DE3037369A1

DE3037369A1 - Schiffspropeller

Info

Publication number: DE3037369A1
Application number: DE19803037369
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. Dr. 7980 Ravensburg Wührer
Original assignee: Escher Wyss GmbH
Current assignee: Sulzer Escher Wyss GmbH
Priority date: 1980-09-01
Filing date: 1980-10-03
Publication date: 1982-03-11

Description

Schiffspropeller
Die Erfindung betrifft einen Schiffspropeller mit einer Nabe, an welcher Propellerflügel angeordnet sind, wobei die Nabe die Form eines Rotationskörpers hat, dessen Achse mit der Drehachse des Propellers zusammenfä-llt.
Bei Schiffspropellern hat die Nabe einen unvermeidlichen Strömungswiderstand, welcher den Propulsionswiderstand des Propellers verschlechtert. Es ist nämlich nicht möglich, den Nabenkörper in Strömungsrichtung so lang auszubilden, dass er einwandfrei umströmt wird, so dass eine Wirbelbildung hinter der Nabe des Propellers nicht vermieden werden kann. Noch etwas mehr als bei normalen Propellern stört diese Wirbelbildung und die damit verbundene Verschlechterung des Propulsionswirkungsgrades bei Verstellpropellern, welche in der Regel Naben mit grösserevi surchmesser: s Festpropeller haben, da die Naben den Verstellmechanismus aufnehmen müssen.
Die Erfindung hat die Schaffung eines Schiffspropellers der erwähnten Art zum Ziel, bei welchem die Strömung hinter der Nabe so beeinflusst werden kann, dass die Wirbelbildung herabgesetzt und somit auch der Strömungswiderstand der Nabe vermindert wird.
Die erfindungsgemässe Massnahme, durch welche dieses Ziel erreicht wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe, in Fahrtrichtung des Schiffes betrachtet, im Bereich ihres stromabwärtigen Endes mit mindestens einem Umlenkteil versehen ist, welcher zur Umlenkung der Strömung im Nabenbereich in der Richtung zur Nabenachse dient.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann der Umlenkteil ein die Propellernabe mit Abstand umgebender, mia dieser koaxialer Umlenkring sein, wobei zwischen dem Umlenkring und der Propellernabe ein Strömungskanal besteht. Es ist jedoch aus verschiedenen Gründen eine Unterteilung des Umlenkringes an seinem Umfang in mehrere Teile denkbar.
In beiden Fällen wird durch die Umlenkung der Strömung in der Richtung zur Nabenachse eine Verminderung der Wirbelbildung hinter der Nabe erzielt, wodurch der Strömungswiderstand der Nabe vermindert und der Propulsionswirkungsgrad des ganzen Propellers erhöht wird.
Vorzugsweise kann der zwischen dem Umlenkring und der ihm zugewandten Aussenfläche der Nabe befindliche Strömungskanal einen in Strömungsrichtung abnehmenden Strömungsquerschnitt aufweisen. Dadurch wird im Kanal eine Beschleunigung der Strömung erzielt, welche sich günstig im Sinne einer Beruhigung der Strömung hinter dem Propeller und einer Verminderung des Strömungswiderstandes der Propellernabe auswirkt.
Dabei kann der Umlenkring an Stegen befestigt sein, welche ihn mit der Propellernabe verbinden. Im Prinzip kann der Umlenkring jedoch auch an einem geeigneten Teil des Schiffskörpers befestigt sein, wobei er durch geeignete Stützen in seiner Stellung gehalten wird.
Vorzugsweise können die Stege, welche den Umlenkring mit der Propellernabe verbinden, die Form von Schaufeln haben, die im gleichen Sinn wie die Propellerflügel zur Nabenachse angestellt sind. Dabei kann der Anstellwinkel der die Stege bildenden Schaufeln so gewählt sein, dass im normalen Betriebszustand des Propellers die Schaufeln eine Pumpwirkung auf das den Strömungskanal durchströmende Wasser aufweisen6 Je nach der Grösse des Anstellwinkels oder nach dem Betriebszustand des Propellers wird auf diese Weise entweder eine Minimalisierung des Strömungswiderstandes der Stege erzielt oder, falls eine Pumpwirkung eintritt, sogar eine weitere günstige Beschleunigung der Strömung des Wassers im Strömungskanal erhalten. Dadurch wird der beruhigende Einfluss auf die Wirbelbildung hinter der Nabe noch weiter verstärkt.
Die Nabe kann mit zwei hintereinander angeordneten Umlenkringen versehen sein, wobei der stromabwärtige Ring zum Erfassen einer ausserhalb des stromaufwärtigen Ringes verlaufenden Strömung dient. In diesem Fall wird die Wirkung der erfindungsgemässen Massnahme noch weiter verstärkt, da ein grösserer Bereich der die Propellernabe umschliessenden Wasserströmung erfasst werden kann.
Wie bereits erwähnt, kann die Nabe drehbare Lagerungen der Propellerflügel enthalten, d.h. der Propeller ein Verstellpropeller sein. Bei Propellern dieser Art ist nämlich die erfindungsgemässe Massnahme von besonderer Wichtigkeit.
