Propulsionsversuche mit schubverbänden auf begrenzter wassertiefe

Propulsionsversuche mit Schubverbänden

auf begrenzter Wassertiefe

H. Binek u. E. Müller

173. Mitteilung der Versudlsanstalt für Binnensdliffbau e. V'rDuisburg

Institut an der Rheinisdl-Westfällsdlen Tedlnisdlen Hodlschule Aadlen

567,1 mZ _S

3.

Ergebnisse, Auswertung

Der zu untersuchende

Geschwindig-keitsbereich erstreckte sich von V =

0,21 m/s ~ 3 km/h bis in den steilen An

-stieg der jeweiligen Leistungskurve, d.h.

0,24 ~ Fnh ~ 0,85.

tiefgang Geschwindigkeiten von V =

15,6 km/h-i-18,8 km/h erreicht. Der

Trimm ist für sämtliche Leichtertiefgänge kopflastig und steigt mit zunehmender

Geschwindigkeit an. Die Absenkung der

Formation nimmt mit der Schiffsgeschwin-digkeit und dem Leichtertiefgang

eben-falls zu. Beim größten Tiefgang (T

=

3,8 m) und V

=

'15,5 km/h ergibt sich

eine Absenkung von Sz

.

=

37 cm.

Der Trimm des

zweispurig-einglied-rigen Verbandes (Abb. 6) ist ausnahmslos kopflastig und steigt mit der

Geschwin-digkeit und dem Tiefgang an.Die

Absen-kung bei Leertiefgang ist mit maximal

Sz

=

5 cm sehr gering. Für T

=

3,8 m

wurden V

=

i1I(J,8 km/h, für T

=

3,00 m

V = 13,10krn/h und für T

=

2,5m V

=

14,70 km/h gemessen bei PD = 2500 PS.

Die Drehzahlen sind dabei annähernd die 2,75 m 0,55 2,12 m 1,5'0m 2,10 m 1,05 m 0,71 4 564,5 mZ 35,0 m 14,95 m 1,70 m 552,2 m3 76,50 m 11,33 m 0,74m 68,14 m 512,00 m3 848,10 mZ 2,50 m 72,48 m 1945,30 m" ,1,144,30 mZ 3,00 m 73,40 m 2359,70 m" 11225,00 mZ 3,8 m 74,90 m 3029,80 m3 1360,90 mZ 3-Sdlraubensdlubboot (Abb.3) Lua BaStp T V Europa-Leichter: Typ11 (Abb.4) Lua BaSpt

T

o LWL V S Tl LWL V S T2 LWL V S Ta LWL V S Düsendaten 2,85 m D 0,66 li D 2,13 m d 1,87 m I 3 Hauptruder 6 Flankenruder Propellerdaten 2,10 m D 1,05 m P/D 0,71 AE/AO 4 Z 35,0 m 14,0 m 1,75 m 535,5 m3 D

IID

d I 2 Hauptruder 4 Flankenruder 2-Schraubensdlubboot (Abb.2) Lua BaSpt T

Vmit Tothölzer undStutzkörper S D P/D AE/AO Z

Die für Großausführung umgerechneten Meßergebnisse von Trimm, Parallelabsen-kung, Propellerdrehzahl und

Wellenlei-stung der 7 untersuchten Formationen

sind in den Abb. 5 -;- 1'1 dargestellt

worden.

Abb. 5 zeigt die Propulsionsergebnisse

eines einspurig-eingliedrigen

Schubver-bandes. Bei einer Wellenleistung von

PD

=

2BOO PS und Propellerdrehzahlen

n

=

250 min-1 werden je nach

Leichter-2.

Versuchsdurchführung

Die Mittel zur Durchführung dieser Arbeit

stellte dankenswerter Weise die Arbeitsgeme in-schaft Industrieller Forschungsvereinigungen zur Verfügung.

