DE1556511B2 - Schiffsschraube - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine und derart ausgebildet sind, daß sie einen an sich beSchiffsschraube, die über ihre Schraubenwelle an- kannten, in Richtung der Druckseite abströmenden getrieben wird und in deren Flügeln Austrittsöffnun- flächigen Fluidumstrahl erzeugen, der unter einem gen für die Abgabe von unter Druck stehendem, Winkel von 15 bis 75° gegen die Verbindungslinie durch die hohle Schraubenwelle zugeführtem Fluidum 5 zwischen Flügelprofilnase und Flügelprofilhinterkante angeordnet sind. gerichtet ist.

Durch den Bau immer größerer Schiffskörper Die flächigen Fluidstrahlen werden entlang der

— insbesondere Tanker — ergibt sich die Notwen- rückwärtigen Kante der Flügelblätter ausgestoßen, digkeit, Schiffsschrauben herzustellen, die einen sehr wobei ein Winkel zwischen 15 und 75° von der Verhohen Schub aufweisen. Dies führt zu der Konstruk- io bindungslinie zwischen Flügelnase und Flügelhintertion von Schiffsschrauben mit immer größer werden- kante auf der Drückseite eingehalten werden muß. dem Durchmesser. Es erweist sich jedoch, daß Dieses Ausstoßen von Fluidum entlang der rückSchiffsschrauben mit sehr großem Durchmesser wärtigen Kante der Flügelblätter bewirkt auf Grund schwierig herzustellen sind, da die Auswuchtprobleme des Rückstoßes des Fluidums die Erzeugung eines zunehmend schwieriger zu lösen sind. Trotz guter 15 gewissen Drehmomentes. Das auf diese Weise er-Auswuchtung führen dabei die sehr großen rotieren- zeugte Drehmoment ist jedoch im Vergleich zu dem den Massen und das ungleichmäßige Strömungsfeld, über die Schiffsschraubenwelle übertragenen Drehin dem eine große Schiffsschraube läuft, zu Vibra- moment so klein, so daß es in der Regel vernachtionen, durch welche die Schiffsschrauben, deren lässigt werden kann. Der Hauptgrund für das Aus-Lagerung und sogar der Schiffskörper selbst beschä- 20 stoßen von Fluidum unter einem bestimmten Winkel digt werden können. Schiffsschrauben mit sehr gro- entlang der rückwärtigen Kante der Flügelblätter liegt ßem Durchmesser haben fernerhin den Nachteil, daß gemäß der vorliegenden Erfindung darin, daß durch es sich schwer verhindern läßt, daß der obere Teil diese Maßnahme der effektive Steigungswinkel der der Schiffsschrauben oberhalb des Wasserspiegels ge- Flügelblätter erhöht werden kann, ohne daß Kavitalangt, wenn ein mit derartigen Schiffsschrauben ver- 25 tions- und Ablösungseffekte auftreten. Auf Grund sehenes Schiff sich auf Ballastfahrt befindet. dieser effektiven Zunahme der Steigung der Propel-

Demzufolge sind bereits Versuche gemacht worden, lerflügel können sehr hohe Flügelblattbelastungen

um relativ kleine Durchmesser aufweisende Schiffs- und demzufolge Schübe erzeugt werden, ohne daß

schrauben mit hohem Schub zu bauen. Theoretisch dabei der Wirkungsgrad auf Grund von Kavitation läßt sich dies entweder dadurch erreichen, indem man 30 oder Ablösung vermindert wird,

die Flügelblattsteigung erhöht oder indem bei einer Die Wirkung der flächigen Fluidstrahlen läßt sich

Schiffsschraube mit konventioneller Flügelblattstei- auch noch in anderer Weise erklären: Die entlang der

gung die Drehzahl heraufgesetzt wird. Beide Maß- rückwärtigen Kanten der Flügelblätter ausgesto-

nahmen führen jedoch zu Kavitation und Ablösung ßenen flächigen Fluidstrahlen entsprechen in etwa an den Flügelblättern. Da Kavitations- und Ab- 35 den Landeklappen von modernen Flugzeugen, durch

lösungseffekte auf der einen Seite durch das Auf- welche ebenfalls — insbesondere beim Landen, d. h.

treten von Turbulenzen den Antriebswirkungsgrad wenn die Geschwindigkeit sehr stark vermindert

sehr stark vermindern und auf der anderen Seite auf wird — erhöhte Auftriebskräfte erzeugt werden. Da

der Oberfläche der Flügelblätter Schäden hervorrufen bei dem Schiffspropeller gemäß der Erfindung diese

