SE448981B - Drivpropellerarrangemang med motroterande propellrar - Google Patents

Description

448 981 z den s k “medströmmen“. För att åstadkomma förbättringar i detta avseende har man föreslagit att flytta propellrarna närmare varandra, s k "tvåskegsarrangemang", vilket dock medfört viss försämring av skrovformen i förhållande till, när man tillämpar konventionellt enpropellerarrangemang.

Ett mer extremt sådant arrangemang, vilket emel- lertid ej prövats i full skala är s k överlappande propellrar, vilka dock synes uppvisa vissa nackdelar beträffande transmis- sionen.

Sammanfattningsvis verkar det med ledning av vad som ovan sagts ur verkningsgradsynpunkt vara fördelaktigare att tillämpa något av de övriga propellerdrivarrangemangen II eller III, med tvâ drivpropellrar uppburna på samma axel. Ur transmis- sionssynpunkt då, med ledning av vad som ovan sagts beträffande nödvändigheten av växel samt att lager och axlar blir onödigt komplicerade, förefaller det vara fördelaktigast att låta pro- pellrarna rotera åt samma håll, s k tandempropellrar. Detta har även provats i modellskala men visat sig vara mindre bra. Anled- ningen till detta är bl a att när propellrarna är placerade bakom varandra, inducerar förpropellern hastigheter som påverkar akterpropellern. I mindre grad inducerar även akterpropellern hastigheter, som påverkar förpropellern. Dessa hastigheter är dels axiella, dels tangentiella (rotationshastigheter). De axiella hastigheterna innebär en hastighetsökning på akter- 'propellerns plats, d v s de uppfattas som en negativ medström och medför att sämre verkningsgrad för akterpropellern erhålles.

Detta gäller även de tangentiella hastigheterna, vid de fall propellrarna roterar åt samma håll. Roterar de däremot åt olika håll, erhålles en gynnsam effekt, som kan ta ut den ogynnsamma verkan av den axiella interferensen och tillsammans med de två andra faktorerna ge en märkbar vinst jämfört med motsvarande enpropellerarrangemang.

Vid tidigare föreslagna lösningar av motroterande drivpropellerarrangemang, exempelvis det genom GB patentskriften 2,094,894 kända arrangemanget har man låtit uppbära tvâ driv- propellrar på samma axel, vilket ur transmissionssynpunkt visats vara komplicerat och propellrarna har därvid anordnats att drivas med samma varvtal samt att diameterförhållandet mellan propellrarna varit ringa endast ca 85-90%. Avsedda önskade \Y. 3 448 981 fördelar har således ej kunnat uppnås med tidigare kända arrange- mang, exempelvis enligt övriga i föreläggandet anförda patent- publikationer, som visar propellerarrangemang innefattande flertal propellrar, vilka roteras i gemensam riktning. Anled- ningen till att de kända arrangemangen med propellrar roterande åt samma håll har visat sig vara mindre bra är bl a att når propellrarna är placerade bakom varandra, inducerar förpropellern hastigheter, som påverkar akterpropellern. I mindre grad inducerar även akterpropellern hastigheter, som påverkar förpropellern.

Dessa hastigheter är dels axiella, dels tangentiella (rotations- hastigheter). De axiella hastigheterna innebär en hastighetsökning på akterpropellerns plats, d V s de uppfattas som en negativ medström och medför att sämre verkningsgrad för akterpropellern erhålles. Detta gäller även de tangentiella hastigheterna, vid de fall propellrarna roterar åt samma håll. Roterar de däremot åt olika håll, erhålles en gynnsam effekt, som kan ta ut den ogynnsamma verkan av den axiella interferensen och tillsammans med de två andra faktorerna ge en märkbar vinst jämfört med motsvarande enpropellerarrangemang.

Huvudändamàlet med föreliggande uppfinning är därför att åstadkomma ett drivpropellarrangemang vid större fartyg, innefattande en förpropeller samt en akterpropeller, vilka vid samtidig drivning är motroterande varandra, som löser ovan sagda problem och att öka verkningsgraden samt att nedbringa vibrationsexisterande krafter.

