Praktische hinweise für die anwendung von festen oder drehbaren düsen

, 22 SEP. 1982

ÀRCHEF

_{I ectinische nogescnui}

Priktische Hinweise für die Anwendung von festen oder drehbaren Dû

ei

Von Dipl.-Ing. W. Seiko, KDT, VEB Schiffswerft ,,Edgar Andrd", Magdeburg

Dicier 1ei1aq sn/i keiie thcorstseluy. fierce/inn iiq von ¡)iiscn behandeln., eondern hinweise für di

.1 ii irendung von ¡)üse.n geben.

¡ni folgeinicii. wird ¿ion ein kurzer Überblick über die bisherigen Ergebnisse in der Kai u,ickl ung der 1)iiscnpropclier gegeben. Es wird weiterhin gezeigt, wie durch dic Anordnung einer Düse der

Wirkungs-grad der .3!asch inenonla gen ,,on ,Schleppern verbessert und dadurch wirtschaftlicher gestaltet werden fran n.

i Allgemeines

1)i \Virkung der von Kort entwcke1ten Düse ais pio. pnìsioiìsverbesserniles Orgnii ist chon seit längerer Zeit

bekannt. und in der Praxis mit Erfolg nachgewiesen

worden.

Die Wirkungsgradverbesserung ist in erster Linio auf

zwei Faktoren zurückzuführen:

1.1 Die Düse ermöglicht., bedingt durch ihre Form, daß

citier größeren Menge Wasser eine kleinere

Besohlen-ikigung crt eilt wird. Das entspricht., wie an Hand der St rahitheorie nachgewiesen werden kann, einer Wir-kungsgradverbesserung.

1.2 Durch dic ITmmantelung des Propellers wird, bei

genügend kleinem Liiftspal zwischen

Propeller-flügel und Düsenwand und bei breiten Flügelenden (Kaplanpropeller), die Bildung von Spitzenwirbcln

Verflue(Icn.

Dio Wirkungsweise eines Propellers in einer Düse

knnn also etwa

uit. einer Adalpumpo verglichen

werden.

In den letzten Jahren wurdén Düsen in verstärktem Maße gleichzeitig als Stcuerorgane ausgebildet, d. h.,

sie wurden drehbar angeordnet. Durch Umienkung des gesamt cii Propellerst.rahlcs wird eine wesentlich größere

Steucrvirkung als beim Ruder erzielt.

2 Forderungen an eine Düse, die gleichzeitig als Ruder verwendet werden soli

Aus den Erfahrungen in der Anwendung von Diisen

ergaben sich im wesentlichen folgende Forderungen: 2.1 Die Aust.rit.t.suiäche der Düse soll etwas größer als

die Fläche am Orte des Propellers soin (Verbesse-rung des Wassorzustromes bei Rückwürtsfahr).

610

Lab. v.Sp1ouwkü'

i t

il

I

2.2 Zur Erreichung eines guten Wirkuiiigsgrades in der Vorausfahrt, muß da Verhältnis von Eintrittsfläche

zur i'ropellorflächo in Abhängigkeit vom

Schub-helastungsgrad gewählt werden.

2.3 Das Liingcn-Diccen.Verhältnis sollte 0,15 betragen (Vergrößerung des Düsenschubanteiles).

2.4 Die Ruderdüse muß mindestens bis 30, möglichst

bis 350 schwenkbar sein.

2.5 Dio in Voraus?ahrt vor der Schraube befindliche

Düsenwandung (Einlauf) muß mit einer wirksamen

Abrcißkant, vorsehen sein, um ein einwandfreies

Steuern in der Rückwärtsfahrt zu ermöglichen.

3 Düsenformen 3.1 Kortdüse

Bereits vor nun fast 30 Jahren beschäftigte sich Kort mit (1er Uinmantelung von Schrauben. Seino erste Ent-wicklung war ein Schlepper, bei dem die Düse ungefähr 2/3 der Schiffslitnge betrug [1]. Jedoch schon kurze Zeit

später ging er von dieser Bauausführurig ab und kam

zmn kurzen profilierten Düsenring.

Als Düsenprofil wurde vön ihm das Tragflügelprofil

genommen (Bild 2). Entsprechend den üblichen

Pro-pellern mit einer Neigung der Erzeugenden lag der

kleinste Durchmesser etwa auf 2/3 der Gesamtlänge,

von vorn gemessen. Es konnten demzufolge große Öff. nungswinkel sj vorgesehen werden, wodurch ein guter Wasserzustrorn zum Propeller erzielt wurde. Bis heute wird diese Form, allerdings in verbesserter Ausführung,

noch mit Erfolg verwendet. Entsprechend dem vor-handenen Platz im Hinterechiff wird sie als

Vollring-düse oder als Teilringdüso ausgebildet, wobei dem Voli-ring der Vorzug zu geben wäre.

