DD287449A5 - Drive and control device for propeller-driven ships - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebs- und Steuereinrichtung fuer propellergetriebene Schiffe. Mit der erfindungsgemaeszen Einrichtung wird ein geringer bau- und betriebstechnischer Aufwand und eine verbesserte Energieoekonomie erreicht, indem der Impeller mit einer Wellenleitung des Hauptmotors durch UEbertragungselemente verbunden und in einem die genannte Welle partiell einschlieszenden Pumpenraum unterbracht ist, der an Zu- und Abstroemkanaele mit einer Umsteuereinrichtung fuer den Wasserstrom in den Propellerbrunnenraum oder zu Bb- bzw. Stb-Seite angeschlossen ist. Die Erfindung ist besonders fuer seegehende Schiffe vorgesehen. Fig. 5{Antriebs- und Steuereinrichtung; Schiff; Hauptmotor; Wellenleitung; Propeller; Stroemungskanaele; Impeller}The invention relates to a drive and control device for propeller driven ships. With the device according to the invention, a low constructional and operational expenditure and an improved energy economy are achieved by connecting the impeller to a shaft line of the main motor by means of transmission elements and accommodated in a pump chamber partially enclosing said shaft, which is connected to supply and discharge channels with a reversing device connected to the water flow in the propeller well room or to Bb or Stb side. The invention is particularly intended for seagoing ships. Fig. 5 {drive and control device; Ship; Main engine; Waveguide; Propeller; Stroemungskanaele; impeller}

Description

Hierzu 3 Seiten ZeichnungenFor this 3 pages drawings

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft 6ine kombinierte Einrichtung zur zusätzlichen bzw. gerichteten Schuberzeugung auf Schiffen, insbesondere für die Möglichkeit dfcr Grenzschichtabsaugung im Heckbereich, zur Vergleichmäßigung der Propellerzuströmung und der damit verbundenen Vermindei ung der Propellerdruckimpulse, sowie zur Erzeugung eines Zusatzvortriebes oder eines Querschubes auf das Hinterschiff.The invention relates to a combined device for additional or directed thrust generation on ships, in particular for the possibility of boundary layer exhaust extraction in the rear area, to equalize the Propellerzströmömung and the associated Vermindei ung the propeller pressure pulses, as well as to generate a Zusatzvortriebes or a shear thrust on the rear end.

Charakteristik der bekannten technischen LosungenCharacteristic of the known technical solutions

