NO170968B - Dyse for en propell hos et marint fartoey - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en dyse for en propell hos et marint fartøy, som angitt i ingressen til det etterfølgende krav 1.

Propeller med dyse er blitt brukt på lepebåter, elve-skyvebåter og andre saktegående skip, for å øke propell-skyvekraften, i over 50 år. Ifølge godtatt dyseteori klassi-fiseres dyser som akselererende og retarderende. Forekommende dyser av akselererende type brukes for å øke skyvekraften ved lave hastigheter, mens høy motstand gjør dem uegnet for de høyere hastigheter. Dyser av retarderende type anvendes for senking av propell-kavitasjon og -støy, viktig for militære anvendelser, på bekostning av lavere virkningsgrad. Foreliggende oppfinnelse angår dyser av akselerasjonstype.

En dyse som ovenfor angitt er i alt vesentlig kjent fra US patentskrift 3 513 798. Som ytterligere eksempler på kjente propelldyser sammensatt av segmenter kan nevnes fransk patent 2 507 999, japansk søknad 60.121 192 og BRD Off.skrift 2 916 287, mens britisk patent 596 802 viser en hensiktsmessig dyseform.

Formålet med oppfinnelsen er å heve virkningsgraden til alle typer og størrelser av propeller som kan anvendes i marine fartøy ved alle driftshastigheter; særlig tas det sikte på å heve oppdriftskoeffisienten i forhold til den som oppnås ved kjente propelldyser og samtidig å senke motstandskoeffi-sienten, for derved å bevirke en høyere fremdrifts-virkningsgrad over et større hastighetsområde.

Dette formål oppnås ifølge oppfinnelsen ved en dyse av den innledningsvis angitte art, med de nye.og særegne trekk som er angitt i karakteristikken til det etterfølgende krav 1. Fordelaktige utføringsformer av oppfinnelsen er angitt i de øvrige etterfølgende krav.

Oppfinnelsen bygger på den erkjennelse at ved å tilpasse vingeprofil-teorien til dyseprofil-konstruksjonen, optilmali-sert for den turbulente strømning, bør man få en høyere løft-eller oppdriftskoeefisient, med en meget lavere motstandskoeffisient enn ved de dyser som nå er i bruk. Den høyere oppdrift som skapes av dyseprofilen skaper større skyvekraft, og lav profilmotstand gjør denne skyvekraft tilgjengelig ved høyere driftshastigheter som tidligere ble ansett umulig. F.eks. har en vanlig industriell standarddyse en motstands-koef f isient på 0,17, mens den nye dysekonstruksjon ifølge oppfinnelsen har en motstandskoeffisient i området fra 0,008 til 0,012.

Oppfinnelsen skal i det følgende beskrives nærmere under henvisning til tegningene. Figur 1 er et typisk snitt gjennom sentrum av dysen og viser propellens plassering, Figur 2 er et isometrisk riss av den polygon-formete dyse, Figur 3 er et isometrisk riss av enkeltprofilen til den polygon-formete dyse vist i figur 2, Figur 4 er et isometrisk riss av den alternative fremgangsmåte for konstruksjon av dysen vist i figur 2, Figur 5 er et snitt gjennom dysen langs 18-18 på figur 6, og Figur 6 er et snitt gjennom dysen langs 17-17 på figur 5.

To fordeler som har sammenheng med hverandre oppnås ved anvendelse av foreliggende oppfinnelse, nemlig en øket virkningsgrad for fremdrift av fartøyet, med øket hastighet for fartøyet under anvendelse av samme effekt eller med samme hastighet ved lavere effekt og lavere brenselforbruk, samt forbedret konstruksjonsmessig integritet for propelldysen i forhold til hvilken som helst propelldyse som hittil er anvendt. En øket virkningsgrad oppnås ved bruk av en meget effektiv aerofoilprofil som er konstruert for minimal motstand og maksimal oppdrift. Den høye virkningsgrad som propelldysen medfører skyldes at den konstrueres med sideveis plane segmenter som blir sirkulære først når et stort antall er sammen-føyet, hvorved unngås en flersidig krumning slik at det blir mulig å fremstille den meget effektive propelldyse.

