NO143093B - Propellsystem, saerlig for fremdrift av fartoeyer - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår et propellsystem,

særlig for fremdrift av fartøyer, bestående av en dyse med propell.

Ved åpne propeller synker virkningsgraden sterkt med økende belastning i hk pr. m 2 propellskiveareal. Bare under optimale forhold oppnås det noenlunde rimelig virkningsgrad, f.eks. rundt 70%, i form av skyvekraft i forhold til den motor-effekt som tilføres over drivakselen. Årsaken til at virkningsgraden synker sterkt med økende belastning henger sammen med at skyvekraften er proporsjonal med differansen mellom de aksiale komponenter av hastigheten i den påløpende vannstrøm (Vft) og den avløpende vannstrømmen (UA). Samtidig er effekt-tapet proporsjonalt med 2. og 3. potens av U^, men bare med 1.potens av V^. Videre er tapet proporsjonalt med propellens omdreiningshastighet, noe som henger sammen med vannets lave viskositet og med at den hydrodynamiske virkning blir subop-timal i forhold til pumpevirkningen, altså til reaksjons-kraften på det arbeide som utføres ved forflytning og akselerasjon av en vannmasse. En større del av denne masseforflytning og akselerasjon er ikkeaksial. Reaksjonskraftens aksiale komponent synker således med stigende omdreiningshastighet i forhold til Vft.

Ved å sette en dyse rundt propellen, oppnår en flere fordeler, såsom høyere hastighet i den påløpende vannstrømmen V^, en viss utligning av ujevnheter i medstrømmen og et dyse-løft med en betydelig aksial, fremoverrettet komponent. Det kan benyttes mindre propellskiveareal på grunn av større effektivitet. Dysens løft er et rent hydrodynamisk potensial mellom de høyere hastigheter inne i dysen og den lavere hastighet langs dysens ytterside. En dyse av vanlig type er beskrevet

i norsk patent nr. 60533.

Det er kjent fra en rekke publikasjoner å anordne i

det minste dysens utløp konisk utvidende, og det er også kjent å anordne radielt rettede skovler foran og bak propellen. Hensikten med dette er å forbedre vannføringen i et propellsystem. Blant den kjente teknikken skal det vises til tysk patent

nr. 15454 °S 400.813- Det første patent viser et propellsystem med en rett sylindrisk dyse med radielt rettede skovler foran og bak propellen. Den sistnevnte publikasjonen viser at det er kjent å anordne propelldysen konisk utvidende bakover som en diffusor.

Hensikten med foreliggende oppfinnelse er å forbedre

de kjente systemene for å forsøke å optimalisere vannføringen i propellsystemet, særlig for fremdrift av fartøyer.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved et propellsystem, særlig for fremdrift av fartøyer, bestående av en dyse med propell, hvor i det minste dysens utløp utvider seg konisk og der det i dysen, foran og bak propellen er anordnet ledeskovler henholdsvis kontraskovler som er anordnet radielt i dysen, som er karakterisert ved at ledeskovlene foran propellen er radielt og aksielt krummet for å oppnå en gunstig påløpsvinkel, at kontraskovlene er aksielt krummet, men rette i radialretningen, at ledeskovlene i samvirke med veggene og en hylse eller lignende i denne del av dysen danner kanaler, at dysen i samvirke med propellbladene og propellbosset danner innsnevrende kanaler, at kontraskovlene og deres nav i samvirke med dyseveggene danner utvidende kanaler, og at største og minste tverrsnitt på disse kanalene forholder seg inverst til hverandre som forholdet mellom det omgivende mediums strømningshastighet -og den maksimale hastighet propellen kan meddele strømningsmediet, og derved bestemmer det gjennomstrømmende mediums mengde, hastighet og retning i ethvert tverrsnitt.

En foretrukket utførelsesform for oppfinnelsen er karakterisert ved at kontraskovlene er utformet slik at mellom-rommene mellom skovlene danner et sett av kanaler med i strøm-ningsretningen dkende tverrsnitt og med en" ulike krumning i aksiell retning, som bevirker en hastighetsfordeling over tverrsnittet i kanalene med påfølgende avbøyning i aksiell" retning kombinert med retardasjon.

Et ytterligere "trekk ved oppfinnelsen består i at kontraskovlene er samlet i et bakover avsmalnende nav. Et videre trekk ved oppfinnelsen består i at de forreste skovlene (ledeskovlene) støtter seg til et hult nav, som inneholder lager for propellen.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til tegningen, som skjematisk viser en ut-førelsesform for oppfinnelsen.

Fig. 1 viser et aksialsnitt gjennom en utførelses-

form for oppfinnelsen,

fig. 2 er et snitt etter linjen II-II i fig. 1, og fig. 3 er et snitt etter linjen III-III i fig. 1.

Fig. 4 er et sylindersnitt etter linjen IV-IV i fig.

1.

En propell 1 som er lagret og drevet på konvensjonell måte, er omgitt av en dyse 2. Dysens løp er konisk spissende fra begge ender, slik at veggen på dysen i snitt har en inn-overrettet konkav form. Propellbladene 3 ligger med sine følg-ende kanter omtrent ved den konkave flatens høyeste punkt.

I innløpet 6 til propellen er det anordnet et antall ledeskovler 7, som er festet til dysen.' Når propellsystemet er i en ikke-roterbar utførelsesform, er disse skovlene festet til en hylse 7', som omslutter drivakselen og tjener som feste for dennes lager. Disse ledeskovlene er anordnet radielt og er krummet i radialretningen. Som det fremgår av fig. 4, er de også krummet i aksialretningen.

