EP0540868B1 - Strömungsleitvorrichtung - Google Patents
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- EP0540868B1 EP0540868B1 EP92115977A EP92115977A EP0540868B1 EP 0540868 B1 EP0540868 B1 EP 0540868B1 EP 92115977 A EP92115977 A EP 92115977A EP 92115977 A EP92115977 A EP 92115977A EP 0540868 B1 EP0540868 B1 EP 0540868B1
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- flow guiding
- guiding device
- shroud
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
- B63H5/00—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water
- B63H5/07—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers
- B63H5/14—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers characterised by being mounted in non-rotating ducts or rings, e.g. adjustable for steering purpose
- B63H5/15—Nozzles, e.g. Kort-type
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
- B63H25/00—Steering; Slowing-down otherwise than by use of propulsive elements; Dynamic anchoring, i.e. positioning vessels by means of main or auxiliary propulsive elements
- B63H25/06—Steering by rudders
- B63H25/38—Rudders
- B63H25/381—Rudders with flaps
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
- B63H5/00—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water
- B63H5/07—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers
- B63H5/08—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of propellers of more than one propeller
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- B63H25/00—Steering; Slowing-down otherwise than by use of propulsive elements; Dynamic anchoring, i.e. positioning vessels by means of main or auxiliary propulsive elements
- B63H25/06—Steering by rudders
- B63H25/38—Rudders
- B63H2025/387—Rudders comprising two or more rigidly interconnected mutually spaced blades pivotable about a common rudder shaft, e.g. parallel twin blades mounted on a pivotable supporting frame
Definitions
- the invention relates to a flow control device in combination with a ship's propeller in the form of a propeller casing, which is connected to the ship, part of the propeller casing being arranged in the propeller plane and with the front or rear region of the propeller casing an approximately horizontally running flow guide fin is connected, which connects the propeller casing to the hull.
- Flow guiding devices for ship propellers are known in different designs.
- full ring nozzles with a wing profile such as Kort nozzles, are used, which enclose the entire propeller circuit as closed rings.
- These arrangements significantly improve the propulsion quality for ships with higher levels of thrust, such as tugs, push boats or trawlers, for lower ship speeds and higher levels of thrust.
- Their use in ship types with lower degrees of thrust and higher ship speeds, such as freight and passenger ships or ferry ships, is limited by the inherent resistance of the full ring nozzle, which increases roughly square with the ship speed.
- the propeller load which is only low on most merchant ships, can even lead, for example with a large propeller diameter and low output, to that a Kort nozzle leads to a deterioration in efficiency.
- Kort nozzles As a criterion for the use of Kort nozzles, "load levels" are used, in which the drive power or thrust is in the numerator, in the denominator there is a product in which the inflow velocity is in the third or second power. In the criterion for the use of Kort nozzles, the inflow velocity averaged over the propeller disk area is usually taken into account for the inflow velocity. If the effect of the Kort nozzle is now limited to the upper half of the propeller disk area, the local inflow velocity prevailing in this area is to be expected, which depending on the shape of the ship is considerably lower than the mean inflow velocity.
- the object of the invention is to provide an improvement of generic arrangements which enables propulsion to be improved and which can be used to reduce propeller-induced vibrations and which ensures subsequent installation in a simple manner.
- This combination creates a cooperative system that advantageously reduces the drive power requirement. Furthermore, the propeller inflow velocity is made uniform and thus contributes to the reduction of the vibration excited by the propeller. Modern cargo ships are particularly sensitive to these vibrations, since the deckhouses with living facilities and the ship's command center are located very far to the rear, often directly above the propeller.
- the saddle nozzle also has the advantage that an increased distance between the propeller wing tips and the base line need not be required.
- propeller and rudder must always be accommodated with a saddle nozzle.
- the performance savings that can be achieved with the saddle nozzle are more than 10% for the ship types under consideration and thus more than the profits with other propulsion-improving measures.
- Cavitation can also develop with this arrangement according to the invention.
- the effect of the cavitation bubbles formed on the inner wall of the nozzle is alleviated in two ways by the circumferential grooves.
- the grooves swirl the boundary layer more, so that larger cavitation bubbles are broken down into many smaller ones, whereby the implosions lose strength in detail.
- the cavitation bubbles such as floating objects, are pushed away from the inner wall of the nozzle.
- the smallest inside diameter of the nozzle need not be in the propeller area, since the saddle nozzle can be lifted over the propeller when it is installed.
- the nozzle nose is cheap to give a slightly larger radius, since the direction of flow here shows greater differences than usual for aircraft hydrofoils.
