DE3542120A1

DE3542120A1 - Rotorsystem, insbesondere eines schiffsschraubensystems

Info

Publication number: DE3542120A1
Application number: DE19853542120
Authority: DE
Inventors: Lennart H. Fjäras Brandt
Original assignee: Volvo Penta AB
Current assignee: Volvo Penta AB
Priority date: 1984-11-29
Filing date: 1985-11-28
Publication date: 1986-05-28
Also published as: SE456075B; IT1183009B; IT8548833A0; JPS61146699A; AU581703B2; AU5037685A; US4767269A; GB2169355B; FR2573722B1; BR8505987A; GB8529189D0; GB2169355A; CA1249185A; FR2573722A1; SE8406040L; SE8406040D0

Description

AB VOLVO ΡΕΝΤΑ, GÖTEBORG/SCHWEDEN

Rotorsystem, insbesondere eines Schiffsschraubensystems

Die Erfindung bezieht sich auf ein Rotorsystem, insbesondere ein Schiffsschraubensystem, mit einer
ersten Rotoreinheit, die einem umgebenden Medium Energie verleihen kann oder von einem strömenden Umgebungsmedium Energie absorbiert.

Für Boote oder Schiffe wird normalerweise als Propeller eine Schraube verwendet, die auf einer Welle befestigt ist. Die Schraubenschaufeln haben eine bestimmte Steigung und sind ausgehöhlt, haben jedoch relativ ebene

Flächen in einem Neigungswinkel relativ zur Drehebene, und zwar entsprechend der Schraubenteilung. Im Prinzip funktioniert die Schraube wie folgt: Wasser wird nach

-A-

hinten getrieben und erzeugt eine Reaktionskraft entsprechend der Axialkraft nach vorne. So wie sich die Schraube durch das Wasser bewegt, lässt sie hinter sich einen sich drehenden Wasserzylinder, welcher sich nach hinten bewegt. Die kinetische Energie des Wasserzylinders bildet den Hauptteil des Schraubenenergieverlustes, der für eine Schiffsschraube von Verdrängerbooten 30 bis 35 % der axial kinetischen Energie, 6 bis 7 % der Drehenergie und 9 bis 11 % der Schaufelreibung, der Wirbelbildung etc., betragen kann, so dass ungefähr 50 % Energieverlust und ungefähr 50 % ausgenutzte Energie vorhanden sind.

Von den zuvor aufgelisteten Verlusten kann die Schaufelreibung nicht wirksam eliminiert werden. Die Schaufeloberfläche wird vom maximalen Druckunterschied über die Schaufeln bestimmt und zwar ohne dass eine Kavitation auftritt. Die Drehenergie kann jedoch dadurch beeinflusst werden, dass eine entgegengesetzte Vordrehung durch das Wasser erfolgt (mittels fester Schaufeln oder freidrehender Vorpropeller) oder durch Gradrichtung der Strömung des Propellersystems. Eine andere Möglichkeit besteht darin, ein paar von entgegendrehenden, angetriebenen Propellern vorzusehen, wobei der nachgeschaltete Propeller die Drehenergie des vorgeschalteten Propellers ausnutzt.

Der Zweck der Erfindung besteht darin, ein Rotorsystem zu schaffen, durch das es möglich ist, die Hauptquelle des Energieverlustes zu beeinflussen, nämlich die axial-kinetische Energie im Wasserzylinder.

Dies wird erfindungsgemäss bei einem Rotorsystem des eingangs genannten Typs dadurch gelöst, dass eine zweite Rotoreinheit vorgesehen wird, die mit der ersten Rotoreinheit eine gemeinsame Drehachse hat und zumindest zwei frei drehbar gelagerte Rotoren aufweist, die mechanisch miteinander verbunden sind und von denen jeder an einer Seite der ersten Rotoreinheit angeordnet ist.

Der hintere Rotor dieser zweiten Rotoreinheit funktioniert in diesem Fall als Turbine und absorbiert nahezu ein Drittel der Axialenergie, um so den vorderen Rotor anzutreiben, welcher die Durchschnittsgeschwindigkeit erhöht und so die Strömung durch die erste Rotoreinheit-Die verstärkte Strömung und die geringere Austrittsgeschwindigkeit des Wassers nach dem Propeller Erhöht den Wirkungsgrad. Wenn das Rotorsystem als Schiffsschraubensystem für Verdrängerboote verwendet wird, kann der axial-kinetische Energieverlust um ungefähr 20 bis 25 % reduziert werden, wodurch der Gesamtwirkungsgrad um ungefähr 5 bis 7 % erhöht wird. Die Drehmomentabsorption der Schraube wird ebenso ausgeglichen, um so die Axiallast zu verstärken, wenn geschleppt wird, wobei die Antriebseinheit des Hauptpropellers mit einer höheren Drehzahl arbeitet.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in den Zeichnungen rein schematisch dargestellten 0 Ausführungsbeispiele. Es zeigt:

Fig. 1 schematisch ein Schiffsschrau

bensystem gemäss der Erfindung und

Fig. 2 ein Turbinensystem.

In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 eine von einer Schraube angetriebene Welle einer nicht dargestellten Antriebseinheit. An dieser Welle ist eine Hauptschraube 2 fest angebracht. Eine Schraubeneinheit, die allgemein mit 3 bezeichnet ist, ist frei drehbar auf der Welle 1 gelagert. Die Einheit 3 besteht aus zwei Rotoren 4 bzw. 5, die an jeder Seite der Hauptschraube 2 befestigt sind und die mechanisch starr miteinander verbunden sind, was über die Flügel 6 an den Schaufelspitzen erfolgt.