Bild I

Schematische Darstellung einer Düse

zur Erlüuterung der Grundbegriffe FE Lintrittstliiche cl Profildicke F Propdllerfläche _j Wölbung F4 Austrittsfläche ; Öffnungswinkel L Prollilänge e Luftspalt Bild 2 Kortdilse Schiffbnutechnik 11 12/1961

ilild 3

Düse, abgeleitet von der NACA-Wülbungslinte 2O

An Hand systematischer Versuche der NSP

Wage-ningen mit, uinnìantelten. Propellern [2] wurden Unter-lagen geschaffen, die es ermöglichen, optimale Systeme

.,Schraube + l)üso" zu entwerfen (Bp-ö-Diagrainme) bzw. Systeme fur bestimmte Forderungen zu projek.

t ier'i1 Oder uneliztirechnen (ks', km-ADingrainme). Es

wurden Schrauben der Serie B 4.55 im koaxialen

Zyliuder und sieben verschiedene Düsen untersucht. Die Ergebnisse sind grafisch aufgetragen, wobei die Düsen im l/D-Verhältnis und Öffnungswinkel variiert wur-,

den. Dein Konstrukteur bleibt es überlassen, die für seinen Propulsionsfall günstigste Düsenform

auszu-wählen. Allgemeine Entwurfsempfehlungen sind unter

Punkt 5 aufgeführt.

3.2 DiLsenprofile, die von er NACA-Wöbungslinie 2.50

abgeleitet wurden

Dieo Düsenform wurde für die in neuerer Zeit

durch-geführten Versuche mit Kaplan-Propellern für das

System ,,Düso + Schraube" gewählt. Die

Entwick-lungen sind abgeschlossen [3] und in gleiche Fassung

wie in [2] gebracht worden. Die engste Stelle liegt etwa

auf Mitte der Düsenliinge (Bild 3), so daß sie sich be-sonders für den Einsatz als Ruderdüse eignen.

3.3 Sowjetische Dü.een

Diese Form wurde aus den normalen NACA.Profilen entwickelt, indem die Wölbiingen durch Kegelstümpfe

ersetzt wurden. Die Düse entstand unter den

Voraus-setzungen, Sie auch als Steuerorgan zu benutzen. Auch für dieso Düsen gibt es Berechnungsmöglichkeiten [4]. Allerdings ist es nicht möglich, das System Schraube + Düse" zu entwerfen, sondern nur nachzurechnen. Es muß

also

eine Variationsrechnung durchgeführt und die

Schlitbaiitechnlk 11 12/1ß61

BIld 4

Sowjetische Düse

Bild5 Düse mit Stabilisator

günstigste Variante gesucht worden. Dio Berechnung

des Pfa.hlzugos ist möglich (Bild 4)

4 Anwendungsbereich für Düsen

Die Anwendung einer Düse empfiehlt sich grund-satzlich bei schwerbelastoten Propellern (Schleppern) und bei Schiffen, die infolge Tiefgangsbcschränkung

keinen optimalen Propeller unterbringen können

(Binnonschiffe).

Bei Handelsschiffen, die im allgemeinen normal oder

leicht belastete Propeller haben, kann, hei günstiger

Wahl der Düse, eine Propulsionsvorhcsserung erreicht

werden.

Für sehr schnelle Schiffe ist (lie Anordnung von Düsen'

nicht mehr zu empfehlen, da bei großen Fortschritts.

graden der Schubbeiwert der Düse negativ wird,

was gleichbedeutend mit einer Widerstandsorhöhung

ist.

Als allgemein gültiges Kriterium kann angegeben

werden:

[5]

5 Entwurfsempfchlungen

Der Projektant muß sich bei der Lösung seiner Auf.

gabe darüber im klaren sein, was er mit der Düse

erreichen will - Vergrößerung des Schubes:

Zur Erreichung eines höheren Trossenzuges

(Schlepper) oder

zur Erzielung einer höheren Freifahrtgeschwindig-keit.

Das ist die Grundkonzeption.

Als grundlegende Auswahlrichtlinien sind folgende

Hinweise zu beachten:

5.1 Das Öffnungsverhititnis Fe/Ed muß dem

Schub-belastungsgrad proportional sein, d. h.,

schwer-bolastete Propeller (Schlepper) werden mit einer

Düse mit großem Fe/Ed ummantelt,

leichtbela-stete (Handelssehiffe) erhalten Düsen mit kleinem Fe/Ed, so daß bei hohen Schubbelastungsgradcn

große f/i (e 0,05) und bei kleinen Sehubbelastungs-graden kleine f/i (ee 0,03) auftreten.

5.2 Von seiten des Gesamtwirkungsgrades (Düse + Propeller) aus betrachtet, hat sich ein Öffnungs-winkel von 10,2° als am günstigsten erwiesen.

Er genügt sowohl kleinen wie auch großen Schub-belastungsgraden und empfiehlt sich damit für alle Propulsionsprobleme.