Die Erfindung wird anhand in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt: Fig. 1 eine Ansicht mit Teilschnitt eines erfindungsgemässen Propellers, dessen Nabe mit einem im Schnitt dargestellten Umlenkring versehen ist, Fig. 2 einen Umlenkring nach einer anderen Ausführungsform im Schnitt, und zwar mit einer Befestigung an einem weiter nicht dargestellten Schiffskörper, Fig. 3 eine der Fig. 1 entsprechende Teildarstellung eines Propellers mit zwei gestaffelt angeordneten Umlenkringen.
Nach der Darstellung in der Fig. 1 ist in einem Wellenlager 1, das sich am Heck eines nicht dargestellten Schiffes befindet, eine Propellerwelle 2 drehbar gelagert. An der Propellerwelle 2 ist ein Schiffspropeller 3 befestigt, welcher eine Nabe 4 und Propellerflügel 5 enthält. Die Propellerflügel 5 können wie dargestellt, runde Flansche 6 aufweisen, wobei sie mit der Hilfe dieser Flansche und nicht dargestellter Zapfen in der Nabe 4 schwenkbar gelagert sein können.
Die Propellernabe 4 ist an ihrem hinteren, stromabwärtigen Ende mit einem sich verjüngenden Nabenteil 4' versehen, in welchem z.B. der Betätigungsmechanismus zur Verstellung der Propellerflügel untergebracht sein kann. Am stromabwärtigen Ende des sich verjüngenden Teiles 4' ist schliesslich ein Umlenkteil 7 in der Form eines Ringes angeordnet.
Wie durch die eingezeichneten Strömungslinien S angedeutet ist, dient der Umlenkring 7 zur Umlenkung der Strömung des die Nabe in ihrem Bereich umströmenden Wassers in der Richtung zur Nabenachse A.
Wie noch aus der Fig. 1 hervorgeht, besteht zwischen dem Umlenkring 7 und der Aussenfläche der Propellernabe 4 bzw.
ihres Abschnittes 4' ein Strömungskanal 8. Zur Befestigung des Umlenkringes 7 ab Nabenteil 4' sind dem Umlenkring mit der Nabe verbindende Stege 10 vorgesehen, welche die Form von Schaufeln, z.B. nach der Art eines axialen Pumpenrades haben.
Aus dem in der Fig. 1 eingezeichneten Schnitt einer Schaufel 10 ist ersichtlich, dass diese zur Achse A der Nabe und des Propellers einen AnstellwinkelAC hat. Der Anstellwinkel ist im gleichen Sinn wie der Anstellwinkel der Propellerflügel 5 gerichtet, so dass je nach Grösse des Winkels an und je nach Betriebszustand des Propeller die Schaufeln 10 eine Pumpwirkung auf das den Strömungskanal 8 durchströmende Wasser aufweisen können.
Im Betrieb wird ein Teil des die Nabe 4, 4' umströmenden Wassers durch den Umlenkring 7 erfasst und wie dies durch die inneren Strömungslinien S angedeutet ist, zur Achse A umgelenkt. Dadurch werden auch die äusseren Strömungslinien S,die ausserhalb des Kanales 8 verlaufen, ebenfalls beeinflusst, so dass sich auch diese näher zur Achse A bewegen.
Durch diese Strömung werden die sich hinter der Propeller nabe 4 bildenden Wirbelbereiche zum grossen Teil weggeblasen, so dass sie sich nicht voll auswirken können. Das hat eine Erhöhung des Propulsionswirkungsgrades des Propellers zur Folge. Dieser Wirkungsgrad ist wegen seines Einflusses auf den Energieverbrauch des Schiffsantriebes von besonderer Bedeutung.
Unterstützt wird diese Wirkung einerseits dadurch, dass durch einen geeigneten Anstellwinkel CC der Schaufeln 10 eine Beschleunigung der Strömung in den Strömungskanälen 8 erzielt wird, andererseits auch dadurch, dass sich der Strömungsquerschnitt des ringförmigen Kanales 8 in der Richtung zum Ausgangsende verkleinert. Obwohl entsprechend der Darstellung in der Fig. 1 die senkrecht zu den Strömungslinien S' gemessene Höhe des Kanales 8 in der Richtung zum Ausgangsende grösser wird, darf nicht vergessen werden dass gleichzeitig eine starke Verminderung des Durchmessers des Ringkanales eine entsprechende Verkleinerung der ringförmigen Querschnittsfläche zur Folge hat.
Nach der Darstellung in der Fig. 2, welche~einem Ausschnitt aus der Fig. 1 entspricht, ist im Endbereich 4r der Propellernabe ein Umlenkring 7 angeordnet, der nicht an der Propellernabe, sondern mit der Hilfe eines z.B. stangenförmigen Befestigungsteiles 11 am nicht dargestellten Schiffskörper befestigt ist. Sonst ist die Wirkung des Umlenkringes 7 gleich wie die des Ringes aus der Fig. 1.
Nach der Fig. 3 ist der Propeller 3 mit zwei in Achsrichtung versetzt angeordneten Umlenkringen 7, 7' versehen, wobei der stromabwärtige Ring 7' zum Erfassen einer innerhalb des stromaufwärtigen Ringes 7 verlaufende Strömung S' dient. Durch diese Ausbildung und Anordnung der Umlenkringe 7, 7' wird eine bessere Führung der Strömung erreicht.
Diese Erfassung ist beim in der Fig. 3 dargestellten Beispiel auch besonders wichtig, da, wie dargestellt, die Nabe besonders kurz gebaut ist, indem der Nabenteil 4' durch eine zur Achse A senkrechte Fläche 12 endet, und nicht, wie nach den Fig. 1 und 2, spitz endet.

