Neue Schrauben für US CVN / Schrauben generell

[Teddy Suhren]

Hallo

Welche Bewandnis hat es den mit den Kegeln, die an die Schrauben angeflanscht werden.
Gibts da mehr drüber zu sagen als das sie die Strömung günstig beeinflussen?
Mal klein, mal groß, mal sehr lang, mal eher plump. Je nach Schraubenform, Drehzahl oder wie? 
Kegelförmige Wellenaufdickung vor der Schraube, nur um die Schraubennabe zu kaschieren?


@Moderatoren:
Bei Bedarf abtrennen.

[harold]

So, da hamma also inzwischen einige Fragen beinander,

- Schraubenwirkung allgemein, Berechnung derselben, etc...
- Grenzschichten, Drehrichtungen, Drehmomente, Interferenzen, ...
- Formung der Angehänge (Schraubenkonus, Wellenböcke, Wellenhosen...)

Ich denke, als Moderator des "technischen Sommerlochs" kann ich´s verantworten, den thread vorläufig nicht zu splitten.
Sollten einzelne Aspekte eine Eigendynamik bekommen, :Kein Problem! -dann kopier´ und verschiebe ich die entsprechenden Postings zu was Eigenem.

Ich hoffe das knappe Dutzend Interessierter ist damit einverstanden ... und mach mich an Teil (1) so als physikalische Grundlage, und dann der Reihe nach der Rest der offenen Fragen.
Zwischenbemerkungen & Material-Beiträge jeglicher Art etc sind mir dabei mehr als nur willkommen!!!

Ciao einstweilen,
Harold

[harold]

Nu also mal zur Schraubenwirkung allgemein, ganz ohne Formeln vorerst...

Dass der "Anstellwinkel" der jeweiligen Profile zur Umlenkung der anströmenden Wassermassen gut ist, dürfte ja Allgemeingut sein.
Allerdings werden diese Wassermassen nicht nur nach achtern umgelenkt, sondern auch radial nach außen beschleunigt (das sieht schematisch so wie auf der Schraubenskizze oben im Anhang aus).

Das heißt also, dass (schematisch gesprochen) die achtere Abströmung von Profil A als vordere Anströmung von Profil B wirksam wird, die achtere Abströmung von B als vordere Anströmung von C etc. -
- graphisch gelöst, können wir also in unserer Aufeinanderfolge der Schraubenblätter durch die anströmende Wassermasse die einzelnen Profile A-B-C-D aufeinander folgen lassen, bei graduell verstärkter und jeweils flacherer Anströmrichtung.

Der vektorielle Unterschied zwischen Anströmung (dunkelblau) und Abströmung (hellblau) ist -seeeehr grob gesagt!- proportional zur jeweiligen Vortriebsleistung (orange).
Der tangentiale Geschwindigkeitsverlust der Anströmung aufgrund der radialen Verlagerung der anströmenden Masse (rot) korreliert mit der radialen Beschleunigung nach außen.

Im unten angehängten Diagramm hab ich nun unsere exemplarische 3-Blatt-Schraube (jaja, die mit den guten Eigenschaften im "Rückwärtsgang") und die 5-Blatt-Geometrie für die CVN´s (die ich ja nach wie vor nur gegißt habe!) diesbezüglich einander gegenübergestellt.

Die orangen Pfeile zeigen (auch hier wieder: vereinfachend, vereinfachend!) den Unterschied zwischen beiden Geometrien; bei einer "skew-back"-Form können wir dazu noch Profil C und D weiter nach "vorn"=oben verschieben, dh. also eine noch radikalere Umlenkung voraussetzen (darum sind skewback-Formen auch immer vielzahlblattig, mindestens fünf, eher besser sind sieben. Warum 5 oder 7? ...sind die einzigen Primzahlen über 3 und unter 10; und warum Primzahlen?? [Anmerkung : Auflösung folgt]).

Unsere 5-Blatt-Schraube liefert diese (aufzusummierenden) orangen Momente dazu noch um den Faktor 1.67 mal öfter pro Umdrehung als die 3-blattige.

Wie dieser Ungleichheit im Wirkungsgrad begegnen? (siehe nächstes posting...)

Soweit mal,
Harold


 

[harold]

"Wie dieser Ungleichheit im Wirkungsgrad begegnen?" (tja, das war die Frage...)

Ganz einfach: indem das wirksame Profil dermaßen "aufgestreckt" wird, dass es sich wörtlich fast um die Drehachse "herumwickelt".
Dazu zwei Veranschaulichungen, einmal die 4(!)-Blatt-Schrauben von Dunkerque (  (c) collection Claude Picard) und unsre Eindrücke von Dänholm ( (c) TG).

Übrigens waren die ersten -noch dem archimedischen Bauplan abgeschauten- Schiffs-Schrauben des österreichischen Forstingenieurs Ressel ebenfalls nach diesem Prinzip aufgebaut... (aber dás ist nu wirklich n anderes Thema-).