Es ist bekannt, daß durch Ausstoß eines gerichteten Wasserstrahles quer zum Schiff eine für das Manövrieren nützliche Querkraft am Bug oder Heck des Schiffes erzeugt werden kann. Die übliche Ausführung eines solchen Querstrahlruders besteht aus einem geraden, rohrförmigen durch den Schiffskörper hindurchführenden Querkanal, in dem ein Impeller angeordnet ist. Diese Impeller werden gewöhnlich mittels E-Motore angetrieben. Des weiteren ist bekannt, daß durch die Grenzschichtabsaugung, besonders im Bereich der Kimm hinter dem Hauptspant des Schiffes die Ablösung der Grenzschicht unterdrückt und damit u.a. der Schiffswiderstarid erheblich herabgesetzt wird, und es ist bekannt, daß sich durch Zuführung von Wasser in den oberen Bereich des Propellerkreises der Gütegrad der Propulsion verbessert, es zu einer Verringerung der Kavitation an den Propellerflügelp sowie zu einer Herabsetzung der Propellerlastschwankungen und der propellererregten Druckimpulse kommt. Es gibt Lösungt n, die all diese Merkmale und Wirkungen in sich vereinigen bzw. eine Vereinigung anstreben. In dem DD-WP 239385 lot eine kombinierte Einrichtung zur Verbesserung der Propulsion und Manövrierfähigkeit bei Schiffen veröffentlicht. Diese besteht aus im Heckbereich oberhalb der Propellerwelle parallel zur Schiffslängsachse nebeneinanderliegenden zur Schiffsaußenhaut abgewinkelten Rohrkanälen, in denen Impeller angeordnet sind. Diese Impeller werden durch separate Ε-Motoren angetrieben. Bei Marschfahrt des Schiffes befördern die Impeller Wasser in den Propellerbrunnenraum. Eine Steuerung des Schiffes wird erreicht durch die Drehrichtungsumkehr eines Impellers. Diese Einrichtung erfordert wegen des Vorhandenseins zweier Impeller mit separaten Ε-Motoren noch einen erheblichen bau- und betriebstechnischen Aufwand. Die praktischen Erfahrungen zeigen aber auch, daß die Ε-Energiebilanzen immer knapper gehalten werden, und es insbesondere in Manöversituationen zu Engpässen in der E-Energiebereitstellung kommen kann. In der DE-OS 2438147 ist eine Schiffsschraubenpropelleranordnung beschrieben werden, die die Anordnung eines offensichtlich separat angetriebenen Zusatzpropellers vor dem Haupipropaller vorsieht. Dieser Zusatzpropeller besitzt eine schwenkbare Achse, so daß er sowohl als Zusatzantrieb als auch zur Manövrierhilfe einsetzbar ist. Auch diese Lösung besitzt die bereits genannten Nachteile. Bekannt sind ferner Schiffsantriebe, die aus Strömungskanälen innerhalb des Schiffskörpers bestehen, die sich über die gesamte oder einen wesentlichen Teil der Schiffslänge erstrecken, in denen der Hauptantriebspropeller angeordnet ist. Derartigs Anlagen benötigen für eine ausreichende Antriebs- und Steuerwirkung beträchtliche Abmessungen der Strömungskanäle und des Propellers, wodurch u.a. die Tragfähigkeit des Schiffes herabgesetzt wird.It is known that by ejecting a directional jet of water across the ship, transverse force useful for maneuvering may be generated at the bow or stern of the ship. The usual embodiment of such a transverse thruster consists of a straight, tubular passing through the hull transverse channel in which an impeller is arranged. These impellers are usually powered by electric motors. Furthermore, it is known that the separation of the boundary layer suppressed by the Grenzschichtabsaugung, especially in the area of Kimm behind the main frame of the ship and thus u.a. the Schiffswiderstarid is significantly reduced, and it is known that the supply of water in the upper part of the propeller circle improves the degree of propulsion, it leads to a reduction of the cavitation of the Propellerflügelp and to a reduction of the propeller load fluctuations and the propeller excited pressure pulses. There are solutions that combine all these characteristics and effects, or seek union. In the DD-WP 239385 Lot published a combined device for improving the propulsion and maneuverability in ships. This consists of in the rear area above the propeller shaft parallel to the ship's longitudinal axis adjacent to the ship's outer skin angled pipe ducts in which impellers are arranged. These impellers are powered by separate Ε motors. During the cruise of the ship, the impellers carry water into the propeller well room. Control of the ship is achieved by reversing the direction of rotation of an impeller. Due to the presence of two impellers with separate Ε engines, this device still requires considerable construction and operational expenditure. However, practical experience also shows that the Ε-energy balances are becoming increasingly scarce, and that bottlenecks in e-energy provision can occur, especially in maneuver situations. In DE-OS 2438147 a Schiffsschraubenpropelleranordnung will be described, which provides the arrangement of an obviously separately driven additional propeller before Hauptipropaller. This additional propeller has a pivotable axle, so that it can be used both as an additional drive and for maneuvering. This solution also has the disadvantages mentioned above. Also known are marine propulsion systems, which consist of flow channels within the hull, which extend over the entire or a substantial part of the length of the ship, in which the main drive propeller is arranged. Such plants require considerable dimensions of the flow channels and the propeller for a sufficient drive and control effect, whereby u.a. the carrying capacity of the ship is reduced.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung ist es, bei derartigen Anlagen einen relativ geringen bau- und betriebstechnischen Aufwand und Platzbedarf sowie eine verbesserte Energieökonomie zu erreichen.The aim of the invention is to achieve a relatively low construction and operational expenditure and space requirements and an improved energy economy in such systems.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Die erfinderische Aufgabenstellung besteht darin, eine Antriebs- und Steuereinrichtung für propellergetriebene Schiffe, insbesondere mittels Verstellpropeller, bestehend aus Hauptmotor, Wellenleitung, Impeller und aus Strömungskanälen, die sich vomj<immbereich nach achtern erstrecken und dort münden, vorzuschlagen, die lediglich einen Impeller ohne separaten Impellerantrieb benötigt und die eine beträchtliche Zusatzantriebs- bzw. Steuerwirkung erwarten läßt. Die erfinderische Lösung sieht vor, daß der Impeller innerhalb des Schiffskörpers mit einer Wellenleitung des Hauptmotors durch Übertragungselemente verbunden ist und in einem die genannte Welle partiell einschließenden Pumponraum untergebracht ist, der an Zu- und Abströmkanäle, mit einer Umsteuereinrichtung für den Wasserstrom in den Propellerbrunnenraum oder zur Bb- bzw. Stb-Seite angeschlossen ist.The inventive task is to propose a drive and control device for propeller-driven ships, in particular by means of variable pitch propeller, consisting of main engine, waveguide, impeller and flow channels, which extend aft of the water and open out there, the only an impeller without separate Impeller drive required and can expect a considerable Zusatzantriebs- or control effect. The inventive solution provides that the impeller is connected within the hull with a waveguide of the main motor by transmission elements and housed in a said wave partially enclosing the pump chamber, the inlet and outlet channels, with a reversing device for the flow of water into the propeller well room or connected to the Bb or starboard side.