Der hintere Rotor 5, der den vorderen Rotor 4 antreibt, ist eine Turbine. Die Kombination bildet so eine Turboeinheit, die die aktive Schraube 2 mit der Strömung belädt, die ebenso von der Schraubenlast abhängig ist.

Die volle Last der Strömung durch die Schraube 2, d.h. bei nahezu konstantem Drehmoment, vergrössert die Schiffsgeschwindigkeit, was ebenso bedeutet, dass die induzierten Geschwindigkeiten mit der zunehmenden Schiffsgeschwindigkeit abfallen.

Die Turboeinheit 3 kann sich in derselben Richtung oder in der entgegengesetzten Richtung wie die Schiffsschraube 2 drehen, um dadurch dem System unterschiedliche Eigenschaften zu verleihen. Die Turbine nimmt

die Drehzahl an, welche einen Strömungswinkel gegen dieSchaufeln von einigen wenigen Graden vorsieht. Wenn sich die Turboeinheit 3 in derselben Richtung wie die Hauptschraube dreht, erhöht sich die Drehzahl der Einheit um ungefähr 3 0 %, wenn die Drehzahl der Schraube 2 bei voller Last doppelt so hoch ist, wodurch ein Umschalten von der niedrigen Schiffsgeschwindigkeit (Schleppen) zu einer hohen Geschwindigkeit erfolgt. Beim entgegengesetzten Drehen der Turboeinheit 3 bei entsprechender Zunahme der Drehzahl der Schraube 2 wird die Drehzahl der Turboeinheit mehr als das Doppelte und die Strömung durch die Schraube 2 nimmt zu. Dies gleicht bis zu einem gewissen Ausmass die Drehmomentenabsorption der Schraube bei unterschiedlichen Lasten aus.

Die Turboeinheit 3 versorgt die Schraube 2 mit einer verstärkten Strömung, was bedeutet, dass für eine bestimmte Motorenergie der Durchmesser der Schraube 2 reduziert werden muss.

Der Einfluss der Turboeinheit im Vergleich mit einer Einzelschraube ist nun bei einer Strömung mit reduzierter Last verstärkt, was einen Ausgleich der Drehmomentenabsorption vorsieht und so eine grössere Axialkraft bei niedrigen Geschwindigkeiten (Schleppen) vorsieht, weil der Motor schneller angetrieben werden kann und so eine grössere Energie an das Schraubensystem abgibt. Weiterhin erhöht eine relativ grössere 0 Strömung und eine niedrigere Ausgangsgeschwindigkeit den Wirkungsgrad.

Fig. 2 zeigt das Rotorsystem im umgekehrten Sinne mit einer Hauptturbine 2, einer Welle 1 und einer Rotoreinheit 3, die aus einer vorderen Turbine und einem Propeller 4 besteht. Die Strömung durch das System wird verstärkt durch Verstärken der Durchschnittsaxialgeschwindigkeit durch die ersten Turbinen 5, 2, wobei die Strömung über den Propeller 4 "ausgesaugt" wird.

Claims

HOFFMANN - EITLE & F1ARTNER i PATENT- UNO RECHTSANWÄLTE 3 5 A· 2 Ί 2 Ο ' PATENTANWÄLTE WERNER EITLE, DIPL.-ΙΝβ. · KLAUS HOFFMANN, DR., D1PL.-ING. · WERNER LEHN, DIPL.-INS. KLAUS FüCHSLE, DIPL.-ING. · BERND HANSEN, DR., DIPL.-CHEM. · HANS-A. BRAUNS, DR., DIPL.-CHEM. · KLAUS GORQ, DIPL.-ING. KARL KOHLMANN, DIPL.-ING. ■ HELGA KOLB, DR., DIPL.-CHEM. ■ BERNHARD VON FISCHERN, DIPL.-ING. RECHTSANWALT ALEXANDER NETTE 42 997 p/wa — 1 — AB VOLVO PENTA, GÖTEBORG/SCHWEDEN Rotorsystem, insbesondere eines Schiffsschraubensystems PATENTANSPRÜCHE

1. Rotorsystem mit einer ersten Rotoreinheit, die einem umgebenden Medium Energie verleihen oder aus einem strömenden, umgebenden Medium Energie absorbieren kann, gekennzeichnet durch eine zweite Rotoreinheit (3), welche eine gemeinsame Drehachse (1) mit der ersten Einheit (2) hat und zumindest zwei frei drehbar gelagerte Rotoren (4, 5) aufweist, die mechanisch miteinander verbunden sind (6) und an jeweils einer TO Seite der ersten Rotoreinheit (2) angeordnet sind.

POSTFACH 81O4BO · ARABELLASTRASSE 4/Vlll · BOOO MÖNCHEN Θ1 TELEFON: C0B9J Ol 1OIM-.19 · TELEX: 3291510 CfATHE") · TELEFAX: 003/41 OO US f QR Il + IIP · TELETEX: 853 VZ 41 CPATHE)

2. Rotorsystem nach· Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass die erste Rotoreinheit (2) eine angetriebene Schiffsschraubeneinheit ist, und dass die zweite Rotoreinheit (3) eine frei drehbare Einheit ist, wobei der hintere Rotor (5) eine Turbine bildet, die den vorderen Rotor, der als Vorpropeller dient, antreibt.

3. Rotorsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e kennzeichnet, dass die beiden Rotoreinheiten so angeordnet sind, dass sie sich in entgegengesetzten Richtungen drehen.

4. Rotorsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e kennzeichnet, dass die beiden Rotoreinheiten so angeordnet sind, dass sie sich in derselben Richtung drehen.