DE2438305A1

DE2438305A1 - Querschubanlage fuer ein schiff

Info

Publication number: DE2438305A1
Application number: DE2438305A
Authority: DE
Inventors: Michael Leslie Ryall
Original assignee: Weir Pumps Ltd
Current assignee: Weir Pumps Ltd
Priority date: 1973-08-16
Filing date: 1974-08-09
Publication date: 1975-04-03
Also published as: FR2240862A1; NO742936L; SE7410420L; NL7410973A; DK434374A; IT1016833B

Description

PATENTANWÄLTE

DR.-ING. VON KREISLER DR.-ING. SCHDNWALD DR.-ING. TH. MEYER DR. FUES DIPL.-CHEM. ALEK VON KREISLER DIPL-CHEM. CAROLA KELLER DR.-ING. KLOPSCH DIPL-ING. SELTING

KÖLN i, DEICHMANNHAUS

8. August 1974 Sch-DB/Ko

Weir Pumps Limited

Cathcart Works, Glasgow / Schottland

Querschubanlage für ein Schiff

Die Erfindung betrifft Propeller und Pumpen, die dem Schiffsvortrieb dienen, insbesondere Seitentrieb- bzw. Querschubanlagen, die vorwiegend zum Manövrieren eines Schiffes auf beschränkten Raum, z.B. im Dock, dienen. Es sind viele Arten solcher Anlagen bekannt, und die Erfindung bezieht sich auf solche Querschubanlagen, bei denen der Schiffsvortrieb dadurch erzeugt wird, daß Wasser durch einen in einem Kanal untergebrachten Propeller (im allgemeinen Axialschaufelrad) gepumpt wird.

Bei derartigen bekannten Anlagen wird der Propeller entweder von einem Elektromotor, einem Dieselmotor oder einer Dampfturbine bzw. einer anderen Kraftmaschine angetrieben, die mechanisch über eine Welle

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und häufig über ein Getriebe mit dem Propeller gekuppelt ist. Alternativ kann der Anschluß des Propellers an die Kraftmaschine über eine Öldrucktransmission, z.B. eine hydrostatische Pumpe oder einen entsprechenden Motor erfolgen. Eine Umsteuerung der Schubrichtung ergibt sich bei diesen bekannten Anlagen auf verschiedene Weise, beispielsweise durch Umkehr der Drehrichtung des Propellers, Umstellung der Steigung der Propellerflügel (Verstellpropeller) oder Ablenkung des Wasserstromes zu oder von dem Propeller an seiner Einlaß- bzw. Auslaßseite.

Die diese Prinzipien benutzenden Anlagen haben jedoch verschiedene Nachteile. Die beiden zuerst erwähnten Schubanlagen, bei denen ein Richtungswechsel durch Umsteuerung des Wasserstromes in dem Propellerkanal erfolgt, erfordern komplizierte Umsteuermechanismen, die teuer sind und langsam arbeiten, da sonst der Vorgang der Strömungsumkehr der Wassersäule in dem Kanal außerordentlich hohe Trägheitskräfte und Drehmomente sowohl am Propeller als auch am Triebwerk erzeugt. Die bekannten Schubanlagen der dritten Konstruktionsart, bei denen der Propellerausstoß umlenkbar ist, sind vorteilhaft, weil sich die Schubrichtung rasch ändern läßt, tuben Jedoch den Nachteil, daß sie pro Schubeinheit einen erheblichen Leistungsaufwand erfordern, da die Ablenkmittel einen übermäßigen hydraulischen Strömungswiderstand hervorrufen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die erwähnten Nachteile zu überwinden, indem die hydraulische Leistungsfähigkeit einer einseitig gerichteten Strömung durch den

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Propeller mit einer einfachen und robusten Schubumsteuervorriehtung kombiniert wird, die nur einen minimalen Strömungswiderstand verursacht.