- the profile of the saddle nozzle is formed as a simple shape profile from essentially cylindrical and conical surfaces, as developed by Schuschkin and Heuser.
- a favorable design can consist in the fact that the saddle nozzle or the fins have end disks or winglets.
- the approximately radially arranged flow guide surfaces as fins have a static and a hydrodynamic task. These fins statically stiffen the saddle nozzle, and the connection to this saddle nozzle in turn protects the fins from excessive stresses in the sea. When placed in front of the saddle nozzle, the fins hydrodynamically give the propeller inflow a pre-twist against the direction of rotation of the propeller, so that the flow leaves the propeller with less swirl losses. If the fins are arranged behind the propeller in a rotatable arrangement, they recover part of the swirl energy from the propeller outflow.
- the fins can be designed so that they take on other tasks. They can be arranged so strongly swept that they serve as ice deflectors. Furthermore, they can also be pulled in the manner of so-called Grothues spoilers on the side facing the hull with their leading edge so that they redirect the downward flow often present on the ship's outer skin in the propeller area into the horizontal.
- a certain sweep is usually advisable so that the average distance between the rear edge of the fins and the propeller is not too small.
- DE-OS 19 38 480 shows a Kort nozzle as a propeller casing, an annular groove running in the inner wall of the nozzle being arranged with a swirl against the propeller pitch.
- a combination is also known from GB 2 063 378 A 1, with end disks forming an extension of a pre-nozzle. Furthermore, from DE-Z Hansa No. 19, 1962, page 1841, it can be seen that a full ring nozzle with a fixedly connected rudder is reinforced by surfaces attached to the side of the nozzle.
- the illustrated contour of a ship's hull 1 with a construction water line 9 is provided with a rudder spur 2 which carries an oar 3.
- a propeller 4 is arranged with a propeller hub 5 and has a propeller wing tip circle 14.
- the propeller 4 is assigned a propeller casing 6 in the manner of a saddle nozzle.
- the propeller casing 6 is connected with the interposition of a connecting element 8 to the stern or the gill of the hull 1.
- the frame contour 11 is shown in FIG. 2 as a connecting zone.
- At the front end of the propeller casing 6 there is a horizontal flow guide surface 7 connected with its end regions, which is guided approximately radially over the region of the stern tube.
- the propeller casing 6 has grooves 10 on the side facing the propeller 4. According to FIGS. 4 and 5 additionally arranged in partial areas of grids 13, which form corresponding recesses 12.
- the arrangement of grids 12, 13 in the lower region of the propeller casing 6 reduces the triggering of pressure pulses when the propeller blades are blown past.
- the pressure impulses are caught by the wall behind. This means that for the flow the gap between the wing tip and the inner wall of the nozzle is small, for the pressure impulses the wall distance from the wing tip does not change suddenly.
- the continuation of the nozzle profile is designed with an increasing distance between the inside of the nozzle and the propeller wing tip circle 14, the entry and exit area increasing to at least 4% of the propeller radius.
- the lower parts of the propeller shell can be formed from a flexible material, so that the impulses emanating from the wing tips are transmitted less.
- propeller casing 6 may also be expedient to arrange the propeller casing 6 taking into account the following instructions: Since the propeller inflow is usually directed slightly upwards and the flow converges towards the center when viewed from above, it makes sense to adapt the nozzle profile direction to the flow direction.
- the position of the propeller casing and the horizontal flow guide surface 7 is determined in accordance with the existing conditions. In length, it should often be favorable that about two-thirds to three-quarters of the propeller shroud 6 lies in front of the propeller wing tip circle 14. For statics and rigidity of the construction, it is advantageous if the horizontal guide surface 7 projects into the propeller casing. The rear edge of the horizontal flow guide surface 7 should be arranged to the rear as far as the power saving and vibration security allow. If necessary, a connecting element must be created between the flow guide surface 7 and the propeller casing 6.
- the profile shape of the propeller casing 6 is to be adapted to the shape of the ship and propeller, as well as the propeller load. Since the propeller 4 is not fully encased, the use of a Kaplan propeller makes little sense.
- the flow guide surface 6 is rotatably arranged on the hull 1 via a bearing 15.
- the rudder 3 on the rudder horn 2 is also pivoted.
- the direction of flow is identified by a reference number 16.
- FIG. 9 a flow guide device 6 for a double screw arrangement is shown in FIG. 9.
