NO133319B - - Google Patents

Abstract

Tofaset fremdriftsanordning for skip.

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en tofaset fremdriftsanordning for skip.

Tofasede fremdriftsanordninger som arbeider med injek-sjon av luft i vann, er allerede kjent. Den således oppnådde utstråling utsettes for hydrostatiske krefter og gjennomgår ekspansjon, under hvilken økningen i volum med en gitt mengde luft innesluttet i vannet ledsages av en økning av den vannmasse som trekkes med og av en variasjon av det moment som gir foranled-ning til en reaktiv kraft utøvet på en skrå overflate som beteg-

nes avbøyningsoverflaten, og som er anbragt slik at den avbøyer emulsjonsfeltet.

Disse enkle innretninger har den ulempe at de frembringer en emulsjon med lav fremdriftseffekt.

Foreliggende oppfinnelse avhjelper denne ulempe, og oppfinnelsens formål er å skaffe til veie en tofaset fremdriftsanordning for skip basert på ekspansjonsvirkningen av en gass-væske-emulsjon, særlig en luft-vann-emulsjon, ved den bakre ende av skipsskroget, og oppfinnelsen utmerker seg ved en gassgenerator som produserer en langsgående homogen gasstrøm under skipets skrog, og en hovedemulgator som befinner seg under skipsskroget og består av et bladformet (laminært) legeme anordnet på tvers av gasstrømmen i en dybde tilnærmet lik gasstrømmens høyde, idet det formede legeme er slisset over hele eller en del av sin lengde med minst én sliss tilnærmet parallell med gasstrømmens bevegelsesretning, idet bunnen av slissen danner en terskel som forstyrrer gasstrømmen slik at det frembringes en langsgående og en tverr-

gående emulgerende virkning samtidig fra samme gasstrøm.

Foreliggende oppfinnelse går også ut på å frem-skaffe en anordning av ovennevnte art, som utmerker seg ved <y>tterligere en eller flere sekundære emulgatorer, idet hver enkelt av de sekundære emulgatorer består av en eller flere gassinjektorer anordnet med avstand i tverretningen på den bakre overflate av skipsskroget.

Gasstilførselen til hver av de sekundære emulgatorer er innstillbar uavhengig av hovedemulgatoren, og tilførselen til hver av injektorene er uavhengig innstillbar.

Endelig tar oppfinnelsen også sikte på å skaffe til veie en tofaset fremdriftsanordning av den ovenfor beskrevne art som utmerker seg ved at der dessuten er utført en formet overflate neddykket i vannet overfor den formede overflate som ut-gjør hovedemulgatoren, komplementær til den formede overflate av hovedemulgatoren for å danne stive dyser for den samtidige genering av aksiale og tverrgående emulgeringseffekter fra nevnte aksiale gasstrøm.

De forskjellige karakteristiske trekk og fordeler

vil bedre forstås ut fra følgende detaljerte beskrivelse av en spesiell utførelse av en tofaset fremdriftsanordning tilpasset for en elvelekter med utstyr under skroget for gassutstråling i forbindelse med tegningene, hvor fig. 1 viser frembringelsen av en gass-væske-emulsjon i et plan aksialt i forhold til strøm-ningen og betegnet som emulgering ved "dyseeffekt", fig. 2 viser frembringelsen av en gass-væske-emulsjon i et plan på tvers av strømningen eller emulgering ved stråledestruering, fig. 3 er et fugleperspektiv av en modell av hovedemulgatoren basert på oppfinnelsen, fig. 4 er et funksjonsskjema for hovedemulgatoren utfylt med en neddykket formet overflate for å øke dyseeffekten, fig. 5 viser tilpasningen av en tofaset fremdriftsanordning basert på oppfinnelsen til en elvelekter med gassutstrålingsutstyr under skroget, og fig. 6 er et sideriss av tilpasningen vist på fig. 5.

Fig. 1 viser en gasstrøm 10 i rettlinjet bevegelse under en horisontal flate 11 og styrt på sin underside av en vann-strøm 12, idet det statiske trykk av de to strømninger er større enn atmosfæretrykket, og momentene for de to strømninger er i samme retning og med samme helning. Hvis et fremspring eller en terskel 13 anbringes på nedstrømsiden av denne permanente sammensatte strømning for å virke som en avbøyningsinnretning, vil den frembragte turbulens forstyrre strømningslinjene 14 og ødelegge den homogene gassfase og således frembringe en emulsjon.

På nedstrømsiden blir en ekspansjon av emulsjonen ledsaget av en ytterligere hastighetsøkning, hvis virkning når opp til høyden av terskelen 13.

