NL9200699A

NL9200699A - Propeller device

Info

Publication number: NL9200699A
Application number: NL9200699A
Authority: NL
Original assignee: Johan Karel Oudendal
Priority date: 1992-04-16
Filing date: 1992-04-16
Publication date: 1993-11-16

Abstract

A propeller device is provided with a propeller which can rotate about an axle and a substantially stationary vane- like element which is arranged behind the propeller and forms an angle which decreases in the direction towards the rear with the drive direction, in order to at least partially convert the rotational energy of the propeller jet from the propeller into a propulsive force. The vane- like element is made from a thin plate of at least approximately constant thickness. Furthermore, it is arranged in a jet pipe and is attached to the inside of this pipe. The vane-like element considerably improves the propeller efficiency. Scale tests have already achieved an improvement in efficiency of 24%.

Description

Schroef inrichtingScrew device

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een schroefinrichting voorzien van een om een as draaibare schroef.The present invention relates to a screw device provided with a screw which can rotate about an axis.

Schroeven voor schepen of vliegtuigen zijn in vele uitvoeringen bekend. Bij het ontwerpen van deze schroeven wordt getracht een zo hoog mogelijk rendement te behalen, dat wil zeggen dat een zo groot mogelijk deel van de aan de schroef toegevoerde energie in stuwkracht wordt omgezet. In het verleden zijn vele onderzoeken verricht, die hebben geresulteerd in vaak ingewikkelde en kostbare constructies aan of bij de schroef.Propellers for ships or aircraft are known in many embodiments. When designing these screws, an attempt is made to achieve the highest possible efficiency, that is to say that the largest possible part of the energy supplied to the screw is converted into thrust. Many studies have been carried out in the past, which have resulted in often complicated and expensive structures on or near the propeller.

De onderhavige uitvinding beoogt thans een schroefinrichting te verschaffen, waarbij met een eenvoudig hulpstuk een aanzienlijke rendementsverbetering is te bereiken.The present invention aims at providing a screwing device, wherein a considerable improvement in efficiency can be achieved with a simple accessory.

Hiertoe verschaft de onderhavige uitvinding een schroefinrichting voorzien van een om een as draaibare schroef en een achter de schroef opgesteld, in hoofdzaak stationair schoepvormig element met een in achterwaartse richting afnemende hoek met de aandrijfrichting voor het althans gedeeltelijk omzetten van de rotatie-energie van de schroefstraal van de schroef in een stuwkracht.To this end, the present invention provides a screwing device comprising an axially rotatable screw and a substantially stationary blade-shaped element disposed behind the screw with a rearwardly decreasing angle to the driving direction for at least partially converting the rotational energy of the screw beam of the screw in a thrust.

Door dit schoepvormige element wordt bereikt dat de normaal in de schroefstraal achterblijvende rotatie-energie in de vorm van een rotatiebeweging van het fluïdum als gevolg van de rotatie van de schroef met het schoepelement kan worden teruggewonnen. Immers, deze anders nutteloze en als verlies beschouwde rotatie-energie kan met behulp van het schoepvormige element ten minste gedeeltelijk in stuwkracht worden omgezet en voor de voortstuwing van het vaartuig worden benut.This blade-shaped element achieves that the rotational energy normally remaining in the screw jet in the form of a rotational movement of the fluid as a result of the rotation of the screw with the blade element can be recovered. After all, this rotational energy, which is otherwise useless and regarded as loss, can be converted at least partially into thrust by means of the blade-shaped element and used for propulsion of the vessel.

Een gunstige uitvoering van de schroefinrichting volgens de uitvinding is daardoor gekenmerkt, dat een enkel schoepvormig element is aangebracht dat over de gehele diameter van de schroef doorloopt.A favorable embodiment of the screwing device according to the invention is characterized in that a single blade-shaped element is provided which extends over the entire diameter of the screw.

Door deze vloeiend doorlopende vorm van het enkele schoepvormige element is de stromingsweerstand van het schoepvormige element zeer gering, zodat de weerstandsverliezen minimaal zijn.Due to this smooth continuous shape of the single blade-shaped element, the flow resistance of the blade-shaped element is very small, so that the resistance losses are minimal.