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Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine Strömungsleitvorrichtung in kombination mit einem Schiffspropeller in Form einer Propellerummantelung, wobei diese mit dem Schiff in Verbindung steht, wobei ein Teil der Propellerummantelung in der Propellerebene angeordnet ist und mit dem Vorder- oder Hinterbereich der Propellerummantelung eine etwa horizontal verlaufende Strömungsleitflosse verbunden ist, die die Propellerummantelung mit dem Schiffskörper verbindet.
- Strömungsleitvorrichtungen für Schiffspropeller sind in unterschiedlichen Ausbildungen bekannt. Hierbei werden Vollringdüsen mit einem Tragflügelprofil, wie Kortdüsen, eingesetzt, die als geschlossene Ringe den gesamten Propellerkreis umschließen. Diese Anordnungen verbessern bei Schiffen mit höheren Schubbelastungsgraden, wie bei Schleppern, Schubbooten oder Trawlern, bei kleineren Schiffsgeschwindigkeiten und höheren Schubbelastungsgraden den Propulsionsgütegrad erheblich. Ihr Einsatz bei Schiffstypen mit geringeren Schubbelastungsgraden und höheren Schiffsgeschwindigkeiten, wie Fracht- und Fahrgastschiffen oder Fährschiffen, ist durch den mit der Schiffsgeschwindigkeit etwa quadratisch zunehmenden Eigenwiderstand der Vollringdüse begrenzt.
- Ferner sind zur Ausbildung von Strömungsleitflächen vor dem Propeller Anordnungen gemäß der DD-B-238 586 und DE-A-36 20 540 bekannt. Bei dieser Ausbildung gemäß DE-A-36 20 540 ragt das Oberteil der Strömungsleitfläche geringfügig über den Propeller und ist über Strömungsleitflächen mit dem Schiffskörper verbunden. Diese Anordnung ist nicht geeignet Propellerschwingungen wesentlich zu reduzieren. Bei den zur Anordnung vor dem Propeller geeigneten Strömungsleitvorrichtungen hat sich insbesondere wegen ihrer funktionellen und konstruktiven Vorzüge eine Anordnung gemäß der DE-B-32 16 578 durchgesetzt.
- Es ist weiterhin auch eine Anordnung zur Verbesserung des Schwingungsverhaltens und der Propulsion durch einen bogenförmigen Tragflügel in der Propellerebene oberhalb des Propellers gemäß DE-A-22 50 754 bekanntgeworden, bei dem jedoch die aus dem Flügeleintritt und Flügelaustritt resultierenden Schwingungsprobleme nicht gelöst wurden.
- Somit besteht der Mangel, daß bisher keine für die allgemeine Anwendung bei Schiffen mit Propellern mittelstarker Schubbelastungsgrade eine geeignete Lösung zur Propulsionsverbesserung, Schwingungsreduktion und Verbesserung der Seegangs- bzw. Steuereigenschaften bekannt ist.
- Beim Einsatz einer Kortdüse ist es bekannt, daß bei hohen Schubbelastungsgraden, wie sie bei Schleppern und Schubbooten erreicht werden, Schub und Wirkungsgrad um bis zu 30 % verbessert werden. Bei Fracht fahrenden Seeschiffen wird dagegen mit Kortdüsen selten mehr als 7 % Verbesserung erreicht.
- Die bei den meisten Handelsschiffen nur geringe Propellerbelastung kann, beispielsweise bei großem Propellerdurchmesser und kleiner Leistung, sogar dazu führen, daß eine Kortdüse zu einer Wirkungsgradverschlechterung führt.
- Als Kriterium für die Verwendung von Kortdüsen dienen "Belastungsgrade", bei denen im Zähler Antriebsleistung oder Schub, im Nenner ein Produkt steht, bei dem die Anströmgeschwindigkeit in der dritten oder zweiten Potenz steht. Beim Kriterium für Kortdüsenverwendung wird normalerweise für die Anströmgeschwindigkeit die über der Propellerdiskfläche gemittelte Anström-geschwindigkeit berücksichtigt. Wird nun die Wirkung der Kortdüse auf die obere Hälfte der Propellerdiskfläche beschränkt, dann ist mit der in diesem Bereich herrschenden örtlichen Anströmgeschwindigkeit zu rechnen, die je nach Schiffsform erheblich niedriger als die mittlere Anströmgeschwindigkeit ist. Dieses bedeutet, daß für die obere Düsenhälfte die Kennziffer für die Propellerbelastung im Vergleich zu dem Fall mit einer Kennziffer für die gesamte Kortdüse anwächst. In vielen Fällen bedeutet ein kleiner Gewinn durch eine Vollring-Kortdüse, daß ein großer Gewinn für den oberen Sektor und ein kleiner Verlust für den unteren Sektor vorhanden ist.
