EP0758606A1 - Hub cap for ship propellers - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a hub cap for closing the hub bore on a propeller or on the underwater gear bulb of a drive.
- Propellers of propellers are usually provided with hub caps, which are used to seal underwater hub openings or gear bulbs.
- the hub caps form the inner boundary of the propeller blades, on which flow vortices form during propeller operation. The power losses caused by vortices are considerable and are particularly noticeable with large diameter propeller hubs and with propellers for higher thrust loads.
- the invention has for its object to find a solution with which this loss of performance can be counteracted successfully.
- the invention is based on the knowledge that the appropriate configuration or shaping of the hub cap can counteract the formation of vortices by the propeller in the vicinity of the hub by specifically changing the pressure conditions in this environment by the configuration of the cap.
- the propeller wing surfaces responsible for the thrust are limited on the outside by the wing tips and on the inside by the hub.
- the current breaks off with the formation of eddies.
- These turbulent flows which are high in energy, have a direction different from the direction of thrust and therefore consume part of the energy supplied by the motor to the propeller.
- the inventive design of the hub cap enables energy to be recovered from the vortices, at least in the hub area, which can significantly improve the efficiency of a ship's propulsion system.
- the noise emission is reduced by the invention.
- the hub cap contains at least one blade, which ensures removal of the hub vortex during operation.
- Such a hub cap can be retrofitted at any time, there are no others Replacing components, rather all other components of the drive system can remain unchanged.
- a plurality of blades which are distributed regularly over the circumference of the hub cap and are arranged approximately in a meridional orientation, are preferably provided.
- the hub cap according to the invention can be used both with screw propellers that work as pressure propellers and with train propellers.
- the propeller hub 12 carries a hub cap 13 which covers the hub bore 14 against the ingress of water.
- the vortices arise during operation of the propeller, which can be high in energy and have a direction different from the thrust direction. This results in decisive disadvantages for the efficiency of the propeller 11.
- the vortices consume part of the energy supplied by the motor to the propeller and generate a counter-thrust that reduces efficiency.
- the vortex energy is partly converted into increased sound radiation.
- the screw propeller operating according to FIG. 1 as a pressure propeller 11 has a rotating hub cap 13, which lies behind the propeller 11 in the direction of flow V.
- the vortex that forms behind the propeller 11 along the hub cap 13 initially consists of several vortices of the different blades 15, which then quickly form a single vortex, which leaves its track in a narrowly defined area along the axis of rotation of the propeller.
- the direction of rotation of this vortex coincides with the direction of rotation of the propeller and the velocities of the vortex are greatest on the inside and decrease towards the outside.
- speeds V w occur at the very inside along the hub cap 13, which speeds are significantly higher than the rotational speed V u of the propeller 11 itself.
- the tangential components V T of the vortex speed V w dashed curve) and that by the propeller rotation caused circumferential speed V u (continuous curve) depending on the distance R from the propeller axis 22 shown. From the intersection A there results a limit radius R g up to which the component V T of the vortex speed V w is greater than that of the peripheral speed V u on the propeller. Ice at this limit radius R g enables energy recovery.
- the blades 15 of the hub cap 13 extend from the propeller axis 22 to a maximum of the limit radius R g in order to optimally use the effect of the blades 15.
- the curvature of the blade surfaces is opposite to that of the propeller surfaces. In this way, the eddy currents are deflected in the beam direction, it being entirely possible to deflect the current in such a way that an additional thrust is generated.
- four blades 16 are shown distributed over the circumference of the hub cap 13, which extend from the end 17 facing the propeller hub 12 to the tip 18 of the hub cap 13.
- FIG. 3 Another configuration of the blades is shown in FIG. 3 in connection with a traction propeller 11 '.
- a non-rotating drain cap 25 is provided with blades 26.
- hub caps are particularly important on propellers for higher levels of thrust.
- Such propellers generate a high thrust in a comparatively small area and thus inevitably reinforced hub vortices. Due to the high loss, a high improvement can be achieved when using a hub cap designed according to the invention.
- These propellers include e.g. Propeller 11 with end plates 21 according to Fig.1, so-called tip-fin propellers.
- the combination with end plates is advantageous, but not essential.
- the hub cap described above is shown in the drawings in connection with a sterndrive.
- the hub caps according to the invention can of course also be used with all other ship propulsion systems.
Landscapes
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Nabenkappe zum Verschließen der Nabenbohrung an einem Propeller oder an der Unterwassergetriebebirne eines Antriebes.The invention relates to a hub cap for closing the hub bore on a propeller or on the underwater gear bulb of a drive.
