NO336387B1 - Sjøgående skip, drevet med minst to rorpropeller, omfattende et skrog med en særlig utformet strømningskanal. - Google Patents

Abstract

Sjøgående skip med et skrog for transport av nyttelast eller passasjerer Skipet har minst to rorpropeller som fortrinnsvis er utformet som elektriske rorpropeller (3). Skroget har midtskips har et omtrentlig rettvinklet tverrsnitt, hvortil det akterover slutter seg strømningslegemer (skegs) (1) hvorimellom det er dannet en strømningskanal, idet strømningskanalen er utformet kileformet med en kontinuerlig, fortrinnsvis lett krummet, utvidelse nedover og akterover, idet sideveggene i strømningskanalen i det minste delvis er utformet som plane flater og går ut i finnelignende steg (2), hvilke steg oppviser fortrengningsvolum for vannet.

Description

Oppfinnelsen vedrører et med minst to rorpropeller drevet, sjøgående skip med et skrog for transport av nyttelast eller passasjerer, hvor hos rorpropellene fortrinnsvis er utformet som elektriske rorpropeller (PODS) og skroget midtskips har et omtrentlig rettvinklet tverrsnitt, hvortil det akterover slutter seg strømningsledelegemer (Skegs), hvorimellom det er dannet en strømningskanal.

Fra det tyske bruksmønster 29913498.9 er det kjent et hurtig sjøgående skip som har hydrodynamisk virksomme skegs foran elektriske rorpropeller.

Hensikten med oppfinnelsen er å optimalisere et slikt skip ytterligere. I denne forbindelse skal særlig skipets sjødyktighet bedres og videre skal det oppnås en særlig gunstig tilstrømming for de elektriske rorpropeller.

Det kjente skip er særlig konsipert for bruk av elektriske rorpropeller med en respektiv suge- og trykkpropell og det er en ytterligere hensikt med oppfinnelsen å utforme et slikt skip slik at det kan drives med rorpropeller med bare én respektiv propell, så vel som med bedret proporsjonsvirkningsgrad.

Denne hensikt oppnås ved at strømningskanalen mellom de såkalte skegs er utformet kileformet med en kontinuerlig, fortrinnsvis lett krummet, utvidelse nedover og akterover, idet sideveggene i strømningskanalen i det minste delvis er utformet som plane flater og går ut i finnelignende steg, hvilke steg oppviser fortrengningsvolum for vannet, og strømningskanalen er slik utformet at den med sin kanalvirkning gir en lavere skipsmotstand.

Tilveiebringelsen av den ifølge oppfinnelsen optimerte strømningskanal mellom ledelegemene, medfører fordelaktig en mindre avstrømningsmotstand og en lavere tilstrømningshastighet for de elektriske rorpropellene. Derved reduseres skipets motstand under fart gjennom vannet, og proporsjons virkningsgraden kan økes.

Ifølge oppfinnelsen kan de såkalte skegs eller ledelegemer være utformet som finnelignende steg, idet ledelegemenes fortrengningsvolumer løper ut i akterover avrundede stumper, som løper akterover til like foran rorpropellene og uten vertikal forbindelse med skroget. Med denne utforming oppnås fordelaktig at det foran rorpropellene som følge av trykkforskjellen mellom strømningskanalens innside og utside dannes en omstrømming av ledelegemenes ender, hvilken omstrømning forløper i retningen til den av propellene induserte strømning. Derved bedres på fordelaktig måte propellens tilstrømningsforhold og vanntilstrømningen til propellene utjevnes.

Ifølge oppfinnelsen kan ledelegemenes fortrengningsvolum i hovedsaken være anordnet på utsiden av de finnelignende steg. Dette vil på fordelaktig måte gi en motstandsfattig strømningskanal mellom ledelegemene, med en beroliget avstrømming av vannet ved skipshekken, og som følge herav særlig gunstige motstandsforhold ved skipshekken.

Ifølge oppfinnelsen kan det videre være sørget for at fortrengningsvolumene på utsiden er gitt vulstform, idet vulsten er utformet slik at det oppnås en asymmetrisk omstrømming og avstrømming av vannet i dreieretningen til den respektive rorpropell, hvorved det oppnås en fordelaktig propelltilstrømning som følge av den på denne måten påvirkede strømning. Derved forsterkes den fordelaktige virkning av den beroligede utstrømming av vannet fra strømningskanalen med en rotasjonsbevegelse av vannet allerede foran propellene, slik at det totalt sett oppnås en fordelaktig propelltilstrømning.

