NO832600L - Fremgangsmaate og anordning ved propelldrevet fartoey - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår propelldrevne fartøyer,og spesielt den teknikk i forbindelse med propelldrevne skip,

hvor propellen virker sammen med en dyse.

Fartøyer som benytter propell for fremdrift er kjent.

US patent nr. 2.0 30.375 (Kort) viser et propelldrevet skip. Dette patent viser bruken av en dyse i forbindelse med propellen slik at strømmen av fluidum inn i propellen blir forbedret, og dermed forbedrer propellens effektivitet.

US patent nr. 3.677.660 (Taniguchi m.fl.) viser en propell i kombinasjon med en Kort-dyse, hvor dysen er modifisert for å unngå problemer med faste gjenstander i fluidumstrømmen.

Kort-dysen utsettes for kavitasjon som finner sted på grunn av hvirvler ved propellblad-spissene. Nyere konstruksjoner, beskrevet nedenfor i forbindelse med US patent nr. 4.288.223 og US-patentsøknad nr. 257.680, har i det vesentlige eliminert dette problem, og disse konstruksjoner benytter også en dyse.

En annen type kavitasjon utvikles på innsugningssiden av propellbladene. Dette kalles plate-kavitasjon, og kan bevirke sterke vibrasjoner i skipet.

Mens Kort-dysen gjør bruk av en propell som i sin helhet er anbragt inne i dysen, har nyutviklede konstruksjoner med propellen plassert bakenfor dysen vist seg å være meget effek-tive. Propellen har tverrgående barriére-plater som strekker seg fra spissen av hvert propellblad.

Selv om propellbladene er korrekt konstruert med tverrgående plater fra enden av hvert blad slik at man teoretisk får begrensede sirkulasjons- (eller belastnings-)verdier ved propellbladenes endeseksjon, er slik sirkulasjon (eller belast-ning) egentlig ikke oppnådd i praksis på grunn av den flyt-separasjon som finner sted når fluidet kommer i kontakt med platene på propellens endeseksjon mens propellen driver et skip. Følgelig er virkningen av denne type propell ofte util-fredsstillende .

Fremdriftseffektiviteten av skip med propeller av denne type blir betydelig forbedret når fluidum-strømmen kommer i kontakt med platene under sjokk-frie forhold, uansett skipets hastighet og propellens omdreiningshastighet. For å tilveie-bringe en egnet anordning for å skape slike sjokk-frie forhold i praksis, viser US patent nr. 4.288.223 (Gonzalez) en kombinasjon av en skipspropell sammen med en ikke-roterende rørfor-met kanal. Propellen har en akse, en diameter og et flertall blad, hvert blad har (a) en enderadius, (b) en fast plate og

(c) en bak- eller innsugningsside. Den rørformede kanal (d)

er koaksial med propellen, og plassert et stykke fra denne på bak- eller innsugningssiden, (e) slik at den utgjør et middel til å utvikle en geometrisk figur, generert (ved et snitt av et aksialt plan gjennom enderadien av et blad med den faste plate) ved å rotere den faste platen rundt aksen, (f) med en innvendig radius ved et punkt nær den faste plate som er til-nærmet lik radien av den geometriske figur ved et punkt nær-mest den nevnte kanal, (g) frembringer midler til å lede fluidum mot bak- eller innsugningssiden av propellen, (h) og har en lengde ved dens korteste punkt som er minst 20% av og mak-simum 2 ganger diameteren.

Det som er kjent fra patentsøknad nr. 259.680 er beslek-tet med US patent 4.288.223, og retter seg mot fremgangsmåte og apparat. Fremgangsmåten øker fremdriftseffektiviteten av et skip i et væske-medium ved (1) å utstyre skipet med en propell hvis blad har en tipp med en fast plate konstruert til å ha begrenset sirkulasjons- (eller belastnings-)verdi ved bla-dets tipp, og (2) å lede fluidet i en i det vesentlige sjokk-fri strøm eller lagdelt flyt til og forbi lukkeplatene. Appa-ratet er en kombinasjon av (1) en skipspropell med et flertall blad hvis endeseksjoner hver har en separat, fast lukkeplate av forutbestemt orientering på tvers av propellbladet, og konstruert til å ha begrensede sirkulasjons- (eller belastnings-) verdier ved endeseksjonene, og (2) en rørformet kanalanordning for å lede væske (som passerer gjennom kanalen og gjør kontakt med endeseksjonén) for å gjøre slik kontakt i det vesentlige paraltell med barriere- eller lukningsplatene. Den rørformede kanalanordning er koaksial med, og en liten avstand fra eller rundt skipets propell.