Fig. 2 illustrerer strømmen av en gassfase, f.eks.

luft i form av en stråle fra en injektor 15 i et flytende me-

dium 12, f.eks. vann.

Uansett den relative hastighet mellom de to faser

er det ved eksperimenter funnet at en turbulens i strømningen,

selv om den er svak, søker å spre seg i strålen og vokse der.

Den ustadighet som frembringes, bevirker forvrengning av

strålen helt opp til dens desintegrering i form av bobler. Hvis den innledende relative hastighet mellom fasene eller for-

skyvning (slipp) ikke er uten betydning, vil virkningene av viskositet øke den destruktive virkning på strålen eller den tverrgående emulgerende effekt.

Innenfor oppfinnelsens uttrykksmåte blir en emulgeringseffekt ved dysevirkning i en aksial retning og en emulgeringseffekt ved stråledestruering i en tverrgående retning frembragt samtidig fra den samme aksiale strøm av en homogen gassfase langs en væskefase ved installasjonen av en emulgator som betegnes hovedemulgator i en stilling på tvers av strømmen som vist på fig. 3, bestående av en formet overflate 16 beskrevet som "laminær", hvori er utarbeidet en rekke slisser 17 parallelle med gassfasestrømmens akse. Den flate bunn 18 av hver av disse slisser har en svak fas fremover og bakover, og danner en terskel 19 som forvrenger gassfasens aksiale strømning. Den formede overflate innenfor oppfinnelsens uttrykksmåte inkluderer fordelaktigst en plan flate 16 a festet til den bakre underside av lekterens skrog 20, og en sylindrisk flate 16 b utstyrt med en rekke slisser 17, hvis verti-kale vegger 17 a og 17 b sammen med de plane bunner 18 av disse slisser danner en rekke kanaler i forbindelse med væskefasens kontaktflate for å danne dyser med temmelig rektangulært tverr-snitt.

Disse dyser har derfor et veggelement bestående av den forvrengbare venstre kontaktflate mellom den homogene væskefase på den ene side og emulsjonsfasen på den annen. Det følger derav som vist på fig. 4, at ekspansjonsvirkiningen ved innsnevringen,dvs. i høyde med terskelen 19, kan økes ved•innflytelsen fra en formet overflate 21 dykket ned i væskefasen og som oppviser en liten hydrodynamisk mostand. Formen, som utvendig er tilpasset den totale strømning rundt skroget, har på innersiden en større tykkelse i høyde med terskelen 19 av den formede flate 16 og danner således sammen med denne terskel dysens hals.

Fig. 5 er en skjematisk fremstilling av hele ut-styret og viser den formede flate 16 på hovedemulgatoren anbragt under den bakre del av skipsskroget på tvers av strømningslinjene 14 og matet fra et luftanlegg som frembringer en homogen luft-strøm 10 med en dybde nesten lik tykkelsen av den formede overflate 16. Hovedemulgatoren strekker seg og går over i en avbøyningsflate 23, på hvilken befinner seg en eller flere sekundære emulgatorer eller luftinjektorgrenrør 24 med innbyrdes avstand langs en akse som er rettvinklet på skipets hovedakse,

og frembringer et nytt emulsjonsfelt, hvis kompresive forstyr-relsesvirkning således frembragt på hovedemulsjonen, raffinerer hovedemulsjonen ved å redusere størrelsen av luftboblene, øker dens kinetiske energi og avbøyer den.

Reverseringsbevegelse av skipet kan f.eks. oppnås

ved en lignende anordning anbragt ved den forreste del av skipet og som virker i en retning motsatt det ovennevnte sekundære sys-tem.

Tilpasset for skip av den typen som betegnes som luftputeskip eller overflatefartøy, hvor dybden av luften er liten i forhold til lufttilførselen, vil en tofaset fremdriftsanordning ifølge oppfinnelsen eliminere behovet for kontinuerlig styring av dybden av luft under skroget, idet den luftstrømnings-kraft som er påkrevet for hovedeitu4lgatoren, tilføres fra selve luftputen. I forhold til luftputen kan den formede emulgator sammenlignes med en overløpsanordning. Variasjoner av luft-strømmen bevirker bare en variasjon av trykkflaten. Anordningen tillater i virkeligheten reduksjon til en minimum av skilleveggene og de neddykkede volumer som ellers gjøres nødvendig ved den ustadighet som nødvendigvis vil foreligge i tilstedeværelsen av luft under skroget.