Videre kan strømningskanalens form og volum ved dens utløp i området ved stumpen være så stort og fortrengnings volumet være slik anordnet og dimensjonert, at det omstrømmende og avstrømmende vann rettes slik at det oppnås en omstrømming av stumpen i den respektive rorpropells dreieretning. Således oppnås det i kombinasjon med den asymmetriske utforming av ledelegemenes fortrengningsvolum en fordelaktig jevn og særlig virvelfattig tilstrømming til propellene på en for unngåelse av kavitasjon fordelaktig måte. I denne forbindelse behøver man ikke gi avkall på den vanlige oppkiming av hekken med dennes gunstige innvirkning med hensyn til kursstabilitet så vel som skipets såkalte "slamming".

Videre kan rorpropellen i det minste ha én propell som er utformet som "High Scew-propell" og som er avstemt med hensyn til den ifølge oppfinnelsen manipulerte vanntilstreømning. På den måten oppnås det en ytterligere bedring av propellens vibrasjonsfattige oppførsel, med en minimering av kavitasjonstendensen. Ved en rorpropell med to synkrone propeller kan det ved trykkpropellen også benyttes en vanlig propell.

Videre kan enkeltdimensjonene til skipsskroget og ledelegemene og deres totaldimensjoner være avstemt etter skipshastigheten, særlig som resultat av slepeforsøk i en skipstank. Det samme gjelder for dimensjonene til "High Scew"-propellene. De enkelte strømningsparametere, som vil foreligge ved hekken, vil eksempelvis være avhengig av skipsstørrelsen, skipshastigheten, skrogoverflatens ruhet og andre fra skip til skip varierende egenskaper. Man vil derfor forstå at det for hver enkelt skipstype må velges egne enkeltdimensj oner for skipsskroget, strømningsledelegemene, strømningskanalen og propellene. Disse dimensjoner vil variere innenfor rammeområder som må undersøkes og optimeres i slepeforsøk og skipstanktester. Her spiller også lasteromkapasitet og kostnadene for fremstillingen av skipet en rolle, slik at det således foreligger et stort antall variasjonsmuligheter, av hvilke det bare kan angis grensedimensjoner. Disse angis fordelaktig i prosenter av skipsbredden, skipslengden, skipets dypgang etc.

Videre kan ifølge oppfinnelsen ytterligere enkeltdimensj oner for hekken, eksempelvis opptimingen og utragingen akterover relativt rorpropellene, så vel som strømningsledelegemenes dimensjoner, eksempelvis utoverstillingen, lengden og formen, optimeres slik, fortrinnsvis på basis av skipstankforsøk, at bølgeinnflytelsen, særlig den fra akterut løpende bølger mot hekken (slag), reduseres. For et sjøgående skip er det ikke bare viktig at skipsmotstanden er lav, men at skipet også oppfører seg godt i sjøen. Skipets oppførsel i sjøen er særlig viktig ved fra akterut løpende sjø, likeledes også ved ligging i urolige havner, slik at man også må ta hensyn til akterskipsformens innflytelse på oppførselen i sjøen. Dette skjer ifølge oppfinnelsen. I den forbindelse tas også hensyn til forskipsformen, som har en vesentlig innvirkning på skipets fart rett forover.

For optimering av drivsystemet kan det også sørges for at rorpropellene er forsynt med trykkpropeller. Derved oppnås en relativt lang beroligelsesstrekning for vannet før inngangen i propelltverrsnittet. På den måten kan de ved skroget dannede virvler i det minste delvis utlignes. Propellenes kavitasjonsoppførsel bedres derved betydelig, uten at det er nødvendig med "High Scew"-propeller. Da må man eventuelt regne med et visst virkningsgradtap sammenlignet med en sugepropell, viss etterstrøm rettes inn av rorpropellhusene, eventuelt i her anordnede skinner og rorpropellakslingen. Dette er et spørsmål om kostnader og strømningsoptimering og vil likeledes være gjenstand for skipstankforsøk.

Avstanden mellom de to rorpropellene dimensjoneres fordelaktig slik at rorpropellene for det første kan svinges 360° uavhengig av hverandre, mens på den annen side avstanden mellom strømningsledelegemene ikke skal være for stor. Strømningsledelegemene (skegs) er jo anordnet i flukt foran rorpropellene. En optimal anordning oppnås med en avstand mellom de to rorpropellene på fra 1,1-1,3 ganger propelldiameteren.