In een zeer eenvoudige doch effectieve uitvoering van de uitvinding is het schoepvormige element vervaardigd van een dunne plaat met althans ongeveer constante dikte, waarbij bij voorkeur de achterrand van het schoepvormige element althans ongeveer radiaal ten opzichte van de schroef verloopt.In a very simple yet effective embodiment of the invention, the blade-shaped element is manufactured from a thin plate of at least approximately constant thickness, wherein the rear edge of the blade-shaped element preferably extends at least approximately radially with respect to the screw.

Het rendement van het schoepvormige element kan nog verder worden verhoogd, wanneer dit is opgesteld in een op zichzelf bekende straalbuis, aan de binnenzijde waarvan het schoepvormige element is bevestigd.The efficiency of the vane-shaped element can be increased even further when it is arranged in a jet tube known per se, on the inside of which the vane-shaped element is attached.

Bij de toepassing van een dergelijke straalbuis is het enerzijds mogelijk de schroef binnen in de straalbuis op te stellen, doch bij proeven is gebleken dat het gunstig is wanneer de schroef direct of op een geringe afstand voor de straalbuis is opgesteld.When such a nozzle is used, it is possible on the one hand to position the screw inside the nozzle, but tests have shown that it is advantageous if the screw is arranged directly or at a short distance in front of the nozzle.

De uitvinding zal hierna worden toegelicht aan de hand van de tekening, die een uitvoeringsvoorbeeld van de schroefinrichting volgens de uitvinding weergeeft.The invention will be explained below with reference to the drawing, which shows an exemplary embodiment of the screwing device according to the invention.

Fig. 1 is een schematisch perspectivisch achteraanzicht van een uitvoeringsvoorbeeld van de schroefinrichting volgens de uitvinding bij toepassing op een schip.Fig. 1 is a schematic perspective rear view of an exemplary embodiment of the screwing device according to the invention when used on a ship.

Fig. 2 is een op kleinere schaal weergegeven achteraanzicht van de straalbuis met het schoepvormige element.Fig. 2 is an enlarged rear view of the nozzle with the vane element.

Zoals gezegd, is het weergegeven uitvoeringsvoorbeeld in het bijzonder bedoeld voor toepassing bij een schip, waarbij de schroefinrichting onder water wordt toegepast, doch in principe is het ook mogelijk de uitvinding te benutten voor schroefaandrijvingen die in een ander medium, zoals lucht, werken. Derhalve is de uitvinding ook bij vliegtuigen toe te passen.As stated, the illustrated embodiment is particularly intended for use in a ship, where the screwing device is used underwater, but in principle it is also possible to use the invention for screw drives operating in a different medium, such as air. The invention can therefore also be applied to aircraft.

Fig. 1 toont een achtersteven 1 van een schip, waaruit een as 2 steekt die door een niet-weergegeven motor wordt aangedreven voor het in draaiing brengen van een op de as aangebrachte schroef 3. In dit geval is een vierbladige schroef getekend, doch uiteraard kunnen allerlei soorten al dan niet verstelbare schroeven worden toegepast. Op zeer geringe afstand achter de schroef 3, of in een alternatieve uitvoering om de schroef 3 is een met streep-stippellijnen aangeduide straalbuis 4 aangebracht, die door middel van een steuninrich-ting 5 aan de achtersteven 1 van het schip is bevestigd. De binnendiameter van deze straalbuis 4 is enigszins groter dan de diameter van de schroef 3. De straalbuis 4 en de schroef 3 zijn zodanig ten opzichte van elkaar opgesteld dat alle door de schroef 3 opgewekte stroming door de straalbuis 4 wordt gericht.Fig. 1 shows a stern 1 of a ship, from which protrudes a shaft 2 which is driven by a motor (not shown) for rotating a screw 3 mounted on the shaft. In this case a four-bladed screw is drawn, but of course all kinds of types of adjustable or non-adjustable screws are used. At a very small distance behind the propeller 3, or in an alternative embodiment around the propeller 3, a jet tube 4 indicated by dashed-dotted lines is mounted, which is attached to the stern 1 of the ship by means of a supporting device 5. The inner diameter of this nozzle 4 is slightly larger than the diameter of the screw 3. The nozzle 4 and the screw 3 are arranged relative to each other such that all the flow generated by the screw 3 is directed through the nozzle 4.