Diese Aufgabe wird durch eine Querschubanlage gelöst, die gekennzeichnet 1st durch Wasserführungen, die aus einem Einlaßkanal und zwei von diesem abgehenden Auslaßkanälen gebildet und im Schiffsrumpf unter seiner Wasserlinie so angeordnet sind, daß der Einlaßkanal mit einer Einlaßöffnung im Boden des Schiffsrumpfes und die Auslaßkanäle mit Auslaßöffnungen auf gegenüberliegenden Seiten des Schiffsrumpfes in Verbindung stehen, durch einen Propeller, der in den Einlaßkanal um seine senkrechte Achse rotierbar eingebaut und an einen Antrieb angeschlossen ist sowie durch einen verstellbaren Wasserumlenker innerhalb der Wasserführungen an der Übergangsstelle des Einlaßkanales in die Auslaßkanäle, der je nach seiner Einstellung den Wasserstrom vom Propeller entweder ganz oder teilweise zu den beiden Auslaßkanälen lenkt, wodurch das Schiff einen effektiven Querschub in Richtung entgegengesetzt zur Wasserabströmung aus dem Auslaßkanal erfährt.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein mit der beanspruchten Quersohubanlage ausgerüstetes Schiff ist ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Anmeldung.

Die Erfindung wird anhand in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

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Figur 1 einen Schnitt eines Schiffsbuges zur Veranschaulichung einer Querschubanlage gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,

Figur 2 einen Schnitt ähnlich Figur 1 zur Darstellung des in bezug auf
der Schubanlage,

des in bezug auf Figur 1 um 90° gedrehten Umlenkers

Figur 3 einen Schnitt ähnlich Figur 1 zur Darstellung des in bezug auf Figur 1 um 18O gedrehten Umlenkers,

Figur 4 einen Schnitt ähnlich Figur 1 zur Veranschaulichung einer zweiten Ausführungsform der Querschubanlage,

Figur 4a einen Schnitt längs der Linie X-X in Figur 4 (Draufsicht),

Figur 5 einen Schnitt ähnlich Figur 4, wobei der Umlenker in bezug auf seine Stellung in Figur 4 um 90° gedreht ist,

Figur 6 einen Schnitt ähnlich Figur 4, wobei der Umlenker in bezug auf seine Stellung in Figur 4 um l80° gedreht worden ist,

Figur 7 einen Schnitt zur Veranschaulichung einer weiteren AusfUhrungsmöglichkeit eines Umlenkers.

Eine Seitenvortrieb- oder Querschubanlage weist einen Axialpropeller 1 auf, dessen Welle im wesentlichen senkrecht in oder bei der Mittellinie eines Schif-

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fes 10 in einem Kanal 2 gelagert und an einen Antrieb 11 angeschlossen ist» Um bei Ausnutzung der Schubanlage für den Bugvortrieb ein maximales Wendemoment des Schiffes zu erreichen, ist der Kanal 2 an dem Vorschiff soweit vorne anzubringen als technisch möglich ist. Der vom Propeller 1 angesaugte Wasserstrahl passiert den Kanal 2 in Richtung verstellbarer Wasserumlenker 3_S die so angeordnet sind, daß der Wasserstrom von ihnen ganz oder teilweise zu zwei Querkanälen 4, 5 gelenkt oder gleichmäßig zwischen diesen aufgeteilt wird. Die Kanäle 2, 4 und 5 können kreisförmigen, quadratischen oder rechteckigen Querschnitt aufweisen. Die Querkanäle 4 und 5 verlaufen im wesentlichen waagerecht und sind zur Schiffslängsachse rechtwinklig angeordnet. Der aus dem Querkanal 4 austretende Wasserstrahl vermittelt einen querschiffsgerichteten Schub nach der einen Seite, während der aus dem Querkanal 5 austretende Wasserstrahl einen entgegengesetzt gerichteten Schub erzeugt. Wird der Wasserstrom zwischen den Querkanälen 4 und 5 gleichmäßig aufgeteilt, so ist die effektive Querschubleistung gleich Null.