Operasjonen av denne tofasede fremdriftsanordning har vært prøvet på en lektermodell utstyrt med luftutstråling under skroget med et deplasement på omkring 600 tonn og med følgende egenskaper: Blokk-koeffisient på 0,94, et hoveddypgående på 1,80 m

og en største bredde på 7,50 m.

Luftputene med en total dybde på 0,20 m opprettholdes ved den bakre del av fartøyet ved hjelp av en formet emulgator-overflate med 25 jevnt adskilte slisser, idet høyden av hver av disse disse terskler er 0,15 m med en konturdybde på 0,30 m.

Avbøyningsflaten 23 som består av et plan med helning 45° i forhold til horisontalen, er utstyrt med en sekundær-emulgator dykket ned i en dybde på 0,90 m tilnærmet, og består av en gruppe på 67 dyser 2 4 innstilt i rette vinkler til av-bøyningsf laten og med jevn innbyrdes avstand langs en tverrgående akse.

Lektermodellen var i stand til å få hastigheter på V/^ Ll (hvor V er fartøyets hastighet i m/s og L er dets lengde i meter) på omkring en (hvor V har en ekvivalent-verdi på omkring 14 knop) med en fremdrifts-virkningsgrad på omkring 40%, idet virkningsgraden er uttrykt som forholdet mellom teoretisk kraft på basis av slepe-motstand og den kraft som leveres på nedstrømsiden ved hjelp av luftanleggets ventilatorer.

Foruten fordelen ved den ytterste enkelhet av anordningen og dens tilsynelatende styrke har dens tilpasning til skips-fremdrift følgende fordeler:

- fremdriftsvirkningen, en funksjon av emulgatorenes neddykking,

er ledsaget av et opprettende moment når fartøyet utsettes for rulling,

- avstengning av luftstrømmen og derfor av lufttilførselen til hovedemulgatoren bevirker dens fullstendige neddykking og gjør således at den funksjonerer som en hydrodynamisk bremse, - det emulsjonsfelt som frembringes, og som beveger seg mot den bakre del av skroget, reduserer sugekoeffisienten for skroget til en negativ verdi, dvs. at den søker å eliminere senknings-effektene, - emulsjonsfeltet kan lett avbøyes ved bakre stykker, og derved forbedre fartøyets manøvreringsevne, idet de bakre stykker anbringes i forlengelse av veggene når emulsjonen er aktiv på

hele bredden av skroget,

- dreining av fartøyet kan bevirkes ved delvis lufttilførsel til de sekundære emulgatorer i forbindelse med eller uten delvis lufttilførsel til hovedemulgatoren.

Selvom det tofasede fremdriftsanlegg ifølge oppfinnelsen nærmere bestemt er beregnet for fartøy med overflatevirkning, i hvilket tilfelle gassfasen ville innvirke på funksjoneringen av konvensjonelle hydrodynamiske fremdriftsinnretninger, såsom propellere, kan anlegget tilpasses konvensjonelle fartøy ved å modifisere formen av skrogets bakre del.

Oppfinnelsen angår også en gruppe innretninger

som gjør den i det foregående beskrevne tofasede fremdrifts-

anordning for skip mer fullkommen og fullstendig. Oppfinnelsen tar således også sikte på å øke og styre virkningen av emulge-

ringen av væske- og gassfasene og derved å øke fremdrifts-anordningens virkningsgrad.

Den tofasede fremdriftsanordning ifølge oppfinnelsen utmerker seg således ved en rekke vertikalt anbragte formede overflater som befinner seg mellom hovedemulgatoren og den for-

mede overflate neddykket i vannet overfor hovedemulgatoren.

Denne videreutvikling tar også sikte på å frembringe

en anordning av ovennevnte art som utmerker seg ved ytterligere en eller flere formede emulgatorfortynnere anbragt tvers over emulsjons-strømmen bakenfor hovedemulgatoren, og som er dannet av en rekke gassinjektorer matet gjennom en kanal i de formede emulgatorfortynnere. Disse samme formede emulgatorfortynnere er dessuten innstillbare i retning omkring en tverrgående akse som er rettvinklet på skipets lengdeplan.

Endelig er foreliggende oppfinnelse også rettet på

å skaffe til veie en tofaset fremdriftsanordning som beskrevet ovenfor, og som utmerker seg ved at det i de bakre kanter av de formede overflater og anbragt mellom hovedemulgatorens formede overflate og den formede overflate neddykket i vannet overfor hovedemulgatorens formede overflate er anordnet en eller flere gassinjeksjo-ner som mates med gass gjennom en kanal i hver av de nevnte vertikalt innstilte formede overflater.