Foreliggende oppfinnelse er en forbedring for fartøyer, fortrinnsvis skip, som bruker propell i forbindelse med en dyse, og resulterer i forbedret interaksjon mellom dysen og væske-strømmen i et skips akterregion.

Et stort problem med bruken av dyser er et fenomen, hvor ved strømmen av fluidum rundt akterenden av et skips skrog kan forstyrre strømmen av fluidum inn i dysen, og således redusere dysens effektivitet. Ugunstige resultater av slik forstyrrelse kan bli forminsket ved å redusere mengden av sirkulasjon som utvikles av dysen. Denne reduksjon av sirkulasjon vil imidler-tid også redusere den skyvekraft som ytes av dysen, og vil bevirke en betydelig reduksjon av dysens evne til å hjelpe i fremdriften.

Oppfinnelsen angår en aktertunnel (utformet av minst én finne på skroget av et fartøy) som gjør at den væskestrøm som absorberes av dysen uavhengig av den strøm som utvikles i far-tøyets aktersone. Tunnelen kan være en integrert del av skroget, eller den kan festes til et eksisterende skrog, f. eks. ved sveising.

I tillegg til å frembringe bedre effektivitet vil finnene ifølge oppfinnelsen vesentlig redusere eller eliminere platekavitasjon, ved å skille en øvre del av strømmen fra en nedre del, og ved vesentlig å 'øke hastigheten av væskestrømmen inn i dysen. Flyt-hastigheten blir særlig øket ved den øvre del av dysen, som er det viktigste område når det gjelder reduksjon av platekavitasjon.

Den foretrukne utførelse av oppfinnelsen er en kombinasjon av (a) det tidligere beskrevne propell/kanal-arrangement ifølge US patent nr. 4.288.223 eller US-patentsøknad nr. 259.680, hvor kanalen leder væske mot tverrgående barriere-plater på en sjokk-fri måte, med (b) to finner som utformer en akter-tunnel over propellen og kanalen. Oppfinnelsen er imid-lertid også anvendbar med andre propell/dyse-arrangementer.

Finnene ifølge oppfinnelsen kan benyttes ved enhver annen propell/dyse-kombinasjon til å gi merkbart bedre virkningsgrad. Den foretrukne utførelse må på ingen måte tolkes dithen at den begrenser oppfinnelsens omfang. Beskrivelsen av den forbedre-de flyt som oppnås med oppfinnelsen gjelder alle typer av propell/dyse-kombinas joner .

Et formål med oppfinnelsen er å tillate stor sirkulasjon rundt dysen, slik at dysen kan yte en betydelig skyvekraft på fartøyet. Stor sirkulasjon vil vanligvis forårsake flyt-separasjon i akter-sonen, og ugunstig trykkfordeling.

Et videre formål med oppfinnelsen er å anordne minst én finne på akterenden av et fartøy som benytter dyse, hvorved de-struktiv interaksjon eller gjensidige forstyrrelser mellom akterenden og dysen kan bli hindret.

Ytterligere et formål med oppfinnelsen er å anordne to finner til å utforme en tunnel for å forbedre flyten i akter-området av et fartøy som benytter propell og dyse.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 er et skjematisk side-riss av et fartøy som benytter finner ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 er et skjematisk akterende-riss av venstre halv-del av et fartøy ifølge oppfinnelsen. Fig. 3 viser den foretrukne propell/kanal-konfigurasjon. Fig. 1 er et skjematisk riss av et fartøys akterdel. Et skrog 2 understøtter en propell 4 for rotasjon rundt en akse 6. Hvert blad av propellen bærer en tverrgående endeplate 5 for å gi begrenset sirkulasjon. En dyse eller kanal 8 er montert på akterenden 2 nær ved eller overlappende propellen 4. Hensikten med kanalen er å lede væskestrømmen inn i propellen for å øke propellens effektivitet og å frembringe sjokk-fri strøm til endeplatene. En monteringsbrakett 10 understøtter roret 12

som benyttes til å styre fartøyet.