Volgens de uitvinding is in de straalbuis 4 een schoepvormig element 6 aangebracht dat met zijn buitenste randen aan de binnenzijde van de straalbuis 4 is bevestigd. In het geval van een stalen uitvoering van de straalbuis 4 en het schoepvormige element 6 kan deze bevestiging bijvoorbeeld door lassen plaatsvinden. Het schoepvormige element 6 kan bestaan uit een eenvoudige, relatief dunne staalplaat van geringe dikte die aan de naar de schroef 3 toegekeerde zijde in de vorm van een schoep is gekromd, waarvan de invalshoek in overeenstemming verloopt met de stroming die door de schroef 3 wordt opgewekt, zodanig dat het spiraalvormig gekromde voorste gedeelte van het schoepvormige element een extra stuwkracht veroorzaakt. De schoepvorm van het schoepvormige element 6 neemt in achterwaartse richting daarvan geleidelijk af (fig. 2) en de achterste eindrand 7 van het schoepvormige element 6 is recht en verloopt verticaal en radiaal ten opzichte van de schroef 3 en de straalbuis 4. Door deze strekking van het schoepvormige element 6 wordt ook de door de schroef 3 in het water opgewekte rotatiestroming recht getrokken, zodat de ro-tatie-energie wordt omgezet in een stuwkracht in de gewenste richting, waardoor het rendement van de schroef 3 aanzienlijk wordt verbeterd. Schaalproeven lieten een verbetering van het schroefrendement tot zelfs 24 % zien.According to the invention, a jet-shaped element 6 is arranged in the nozzle 4, which is fixed with its outer edges on the inside of the nozzle 4. In the case of a steel version of the nozzle 4 and the blade-shaped element 6, this attachment can be effected, for example, by welding. The blade-shaped element 6 may consist of a simple, relatively thin steel plate of small thickness, curved in the form of a blade on the side facing the screw 3, the angle of incidence of which is in accordance with the flow generated by the screw 3 such that the spirally curved front portion of the vane element creates an additional thrust. The blade shape of the blade-shaped element 6 gradually decreases in its rearward direction (Fig. 2) and the rear end edge 7 of the blade-shaped element 6 is straight and extends vertically and radially with respect to the screw 3 and the nozzle 4. Due to this stretching From the blade-shaped element 6, the rotational flow generated by the screw 3 in the water is also straightened, so that the rotational energy is converted into a thrust in the desired direction, which considerably improves the efficiency of the screw 3. Scale tests showed an improvement in screw efficiency of up to 24%.

Het is volgens de uitvinding mogelijk de schroef 3 en de straalbuis 4 met het schoepvormige element 6 als eenheid te vervaardigen voor de nieuwbouw, doch anderzijds is het mogelijk bij bestaande schepen de straalbuis 4 met het schoepvormige element 6 aan de reeds aanwezige schroef 3 toe te voegen voor het verbeteren van het rendement daarvan. De vorm van het schoepvormige element kan aan de verschillende schroeven worden aangepast voor het bereiken van een zo hoog mogelijk rendement, terwijl het ook denkbaar is om het schoepvormige element 6 verstelbaar uit te voeren. Zowel de vorm als de afmetingen van het schoepvormige element 6 kunnen daarbij worden gevarieerd. Wel is gebleken dat het gunstig is als de lengte van het schoepvormige element 6 ten minste gelijk is aan een derde van de diameter van de schroef 3, resp. van de binnen-diameter van de straalbuis 4.According to the invention it is possible to manufacture the screw 3 and the jet pipe 4 with the blade-shaped element 6 as a unit for the new construction, but on the other hand it is possible in existing ships to add the jet pipe 4 with the blade-shaped element 6 to the screw 3 already present. joints to improve their efficiency. The shape of the blade-shaped element can be adapted to the different screws in order to achieve the highest possible efficiency, while it is also conceivable to make the blade-shaped element 6 adjustable. Both the shape and the dimensions of the blade-shaped element 6 can be varied. It has been found that it is advantageous if the length of the blade-shaped element 6 is at least equal to a third of the diameter of the screw 3, respectively. of the inner diameter of the nozzle 4.