Mit Modellen des Leichtertyps Europa

II und eines Rhein-Streckenschubbootes

(Zwei- bzw. Dreischraubenantrieb) wur

-den 7 verschie-dene Schubverbandsforma-tionen gebildet (Abb. 1), die im

Propul-sionsversuch auf der Wassertiefe h

=

313 mm ~ 5,0 m und praktisch nicht

be-grenzter Fahrwasserbreite bei 3-4

Leich-'1rti efg än gen untersucht worden sind.

...Ier Modellmaßstab war l

=

16.

Gemes-sen wurden: Propellerschub,

Propeller-drehmoment, Propellerdrehzahl, Trimm

und Parallelabsenkung des Verbandes.

Freifahrversuche mit dem System

.Pro-peIler und Düse" dienten der

Bestim-mung der mittleren Nachstromziffer.

Während der Versuche waren Leichter und Schubboot starr miteinander gekop-pelt.

Die wichtigsten Schiffsdaten der ver-wendeten Modelle sind auf dieser Seite

rechts oben angegeben:

Die zweispurig-dreigliedrige und drei-spurig-zweigliedrige Formation

(Sechser-Verband) wurde mit einem Dre

ischrau-benschubboot gefahren. Alle anderen

Un-tersuchungen sind mit einem Zweischrau-benschubboot durchgeführt worden.

1. Einleitung

Systematisdle Untersudlungen mit

Leidlterformationen (ohne Sdlubboot)

sind in der Versudlsanstalt für Binnen-sdliffbau, Duisburg, bereits durdlgeführt worden. Dabei wurden Widerstände und Sdlwimmlagen der Einheiten gemessen [1]. Folgerichtige Fortsetzung und Erwei-terung dieser Versuchsreihe sind syste-matische Propulsionsversudle. Durch Va-riation der Schubleichterformationen, der

Wassertiefe und der Leidltertiefgänge

"ollen mit den Versuchsergebnissen

Un-srlaqen geschaffen werden, die sowohl dem Projektingenieur genaue Berechnun-gen der erforderlichen Maschinenleistung ermöglichen, als auch dem Reeder den

wirtschaftlichen Einsatz von Schubverbän

-den erleichtern. Zunächst sind nur auf

einer Wassertiefe Modellversuche mit

Europaleichtern des Typs II und einem

Rhein-Streckenschubboot durchgeführt

worden.

4. Zusammenfassung

Für alle untersuchten Formationen sind die Nachstromziffern

mit

Hilfe der Propellerfreifahrdiagramme

nach dem Verfahren der Momentenidenti-tät bestimmt und in den Abb. 12-18 zu-sammengestellt worden. Uber die Gültig-keit dieses Verfahrens soll hier nicht dis-kutiert werden.

Auf einer korrespondierenden

Wasser-tiefe von h = 5,0 m sind

Propulsionsver-suche mit 7 verschiedenen

Schubver-bandsformationen durchgeführt worden.

Uber der Schiffsgeschwindigkeit V

wur-den Trimm '1", Parallelabsenkung sz'

Pro-pellerdrehzahl n und Wellenleistung PD aufgetragen. Für den Antrieb mit

Zwei- Propellerflächen-verhältnis

Breite auf Spanten Propellerdurchmesser Erdbeschleunigung Wassertiefe Länge über alles Länge in der Wasserlinie Propellerdrehzahl Propellersteigung Wellenleistung Parallelabsenkung des Verbandes Propellerschub Schiffstiefgang Anströmgeschwindigkeit Schiffsgeschwindigkeit Wasserverdrängung Systematische Modellversuche mit Schubleichterverbänden. Schiff&Hafen/Kommandobrücke Heft llf1976

Modellversuche mit starren Schubverbänden.

Schiff & Hafen Heft 6f1970

Untersuchung über Widerstand, Leistungsbedarf,Trimm uno Absenkung von Typschiffen.

Teil I und 11 VBD-Bericht Nr. 268

- - - - Nachstromziffer

Flügelzahl des Propellers Modellmaßstab

Dichte Süßwasser Trimm der gesamten Formation

5. Symbolverzeichnis

schraubenschubbooten werden

vergleich-bare Zahlen bei Wellenleistungen von

PD = 2500 PS und für den Antrieb mit

Dreisdrraubenschubbootan bei PD

5000 PS genannt.

Die Nachstromziffern für alle

unter-suchten Formationen sind in separaten

Diagrammen ebenfalls über der Schiffs-geschwindigkeit aufgetragen worden.