Der Impeller, vorzugsweise ein langsamlaufendes Pumpen-Laufrad, ist in/auf der Hauptantriebswelle angeordnet und der Pumpenraum schließt die'Hauptantriebswelle partiell ein. Alternativ ist vorgesehen, daß der Impeller an einer zusätzlichen Welle des Hauptmotors angeschlossen ist, die eine höhere Drehzahl besitzt und daß der Pumpenraum diese Welle partiell einschließt. Ein weiteres Merkmal besteht darin, daß in der den Impeller antreibenden Welle Drehzahlerhöhungselemente angeordnet sind. Die Zuströmkanäle erstrecken sich etwa aus dem Kimmbereich des Schiffes nach achtern und münden im Pumpenraum. Der Abströmkanal verzweigt sich in drei Teilabströmkanäle, wovon einer im Propellerbrunnenraum mündet, der zweite zur Bb- und der dritte zur Stb-Seite weist. Vor den Teilabströmkanälen ist ein Stellglied angeordnet, mit dem der Wasserstrom in jeweils einen dieser Teilabströmkanäle gelenkt werden kann.The impeller, preferably a slow running pump impeller, is disposed in / on the main drive shaft and the pump space partially encloses the main drive shaft. Alternatively, it is provided that the impeller is connected to an additional shaft of the main engine, which has a higher speed and that the pump space includes this shaft partially. Another feature is that in the impeller driving shaft speed increase elements are arranged. The inflow ducts extend aft from the chimney area of the ship and open in the pump room. The outflow channel branches into three Teilabströmkanäle, one of which opens into the Propellerbrunnenraum, the second to the Bb and the third to starboard side points. Before the Teilabströmkanälen an actuator is arranged, with which the water flow can be directed in each case one of these Teilabströmkanäle.

Bei Geradeausfahrt des Schiffes wird der Wasserstrom nach achtern in den Propellerbrunnenraum geleitet. Steuermanöver werden durch Umlenken des Wasserstroms mittels Stellglied in den Bb- bzw. Stb-Kanal ausgeführt.When the ship is traveling straight ahead, the water flow is directed aft into the propeller well space. Control maneuvers are performed by diverting the flow of water by means of actuator in the Bb or Stb channel.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung wird nachfolgend an einem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigenThe invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment shown in the drawing. Show it

Fig. 1: eine Längsansicht mit einer zusätzlichen WellenleitungFig. 1: a longitudinal view with an additional waveguide

Fig. 2: eine Draufsicht der Fig. 12: a plan view of Fig. 1st

Fig.3: einen Längsschnitt des Steuerorgans3 shows a longitudinal section of the control member

Fig.4: einen Schnitt nach der Linie B-B der Fig.34 shows a section along the line B-B of Figure 3

Fig. 5: einen Längsansicht der Schiffswellenleitung mit eingebauten Impeller.Fig. 5: a longitudinal view of the ship shaft line with built-in impeller.

