PL161243B1 - Dysze przedórubowe - Google Patents

Abstract

1. Dysze przedśrubowe statku jednośrubowego m ające postać kątow ego wycinka pierścienia połączonego końcam i z kadłubem po obu burtach w rejonie rufy przed śrubą napędow ą i skierowane wylotam i w rejon kręgu śruby napędowej, przy czym dysza z lewej burty statku jest asymetryczna względem dyszy z praw ej burty, znamienne tym, że przy śrubie napędowej praw oskrętnej pochylenie (y -ι) w lotu dyszy w kierunku dna oraz kąt rozw arcia (α -i) dyszy prawej (3) są większe niż dla dyszy lewej (4), zaś przy śrubie napędowej lew oskrętnej pochylenie (/2 ) wlotu dyszy w kierunku dna oraz kąt rozw arcia («2) dyszy lewej (4) są większe niż dla dyszy prawej (3).

Description

Przedmiotem wynalazku są dysze przedśrubowe, stosowane w budowie statków, zwłaszcza o dużej pełnotliwości, napędzanych śrubą.

Kadłub statku, zwłaszcza o dużej pełnotliwości, w czasie ruchu powoduje, Ze strumień wody dopływającej do śruby napędowej staje się silnie niejednorodny.

Szczególnie znaczące obszary spowolnionego dopływu powstają w rejonie nad wałem śrubowym w płaszczyźnie symetrii statku. Poza tym, na skutek wyostrzenia wodnic ku rufie i rozchylenia wręgów ku górze powstają składowe prędkości wody w płaszczyźnie poziomej i pionowej Vz> co w efekcie powoduje zmianę rzeczywistych kątów natarcia profili skrzydeł śruby zarówno wzdłuż promieni Jak też po obwodach. W efekcie następuje spadek sprawności śruby w stosunku do sprawności śruby swobodnej oraz fluktuacja naporu i momentu w trakcie obrotu śruby. Ogólną sprawność napędową przedstawia się zazwyczaj jako iloczyn:

n_R gdzie:

‘ Ί o ·? μ określa sprawność śruby swobodnej l-t określa sprawność kadłuba t jest współczynnikiem ssania w jest współczynnikiem strumienia nadążającego Y K określa sprawność rotacyjną.

Przy danej śrubie nappdowojej_Q pozostaje stała, więc ogólną sprawność napędową można podwyższyć poprzez zmianę 7 _H i 7 r. Sprawność kadłuba _H można podwyższyć poprzez obniżenie wartości współczynnika ssania t i/lub podwyższenie wartości współczynnika strumienia nadążającego w, czyli obniżenie średniej prędkości wody dopływającej do śruby, oraz przez podwyższenie wartości współczynnika sprawności rotacyjnej 7 p· czyli zmniejszenie nierównomierności pola prędkości.

Znane są urządzenia, których zadaniem jest poprawa sprawności napędowej poprzez ujednorodnienie rozkładu osiowych składowych prędkości wody dopływającej do śruby napędowej, a także zmniejszenie drgań wału napędowego, kawitacji na śrubie oraz hałasów wywołanych drganiami. Należą do nich dysze śrubowe typu Korta, opasujące śrubę, które jednakże są skuteczne tylko w wąskim zakresie współczynników obciążenia śruby napędowej naporem, ponadto są kosztowne i wymagają wysokiej precyzji wykonania.

161 243

Znane sę różnego rodzaju płetwy umieszczone na kadłubie przed i/lub nad śrubę, które oddziaływują tylko na niewielką część strumienia wody dopływającej i które spełniają rolę głównie tłumików drgań.

Znane sę dysze przedśrubowe według patentu nr 108 669, któr spełniaję zadanie wyrównywania strumienia dopływajęcego do śruby napędowej i częściowej poprawy sprawności kadłuba if Jednakże nie usuwaję skręcenia strumienia śrubowego, wywołanego pracę śruby napędowej, a więc nie likwiduję nlerównomiernoścl obwodowych tego strumienia, wynikłych z jego skręcenia. Praca śruby napędowej statku jednośrubowego powoduje bowiem indukowanie dodatkowych składowych obwodowych prędkości wody, przy czym składowe te maję przeciwny kierunek po lewej 1 po prawej burcie. W efekcie występuję dalsze zniekształcenia rzeczywistych kętów natarcia profili skrzydeł śruby oraz występuję straty energii spowodowane skręceniem strumienia zaśrubowego, zaś wymienione powyżej niekorzystne zjawiska ulegaję spotęgowaniu.

