NL9101696A - Roerpropeller met mondstuk. - Google Patents

Description

Roerpropeller met mondstuk.

De uitvinding heeft betrekking op een roerpropeller ί voor schepen resp. drijflichamen, in het bijzonder voor binnenschepen, met een toegevoegd mondstuk als ommanteling voor de vorming van een om een verticale as draaibare hydro-dynamische aandrijving alsmede een besturing, waarbij de roerpropeller aan de scheepsromp onder de scheepsbodem resp. in een schroeftunnel is aangebracht en het aandrijfvermogen door een in hoofdzaak verticaal aangebrachte schacht door middel van een as op een drijfwerk wordt overgebracht, dat zich in een met de schacht om een draaias zwenkbare naaf bevindt, en een ongeveer horizontale propelleras aandrijft. Dergelijke roerpropellers, die ook als zogenaamde azimutale propellers worden aangeduid, zijn bekend, waarbij de propeller voor het veranderen van de vaarrichting, het koershouden alsmede het stoppen en het achterwaarts varen om een verticale as zwenkbaar is aangebracht.

Bij schepen voor beperkte waterdiepten wordt de scheepsbodem in het gebied van de propeller hoger gelegd dan het op de hoogte van de basislijn liggende deel van de scheepsbodem, zodat de onderste vleugelpunt van de propeller slechts iets resp. helemaal niet onder de basislijn ligt.

Bij binnenschepen is een bescherming van de propeller voor grondaanraking noodzakelijk en daartoe wordt vaak de scheepsbodem in het gebied van de propeller in de vorm van een tunnel uitgevoerd, waarvan de hoogste welving als top vaak boven de waterlijn zo hoog ligt, dat de propeller de basislijn van de scheepsbodem niet ondersnijdt.

Bij beperking van de diepgang ligt een grondprobleem van de aandrijfinrichting daarin, dat in de met betrekking tot de hoogte beperkte ruimte tussen de basislijn en de volgens hydrodynamische en practische gezichtspunten in een afzonderlijk geval zo groot mogelijke tunnelhoogte slechts propellers kunnen worden ondergebracht, waarvan de diameter onder de voor het rendement optimale grootte ligt.Omdat in de hier aanwezige belastingsgebieden het rendement van de propeller weliswaar met de diameter stijgt, maar met toenemende schuif- of vermogensbelasting daalt, is het noödzakelijk een zo groot mogelijke propellerdiameterr in het bijzonder bij sterk belaste propellers, onder te ! brengen. Dit is ook het geval, wanneer de propeller voor de verbetering van het rendement een ringommanteling van de propeller met een draagvleugelachtig mondstukprofiel heeft.

Bij de bekende inrichtingen van roerpropellers met mondstukken bestaat het nadeel, dat de aan de schacht van de propeller bevestigde mondstukring met de propeller om de azimutale as draait en tegelijkertijd de mondstukring in de tunnelhoogte vol is uitgevoerd.Hierdoor wordt de top van de tunnel niet door de binnencirkel van het mondstuk aangeraakt, maar de binnencirkel ligt duidelijk dieper.

Bij gelijke tunnelhoogte wordt daarom de binnendiameter van de mondstukring en daarmee ook de diameter van de propeller aanzienlijk verminderd en daarmee de propeller met betrekking tot het rendement slechter.

Daarentegen brengt de vol uitgevoerde bovenste sector van de mondstukring nauwelijks een voordeel, omdat daar door de bouwdelen van de .schacht en door de nabijheid van de tunnelwand de circulatie om het mondstukprofiel en daarmee de mondstukwerking zeer gebrekkig is.

Door deze optredende nadelen en de daardoor veroorzaakte vermindering van het rendement is de op zich zelf wegens de bijzondere manoeuvreerbaarheid en ook om andere redenen voordelige roerpropeller met mondstuk, in het bijzonder in zijn toepassing bij sterk belaste tunnelschepen sterk beperkt en wordt bijvoorbeeld juist bij duwboten, waarbij het vervallen van zeer omvangrijke roerinstallaties een groter voordeel zou zijn, betrekkelijk zelden gebruikt.

Aan de uitvinding ligt het probleem ten grondslag een soortgelijke uitvoering te verbeteren en een inrichting voor een zo groot mogelijke diameter van de propeller onder handhaving van een harmonische, hydrodynamisch gunstige inbouwruimte te verschaffen, die een betrekkelijk hoge totale kwaliteitsgraad van het systeem propeller/mondstuk/schip waarborgt en sterk belastbare installaties mogelijk maakt.

