NL8902944A

NL8902944A - Power-dividing unit between contra-rotating propellers - is hydro-kinetic and mounted in board

Info

Publication number: NL8902944A
Application number: NL8902944A
Authority: NL
Original assignee: Gunsteren & Gelling Marine Pro
Priority date: 1989-11-29
Filing date: 1989-11-29
Publication date: 1991-06-17

Abstract

The unit divides power between, and reverses the direction of rotation of, contra-rotating propellers. It consists of an inboard hydro-kinetic unit (4) using oil or similar liquid as the working medium. The blades of its primary rotor cause the oil to flow directly onto those of the secondary rotor, which in turn directs it onto stationary blades.

Description

Apparaat voor de verdeling van het vermogen en omkering van de draairichting voor contra-roterende schroeven.Device for power distribution and reversal of direction of rotation for counter-rotating propellers.

De uitvinding heeft betrekking op scheepsvoortstuwing door middel van twee contra-roterende schroeven en in het bijzonder op het apparaat waarmee het vermogen wordt verdeeld over de twee schroeven en de draairichting wordt omgezet in twee tegengestelde rotatiebewegingen.The invention relates to ship propulsion by means of two counter-rotating propellers and in particular to the device with which the power is distributed between the two propellers and the direction of rotation is converted into two opposite rotational movements.

Contra-roterende schroeven kunnen het voortstuwings-rendement verbeteren in de orde van 10%. Tot voor kort is echter toepassing beperkt gebleven tot kleine installaties en speciale gevallen zoals torpedo's, vanwege de technische problemen verbonden aan de lagers en het omkeer-mechanisme van grote contra-roterende schroeveninstallaties. Twee grote Japanse ondernemingen stellen dat zij deze problemen hebben overwonnen en dat zij de praktische uitvoerbaarheid hebben aangetoond in een ware-grootte prototype. In deze twee toepassingen, en in alle andere voorstellen tot dusverre voor grote contra-roterende schroeveninstallties, heeft het omkeermechanisme tandwielen, die conventioneel kunnen zijn of van het epi-cyclische type. Tandwielen lijden aan slijtage en vermoeiing, vooral wanneer zij direct gekoppeld zijn aan een laag-toerige dieselmotor. Om die reden geven scheepseigenaren de voorkeur aan directe aandrijving waarin geen tandwielen nodig zijn.Counter-rotating propellers can improve propulsion efficiency on the order of 10%. Until recently, however, application has been limited to small installations and special cases such as torpedoes, due to the technical problems associated with the bearings and the reversing mechanism of large counter-rotating screw installations. Two major Japanese companies claim that they have overcome these problems and that they have demonstrated practicality in a full-size prototype. In these two applications, and in all other proposals to date for large counter-rotating screw installations, the reversing mechanism has gears, which may be conventional or of the epicyclic type. Gears suffer from wear and fatigue, especially when directly coupled to a low-speed diesel engine. For that reason, ship owners prefer direct drive that does not require gears.

Het doel van de onderhavige uitvinding is contra-roterende schroeven mogelijk te maken zonder dat tandwielen nodig zijn en wel door middel van een binnenboords apparaat waarin het vermogen wordt verdeeld over de twee schroeven en de draairichting wordt omgezet in twee tegenstelde rotatiebewegingen.The object of the present invention is to enable counter-rotating propellers without the need for gears, by means of an inboard device in which the power is distributed between the two propellers and the direction of rotation is converted into two opposite rotational movements.

Gewezen kan nog worden op US-A-4.050.849. Dit beschrijft een buitenboords hydrokinetisch apparaat zonder tandwielen, dat ten gevolge van de plaatsing buitenboord zeewater gebruikt als vloeistofmedium. Dit brengt corrosieproblemen met zich mee, die zelfs nog ernstiger zijn dan voornoemde slijtage- en vermoeiingsproblemen van tandwielen. Een andere bekende wijze van het splitsen van het vermogen en omkeren van de rotatie is door middel van diesel-elektrische aandrijving die echter duur is en ernstige nadelen met zich meebrengt ten aanzien van het rendement van de overbrenging en ook wat betreft het gewicht van de installatie. De onderhavige uitvinding geeft een oplossing voor het probleem van het splitsen van het vermogen en het omkeren van de draairichting zonder tandwielen toe te passen en wel door een binnen-boords hydrokinetisch apparaat - hierna genoemd "omkeer-apparaat" - dat olie of een olie-achtige vloeistof gebruikt als vloeistofmedium zoals in de bekende praktijk van vloeistofkoppelingen en koppelomvormers van conventionele enkelschroefinstallaties.Reference can still be made to US-A-4,050,849. This describes an outboard gearless hydrokinetic device which, as a result of the outboard placement, uses sea water as a liquid medium. This entails corrosion problems which are even more serious than the aforementioned gear wear and fatigue problems. Another known way of splitting the power and reversing the rotation is by means of diesel-electric drive, which is however expensive and entails serious disadvantages with regard to the efficiency of the transmission and also with regard to the weight of the installation. . The present invention solves the problem of splitting power and reversing the direction of rotation without applying gears, namely by an in-board hydrokinetic device - hereinafter referred to as "reversing device" - which contains oil or an oil like fluid used as fluid medium as in the prior art practice of fluid couplings and torque converters of conventional single screw installations.