De forskjellige karakteristiske trekk og fordeler

ved oppfinnelsen vil bedre forstås ut fra følgende nærmere beskrivelse av et spesielt tilfelle av et tofaset fremdriftsanlegg,

og med henvisning til ytterligere figurer, hvor fig. 7 og 8 viser emulgeringsvirkningen og styringen av emulsjonen ved hjelp av denne innretning, fig. 9 viser et spesielt tilfelle hvor hovedemulgatoren er tilpasset en lekter med luftputeutstyr og omfatter de vertikalt innstilte formede flater, idet det hele er utfylt med en formet emulgatorfortynner som befinner seg bakenfor

emulgatoren, og fig. 10 og 11 viser de vertikalt innstilte formede overflater med injektorer på de bakerste kanter instal-lert på hovedemulgatoren.

Fig. 7 og 8 viser en jevn gasstrøm 10, f.eks. luft, som beveger seg under et horisontalt plan 11 og styres på undersiden av en vannstrøm 12, idet det statiske trykk av de to strømmer er større enn atmosfæretrykket og momentene av de to strømmer går i samme retning. Gasstrømmen, f.eks. luft,

trer med en viss mengde vann inn i hovedemulgatoren.som i dette tilfelle omfatter en massiv formet overflate kombinert med terskelen 13, den formede overflate 21 og de forskjellige vertikalt innstilte formede overflater 25.

De vertikalt innstilte formede overflater 25 har en slik form at parvis danner de et munnstykke eller en dyse. Karakteristikken for disse dyser er en funksjon av den gass-

strøm og vannstrøm som går gjennom hovedemulgatoren. Emulgerings-effekten som oppnås ved dysevirkninen som beskrevet i det foregående, frembringes i aksial og tverrgående retninger samtidig. Den således produserte emulsjon søker å ekspandere og å bevege

seg oppover langs overflaten 23. Den blir deretter trukket sammen igjen med en annen tilsetning av vann mellom overflaten 23 og den formede emulgatorfortynner 26 som utfyller førstnevnte for å danne en dyse for ytterligere ekspansjon av emulsjonen.

En utstråling av luft som kommer fra en rekke injektorer 27 anbragt på innersiden av den formede emulgatorfortynner 26, øker gassinnholdet i emulsjonen under ekspansjonen mens denne passerer mellom de formede emulgatorfortynnere og overflaten 23.

En innstilling av vinkelen eller stillingen av den formede emulgatorfortynner 26 som er dreibar om en akse på tvers av skipets akse, tillater styring av inntakshastigheten for vann i høyde med nevnte formede emulgatorfortynner og samtidig ekspansjonshastigheten for emulsjonen.

Gasstilførselen, f.eks. luft, for de forskjellige injektorer som befinner seg på innersiden av den formede emulgatorfortynner 26, påvirkes gjennom kanalen 28.

Den ovenfor beskrevne fremgangsmåte gjentas så mange ganger som der foreligger emulgatorfortynnere 26.

Fig. 9 viser hele anordningens utstyr omfattende på den ene side en terskel 13 i forbindelse med den formede over-

flate 21 og flere vertikalt innstilte formede overflater 25, og på den annen side en enkelt formet emulgatorfortynner understøttet på midten av en vertikal stamme 29 festet til overflaten 23, og som inneholder hovedgasstilførselsledningen til kanalen 28.

Fig. 10 og 11 viser funksjonelle detaljer ved gasstilførselen til de formede overflater 25.

Gasstilførselen bevirkes gjennom kanalen 30 og fordelerne 31. Gasstålene som trer ut fra den bakre kant 32

av hver formet overflate 25, akselerer emulsjonsstrømmen som dannes i hovedemulgatoren ved Venturivirkning. De blir selv emulgert ved stråledestruksjonsvirkning og virker således som sekundær-emulgatorer, hvis operasjon er allerede beskrevet i det foregående, nemlig de gjør det mulig med rekompresjon, raffinering og avbøyning av hovedemulsjonen.

Disse forskjellige anordninger blir bygget inn på

en lektermodell med luftputeutstyr på omkring 600 tonn deplasement tilnærmet og med følgende karakteristiske egenskaper:

En blokk-koeffisient på 0,94, en midlere dypgående på 1,80 m

og største bredde på 7,50 m tilnærmet. Luftputene hadde en midlere dybde på 0,30 m og opprettholdes ved den bakre del ved hjelp av terskelen 13 for hovedemulgatoren. De vertikalt innstilte formede overflater 25 uten injektorer i denne anvendelse, er av den symmetriske type som betegnes "NACA" med en maksimal tykkelse på omkring 0,13 m. Denne minimale dybde av kanalen mellom terskelen 13 og den neddykkede formede overflate 21 er 0,15 m og gir et kanaltverrsnitt på 0,46 m 2. Den nedre del av hovedemulgatoren eller komponenten 21 er merkbart flat og horisontal ved innsnevring av hovedemulgatoren og parallell med overflaten 23 i den divergerende del. Dens tverrgående bredde er 1,50 m.

