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FORSCH U NGSBE RICHTE
DES WI RTSCHAFTS- UN D VE RKE H RSMI NISTE RI UMS
NORDRHE I N-WESTFALE N
Herausgegeben von Staatssekretar Prof. Dr. h. c. Dr. E. h. Leo Brandt
Nr.561
Dipl.-Ing. Hermann Schmidt-Stiebitz
Versuchsanstalt fur Binnenschiffbau Duisburg
Leiter: Prof. Dipl.-Ing. W. Sturtzel
Verbesserung des Wirkungsgrades von Dusenpropellern
durch zusătzlich angeordnete Mischdusen
Als Manuskript gedruckt
Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH
1959
ISBN 978-3-663-03867-2 ISBN 978-3-663-05056-8 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-663-05056-8
Forschungsberichte des Wirtschafts- und Verkehrsministeriums Nordrhein-Westfalen
G 1 i e d e run g
1 • Planung der Versuche . . • s. 7
2. Durchflihrung der Versuche s. 9
. . . . . . . .
3. Ergebnisse · · · · S. 10
a) Propellerfreifahrt S. 10
. .
.
b) Einfac'hdlise · · · · · S. 10
. . . . .
c) Mischdlise · · · · · s . 13
. .
d) MeBgerat · · S. 22
4· Zusammenfassung · .- . . . . . . . . . . . . . . . . . S. 22
· . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5. Literaturverzeichnis S. 23
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Forschungsberichte des Wirtschafts- und Verkehrsministeriums Nordrhein-Westfalen
Einflihrung
Zur Erhohung des Propellerschubes und Erzielung eines Wirkungsgradge
winns im Bereich kleiner Fortschrittsgrade, in dem besonders Binnen
schiffspropeller arbeiten, wird mit Erfolg der einfach ummantelte
Dlisenpropeller mit minimal em Spalt zwischen Propeller und Diise (KORT)
angewendet, dessen Optimalform theoretisch wie praktisch weitgehend
geklart ist. Eine darliber hinausgehende Schub- und Wirkungsgradsteige
rung in demselben Fahrbereich kann nach einem neuen Vorschlag (GROTSCH)
von einem zusatzlichen, zweiten Ring erwartet werden, der den ersten
Ring mit groBer Spaltoffnung, stromabwarts gestaffelt, konzentrisch
teilweise oder ganz umfaBt. Durch diesen Spalt wird dem Propellerstrahl
nicht durchwirbelte Stromung beigemischt und damit der Austrittsdiffu
sor zwecks wirkungsvollerer Energieumsetzung verbreitert.
Zweck der Untersuchung ist, im Modellversuch eine Bestatigung des theo
retisch geschatzten, moglichen Leistungsgewinns von etwa 5 % zu finden,
um dann flir den Binnenschiffbau ein verbessertes Propulsionsorgan zu
entwickeln, mit dem die Binnenschiffahrt eine groBere Wirtschaftlich
keit erreichen
kon~te.
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1. Planung der Versuche
Propeller: D HID Fa/F z
mm
den Bedingungen der· Flligelprofil
158 1,09 0,52 3
Mischdlise angepaBt Zeichn. Abb.1
Lage Propellerebene zur Dlise in Anlehnung an die Wageninger Versuche:
Mitte Propeller in Mitte vorderer Dlise.