Fordelaktig for energiforbruket ved fart rett forover er anordningen av et separat lite rett frem-ror, slik det er kjent i flere varianter fra den tyske patentsøknad DE 101 59 427.5. På den måten kan rorpropellene alltid stilles inn i den optimale tilstrømningsretning og må ikke kontinuerlig svingebeveges for oppnåelse av kursstabilisering. Det oppnås hermed også en energibesparelse idet man unngår skyvkraftomledningen, som er større enn motstanden til det separate ror. Den optimale tilstrømningsretning for hver rorpropell er forskjellig, avhengig av toleransene til skipsskroget, strømningsledelegemene og rorpropellmontasjen, og tilstrømningsretningen finnes likeledes fordelaktig ved gjennomføring av testfarter med det ferdige skip.

Oppfinnelsen skal nå forklares nærmere under henvisning til tegningen og ved hjelp av en parameterdefinisjon. Detaljer ved oppfinnelsen vil gå frem av den etterfølgende beskrivelse og av de uselvstendige patentkrav.

På tegningen viser:

Fig. 1 et eksempel på en skeg-rorpropellanordning; Fig. 2 viser et spanteriss sett forover, med inntegnet POD i samsvar med fig. 1; Fig. 3 viser et spanteriss sett forfra; Fig. 4 viser en ifølge oppfinnelsen utformet strømningskanal i en slepetankmodell; Fig. 5 viser modellen med strømningskanalen i fig. 4, sett forfra; Fig. 6 viser de såkalte skegs sett fra siden, med strømningskanal i samsvar med fig.

4 og 5; og

Fig. 7 viser prinsippet for anordningene.

1 fig. 1 er på vanlig skipsteknisk måte hekkområdet vist i sideriss. I hekkområdet finner man de elektriske rorpropeller og de såkalte skegs. Henvisningstallet 1 viser til et fra siden sett skeg, som løper ut i den avrundede vulst 2. Henvisningstall 3 viser til en elektrisk rorpropell. Her er det eksempelvis vist en elektrisk rorpropell med to propeller 4 og 5 og med sideveis anordnede finner. Man vil forstå at det også kan benyttes en rorpropell som har en sugepropell eller en rorpropell som har en trykkpropell, med respektive tilpassede strømningsledeelementer.

Konstruksjons vannlinjen (CWL) er betegnet med 6 og avstanden mellom skegvulstens avslutning og sugepropellen til den elektriske rorpropell er betegnet med 7. Denne avstand er gjenstand for en optimaliering, da for det første propellen 5 må være svingbar bak vulstens 2 avslutning og for det andre avstanden til vulsten

2 må være liten.

For unngåelse av vibrasjoner og for redusering av kavitasjonen kan det for mange skip være fordelaktig å ha en strømningsutlingningsstrekning. Strømningsutligningsstrekningen er lengst når det anvendes en POD med en trykkpropell tilsvarende propellen 4. Da vil også rorpropellens 3 hus og akselen til den elektriske rorpropell virke som strømningsutligningselement.

Den elektriske rorpropell er fordelaktig skråstilt med en vinkel på eksempelvis 2° i forhold til horisontalretningen. Denne vinkel er betegnet med 8. Skipsenden er betegnet med 9. Dens lengde er på samme måte som de øvrige komponenter ved skipshekken avhengig av hekkens utforming og dermed også av skipstypen.

I fig. 2, hvor skipslinjene (spanteforløpet) er vist sett forover, betegner 10 et typisk spanteriss og 12 betegner den synlige elektriske rorpropell. Som vist er rorpropellens midte 11, slik det også fremgår av fig. 1, anordnet bak enden av stumpen, men er anordnet asymmetrisk i forhold til fortrengningsvolumet 15. Selve rorpropellen er anordnet i en avstand 13 fra skipets senterlinje. Denne avstand 13 utgjør omtrent 1,1 ganger propelldiameteren 16. Den ifølge oppfinnelsen i hovedsaken plane utforming av innsiden til strømningskanalen, som er utformet mellom strømningsledelegemene 1 (se fig. 1) fremgår tydelig av linjeforløpet i området 14.

I fig. 3, som viser skipslinjeforløpet (spanteriss) sett forfra, betegner 17 et vanlig spantforløp og 18 viser bulben som er anordnet i skipsbaugen. Fig. 3 viser i hovedsaken et vanlig skipslinjeforløp eller spanteriss, slik det er vanlig for kursstabile og motstandsfattige, sjøgående skip. Fig. 4, 5 og 6 viser en optimert slepemodell og viser underdelen til skrogenden til en slepemodell av en relativt hurtig ferge (28 knop) med et skrog som er beregnet for opptak av motorkjøretøy og passasjerer. Slike slepemodeller anvendes vanligvis for å få frem optimale skrogformer for skip, og de er generelt kjent for fagmannen. I fig. 4 er de så godt som plane, kontinuerlige sidevegger 21 i løpekanalen mellom strømningsledeelementene 22 betegnet med henvisningstallet 20. Skipets bunn 23 er også utført kontinuerlig og bare lett krummet, på samme måte som innsiden 21 i strømningskanalen 20.