— was notgedrungenermaßen zu einer Verringerung 40 »Landeklappen« nicht starr sind, sondern durch der Lebensdauer derartiger Schiffsschrauben führt —, flächige Fluidstrahlen gebildet werden, können wegen waren alle bisherigen Versuche dahin gerichtet, die der flexiblen Natur dieser Fluidstrahlen keine Kaviauftretenden Kavitations- und Ablösungseffekte zu tations- und Ablösungseffekte an den Grenzschichten eliminieren. zwischen diesen Fluidstrahlen und dem Seewasser

So ist es beispielsweise bekannt (s. »Der Schrau- 45 auftreten.

benpropeller« von Geisler, Berlin, Springer 1918, Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Er-

S. 62, und USA.-Patentschrift 2 058 361), die Schrau- findung sind die Austrittsöffnungen schlitzartig aus-

benflügel innen mit Kanälen zu versehen, die zu be- gebildet und weisen eine Breite auf, die zwischen

stimmten Punkten der Flügelblattoberfläche — d. h. 0,005 und 0,03 der Flügelsehnenlänge beträgt,

im allgemeinen zu jenen Stellen, an welchen Kavita- 50 Die Austrittsöffnungen erstrecken sich vorzugs-

tions- und Ablösungseffekte auftreten — führen, wo- weise von der Flügelwurzel bis zum 0,8fachen Wert

bei durch diese Kanäle entweder ein Fluidum aus- des Flügelradius und liegen innerhalb eines 15 °/o der

gestoßen oder Seewasser von der Außenseite her in Flügelsehnenlänge betragenden Streifens im Bereich

die Flügelblätter hineingesaugt wird. Diese Versuche der Flügelhinterkante.

waren jedoch nicht sehr erfolgreich, da die auftreten- 55 Weitere Einzelheiten der Erfindung sollen im folden Kavitations- und Ablösungseffekte nur in einem genden an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erbeschränkten Maß reduziert werden konnten, so daß läutert und beschrieben werden, wobei auf die Zeichdie mit derartigen Schiffsschrauben erzielbare Schub- nung Bezug genommen ist. Es zeigt zunähme nur geringfügig war. F i g. 1 eine in Richtung der Antriebswelle gerich-

Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine 60 tete Draufsicht ernes Teils der erfindungsgemäßen

Schiffsschraube zu schaffen, welche die Nachteile be- Schiffsschraube,

kannter Schiffsschrauben nicht aufweist und die selbst F i g. 2 einen seitlichen vergrößerten Schnitt ent-

bei relativ geringem Schraubendurchmesser die Er- lang der Linie2A-2A von Fig. 1,

zeugung sehr hoher Schübe ermöglicht, ohne daß F i g. 3 eine vergrößerte Teilschnittansicht der in

Kavitations- und Ablösungseffekte auftreten. 65 Fig. 2 gezeigten Austrittsöffnung,

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß F i g. 4 einen Längsschnitt durch das Heck eines

die Austrittsöffnungen für das unter Druck zugeführte mit einer Schiffsschraube gemäß der vorliegenden

Fluidum im Bereich der Flügelhinterkanten münden Erfindung versehenen Schiffes, .

F i g. 5 die Draufsicht — teilweise im Schnitt — auf die in F i g. 4 gezeigte Schiffsschraube mit Darstellung der in den vier Flügelblättem verlaufenden inneren Kanäle.

In den F i g. 4 und 5 ist eine Schiffsschraube 10 gezeigt, die auf einer hohlen Antriebswelle 11 befestigt ist, die im Heck eines Schiffes 12 läuft. Eines der Flügelblätter 10 α der Schiffsschraube 10 ist in größerem Maßstab in F i g. 1 und in nochmals vergrößertem Maßstab in den F i g. 2 und 3 dargestellt.

Jedes der Flügelblätter 10 α bis Id d der Schiffsschraube 10 weist innere Kanäle auf, die beim Flügelblatt 10 α beispielsweise mit dem Bezugszeichen 13 bezeichnet sind. Durch innere Querwände 14 a und 14 b ist der Kanal 13 in einzelne Kanäle 13 a, 13 b und 13 c unterteilt. Diese Querwände enden an der Hinterkante 15 des Flügelblattes in einer schlitzförmigen Ausströmöffnung 16 oder einer Anzahl von Öffnungen (F i g. 1 und 5). Diese Öffnungen 16 dienen zum Ausstoß eines in F i g. 4 dargestellten flächigen Düsenstrahls J auf der Druckseite der Flügelblätter. Die inneren Durchlässe 18 der Nabe 17 und der Kanäle 13 sind so ausgebildet, daß sie eine günstige Strömungsverteilung ergeben. Die schlitzförmigen Austrittsöffnungen 16 erstrecken sich über fast die gesamte Länge der Hinterkante des Flügelblattes von einem Punkt nahe der zentralen Nabe 17 bis zur 0,85fachen Länge des Flügelradius im Bereich der Flügelspitze.