De uitvinding wordt nu nader toegelicht aan de hand van uitvoeringsvoorbeelden, weergegeven in de tekening, waarin:The invention is now further elucidated on the basis of exemplary embodiments, shown in the drawing, in which:

Fig.l schematisch de hoofdonderdelen toont van de schroeven-opstelling waarbij gebruik is gemaakt van een apparaat volgens de onderhavige uitvinding;Fig. 1 schematically shows the main parts of the screw arrangement using an apparatus according to the present invention;

Fig.2 schematisch een doorsnede toont over een deel van een apparaat volgens de uitvinding;Fig. 2 schematically shows a cross-section of a part of an apparatus according to the invention;

Fig.3 een doorsnede toont over een deel van een gewijzigde uitvoeringsvorm van een apparaat volgens de uitvinding; enFig. 3 shows a section over part of a modified embodiment of an apparatus according to the invention; and

Fig.4 een doorsnede toont volgens de lijn IV-IV van fig.3.Fig. 4 shows a section according to the line IV-IV of Fig. 3.

Fig.l toont schematisch de hoofdbestanddelen van de contra-roterende schroeven-opstelling, bestaande uit hoofdmotor 1 met uitgaande as 2 die is verbonden aan ingaande as 3 van het omkeerapparaat 4 dat op zijn beurt twee uitgaande assen 5 en 6 heeft. De binnenas 5 is verbonden met de achterschroef 9, waarvan de stuwkracht wordt overgebracht op omkeerapparaat 4 door stuw-blok 7. De holle buitenas 6 is verbonden met de voorschroef 10 waarvan de stuwkracht wordt overgebracht op omkeerapparaat 4 door stuwblok 8. De achterschroef 9 en voorschroef 10 worden ondersteund in het achterschip door lagers 11 en 12. Het is ook mogelijk om één van de stuwblokken 7 en 8 weg te laten. Het omkeerapparaat 4 zal nu worden beschreven aan de hand van bijgaande fig.Fig. 1 schematically shows the main components of the counter-rotating screw arrangement consisting of main motor 1 with output shaft 2 connected to input shaft 3 of the reversing device 4 which in turn has two output shafts 5 and 6. The inner shaft 5 is connected to the rear screw 9, the thrust of which is transferred to the reversing device 4 by thrust block 7. The hollow outer shaft 6 is connected to the front screw 10, the thrust of which is transferred to the reversing device 4 by thrust block 8. The rear screw 9 and front propeller 10 is supported in the stern by bearings 11 and 12. It is also possible to omit one of thrust blocks 7 and 8. The reversing device 4 will now be described with reference to the accompanying fig.

2, 3 en 4 .2, 3 and 4.

Fig.2 toont een opstelling waarin de schoepen 21 van de primaire rotor op massieve as 3 de vloeistof direct doen instromen op de schoepen van de secundaire rotor 22 op de holle as 6. De stromingsrichting is met een pijl aangegeven. Stationaire delen zijn in zwart aangegeven, delen die roteren met de achterschroef zijn Noord-Oost gearceerd; delen die roteren met de voorschroef Noord-West gearceerd aangegeven. Lagers zijn gestippeld weergegeven. De schoepen 22 van de secundaire rotor doen de vloeistof instromen op de stationaire schoepen 23 die het balancerend koppel overbrengen op omkeerapparaat 4. De stuwkracht van binnenas 5 en buitenas 6 worden overgebracht op omkeerapparaat 4 via stuwblokken 7 en 8. Het is ook mogelijk om één van de stuwblokken 7 en 8 weg te laten.Fig. 2 shows an arrangement in which the blades 21 of the primary rotor on solid shaft 3 cause the liquid to flow directly onto the blades of the secondary rotor 22 on the hollow shaft 6. The direction of flow is indicated by an arrow. Stationary parts are marked in black, parts rotating with the rear screw are shaded North-East; parts that rotate with the front screw North-West hatched. Bearings are shown in dotted lines. The vanes 22 of the secondary rotor allow the liquid to flow into the stationary vanes 23 which transmit the balancing torque to the reversing device 4. The thrust from inner shaft 5 and outer shaft 6 are transferred to the reversing device 4 via thrust blocks 7 and 8. It is also possible to of the blocks 7 and 8.