Mischdlise liD d/L f/L tX; Profil
aufgebaut
vorderer Ring 0,41 0,15 G,05 13,70 NACA 5415
AufmaBe M 1
abgewandelt
hinterer Ring 0,491 0,068 0,012 8,70 Walchner
AufmaBe M 1
Verhaltnis der Nasenpunkt-Durchmesser konstant Dh/Dv = 1,07
Stellung Nase hinterer Ring zu Nase vorderer Ring veranderlich, gemessen
%
parallel zur Sehne des vorderen Profils in der Lange des vorderen
Profils
1) 55 % 2) 70 % 3) 85 % 4) 100 % 5) 120 %
0,4 0,46 0,52 0,59 0,68
FDlise/Fp
rope
An Strahltriebwerken mit heiBem Strahl hat eine am Austritt angebrachte
Mischdlise seit langem schuberhohenden Erfolg gehabt. In Anlehnung an
diese Erfahrung wurde ein von Herrn Dr. GROTSCH, 3t. Augustin - Bonn,
gemachter Vorschlag, die Mischdlise bei dem Schiffsdlisenpropeller auch
anzuwenden, von Herrn Prof. DICKMANN, Karlsruhe, theoretisch mit der
Moglichkeit eines 5 %-igen Wirkungsgradgewinns abgeschatzt und damit
flir aussichtsreich gehalten. Da die von Dr. GROTSCH vorgeschlagene Aus
flihrung einer Mischdlise, die sich ~ur liber den seitlichen Umfangs
teilen der Propellerdlise befindet, infolge Uberlagerung von gegenseiti
gen B.eeinflussungswiderstanden beider Dlisen keine klaren Ergebnisse
gezeitigt hatte, wurde in Ubereinstimmung mit der Auffassung von Herrn
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Prof. DICKMANN im Rahmen des zunachst abzuwickelnden Forschungsprogramms
nur eine konzentrisch angeordnete Mischdtise untersucht.
Da konkrete Angaben zur Gestaltung der Mischduse nicht erhaltlich wa
ren, muBte auf fruhere in der Wageninger Versuchsanstalt mit einfachem
Ring gewonnene Ergebnisse [1J zurtickgegriffen werden. Es wurde die als
gunstig ermittelte Wageninger-Dtise Nr. 7 fur den vorderen Ring gewahlt.
Die dort vorhandene Ringtiefe von l/DP = 0,5 erschien im Hinblick
r~p.
auf die bei Kortdtisen gemachten Erfahrungen zu klein. Mit Rticksicht
auf die Flachen- und TiefenvergroBerung durch den zweiten Ring der
Mischdtise wurde die Tiefe des vorderen auf liD = 0,41 herabgesetzt,
wahrend fur die Strahldurchmischungsstrecke langs des zweiten Ringes
der 1,2-fache Betrag der vorderen Dtisenlange gewahlt wurde, so daB die
einfache Addition beider Dusenlangen ein liD = 1 ergab. Den besonderen
Verhaltnissen hinter der vorderen Dtise entsprechend wurde ein wider
standsarmes Profil mit geringer Wolbung und Anstellung ftir den zweiten
R 30 1--t--"tT--J
'9
A b b i 1 dun g 1
Dtisen-Propeller
Durchmesser 158 mm Flugelzahl 3
Mittlere Steigung 173 mm Fa/F 52,0 10
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Ring vorgesehen (Abb. 1), dessen gtinstigste Lage in Anstromrichtung im
Versuch ermittelt werden sollte. Ftir die Durchmesserwahl konnte zur
Kostenersparnis nur eine KompromiBlosung gefunden werden. Ein theore
tisch gtinstiges, sehr groBes Durchmesserverhaltnis stande der Verwendung
am Schiff im Wege, wenn sich herausstellen sollte, daB bei etwaiger
Beschrankung auf nur seitliche taschenformige Anordnung der Mischdtise
Nutzen und Verluste sich gegenseitig aufheben wtirden. Zur Anwendung am
Modell war es wegen des beschrankten Tiefganges des MeBgerates nicht
zu empfehlen. Im Hinblick auf die konvergierende Durchstromung des
Schlitzes zwischen den beiden Ringen liefert das gewahlte Durchmesser
verhaltnis von Dh/ = 1,01 nicht das richtige VergleichsmaB. Der
Dv
freie Durchtrittsquerschnitt der hintere~ Mischdtise - senkrecht zu den
Stromfaden gemessen - verhalt sich zu dem Durchtrittsquerschnitt der
Propellerdtise ftir die Stellung x/I = 0,55 wie F2/F = 0,4 und ftir
prop.
die Stellung xiI = 1,20 wie F2/F = 0,6.
, prop.