Harold

[harold]

Tja, wie sieht diese Überlappung nun in der Flügelgeometrie aus?

Im Anschluss mal n Bild von zwei "Repräsentanten" aus der gleichen Ära;

Dunkerque mit
4.20 m DM / max. 282.84 U/min / 31.06kn / bei 33896 WPs auf Einzelwelle
Scharnhorst mit
4.80 m DM / max. 283.5 U/min / 31.65kn / bei 50588 WPs auf Einzelwelle.

Die beiden Vergleichsskizzen unten sind NICHT maßstäblich gehalten ... DQ hätte pro Schraube ca 15.25m² an Blattflächen in planer Projektion, SH pro Schraube ca 20.35m².

Dividieren wir (Milchmädchenrechnung!) Leistungsaufnahme / Durchsatzfläche, so ist diese bei DQ bei 2222.6 WPs/m²; bei SH 2485.9 WPs/m² je Schraube.

Allerdings sollten wir uns dazu noch die Tangentialgeschwindigkeiten der jeweiligen Profile ansehen, díe geben wesentlich mehr Aufschluss ...
... bei Gelegenheit denn.

Ciao,
Harold

[schiffbauer]

Harold,

Das mit der Drehrichtung der Propeller (über außen nach oben nach innen,etc) ist eine Glaubensfrage. Die einen machen es so, die anderen anders herum. Ich habe bis heute noch keinen klaren Vorteil für die eine oder andere Drehrichtung gehört. Es ist wohl von Fall zu Fall zu entscheiden.
Gruß aus einem heissen Hamburg
(33 Grad auf meiner Schreibtischoberfläche im Büro !!)

[harold]

Jou, Wolfgang,
 
bei uns in Wien hats jetzt (knapp nach 9 abends) immer noch so um die 30° ... allerdings arbeitet meine "Klima-Anlage" (Ventilator auf volle Pulle, Vorhänge bei offenem Fenster geschlossen, jedoch regelmäßig eingenässt) recht brav. Morgen solln mer gegen 38° kriegen, und dann endlich-endlich Gewitter (na wenns wahr ist-).

Zu den Drehrichtungen hab ich mir so meine Gedanken gemacht... kommt dann, beizeiten. Vermutlich warn da schon so einige "Prinzipien" dahinter (Drehmoment der jeweils inneren Welle beim Rumkurven ausnützen : ist eine meiner Vermutungen).
---

Ich hab mir mal den Propeller der Dunkerque hergenommen.

Vorerst ein paar Daten von den Probefahrtsergebnissen am 18.5. 1936 dazu:

4,71 Umdrehungen / Sekunde (also ne reine Tangentialgeschwindigkeit der Blattspitzen von etwas über 60 m/sec oder 225 km/h); dazu noch sekündlich ein Weg von 15.97 m nach vorne (dh. die relative Anströmgeschwindigkeit für das äußerste Profil D liegt im Bereich von ca 65 m/sec oder 235 km/h).

Die einzelnen (von mir herausgegriffenen) Profile A bis D (Axialabstand 0.63m / 1.05m / 1.58m / 2.00m) erstrecken sich nun über jeweils
A : 0.79m und 95° der Abwicklung
B : 2.47m / 135°
C : 3.85m / 140°
D : 3.14m / 90°; zur Erinnerung, dies ist eine Vierblatt-Schraube, dh. der mögliche Sektor für die Blattabwicklung wird bis über die Hälfte überschritten - führt natürlich zu partiellen Überschneidungen, wie man an den einzelnen Rotationsabwicklungen sehen kann.
Auffallend auch die sehr schlank und nach außen hin leich konkav ausgebildeten Profile; das jeweils folgende Blatt überlappt in der axialen Projektion das vorhergehende.

Interessanter wirds schon, wenn wir uns hier die Aufeinanderfolge der Profile ansehen (zur Erinnerung : die Wassermassen werden ja auch nach außen verlagert).
Die Aufeinanderfolge von A-B-C-D gibt ein sehr schönes Strömungsbild; die jeweilige Umlenkung ist perfekt!

Und nun eine "Randbemerkung" zur Kavitation : wie andernorts schon gezeigt, hat die Fortpflanzung von Druckwellen im Medium Wasser einen Grenzwinkel von 19.8°. Wird dieser von einer Form unterschritten, so kommt es bei gemächlichen Geschwindigkeiten zu Verwirbelungen.
Bei dén Geschwindigkeiten, die nun hier auftreten, sind die Verwirbelungen dermaßen stark, dass Sauerstoff-Freisetzung auftritt - und dann rotiert oder bewegt sich die Form (in unserem Fall die Schraube) in einem Gas-Wasser-Gemisch.
Ádieu, Wirkungsgrad!