Sagda ändamål uppnås medelst ett drivpropeller- arrangemang enligt föreliggande uppfinning, vilket i huvudsak kännetecknas därav, att propellrarna är förbundna med från varandra skilda drivenheter och uppbäres av fartyget på sådant avstånd från varandra, sett i fartygets längdriktning, med akterpropellern, på i och för sig känt sätt, verkande i för- propellerns strömningsfält, att en vertikal spaltöppning, som tillåter fri passage från undersidan av fartyget mellan propell- rarna och resp tillhörande axel till fartygets skrov, bildas mellan propellrarna och att akterpropellern uppvisar en diameter, som endast är ca 0,5-0,65 av förpropellerns diameter samt är anordnad att drivas med högre varvtal är förpropellern.

Uppfinningen beskrives nedan såsom ett föredraget utförinqsoxempel, varvid hänvisas till de bifogade ritningarna, 448 981 4 på vilka fig 1 visar akterpartiet av ett fartyg med ett àskàdligggort drivpropellerarrangemang enligt uppfinningen, med tillhörande drivelement, 7 fig 2 visar ett konventionellt enpropellerarrange- mang, fig 3 visar ett klassiskt propellerarrangemang med motruterande propellrar, fig 4 visar ett arrangemang enligt uppfinningen med vridbar akterpropeller, och fig 5 visar ett arrangemang enligt uppfinningen med ett roder anordnat i anslutning till akterpropellern.

En "förpropeller" 1, som på känt sätt drives av den ordinarie drivmotorn 2, exempelvis en dieselmotor hos ett större fartyg 3, vid vilket ett drivpropellerarrangemang enligt föreliggande uppfinning avses tillämpas, uppbäres av en roterbar axel 4, som är förbunden med fartyget 3 på liknande sätt som vid en propeller 5 resp 6 anordnad vid ett enpropellerarrangemangi resp vid ett känt motroterande propellerarrangemang, som visas i fig 2 och 3.

En “akterprope1ler" 7 är uppburen av fartyget 3 på avstånd L från sagda "förpropeller" 1, sett i fartygets längdriktning, så att akterpropellern 7, vid drivning av far- tyget 3, på i och för sig känt sätt, verkar i förpropellerns strömningsfält 8. Avståndet L mellan propellrarna 1 resp 7 är så valt, att en vertikal spaltöppning 9, som tillåter fri passage från undersidan av fartyget 3 mellan propellrarna l, 7 och resp tillhörande axel 4, ll till fartygets skrov 3A bildas mellan propellrarna 1, 7. Diametern D7 för "akterpropellern" 7 är väsentligt mindre än diametern Dl för "förpropel1ern“ l. Akter- propellern 7 är så anordnad, att den drager åtminstone ca 25% av fartygets totala driveffekt i syfte att öka verkningsgraden i jämförelse med konventionella propellerdrivarrangemang.

I syfte att försöka öka verkningsgraden kan åtminstone en av de båda propellrarna 1, 7 förses med en dysring, företrädesvis båda propellrarna.

Lämpligen bildas akterproppellern 7 tillsammans med tillhörande lagring 10 och axel ll en separat enhet 12, av känt slag, som uppbäres av fartyget 3 bakom förpropellern l s 448 981 nedströms densamma. Sagda enhet 12 innefattar vidare en en driv- motor 13, växlar 14 av lämpligt slag och antal, samt kraftöver- föringsorgan 15. Drivmotorn 13 kan vara en eldriven motor av mindre storlek än huvuddrivmotorn 2. Akterpropellerdrivenheten 12 kan naturligtvis förutom att vara lämpad att appliceras vid nybyggda fartyg även vara anslutbar till fartyg 3, som tidigare försetts med andra propellerdrivarrangemang än det arrangemang, som nu avses, utan att fartyget 3 behöver genomgå några större ombyggnader. I _ Enheten 12 utskjuter med en del 16 liknande en stàndare från fartygets skrov 3A, och lämpligen är akterpropel- lern 7 vridbar kring centrumaxel 17 för sagda ståndare 16, som väsentligen sträcker sig i vertikal led, i syfte att möjliggöra att tillämpa akterpropellern 7 som roder för fartyget 3.

