DE1210352B

DE1210352B - Bow thruster control device for watercraft

Info

Publication number: DE1210352B
Application number: DEK49949A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Kuckuck
Original assignee: KUCKUCK FA
Current assignee: KUCKUCK FA
Priority date: 1963-06-11
Filing date: 1963-06-11
Publication date: 1966-02-03

Description

Bugstrahl-Steuereinrichtung für Wasserfahrzeuge Die Erfindung betrifft eine Bugstrahl-Steuereinrichtung für Wasserfahrzeuge mit einer im Fahrzeuginnem angeordneten, einen Druckstrahl erzeugenden Fördervorrichtung, deren Druckstrahl in back- und steuerbordseitig angeordnete Austrittskanäle wechselweise leitbar ist, während das Ansaugen des Wassers über eine Eintrittsöffnung am Bug des Fahrzeugs erfolgt.Bow thruster control device for watercraft The invention relates to a bow thruster for watercraft with one in the vehicle interior arranged, a pressure jet generating conveying device, the pressure jet can be routed alternately into outlet channels arranged on the port and starboard side, while the water is sucked in via an inlet opening at the bow of the vehicle he follows.

Bei langsam fahrenden Wasserfahrzeugen, insbesondere bei Saugbaggem u. dgl., besteht -die Schwierigkeit, daß infolge der geringen Relativgeschwindigkeit zwischen Fahrzeug und Wasser nur sehr schwache Ruderreaktionen erzielbar sind. Andererseits werden aber an die Manövrierfähigkeit gerade solcher Wasserfahrzeuge besonders hohe Anforderungen gestellt. In diesen Fällen wird das Heckruder durch eine Einrichtung der eingangs geschilderten Art ergänzt.With slowly moving watercraft, especially with suction dredgers and the like, there is the problem that due to the low relative speed Only very weak rudder reactions can be achieved between the vehicle and the water. on the other hand however, the maneuverability of such watercraft is particularly high Requirements. In these cases the stern rudder is controlled by a device of the type described above.

Eine bekannte Einrichtung besteht irn wesentlichen aus einem axial wirkenden Pumpenlaufrad, dessen Laufwelle horizontal in der Fahrzeuglängsachse angeordnet ist. Das am Bug angesaugte Wasser wird mit Hilfe von Klappen, die in beiden Austrittskanälen angeordnet sind, entweder nach Backbord oder nach Steuerbord geleitet. Bei einer anderen bekannten Einrichtung ist eine drehrichtungsumsteuerbare Axialpumpe mit zwei Laufrädern in einem quer zur Fahrzeuglängsachse ausgebildeten Kanal angeordnet. Sie saugt jeweils auf der einen Seite an und drückt das Wasser auf der anderen Seite hinaus.A known device consists essentially of an axial acting pump impeller, the running shaft of which is arranged horizontally in the vehicle's longitudinal axis is. The water sucked in at the bow is with the help of flaps in both outlet channels arranged either to port or to starboard. At a Another known device is an axial pump with reversible direction of rotation two wheels arranged in a channel formed transversely to the longitudinal axis of the vehicle. It sucks in on one side and presses the water on the other side out.

Es leuchtet ein, daß sowohl Wirkung als auch Wirkungsgrad dieser bekannten Einrichtungen verhältnismäßig gering sind, wenn man sich vergegenwärtigt, daß Axialräder nur kleine Förderhöhen aufzubringen imstande sind, in Anbetracht der großen Masse des Fahrzeugs jedoch ein beträchtlicher Strahldruck erforderlich ist, um eine Steuerreaktion zu erzielen. Die bekannten Propeller müssen daher mit einer im Verhältnis zu ihren Durchmessern hohen Drehzahl (beispielsweise etwa 250 U/min) laufen. Daraus resultieren neben einem hohen Leistungsbedarf der Steuervorrichtung erhebliche Kreiselmomente, die die Manövrierfähigkeit des Schiffes keineswegs fördern. Vor allem aber führen die hohen Drehzahlen gerade bei Axialrädern zu Turbulenz- und Kavitationserscheinungen. Das Abreißen der Strömung ist durch unangenehmes, störendes Rauschen auch unmittelbar zu hören.It is clear that both the effect and the efficiency of these known devices are relatively low when one realizes that axial gears are only able to provide small delivery heights, but in view of the large mass of the vehicle a considerable jet pressure is required to achieve a control reaction . The known propellers must therefore run at a high speed in relation to their diameters (for example about 250 rpm). In addition to a high power requirement of the control device, this results in considerable gyroscopic moments which in no way promote the maneuverability of the ship. Above all, however, the high speeds, especially with axial gears, lead to turbulence and cavitation phenomena. The interruption of the flow can also be heard immediately through unpleasant, annoying noise.