- Daraus läßt sich ableiten, daß es für einen weiten Bereich üblicher Handelsschiffe - in bezug auf den Wirkungsgrad - günstig ist, eine Teildüse nur im oberen Sektor zu installieren. Ein Grund, weshalb eine derartige Ausbildung nicht praktiziert wird, liegt in der Tatsache begründet, daß eine "halbe" bzw. eine partielle Düse keine Ringsteifigkeit besitzt. Es ist nämlich schwierig, eine partielle Düse so steif zu machen, daß sie sich unter hydrodynamischen und anderen Belastungen nicht verformt. Bei einem wünschenswert kleinen Spalt zwischen Düseninnenwand und Propellerflügelspitzenkreis besteht ferner der Mangel, daß die Düsenseitenflanken im Betrieb elastisch nach innen gedrückt werden und der Propeller die Düseninnenseiten berühren kann, wobei Beschädigungen von Düse und Propeller gekoppelt mit einem Wirkungsgradverlust auftreten. Eine Teildüse wäre zwar auf einfache Weise hinreichend fest, aber nur mit großem Aufwand hinreichend steif zu bauen. Bekannt sind deshalb nur Kortdüsenausschnitte von weniger als einem Viertelkreisumfang über dem oberen Propellersektor.
- In der Praxis werden nicht nur Düsenhalbschalen nicht genutzt, sondern auch die aus Modellversuchen bekannten horizontalen Leitflächen zur Vordrallerteilung an die Propellerzuströmung sind kaum gebräuchlich. Es wird befürchtet, daß eine Beschädigung als Folge von Slamming-Effekten im Seegang auftritt.
- Es hat sich in der Seeschiffahrt gezeigt, daß Kortdüsen insbesondere aus drei Gründen nicht gern angewendet werden. Dieses sind:
- eine nur geringe Wirkungsgradverbesserung im Verhältnis zum Aufwand;
- eine wirkliche oder auch nur vermeintliche Gefahr der Betriebsstörung durch Gegenstände, die sich zwischen Propellerflügelspitze und Düseninnenwand festklemmen;
- eine Kavitationsanfälligkeit.
- Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verbesserung von gattungsgemäßen Anordnungen zu schaffen, die eine Propulsionsverbesserung ermöglicht und zur Reduktion von propellererregten Schwingungen einsetzbar ist sowie einen nachträglichen Einbau auf einfache Weise gewährleistet.
- Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Kombination,
- daß die Propellerummantelung als Satteldüse in der Propellerebene den Propeller im oberen Propellersektor mit einem Umschlingungswinkel zwischen 100 und 300 Grad umgibt,
- daß in der Propellerebene zwischen Innenwand der Propellerummantelung und Flügelspitzenkreis des Propellers sich der Abstand im Ein- bzw. Austrittsbereich auf mindestens 4 % vom Propellerradius gleichmäßig vergrößert.
- Durch diese Kombination wird ein zusammenwirkendes System geschaffen, das in vorteilhafter Weise den Antriebsleistungsbedarf verringert. Weiterhin wird die Propelleranströmgeschwindigkeit vergleichmäßigt und trägt damit zur Reduktion der vom Propeller erregten Vibration bei. Moderne Frachtschiffe sind gegen diese Vibrationen besonders empfindlich, da die Deckshäuser mit Wohneinrichtungen und Schiffsführungszentrale sehr weit hinten, oft direkt über dem Propeller angeordnet sind.
- Diese Anordnung als Satteldüse ist sowohl an Neubauten als auch zur Nachrüstung von Schiffen, die zunächst ohne Satteldüse konzipiert worden sind, günstig. Bei Nachrüstungen kann normalerweise der gesamte Anschluß von außen vorgenommen werden. Auch werden keine Bauteile ausgebaut oder ausgetauscht. Es sind nur zusätzliche Teile anzubringen.
- Die Satteldüse weist für Nachrüstungen gegenüber der Kortdüse auch den Vorteil auf, daß nicht ein erhöhtes Abstandsmaß der Propellerflügelspitzen von der Basislinie gefordert zu werden braucht. Bei üblicher Konfiguration von Schiffskörper, Propeller und Ruder ist immer eine Satteldüse unterzubringen.