I fig 5 visas akterpropellern 7 uppburen av en lagringsstötta 18, som är fast anordnad, men som vid dess akter- parti uppbär ett roder 19, vilket kan vara av det slag liknande en vingklaff vid ett flygplan.

Centrumlinjen 20 resp 21 för de båda propellrar- nas rotationsaxlar 4 resp 11 sammanfaller lämpligen med en gemensam linje 22 vid framdrivningsskedet och i sagda skede är de båda propellrarna motroterande varandra. 7 Avståndet L mellan de båda propellrarna 1, 7 är lämpligen i huvudsak överensstämmande med akterpropellerns ytterdiameter D7, vilken ytterdiameter D7 är ca 0,5-0,65 gånger förpropellerns diameter, exempelvis ca 3,75 m medan förpropel- lerns diameter Dl, då ligger inom området av ca 6-7 m. D v s förhållandet mellan akterpropellerns och förpropellerns diameter är ca 0,5-0,65. Ä Akterpropellern 7 är anordnad att drivas med högre varvtal än förpropellern 1, exempelvis mellan 165-190 r/min, när förpropellern 1 är anordnad att drivas med ca 115-125 r/min. Varvtalsrelationen mellan propellrarna 1, 7 kan väljas så, att den bäst passar lämpliga drivmotorer 2, 13 och växel- arrangemang 14.

Ett drivpropellerarrangemang innefattande en för- resp en akterpropeller 1 resp 7, anordnade på enligt ovan be- skrivet sätt enligt uppfinningen, och som provats i en stor kavitationstunnel på en fartygsmodell av ett 210 m Ro-Ro-fartyg, 448 9815 a visade att verkningsgradsvinster av storleksordningen 6-8% erhölls, vilket är intressant med hänsyn till oljeprisernas tidigare lavinartade ökning. Vidare erhålls låga vibrations- exiterande krafter, jämfört med motsvarande konventionella enpropellerdrivarrangemang.

Data för det provade arrangemanget var enligt följande: ' Totalt* Förpropeller Akterpropeller Effekt (kw) 20.000 13.000-15.000 5.000-7.000 Propellervarvtal (r/min) 125 115-125 165-190 Propellerdiameter (m) 6.6-6.8 6.3-6.6 3.75 Bladantal 5 5 4 _ Motorvarval (r/min) l25 115-125 750-1.000 *Den totala tabellraden överensstämmer med ett_ motsvarande konventionellt enpropellerdrivarrangemang.

Resultatet av undersökningen visade att verknings- gradsvinsten med den undersökta konfigurationen var densamma om akterpropellern drog 25% eller 35% av totala effekten, medan vid 15% last på akterpropellern verkningsgradsvinsten sjönk kraftigt.

Således skall akterpropellern 7 ej dragas med mindre last än ca 25% av den totala driveffekten, utan i stället helst med större last.

I Vid provet uttogs 7.000 kw till akterpropellern, när 13.000 kw uttogs till förpropellern osv enligt tabellen och varvtalsvärdena och propellerdiametrarna för de olika provade förpropellerna är omvänt varandra d v s att när propellervarv- talet var 115 r/min var propellerdiametern 6,6 m osv, vilket visar att varvtalet minskas när diametern ökas. Vid varvtalet l65 r/min för akterpropellern drog densamma 25% medan den drog 35% vid det högre varvtalet.

Uppfinningen innebär att kända element kan till- lämpas, även vid redan färdigbyggda fartyg för att åstadkomma det enligt uppfinningen önskade drivpropellerarrangemanget, vilket innebär att risken att pröva komplicerade oprövade konstruktioner minskar. Uppfinningen innebär även att t ex vid gång i hamnar eller i övrigt vid låg fart kan akterpropellern användas ensam, vilket innebär att huvudmaskineriet ej behöver 'v 7 448 981 användas vid låg belastning, då verkningsgraden är låg på motorn.