:.:i ei1 die Düse gleichzeitig nis S euerorgan betuitzt, \v'r, len so ist ¡a t r i tsureli St rai li n lenkung et no

löncre J)iist' einer ka tzell vorzuziehen (i/i) 0,8).

131'jni Eut wurf der flüso sind die unter Punkt. 2

genannt t'ti Forderungen möglichst. einzultnit.en. Sie

eben die Erfahrungen wieder, dio bisher bei tier Erprobung von Düsen an Schiffen verschiedenster

Art geniaclit nu rden.

6 Vorteile des S-cstems ,,Schraubc ± Düse" gegenüber

dem f tejen Propeller

1)ieso Vorteile können wie folgt kurz zusanimciigefußt werden:

6.1 Die Anordnung einer Düse bringt., je nach

Fort.-sein it t s- und i3olastun gsgratl. cine

Schubvergrö-lierung bis zu 35%, d. h.,

bei gleichem Schub können bis zu 35% i½laschinenleistung eingespart

werden.

6. Die Leistungsfühigkeit in der Rückwärtsfahrt wird

verbessert.

6.3 Cuter Zitstroni des Wassers zum Propeller, da der

Einfluß (1er Hint,crscliiffsform weitgehend aus-geschaltet. wird.

(i.4 Der optimale Propellerdurchmesser wird verringert,

unti zwar um etwa 10% bei den Wageninger

Propellern und um etwa 30% bei der Anordnung

eines Kaplan-Propellers.

6.5 Dio Düse schützt don Propeller gegen Beschädigung

durch im Wasser treibende Gcgenstndo unti Eis. 6.6 Weiterhin dürfte es eine bekannte Tatsache sein,

daß durch cinc Düse die Kursst abilitiit erhöht wird (Vergrößerung der Lateraiplanfiöche).

Bild 6 Günstige Ausbildung des flhtiterseltitFes zur earantie guter Steuer-eigenschaften in der Rücktvlrtsfnhrt.

7 Anordnung von Rudcrdiisen an Stelle von Rudern

Bezüglich der Anordnung kann folgendes gesagt

verden:

7.1 Die Rudorwirkung einer schwenkbaren Düse ist größer als die eines Ruders, da dcr gesamte Pro-pelleustrahi umgelenkt wird. Rocher [6] gibt an, daß nur etwa der halbe Ausschlag gegenüber dom

Ruder nötig ist, um dic gleiche Ruderwirkting zu er-zielen. Durch clic Anordnung eines St.abilísat.ors an

cher Austrittsflächc wird dem Schraubenstrahl der

Prall genommen, also Energie zurückgewonnen und außerdem die Ruderwirkung erhöht (Bild 5).

Die Wahl der Stabilisatorlitnge muß durch eine

Ruderrechnung ermittelt werden, da sie wesentlich

von der Drehachsiage der Ruderdüse abhingig ist

und das Rudormoment sowohl verkleinern wie auch

612

ihid 7 11/0-Verteilung zur Vermeidung von Druckseit,nknxitation (Sch ti und Hafen (1959))

vergrößern kant. Besonders ist darauf zu achten, daß dio Rückwürtsrnomente nicht zu groß worden

(s. auch [13]).

.7.2 Sollen gute Eigenschaften auch in tier Rückwärts-fahrt erzielt worden, so ist, neben einer wirksamen Abreißkant.e am vorderen Teil der Düse die

Hinter-sch iffsform soweit wie möglich wegzuHinter-schneiden (Bild 6), damit der umgelenkte Strahl nicht gegen

cias Schiff geworfen und ein Teil der Ruderwirkung dadurch vernichtet wird.

7.3 Die Düse kann als Schwebodüse ausgebildet 0(1er

aber auch wio ein normales Ruder in einer Hacke

gelagert werden. Letzteres empfiehlt sich bei

hohen Schüben (Hafenschlepper), um die beim

Manövrieren auftretende Biegebeanspruchung des

Schaftes zu reduzieren.

8 Wahl des Propellertyps

Grundsützlich stehen zwei Propellertypen zur

Aus-wahl, die in Düsen untersucht wurden: 8.1 Wageninger B-Propeller,

8.2 Kaplan-Propeller.

Der Kaplan-Propeller hat erst in den letzten .Jahren

in zunehmendem MaJ3e im Düsenpropellerbau

Anwen-dm1g-.gefnden. Die Erfahrungen sind gut, der Einbau

ist zu empfehlen.

Was Ist nun bei der Projektierung zu beachten:

Bei beiden Propellertypen

tritt, wenn man die

Standardausführung nimmt, Druckseitenkavitation auf.

Durch Veränderung cher Steigung kann hier Abhilfe geschaffen werden. Die Verteilung des HID über den

Durchmesser zeigt Bild 7.