6. Literaturverzeichnis [3] Nussbaum.W.: [2] Heuser, H.H.: [1] Binek, H.; Müller,E.: AE/Ao BaSpt D g h Lüa LWL n P PD sz T T VA V V V-Va W V z A.

e

'I" V - VA V w

Für sehr breite bzw. sehr große

Ver-bände sollte deshalb immer ein

Drei-schrauben-Schubboot eingesetzt werden.

Die Nachstromwerte aller Propeller lie-gen erheblich niedriger als beim

Zwei-schraubenboot (s. Abb. 17.U. 18). Das

Maximalmoment der Schrauben, d. h.

100% Nadistrom, wird hier in keinem

untersuchten Fall erreicht.

Die Nachstromwerte für BB- und StB-Propeller bei Zweischraubenantrieb

diffe-rieren bis zu 10% (Abb.12--'18). Für die

einspurigen Verbände (Abb.12 U. 15)

er-geben sich im Mittel Nachstromziffern

zwischen 4J()und 000/0• Bei der

zweispuri-gen Formation (Abb. 13 u. 16) zeigt sich für den Zweischraubenantrieb eine Uber-lastung der Propeller bei dem

Leichter-tiefgang T

=

3,8 m. Das

Propellerdreh-moment des Propulsionsversuchs liegt im-mer im Maximum. Für die 3-spurige For-mation trifft das bereits bei allen

Leich-tertiefgängen außer dem Leertiefgang zu.

Der Verdrängungsnachstrom ist bei brei-ren Verbänden offensichtlich sehr hoch.

gleichen wie im vorhergenannten Fall,

n

=

250 mm".

Für den dreispurig-eingliedrigen

Ver-band sind die Meßergebnisse in Abb. 7

dargestellt worden, Die bei PD

=

2500 PS

erreichbaren Geschwindigkeiten liegen je

nach Tiefgang zwischen V = 8,4 km/h

-i-17 km/h mit Propellerdrehzahlen von

wiederum n

=

2.90 min-1. Bei

Leertief-gang trimmt die Einheit um maximal 'I" =

3<}:' kopflastig, Die Absenkungen liegen bei den genannten Geschwindigkeiten um

sz = 30 cm.

Bei dem einspurig-zweigliedrigen Ver-band ist der kopflastige Trimm

wesent-lich geringer als bei den bisher

vor-gestellten Formationen (Abb. 8). Die zu

erzielenden Geschwindigkeiten sind

et-was geringer als bei der einspurig-ein-gliedrigen Formation. Auch bei der

zwei-spurig-zweigliedrigen Formation bleibt

der Trimm kopflastig und erreicht maxi-mal 'I" = 8<}:'. Die Absenkung der Forma-tion liegt bei einer Wellenleistung von

PD = 2500 PS für sämtliche Tiefgänge bei

sz

=

35-+-40 cm. Im Leertiefgang erreicht

die Einheit mit dieser Leistung eine

Ge-schwindigkeit von V = 16,8 krn/h und

beim größten untersuchten Tiefgang (T

3,8 m) eine Geschwindigkeit von V =

11,1 km/h,

Die mit dem 3-Schraubenschubboot er-zielten Meßergebnisse sind in den Abb.

1'0 und 1'1 aufgetragen worden. Abb. 10

zeigt die Ergebnisse der zweispurig-drei-gliedrigen Formation. Bei einer zum Ver-gleich herangezogenen Leistung von PD

=

5000 PS sind die erreichbaren

Ge-schwindigkeiten: V

=

18,8 km/h für T =

0,74 m: V = 14,6 km/h für T = 2,5 m:

V

=

13,7 krn/h für T

=

3,0 m und V =

12,6 km/h für T = 3,8 m. Die

Parallel-absenkung liegt dabei im Mittel zwischen

sz

=

35 und SOcm,

Die vergleichbaren Werte des

dreispu-rig-zweigliedrigen Verbandes (Abb. 11)

sind für den Leertiefgang V = 18,0 km/h,

für T

=

2,5 m V

=

13,1 km/h, für T

=

3,0 m V

=

12,0 km/h und für T

=

3,8 m

V

=

10,25 km/h,

Schiffbau - kurz berichtet

.