Uppfinningen är ej begränsad till de ovan be- skrivna och på ritningarna visade utföringsexemplen, utan kan varieras inom ramen för patentkraven, utan att uppfinningstanken frángàs. Inom uppfinningsidën ligger även att anordna akterpro- pellern nedströms i förhållande till stöttan vid framdrivning av fartyget.

Claims (10)

448 981 P a t e n t k r a v

1. l. Drivpropellerarrangemang vid större fartyg (3), innefattande en förpropeller (l) samt en akterpropeller (7), vilka uppvisar inbördes olika diametrar och vid samtidig driv- ning är motroterande varandra, k ä n n e t e c k n a t d ä r - a v, att propellrarna (1, 7) är förbundna med från varandra skilda drivenheter (2, 4; 12~15) och uppbäres av fartyget (3) på sådant avstånd (L) frân varandra, sett i fartygets längdrikt- ning, med akterpropellern (7), på i och för sig känt sätt, verkande i förpropellerns strömningsfält (8), att en vertikal spaltöppning (9), som tillåter fri passage från undersidan av fartyget (3) mellan propellrarna (1, 7) och resp tillhörande axel (4, 11) till fartygets skrov (3A), bildas mellan propell- rarna (1, 7), och att akterpropellern (7) uppvisar en diameter (D7), som endast är ca 0,5-0,65 av förpropellerns diameter (Dl) samt är anordnad att drivas med högre varvtal är förpropellern (1).

2. t _ Propellerarrangemang enligt patentkrav 1, k ä n - n e t e c k-n a t d ä r a v, att akterpropellern (7) är så anordnad att den drager åtminstone ca 25% av fartygets totala driveffekt. _ '

3. _ Propellerarrangemang enligt något av ovan angivna patentkrav, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att åtminstone en av de båda propellrarna (1, 7) är försedd med dysring.

4. Propellerarrangemang enligt något av ovan angivna patentkrav, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att akterpropel- lern (7) med tillhörande lagring (10) bildas av en separat enhet (12), innefattande drivmotor (13), växel (14) samt propeller (7), och som är så kopplingsbar till fartyget (3) att den ut- skjuter med en del (16) liknande en stàndare från fartygets skrov (3A). _ _

5. Propellerarrangemang enligt patentkrav 4, k ä n - n e t e c k n a t d ä r a v, att akterpropellern (7) är lagrad vridbart kring en väsentligen vertikal axel (17).

6. Propellerarrangemang enligt något av ovan angivna patentkrav, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att akterpropel- 448 981 9 lern (7) uppbäres av en lagringsstötta (18) vid vars akterparti uppbäres ett roder (19) liknande en flygplansvingklaff.

7. Propellerarrangemang enligt något av ovan angivna patentkrav, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att centrumlinjen (20, 21) för de bàda propellrarnas rotationsaxlar (11, 4) sam- manfa11er.med en gemensam linje (22) vid framdrivning av fartyget (3). g

8. ~ Propellerarrangemang enligt något av ovan angivna patentkrav, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att de bada pro- pellrarna (1, 7) är lagrade på ett avstånd (L) från varandra, sett i fartygets längdriktning, som i huvudsak överensstämmer med akterpropellerns ytterdiameter (D7).

9. Propellerarrangemang enligt något av ovan angivna patentkrav, k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att akterpropel- lern (7) uppvisar en diameter (D7) som är ca 3,75 m, medan för- propellerns diameter (Dl) ligger inom området ca 6-7 m.

10. Propellerarrangemang enligt patentkrav 9, k ä n - n e t e c k n a t d ä r a v, att akterpropellern (7) är anordnad att drivas med ett varvtal som ligger mellan 165-190 r/m när förpropellern (1) är anordnad att drivas med ca 115-125 r/m.