Des weiteren besteht Kavitationsgefahr, wenrdfó

Flügelenden wie bei

freien Propellern abgerundet

werden

Druck- unii Saugseitenkavit.ation treten auf, wenn die Düse z. T. durch don Sehiffskörper gebildet wird.

Der Kaplan-Propeller ist dem B-Propeller überlegen,

cia er einen kleineren optimalen Durchmesser hat und infolge seiner breiten Flügeispitzen weniger kavita.

tionsgefährdet ist.

9 Erfahrungen mit Ruderdüsen

Die Schiffswerft Edgar Andró", Magdeburg, liai te den Auftrag, Motorgüterschiffe, die für den Export in

die Sowjetunion bestimmt sind, mit schwenkbaren

Ta/ri 7 Vr'puihiirtiehe

Düsen an Stelle der vorhandenen feston Kortdiison

auszurüsten. Zunächst wurde eine, der festen Düse sehr

ähnliche, drohbare Düse entworfen, und mit einem

Schiffs iodeli wurden in der Schiffbau-Vcrsuchsanstalt Pot sdain-Ma rquardt. Manövrierversuche gefahren. Die Ergebnisse der Vorausfahrt varen durchaus zu

frieden-stellend, ein Steuern in der Rückwärtsfahrt war jedoch

Yiicht möglich. Das ist. im wesentlichen auf zwei Punkte zurückziifiihren:

9.1 Infolge eines zu völligen l'roflls an der Eintritts-kaute löste sich die strömung in der Rückwärts-fahrt nicht ab.

9.2 Der Wasserzutritt war, bedingt durch die

Düsen-farm, schlecht.

Auf Grund dessen wurde eine neue Düse entwickelt (s. Bild 4), und es wurden erneut Versuche gefahren.

Der Erfolg war zufriedenstellend. Dio Düse gewährt dein

Wasser sowohl in der Voraus- wie auch in der Rück-viirtsfahrt guten Zustrom zum Propeller und bewirkt in beiden Fahrtrichtungen ein einwandfreies Abreißen der Strömung. D je durchgeführt en Versuche zeigten, daß durch die Anordnung von Ruderdüsen die

Steuer-eigenschaften eines Schiffes wesentlich verbessert werden können. Die amModell erprobten Eigenschaften

wurden in der Praxis bei der Erprobung des ersten

Schiffes mit schwenkbaren Düsen bestätigt, so daß die Serienfertigung aufgenommen werden konnte.

Hier die Ergebnisse, die bei der Erprobung des ersten

Motorgüterschiffes mit schwenkbaren Rudordüsen

er-zielt wuiden:

g.

JWfi S IIi'ei«nisicht eineMotorgiiterschiffes mit Ruderilflsen Und

ròil-knmmei geschlossener Ileckachtìrze (Foto Mailer) sehutri,agiiteelnik 11 i/1OG1

Zunächst die Hauptdaten:

La

67,30 in

L1.

= 63,80 m

BSPt = 8,16 trI

V = 998,5 in3.

Zweischraubenschi mit zwei langsamlaufenden Die-selmotoren 8 NVD 36, 300 PS bei 360 U/mm dea

Sehwermaschinonbau Karl Liebknecht" Magdeburg.

Propellerd aten:

Pa/F = 0,49.

Dio Erprobung, Propulsions- und Manövriorversuche wurden auf der Stralsunder Meile durchgeführt und die

Resultate mit einem Fahrzeug gleicher Hauptclaten,

aber mit festen Düsen und Hitzlerrudor verglichen. Die Werte sind den Tafeln 1, 2 und 3 zu entnehmen.

Die Messungen ergaben, daß bei dem Schiff mit

schwenkbaren Ruderdüsen eine Probofahrtgeschwin. digkeit von 17,6 km/h gegenüber 17,1 km/h bei der Bauausführung mit festen Düsen erzielt wurde. Die benötigte Leistung bei Nenndrehzahl betrug 525 PS

gegenüber 604 PS.

Zu bemerken wäre hier, daß die Wassertiefen bei beiden Versuchen nicht die gleichen waren, denn (las

-Bild 9 Rmlerdüsen toit Stabilisator und Seiten flossen bet 35' Riuleraus-schlug. Deutlich ist das parallele Mittelstück in (lcr Düse zu er. kennen. Die Aufnahme zeigt schon die SchUte neuen Typs mit

Kaplan-Propelleni (Foto Müller)

613 Typ U zii'tuiiil J) [t] T. [iii] T h [in] T_to ill] Maiì6ver N ii [i''] (min l V [kuh

volle J?alirt voraus 525 3(32 17,57 iiiittleriì Filin voraus 232 279 14,32

helium 980 2.05 2,15 2.10 langsame Fahrt voraus 73 188 9,71

)lotorgütuirseluilt _{volle Fahrt rüekwiirts 526 337 12,99}

nit Ruiderdilse _{rnittl. Fahrt rüvkiviirts 11)1 258 9,04}

Rau-Xr. 930

vu,lle Fahrt. voraus 508 8)34 20,50

l,.'er 301 0.2:1 I .23 (1,7:3 nu li l're l'nlurd voraus 237 282 lIt.132

mugan ui' 'ii Irl. VuirlUis 713 litt Il li

vol in l'ali rl. voruguis 604 :tno 17,11)