AblIeferungen

"Düsseldorf Express", Bau-Nr. 616, von Flender Werft AG für Hapag-L1oyd AG (6.12.). Container-schiff,Abmessungen: Vefm. = 28000 BRT. TragI. = 1500 20'-Container. Geschw. : 21,5 kn; Ausrü-stung: Container-Pontondeckel von MacGREGOR.

Das Schiff ist für den Nordallantikdienst der Ree-derei vorgesehen.

"Esso Paclflc" von Hitachi Zosen's Ariake Ship-yard für Esso Tankers, lnc., (2. 12.) Tanker, Ab-messungen:L. Ü. a.

=

406,60 m, L. zW. d. L.

=

390,00m,B.

=

71,00m, Seitenhöhe

=

31,20m, T.

= 25,00 m, Tragf. = 508268 tdw, Verm. = 234626 BRT,Antrieb:Hitachi Zosen UC-45O Dampfturbine mit 45000 PS bei 80 Ufmin., Geschw.: 15,908 kn,

Klasse:ABS.

"Presldent" von Hitachi Zosen's Maizuru Works für Intercontinental Car Carriers S.A., Panama,

(30.11.) Autofrachter, Abmessungen: L. ü. a. = 180,00 m,L. zW. d. L.

=

170,00 m, B.

=

28,00m,

Seitenhöhe =25,00 m,T.= 7,50m,Verm. = 9246 BRT, Tragf. = 10535 tdw, Antrieb:Hitachi B & W 7L67GF Dieselmotor mit 13100 PS, Geschw.:20,22

kn, Klasse; ABS.

"Rheinfels" von HDW in Kiel für DDG "Hansa",

Bremen, Container-Ro/Ro-Schiff (7. 12.), Abmes-sungen: L. = 193,32m, B. = 27,00 m, Seitenhöhe

=

17,60 m, T. = 8,60 m, Verm. = 14187 BRT, Tragf. = ca. 15000 tdw, Containerkapazität = 519 TEU, Antrieb: M.A.N.-Dieselmotoren 2 X

a

495 PS,Geschw.:21,5 kn.

Indienststellung

"USS David R. Ray" (DD-971), von Litton Indu-stries' Ingalls Shipbuilding für die U. S.Navy (19.11.),Zerstörer der "Spruance" - Klasse , Abmes-sungen: L. = 563', Antrieb: 4 Gasturbinen-Anla-gen, Geschw.: 30 kn. Weitere Zerstörer der

"Spruance" -Klasse befinden sich Z.Z. noch in der Ausrüstung und im Bau.

'Stap ell äufe

"Hodo", Bau-Nr . 648, von Flensburger Schiffs-bau-Gesellschaft für Societe Maritime Allantique du Togo, Lerne (10.12.), Container-Mehrzweck-Spezialfrachter, Abmessungen: L. ü. a.

=

ca.

133,80m, L. zs«. d. L. = 124,00 rn, B. a. Sp. = 21,00 m, Seitenhöhe bis Hauptdeck

=

11,00 m, Seitenhöhe bis Zwischendeck = 7,60 m, T. = 8,25 m, Tragf. = ca. 11 000 tdw, Containerkapaz.

= max. 444 TEU, Antrieb:1 x MaK- Motor Typ 8 Mu 551 AK mit 5400 PS, Geschw.: ca. 15,5kn, Klas-se: GL.

"Ingelhelm" Bau-Nr.1404 von AG "Weser" , Bre-men, für Kosmos Bulkschiffahrt GmbH, Bremen, einem Unternehmen der Hapag-L1oyd-Gruppe ,

(19. 12.) Mehrzweckfrachter Typ 36 L (Key 16), Ab-messungen:L. zw.d. L.