Das mit der Schraube 10 versehene Endteil 11 der Antriebswelle 11 ist hohl und enthält im innerhalb der Nabe der Schiffsschraube 10 liegenden Teil radiale Durchlässe 18, die die Leitung 11a in der Antriebswelle mit den Kanälen 13, 13 a, 13 b und 13 c der Flügelblätter verbinden. Die Geschwindigkeit des an jedem gegebenen Punkt über die Breite aus den Flügelblättern austretenden Strahls / muß die Größe der örtlichen Wassergeschwindigkeit an der betreffenden Stelle überschreiten, was durch geeignete Dimensionierung der Durchlässe 18 und Leitungen 13 a, 13 b und 13 c erreicht werden kann. Eine günstige Strömung des Wassers von dem Inneren der Antriebswelle 11 in die Flügelblätter kann durch einen sich verjüngenden Kegel 18 α erreicht werden.

Die zwischen dem Antriebsmotor und der Schiffsschraube geführte Antriebswelle geht durch einen festen Sammelbehälter 19 mit Abdichtungen 19 a und 19 b hindurch. Der Sammelbehälter 19 ist über Rohrleitungen mit nicht dargestellten Pumpen verbunden, die von außerhalb des Schiffsrumpfes Wasser ansaugen. Der schiffsinnere hohle Endteil 11 der Antriebswelle ist innerhalb des Sammelbehälters 19 mit radialen Öffnungen 26 versehen. Im Bereich dieser Öffnungen 26 kann innerhalb der Antriebswelle 11 koaxial ein Kegel 27 angeordnet sein, der so geformt ist, daß er in ihr eine günstige Strömung ergibt.

Während des Antriebs der Antriebswelle 11 durch die nicht gezeigte Antriebsmaschine wird durch die Leitungen 13 Wasser durch die Schlitze 16 in Gestalt eines flächigen Strahls ausgestoßen.

In F i g. 2 wird gezeigt, daß der flächige Strahl unter einem Winkel τ, bezogen auf die Verbindungslinie Flügelnase—Flügelhinterkante des Flügelblattes 10 a, austritt. Der Winkel beträgt dabei vorzugsweise etwa 30°, obgleich er innerhalb eines weiteren Bereiches zwischen 15 und 75° variiert werden kann. Die eine Komponente des Düsenrückstoßes liegt in Drehrichtung des Flügelblattes und die andere in Richtung der Fortbewegung des Schiffes. Die letztere Komponente bildet eine kleine Erhöhung der Schubkraft, was jedoch im Vergleich mit dem über die Schraubenwelle übertragenen Drehmoment ohne großen Einfluß ist.

Gemäß der Erfindung sollte die Dicke des flächigen Strahls — d. h. die Schlitzbreite — einen Wert aufweisen, der ungefähr zwischen 0,005 und 0,03 der in F i g. 3 gezeigten Flügelsehne entspricht. Ferner muß die Geschwindigkeit des flächigen Strahls größer als die resultierende Wassergeschwindigkeit an jedem einzelnen radialen Querschnitt der Schiffsschraube 10 sein. Der größte Teil des flächigen Strahls muß zwischen der Flügelwurzel und etwa dem 0,85fachen Radius des Flügelblattes austreten, wie dies in F i g. 1 gezeigt ist. Der Schlitz ist dabei in der Gegend der Hinterkante des Flügels oder auf der Innenseite bis zu einer Entfernung vom 0,15fachen der Sehne gelegen, wie dies in F i g. 2 gezeigt ist.

Obgleich das bei dem im vorliegenden Ausführungsbeispiel austretende Medium Wasser ist, können auch andere Flüssigkeiten oder Gase — beispielsweise Dampf, Luft oder Abgase — verwendet werden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Schiffsschraube, die über ihre Schraubenwelle angetrieben wird und in deren Flügeln Austrittsöffnungen für die Abgabe von unter Druck stehendem, durch die hohle Schraubenwelle zugeführtem Fluidum angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß diese Austrittsöffnungen (16) im Bereich der Flügelhinterkanten münden und derart ausgebildet sind, daß sie einen an sich bekannten, in Richtung der Druckseite abströmenden flächigen Fluidumstrahl erzeugen, der unter einem Winkel von 15 bis 75° gegen die Verbindungslinie zwischen Flügelprofilnase und Flügelprofilhinterkante gerichtet ist.

2. Schiffsschraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen (16) schlitzartig ausgebildet sind und eine zwischen 0,005 und 0,03 der Flügelsehnenlänge betragende Breite aufweisen.

3. Schiffsschraube nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen (16) sich im wesentlichen auf eine Länge von der Flügelwurzel bis zum 0,85fachen Wert des Flügelradius erstrecken.

4. Schiffsschraube nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnungen (16) innerhalb eines Bereiches, der maximal 15 ⁰Zo der Flügelsehnenlänge von der Flügelhinterkante (15) aus beträgt, angeordnet sind.

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