Zur Verringerung der Größe und des Gewichtes der Schubanlage und zur Herabsetzung von Druckverlusten im Umlenker 3 ist dieser mit einer Kaskade von Leitflügeln 6 und mindestens einem TrägerteH ¹J ausgestattet. Zahlreiche mögliche Konstruktionen des Umlen- · kers 3 sind in der Lage, den Wasserstrom wirksam zu führen und gegebenenfalls in seiner Richtung umzulenken und zwei derartige Beispiele werden nachfolgend erläutert.

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Bei der ersten Ausführungsform (Figuren 1, 2 und 3) ist der Umlenker 3 einstückig ausgebildet und besteht aus einem im wesentlichen zylindrischen hohlen Trägerteil 7, der sich an der Verbindungsstelle der Einlaß- und Auslaßkanäle befindet, wobei seine Achse im wesentlichen senkrecht so ausgerichtet ist, daß sie von einem Servomotor 12 um die gleiche Achse wie der Propeller 1 um etwa 180 geschwenkt werden kann.

Die Kaskade von Leitflügeln 6 ist innerhalb des Trägerteiles 7 untergebracht, wobei die einzelnen Leitflügel schräg übereinander mit im wesentlichen waagerechten Längsachsen angeordnet sind. In dem Trägerteil 7 befindet sich ein schräger, zur Leitflügelkaskade im wesentlichen paralleler Ausschnitt, durch den der vom Propeller erzeugte Wasserstrahl nach oben durch den Trägerteil strömt und von der Leitflügelkaskade in einen oder in beide Querkanäle abgelenkt wird.

In der Einstellung gemäß Figur 1 lenkt der Umlenker den gesamten Wasserstrom mit geringem Strömungsverlust nur zu dem Querkanal 4, da der Trägerteil 7 Leckströme durch den anderen Querkanal 5 wirksam abdichtet. Wird der Umlenker um 90° gedreht (Figur 2), so kann der Wasserstrom vom Propeller 1 beide Querkanäle 4 und 5 passieren, wodurch auf das Schiff kein effektiver Querschub einwirkt. Wird der Umlenker um weitere 90° gedreht (Figur 3)* so gelangt der gesamte Wasserstrom - wiederum mit minimalem Strömungsverlust - zu dem Querkanal 5» da der Durchlaß des Querkanales 4 von dem Trägerteil 7 abgesperrt wird. Bei

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Einstellungen zwischen denjenigen der Figuren 1, 2 und 3 wird der Wasserstrom durch die Kanäle ungleichmäßig verteilt, und es ergeben sich Zwischenwerte des effektiven Querschubes. Zur Drehung des Umlenkers von einer Endstellung über die Neutralstellung in die andere Endstellung innerhalb weniger Sekunden ist ein verhältnismäßig geringes Drehmoment erforderlich. Durch geeignete Wahl der Abmessungen des Umlenkers läßt sich der Strömungswiderstand vom Propeller für alle Umlenkerstellungen auf einem Minimum halten, wodurch gewährleistet ist, daß die für den Propeller erforderliche Wellenkraft und der Hydraulikdruck auf den Propellerflügel unabhängig von der Stellung der Umlenkerorgane im wesentlichen unverändert bleibt.

Bei der zweiten Ausführungsform gemäß Figuren 4 bis ist der Umlenker 3 um eine im wesentlichen waagerechte Achse schwenkbar, die zur Ebene .der Achsen der Querkanäle 4 und 5 senkrecht gerichtet ist. Ein Umlenker mit einer solchen Schwenkachse ist aus zwei separat drehbaren UmlenkerOrganen 8 und 9 aufgebaut, die in bezug auf die Propellerwelle 13 (Figur 4a) längsschiffs angeordnet sind. Jedes Umlenkorgan weist eine gebogene Oberplatte 1OA und zwei Seitenplatten HA auf, die gemeinsam ein schwenkbares Gehäuse für eine Kaskade von Umlenkerflügeln bilden. Wenn die beiden Sätze von UmlenkerflügeIn gemäß Figur 4a eingestellt sind, wird der gesamte Wasserstrom vom Propeller in Richtung der einen Schiffsseite gedrängt. Wenn nur ein Satz der Umlenkerflügel um 90° gedreht wird_s gelangt über diesen Satz von UmlenkerflügeIn eine Hälfte des von dem Propel-