Propeller von Schiffsschrauben sind in der Regel mit Nabenkappen versehen, mit denen unter Wasser liegende Nabenöffnungen oder Getriebebirnen verschlossen werden. Die Nabenkappen bilden die innere Begrenzung der Propellerflügel, an denen sich im Propellerbetrieb Strömungswirbel bilden. Die von Wirbeln verursachten Leistungsverluste sind beachtlich und machen sich insbesondere bei Propellernaben mit großem Durchmesser und bei Propellern für höhere Schubbelastungen bemerkbar.Propellers of propellers are usually provided with hub caps, which are used to seal underwater hub openings or gear bulbs. The hub caps form the inner boundary of the propeller blades, on which flow vortices form during propeller operation. The power losses caused by vortices are considerable and are particularly noticeable with large diameter propeller hubs and with propellers for higher thrust loads.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu finden, mit der diesem Leistungsverlust erfolgreich entgegengewirkt werden kann.The invention has for its object to find a solution with which this loss of performance can be counteracted successfully.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.The object is achieved by the features of claim 1.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß durch entsprechende Ausgestaltung bzw. Formgebung der Nabenkappe, der Bildung von Wirbeln durch den Propeller in der Nabenumgebung entgegengewirkt werden kann, indem die Druckverhältnisse in dieser Umgebung durch die Ausgestaltung der Kappe gezielt verändert werden.The invention is based on the knowledge that the appropriate configuration or shaping of the hub cap can counteract the formation of vortices by the propeller in the vicinity of the hub by specifically changing the pressure conditions in this environment by the configuration of the cap.
Die für den Schub verantwortlichen Propeller-Flügelflächen sind außen durch die Flügelspitzen und innen durch die Nabe begrenzt. Hier reißt die Strömung unter Bildung von Wirbeln ab. Diese turbulente Strömungen, die energiereich sind, haben eine von der Schubrichtung unterschiedliche Richtung und verbrauchen somit einen Teil der vom Motor an den Propeller gelieferten Energie.The propeller wing surfaces responsible for the thrust are limited on the outside by the wing tips and on the inside by the hub. Here the current breaks off with the formation of eddies. These turbulent flows, which are high in energy, have a direction different from the direction of thrust and therefore consume part of the energy supplied by the motor to the propeller.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Nabenkappe kann zumindest im Nabenbereich aus den Wirbeln Energie zurückgewonnen werden, womit der Wirkungsgrad eines Schiffsantriebes nennenswert verbessert werden kann. Außerdem wird durch die Erfindung die Geräuschemission reduziert.The inventive design of the hub cap enables energy to be recovered from the vortices, at least in the hub area, which can significantly improve the efficiency of a ship's propulsion system. In addition, the noise emission is reduced by the invention.
Gemäß einer fertigungstechnisch einfachen Ausgestaltung der Erfindung enthält die Nabenkappe mindestens eine Schaufel, die im Betrieb für eine Beseitigung des Nabenwirbels sorgt. Eine derartige Nabenkappe ist jederzeit nachrüstbar, dazu sind keine weiteren Bauteile auszutauschen, vielmehr können alle übrigen Bauteile des Antriebssystems unverändert bleiben.According to a production-technically simple embodiment of the invention, the hub cap contains at least one blade, which ensures removal of the hub vortex during operation. Such a hub cap can be retrofitted at any time, there are no others Replacing components, rather all other components of the drive system can remain unchanged.
Vorzugsweise sind mehrere, auf den Umfang der Nabenkappe regelmäßig verteilte Schaufeln vorgesehen, die annähernd in meridionaler Ausrichtung angeordnet sind.A plurality of blades, which are distributed regularly over the circumference of the hub cap and are arranged approximately in a meridional orientation, are preferably provided.
Durch entgegengesetzte Ausrichtungen der Wölbung der Nabenschaufeln und der Propellerflügel ist es möglich die hohen Tangentialgeschwindigkeiten in Nabennähe so in Strahlrichtung umzulenken, daß ein zusätzlicher Schub erzeugt wird. Das dabei durch die Umlenkung auftretende Drehmoment ist dem den Propeller antreibenden Motormoment gleichgerichtet, was einer Leistungseinsparung gleichkommt. Außerdem führt die vollständige Beseitigung des Nabenwirbels zu einer Reduzierung der Schallabstrahlung.By opposing alignments of the curvature of the hub blades and the propeller blades, it is possible to redirect the high tangential velocities near the hub in the jet direction so that an additional thrust is generated. The torque that occurs as a result of the deflection is rectified to the engine torque driving the propeller, which is equivalent to a power saving. In addition, the complete elimination of the hub vortex leads to a reduction in sound radiation.