=

139,25m,B.a. Sp.

=

21,00m, Seitenhöhe bis Oberdeck = 12,25m, T.

=

9,24 rn, Laderauminhall

=

Korn ca. 787000 cuft, Ballen ca.720000 cuft,Tragf. = 15800 tdw,

Antrieb: M.A.N.lAG "Weser" Dieselmotor mit 9520 PSe, Probefahrtsgeschw.: 16,5kn.

Neubauten

Contalner-Ro/Ro-Schlf' von Bätservice Verft AIS. Mandal, für Cianave, C. por A., Santo Do-mingo, Abmessungen: L. ü. a. = 103,80 m, B. = 16,70 m,Tragf. = 3800 tdw,Containerkapazität = 142 40' Container und 12 20' Container, Antrieb:

Wichmann Dieselmotor Typ 9 AXG, Geschw.: 16,0 kn,Klasse:DnV.

Kühlschiff von Frederikshavn Vaerft für einen britischen Eigner, Typ FV-613-B, Abmessungen:

Verm. = 600 GRT, Tragf. = 1320 tdw, Antrieb: B & W Alpha-Diesel, Ablieferung: August 1978.

MassenguHrachter, selbsllöschend, von Port Weller Dry Docks für Upper Lakes Shipping Ltd.,

Toronto, Bau-Nr. 64 und 65, Abmessungen: L. Ü. a.= 222,50m, B. = 23,12m,Antrieb:10000 PS, Geschw.: 13,0 kn, Ablieferungen:Bau-Nr. 64, Mai 1979; Bau-Nr.65,Dezember 1979.

Formotion A

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einspurig,ingliedrlg zweispur igeingiiedrig dreispurigeing/~drjg

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8 _ _ 17" 3'b Abb.1: 2-Schrauben-Schubbool Abb.4

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-, 2 J , Sm 75 16 77 78· 19 • 0 20 Sdlü -imM \ !!- T-nr- IKni'k

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" 19 so _ _ I o r 2 J , .5m

Abb. 3: Typlelchler EUROPA 11 a VBO-Modelle M 751 - M 762

Wt llenleistung an denProp ellern h =5,Om 2-S-S chubboo/L;;A=35,0 m,Leich/er L;;A=75;5m r.J,80m .lOOm 2,50m O,14m

"

'0

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=iig~=::::±:~+-t_....:.:_--t_~20:....:Vllfmlh}

Wellenlelslung an den Propellern h=S,Om

2 - S -Schubboot l.uA=35,0 m, Leichter l.uA=75;5m

FormatiOn: C § 5 '0 20 VlIcmlhl Abb.7 0'!0-~;:;:;'::::;::::"-_---+----+20""Vf>mlhl 19 19'11 20 Ja JS~ ,.S<JJ"'"'-;,,-!;,:::-,- ";'!;-7-. ";'!;-7-. ";'!;-7-. ";'!;-7-. I , 2 J , Sm 50m H_11 5,30 m 33m Spr.-Abst. _3,825m

J

Wellenleistungan den Propellern

h=5,Om

2- S-Schubboo/4iA=35.0m ;Leich/.,LüA=76,5m Formation:CI:r:=I:::::J

2000 JOO r".180m JOOm lSOm O,74m " _ _ 2OV(kmihl '0 10 15 20 V{lcmlM ± t•.1"o m V zsomJ 0,74m-"'7" 'OOm '0 1 20Vfleml M r..0.74m VOm 'OOm 3,'Om Abb.8 r.3o. Om ,OOm VOm 0,1'm " _ _ 20V(1fm!hl Formation:c:c:::::J 1 1,o ~20 '''m/Iol r•.l'o". r.414m .lOOm ~50 10

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m/Iol

0 0 Abb. 5 r.0,14m 2,50m J.OO m J,' Om " _ _ 20 VCtm/hl '0 Formotion:

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Wellenleistungan den Prope llern

h=5,Om

2-S-Schubbool 4iA=35,Om; LeichterLüA=76,5m

2000 JOO

1

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Wellenle/stung an den Propell.rn h=S,Om