De uitvinding is niet beperkt tot het in de tekening weergegeven en in het voorgaande beschreven uitvoeringsvoor-beeld, dat op verschillende manieren binnen het kader van de uitvinding kan worden gevarieerd. Zo is het bijvoorbeeld mogelijk de straalbuis 4 en het schoepvormige element 6 uit kunststof te vervaardigen. Verder kan de uitvinding ook met groot voordeel op buitenbootmotoren worden toegepast, waarbij het schoepvormige element 6 met eventueel de straalbuis 4 op eenvoudige wijze achter de schroef kan worden gemonteerd. De uitvinding is echter ook voor zeer grote scheepsschroeven geschikt. In plaats van een enkelvoudig schoepvormig element kunnen ook bijvoorbeeld twee of meer kruisende schoepelementen worden aangebracht. De straalbuis kan een constante diameter bezitten of ook over zijn lengte in diameter variëren. Ook kan nog binnen de straalbuis één of een aantal concentrische binnenbuizen worden aangebracht om de inwendige rotatiebeweging van het fluïdum in de straalbuis nog verder terug te dringen. De schoepvorm kan dan per buis weer afzonderlijk worden aangepast voor het verkrijgen van een optimaal stromingsverloop daarbinnen. Verder kan de dwarsdoorsnede van de straalbuis niet cirkelvormig doch bijvoorbeeld ovaal zijn of ook over de lengte variëren.The invention is not limited to the exemplary embodiment shown in the drawing and described above, which can be varied in various ways within the scope of the invention. For example, it is possible to manufacture the jet pipe 4 and the blade-shaped element 6 from plastic. Furthermore, the invention can also be applied with great advantage to outer boat engines, in which the blade-shaped element 6, possibly with the jet tube 4, can be simply mounted behind the propeller. However, the invention is also suitable for very large ship propellers. Instead of a single blade-shaped element, for instance two or more intersecting blade elements can also be arranged. The nozzle may have a constant diameter or may also vary in diameter along its length. One or more concentric inner tubes can also be arranged within the nozzle, in order to further reduce the internal rotational movement of the fluid in the nozzle. The blade shape can then again be individually adjusted per tube to obtain an optimum flow pattern within it. Furthermore, the cross-section of the nozzle may not be circular, but may be oval or vary along its length.

Claims

Screwing device provided with a screw (3) rotatable about an axis (2) and a substantially stationary blade-shaped element (6) arranged behind the screw (3) with a rearwardly decreasing angle with the drive direction for at least partial conversion of the rotational energy of the screw radius of the screw (3) in a thrust.

Screw driver according to claim 1, wherein a single blade-shaped element (6) is provided which extends over the entire diameter of the screw (3).

Screwdriver according to claim 2, wherein the blade-shaped element (6) is made of a thin plate with at least approximately constant thickness.

Screw device according to claim 2 or 3, wherein the rear edge of the blade-shaped element (6) runs at least approximately radially with respect to the screw (3).

A screwdriver according to any one of claims 1-4, wherein the length of the blade-shaped element (6) is greater than one third of the diameter.

Screwdriver according to claim 1 or 2, wherein the blade-shaped element (6) is arranged in a nozzle (4) and is fixed on the inside thereof.

Screwdriver according to claim 6, wherein the screw (3) is arranged inside the nozzle (6).

Screwdriver according to claim 6, wherein the screw (3) is arranged directly or at a short distance in front of the nozzle (6).

Screwdriver as claimed in any of the claims 6-8, wherein at least one concentric inner tube is further arranged within the nozzle, wherein the shape of the blade-shaped element is preferably adapted to the created chambers.

A screwing device according to any one of claims 6-9, wherein the vane-shaped element (6) still comprises intersecting vanes within the nozzle.

Vane-shaped element (6) mounted in a nozzle (4) for use in a screwing device according to any one of the preceding claims.