Claims

Patentansprüche 1. Schiffspropeller mit einer Nabe, an welcher Propellerflügel angeordnet sind, wobei die Nabe die Form eines Rotationskörpers hat, dessen Achse mit der Drehachse des Propellers zusammenfällt, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , dass die Nabe (4), in Fahrtrichtung des Schiffes betrachtet, im Bereich ihres stromabwartigen Endes (4') mit mindestens einem Umlenkteil (7) versehen ist, welcher zur Umlenkung der Strömung (S, S') im Nabenbereich in der Richtung zur Nabenachse (A) dient.
2. Propeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Umlenkteil ein die Propellernabe (4, 4') mit Abstand umgebender, mit dieser koaxialer Umlenkring (7, 7') ist, wobei zwischen dem Umlenkring (7, 7') und der Propellernabe (4, 4') ein Strömungskanal (8) besteht.
3. Propeller nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen dem Umlenkring (7) und der Nabe (4') befindliche Strömungskanal (8) einen in Strömungsrichtung (St) abnehmenden Strömungsquerschnitt aufweist.
4. Propeller nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, d2ss der Umlenkring (7, 7') an Stegen (10) befestigt ist, welche ihn mit der Propellernabe (4') verbinden.
5. Propeller nach Anspruch 4, dadurch. gekennzeichnet, dass die Stege (10) die Form von Schaufeln haben, die im gleichen Sinn wie die Propellerflügel (5) zur Nabenachse (A) angestellt sind (Winkel ob ).
6. Propeller nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anstellwinkel t OC ) der Schaufeln (10) so gewählt ist, dass im normalen Betriebszustand des Propellers (3) die Schaufeln (10) eine Pumpwirkung auf das den Strömungskanal (8) durchströmende Wasser ausüben.
7. Propeller nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (4, 4') mit zwei in Achsrichtung versetzt angeordneten Umlenkringen (7, 7') mit verschiedenen Durchmessern versehen ist, wobei derstromabwärtige Ring (7') einen kleineren Durchmesser hat und zum Erfassen einer innerhalb des stromaufwärtigen Ringes (7) verlaufenden Strömung (S') -dient.
8. Propeller nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (4, 4') drehbare Lagerungen der Propellerflügel (5) enthält.