DE102019106717A1 - Water jet propulsion for a watercraft - Google Patents
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Abstract
Wasserstrahlantrieb für ein Wasserfahrzeug, bei welchem ein Wasserstrahl über eine Rumpföffnung (3) ansaugbar und über mindestens eine Düsenöffnung abstrahlbar ist, wobei die Rumpföffnung (3) mit einem Schutzgitter (1) versehen ist, welches aus mindestens einem primären Gitterstab (10) und den mindestens einen primären Gitterstab (10) kreuzenden sekundären Gitterstäben (11) gebildet ist und wobei der mindestens eine primäre Gitterstab (10) bei Geradeausfahrt des Wasserfahrzeuges entlang der Längsachse (L) des Wasserfahrzeuges ausgerichtet ist, wobei die sekundären Gitterstäbe (11) kreisbogenförmig ausgebildet sind, wobei bei Geradeausfahrt der Radius der aufeinanderfolgenden sekundären Gitterstäbe (11) ausgehend von dem zuvorderst angeordneten sekundären Gitterstab (11) schrittweise ansteigend ausgebildet ist und die gedachten Mittelpunkte der sekundären Gitterstäbe (11) auf einer gemeinsamen, entlang der Längsachse verlaufenden Achse vor den sekundären Gitterstäben (11) positioniert sind.Water jet propulsion for a watercraft, in which a water jet can be sucked in via a hull opening (3) and emitted via at least one nozzle opening, the hull opening (3) being provided with a protective grille (1) consisting of at least one primary grating bar (10) and the at least one primary lattice bar (10) crossing secondary lattice bars (11) is formed and wherein the at least one primary lattice bar (10) is aligned along the longitudinal axis (L) of the watercraft when the watercraft is traveling straight ahead, the secondary lattice bars (11) being designed in the shape of a circular arc , wherein when driving straight ahead, the radius of the successive secondary bars (11) starting from the foremost arranged secondary bars (11) is designed to increase gradually and the imaginary center points of the secondary bars (11) on a common axis running along the longitudinal axis in front of the secondary bars (11) positioned s ind.
Description
Die Erfindung betrifft einen Wasserstrahlantrieb für ein Wasserfahrzeug, bei welchem ein Wasserstrahl über eine Rumpföffnung ansaugbar und über mindestens eine Düsenöffnung abstrahlbar ist, wobei die Rumpföffnung mit einem Schutzgitter versehen ist, welches aus mindestens einem primären Gitterstab und den mindestens einen primären Gitterstab kreuzenden sekundären Gitterstäben gebildet ist und wobei der mindestens eine primäre Gitterstab bei Geradeausfahrt des Wasserfahrzeuges entlang der Längsachse des Wasserfahrzeuges ausgerichtet ist.The invention relates to a water jet drive for a watercraft, in which a water jet can be sucked in via a hull opening and emitted via at least one nozzle opening, the hull opening being provided with a protective grille formed from at least one primary bar and the at least one primary bar crossing secondary bars and wherein the at least one primary lattice bar is aligned along the longitudinal axis of the watercraft when the watercraft is traveling straight ahead.
Wasserstrahlantriebe, beispielsweise Pump-Jets, mit derartigen Schutzgittern sind bekannt. Schutzgitter an Wasserstrahlantrieben haben die Funktion, den nachfolgenden Impeller bzw. das Laufrad vor Kollisionen mit massiven Gegenständen, wie Treibholz oder Steine, zu schützen. Bei bekannten Schutzgittern wird der Wasserzustrom nicht gezielt umgelenkt. Der Zustrom reißt bei hohen Fahrtgeschwindigkeiten an der Verrundung des Einlauftrichters ab und führt zu Ablösegebieten. Die Gitterstäbe, welche im Umlenkbereich der Zuströmung befestigt sind, verstärken dieses Verhalten. Dies führt lokal zu Kavitation, die sich bis zum Laufradeintritt fortsetzt.Water jet drives, for example pump jets, with protective grids of this type are known. Protective grids on water jet drives have the function of protecting the following impeller or impeller from collisions with solid objects such as driftwood or stones. In known protective grids, the water inflow is not specifically deflected. At high speeds, the inflow breaks off at the fillet of the inlet funnel and leads to separation areas. The bars, which are attached in the deflection area of the inflow, reinforce this behavior. This leads to local cavitation, which continues until the impeller enters.