- Die Gefahr, daß sich schwimmende Gegenstände zwischen Propellerflügelspitze und Düseninnenwand festklemmen, ist für die Satteldüse aus zwei Gründen geringer als für konventionelle Kortdüsen. Einmal ist die Satteldüse nach unten offen. Wenn sich ein eingeschwommener Gegenstand noch um ein Stück mitbewegen läßt, wird er unten freigegeben. Weiterhin kann durch die entsprechenden Nuten in der Propellerummantelung die Grenzschicht verdickt werden. Hierdurch werden etwaig einschwimmende Gegenstände nach innen in Richtung Nabe abgedrängt.
- Durch diese Ausbildung wird zwar der Düseneigenwiderstand etwas vergrößert, aber der Antriebsleistungsbedarf kaum erhöht, da infolge der Grenzschichtverdickung die Spaltverluste zwischen Propellerflügelspitzenkreis und Düseninnenwand erheblich verringert werden.
- Zusammenfassend setzen sich die Leistungsgewinne der erfindungsgemäßen Propellerummantelung als Satteldüse aus folgenden Komponenten zusammen:
- Energierückgewinn aus einem größeren Nachstromvolumen, das sonst oberhalb des Propellers abfließt;
- Vortriebsgewinn aus dem propellerinduzierten Vortrieb der Satteldüse;
- Vortriebsgewinn durch die Vordrallerzeugung bzw. Entdrallung des Propellerstrahls durch die Strömungsleitflossen;
- Verbesserung des Propellerwirkungsgrades durch die Verringerung des Schubbelastungsgrades;
- Verbesserung des Propellerwirkungsgrades durch die vergleichmäßigte Anströmung;
- Widerstandsminderung durch die strömungsgünstige Verbindung der Satteldüse mit Hinterschiff, Gillung und Ruderpfosten.
- Die mit der Satteldüse erreichbaren Leistungseinsparungen liegen bei den in Betracht kommenden Schiffstypen über 10 % und damit über den Gewinnen mit anderen propulsionsverbessernden Maßnahmen.
- Weitere Ausgestaltungen sind durch die Merkmale der Unteransprüche gekennzeichnet.
- Bei einer drehbaren Anordnung wird neben der strömungstechnischen Nutzung der Schiffslänge durch Streckung der Hinterschiffslinien, eine Verminderung der Sogziffer erzielt.
- Auch bei dieser erfindungsgemäßen Anordnung kann sich Kavitation entwickeln. Jedoch wird die Wirkung der an der Düseninnenwand entstehenden Kavitationsblasen durch die umlaufenden Nuten auf zwei Arten gemildert. Einmal verwirbeln die Nuten die Grenzschicht stärker, so daß größere Kavitationsblasen in viele kleinere aufgelöst werden, wodurch die Implosionen im einzelnen an Stärke verlieren. Weiterhin werden auch die Kaviationsblasen, wie einschwimmende Gegenstände, von der Düseninnenwand abgedrängt.
- Bei einer fest angeordneten Propellerummantelung als Satteldüse braucht der kleinste Düseninnendurchmesser nicht im Propellerbereich zu liegen, da bei der Montage der Satteldüse diese über den Propeller hebbar ist. Gegenüber NACA-Profilen ist es günstig, der Düsennase einen etwas größeren Radius zu geben, da die Anströmrichtung hier größere Unterschiede aufweist als für Flugzeugtragflügel üblich.
- Eine Ausgestaltungsmöglichkeit besteht darin, daß das Profil der Satteldüse als Einfachform-Profil aus im wesentlichen zylindrischen und konischen Flächen gebildet ist, wie von Schuschkin und Heuser entwickelt.
- Eine günstige Ausbildung kann darin bestehen, daß die Satteldüse bzw. die Flossen Endscheiben oder Winglets aufweisen.
- Die etwa radial angeordneten Strömungsleitflächen als Flossen haben eine statische und eine hydrodynamische Aufgabe. Statisch steifen diese Flossen die Satteldüse aus, und der Anschluß an diese Satteldüse schützt die Flossen wiederum vor zu hohen Beanspruchungen im Seegang. Hydrodynamisch erteilen die Flossen dem Propellerzustrom bei Anordnung vor der Satteldüse einen Vordrall gegen die Propellerdrehrichtung, so daß die Strömung den Propeller mit geringeren Drallverlusten verläßt. Werden die Flossen bei einer drehbaren Anordnung hinter dem Propeller angeordnet, so gewinnen sie aus dem Propellerabstrom einen Teil der Drallenergie zurück.