Fig. 5 viser strømningskanalen 25 mellom de såkalte skegs 26, sett forover, hvilken strømningskanal 25 er anordnet under bunnpunket 24 hvorfra timmingen 28 av skipets hekk går ut. De såkalte skegs 26 er akterover utformet som skarpe finner og går over i vulstlignende ender 27, som uten bæreelementer rager ut over strømningsledelegemenes 26 finnelignende deler. Totalt sett fremkommer en meget strømningsgunstig hekkform som har gode egenskaper med hensyn til sjø som kommer inn aktenfra.

I fig. 6 er strømningskanalen mellom de såkalte skegs 30 betegnet med henvisningstallet 29. Skegsenes finnelignende ende er betegnet med 31. Det vulstformede fortrengningsvolum er betegnet med 33. Bak skegsene 30 er det for optimering anordnet en utbyttbar foranderlig hekkdel 32, hvormed skipshekkens optimale lengde og skråning bestemmes. Skipets bunn har en som vist tydelig skrått oppoverløpende form, over ca. 1/3 av skipslengden. På denne måten fremkommer det ved skipshekken en beroliget, relativt langsom strømning, som medfører en lav skipsmotstand.

Fig. 7 viser den prinsipielle anordning av de enkelte komponenter. Det dreier seg der om vanlige fremstillinger som benyttes innenfor internasjonal skipsbygging. Parameterverdiene og deres gyldighetsområder er definert matematisk som følger: Ask Tverrsnittsflaten til strømningsledelegemet (skeg) ved lengden Lask; regnet fra strømningsledelegemets bakre ende.

0,1 *A0 < Ask<<>Ao

A0Propellsirkelflaten

A0=7i<*>D<2>/4 = 0,7853<*>D<2>

AR Hjelperorets projiserte flate

0,01<*>A0<<>AR < 0,l<*>LPp<*>T

Ls Skeg-lengden

0,20<*>Lpp<Ls<0,45*LPp

L-Ask Avstanden fra skeg-spissen til det definerte tverrsnitt A8k

LpodPOD-lengden.

dtran Avstand fra bakre perpendikulær til speilhekken

<2*L>pod<>>dtran<>>Lpod/<2>

ds Avstanden mellom skegets midtlinjer ved spissene ved skegenes ende

l,5<*>D<ds<B-l,5<*>D

dssDen minimale avstand mellom midtlinjen ved enden av skeget og skipssiden ved begynnelsen av slagets radius (kimming).

dss > 0,75<*>D

dhAvstand mellom skegets bakre ende og det punkt hvor skegets basislinje går opp fra skipets basislinje.

dh> 0,3<*>LA8k

dp Avstanden mellom propellnav og skegets bakre ende.

0,02<*>D < dp < 0,02<*>Lpp

dtPropellens frigang ved det fremre propellplan

dt> 0,15<*>D

a Vinkelen mellom skeg og den loddrette linje på skipets basis

<x<30°

P Vinkelen mellom POD-propellens midtlinje og skipets basis i lengdesnittet

P<5°

D Propelldiameter

Lpp Lengde mellom perpendikulærene

B Skipets bredde på spant

T Skipets dypgang på spant

AP Bakre perpendikulær

Rorpropellene, skegsene og hekkformen er innbyrdes samvirkende elementer i den nye konstruksjonen ifølge oppfinnelsen, som totalt gir en meget lav skipsmotstand med samtidig god propulsjonsvirkningsgrad for de elektriske rorpropellene. De elektriske rorpropellene er slik anordnet i strømningen fra de såkalte skegs at propellens dreieakse i regionen faller sammen med én i hovedsaken redusert aksialkomponent i hastighetsfeltet. Som følge av at de elektriske rorpropellene er anordnet etter skegsene, muliggjøres en drift av propellene i skegsenes strømningsfelt. Den tilformede strømningskanal vil på fordelaktig måte rette vannet mot propellene. Den sideveis utraging av skegsene og formen til strømningsledelegemene påvirker hastighetsfeltet innenfor propellsirklene på en slik måte at hastighetsfeltets tangensielle komponenter på en fordelaktig gunstig måte vil gå inn i propellene. Som følge herav oppnås en virkningsgradøking for propulsjonssystemet med redusert kavitasjon og reduserte svingninger. Dessuten vil skegsene gi skipet en høyere kursstabilitet. Slutteffekten er en betydelig drivstoffbesparelse.