Die erfindungsgemäße Nabenkappe ist sowohl bei Schraubenpropellern, die als Druckpropeller arbeiten, als auch bei Zugpropellern anwendbar.The hub cap according to the invention can be used both with screw propellers that work as pressure propellers and with train propellers.
Besonders geeignet ist die Anwendung an Propellern für höhere Schubbelastungsgrade, z.B. an Propellern, die einen hohen Schub auf vergleichsweise geringer Fläche erzeugen und dabei zwangsweise eine verstärkte Nabenwirbelbildung verursachen. Hierbei ist das erreichbare Verbesserungspotential entsprechend groß. Die Verbindung der erfindungsgemäßen Nabenkappe mit Propellern dieses Typs mit Endplatten an den Flügelspitzen ist daher besonders vorteilhaft.It is particularly suitable for use on propellers for higher levels of thrust, for example on propellers which generate a high thrust in a comparatively small area and inevitably cause increased hub vortex formation. The potential for improvement is correspondingly large. The connection of the hub cap according to the invention with propellers this type with end plates on the wing tips is therefore particularly advantageous.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
- Fig.1
- ein erstes Ausführungsbeispiel,
- Fig.2
- ein Diagramm, das Tangentialgeschwindigkeiten in Abhängigkeit vom Propellerradius aufzeigt, und
- Fig.3
- ein weiteres Ausführungsbeispiel.
- Fig. 1
- a first embodiment,
- Fig. 2
- a diagram which shows tangential speeds as a function of the propeller radius, and
- Fig. 3
- another embodiment.
In Fig.1 ist ein Z-Antrieb 10 mit einem Endscheibenpropeller 11 dargestellt. Die Propellernabe 12 trägt eine Nabenkappe 13, die die Nabenbohrung 14 gegen das Eindringen von Wasser abdeckt. An beiden Grenzen der Flügelflächen 15, nämlich in Nabennähe und an den Flügelspitzen 20 entstehen im Betrieb des Propellers Wirbel, die energiereich sein können und eine von der Schubrichtung verschiedene Richtung haben. Daraus ergeben sich für den Wirkungsgrad des Propellers 11 entscheidende Nachteile. Die Wirbel verbrauchen einen Teil der vom Motor an den Propeller gelieferten Energie und erzeugen eine den Wirkungsgrad mindernden Gegenschub. Außerdem wird die Wirbelenergie zum Teil in erhöhte Schallabstrahlung umgesetzt.1 shows a sterndrive 10 with an
Um diesen nachteiligen Stömungsverhältnissen entgegenzuwirken, werden im Nabenbereich und ggf. an den Flügelspitzen 20 Maßnahmen ergriffen, mit denen die in den Wirbel enthaltene Energie möglichst weitgehend rückgewonnen bzw. mit denen die Wirbelbildung vermieden werden kann.In order to counteract these disadvantageous flow conditions, 20 measures are taken in the hub area and possibly at the wing tips with which the energy contained in the vortex is as large as possible recovered or with which the vortex formation can be avoided.