- Die Flossen können so ausgebildet werden, daß sie noch weitere Aufgaben übernehmen. Sie können so stark gepfeilt angeordnet werden, daß sie als Eisabweiser dienen. Ferner können sie auch nach Art von sogenannten Grothues-Spoilern an der dem Schiffskörper zugewandten Seite mit ihrer Vorkante so nach oben gezogen werden, daß sie die an der Schiffsaußenhaut im Propellerbereich häufig vorhandene Fallströmung mehr in die Horizontale umlenken.
- Eine gewissen Pfeilung ist meist sinnvoll, um den mittleren Abstand der Hinterkante der Flossen vom Propeller nicht zu klein werden zu lassen.
- Es ist auch möglich, den Abstand Propeller / Strömungsleitfläche dadurch hinreichend groß zu halten, daß die Profillänge der Satteldüse groß ausgeführt wird oder dadurch, daß zwischen Satteldüse und Flosse ein statisches Verbindungselement wie eine Strebe angeordnet wird.
- Ohne Zusatzeinrichtungen könnte die Satteldüse durch den Ein- und Austritt der Propellerflügelspitzen in den Düsenbereich zu Vibrationen angeregt werden. Er findungsgemäß wird deshalb der Eintritts-Seitenbereich der Satteldüse so nach unten verlängert und so ausgebildet, daß die Annäherung der Flügelspitzen an die Düseninnenwand und die Spaltverkleinerung allmählich erfolgen. Auch die Austrittsseite kann so ausgebildet werden. Weitere Maßnahmen, die zur Minderung der möglichen Vibrationen führen, sind folgende:
- Verwendung von High-Skew-Propellern und Vermeidung von Kaplan-Propellern;
- Führung der Strömung über die Innenkante von Grids, wobei die Innenwandung der Satteldüse bereichsweise unterbrochen ist und die Strömung über die Innenkante von Grids leitbar ist. Grids, die von Bugstrahlrudern her bekannt sind, wirken durch ihre Eigenschaft, die Oberfläche für die Leitung der Strömung und für die Aufnahme der Druckimpulse zu trennen. Die Strömung bewegt sich dabei etwa senkrecht zu der Kante der Grids, die der Strömung zugewandt ist;
- elastische Ausbildung des unteren Satteldüsenbereiches so zu gestalten, daß dieser Bereich dem Druckimpuls etwas nachgibt.
- Selbstverständlich sind bei anderen Ausbildungen von Strömungsleitanordnungen beanspruchte Unterkombinationen bereits bekannt. So ist aus der DE-Z Hansa Nr. 11, 1974, Seite 1008, 1009 bekannt, eine Vollringdüse mit einem sogenannten Becker-Ruder zu kombinieren. Ferner zeigt de DE-OS 19 38 480 eine Kortdüse als Propellerummantelung, wobei eine in der Düseninnenwand verlaufende Ringnut mit einem Drall entgegen der Propellersteigung angeordnet ist.
- Es ist auch nach der GB 2 063 378 A 1 eine Kombination bekannt, wobei Endscheiben eine Verlängerung einer Vordüse bilden. Ferner ist aus der DE-Z Hansa Nr. 19, 1962, Seite 1841, zu entnehmen, eine Vollringdüse mit einem fest verbundenen Ruder durch seitlich von der Düse angebrachte Flächen zu verstärken.
- In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
- Fig. 1
- eine Seitenansicht einer Satteldüse,
- Fig. 2
- eine Querschnittdarstellung der Fig. 1 gemäß Linie II-II,
- Fig. 3
- eine Längschnittdarstellung einer Satteldüse,
- Fig. 4
- eine Längschnittdarstellung einer Satteldüse mit halbringförmigen Grids,
- Fig. 5
- eine Längschnittdarstellung durch eine Satteldüse mit umlaufenden Ringnuten und Grids,
- Fig. 6
- eine Querschnittdarstellung der Fig. 5 gemäß Linie VI-VI,
- Fig. 7
- eine Seitenansicht einer drehbaren Satteldüse mit einem mitschwenkenden Ruder,
- Fig. 8
- einen Horizontalschnitt gemäß Fig. 7,
- Fig. 9
- eine Ansicht in Längsschiffrichtung auf die Backbordseite einer Doppelschraubenanordnung mit Verbindungselementen zum Schiffskörper.