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ler ausgehenden Wasserstromes zur anderen Schiffsseite, während die andere Hälfte des Wasserstromes weiterhin durch den anderen Satz von UmlenkerflügeIn zu der einen Schiffsseite strömt, wodurch kein effektiver Querschub auf das Schiff einwirkt (Figur 5)· Durch Verschwenkung des zweiten Satzes der UmlenkerflUgel um 90 (Figur 6) wird der gesamte Wasserstrom zur anderen Schiffsseite gedrückt. Während des Fahrbetriebes können die Sätze von UmlenkerflugeIn nacheinander zur Einwirkung kommen, wodurch die zu beliebiger Zeit aufzuwendende gesamte Drehverstelleistung verringert wird.

Jeder der beispielsweise beschriebenen Umlenker läßt sich zur Verringerung der Beschädigungsgefahr bei Seegang eehr robust ausführen. Außerdem erlaubt die so niedrig wie möglich an dem Schiff vorgesehene Anbringung des Propellers eine maximale effektive Saughöhe und Eintauchung, vermindert Kavitation an den Propellerflügeln und vermittelt einen wirksamen Betrieb der Querschubanlage bei stürmischem Wetter, wenn die Querkanalanlagen mit Verstellpropeller ausfallen können.

Bei einer weiteren nicht gezeichneten Ausführungsform können in der Seite eines zylindrischen Trägerteiles 7 mehrere Durchbrechungen ausgebildet sein, die so angeordnet sind, daß sie zu den beiden Querkanälen 4 und 5 Wasser durchlassen, wenn die Umlenkerflügel um 90° in ihre Zwischenstellung gemäß Figur 2 geschwenkt worden sind.

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Bel einer In Figur 7 veranschaulichten Abwandlung der beschriebenen Ausführungsmöglichkeiten ist der Umlenker mit einem Leitflügelgitter 14 versehen, das außenbords der im wesentlichen waagerechten Querkanäle 4 und 5 angebracht ist. Ein solches Leitflügelgitter ermöglicht eine Ablenkung der Abströmungen derart, daß sie längsschiffs jeweils eine ähnliche Gesohwindigkeitskomponente erlangen. Mit dieser Anordnung kann die beschriebene Querschubanlage sowohl zur Erzeugung eines geringen Längsschiffsschubes als auch des Querschubes, für den sie primär angebracht ist, ausgenutzt werden. Dies kann für ein Manövrieren ohne die Hauptvortriebsmaschinen und für einen Notantrieb bei Versagen des Hauptvortriebaggregates nützlich sein.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen haben den Vorteil, daß sie einfach und robust aufgebaut sind, wodurch sich die Möglichkeit ergibt, einen herkömmlichen Gußpropeller und eine preiswerte Umlenkerkaskade zu verwenden: Im übrigen ist wegen der Verwendung eines einseitig wirkenden Propellers und der geringen Strömungsverluste in dem Kanal pro Schubeinheit bei gegebener Einheitengröße nur ein geringer Leistungsaufwand erforderlich. Auch hohe Schwingungsmomente werden vermieden, wodurch geringste Kosten und maximale Betriebssicherheit der Antriebsmittel und des Übertragungssystemes gewährleistet sind, während gleichzeitig bei geringer aufzubringender Umlenkkraft eine rasche Umkehr der Schubrichtung erreicht wird.