In Fig.1 ist eine Lösung gezeigt, bei der mit Endplatten 21 an den Flügelspitzen 20 Wirbel im Außenbereich weitgehend vermieden werden, während im Nabenbereich an der Nabenkappe 13 angebrachte Schaufeln 16 für eine Beseitigung der Nabenwirbel sorgen.1 shows a solution in which
Der gemäß Fig.1 als Druckpropeller 11 arbeitende Schraubenpropeller hat eine mitdrehende Nabenkappe 13, die in Stömungsrichtung V hinter dem Propeller 11 liegt. Der sich hinter dem Propeller 11 entlang der Nabenkappe 13 bildende Wirbel, besteht zunächst aus mehreren Wirbeln der verschiedenen Flügel 15, die sich dann sehr schnell zu einem einzigen Wirbel zusammenformen, der seine Spur in einem eng begrenzten Gebiet entlang der Drehachse des Propellers hinterläßt. Die Drehrichtung dieses Wirbels fällt dabei mit der Drehrichtung des Propellers zusammen und die Geschwindigkeiten des Wirbels sind innen am größten und nehmen nach außen ab.The screw propeller operating according to FIG. 1 as a
Wie in Fig.2 gezeigt ist, treten ganz innen entlang der Nabenkappe 13 Geschwindigkeiten Vw auf, die deutlich höher sind als die Drehgeschwindigkeit Vu des Propellers 11 selbst. Im Diagramm der Fig.2 sind die Tangentialkomponenten VT der Wirbelgeschwindigkeit Vw (gestrichelte Kurve) und der durch die Propellerdrehung verursachten Umfangsgeschwindigkeit Vu (durchgehende Kurve) in Abhängigkeit des Abstandes R von der Propellerachse 22 gezeigt. Aus dem Schnittpunkt A ergibt sich ein Grenzradius Rg, bis zu dem die Komponente VT der Wirbelgeschwindigkeit Vw größer ist als die der Umfangsgeschwindigkeit Vu am Propeller. Eis zu Diesem Grenzradius Rg ist eine Energierückgewinnung möglich.As shown in FIG. 2, speeds V w occur at the very inside along the
Die Schaufeln 15 der Nabenkappe 13 erstrecken sich aus diesem Grund von der Propellerachse 22 bis maximal dem Grenzradius Rg, um die Wirkung der Schaufeln 15 optimal zu nützen. Die Wölbung der Schaufelflächen ist der der Propellerflächen entgegengesetzt. Auf die Weise werden die Wirbelströme in Strahlrichtung umgelenkt, wobei es durchaus möglich ist, den Strom so umzulenken, daß ein zusätzlicher Schub erzeugt wird. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind vier, auf den Umfang der Nabenkappe 13 verteilte Schaufeln 16 gezeigt, die sich von dem der Propellernabe 12 zugekehrten Ende 17 bis zur Spitze 18 der Nabenkappe 13 erstrecken.For this reason, the
Eine weitere Ausgestaltung der Schaufeln ist in Fig.3 in Zusammenhang mit einem Zugpropeller 11' gezeigt. Hier ist eine nicht mitdrehende Ablaufkappe 25 mit Schaufeln 26 versehen.Another configuration of the blades is shown in FIG. 3 in connection with a traction propeller 11 '. Here, a
Soweit bisher schon Vorschläge für die Vermeidung von Nabenwirbeln gemacht wurden, handelt es sich um Lösungen, denen die Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung mit ihrem besonderen Wirkungsprinzip sich als überlegen erweisen sollten.As far as suggestions for avoiding hub vertebrae have been made so far, they are solutions to which the embodiments according to the present invention with their particular principle of action should prove to be superior.
Die Anwendung von besonders ausgebildeten Nabenkappen ist insbesondere an Propellern für höhere Schubbelastungsgrade wichtig. Derartige Propeller erzeugen einen hohen Schub auf vergleichsweise geringer Fläche und damit zwangsweise verstärkte Nabenwirbel. Aufgrund des hohen Verlustes kann bei Anwendung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Nabenkappe eine hohe Verbesserung erreicht werden. Zu diesen Propellern gehören z.B. Propeller 11 mit Endplatten 21 gemäß Fig.1, sogenannte Tip-Fin-Propeller.The use of specially designed hub caps is particularly important on propellers for higher levels of thrust. Such propellers generate a high thrust in a comparatively small area and thus inevitably reinforced hub vortices. Due to the high loss, a high improvement can be achieved when using a hub cap designed according to the invention. These propellers include
Die Verbindung der Nabenkappenschaufeln 16 mit einem Propeller 11 mit Endscheiben 21, die die Flügelspitzenwirbel beseitigen, wird somit ein Antrieb geschaffen, mit dem hohe Wirkungsgrade erreicht werden können. Die Kombination mit Endplatten ist vorteilhaft, aber nicht zwingend.The connection of the
Die vorstehend beschriebene Nabenkappe ist in den Zeichnungen in Verbindung mit einem Z-Antrieb dargestellt. Die erfindungsgemäßen Nabenkappen sind selbstverständlich auch bei allen anderen Schiffsantrieben anwendbar.The hub cap described above is shown in the drawings in connection with a sterndrive. The hub caps according to the invention can of course also be used with all other ship propulsion systems.
Claims (9)
Applications Claiming Priority (4)
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EP96112507A Withdrawn EP0758606A1 (en) | 1995-08-16 | 1996-08-02 | Hub cap for ship propellers |
Country Status (1)
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Date | Code | Title | Description |
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PUAI | Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase |
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AK | Designated contracting states |
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