Propelldysen ifølge denne oppfinnelse er vist i figur 1, med en særegen aerofoilprofil 7 som er kontinuerlig krummet i lengderetningen både på den innvendige overflate 8 og den utvendige overflate 9 og gir en motstandskoeffisient på mindre enn 0,013 og en profil-konveksitet ("camber") i området fra 0 til 0,025 av kordelengden. Et konkavt område av krumnings-flaten er beliggende på dyseprofilens utside 9 og den resulte-rende maksimale konveksitet er beliggende fra 0,25 til 0,35 av kordelengden fra den fremre kant, med en profiltykkelse i et område fra 0,05 til 0,24 av kordelengden og maksimal tykkelse beliggende ved 0,25 til 0,35 av kordelengden fra den fremre kant. Dysen har en profil-kordelengde på 0,3 til 0,6 av pro-pelldiameteren og vinkelen mellom profilkorden og propellakse-len 4 er mellom -6 til +6 grader, idet en typisk profil er NASA-profil LS(1)-0421 Mod og profil LS(1)-0417 Mod. Propell-bladet 10 er beliggende nær dysens minste innvendige diameter med propellbladspissene tilpasset formen til dysens innvendige overflate for å opprettholde en minimum klaring mellom blad-spiss og dyse. Ved operering i forover-tilstanden, viser pilen 11 retningen til fluid som strømmer inn i dysen, mens pilen 12 viser retningen av propellens omdreining under operering i forover-tilstanden.

Figur 2 viser en propelldyse som er konstruert av et stort antall i tverretningen plane og i lengderetningen krumme segmenter 3 som er sammenføyet.

To representative dysesegment-konstruksjoner ifølge foreliggende oppfinnelse er vist i tegningene, den ene i figur 3 og den andre i figur 4. Dysesegmentet 3 i figur 3 oppviser et innvendig skall eller en overflate 13, sammen med et utvendig skall eller en overflate 14, som er sammenføyet ved hjelp av

én eller flere tverrgående, segmenterte ringramme-elementer og en langsgående ramme 16 som strekker seg over hulrommet C mellom de to overflater. Hvert enkelt segment 3 sammensettes ved at hvert innvendig skall 13 og utvendig skall 14 sveises til

den langsgående ramme 16 på segmentets innside. Tverrammer 15 sveises til innside-skallet 13, utside-skallet 14, og til den langsgående ramme 16 under anvendelse av kontinuerlige sveiser på begge sider av tverrammen. Innside-skallet 13 og utside-skallet 14 sammenføyes ved sine fremre kanter L under anvendelse av buttsveiser. Utside-skallets 14 bakre kant T er kam-muslingformet ("scalloped") og sveiset til innside-skallet 13

nær den bakre kant T. I enkelte dysesegmenters innvendige og utvendige overflater 13 og 14 sveises til den tilliggende langsgående ramme 16 samt til hverandre under anvendelse av V-sveiser med dyp inntrengning.

Figur 4 viser en alternativ fremgangsmåte for konstruksjon av et segment 3' som danner dysen på figur 2 under anvendelse av ett eller flere kontinuerlige, tverrgående, polygo-nale ringramme-elementer 15' og en segmentert langsgående ramme 16. Sammensetting av propelldysen påbegynnes ved først å sveise innside-skallet eller overflaten 13 og utside-skallet eller overflaten 14 til ringrammene 15' kontinuerlig på begge sider. Den langsgående segmenterte ramme 16 innføres på en side av skallplatene og sveises fra innsiden til skalloverflå-tene og til ringrammene. Innside-skallet 13 og utside-skallet 14 sammenføyes med de fremre kanter L under anvendelse av buttsveiser mens utside-skallets 14 bakre kant T kammusling-formes og sveises til skallets 13 innside. En annen segmentert langsgående ramme 16 innføres på motsatt side av skall-overf låtene. Et annet par skalloverflater 13 og 14 monteres og sveises til denne sistnevnte langsgående ramme og til hverandre med dypt inntrengende V-sveiser. Denne fremgangsmåte gjentas inntil dysen er fullstendig.