Anbragt bakenfor.denne hovedemulgator er der en formet overflate av typen "NACA" med en enkelt kurve på sin indre (øvre) side og en dobbelt kurve på sin ytre (nedre) side og som sammen med overflaten 23 danner en dyse eller et munnstykke med et avløps-tverrsnitt på 3,50 m 2 . Denne formede overflate har på o sin indre

(øvre) side ved den tykkeste del en rekke på 21 injektorer med hver med diameter 2 cm og med innbyrdes jevn avstand. Overflaten 23 består av et skrått plan med vinkel på omkring 30° i forhold til horisontalen og er utstyrt med en sekundær emulgator neddykket til en dybde på omkring 0,90 m.

Lektermodellen kan således oppnå hastigheter V/vlT på omkring en (hvor V er fartøyets hastighet i m/s og L er dets lengde i m) og virkningsgrader som definert i det foregående, vel over 40%.

Claims (10)

1. Tofaset fremdriftsanordning for skip, og som virker ved ekspansjon av en gass-væske-emulsjon, særlig en luft-vann-emulsjon ved den bakre del av skipsskroget, karakterisert ved en gassgenerator som produserer en langsgående homogen gasstrøm (10) under skipets skrog (20) , og en hovedemulgator (16-19) som befinner seg under skipsskroget og består av et bladformet (laminært) legeme (16) anordnet på tvers av gasstrømmen (10) i en dybde tilnærmet lik gass-strømmens høyde, idet det formede legeme (16) er slisset over hele eller en del av sin lengde med minst én sliss (17) tilnærmet parallell med gassstrømmens bevegelsesretning, idet bunnen (18) av slissen danner en terskel (19) som forstyrrer gasstrømmen slik at det frembringes en langsgående og en tverrgående emulgerende virkning samtidig fra samme gass-strøm (10).

2. Anordning ifølge krav 1,karakterisert ved at det laminære formede legemes (16) dybde er innstillbar.

3. Anordning ifølge krav 1 og 2, karakterisert ved at der dessuten er anordnet en eller flere sekundæremulgatorer (24) , hvorav hver består av en eller flere gassinjektorer med innbyrdes avstand i tverretningen av skipets bakre overflate.

4. Anordning ifølge krav 3, karakterisert ved at tilførselen til hver av de sekundære emulgatorer (24) er regulerbar uavhengig av hovedemulgatoren (16 - 19).

5. Anordning ifølge krav 3 eller 4, karakterisert ved at tilførselen til hver av injektorene er uavhengig regulerbar.

6. Anordning ifølge et av kravene 1-5, karakterisert ved at der ytterligere er anordnet en formet overflate (21) som er neddykket i vannet overfor den formede overflate av hovedemulgatoren (16 - 19) for derved å utfylle den nevnte formede overflate av hovedemulgatoren og således danne stive munnstykker eller dyser for samtidig generering av en aksial emulgeringseffekt og av en tverrgående emulgeringseffekt fra den aksiale gasstrøm.

7. Anordning ifølge krav 6, karakterisert ved ytterligere minst én supplerende formet emulgerings-fortynner (26) anbragt på tvers av emulsjonsstrømmen bakenfor hovedemulgatoren (16 - 19) og som på sin indre (øvre) side har en rekke luftinjektorer matet gjennom en kanal som er opp-tatt i den nevnte formede emulgatorfortynner.

8. Anordning ifølge krav 7, karakterisert ved at den supplerende formede emulgatorfortynner (26) anbragt på tvers av emulgasjonsstrømmen dreies om en akse på tvers av skipets akse.

9. Anordning ifølge krav 6, karakterisert ved minst én gassinjektor (27) anbragt på den bakre kant av hver vertikalt innstilt formet overflate anbragt mellom den formede overflate av hovedemulgatoren (16 - 19) og den neddykkede formede overflate (21), idet nevnte gassinjektor har en akse som faller sammen med aksen for de nevnte formede overflater (vertikalt innstilt) og matet gjennom kanaler i nevnte formede overflater (vertikalt innstilte).

10. Anordning ifølge krav 9,karakterisert ved at nevnte bakre kanter av de vertikalt innstilte formede overflater (25) er i det minste delvis avkortet.