Som omtalt ovenfor er det et problem med en propell/kana1-konstruksjon at strømmen rundt akterenden 2 påvirker og forstyrrer strømmen gjennom dysen 8. Når væske strømmer rundt skroget utvikles et første strømnings-mønster, og denne strøm går mot dysen. Men dysen utvikler et annet strømnings-mønster som ikke er kompatibelt med det første strømnings-mønster.

Fig. 1 viser en finne 14 som er festet til akterdelen av skroget 2. Finnen strekker seg i lengderetningen langs akterdelen, og dens foretrukne lengde i for/akter-retningen er mellom 1/25 og 1/4 av fartøyets lengde.

Finnen 14 er festet til fartøyet ved en overflate som strekker seg mellom kantene 16 og 18 på finnen. En ytre overflate av finnen kurver eller svinger fra kanten 16 til en ytterste kant 20, og en indre overflate svinger fra den ytterste kant 20 tilbake til skipets skrog ved kanten 18. Som man kan se på fig. 1 strekker finnen seg fra et punkt forut'for dysen til et punkt like aktenfor dysen. Dette er en foretrukken anordning for finnen, men det vil bli forstått av teknisk kyndige personer at finnens begynnelses- og endeposisjoner kan variere endel.

Lengden av dysen 8, målt i en retning generelt parallelt med finnens lengderetning, er fortrinnsvis mindre enn propellens diameter og større enn 0,1 ganger propellens diameter.

Fig. 2 viser et akterende-riss av skrogets venstre halv-del. Et vertikalt midtskipsplan er indikert ved linjen 22, og linjene 24 viser skjematisk konturene av et typisk skrog i akterregionen. Finnen 14 omfatter en annen overflate mellom kantene 16 og 20 og en indre overflate som strekker seg mellom kantene 18 og 20. Dysen 8 har en ytre overflate 9 i en avstand fra den indre overflate 28.

Den foretrukne avstand mellom midtskipsplanet 22 ogkai±en20, i et vertikalt plan på tvers av midtskipsplanet 22, og punktet lengst forut på dysen, er mellom dysens diameter og 1/4 av dysens diameter. Den radielle avstand mellom dysens ytre overflate 9 og kanalens indre overflate 28 er fortrinnsvis mellom 0,05 ganger dysens diameter og 0,5 ganger dysens diameter.

Finnene kan danne en vinkel med dysen slik at den vertikale avstand mellom dysens ytre overflate og finnens indre overflate varierer i lengderetningen.

Selv om figurene 1 og 2 bare viser en enkelt finne, er det i den foretrukne utførelse to finner symmetrisk om midtskipsplanet 22, som vist på fig. 2.

Fig. 3 viser foretrukne propell/kanal-konfigurasjoner. Kanalen 8 frembringer en væskestrøm som kommer i berøring med platene 5 under sjokk-frie forhold. Når finnen 14 brukes i kombinasjon med propell/kanal-utførelse på fig. 3, oppnås en betydelig bedring i virkningsgraden.

Det vil forstås av teknisk kyndige personer at .aktertun-nelen ifølge oppfinnelsen vil bevirke en økning av fremdriftseffektiviteten. Denne økte effektivitet er en følge av økningen av skrogets og propellens effektivitet i.åpent vann. Propellens åpent-vann-effektivitet øker fordi væsken nærmer seg dysen med større aksiell hastighet. Skrogets effektivitet blir forbedret på grunn av økningen i effektivitetsnevneren.

Man har funnet at dysen bevirker ufordelaktig innsugning som er større enn den som blir forårsaket av propellen alene, fordi den ledende kant av dysen er lengre forut enn den ledende kant av propellskiven. En trykksenkning finner alltid sted i området foran propellen, og en dyse bevirker ytterligere sug-ning. Følgen er en tilfeldig væskestrøm rundt fartøyets akterende. Denne uordnede strøm stabiliseres ifølge oppfinnelsen ved anordning av strømnings-finnene 14, og en betydelig bedring i fartøyets effektivitet er oppnådd på denne måte.

