13 en 14 wordt vervolgens aangebracht e?' vastgelast aan dit laatste langsgestel en aan elkaar door middel van diepe V lassen. Dit proces wordt herhaald totdat de ringomhulling compleet is.

Voor de stalen scheepsstraalbuizen, worden de binnenste schaal platen bij voorkeur vervaardigd uit roestvrij staal ter vermijding van erosie tengevolge van cavitatie nabij de schroefbladtippen.

Fig. 5 toont een langsdoorsnede door het midden van het sepent afgebeeld in fig. 3 en langs 18-18. Fig. 6 toont een doorsnede volgens 17-17.

Alle bestaande schroefstraal buizen verschaffen slechts een verbetering van de schroefprestaties bij lagere snelheden en vormen gewoonlijk slechts een verbetering bij sleepboten en andere vaartuigen waarbij een vergroot stuwvermogen vereist is bij lage snelheden, terwijl volgens de uitvinding de schroefstuwkracht verbeterd wordt bij lage snelheden en het schroefrendement vergroot wordt bij hogere snelheden, zodat de uitvinding geschikt is voor alle soorten vaartuigen.

Bij bestaande ringontwerpen is de uitwendige schaal slechts toegepast als afsluitbedekking en bevestigd aan de ringconstructie door middel van knopvormige of sleufvormige lassen, en vormt deze geen integraal deel van de ringomhulling en levert hij geen bijdrage aan de constructieve sterkte van de ringomhulling, terwijl volgens de onderhavige uitvinding de inwendige en uitwendige schaal geïntegreerd zijn en een enkele constructie vormen.

Claims (3)

1. Scheepvoortstuwingsinrichting met een as voorzien van een schroef daarop alsmede een ringomhull ing die de genoemde schroef omgeeft, gekenmerkt doordat: de genoemde ringomhullingen een aantal naburige tegen elkaar aanliggende segmenten bevat; elk van de genoemde segmenten een uitwendig oppervlak en een inwendig oppervlak bevat elk met een voorrand en een achterrand, welke uitwendige en inwendige oppervlakken over het algemeen zijdelings plat zijn, de genoemde voorranden en achterranden van de binnen- en buitenoppervlakken respectievelijk aan elkaar verbonden zijn voor het verschaffen van een vleugel profiel waarbij de genoemde inwendige en uitwendige oppervlakken dat continu gekromd zijn vanaf de genoemde verbonden voorranden en achterranden, en de genoemde binnen- en buitenoppervlakken zich op een afstand van elkaar bevinden tussen de genoemde voorranden en achterranden ter vorming van een holte daartussen; elk van de genoemde segmenten met een vleugel profiel een welving bezit in het gebied van 0 tot 0,025 van de koordelengte daarvan, het genoemde uitwendige oppervlak daarop een hol gebied bezit, de genoemde profieldikte ligt in het gebied van 0,05 tot 0,24 van de koordelengte en een maximale dikte van 0,25 tot 0,35 van de koordelengte vanaf de genoemde voorranden, elk genoemd segment met vleugel profiel een maximale welving bezit op 0,25 tot 0,35 van de koordelengte vanaf de genoemde verbonden voorranden; het genoemde segment met vleugel profiel een koordelengte bezit tussen 0,3 en 0,6 van de diameter van de schroef omgeven door de genoemde ringomhull ing, welke segmenten met vleugel profiel zodanig geplaatst zijn dat de hoek tussen de koorde daarvan en de schroefas ligt tussen -6 tot +6°; ten minste een ringgestelorgaan dwars geplaatst binnen genoemde holten van genoemde sepenten, welk ringgestel orgaan respectievelijk verbonden is aan de binnen- en buitenoppervlakken van het genoemde segment en het genoemde aantal segmenten zijdelings aan elkaar verbindt ter vorming van de genoemde ringomhulling; en een langsgestelorgaan verbonden aan elk van de genoemde binnen- en buitenoppervlakken en het genoemde ringgestelorgaan van elk genoemd segment.

2. Scheepvoortstuwingsinrichting volgens conclusie 1, waarbij het genoemde ringgestelorgaan een afzonderlijk element bevat geplaatst in de genoemde holte van elk genoemd segment.

3. Scheepvoortstuwingsinrichting volgens conclusie 1, waarbij het genoemde ringgestelorgaan een veelhoekig element bevat met een aantal zijden gelijk aan het totale aantal van het genoemde aantal segmenten dat de genoemde ringomhulling vormt.