2-S-Schubboot4iA=35,Om; Leicht., l.uA=75;5m

Formation:

c:E3

5 20 V{1fmlhl 2000 JOD

1

1500 200

I

~

\

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s

_, 1000 100 r·uom .lODm VOm 41'm 10 _ _ M 'f{lfmIM Abb.6

20 20

---T=O,74m ---1=2,5Om - - - T .~OOm ---T,~80m '5 '0 BB- Prcpetter - - - - - ---. Nachstromzifter

Verband mit 2-Schrauben-Schubboot

30 .---.-.~--.-•• 90 h=5,0", '00, _ 90 80 70 20 10 ~OL~----...,':---; ~

,f)Oy---,. J.40m J.OOm I,SOm O,1'm " _ _ 20'lltm1h1 '0 W,U,nl.istungon d.n Prop.tl.rn h=5,Om

3- 5 - Schubboo'!<JA

=

35,0 m; L.ichl.rl.üA

=

76,5m

Formation:

0t:::E3:::3

'000

1000 IOD

Abb.1D

W~/I~nl.;stungand.n Prop.a.rn

h.5,Om

3 -5 - SchubbooltaA •35,0m; L.lchl.rtaA.7Mm

Sclliffsgl scllwindigkeit Y Ikmlhl

Abb.13 Nachstromziffer 20 _ .. _Tll0,74_ ---T..2,50m _ . -T=3.oom ----1=3,110. '5 10 '0 15 Sc:hithgtschwindigklity'Ikmlhl StB-PropeUer BB-Prgpiller Verba.nd lllit2-Schrauben-Schubboot h :c500 m -. - .

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. . _ -Abb.14 "J,IO", "Om I~OIll 474", " - - _ IOV{)",fII1

ED

'0 Formation:j I r.J.IOmJ Abb.11 :t--=::;;;;;;:;;;::::;;;;;::=TI~r_!l---t-.!l!-!.'Ir.mlh1 Nachstromziffer

Verband Ilit 2-Schrauben - $chubboot

h=$,01'11 Nachstromziffe r Verbandmit2-Schrauben-Schubboot h =5.0111 - ··-T.0.74m ----T.2.50m - _. -T =3,00111 - - - T o 3 . 8 0 . 70 60 SO 40 JO 20 10 0 5 ~ BB-Propeller 10 15 20 11 --.-T=O,74m ---Td$Om - --To3.OOm _ _ _T.~80m BB-prnpeüer 20 StB - PropeUer StB- PropeUer

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-~- - - :--'-'"---~, - -_---

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_{---~.--.~-- -.} -- ~ - --.. .--1 20 15 Schiffsgeschwindigkeit Y Ikmlhl 10 Abb.15 15 20 Schiffsgluhvindligkll!itV[k.lh) '0 Abb.12 70

Nathstromziffer Verband mit 2 - Schrauben-Schubboot

h=5,Om B8-Propeller T:O.74m T~2.5 0m T::3,00m T=3.80m 100 90 10 15 20 Schiffsgeschwindigkeit V (km/h 1

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..-.... 20 15 10 StS-Propeller Abb.16 Nathstromziffer VI!rba.nd mit 3-Sd'lrouben-Schubboot

10 1S S<hiffsgesch..,indigkeit V IkrnIhJ 10 _ _ _ _ _ _S:...I8.:..-Pto_.:..po_II_.~_ h=s,om 8B -Propeller 10 Mittel-PropeUer - - - . Abb.17

-15 15 20 20 20 Nathstromziffer Ver bandmit3- Schrauben- Schubboot

h=S,Om

~~'--'-

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-

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---60 50-40 30 20 10 BB-Propeller _T::0,74m T=2, SOm T=3, 00m T:: 3,80m =-7 -

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.-:...::-.

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---Mittel-Propeller 20 20 20 15 15 $chiffs geschwindigkeitV (k m/hI 10 10 St8-Propeller Abb.18 60 50 40 -....

.

30 20 10 60 50 40-30 20 -10 -0