Dit probleem wordt met de roerpropeller volgens de uitvinding opgelost, doordat een mondstuk als deelring met de bijgevoegde propeller om de verticale as draaibaar in het stromingsgebied is aangebracht en de deelring zodanig is uitgevoerd, dat de binnencirkel van het mondstuk een scheidingsvlak tussen het drijflichaam en de daarlangs leidende stroming bij benadering raakt en ook de vleugelpunt-cirkel van de propeller een bij benadering aanrakende stand heeft.

Het verloop van het scheidingsvlak is daarbij niet onder het aspect van de waterdichtheid te zien, maar zoals de stroming de vorm van de scheepsbodem of van de tunnel volgt, d.w.z. ook een niet waterdichte bedekking van een verdieping of opening kan een deel van het scheidingsvlak zijn.

Door deze tangentiale aanbrenging van de binnencirkel van het mondstuk wordt een optimale benutting van de aanwezige inbouwruimte mogelijk gemaakt, doordat wordt afgezien van het voor de circulatiestroming practisch nutteloze gebied van de bovenste mondstuksector en de verkregen hoogte voor het vergroten van de diameter van de propeller en/of voor het vlakker vormen van de tunnel wordt gebruikt.

Verdere uitvoeringsvormen voor het opnemen van het mondstuk als deelring en voor de beïnvloeding van de stroming inclusief de bijgevoegde tunnel- resp. buitenhuiduit-voering zijn in de volgconclusies aangegeven.

In de tekening zijn uitvoeringsvoorbeelden van de uitvinding schematisch weergegeven. Daarin tonen:

Fig. 1 een aanzicht van de roerpropeller met mondstuk tangentiaal aangebracht,

Fig. 2 een zijaanzicht van een propellerinrichting met een plaatvormig bevestigingselement voor het mondstuk aan zijn einden,

Fig. 3 een aanzicht van een propellerinrichting met een in de scheepsbodem ingelaten draaibord,

Fig. 4 een propellerinrichting met draaibord in de dwarsdoorsnede van de tunnel, met een zijaanzicht van de in dwarsrichting gedraaide roerpropeller,

Fig. 5 een zijaanzicht van een propellerinrichting aan een draaibord met concaaf bodemvlak,

Fig. 6 een uitvoeringsvorm met concaaf bodemvlak in overeenstemming met fig.5, maar in combinatie met een gedeeltelijke convexe bocht,

Fig. 7 een alternatieve uitvoeringsvorm corresponderend met fig. 5 met convex bodemvlak,

Fig. 8 tot 10 een langsdoorsnede, dwarsdoorsnede en bovenaanzicht van een vlak draaibord aangepast aan de in de lengte gestrekte ovale waterlijnen van de tunnel en

Fig. 11 een dwarsdoorsnede van een schroeftunnel met een draaibord met een bodem met concave bocht en leivlak-segmenten voor het compenseren van de verschillende welvingen in de langs- en dwarsrichting.

Bij de weergegeven aanbrengingen is de propeller 1 met een mondstukring als deelring 2 aangebracht, die een corresponderend mondstukprofiel 3 heeft. De propeller 1 is op een naaf 4 met een horizontale propelleras 5 aangebracht en wordt via een drij fwerk door een schacht 6 aangedreven, waarbij de schacht 6 om een verticale as 7 voor het verstellen van de propeller 1 met de mondstukring 2 draaibaar is.

De propeller 1 en het mondstuk als deelring 2 zijn daarbij zodanig aangebracht, dat de binnencirkel van het mondstuk 8 resp.de daarmee bijna identieke vleugelpuntcir-kel van de propeller 1 telkens het scheidingsvlak 9 tussen de stroming en de scheepsromp bij benadering tangentiaal raakt.

Het scheidingsvlak 9 kan, zoals in fig. 1 en 2 weergegeven, de vlakke bodem van een drijflichaam zijn.In een schroeftunnel vereist de zwenkstraal 10 van het mondstuk de vorming van een topvlak 11, dat de tunnelhoogte 12 boven de basislijn 13 begrenst en samen met de wand van de tunnel 14 het scheidingsvlak 9 voor de stroming vormt, zoals in fig.4 is weergegeven.

Bij de uitvoering volgens fig. 1 is de mondstukring 2 via bevestigingsbalken 15 gehouden en de profieleinden 16 zijn evenwijdig onder het scheidingsvlak 9 ten opzichte van het schip afgesneden. Natuurlijk kunnen de profieleinden ook worden afgerond of met eindschijven worden uitgevoerd.

Volgens fig. 2 zijn de profieleinden 16 van de mond- stukring 2 via een plaatvormig bevestigingselement 17 onder het scheidingsvlak 9 additioneel aan de schacht 6 bevestigd, dat om de verticale as 7 meedraait.