Znane sę również dysze przedśrubowe według patentu niemieckiego DE 3218578C1. M rozwlęzanlu tym mówi się, że dysza lewa 1 prawa maję różne kierunki osi, tzn. że ustawione sę asymetrycznie, jednakże nie więżę się tego ustawienia z kierunkiem obrotów śruby, ani nie definiuje 1 nie określa się innych parametrów tej asymetrii.

Na podstawie tego opisu patentowego można zaprojektować dysze niesymetryczne, których działanie będzie przeciwne do celu zamierzonego, skutkujęc pogorszeniem sprawności napędowej.

Celem wynalazku jest usunięcie wad istniejęcych konstrukcji i jednoczesne spełnienie wszystkich trzech warunków poprawy sprawności napędowej, tj. wyrównanie niejednorodności strumienia, podwyższenie średniej wartości współczynnika strumienia nadężajęcego w i obniżenie wartości współczynnika ssania t oraz nadanie strumieniowi przeciwskrętu.

Rozwięzanie, w którym po obu burtach statku jednośrubowego w rejonie rufy przed śrubę napędowę sę zamocowane asymetryczne dysze w postaci kętowych wycinków pierścienia, według wynalazku charakteryzuje się tym, że przy śrubie napędowej prawoskrętnej dysza z prawej burty ma kęt pochylenia w kierunku dna statku oraz kęt rozwarcia większe niż dysza z lewej strony, zaś przy śrubie napędowej lewoskrętnej dysza z lewej burty ma kęt pochylenia w kierunku dna statku oraz kęt rozwarcia większe niż dysza z prawej burty. Różnica kętów pochylenia dysz prawej i lewej wynosi korzystnie 2* do 15°, w zależności od rozkładu strumienia nadężajęcego w kręgu śruby oraz od prędkości obrotowej i obciążenia śruby.

Kęty rozchylenia dysz sę korzystnie zmienne po obwodzie.

Korzystne skutki techniczne wynalazku wynikaję głównie z nadania strumieniowi wody dopływającej do śruby napędowej skrętu przeciwnego do kierunku obrotów śruby. W rezultacie następuje częściowe odzyskanie energii skręcenia strumienia zaśrubowego i zmniejszenie energetycznych strat obwodowych. Odpowiednie ukierunkowanie strumienia przepływającego przez dysze i wokół dysz oraz jego uporządkowanie i ujednorodnieeie powoduje w sumie wzrost średniego współczynnika strumienia nadążającego w i obniżenie współczynnika ssania t, a więc wzrost sprawności kadłuba, jednocześnie zmniejszenie obwodowych i promieniowych gradientów współczynnika strumienia nadążającego powoduje wzrost sprawności rotacyjnej i zmniejszenie fluktuacji naporu i momentu, co w konsekwencji daje dalsze zwiększenie sprawności napędowej oraz zmniejszenie drgań wału śrubowego i amplitudy ciśnień indukowanych przez śrubę na kadłubie statku.

Wynalazek jest w przykładach wykonania uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia rozkład składowych osiowych strumienia nadążającego W w kręgu śruby napędowej statku jednośrubowego, fig. 2 przedstawia rozkład obwodowy W dla dwóch wybranych promieni kręgu śruby w zakresie kąta pełnego, fig. 3 i fig. 4 przedstawiają rozkłady prędkości wody V**, fig. 5 przedstawia rozkład indukowanych dodatkowych składowych obwodowych prędkości wody, fig. 6 przedstawia fragment rufy statku z dyszami w widoku na prawą burtę, fig. 7 przedstawia przekrój A-A przez oś wału śrubowego z widokiem na dysze od góry, fig. 8 przedstawia

161 243 dysze w widoku W od rufy statku, fig. 9, 10, 11 przedstawiają dysze w widoku od rufy statku w różnych wariantach Ich ukształtowania i usytuowania względem kadłuba oraz śruby napędowej, fig. 12 Ilustruje przepływ strumienia w rejonie dyszy na prawej burcie, fig. 13 przedstawia zmianę kątów natarcia profili skrzydeł śruby w wyniku przeciwskrętu, fig. 14 przedstawia rozkłady obwodowe składowej osiowej współczynnika strumienia nadążającego W* statku bez dysz oraz z dyszami według wynalazku.

W wariancie wykonania przedstawionym na rysunku fig. 6, 7, 8 do kadłuba 1 statku jednośrubowego w rejonie rufy przed prawoskrętną śrubą napędową 2 są zamocowane po obu burtach dwie dysze, mające postać wycinków pierścieni kołowych. Dysza prawa 3 o promieniu R^ jest pochylona w kierunku dna pod kątem zawartym pomiędzy płaszczyzną wylotu dyszy, a płaszczyzną wręgową. Oysza lewa 4 o promieniu R? Jest pochylona w kierunku dna pod kątem γ·_2> mniejszym od kąta Kąt rozwarcia dyszy prawej 3 jest większy niż kąt rozwarcia oćj dyszy lewej 4. Pola powierzchni wlotu dyszy są większe niż pola powierzchni ich wylotu S?. Dysze wykonane są z płata hydrodynamicznego niesymetrycznego, którego zewnętrzne tworzące są liniami prostymi.