Sollte also beachtet werden, dieser Grenzwinkel - für die Abströmung! ... die äußersten Profile sind danach gestaltet, wie man sieht (und das sind sie bei JEDER Schraube).

Und -jetzt zu deiner Anmerkung, Teddy!- natürlich auch die konischen Verkleidungen achtern der Nabe. Hier erfolgt die Anströmung steil von vorne - und auch hier sollte eine Abströmung entsprechend stattfinden. Tut sie auch, wie man im Foto sieht!

Da die Anströmung ebenfalls nicht zu steil sein sollte, wird auch der Bereich vor der eigentlichen Nabe entsprechend aufgedickt - und als erfreulichen Nebeneffekt gibt´s so etwas mehr "Fleisch" fürs Lager.

(auch hier : Ausnahmen möglich! -aber erst mal die Regel!)

Tja, und jetzt werd ich nochmal unter die kalte Dusche hupfen und dann ab in meinen Salone, Eiscafé mit Grappa, wie üblich...

Ciao,
Harold

[torpedo mixer]

Harold,

entschuldige bitte wenn ich den Unterricht störe und zurück zu den ersten Photos gehe .

Alle Schrauben scheinen ja im Freien zu hängen, ( keine "skegs"), auch scheint mir der Abstand beider Schrauben happich - ?!?.

Macht das Sinn oder hat der Photograf nur mit der Perspektive gespielt (Weitwinkel-Effekt) Diese Bilder vom Hinterschiff waren früher ihr Gewicht in Blut wert - warum also es so einfach machen ...

Diese Abstand gibt doch die Gefahr das bei Kurvenfahrt die letzten Schrauben die Tubulenz der vorderen Schruben abbekommt (u.a.) Auch sind die langen Wellen ja nicht ungefährdet.
Oder sind die Bilder Schau und die richtige Installation kommt wenn keine Linse lauert ?

Gruß.
TM

[harold]

Servus TM,

genau solche "Störungen" machen´s ja aus!

Also dies hier:



ist SICHER eine Weitwinkelaufnahme. Da geb ich dir recht! Außerdem sind diese von der Werft freigegebenen Fotos klarerweise "Spielmaterial", no na - drum hab ich ja auch gleich mal angebissen, als ich die so neckisch in ihre Präservative verpackten Dinger sah. Aber was ganz anderes montieren, nä, glaub ich nicht, dass die das tun.
Eher die Dingers erst dann auspacken, wenn´s Dock wieder voll ist.

Mir liegt leider kein Unterwasser-Riss dazu vor - also tu ich mich ebenso schwer damit, den Abstand exakt angeben zu können... vielleicht hat ja irgendeiner von uns was zum Reinstellen  ?
Zu den Turbulenzen (und warum die Propellor-Positionen besser weiter voneinander entfernt sind, oder gleich Seite-an-Seite) hab ich vor, den Vergleich zwischen Dunkerque und SH noch ein bisschen zu strapazieren, wenn´s recht ist. Aber auch dazu durchforst ich mal alles mir zugängliche Material.

Zur Quellenlage für die theoretischen Dingers bis jetzt : wenig Maritimes, aber n ganzer Haufen über Laufkraftwerke, speziell Kaplanturbinen. Na ja, gleiches Prinzip, andre Wirkungsbereiche...

Ciao einstweilen,
Harold

[t-geronimo]

Oberflächliches Googeln in der ersten Ebene brachte tatsächlich keinen Unterwaserriss bis auf folgende Zeichnung:

http://www.windjammer-arts.com/CVN75-2003-mini.jpg

Aber da weiß ich nicht, ob da nicht Fantasie-Proportionen bzw. -Maße genommen wurden vom Künstler...

[t-geronimo]

Harold, werden hier die Schraubenblätter erst noch drauf gebaut?

Soll von einer Korvette der neuen Braunschweig-Klasse sein.

[harold]

...das weiß ich auch nicht, TG; ausschauen tut´s jedenfalls wie ein Gewichts-Substitut, mit dem (im "Trockenen") Belastungstests für die Maschine gefahren werden können.
Schiffbauer kann da sicherlich mehr dazu sagen, klarerweise...

Ciao,
Harold

[schiffbauer]

Das sind sogenannte Nullschubpropeller, die so konstruiert sind, dass sie das volle Drehmoment der Antriebsdiesel (in diesem Fall) aufnehmen können, aber keinen Schub entwickeln, das heißt, das Schiff macht keine Fahrt.
Mit diesen Propellern kann man die Antriebsanlage an der Pier vertäut voll austesten, ohne den Hafen verlassen zu müssen.
Erst wenn das Schiff auf Probefahrt geht, werden die richtigen Propeller "untergeschnallt".
Gruß
Schiffbauer

[t-geronimo]

Danke schön!

[Ralf]

Man lernt doch nie aus... Danke SB für diese Info...