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Zuverlässig, Leise, Effizient.
Der Voith Linear Jet
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Ein Antrieb setzt Maßstäbe.
Der Voith Linear Jet verbindet die Vorteile von Propellern mit denen
von Waterjets: Geringe Einbaukomplexität und Anfälligkeit für Bewuchs,
konstant hoher Wirkungsgrad über den gesamten Geschwindigkeitsbereich
und hoher Pfahlzug sind Eigenschaften, die auch Propeller aufweisen.
Geringere Verdrängung, hohe Effizienz beim Erreichen von hohen
Geschwindigkeiten sowie niedrige Geräusch- und Vibrationsemissionen
hingegen teilt sich der Voith Linear Jet mit Waterjets.
Funktionsweise
Der sowohl zur Verzögerung als auch zum Beschleunigen einsetzbare
Voith Linear Jet (VLJ) besteht aus einer kundenspezifisch
angepassten, vollgetauchten Düse mit hinter dem Rotor
angeordnetem Stator. Der Statorabschnitt eliminiert durch den
Rotor verursachte Verwirbelungen und optimiert so sowohl die
Beschleunigung des Düsenstrahls als auch die Ruderanströmung.
Durch die vollgetauchte Position ist kein langer Einströmtunnel
erforderlich, Ein- und Ausstrom erfolgen linear
und die Anfälligkeit für Bewuchs wird minimiert.
Dieser natürliche Strömungsverlauf ohne Umlenkung hat einen
höheren Wirkungsgrad sowie geringere Geräusch- und Vibrationsemissionen
zur Folge. Für jede Schiffsanwendung erfolgen
umfassende Untersuchungen zur Integration des Antriebs
in den Rumpf. Zusammen mit dem speziellen Düsenbefestigungsmechanismus
wird die Schuberzeugung durch die Düse
optimiert und der Düsenwiderstand auch bei hohen Geschwindigkeiten
minimiert.
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Leistungsvoraussage – das elementare
Bindeglied zwischen Konstruktion und realem Betrieb
Um den Schiffsbauingenieur zu unterstützen, hat Voith für den
VLJ einen leistungsstarken „numerischen Schlepptank“ entwickelt,
der für Leistungsvoraussagen bei allen Rumpfformen
optimiert wurde. Der numerische VLJ Schlepptank berechnet
alle Rumpfinteraktionseffekte sowie die Kavitation und generiert
Richtlinien für die optimale Integration und Rumpfposition.
Die Validierung erfolgt durch mehrere Rumpfformen, Kavitationstunneltests
sowie durch Tests mit VLJ-getriebenen Rumpfformen
und durch Daten von Seeerprobungen.
Für kundenspezifische Projekte erzeugt der numerische VLJ
Schlepptank einen vollständigen Bericht inklusive Kavitationsbeginn
bei verschiedenen Betriebsbedingungen, Beeinflussung
durch Tiefertauchung des Rumpfes und Vertrimmung
sowie Leistungsanalyse für die verschiedenen möglichen VLJ
Rumpfpositionen, Einbautiefen und Wellenwinkel. Zielsetzung
hierbei ist es, den Schiffsbauingenieur bei der Optimierung
des Schiffsdesigns zu unterstützen und jedes Projekt gemeinsam
zum Erfolg zu führen.
Schematische Darstellung des Voith Linear Jet
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00
Effizienz neu definiert.
5,00
Hohe Effizienz für (mittel-)schnelle Schiffe
Der Voith Linear Jet ist für Schiffsgeschwindigkeiten zwischen
4,00
20-25 Knoten und 40+ Knoten ausgelegt. In diesem Bereich
sind weder konventionelle Propeller noch herkömmliche
Waterjets 3,00die
perfekte Lösung. Der Wirkungsgrad von Propellern
nimmt bei höheren Schiffsgeschwindigkeiten stetig ab
während 2,00Kavitation,
Geräusche und Vibrationen zunehmen.