Il ot iiriut mrst'li 6 _{lu.'lailu'n 1)80 2,12 2,12 2,12 uuuitt.lcrc Fahrt voruilis 205 285}

15/ut)

uuIt fi'i't ('O ortiliisi'i nod

liuzlcr-Ru,lc'r,

lsn.Nr.025; 926

1)25 _{langsame l'abri voraus} 82 184 10,00

leer 334 0,40 1,10 0,80 volle Fahrt vorausmittleri, Fahrt voraus 274

-360 288

20,20 17.12

026 volle Fahrt rtickwiirts 360 3 luis 4

D

= 1,30m

HID = 1,12

TafZ 2 flr,'lnisfalirten

Mot orgüterschiff 025 wurde auf dem Beetzseo (Bran-denburg) erprobt, wo dio Wassertiefen zwischen 6 und 12 ni liegen, während die Stralsunder Meile 10 m tief ist. Daß die Leistung nieht voll ausgenutzt werden konnte,

liegt im System ,,Düse + Propeller" begründet. Es

wurde niimlich der Propellertyp aus der festen Kort-(IjiSe auch für die Ruderdiise verwendet.. Diese weist aber giinzlich andere Profilforinen auf, so daß beide

nicht mehr harmonieren können.

Durch die vollkommen geschlossene Schürze bei der Ausführung der Ruderdilsen (Bild 8 und 0) wurde

Luft-einbruch in allen Fahrtzustiinden vermieden. Daraus

dürfte auch die hohe Geschwindigkeit vOn 13,0 km/h

des beladenen Schiffes in (lcr Rückwärtsfahrt resul-tieren, während (1cc alte Typ, sogar in Leerfahrt, nur

3 bis 4 km/li erreichte.

Die nächsten Fahrzeuge des Typs mit schwenkbaren

Düsen wurden mit

Kaplan-Propellern ausgerüstet

(Bild 9). Meßergebnisse des Schiffes 936 liegen vor,

haben jedoch keiné AussagekraÇt, da nicht die gleichen Versuchsbedingungen herrschten (dio Außenhaut wurde beim Austauschen der Propellcr'gereinigt). Die nächsten

Messungen werden noch im Jahre 1961 durchgeführt,

so daf3 dann eine vergleichende Auswertung und Gegen-überstellung beider Propellertypen ei-folgen kann.

Dic Werte zeigen, daß sich die Drehkreisdurchmesser beider Schiff& gleichen, jedoch liegt dio

Drchgeschwin-digkeit des Typs mit Ruderdüse bei leerem Schiff um

etwa 25% höher.

Gleiche Versuche wurden in der Rückwärtsfahrt

durchgeführt. Bemerkenswert ist, daß sowohl bei

beladenem wie auch bei leerem Schiff Drehkreise mit

,,voll zurück" gefahren werden konnten, wobei es

Ta/i t Stpp ersuche

614

Bild IO Kaplan-Propeller in einer Plise

gelang, das beladene Schiff unter Zuhilfenahme der

Maschinen zu stützen.

Dies ist ein beachtlicher Erfolg, wenn man bedenkt,

daß das Stützen im Drehkrcis wohl als die härteste

Forderung anzusehen ist. Bei Kursabweichungen

zwi-schen 5°und 7° ist das Stützen noch durch Drehen der

Düsen, ohne Maschinenhilfe, möglich. In der Leerfahrt gelang zwar einwandfrei (las Ausschwenken aber nicht

mehr cias Stützen. Man muß dabei die starke

Vertriminung des Schiffes und den geringen Tiefgang vorn

-damit also die große Windangriffsfläche -

berück-sichtigen. Da der Angriffspunkt des Wasserwiderstandes

bei hecklastigem rückwiirtsfahrendem Schiff vor dem

Massenschwerpunkt liegt, wird ohnehin das Ausbrechen

itt eine Richtung begünstigt, cias Stüt.zvermögen aber

weitgehend vermindert. Der Mißerfolg ist also nicht auf zu geringe Steuerkräfte zurückzuführen.

Die Kurstabilität des beladenen Schiffes in der Rück.

wärtsfahrt ist gut. Die Stralsunder Meile wurde z. B.

rückwärts durchfahren. In Leerfahrt gelang es, nur

2 bis 3 Schiffslängen geradeaus zu fahren.