For stålskipdysene, er innvendige skallplater fortrinns-vis fremstilt av syrefast stål for å unngå erosjon som følge av kavitasjon nær propellbladspissene.

Figur 5 er et lengdesnitt gjennom midten av segmentet vist i figur 3 og langs 18-18. Figur 6 er et snitt langs 17-17.

Alle eksisterende propelldyser forbedrer bare propell-ytelsen ved lavere hastigheter og er anvendt med hell bare på slepebåter og andre fartøyer som krever øket skyvekraft ved lave hastigheter, mens denne oppfinnelse forbedrer propell-skyvekraften ved lave hastigheter såvel som øket propell-effektivitet ved høyere hastigheter, slik at denne oppfinnelsen blir egnet for alle typer fartøy.

Ved eksisterende dysekonstruksjoner brukes utvendige skall bare som et lukkedeksel og er festet til dysekonstruk-sjonen med plugg- eller slissesveiser og utgjør ikke noen enhetlig del av dysen og bidrar ikke til dysens strukturelle styrke, mens foreliggende oppfinnelse integrerer det indre og ytre skall og rammedelene i en enhetlig konstruksjon.

Claims (7)

1. Dyse for en propell hos et marint fartøy, a) omfattende segmenter (3) som er anordnet etter hverandre i dysens omkretsretning for å danne en ringformet mantel med form av en aerofoil,som omgir propellen (10), b) idet hvert segment (3) har en innvendig overflate (8; 13) som vender mot propellen (10) og en utvendig overflate (9; 14) som vender bort fra propellen (10), og c) idet de to flater (8; 13 og 9; 14) som danner en aerofoil profil (7) krummer kontinuerlig fra en fremre kant (L) av segmentet (3) til en bakre kant (T) av segmentet (3), karakterisert ved følgende trekk: d) aerofoilprofilens (7) korde (7') danner en vinkel på høyst ± 6° med propellaksen (4'); e) aerofoilprofilen (7) har en kordelengde (1) på mellom 0,3 og 0,6 ganger propellens (10) diameter; f) aerofoilprofilens (7) konveksitet (k) er høyst 0,025 ganger dens kordelengde; g) aerofoilprofilens (7) konveksitet (k) har et maksimum ved 25 % til 35 % av dens kordelengde (1), målt fra den fremre kant (L); h) aerofoilprofilen (7) har en tykkelse (t) på mellom 0,05 til 0,24 ganger dens kordelengde (1); i) aerofoilens (7) maksimale tykkelse (t) er beliggende ved 25 % til 35 % av dens kordelengde (1), målt fra den fremre kant (L); og j) den utvendige flate (9; 14) har et konkavt krummet område (9') .

2. Dyse ifølge krav 1, karakterisert ved at segmentene (3) ligger an mot hverandre og er slik anordnet at de danner en segmentmessig rett polygon som tilsammen utgjør en tilnærmet sirkelformet dysering.

3. Dyse ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at minst ett ringramme-element (15) som er forbundet med den innvendige overflaten (13) og den utvendige overflaten (14) på segmentene (3) er innrettet til å forbinde segmentene (3) med dyseringen i tverretningen mellom segmentenes (3) innvendige overflate (13) og utvendige overflate (14).

4. Dyse ifølge krav 3, karakterisert ved at et langsgående rammeelement (16) er forbundet med den innvendige overflaten (13) og den utvendige overflaten (14) og med ringrammeelementet (15) på hvert segment (3).

5. Dyse ifølge krav 4, karakterisert ved at ringrammeelementet (15) omfatter separate elementer (15) som hvert er anordnet mellom den innvendige overflaten (13) og den utvendige overflaten (14) på hvert segment (3).

6. Dyse ifølge krav 4, karakterisert ved at ringrammeelementet (15) er et polygonformet element (15') med et antall sider som svarer til det totale antall segmenter (3) som danner dyseringen.

7. Dyse ifølge et av kravene 1 til 6, karakterisert ved at den innvendige overflate (13) og den utvendige overflate (14) på hvert segment (3) er forbundet med hverandre ved deres fremre kanter (L) og bakre kanter (T).