Herkömmliche Waterjets sind erst bei Geschwindigkeiten über
35 Knoten effizient; bei Geschwindigkeiten unter — 30 V Knoten = 10 kn
1,00
— V = 15 kn
lässt ihre Effizienz stark nach. Dazwischen arbeitet der Voith
— V = 20 kn
Linear Jet bei Geschwindigkeiten von bis zu 40 Knoten
0
mit konstant hohem Wirkungsgrad und weitet so das
0 2 4 6 8 10 12
Anwendungsspektrum herkömmlicher Waterjets auf Schiffsge-
TSL /(t V/Lpp ) [-]
schwindigkeiten jenseits der 40 Knoten-Marke aus. Der Voith
Linear Jet ist die ideale Antriebslösung für (mittel-)schnelle
Schiffe und alle Schiffe mit gemischten Einsatzprofil zwischen
langsamer Marschfahrt und kürzeren Fahrten mit hoher
Geschwindigkeit.
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Theoretischer Wirkungsgrad Vorausweg/L pp [-]
6,00
Vergleich des Voith Linear Jet mit anderen Antrieben
20 25 30 35 40
Schiffsgeschwindigkeit
— Voith Linear Jet
— Propeller
— WaterJet
Robuster, geräuscharmer
Antrieb mit geringem Wartungsbedarf
Der Voith Linear Jet verfügt konstruktionsbedingt nur über
wenige bewegliche Teile. Das Statorwellenlager hinter dem
Rotor ist ein bewährtes, wassergeschmiertes Verbundlager;
die Schmierung erfolgt durch die natürliche Durchströmung
des Antriebs. Wellenhalterungen sind nicht erforderlich. Ein
zweites, ebenfalls wassergeschmiertes Lager stützt die Welle
im Stevenrohr. Das mit nahezu allen Getrieben gelieferte
Axiallager nimmt die vom Rotor erzeugten Axialkräfte auf.
Bei der Herstellung aller Teile des VLJ kommen erprobte
Produktionsverfahren zum Einsatz. Die doppelwandig ausgeführte
Düse verfügt über eine hohe Steifigkeit und umgibt
die Haupt-Druckfelder des Rotors. Zusammen mit dem auf
das jeweilige Schiff angepasste Profil von Düse und Rotor
verzögert dies den Kavitationsbeginn und ermöglicht extrem
geringe Geräusch- und Vibrationsemissionen.
Antriebsstrang des Voith Linear Jet
Schnelles, präzises Manövrieren bei niedriger Motorlast
Für jede Stampf-, Roll- oder Gierbewegung gibt es nur jeweils
eine optimale Leistungseinstellung von Hauptmotoren, Rudern
und (Bug-) Strahlruder. Jede andere Einstellung führt zu unnötigem
Kraftstoffverbrauch, Zeitverlust im Hafen, hafeninterner
Wellenunruhe oder sonstigen unerwünschten Effekten. Die für
den VLJ entwickelten Algorithmen zur Schubaufteilung ermöglichen
die von Jetbooten bekannten, exzellenten Manövriereigenschaften.
Diese Algorithmen werden für spezifische
Schiffsparameter wie Angriffsfläche von Wind und Wasser,
Ruderfläche und -profil, Getriebeeigenschaften und Vorhandensein
zusätzlicher Antriebssysteme wie etwa (Bug-) Strahlruder
optimiert. Das Schiff lässt sich mit einer Hand steuern;
hierzu muss nur der Joystick in die dem gewünschten Kurs
entsprechende Richtung bewegt werden. Auch eine manuelle
Steuerung ohne Joystick ist möglich, so dass der Kapitän unter
keinen Umständen die Kontrolle über das Schiff verliert.
Geringerer Tiefgang
Der Voith Linear Jet ist in den Rumpf integriert. Entsprechend
der jeweiligen Projektspezifika können unterschiedliche Düsenintegrationstiefen
realisiert werden. Ist ein geringer Tiefgang
erforderlich, kann die Düse tief in den Rumpf integriert
werden, ohne dass dies den Wirkungsgrad beeinträchtigt. Mit
Hilfe des numerischen Voith Linear Jet Schlepptanks lassen
sich für jede gewünschte Integrationsvariante die Auswirkungen
hinsichtlich Vertrimmung und Tiefertauchung des Rumpfes
darstellen. Die Tunnelform ist unkritisch; hier sind mehrere
Optionen denkbar, so dass zum Beispiel den Wünschen bezüglich
Maschinenraumlayout Rechnung getragen werden
kann.