Een verdere uitvoering volgens fig. 3 bestaat in de aanbrenging van een schijflichaam als draaibord 18, dat als deel van het scheidingsvlak 9 in een schacht 19 in één vlak liggend is gezet.Het draaibord 18 is concentrisch ten opzichte van de verticale as 7 aangebracht en vast met de mondstukring 2 en de draaibare schacht 6 verbonden. Eventueel ishet mogelijk de volledige mondstukring 2 met zijn bovenste sector zodanig in het draaibord 18 in te laten, dat de tangen-tiale stand van de binnencirkel 8 van de mondstukring wordt bereikt.

Een afdichting van het draaibord 18 in de schacht 19 kan aan zijn rand plaatsvinden. Als er in is voorzien de demontage en inbouw van het draaibord en het mondstuk slechts van onder uit te voeren, kan de schacht 19 ook als waterdichte verdieping in het scheidingsvlak 9 worden uitgevoerd.

Een verdere uitvoering volgens fig. 4 bestaat er in, dat het draaibord 18 in de schacht 19 is aangebracht, die tot boven de waterlijn 20 is geleid en via een flensdeksel 21 aan het bovenste vaststaande deel 22 van het aggregaat is gesloten. Bij deze aanbrenging is het gehele aggregaat met het draaibord 18 naar boven uithefbaar.

Het draaibord 18 heeft volgens fig. 3 en 4 een vlakke i bodem 23, die zich in het topvlak 11 bevindt.

Een alternatieve uitvoering is in fig.5 weergegeven, waarbij het bodemvlak van het draaibord 18 een concave bocht 24 heeft. Deze bocht 24 dient voor een betere aanpassing aan de tunnelvorm.

Bij een uitvoering volgens fig.6 is deze concave bocht 24 in het verbindingsgebied met de mondstukring 2 met een gedeeltelijke verhoging 26 gecombineerd. Bij deze uitvoering van het bodemvlak vindt derhalve een afwijking van de rota-tiesymmetrie plaats en het is mogelijk de door het bodemvlak gevormde plaatselijke tunnelvorm afhankelijk van de draaihoek om de verticale as 7 ten opzichte van het schip te veranderen. Verder wordt gedeeltelijk een soortgelijk effect verkregen als met de bocht van de gehele bordbodem volgens de uitvoe- ring van fig.7.

Bij deze uitvoeringsvorm volgens fig.7 heeft het bodem-vlak van het draaibord een convexe bocht 25. Men heeft hier-Λ; bij op het oog in de inloop van de stroming in de bovenste sector van de mondstukring 2 door een vernauwing van de stroomlijnen het trillings-en cavitatiegedrag van de propeller 1 te beïnvloeden.

Om een aanpassing aan een in het algemeen gunstige langsovale tunnelvorm te verkrijgen is voorzien in een inrichting volgens fig.8 tot 10. Voor een betere aanpassing aan de tunnelwaterlijnen 27 wordt het topvlak 11, dat door de vlakke cirkelronde draaibordbodem 18 is gevormd, in een virtueel, d.w.z. voor de stroming werkzaam topvlak 28 met langwerpig-ovale omtrek omgevormd. Daartoe wordt het topvlak 11 in de langsrichting van het schip naar voren en achter op de schacht 19 aansluitend, door sikkelvormige vlakke gebieden 29 van de vaste tunnelwand 14 verlengd.

Gelijktijdig wordt de virtuele breedte van het topvlak verminderd. Daartoe wordt de onderkant van de schacht. 19 aan de zijden lager gelegd en - zoals in de fig. 8 en 9 ; zichtbaar is - een stuk onder de bodem van het draaibord j op de zijdelingse schuine tunnelwand aangesloten.Hierdoor | i ontstaat een ideëel traject 30 van de dwarsdoorsnede van de tunnel ( binnen het schijflichaam slechts als gedachte lijn), in het verloop waarvan de van onder overlappende, niet meedraaiende leivlak-segmenten 31 tot dicht bij het door de bodem van het draaibord gevormd topvlak 11 worden geleid. Deze leivlak-segmenten 31, die in fig.9 in dwarsdoorsnede en in fig.10 gearceerd als bovenaanzicht duidelijk zichtbaar zijn, overbruggen de aan de onderkant van de schacht 19 ontstane trap, vormen overigens een deel van het scheidingsvlak 9 en verschaffen zo de verminderde breedte 32 van het virtueel topvlak 28, waarmee dit de gewenste, bij de waterlijnen 27 van de tunnel passende langwerpig-ovale omtrek verkrijgt.