Mens en foretrukket utførelse av oppfinnelsen er vist og beskrevet, vil variasjoner innenfor kravenes omfang være åpen-bare for teknisk kyndige personer.

Et sammendrag av de foretrukne dimensjoner er represen-tert ved det følgende:

hvor:

L er fartøyets totale lengde;

ir hr

L er lengden av en finne;

D hr er diameteren av propellen 4, inkl. endeplaten 5;

C er lengden av kanalen 8 i fartøyets lengderetning;

Dfc er kanalens indre diameter;

b er avstanden fra det vertikale senterplan 22 til en ytre kant 20 av en finne, målt i et plan på tvers av senter-planet, ved dysens forreste ende;

h er den radielle avstand mellom dysens ytre overflate 9 og kanalens indre overflate 28.

i

Claims (15)

1. Propelldrevet fartøy av den art som har et skrog og en dyse i forbindelse med en propell for å drive fartøyet gjennom et fluidum, karakterisert ved at i det minste én finne er festet til skroget for å hindre at fluidum som flyter inn i dysen blir ugunstig påvirket av skroget.

2. Fartøy ifølge krav 1, karakterisert ved at det omfatter to finner som danner en langsgående tunnel, som i det minste delvis er anbragt i den nevnte fluidum-strøm, i strømretningen foran dysen.

3. Fartøy ifølge krav 2, karakterisert ved at avstanden fra skrogets langsgående midtskipsplan til en ytre kant av en av finnene er større enn 1/4 av dysens diameter.

4. Fartøy ifølge krav 3, karakterisert ved at den nevnte avstand er mindre enn dysens diameter.

5. Fartøy ifølge krav 4, karakterisert ved at en ytre overflate av den nevnte dyse er nær en indre overflate av de nevnte finner, og at en vertikal avstand mellom de nevnte indre og ytre overflater, målt i et plan på tvers av midtplanet, ikke er lik den vertikale avstand mellom de nevnte overflater målt i et adskilt parallelt plan.

6. Fartøy ifølge krav 1, karakterisert ved at lengden av minst en finne er mer enn 1/25 av skrogets lengde og mindre enn 1/4 av skrogets lengde.

7. Fartøy ifølge krav 5, karakterisert ved at finnenes lengde er mer enn 1/25 av skrogets lengde bg mindre enn 1/4 av skrogets lengde.

8. Kombinasjon av et skrog, en propell for å drive skroget gjennom et fluidum, og en kanal for å lede fluidumstrømmen til propellen, karakterisert ved at minst en finne er montert på skroget for å hindre at det fluidum som strømmer langs skroget har en ugunstig virkning på fluidstrømmen inn i den nevnte kanal.

9. Kombinasjon ifølge krav 8, karakterisert ved at den nevnte kanal ikke roterer, at propellen har et flertall blad som roterer rundt en felles akse og en plate ved spissen av hvert blad, og at kanalen er koaksial med propellen og forskjøvet fra denne.

10. Kombinasjon ifølge krav 9, karakterisert ved at avstanden fra skrogets senterplan til en ytterkant av minst en finne er mer enn 1/4 av kanalens diameter og mindre enn kanalens diameter.

11. Kombinasjon ifølge krav 10, karakterisert ved at lengden av minst en finne er mer enn 1/25 av skrogets lengde og mindre enn 1/4 av denne lengde.

12. Kombinasjon ifølge krav 11, karakterisert ved at der er to finner som danner en akter-tunnel.

13. Fremgangsmåte for| iå hindre at en fluidumstrøm langs et skrog påvirker en strøm av fluidum inn i en propell/kanal-kombinasjon, karakterisert ved en anordning som gjør den fluidumstrøm som opptas av kanalen uavhengig av en strøm som utvikles i en aktersone av skroget.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 13, karakterisert ved at den nevnte anordning er en akter-tunnel, omfattende to finner som strekker seg utover fra skroget, og som i det minste delvis omgir den nevnte kanal.

15. Kombinasjon ifølge krav 7, karakterisert ved at lengden av den nevnte dyse er mindre enn propellens diameter og større enn 0,1 ganger propellens diameter.