Die senkrechte Anbringung des' Propellers weit unten am Vorschiff bewirkt eine Verstärkung der Eintauchung

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und der effektiven Saughöhe, wodurch Kavitationsprobleme verringert und ein wirkungsvoller sicherer Betrieb der Anlage selbst bei starkem Seegang gewährleistet werden. Durch den einfachen Aufbau wird auch die Wartung erleichtert, weil keine unzugänglichen Zahnwerke oder hydraulischen Versteilorgane in der Propellernabe vorgesehen sind, wie dies bei vielen bekannten Anlagen der Fall ist. Die erfindungsgemäße Querschubanlage läßt sich so konstruieren, daß alle Dichtungen, Lager sowie Transmissionsund Antriebswerke auf See gewartet und erforderlichenfalls repariert werden können. Außerdem bewirken die zusätzlichen Leitflügel an den Enden der Querkanäle auf beiden Schiffsseiten, daß die Anlage einen längssohiffs gerichteten Schub erzeugen kann.

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Claims

Ansprüche

1. /3,uerschubanlage für ein Schiff, g e k e η η -

zeichnet durch Wasserführungen (2, 4, 5), die aus einem Einlaßkanal (2) und zwei von diesem abgehenden Auslaßkanälen (Querkanäle 4, 5) gebildet und im Schiffsrumpf unter seiner Wasserlinie so angeordnet sind, daß der Einlaßkanal (2) mit einer Einlaßöffnung im Boden des Schiffsrumpfes und die Auslaßkanäle (4, 5) mit Auslaßöffnungen auf gegenüberliegenden Seiten des Schiffsrumpfes in Verbindung stehen, durch einen Propeller (1), der in den Einlaßkanal (2) um seine senkrechte Achse rotierbar eingebaut und an einen Antrieb (11) angeschlossen ist und durch einen verstellbaren Wasserumlenker (3) innerhalb der Wasserführungen (2, 4, 5) an der Übergangsstelle des Einlaßkanales (2) in die Auslaßkanäle (4, 5), der je nach seiner Einstellung den Wasserstrom vom Propeller (1) entweder ganz oder teilweise zu den beiden Auslaßkanälen (4, 5) lenkt, wodurch das Schiff einen effektiven Querschub in Richtung entgegengesetzt zur Wasserabströmung aus dem Auslaßkanal (4, 5) erfährt.

2. Querschubanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Längsachsen der Auslaßkanäle (4, 5) im Schiffsrumpf (10) rechtwinklig zur Schiffslängsachse gerichtet verlaufen.

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3· Querschubanlage nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die senkrechte Achse des Einlaßkanales (2) am Bug des Schiffes auf oder bei seiner Mittellinie liegt.

4. Querschubanlage nach den Ansprüchen 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, daß der Umlenker (3) eine Kaskade von Leitflügeln (6) aufweist, die je nach Einstellung des Umlenkers (3) den Wasserstrom vom Einlaßkanal (2) zu diesem oder jenem Auslaßkanal bzw. zu beiden Auslaßkanälen (4, 5) lenken.

5. Querschubanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Umlenker (3) in den Auslaßkanälen (4, 5) um die gleiche Achse wie der Propeller (1) drehbar angeordnet ist.

6. Querschubanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Umlenker (3) um eine Achse drehbar ist, die zu den Längsachsen des Einlaßkanales (2) und der Auslaßkanäle (4, 5) senkrecht gerichtet ist, und daß die Leitflügelkaskade (6) des Umlenkers (3) zwei separat drehbare Sätze von Leitflügeln (8, 9) aufweist, von denen je einer zu beiden Seiten der Propellerwelle (13) axial gerichtet angebracht ist.

7. Querschubanlage nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Umlenker (3) mittels «ines Servomotors (12) drehverstellbar ist.

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8. QuerSchubanlage nach den Ansprüchen 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß an den außenbordseitigen Enden der Auslaßkanäle (4, 5) LeitflUgel (14) angebracht sind, die den Wasserausstoß so ablenken* daß er eine zum Schiffsbug oder -heck gerichtete Schubkomponente erzeugt.

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