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Anwendungsbeispiele
Das Hauptanwendungsspektrum des Voith Linear Jet liegt im Geschwindig-
keitsbereich von 25 bis 40 Knoten. Außerhalb dieses Geschwindigkeitsbereichs
können andere Merkmale wie etwa der im Vergleich zu einem Propeller geringere
Tiefgang oder der höhere Pfahlzug ausschlaggebend für die Wahl des
Voith Linear Jets als Antriebskonzept sein.
Windpark-Versorger
Pfahlzug, Manövrierfähigkeit und hohe Transiteffizienz sind
grundlegende Anforderungen beim Betrieb von Arbeitsschiffen
wie etwa Windpark-Versorgern. Voith Linear Jets sind mit
Pfahlzug-optimierten Düsen erhältlich. Um auch für diese auf
hohen Pfahlzug ausgelegten Düsen eine hohe Transiteffizienz
zu gewährleisten, gehört bei diesen Anwendungen eine auf
das Schiff zugeschnittene Rumpfintegrationsanalyse zum
Standard. Der hohe Pfahlzug und die günstige Transiteffizienz
von Schiffen mit VLJ ermöglichen den Einsatz auch bei hohem
Seegang. Hierdurch werden höhere effektive Betriebsstundenzahlen
pro Jahr erreicht. Werden erhöhter Pfahlzug und
schnellere Transitgeschwindigkeiten nicht benötigt, kann ein
Motor mit geringerer Leistung eingesetzt werden.
Windpark-Versorger mit Voith Linear Jet
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Yachten
Eine Reduzierung des Tiefgangs, so dass alle Teile der Karibik
erfahrbar werden, geringere Geräusch- und Vibrationsemissionen
sowie eine aufgrund der hohen VLJ-Effizienz größere
Schiffsreichweite sind nur einige der Vorteile, die der Einsatz
des Voith Linear Jet im Bereich Yachten bietet. Werden hohe
Schiffsgeschwindigkeiten gewünscht, lassen sich diese mit
dem Voith Linear Jet leicht verwirklichen, ohne das Kompromisse
hinsichtlich Geräusch- und Vibrationsemissionen eingegangen
werden müssen.
Yacht mit Voith Linear Jet Schnellfähre mit Voith Linear Jet
Schnellfähren
Durch eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und eine
Maximierung der täglichen Schiffspassagen durch schnelle
Anlegemanöver im Hafen lässt sich der Fährbetrieb profitabel
gestalten. Die geringe Einbaukomplexität des VLJ erhöht die
Verfügbarkeit und verringert die Wartungskosten. Im Rahmen
einer Studie zum Vergleich herkömmlicher Waterjets mit Voith
Linear Jets, die an einer 4 x 2 880 kW Fähre mit einer Geschwindigkeit
von 30 Knoten durchgeführt wurde, zeigte sich,
dass der Leistungsbedarf der Voith Linear Jets insgesamt
804 kW geringer war. Bei einem Kraftstoffverbrauch von
220 g pro kWh und einem Kraftstoffpreis von 750 USD pro
Tonne führt dies bei 2 500 Betriebsstunden im Jahr zu einer
Reduzierung der Kraftstoffkosten auf 331 650 USD pro Jahr.
Durch die mit den Algorithmen zur Schubaufteilung verknüpften
Navigations- und Gierratensignale wird die für das sichere
Anlegen benötigte Zeit minimiert.
Schiffe für Marine und Küstenwache
Einsätze der Marine und Küstenwache erfordern Flexibilität.
Mit seinem dauerhaft hohen Wirkungsgrad sowohl bei niedrigen
Geschwindigkeiten als auch bei Höchstgeschwindigkeit
von 40+ Knoten ist der Voith Linear Jet hier die richtige Wahl.
Die größere Reichweite und das breite Einsatzspektrum
vergrößern dabei die Vielseitigkeit und Einsatzmöglichkeiten
des Schiffs. Die geringe Anfälligkeit für Bewuchs ermöglicht
Leistung auf konstant hohem Niveau. Da der Ausstrom aus
dem VLJ unter der Wasserlinie erfolgt, ist die akustische
Signatur zudem gering.
Küstenwachen-Einsatzschiff mit Voith Linear Jet
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