Betrachtet man dazu vergleichsweise die

Steuer-eigenschaften der älteren Bauausführung, so ist zu

sagen, daß weder mit Sicherheit rückwärts

ausge-schwenkt, geschweige denn gestützt werden konnte.

Mit leerem Schiff konnte auch kein Drehkreis gefahren werden. Der Lufteinbruch dürfte hier eine entscheidende Rolle gespielt haben.

Zum Stoppverthögen des neuen Typs ist zu sagen, daß dieses gut ist. Der Stoppweg des leeren Schiffes beträgt nur noch etwa 50% desjenigen der alten Aus-führung. Für das beladene Schiff konnte keine

Ver-besserung erzielt werden.

Abschließend kann

fol-gendes gesagt werden: Durch die Anordnung schwenkbarer Düsen wurde

das Fahrzeug propulsions-technisch und

marìövrier-mäßig, besonders in der Riickwärtsfahrt, verbessert.

Das Schiff kann auch bei

flachem Wasser und

stehen-den Schrauben im Auslauf

mit ausreichender

Sicher-heit gesteuert werden. Es

genügt damit den gestellten Forderungen. Schiffbautechnik 11 12/1061 Typ

Be-IIi

7.Ilstand Fahrstufe Anfalirl I alirstufo im Drehkreis . größter Drchkrcis-Ø in Schitfs-ltngcn ¿eit 1er 1 Dinor. U voraus aoll \OTIIUS voll voraus

I SI ¡is,'li voll rocalla

i 51) 2,2 1' 10'' beladen I Slasch. vull zuirduk 140 .- ,1 4 30

yoU voraus roll voraus 355 '

Stotorzùtersclnffmit

ruderin.eu

voll zurück voll zurück 125 1,0 5' 43"

laiugsam voraus Izuiguanu voraus 140 __ 2,1 5' 40

Bau-Xr. 936'

Izuigsain voraus voll voraus ISO 2,6 2' 26" voll voraus vili retaIls 180 2,6 2' 10" lcr langsam zurück langsam zurück nicht durchführbar

voll zurück voll zurück < 1,0 1' 31"

Im Slauid 1 Maseh. voll voraus_{i Maseh, voll zuruick} Schiff dreht auf der Stelle Stotorgütcrschilïinit.

festen Kortutüsen u. ilitzler-lmnder

voll voraus roll voraus 130 2,2 2' 55"

leer

ltau-Nr. 925; 028 ₀₂₈ voll vernis voll voraus 180 2,0 2' 55"

'15p Stanoa er Beladungs-_{¿u. an}

na Stoppwcg

Schiffsliingc

Stoppzeit Zeit'cerbr. f'.t

Fahriwechsei Bemerkung tiötorgüter- von ,vollvoraus" beladen 235 3,5 1' 24"45" 15"

Modell-scluittmit

lertlisen

auf,,voll zurück leer 70 1,0 aus

versuch der 8VA Bauu-Nr. 1136 v,oll,orauis leer 200 1' 45 ,..

tlotorgütcr-schiff unit von vollvoraus" beladen 250 3,7 1' 42" 8"

esten Kortdit en u.

ltitcler-auf voll zurück" leer 140 2,1 1' 10" 7" Ruder, Bau- von ,,vollvoraus" beladen 1500 22,0 0' 2" r. 025; 028 auf stop" leer 400 6,7 0' '29" 2"

10 Verh.tlteii von Schiffen mit Kortilüsen im Eis

Diese Fratze ist. lijißerst akut und wird immer von

neuem aufeeworfen, wobei Reedercien großo Bedenken

bei der Anordnung an Fahrzeugen äußern, dio häufig mit Eis in Berührung konunen. Hauptbedenken sind

nachstehende:

Dio Düse wird beschädigt.

Flinsat.zverlu8t durch Blockierung des Propellers.

Diiseewand

Bild ii

Verschieben der Flügeispitze an dic Eintrittkantc, nut das Ejukicutnien von Treibholz zu vermeiden

Es soll an dieser Stelle auf zwei Artikel verwiesen

werden, in denen das Verhalten ummantelter Propeller

im Eis behandelt wird [0] und [8]. Extrakt beider

Abhandlungen ist, daß bereits etwa2250 Schlepper mit Kortdüsen (fest und schwenkbar)

im Einsatz und

erst sehr wenige Ausfälle durch Eis zu verzeichnen sind. Ja, im Gegenteil! Selbst in zusammengoschobenem Eis arbeitete der Propeller einwandfrei, während Schlepper

ohne Düsen starke Propellerschäden _{zu verzeichnen}

hatten und aus dem Dienst; genommen werden mußten. Die Düse schützte den Propeller und brachte außerdem einen großen Gewinn an Schubkraft, der es ermöglichte, auch stärkeres Eis zu brechen.

BeiBeachtungfolgender Konst.ruletionsgrundsät.ze ist

der Anbau einer Düse an Schlepper ohne weiteres

möglich und führt zu keiner Gefährdung des Fahrzeuges.