Bak propellen, altså i utløpet 8, er det likeledes anordnet skovler 10, såkalte kontraskovler. I likhet med inn-løpsskovlene 7 er kontraskovlene anordnet radielt og festet

ved sin ytre kant til innsiden av dysen 2 og er samlet i sentrum i et nav 11. Navet er strømlinjeformet i retning bakover. Kontraskovlene 10 er radielt rette, men er krummet i aksialretningen slik som det fremgår av fig. 4. Det fremgår videre av denne figurs venstre del at mellomrommet 12 mellom den bakerste del av to kontraskovler 10, på grunn av skovlenes avtakende tykkelse i strømningsretningen, har diffusorform. Ved å benytte dysens bakre del som et sett av diffusorer, er det mulig å gjenvinne en del av etterstrømmens bevegelsesenergi i form av trykk. Ved hjelp av kontraskovlene i denne delen av dysen er det mulig både å optimalisere diffusorfunksjonen og å gjenvinne en del av etter-

strømmens bevegelsesenergi i form av hydrodynamisk potensial over skovlene, hvis forreste flyvingeformede del produserer et potensial som gir et løft med en betydelig, fremoverrettet aksial komponent.

På grunn av skovlenes krumning må dysen i ikke-roterbar utførelse kombineres med en vripropell.

De krummede ledeskovlene optimaliserer forholdet mellom løft og motstand i propellens funksjon. Samtidig oppnår man en høyere virkningsgrad fordi etterstrømmens aksiale komponent vokser på bekostning av dens tangentiale komponent.

Ved hjelp av propellsystemet ifølge oppfinnelsen oppnås følgende fordeler:

1. Sektoriell tilpasning til medstrømmen.

2. Optimal påløpsvinkel på propellen med derav følgende mulig-heter for enten å benytte en propell med lav stigning og derved oppnå at propellens løft blir tilnærmet aksialt og fremoverrettet (løftekomponenten blir større og motstandskomponenten blir mindre), eller å benytte en propell som gir en høy angrepsvinkel selv ved en beskjeden stigning og dermed en høy andel mekanisk løft (reaksjonsmoment) i forhold til motstandskomponenten (slepekomponent, engelsk

"drag<!>').

3. På grunn av at propellsystemets samlede åpne tverrsnitt ved den forreste åpning er større enn det midlere åpne tverrsnitt over propellen, vil en større vannmengde stå til

. disposisjon for kraftoverføring enn tilfellet er ved åpne propeller, noe som vil føre til en høyere effektivitet av propellens kraftoverføring, dels ved at den utgående hastighet blir lavere, dels ved at man unngår tapsbringende

turbulens og kritisk kavitasjon.

4. Et hydrodynamisk løft med en betydelig aksial, fremover- ■ rettet komponent, og 5. På grunn av diffusorvirkningen mellom skovlene og av dysens utvidelse akterover oppnås et hydrodynamisk skyv fremover.

Prinsippet for propellsystemet kan sammenfattes slik: Ved hjelp av krumme ledeskovler heves propellvingenes løftekomponent i forhold til motstandskomponenten, samt heves utgangshastighetens aksielle komponent i forhold til dens tangentielle komponent;

ved hjelp av tverrsnittsvariasjoner gjennom hele systemet bestemmes strømningshastigheter og -retninger i ethvert tverrsnitt;

ved hjelp av kontraskovler tas ut en del av etterstrøm-mens dynamiske potensial i form av løft; og

ved hjelp av mellomrommet mellom de bakerste deler av kontraskovlene retarderes etterstrømmen ned mot omgivende strømningshastighet og derved kan man ta ut det dynamiske potensial i etterstrømmen i form av trykk i dysens utvidende, akterste del.

Den viste og beskrevne propell er en fast installasjon, og i slike tilfeller vil det normalt være nødvendig med vripropell. Propellsystemet ifølge oppfinnelsen egner seg imid-lertid utmerket til styrepropell, der propell med dyse kan dreies om en vertikal akse, som ved roterbare thrusters og påhengsmotorer.

Claims (3)

1. Propellsystem, særlig for fremdrift av fartøyer, bestående av en dyse (2) med propell (3)5 hvor i det minste dysens utløp (8) utvider seg konisk og der det i dysen, foran og bak- propellen er anordnet ledeskovler (7) henholdsvis kontraskovler (10) som er anordnet radielt i dysen, karakterisert ved at ledeskovlene (7) foran propellen er radielt og aksielt krummet for å oppnå en gunstig påløpsvinkel, at kontraskovlene (10) er aksielt krummet, men rette i radialretningen, at ledeskovlene (7) i samvirke med veggene og en hylse (7') eller lignende i denne del av dysen danner kanaler, at dysen i samvirke med propellbladene og propellbosset danner innsnevrende kanaler, at kontraskovlene og deres nav i samvirke med dyseveggene danner utvidende kanaler (12), og at største og minste tverrsnitt på disse kanalene (12) forholder seg inverst til hverandre som forholdet mellom det omgivende mediums strøm-ningshastighet og den maksimale hastighet propellen kan meddele strømningsmediet, og derved bestemmer det gjennomstrømmende mediums mengde, hastighet og retning i ethvert tverrsnitt.

2. Propellsystem ifølge krav 1, karakterisert ved at kontraskovlene (10) er utformet slik at mellom-rommene (12) mellom skovlene danner et sett av kanaler med i strømningsretningen økende tverrsnitt og med en ulike krumning i aksiell retning, som bevirker en hastighetsfordeling over tverrsnittet i kanalene med påfølgende avbøyning i aksiell retning kombinert med retardasjon.

3. Propellsystem ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at kontraskovlene (10) er samlet i et bakover avsmalnende nav (11).<i>). Propellsystem ifølge et eller flere av foregående krav, karakterisert ved at hylsen (7')som den forreste faste dels skovler (7) (ledeskovlene) støtter seg til inneholder lager for propellen (1).