Hjelperoret kan også bidra i så henseende, da det muliggjør at de elektriske rorpropellene alltid kan innstilles på en optimal måte i forhold til strømningen i skeg-området. Denne optimale stilling krever ingen endringer i form av kurskorreksjonsbevegelser.

Claims (14)

1. Sjøgående skip, drevet med minst to rorpropeller, med et skrog for transport av nyttelast eller passasjerer, hvor hos rorpropellene fortrinnsvis er utformet som elektriske rorpropeller (PODS) og skroget midtskips har et omtrentlig rettvinklet tverrsnitt, hvortil det akterover slutter seg strømningsledelegemer, skegs (1; 26; 30), hvorimellom det er dannet en strømningskanal (25; 29), karakterisert vedat strømningskanalen (25; 29) er utformet kileformet med en kontinuerlig, fortrinnsvis lett krummet, utvidelse nedover og akterover, idet sideveggene i strømningskanalen (25; 29) i det minste delvis er utformet som plane flater og går ut i finnelignende steg, hvilke steg oppviser fortrengningsvolum for vannet, og strømningskanalen (25; 29) med sin kanalvirkning er utformet slik at den gir en lavere skipsmotstand så vel som én for propulsjonsforholdene gunstig kjølevannspåvirkning.

2. Skip ifølge krav 1, karakterisert vedat de såkalte skegs (1; 26; 30) er utformet som finnelignende steg, idet skegsenes (1; 26; 30) fortrengningsvolum avsluttes med bakover avrundede stumper, som akterut strekker seg til like foran rorpropellene uten vertikal forbindelse med skroget.

3. Skip ifølge krav 1 eller 2, karakterisert vedat skegsenes (1; 26; 30) fortrengningsvolum i hovedsaken er anordnet på utsiden av de finnelignende steg.

4. Skip ifølge krav 1, 2 eller 3, karakterisert vedat fortrengningsvolumene på utsiden er vulstformede, idet vulsten (2) er slik utformet at det fremkommer en asymmetrisk omstrømming og vekkstrømming av vannet i dreieretningen til den respektive rorpropell, slik at den derved påvirkede strømning gir en fordelaktig propelltilstrømning.

5. Skip ifølge krav 1, 2, 3 eller 4, karakterisert vedat skipets bunn har en omtrent ved begynnelsen av strømningsledekanalen begynnende kimming.

6. Skip ifølge et eller flere av de foregående krav, karakterisert vedat form og volum av strømningskanalen (25; 29) ved dens utløp i området ved stumpene er så stort og fortrengningsvolumene er slik anordnet og dimensjonert at det omstrømmende og avstrømmende vann vil være slik rettet at det dannes en omstrømning av stumpene i dreieretningen til den respektive rorpropell.

7. Skip ifølge et eller flere av de foregående krav, karakterisert vedat rorpropellen i det minste har én propell som er utformet som en "High Scew"-propell.

8. Skip ifølge krav 7, karakterisert vedat "High Scew"-propellen er slik avstemt med hensyn til egenskapene til det rettet til strømmende vann at man unngår høye trykkvariasjoner og kavitasjonsforholdene optimeres.

9. Skip ifølge et eller flere av de foregående krav, karakterisert vedat enkeltdimensj onene til skipsskroget og skegsene (26; 30) og deres totalmål er avstemt etter skipshastigheten, særlig som et resultat av skipstank-slepeforsøk.

10. Skip ifølge et eller flere av de foregående krav, karakterisert vedat dimensjonene til "High Scew"-propellen er optimert etter den rettede tilstrømning, særlig som et resultat av skipstankforsøk.

11. Skip ifølge et eller flere av de foregående krav, karakterisert vedat enkeltdimensj onen til hekken, eksempelvis kimmingen og utragingen ut over rorpropellene akterover, så vel som dimensjonene, eksempelvis utoverstillingen, volumet og formen til skegsene (26; 30) er slik optimert at bølgepåvirkningen, særlig fra akterut anløpende bølger, på hekken (slag) blir redusert, fortrinnsvis som et resultat av skipstankforsøk.

12. Skip ifølge et eller flere av de foregående krav, karakterisert vedat de elektriske rorpropellene hver har en propell som er utformet som en trykkpropell.

13. Skip ifølge et eller flere av de foregående krav, karakterisert vedat rorpropellene har en innbyrdes avstand som utgjør 1,1-1,3 ganger den respektive propelldiameter.

14. Skip ifølge et eller flere av de foregående krav, karakterisert vedat det ved skipets hekk, særlig foran rorpropellenes propeller, er anordnet et hjelperor for skipets fart rett forover, særlig i form av et spaderor.