Die Fig. 1 zeigt eine Ausführung der erfindungsgemäßen Einrichtung, bei der dar Propeller 9 ein Verstellpropeller ist. Fr wird von einem langsamlaufenden Hauptmotor 3 mit einer Drehzahl von ca. 125-140U/min mittels der Schiffswellenleitung 2 angetrieben. Der Hauptmotor 3 besitzt einen Momentenausgleich 2. Ordnung, d. h. die Ausgleichsmassen 12 drehen mit der doppelten Drehzahl, ca. 250-280U/min. An der Achse 13 der Ausgleichsmassen des Motors ist eine zusätzliche Welle 2.1 angekuppelt. Diese zusätzliche Welle 2.1 ist teilweise mit einem Strömungsgehäuse ummantelt und treibt über einen Drehzahlerhöhungsgetriebe 14 einen im Pumpenraum 4 angeordneten Impeller 1 an. Dioser besitzt einen Durchmesser von ca.Fig. 1 shows an embodiment of the device according to the invention, wherein the propeller 9 is a variable pitch propeller. Fr is driven by a low-speed main motor 3 at a speed of about 125-140 rpm by means of the ship's shaft line 2. The main motor 3 has a second order torque compensation, d. H. the balancing weights 12 rotate at twice the speed, approx. 250-280rpm. On the axis 13 of the balancing weights of the motor, an additional shaft 2.1 is coupled. This additional shaft 2.1 is partially encased with a flow housing and drives via a speed increase gear 14 to a arranged in the pump chamber 4 impeller 1 at. Dioser has a diameter of approx.

2m. Der Pumpenraum 4 wird mittels der Stopfbuchsen 10 und 11 gegenüber der zusätzlichen Welle 2.1 abgedichtet. Die Zuströmkanäle 5.1 und 5.2 führen Wasser aus dem Kimmbereich des Schiffes dem Impeller 1 zu. Dieser pumpt das Wasser in einen Abströmkanal 6. Diesem Abströmkanal 6 ist ein Stellorgan 8 nachgeschaltet. Es richtet den Abfluß des Wassers auf einen der drei Teilabströmkanäle 7.1-7.3. Der Kanal 7.1 endet im oberen Propellerbrunnenbereich so, daß während der Marschfahrt eine Verbesserung des Propellerwirkungsgrades eine Längsschuberhöhung und eine Verminderung der Propellerlastschwankungen und der Kavitation eintritt. Bei langsamem oder bei stohendem Schiff läuft der Verstellpropeller 9 mit der entsprechenden Steigung aber mit Nenndrehzahl.2m. The pump chamber 4 is sealed by means of the stuffing boxes 10 and 11 with respect to the additional shaft 2.1. The inflow ducts 5.1 and 5.2 supply water from the inflow area of the ship to the impeller 1. This pumps the water into a discharge channel 6. This discharge channel 6, an actuator 8 is connected downstream. It directs the outflow of water to one of the three Teilabströmkanäle 7.1-7.3. The channel 7.1 ends in the upper propeller well area so that during the cruise an improvement in the propeller efficiency enters a Längsschuberhöhung and a reduction of the propeller load fluctuations and cavitation. When the ship is slow or at a standstill, the variable pitch propeller 9 is running at the appropriate pitch but at the rated speed.

Ist ein achterlicher Querschub erforderlich, so wird durch das Stellorgan 8 eine Verbindung zum Kanal 7.2 oder 7.3 hergestellt.If a rearward shear thrust is required, the actuator 8 establishes a connection to the channel 7.2 or 7.3.

Der querschiffs austretende Wasserstrom erzeugt eine gerichtete Querkraft auf das Achterschiff.The transverse flow emerging water flow generates a directed lateral force on the aft ship.

Die Fig. 2 zeigt eine Draufsicht der Fig, 1 und läßt somit sehr gut die Anordnung der Zuströmkanäle 5.1-5.2 und der Teilabströmkanäle 7.1-7.3 erkennen.Fig. 2 shows a plan view of Fig, 1 and thus can very well see the arrangement of the inflow channels 5.1-5.2 and the Teilabströmkanäle 7.1-7.3.

Die Fig. 3 zeigt ein Detail der gesamten Einrichtung und zwar das Stellorgan 8. Wie der Fig. 3 zu entnehmen ist, liegt die Drehachse des Stellorgans 8 in Richtung des Abströmkanals 6.3 shows a detail of the entire device, namely the actuator 8. As can be seen from FIG. 3, the axis of rotation of the actuator 8 lies in the direction of the outflow channel 6.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt durch das Stellorgan 8. Hier wird gezeigt, daß nur jeweils ein Teilabströmkanal 7.1 oder-7.3 eingestellt werden kann.Fig. 4 shows a section through the actuator 8. Here it is shown that only one Teilabströmkanal 7.1 or 7.3 can be adjusted.