10.1 Der Propeller sollte nicht mehr als drei Flügel

haben, urn dem Eis genügend Durchlaß zu

ge-währen (Bild 10).

10.2 Aus dem gleichen Grund ist auch eine möglichst

kleine projizierte Propellerfläche vorteilhaft. Diese Fläche wird im wesentlichen durch Wirkungsgrad,

Kavitationsgefahr und Stoppvermögen bestimmt. Es muß auf jeden Fall versucht werden, mit dem

kleinsten Flächenverhältnis auszukommen, um eine genügende Sicherheit gegen das Zusetzen durch Eis zu haben.

10.3 Ein Tunnel vor der Düse ist möglichst zu

ver-meiden, da sonst das Eis zwangsläufig in die Düse

geführt wird, ist seine Anordnung auf Grund der

Raun-averhijlt.njsse erforderlich, so sind seitliche Schürzen vorzusehen, die das an der Wasserober-fläche schwimmende Eis abweisen.

10.4 Abgerundete Flügelspitzen sind zu vermeiden bzw.

die Spitze an die Eintrittskante

zu verschieben, damit ein evtl. Einklemmen von Eis oder Holz mit Sicherhojt vermieden wird (Bild 11).

Allgemein gilt noch:

Die \Va.sscrgeschwindigkeit in der Düsenmitte ist

größer als am Rand, d. h. in der Mitte ist ein geringerer

hydrodynainischer Druck als außen (Bernoulli).

Dem-zufolge werden alle Teile, die izi diOE Düse gelangen,

schulrhauteehnik 11 12/1001

automatisch zur Mitte gezogen. Da dort die Profile

bereits wesentlich kräftiger als am Rand sind, ist (lie

Gefahr der Beschädigung des Propellers goring. rößo Eisschollon, die die hauptsächlicho Gefahr für

(len Propeller bilden, werden durch die Düse abge-halten, so daß Propellerbeschädigungen nicht zu

er-warten sind.

11 Beispiel

Der Vorteil der Anwendung einer Düse soli in

folgen-dem theoretischen t _{i'--an44&R4-..iniger. Zahlen}

erläutert werden.

Man nehme als Aufgabenstellung an:

Es ist ein Hafonschlepper zu entwerfen, der eine

Zugloistung von 10 Mp am Pfahl erreicht. Der größte

Tiofgang hinten soli 3,45 m nicht überschreiten. Es werden drei Fälle des Antriebs untersucht:

Dieselmotordirektantrieb auf freien Propeller.

Dieselmotor über Wendountersetzungsgetriebe auf

freien Propeller.

e) Dieselmotor über Wondountersetzungsgetriebe auf

Propeller in einer Düse.

Der max. Propellerdurehmesser beträgt für die Fälle a) und b) 2,70 m, für (len Fall e) 2,20 in.

Variante a):

Als erster Entwurfsüberschlag kann angenommen

werden, daß ein normaler Propeller einen spezifischen Trossenzugsgütegrad von etwa 12 kp/WPS hat. Das

würde bedeuten, daß am Pfahl 835 WPS benötigt

werden. Als Motor dieser Größenordnung käme der

8 Sv 55 u des GMB mit einer Nennleistung von 920 PS bei 333 U/mm in Frage.

Die Berechnung wurde nach den Propellerdiagrammen

von Danckwardt durchgeführt, _{der Propeller für eine}

Schleppgeschwindigkeit von 2,5 kn ausgelegt. Es ergaben sich folgende Werte:

Ne = 885 WPS

= 330 U/mm

=

2,12m

HID =

0,50

Wageningen B 3.50.

Am Pfahl werden 10,55 Mp Zug bei 844 WPS erreicht. Das entspricht einem spez. Trossenzug von 12,5 kp/WPS. Variante b):

Ausgangswerte für dieso Berechnung sind Schub,

Propellerdurchmesser und Eintrittsgesehwindigkeit des Wassers in den Propeller:

ve = 1,0 rn/s

s

11700 kp

=

2,70 na.

Die Berechnung wurde wieder nach

Danckwardt

durchgeführt. Es ergab sich:

=

808

_WPS=899PS

N =

197 U/mm

615

HID =

0,575.

Damit ergibt sich am Pfahl:

N1 =

747 WPS

N 183 U/mm

S = 11400 kp

Die spez. Zugleistung bett dann 14,5 kp/\V t'S.

Variante e):

})1c' Au fst elbing lcr Dingiomme ermöglicht, eine

s1egung des Propel 1ers au f den Pfahizug. Fur einen reinen H afensehlepper ist diese1 Wrahi auch vertretbar.

Für die Rechnung ivu rden folgende Ausgangswerte

angenommen:

= 2,20 ni

=

5G0.PS,

die durch die Anordnung eines Getriebes auf 504 WPS vermindert werden.