In een uitvoering volgens fig.11 is een zinvolle toepassing van de leivlak-segmenten 31 bij een naar boven ge- . welfde draaibordbodem met concave bocht 24 in een tunnel-dwarsdoorsnede weergegeven. Zoals het met streeppuntlijnen verloop van de langswelving 33 van de tunnel duidelijk maakt, wordt de concave bocht 24 van de bodem van het draaibord aan deze zwakkere welving ongeveer aangepast. Daardoor worden voor en achter de schacht 19 de sikkelvormige vlakke gebieden 29 volgens de uitvoering van fig.8 en 10 overbodig. De compensatie met de sterkere dwarswelving 34 van de tunnel wordt bereikt, doordat analoog aan fig.9 de schacht 19 aan de zijden dieper naar omlaag wordt getrokken en de daar ontstane trap door leivlak-segmenten 31 zal compenseren.Daardoor ontstaat ook hier een virtueel bij benadering ovale vorm van de bodem van het draaibord.

Claims (9)

1. Roerpropeller voor schepen resp. drijflichamen, in het bijzonder voor binnenschepen, met een toegevoegd mondstuk als ommanteling voor de vorming van een om een verticale as draaibare hyctrodynamische aandrijving alsmede een besturing, waarbij de roerpropeller aan de scheepsromp onder de bodem van het schip resp. in een schroeftunnel is aangebracht, en het aandrijfvermogen door een in hoofdzaak verticaal aangebrachte schacht door middel van een as op een drijfwerk wordt overgebracht, dat zich in een met de schacht om een draaias zwenkbare naaf bevindt, en een ongeveer horizontale propelleras aandrijft, met het kenmerk, dat een mondstuk als deelring (2) met de bijbehorende propeller (1) om de verticale as (7) draaibaar in het stromings-gebied is aangebracht en de deelring (2) zodanig is uitgevoerd, dat de binnencirkel (8) van het mondstuk (2) een scheidingsvlak (9) tussen het drijflichaam en de daarlangs leidende stroming bij benadering raakt en ook de cirkel van de vleugelpunten van de propeller (1) een bij benadering rakende positie heeft.

2. Roerpropeller volgens conclusie 1, m e t het kenmerk , dat het mondstuk als deelring (2) met zijn vrije einden (16) via een plaatvormig bevestigingselement (17) in het gebied van het scheidingsvlak (9) met de schacht (6) is verbonden.

3. Roerpropeller volgens conclusie 1, m e t het kenmerk , dat het scheidingsvlak (9) in het draaige-bied van het mondstuk (2) door een draaibaar aangebrachte schijf resp. schijflichaam (18) wordt gevormd, dat de schacht (6) met het deelringvormige mondstuk (2) verbindt en in een uitsparing resp. schacht (19) van de scheepsromp in één vlak liggend met het verloop van de buitenhuid is gezet.

4. Roerpropeller volgens conclusie 3, m e t het kenmerk , dat het schijflichaam (18) cilindervormig met een vlakke bodem (23) is gevormd.

5. Roerpropeller volgens één van de conclusies 3 of 4, met het kenmerk, dat de schijf naar boven is gewelfd resp. het cilindrische schijflichaam (18) een concave bocht (24) aan zijn bodemvlak heeft.

6. Roerpropeller volgens conclusie 3 of 4,met het kenmerk , dat het cilindrische schijflichaam (18) een concave bocht (24) heeft en in het verbindingsgebied van het mondstuk (2) met het schijflichaam (18) een gedeeltelijke verhoging heeft.

7. Roerpropeller volgens conclusie 3 of 4,met het kenmerk , dat het cilindrische schijflichaam (18) aan zijn bodemvlak een convexe bocht (25) heeft.

8. Roerpropeller volgens conclusie 3 of 4,met het kenmerk , dat in de schroeftunnel resp. tunnelachtige scheepsbodem het door de vlakke bodem van een draaibord (18) gevormde, op zich zelf cirkelronde topvlak (11) virtueel een langwerpig-ovale omtreksvorm verkrijgt door zijdelings van onder overlappende vaststaande leivlak-segmenten (31) en/of door voor en achter op de hoogte van het topvlak (11) op de schacht (19) aansluitende vlakke' sikkelvormige gebieden (29) van de vaste tunnelwand (14).

9. Roerpropeller volgens conclusie 5,met het kenmerk , dat bij een concave bocht (24) van het schijflichaam (18), die bij benadering correspondeert met een zwakkere langswelving (33) van een schroeftunnel, het verschil tussen de welving van de bodem van het schijflichaam (18) en een sterkere dwarswelving (34) van de schroef-tunnel door zijdelingse, vaststaande leivlak-segmenten (31) wordt overbrugd, die het schijflichaam (18) gedeeltelijk van onder overlappen.