Fig. 5 zeigt eine andere Ausführung der erfinderischen Lösung. Der Impeller 1 ist hier ein langsamlaufendes (Pumpen-)Laufrad, das in der Schiffswellenleitung 2 angeordnet ist und bei normaler Hauptmaschinendrehzahl die entsprechende Effektivität gewährleistet.Fig. 5 shows another embodiment of the inventive solution. The impeller 1 is here a slow-running (pump) impeller, which is arranged in the ship shaft line 2 and ensures the corresponding effectiveness at normal main engine speed.

Die Erfindung soll auch eine nicht extra dargestellte Ausführungsform erfassen, bei der an der Schiffswellenleitung ein Getriebe angeordnet ist, von dem eine zusätzliche Welle mit höherer Drehzahl abgeht in/auf der sich der Impeller befindet.The invention is also intended to cover an embodiment not shown separately, in which at the ship shaft line a transmission is arranged, from which an additional shaft with higher speed goes off in / on which the impeller is located.

Claims (4)

1. Antriebs- und Steuereinrichtung für propellergetriobene Schiffe, bestehend aus Hauptmotor mit Wellenleitung, Propeller, insbesondere Verstellpropeller, und aus Strömungskanälen, die sich innerhalb des Schiffskörpers aus dem Kimmbereich kommend nach achtern erstrecken, vereinigen und sich in Teilabströmkanäle aufteilen, mit Mitteln zum Umlenken der Strömung sowie aus einem im Strömungskanal arbeitenden Impeller, dadurch gekennzeichnet, daß der Impeller (1) mit einer Wellenleitung (2,2.1) des Hauptmotors (3) durch Übertragungselemente verbunden ist und von einem die Wellenleitung (2,2.1) partiell einschließenden Pumpenraum (4) umgeben ist, an dem die Strömungskanäle (5,6) angeschlossen sind.1. drive and control device for propeller-powered ships, consisting of main engine with wave, propeller, in particular variable pitch, and flow channels, which extend within the hull from the Kimmbereich coming aft, unite and divide into Teilabströmkanäle, with means for deflecting the Flow and from an operating in the flow channel impeller, characterized in that the impeller (1) with a waveguide (2,2.1) of the main motor (3) is connected by transmission elements and of a waveguide (2,2.1) partially enclosing pump space (4 ) is surrounded, to which the flow channels (5,6) are connected. 2. Antriebs- b/id Steuereinrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Impeller (1)ein langsamlaufendes (Pumpen-) Laufrad ist, das in/auf der den Propeller (9) treibenden Schiffswellenleitung (2) angeordnet ist, wobei der Pumpenraum (4) die hindurchgehende Schiffswellenleitung (2) partiell einschließt.2. Drive b / id control device according to item 1, characterized in that the impeller (1) is a low-speed (pump) impeller, which is arranged in / on the propeller (9) driving ship shaft line (2), wherein the Pump chamber (4) encloses the passing ship shaft line (2) partially. 3. Antriebs- und Steuereinrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Hauptmotor (3) eine zusätzliche Wellenleitung (2.1) angekuppelt ist, die gegenüber der Schifiswellenleitung (2) eine höhere Drehzahl besitzt, in/auf der der Impeller (1) angeordnet ist und daß weitere Drehzahlerhöhungselemente (14) vorgesehen sein können.3. Drive and control device according to item 1, characterized in that on the main motor (3) an additional waveguide (2.1) is coupled, which compared to the Schifiswellenleitung (2) has a higher speed, in / on the impeller (1) is arranged and that further speed increasing elements (14) can be provided. 4. Antriebs- und Steuereinrichtung nach Pkt. 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Abströmkanal (6) in Teilabströmkanäle (7.1-7.3) aufteilt, wovon einer im Propellerbrunnenraum mündet (7.1), einer zur Bb-Seite (7.3) und einer zur Stb-Seite (7.2) gerichtet ist und daß ein Stellglied (8) im Abströmkanal (6) zum Umlenken des Wasserstromes angeordnet ist.4. Drive and control device according to Pkt 1-3, characterized in that the outflow channel (6) in Teilabströmkanäle (7.1-7.3) divides, of which one opens in the propeller well (7.1), one to the Bb side (7.3) and one is directed to the starboard side (7.2) and that an actuator (8) is arranged in the outflow channel (6) for deflecting the water flow.