Die
Auch in der
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung eingangs genannter Art vorzuschlagen, mit welcher die Strömungsumlenkung beeinflusst werden kann, um die Schubleistung durch verbesserten Zustrom und reduzierten Strömungswiderstand zu erhöhen und gleichzeitig Kavitation zu vermeiden, die den Wasserstrahlantrieb beschädigt.The object of the invention is therefore to propose a device of the type mentioned at the beginning, with which the flow deflection can be influenced in order to increase the thrust performance through improved inflow and reduced flow resistance and at the same time to avoid cavitation which damages the water jet propulsion.
Zur Lösung der gestellten Aufgabe wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen.In order to achieve the object set, a device according to the features of
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.Advantageous configurations and developments of the invention are the subject matter of the dependent claims.
Erfindungsgemäß ist ein Wasserstrahlantrieb für ein Wasserfahrzeug vorgesehen, bei welchem die sekundären Gitterstäbe kreisbogenförmig ausgebildet sind. Bei Geradeausfahrt ist der Radius der aufeinanderfolgenden sekundären Gitterstäbe ausgehend von dem zuvorderst angeordneten sekundären Gitterstab schrittweise ansteigend ausgebildet und die gedachten Mittelpunkte der sekundären Gitterstäbe sind auf einer gemeinsamen, entlang der Längsachse verlaufenden Achse vor den sekundären Gitterstäben positioniert. Der Abstand der kreisbogenförmig ausgebildeten sekundären Gitterstäbe ist auf der entlang der Längsachse
Nach einem Vorschlag der Erfindung steigt der Radius der sekundären Gitterstäbe gemäß einer mathematischen Folge der Gleichung Dn = p*D(n-1) + p*D(n-2), wobei n eine natürliche Zahl größer gleich 1 ist. Ein Vertreter dieser Beziehung ist die Fibonacci-Folge.According to a proposal of the invention, the radius of the secondary bars increases according to a mathematical sequence of the equation D n = p * D ( n-1 ) + p * D ( n-2 ), where n is a natural number greater than or equal to 1. One representative of this relationship is the Fibonacci sequence.
Diese Anordnung unterstützt die optimale Umlenkung des Wasserzustroms für den Impeller innerhalb des Wasserstrahlantriebs.This arrangement supports the optimal deflection of the water flow for the impeller within the water jet drive.
Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist jeder primäre und/oder jeder sekundäre Gitterstab im Querschnitt tropfenförmig ausgebildet. Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung weist jeder primäre und/oder jeder sekundäre Gitterstab eine stumpfe Abrisskante auf. Diese Ausgestaltung in Tropfenform mit stumpfer Abrisskante sorgt für einen möglichst geringen Strömungswiderstand. Durch die stumpfe Abrisskante erfolgt der Zustrom mit möglichst geringen Verwirbelungen. Auf diese Weise kann einerseits das Innere des Wasserstrahlantriebs vor Fremdkörpern geschützt werden, andererseits ist das Schutzgitter möglichst wenig störend für den Betrieb des Wasserstrahlantriebs unter Ausnutzung hoher Anströmgeschwindigkeiten mit möglichst wenig Verwirbelungen. Eine weitere mögliche Ausgestaltung sieht vor, dass einer oder mehrere der primären und/oder einer oder mehrere der sekundären Gitterstäbe tropfenförmig und mit stumpfer Abrisskante ausgebildet sind.According to an embodiment of the invention, each primary and / or each secondary lattice bar is teardrop-shaped in cross section. According to a further proposal of the invention, each primary and / or each secondary lattice bar has a blunt tear-off edge. This configuration in the form of drops with a blunt tear-off edge ensures the lowest possible flow resistance. Due to the blunt separation edge, the inflow occurs with the least possible turbulence. In this way, on the one hand, the interior of the water jet drive can be protected from foreign bodies, on the other hand, the protective grille is as little disruptive as possible for the operation of the water jet drive using high flow velocities with as little turbulence as possible. Another possible embodiment provides that one or more of the primary and / or one or more of the secondary bars are teardrop-shaped and have a blunt tear-off edge.
Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung weist die Rumpföffnung einen Einlauftrichter und einen Zustromwulst auf. Der Zustromwulst ist dem zuvorderst, d.h. bei Geradeausfahrt des Wasserfahrzeugs zum Bug hin nächstliegend angeordneten sekundären Gitterstab vorgelagert vorgesehen. Über den Zustromwulst ist die Wasserströmung zu dem Einlauftrichter führbar. Der Zustromwulst bewirkt, dass die Strömung gleichmäßig in den Einlauftrichter geführt wird, ohne dass sie ablöst und Kavitation auslöst. Das hat den Vorteil, dass der Wasserzustrom für den Impeller innerhalb des Wasserstrahlantriebs optimal umgelenkt wird. Des Weiteren treten durch die Kombination von Zustromwulst und kreisbogenförmigen sekundären Gitterstäben keine Kavitationszonen am Schutzgitter auf, die anschließend auf den Impeller übertragen werden können. Der verbesserte Zulauf zum Impeller und der reduzierte Strömungswiederstand am Schutzgitter führen zu einem höheren spezifischen Schub des Wasserstrahlantriebs und ermöglichen gleichzeitig eine höhere Endgeschwindigkeit.According to a further proposal of the invention, the fuselage opening has an inlet funnel and an inflow bead. The influx bead is at the front, ie closest to the bow when the watercraft is traveling straight ahead arranged secondary grid bar provided upstream. The water flow to the inlet funnel can be guided via the inflow bead. The influx bead ensures that the flow is guided evenly into the inlet funnel without it loosening and causing cavitation. This has the advantage that the water flow for the impeller is optimally diverted within the water jet drive. Furthermore, due to the combination of the influx bead and circular arc-shaped secondary grid bars, there are no cavitation zones on the protective grid that can then be transferred to the impeller. The improved feed to the impeller and the reduced flow resistance on the protective grille lead to a higher specific thrust of the water jet drive and at the same time enable a higher top speed.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in dem Bereich, in dem der Zustromwulst an den Einlauftrichter angrenzt, eine Zone ohne Gitterstäbe vorgesehen. In diesem Bereich herrscht die höchste Strömungsgeschwindigkeit und durch das Schaffen einer gitterfreien Zone werden Verwirbelungen und ein Strömungsabriss verhindert. Diese Ausgestaltung sorgt zusätzlich für einen gleichmäßigen Zustrom zum Impeller.According to a further embodiment of the invention, a zone without bars is provided in the area in which the influx bead adjoins the inlet funnel. This area has the highest flow velocity and the creation of a grid-free zone prevents turbulence and stalling. This configuration also ensures an even flow to the impeller.
Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung endet der sekundäre Gitterstab mit dem kleinsten Radius an einem Übergang zwischen dem Zustromwulst und dem Einlauftrichter. Von diesem sekundären Gitterstab ausgehend steigt der Radius zu jedem folgenden sekundären Gitterstab schrittweise an. Durch diese Ausgestaltung wird der Strömungswiderstand in diesem Bereich möglichst geringgehalten.According to a further proposal of the invention, the secondary grid bar ends with the smallest radius at a transition between the inflow bead and the inlet funnel. Starting from this secondary grid bar, the radius increases gradually to each subsequent secondary grid bar. This configuration keeps the flow resistance as low as possible in this area.
Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Zustromwulst mit dem Einlauftrichter und dem Schutzgitter verbunden. Durch diese Ausgestaltung wird vermieden, dass durch ungenaue Passung erhöhte Strömungswiderstände am Übergang vom Zustromwulst zum Einlauftrichter entstehen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, den Zustromwulst als separates Bauteil auszubilden. Dadurch kann er an bestehenden Anlagen nachgerüstet werden.According to one embodiment of the invention, the influx bead is connected to the inlet funnel and the protective grille. This configuration prevents increased flow resistances at the transition from the inflow bead to the inlet funnel due to an imprecise fit. Another possibility is to design the influx bead as a separate component. This means that it can be retrofitted to existing systems.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung weiter erläutert. Es zeigen:
-
1 Draufsicht auf ein Schutzgitter mit einem Zustromwulst -
2 Isometrische Ansicht des in1 abgebildeten Schutzgitters -
3 Draufsicht auf ein Schutzgitter gemäß dem Stand der Technik -
4 Schnittansicht des in1 und2 abgebildeten Schutzgitters
-
1 Top view of a protective grille with an influx bead -
2 Isometric view of the in1 pictured protective grille -
3 Top view of a protective grille according to the prior art -
4th Sectional view of the in1 and2 pictured protective grille
In
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- SchutzgitterProtective grille
- 1010
- primärer Gitterstabprimary bar
- 1111
- sekundärer Gitterstabsecondary bar
- 1212
- stumpfe Abrisskanteblunt trailing edge
- 22
- EinlauftrichterInlet funnel
- 33
- RumpföffnungTrunk opening
- 44th
- ZustromwulstInflux bulge
- 55
- Zone der stärksten StrömungsumlenkungZone of the strongest flow deflection
- 66th
- HauptströmungsrichtungMain flow direction
- LL.
- Längsachse des WasserfahrzeugsLongitudinal axis of the watercraft
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- GB 932633 A [0003]GB 932633 A [0003]
- GB 1087798 A [0004]GB 1087798 A [0004]
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