- Die dargestellte Kontur eines Schiffsrumpfes 1 mit einer Konstruktionswasserlinie 9 ist mit einem Rudersporn 2 versehen, der ein Ruder 3 trägt. In diesem Bereich ist ein Propeller 4 mit einer Propellernabe 5 angeordnet und besitzt einen Propellerflügelspitzenkreis 14. Dem Propeller 4 ist eine Propellerummantelung 6 in der Art einer Satteldüse zugeordnet. Die Propellerummantelung 6 ist dabei unter Zwischenschaltung eines Verbindungselementes 8 mit dem Hinterschiff bzw. der Gillung des Schiffsrumpfes 1 verbunden. Hierbei ist in der Fig. 2 die Spantkontur 11 als Verbindungszone dargestellt. Am Vorderende der Propellerummantelung 6 ist eine mit ihren Endbereichen verbundene horizontale Strömungsleitfläche 7 angeordnet, die etwa radial verlaufend über den Bereich vom Stevenrohr geführt ist.
- Die Propellerummantelung 6 besitzt an der dem Propeller 4 zugewandten Seite Nuten 10. Gemäß Fig. 4 und 5 sind zusätzlich in Teilbereichen Grids 13 angeordnet, die entsprechende Ausnehmungen 12 bilden.
- Durch die Anordnung von Grids 12,13 im unteren Bereich der Propellerummantelung 6 wird die Auslösung von Druckimpulsen beim Vorbeischlagen der Propellerflügel vermindert. Die Druckimpulse werden von der dahinterliegenden Wand aufgefangen. Das heißt, für die Strömung ist der Spalt zwischen Flügelspitze und Düseninnenwand klein, für die Druckimpulse ändert sich der Wandabstand von der Flügelspitze aus gesehen nicht plötzlich.
- Um die Wirkung der Druckimpulse zu mildern, ist die Weiterführung des Düsenprofils mit vergrößerndem Abstand der Düseninnenseite vom Propellerflügelspitzenkreis 14 ausgebildet, wobei sich der Ein- bzw. Austrittsbereich auf mindestens 4 % vom Propellerradius vergrößert.
- Zur Reduktion der Vibrationen, die beim Vorbeischlagen der Propellerflügel 4 an den unteren Enden der Propellerummantelung 6 auftreten, können die unteren Teile der Propellerummantelung, aus einem flexiblen Material gebildet werden, so daß die von den Flügelspitzen ausgehenden Impulse weniger weitergeleitet werden.
- Weiterhin kann es zweckmäßig sein, die Propellerummantelung 6 unter Berücksichtigung folgender Hinweise anzuordnen:
Da der Propellerzustrom meist leicht nach oben gerichtet ist und die Strömung von oben gesehen zur Mitte hin konvergiert, ist es sinnvoll die Düsenprofilrichtung der Strömungsrichtung anzupassen. - Diese Anpassung an die Anströmrichtung ist insofern leicht, als daß durch die Satteldüse im Gegensatz zur Kortdüse nur die Strömungsrichtung eines kleinen Strömungsfeldes zu beachten ist. Die Lage von Propellerummantelung und horizontaler Strömungsleitfläche 7 wird entsprechend den vorliegenden Verhältnissen bestimmt. Der Länge nach dürfte es häufig günstig sein, daß etwa zweidrittel bis dreiviertel der Propellerummantelung 6 vor dem Propellerflügelspitzenkreis 14 liegt. Für Statik und Steifigkeit der Konstruktion ist es günstig, wenn die horizontale Leitfläche 7 in die Propellerummantelung hineinragt. Die Hinterkante der horizontalen Strömungsleitfläche 7 sollte soweit nach hinten angeordnet werden, wie es die Leistungsersparnis und Vibrationssicherheit zulassen. Gegebenenfalls ist zwischen Strömungsleitfläche 7 und Propellerummantelung 6 ein Verbindungselement zu schaffen.
- Die Profilform der Propellerummantelung 6 ist der Schiffs- und Propellerform sowie der Propellerbelastung anzupassen. Da der Propeller 4 nicht voll ummantelt ist, wird auch die Verwendung eines Kaplanpropellers wenig sinnvoll.
- In dem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 und 8 ist die Strömungsleitfläche 6 drehbar über eine Lagerung 15 am Schiffskörper 1 angeordnet. Hierbei wird das Ruder 3 am Ruderhorn 2 ebenfalls mit verschwenkt. Die Strömungsrichtung wird dabei mit einer Bezugsziffer 16 gekennzeichnet.
- Weiterhin ist gemäß Fig. 9 eine Strömungsleitvorrichtung 6 für eine Doppelschraubenanordnung gezeigt.