Bei Wahl cines Kn1)1an.Propellirs in der Düse Nr. 20

ergibt sich:

spez. Zugleistung 21,0 kp/WPS.

Vergleicht man die notwendigen WPS, so ergibt sich:

\Tqi.i&iiìte a): SSS \VPS = 100%

Variante b): 747 WPS = S4,5% von a)

Variante e): 504 WPS = 57 % von a).

Die Xennleist.ungen für die einzelnen Varianten

bei ragen:

Variante a): 920 PS = 100% Varinnte b): 899 PS = 98% von a) Vamiante e): 560 Ps = 61% \rofl a),

d. h.. daß durch die Anordnung einer Düse 39%

Leist ming gegemiliber Varinule a) und 37,0 0 Leistung

gcizenci ber Vuriniit.e 1)) ei migespcu't w-crdon können. Es soll diesem Beispiol noch ein Kostenvergleieh

angeschlossen iverden, um die Auswirkung auch auf die Wirtschaftlichkeit zu demonstrieren.

Bereits die Anlagekosten sprcchenklar zugunsten des

Antriebes mit einer uncmantelt.en Schraube. Hinzu

kommt weiterhin die jiihrliche Einsparung an

Kraft-sloff. Für 3000 Betriebsstunden je Jahr und einen

pez. Kraftstoffverbrauch von 190 g/PSh ergibt sich

folgendes Bild:

Vante a): 920 PS

525 t./Jahr

Variante b): 890 Ps 512 t/Jahr

Variante e): 560 PS 320 t/Jahr.

Pie Einsparung gegenüber a) betrügt also 203 t,

gegenüber b) 192 t.

Bei einem mittleren Preis von

560 DM/t Kraftstoff sind das 115 TOM bzw. 108 TDM jiihrlieh.

Das Beispiel zeigt. deutlich, wie durch (lie Anordnung

einer Düse die

VirIschaftlichkeit (les Fahrzeuges

erhöht werden kann. Eng verbunden damit ist

aller-dings die Entwicklung der Getriebe dieser

Größen-ordnung, da sie bisher in der volkseigenen Industrie

nicht angeboten werden. Ohne sie Ist es aber unmöglich,

derartige Schiffstypen in Zukunft technisch und

öko-(316

mimmnisch dem derzeitigen Stand anzugleichen und das

Wel iiiveiui zu er.eichcn. Mit disem l'roblein mmci 13 ni an siclm iii nüclmstcr Zoit unbedingt befassen, um in Zukunft konlcurrenzfiihigo Schlepper amil' (1cm Weltmarkt an-bieten zu könnom

Abschließend sei noch ein Vergleich ausgcfiihrter

Schlepper mit dem eben berechneten Beispiel gebracht:

Dic Tafel zeigt die gute 'Übereinstimmung der

Rech-nung mit den gemessenen Werten an der ,,AbeiIle 2" (Frankreich) und der ,,Johanna" (Westdeutschland). Beide Schlepper stellen in leistungsmüßiger Hinsicht

ein Spit.zenerzougnis dar und dürften damit Vorbild für die Projektierung sein.

Schlußbetrachtungen

Vorliegender Beitrag ist

in erster Linie für cien

praktischen Entwurf von Düsen bestimmt. Nach einem allgemeinen Überblick und (len notwendigen

Entwurfs-grundregeln wird an Hand eines Beispiels die Über-legenheit eines Schleppers mit Düse gegenüber einem

normalen Schlepper gezeigt. Der Beitrag soil sowohl cien

Projektanten wie auch den Reeder dazu anregen, sieh

(liOsOs relativ einfachen Mittels zum bedienen, um ein Maximumi in an Wirtselialil ichkeit, zum -erreichen. Die

(ìegoiuiiborslclliung dec Reelunuuuig nil i an Sehloppern

gemessenen Werten dürfte beweisen, uliiß ea sich hier nicht um eine theoretische Zahlonspieleroi handelt,

son-dern daß diese Werte in der Praxis bereits erreicht

wurden und bei entsprechender Wahl der Gesamtanlage jederzeit erreicht werden können.

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-

120000 120000 Reservoteile 41 000 41000 24000 Liiftfiasehen 10000 4000 4000 Pliso

-

-

8000 342000 456000 266000 ',,Abeillc 2",,Johanna" JL [in] 23.00 24.00 "h [m] 3.20 . 3.60 Var. a) 23.00 3.45 Var. h) 23.00 3.45 TVPS111 443 ' 510 844 504 U/mnin[l'fl 180 160 315 150 M [kpm] 1764 2285 1920 2410 lip [ni] 2.10 2.40 2.12 2.20 Z [t] 9.30 11.50 10.65 10.60 ¿z[kp7WPS] 21.00 22.60 12.50 21.00

Id = 2410

kpm Y = 150 U/mm r-r 1,144 Z

=

10,6 Mp