DE1013986B

DE1013986B - Axial durchstroemte, mehrstufige Kreiselmaschine fuer Schiffsantriebe und Pumpen

Info

Publication number: DE1013986B
Application number: DEK23387A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Heinrich Weinrich
Original assignee: KLEINSCHANZLIN BESTENBOSTEL G
Current assignee: KLEINSCHANZLIN BESTENBOSTEL G
Priority date: 1954-09-06
Filing date: 1954-09-06
Publication date: 1957-08-14

Description

Axial durchströmte, mehrstufige Kreiselmaschine für Schiffsantriebe und Pumpen Bei Schiffspropellern und Propellerpumpen ist die Drehzahl nach oben begrenzt durch die Kavitationsgefahr am Propellerumfang. Es ergeben sich zwangläufig um so niedrigere Drehzahlen, je größer die Förderströme und damit die Abmessungen der Propeller sind.
Die günstigsten Drehzahlen der Antriebsmaschinen liegen mit Rücksicht auf den Wirkungsgrad derselben und zwecks Verringerung von Gewicht und Abmessungen oft höher als diejenigen der Propeller, so daß Untersetzungsgetriebe vorgesehen werden müssen.
Solche Getriebe können mechanische oder Strömungsgetriebe sein, wobei das mechanische Getriebe gegenüber dem Strömungsgetriebe den Vorteil besseren Wirkungsgrades hat, das Strömungsgetriebe hingegen innerhalb eines gewissen Bereiches bei nur geringer Änderung des Wirkungsgrades eine stufenlose Drehzahländerung gestattet. Letzterer Vorzug des Strömungsgetriebes ist insbesondere bei Schiffspropellern von großer Bedeutung, da diese stets mit wechselnden Drehzahlen gefahren werden.
Der Gesamtwirkungsgrad von Getriebe und Propeller wird dadurch verbessert, daß Strömungsgetriebe und Propeller konstruktiv derart vereinigt werden, daß auch das Getriebe vom Förderstrom durchsetzt ist. Der Pumpenteil des Getriebes, hier als Primärpumpe bezeichnet, wird für die eigentliche Förder- bzw. Vertriebsaufgabe mit herangezogen. Im Pumpenteil des Getriebes wird eine größere Förderhöhe erzeugt, als zur Erzielung der gewünschten Strahlgeschwindigkeit erforderlich ist. Die überschüssige Energie wird in einem auf die Primärpumpe folgenden Turbinenrad verarbeitet, welch letzteres zum Antrieb des zur Primärpumpe des Strömungsgetriebes parallel arbeitenden Vortriebs- oder Förderpropellers dient. Einstufige Anordnungen der vorbeschriebenen Art sind dem Prinzip nach bekannt. Diese haben aber den Nachteil, daß die übertragene Leistung begrenzt ist, wenn man nicht einen sehr großen Durchmesser des Primärpropellers in Kauf nimmt, um damit zwangläufig die Antriebsdrehzahl zu verkleinern, was sehr unwirtschaftlich ist.
Erfindungsgemäß treten diese Nachteile nicht auf bei einer mehrstufigen Kreiselmaschine, bei welcher ein aus einem mehrstufigen Pumpenläufer bestehender Primärpropeller auf einen mehrstufigen Turbinenläufer wirkt und zwischen den Pumpen- und Turbinenstufen feste Leitvorrichtungen angebracht sind und ferner mit der Beschaufelung der ersten Turbinenstufe ein Mantel verbunden ist, welcher die Beschaufelung der letzten Pumpenstufe übergreift und gleichzeitig die Beschaufelung des äußeren Sekundärpropellers trägt, wobei des weiteren die Leitvorrichtungen zwischen den Pumpen- bzw. Turbinenstufen über je einen Mantel mit den Leitvorrichtungen des Sekundärpropellers verbunden sind, derart, daß der erste Leitvorrichtungsmantel die Beschaufelung der inneren Pumpenstufen außer der letzten und der zweite Leitvorrichtungsmantel die Beschaufelung der Turbinenstufen außer der ersten übergreift.
Bei einer derart mehrstufigen Ausbildung kann zur Erzielung einer großen Kavitationssicherheit und damit zur Erreichung einer möglichst großen Primärdrehzahl die Belastung der ersten Pumpenstufe gering gehalten werden. Weiterhin kann die Belastung der folgenden Pumpenstufen, und zwar insbesondere die der letzten Pumpenstufe, hoch gehalten werden, damit die Leistungsaufnahme möglichst groß wird, um die zur Übertragung der Primärleistung erforderliche Stufenzahl gering zu halten.
Durch die Konzentration der Energie in der letzten Stufe ergibt sich weiterhin der Vorteil, daß die Überschußenergie in der unmittelbar dahinter folgenden Turbinenstufe mit sehr gutem Wirkungsgrad ver--arbeitetwird.
Im Gegensatz hierzu würden z. B. bei gleichmäßiger Energieaufteilung die Umsetzungsverluste in den zwischen den Pumpenstufen befindlichen Leiträdern vergleichsweise höher liegen als bei der genannten Leistungsaufteilung.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wird auch erreicht, daß zwischen der letzten Pumpenstufe und dem von der ersten Turbinenstufe her übergreifenden ,Mantel eine nur dem Untersetzungsverhältnis entsprechende Differenzgeschwindigkeit herrscht, wodurch die Randverluste erheblich verringert werden und mithin der Wirkungsgrad stark verbessert wird.