Claims (20)
- Strömungsleitvorrichtung in kombination mit einem Schiffspropeller (4) in Form einer Propellerummantelung (6), wobei diese mit dem Schiff (1) in Verbindung steht, wobei zumindest ein Teil der Propellerummantelung (6) in der Propellerebene angeordnet ist und mit dem Vorder- oder Hinterbereich der Propellerummantelung (6) eine etwa horizontal verlaufende Strömungsleitflosse (7) verbunden ist, die die Propellerummantelung (6) mit dem Schiffskörper (1) verbindet, dadurch gekennzeichnet,- daß die Propellerummantelung (6) als Satteldüse in der Propellerebene den Propeller (4) im oberen Propellersektor mit einem Umschlingungswinkel zwischen 100 und 300 Grad umgibt,- daß in der Propellerebene zwischen Innenwand der Propellerummantelung (6) und Flügelspitzenkreis (14) des Propellers (4) sich der Abstand im Ein- bzw. Austrittsbereich auf mindestens 4 % vom Propellerradius gleichmäßig vergrößert.
- Strömungsleitvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Propellerummantelung (6) mit einem Ruderhorn (2) fest verbunden ist.
- Strömungsleitvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Propellerummantelung (6) über eine obere Lagerung (15) am Schiffskörper (1) drehbar angeordnet ist.
- Strömungsleitvorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Propellerummantelung (6) mit einem schwenkbaren Ruderhorn (2) verbunden ist und ein selbsttätig bzw. individuell betätigbares Ruder (3) ein Ruderausschlag größer als der Schwenkwinkel der Satteldüse erreicht.
- Strömungsleitvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergrößerung zwischen Innenwandung der Propellerummantelung und Flügelspitzenkreis (14) des Propellers (4) auf einen Abschnitt über einen Drehwinkel des Propellers (4) von etwa 10 Grad ausgebildet ist.
- Strömungsleitvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsleitflossen (7) die Propellerummantelung (6) nach außen überragen.
- Strömungsleitvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, daß das Profil der Propellerummantelung (6) in bezug auf Richtung, Form und Länge zur Anpassung an die Strömungsrichtung ungleich über den Ummantelungsumfang wechselnd ausgebildet ist.
- Strömungsleitvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenwandung der Propellerummantelung (6) eingearbeitete Nuten (10) und/oder aufgesetzte Profile zur Grenzschichtverdickung angeordnet sind.
- Strömungsleitvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Propellerummantelung (6) bzw. die Strömungsleitflosse (7) Endscheiben bzw. Winglets aufweist.
- Strömungsleitvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstellwinkel der Strömungsleitflosse (7) zur Propelleranströmung über die Streckung der Flosse wechselt und die Anstellwinkel und Profile auf beiden Seiten verschieden ausgebildet sind.
- Strömungsleitvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilleitflossen (7) V-förmig in der Höhe und/oder in der Strömungsrichtung gepfeilt zueinander angeordnet sind.
- Strömungsleitvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorkanten der in Schiffslängsrichtung vorderen Strömungsleitflossen (7) gegen die Schiffslängsachse in einem spitzen Winkel als Eisabweiser angestellt sind.
- Strömungsleitvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß außer den beiden seitlichen Hauptflossen noch eine oder mehrere weitere Flossen, etwa radial angeordnet sind.
- Strömungsleitvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Profil der Propellerummantelung (6) als Einfachformprofil mit im wesentlichen zylindrischen und konischen Außenhautteilen gebildet ist.
- Strömungsleitvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwandung der Propellerummantelung (6) bereichsweise oder vollständig unterbrochen ist, und die Strömung durch die Propellerummantelung (6) über die Innenkante durch gebildete Grids (13) leitbar ist.
- Strömungsleitvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Propellerummantelung (6) im Eintrittsbereich der Propellerflügel eine scharfkantige bzw. abgerundete Schneide aufweist.
- Strömungsleitvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Propeller (4) zugewandte Innenseite der Propellerummantelung (6) durch auswechselbare Flächenelemente gebildet ist.
- Strömungsleitvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Ein- und Austrittsbereich des Propellerflügels als Endbereich der Propellerummantelung (6) aus flexiblem Material gebildet ist.
- Strömungsleitvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Propellerummantelung (6) einem High-Skew-Propeller zugeordnet ist.
- Strömungsleitvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß sie bei Anordnung an Doppel- oder Mehrschraubenschiffe derart um ihre Längsachse gedreht angeordnet wird, daß der der Mittschiffsebene nähere Bereich verlängert und der Außenbereich verkürzt wird und die Flosse (7) eine Neigung zur Mittschiffsebene hin aufweist.
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