Figura 9 przedstawia wariant wykonania, w którym osie dysz kołowych o promieniach odpowiednio R| i Rj znajdują się powyżej osi śruby napędowej prawoskrętnej, łączne pole powierzchni czynnej obu dysz wynosi 0,24 pola powierzchni kręgu śruby napędowej, przy czym pole powierzchni czynnej dyszy prawej Jest większe niż dyszy lewej.

Figura 10 przedstawia wariant wykonania, w którym kształt dysz zbliżony jest do elipsy, z biegunami powyżej osi śruby napędowej, przy czym dla śruby napędowej prawoskrętnej pole powierzchni czynnej dyszy prawej Jest większe niż dyszy lewej.

Figura 11 przedstawia wariant wykonania, w którym dysza lewa stanowi kątowy wycinek koła o osi położonej powyżej osi śruby napędowej prawoskrętnej, zaś dysza prawa o polu powierzchni czynnej większej niż dyszy lewej, ma kształt opływowy nieregularny, dostosowany na podstawie wyników badań modelowych do konkretnego rozkładu nominalnego strumienia nadążającego.

Działanie urządzenia według wynalazku jest następujące. Strumień wody dopływający do wlotów dysz z różnych kierunków, przeważnie zawirowany, zostaje przez przepływ wewnątrz dysz uporządkowany i ujednorodniony (fig. 12) oraz nieznacznie przyspieszony. Uporządkowanie strumienia i likwidacja wirów na wlocie i wewnątrz dysz powoduje zmniejszenie podciśnień na powierzchni kadłuba i zmniejszenie współczynnika ssania. Uporządkowany strumień trafia w obszar garbu współczynnika strumienia nadążającego w kręgu śruby i obniża wysokość tego garbu (fig. 14). Jednocześnie strumień opływający dysze z zewnątrz ulega rozszerzeniu i spowolnieniu, powodując wzrost współczynników strumienia nadążającego w zewnętrznych rejonach kręgu śruby.

W sumie średni współczynnik strumienia nadążającego ulega zwiększeniu, co daje łącznie ze zmniejszeniem współczynnika ssania wzrost sprawności kadłuba.

W odmiennie pochylonych dyszach strumieniowi zostaje nadany skręt przeciwny do kierunku wywołanego pracą śruby napędowej i tym samym zniekształcenia kątów natarcia profili skrzydeł śruby po obu burtach są zmniejszone, a strumień zaśrubowy ma mniejsze skręcenie, co ilustruje rysunek fig. 13.

Cele wynalazku zostały potwierdzone wynikami przeprowadzonych badań modelowych. Obwodowy rozkład osiowej składowej strumienia nadążającego statku z dyszami według wynalazku w stosunku do statku bez dysz ilustruje fig. 14.

Wynalazek znajduje zastosowanie na statkach jednośrubowych, w szczególności o dużej pełnotliwości kadłuba.

161 243

Strumień sponotn

Strumień prufipttu

Strumień sponotn

Fty >2

- bet pnecmikrytu

---t priecnn skrę tem ru) 13

Fig 14

161 243

Fig 5

Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 10 000 zł

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Dysze przedśrubowe statku jednośrubowego mjjące postać kątowego wycinka pierścienia połączonego końcami z kadłubem po obu burtach w rejonie rufy przed śrubą napędową i skierowane wylotami w rejon kręgu śruby napędowej, przy czym dysza z lewej burty statku jest asymetryczna względem dyszy z prawej burty, znamienne tym, Ze przy śrubie napędowej prawoskrętnej pochylenie (f) wlotu dyszy w kierunku dna oraz kąt rozwarcia dyszy prawej (3) są większe niż dla dyszy lewej (4), zaś przy śrubie napędowej lewoskrętnej pochylenie ( fj) wlotu dyszy w kierunku dna oraz kąt rozwarcia («£j) dyszy lewej (4) są większe niż dla dyszy prawej (3).
2. 2. Dysze według zastrz. 1, znamienne tym, Ze rdZnica kątów pochylenia (*f) dyszy prawej (3) i dyszy lewej (4) wynosi 2* do 13*.
3. 3. Dysze według zastrz. 1, znamienne tym, Ze ich kąty rozwarcia (eć ) są zmienne po obwodzie.

   ··«