Es ist auch möglich, auf jede Pumpenstufe eine Turbinenstufe folgen zu lassen und lediglich hinter der letzten Turbinenstufe ein festes Leitrad anzuordnen. Man erreicht durch diese Anordnung ebenfalls eine günstige Umsetzung der überschüssigen Pumpenenergie. Die Drehzahluntersetzung wird erzielt durch das hinter der letzten Turbinenstufe angeordnete Leitrad und weiterhin durch die Tatsache, daß hinter dem Leitrad eine bestimmte Energie zur Erfüllung der Förderaufgabe vorhanden sein muß.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Vereinigung eines Strömungsgetriebes und eines Propellers besteht auch darin, daß mit den Verlusten des Strömungsgetriebes nicht mehr die gesamte, für de Vortriebs- oder Förderaufgabe erforderliche Antriebsleistung belastet ist, sondern nur ein Teil.
' Verteilt man beispielsweise die Vortriebs- oder Fördernutzleistung je zur Hälfte auf das Strömungsgetriebe und auf den Propeller, so sind die durch das Getriebe verursachten Verluste nur halb so groß wie bei Anordnung eines Strömungsgetriebes mit geschlossenem Kreislauf vor dem Propeller. Dementsprechend wird also der Gesamtwirkungsgrad größer und erreicht einen Wert, welchen die bekannten Einrichtungen dieser Art bisher nicht aufweisen. Auf den Pumpenteil des Strömungsgetriebes wird die gesamte Antriebsleistung übertragen, die für die Vortriebs-und Förderaufgabe notwendig ist, und die Primärpumpe wird mit einer möglichst hohen Drehzahl angetrieben, während das Turbinenrad und damit z. B. der Schiffspropeller mit kleiner Drehzahl arbeiten. Auf diese Weise werden die Vorteile einer schnell laufenden Antriebsmaschine voll ausgenutzt.
Da das Vortriebsaggregat entsprechend der Erfindung einen aus zwei Teilströmen zusammengesetzten Gesamtstrom erzeugt, wobei die Energie beider Teilströme möglichst groß sein soll, ist es, um dieser Bedingung bei veränderlicher Belastung genügen zu können, von Vorteil, zur Drehzahlregelung die Schaufeln der Primärpumpe und des Sekundärpropellers während des Betriebes verstellbar zu gestalten. Infolge des Vorhandenseins von Leiträdern ist es auch möglich, den Sekundärpropeller in zur Primärpumpe entgegengesetzter Drehrichtung zu betreiben, zwecks Beseitigung des Dralles im austretenden Strahl.
Die Abbildung zeigt als Beispiel die erfindungsgemäße Ausbildung einer zweistufigen axialen Strömungsmaschine. Zwischen dem die erste Stufe der Primärpumpe bildenden Laufrad 2 und dem die zweite Stufe desselben bildenden Laufrad 2' liegt das Leitrad 3 im inneren Mantelteil 4, der durch die Leitflächen 5 mit dem äußeren Gehäusemantel 10 verbunden ist. Zwischen den Stufen 7 und 7' des Turbinenläufers mit der am Mantelring 9 befestigten äußeren Beschaufelung 8 des Sekundärpropellers liegt die Leitbeschaufelung 3' der Turbine, welche vom inneren Mantelring 4' getragen wird, der seinerseits mit den Leitflächen 5' an dem feststehenden Gehäuse 10 befestigt ist und vermittels weiterer Leitflächen 11 die Abschlußhaube 12 trägt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE' 1. Axial durchströmte, mehrstufige Kreiselmaschine zum Antrieb von Schiffen und zum Fördern von Flüssigkeiten, bei welcher ein Teil der Leistungen eines schnell laufenden inneren Primärpropellers hydraulisch über ein Turbinenrad auf einen langsam laufenden äußeren Sekundärpropeller übertragen wird, wobei beide Propeller von einem Teilstrom aus dem Gesamtstrom des Strömungsmittels durchflossen werden, dadurch gekennzeichnet, daß der aus einem mehrstufigen Pumpenläufer bestehende Primärpropeller (2, 2') auf einen mehrstufigen Turbinenläufer (7, T) wirkt, wobei zwischen Pumpen- und Turbinenstufen feste Leitvorrichtungen (3, 3', 11) angebracht sind, und daß mit der Beschaufelung der ersten Turbinenstufe ein Mantel verbunden ist, welcher die Beschaufelung der letzten Pumpenstufe (2') übergreift und gleichzeitig die Beschaufelung (8) des äußeren Sekundärpropellers trägt, und daß die Leitvorrichtungen (3,3',11) zwischen den Pumpen- bzw. Turbinenstufen über je einen Mantel (4,4') mit den Leitvorrichtungen (5,5') des Sekundärpropellers verbunden sind, derart, daß der erste Leitvorrichtungsmantel (4) die Beschaufelung der inneren Pumpenstufen außer der letzten (2') und der zweite Leitvorrichtungsmantel (4') die Beschaufelung der Turbinenstufen außer der ersten (7) übergreift.
2. Kreiselmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (2, 2') des schnell laufenden Primärpropellers während des Betriebs verstellbar sind.
3. Kreiselmaschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß außer den Schaufeln (2, 2') des Primärpropellers auch diejenigen des Turbinenrades (7, 7') im Betrieb verstellbar sind.
4. Kreiselmaschine nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der schnell laufende Primärpropeller (2, 2') und der langsam laufende Sekundärpropeller (7, T) mit entgegengesetzter Drehrichtung laufen. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 652 740, 885 050; schweizerische Patentschrift Nr. 287 345; USA.-Patentschrift Nr. 2 568 903.