Fig.3 en 4 tonen een opstelling waarin de schoepen 31 van de primaire rotor de vloeistof doen instromen op de stationaire schoepen 3 die het balancerend koppel overbrengen op omkeerapparaat 4. De stuwkracht van binnenas 5 en buitenas 6 wordt op analoge wijze overgebracht op omkeerapparaat 4 via stuwblokken 7 en 8. Ook in deze opstelling is het mogelijk éên van de stuwblokken 7 en 8 weg te laten.Figures 3 and 4 show an arrangement in which the vanes 31 of the primary rotor inflow the liquid to the stationary vanes 3 which transfer the balancing torque to the reversing device 4. The thrust of the inner shaft 5 and the outer shaft 6 is transferred in an analogous manner to the reversing device 4 via dunnage blocks 7 and 8. In this arrangement it is also possible to omit one of the dunnage blocks 7 and 8.

De bovenomschreven en in fig. 2, 3 en 4 geschetste apparaten zijn hydrokinetische stromingsmachines van het radiale type omdat de stroming zijn beweging gedeeltelijk ontleent aan centrifugaalkrachten. Bij lage rotatie-snelheden kunnen stromingsmachines van het axiale of van het gemengde type de voorkeur hebben. Bij een axiale stromingsmachine ontleent de stroming zijn beweging aan de schoepwerking van de primaire rotor en niet aan centrifugaalkrachten .The devices described above and outlined in Figures 2, 3 and 4 are radial-type hydrokinetic flow machines because the flow partly derives its motion from centrifugal forces. At low rotational speeds, axial or mixed flow machines may be preferred. In an axial flow machine, the flow derives its movement from the blade action of the primary rotor and not from centrifugal forces.

Het is gebruikelijk contra-roterende schroeven te ontwerpen voor gelijk vermogen en toerental. In dat geval komt het percentage energieverliezen in het omkeerapparaat voor 50% tot uitdrukking in het totale rendement van de contra-roterende schroeveninstallatie. Om de rotatie in de volgstroom te elimineren - hetgeen grotendeels de rendementswinst van contra-roterende schroeven bepaalt -is het voldoende dat het koppel van voorschroef en achter-schroef gelijk is. Door een lager toerental aan de voorschroef toe te kennen dan aan de achterschroef komen de energieverliezen in het omkeerapparaat voor minder dan 50% tot uitdrukking in het totale rendement. Bijvoorbeeld, wanneer - bij gelijke koppels - het vermogen van de voorschroef slechts 70% bedraagt van dat van de achterschroef, dan komen de energieverliezen in het omkeerapparaat slechts voor 41% tot uitdrukking in het totale rendement. Om deze reden kan het aantrekkelijk zijn om -in tegenstelling tot de praktijk tot dusver - een lager toerental voor de voorschroef te kiezen dan voor de achterschroef, terwijl de koppels ongeveer gelijk worden gehouden.It is common practice to design counter-rotating propellers for equal power and speed. In that case, the percentage of energy losses in the reversing device is 50% reflected in the total efficiency of the counter-rotating screw installation. To eliminate the rotation in the follow current - which largely determines the efficiency gain of counter-rotating propellers - it is sufficient that the torque of front screw and rear screw is equal. By assigning a lower speed to the front screw than to the rear screw, the energy losses in the reverser are less than 50% reflected in the overall efficiency. For example, if - with equal torques - the power of the front screw is only 70% of that of the rear screw, the energy losses in the reverser are only 41% reflected in the total efficiency. For this reason, it may be attractive - contrary to practice so far - to choose a lower speed for the front screw than for the rear screw, while keeping the torques about the same.

Claims

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the vanes of the primary rotor direct the liquid to flow onto the vanes of the secondary rotor, which in turn cause the liquid to flow into stationary vanes.

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the blades of the primary rotor cause the fluid to flow into the stationary blades which, in turn, cause the fluid to flow into the blades of the secondary rotor.

Apparatus according to any one of the preceding claims, characterized in that the speed of the secondary rotor connected to the front screw is at least 10% lower than that of the primary rotor connected to the rear screw, while the torques are approximately equal .