2. Durchftihrung der Versuche
Die Versuche wurden mit dem bekannten von Kempf und Remmers hergestell
ten groBen MeBgerat ftir Propellerfreifahrt durchgeftibrt. Da die Kennt
nis des Gesamtschubes von Propeller und Dtise gentigt, wurde zunachst die
Dtise tiber 4 sternenformig angeordnete Arme mit einer tiber der Propeller
welle sitzenden Htilse verbunden und der Dtisenschub auf die Welle tiber
tragen, wahrend am hinteren Ende der Htilse durch einen festen Zapfen
die Drehung des Dtisenaggregates verhindert wurde. Damit konnte ein
minimales Spiel von 0,6 mm zwischen Dtise und Propeller eing,ehal ten
werden, wie es dem bei den Wageninger Versuchen groBenverhaltnismaBig
entsprach. Ftir die Verstellung der hinteren Dtise zur vorderen waren die
4 Verbindungsbleche in x-Richtung geteilt und lieBen sich leicht um
loten. Die Dtisenprofile waren aus Bronze-Rohlingen in eigener Werk
statt gedreht worden. Der Propeller war ftir eine Einfachdtise entworfen
und in Leichtmetall ausgeftihrt worden. D'ie Messungen mit dieser Anord
nung zeigten sehr groBe und vor allem nicht gleichmaBige Reibung der
Htilsenlagerung. Es waren keine brauchbaren MeBergebnisse damit zu er
zielen. Mit der Verwendung von Sinterlagern an den Htilsenenden, wie sie
in den Schwanzwellen der Schiffsmodelle ohne Beanstandung benutzt wer
den, trat keine nennenswerte Besserung ein. Es muBte eine andere Losung
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gefunden werden. Es blieb nur tibrig, die Dtise unabhangig vom Propeller
aufzuhangen und den Dtisenschub getrennt zu messen. Wegen der etwa 60 cm
langen freischwebenden Propellerwelle muBte dafur das vorhandene Spiel
um 1 mm vergroBert werden. Der Dusenschub wurde von einem Biegestab
aufgenommen, dessen Durchbiegung mittels DehnungsmeBstreifen elektrisch
gemessen wurde. Die schlanke Einzelstrebe erwies sich fur die Masse
der Dtise in Querrichtung als zu wenig steif, so daB es zu Beruhrungen
von Propeller und Dtise. kam. Abhilfe schaffte erst eine V-formige Strebe
4);
mit waagerechtem Querstab uber der Wasseroberflache (Abb. an dem
der Biegestab angriff. Der Verschiebeweg der Duse unter Last war nun
sehr gering geworden. Dagegen war an dem verhaltnismaBig groBen Ver
schiebeweg des Propellers nichts geandert worden. Mit dieser neuen An
ordnung wurden verschiedene Stellungen beider Dtisenringe zueinander
und auch die einfache Dtise durchgemessen, und zwar in dem Bereich von
55 bis 120 % der vorderen Dtisenlange als Profilnasen-Abstand.
3. Ergebnisse
a) Propellerfreifahrt
Der Versuch mit dem Propeller allein (Abb. 2) ist mit dem geringfugig
abgedrehten kleineren Durchmesser gefahren worden, wie er auch bei den
folgenden Dtisenversuchen verwendet wurde. Da der Propeller fur Anwen
dung in der Duse entworfen worden ist, kann der Freifahrtversuch - wie
bei jedem Dusenpropeller - nicht absolut, sondern nur als Vergleich
gewertet werden. Das Wirkungsgrad-Optimum liegt mit ~ = 67 % bei einem
Fortschrittsgrad A = 0,86. Schub- und Momentenbeiwerte zeigen den
normalen, fast geradlinigen Verlauf.
b) Einfachdtise
Der Standschubbeiwert C1 der Gesamtanordnung liegt um etwa 9 % (Abb. 3)
tiber dem des freifahrenden Propellers, wahrend der Momentenbeiwert C
2
um 36 % niedriger liegt. Der Schubbeiwert C des Propellers allein in
1
der Dtise liegt um 43 % unter dem des freifahrenden. Bei wachsenden
Fortschrittsgraden decken sich etwa die Schubkurven der Dtise und des
freifahrenden Propellers. Die starke Herabsetzung des Momentenbeiwertes
hat maximal bei A = 0,25 einen 9 %-igen Wirkungsgradgewinn zur Folge.
Das Wirkungsgrad-Optimum der Einfachdtise wird, wie bekannt, weit vor
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1\ Pro, flfer 32R
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Fortschritfsgrad A
A b b i 1 dun g 2
Propeller 32 R
Freifahrtversuch
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Einfachduse
(nur VOrd£lr£lr Ririg
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Einfachdlise (nur vorderer Ring)
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