Diese Nachteile werden bei einer eingangs erwähnten Bugstrahl-Steuereinrichtung erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß als einen Druckstrahl erzeugende Fördervorrichtung eine für Steuerzwecke bekannte drehrichtungsumsteuerbare, langsam laufende Radialpumpe verhältnismäßig großen Durchmessers und mit senkrechter Welle dient, und daß zu der vom Drehrichtungssinn der Pumpe abhängigen Verbindung des Pumpendruckraumes mit dem einen oder anderen Austrittskanal ein konzentrisch zum Laufrad angeordneter zylindrischer Ring vorgesehen ist, der einen der Größe der Ausschnitte des Pumpengehäuses bzw. der Kanalanschlüsse entsprechenden Seitenwandausschnitt aufweist und der durch Flüssigkeitsreibung selbsttätig jeweils bis zum Anliegen eines an ihm anggordneten Anschlages an einem Anschlag des Pumpengehäuses mitgenommen wird.These disadvantages become apparent in the case of a bow thruster control device mentioned at the outset avoided according to the invention in that as a pressure jet generating conveying device a slow-running radial pump, known for control purposes, which can be reversed in the direction of rotation serves relatively large diameter and with a vertical shaft, and that too the connection of the pump pressure chamber depending on the direction of rotation of the pump with one or the other outlet channel arranged concentrically to the impeller cylindrical ring is provided, which is one of the size of the cutouts of the pump housing or the channel connections has corresponding side wall cutout and the through Fluid friction automatically in each case until one of them is attached Stop is taken along on a stop of the pump housing.

Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht die Verwendung eines Radialrades für den vorliegenden Zweck derart, daß der von ihr erzeugte Druckstrahl bei Drehrichtungsumkehr ohne schädliche Knickung des Strömungsverlaufs und unter Erhaltung der vollen Förderleistung selbsttätig umgesteuert wird. Ein Radialrad bringt bekanntlich bei sehr viel geringerer Drehzahl die Förderhöhe eines entsprechenden Axialrades auf. Eine solche Vorrichtung ist daher einfacher und besitzt insoweit auch einen höheren Wirkungsgrad.The arrangement according to the invention enables the use of a radial wheel for the present purpose in such a way that the pressure jet generated by it when the direction of rotation is reversed without any harmful kinking of the flow and while maintaining the full delivery rate is automatically reversed. As is well known, a radial wheel brings much less Speed on the delivery head of a corresponding axial impeller. Such a device is therefore simpler and in this respect also has a higher degree of efficiency.

Die niedrige Drehzahl, mit der die neue Vorrichtung infolge ihres großen Durchmessers betrieben werden kann, läßt die Wirkungsgradeinbußen, die sich naturgemäß aus der Anordnung nicht gekrümmter Radialschaufeln ergeben, nicht ins Gewicht fallen. Um aber auch insoweit den Wirkungsgrad so hoch wie möglich zu halten, sind vorzugsweise beide Schaufelflächen - unter Beibehaltung einer radialen Schaufelhauptebene - symmetrisch zu dieser konvex gekrümmt.The low speed at which the new device can be operated due to its large diameter does not negatively affect the efficiency losses which naturally result from the arrangement of non-curved radial blades. In order also to keep as high as possible in so far the efficiency, are preferably both blade surfaces - while maintaining a radial blade main plane - curved symmetrically with respect to this convex.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht, und zwar zeigt F i g. 1 eine Draufsicht auf die im Bug des Schiffskörpers angeordnete Vorrichtung und F i g. 2 einen senkrechten Schnitt nach der Linie 11-11 in F i g. 1. An exemplary embodiment of the invention is illustrated in the drawing, namely FIG. 1 shows a plan view of the device arranged in the bow of the hull, and FIG. 2 shows a vertical section along line 11-11 in FIG. 1.

Der Vordersteven des gestrichelt angedeuteten Schiffsbugs weist eine frontale Eintrittsöffnung 1 auf, die über einen sich in Ouerrichtung erweiternden, in lotrechter Richtung jedoch verjüngenden Kanal mit dem Innenraum des Pumpengehäuses 2 in Verbindung steht. Das Pumpengehäuse, das die Form eines flachen, oben und unten geschlossenen Zylinders besitzt, ist an seiner dem Eintrittskanal gegenüberliegenden Seite mit tangential und senkrecht zur Eintrittsrichtung angeordneten Auslaßkanälen 3 und 4 versehen, von denen je einer zur Backbord- und Steuerbordseite hin offen ist. Um eine Vorstellung von der Größe des Pumpengehäuses zu vermitteln, sei angegeben, daß der Gehäusedurchmesser bei einer typischen Ausführungsform der Erfindung etwa 12 in und die Kantenlänge der im dargestellten Beispiel etwa quadratisch ausgebildeten Auslaßkanäle etwa 3 in beträgt.The forward stem of the ship's bow indicated by dashed lines has a frontal inlet opening 1 which is connected to the interior of the pump housing 2 via a channel that widens in the direction of the river but tapers in the vertical direction. The pump housing that has the form of a flat, top and bottom closed cylinder is provided on its side opposite the entrance channel side tangentially and arranged perpendicular to the direction of entry of outlet channels 3 and 4, each one of which is open to the port and starboard side. To give an idea of the size of the pump housing, it should be stated that the housing diameter in a typical embodiment of the invention is approximately 12 inches and the edge length of the approximately square outlet channels in the example shown is approximately 3 inches.

In dem liegenden Pumpengehäuse ist an einer senkrechten Welle 5 das im Gehäuse 2 laufende Laufrad 6 der Kreiselpumpe befestigt. Das im vorliegenden Beispiel doppeltwirkende Laufrad 6 besteht aus einem mittig im Pumpengehäuse angeordneten scheibenförmigen Steg 7, der mittels einer Nabe 8 an der Welle 5 befestigt ist. Am Steg 7 sind die radialen Schaufeln 9 befestigt, die sich nur über eine bestimmte Länge vom Umfangsaußenrand des Steges 7 einwärts erstrecken und damit einen die Welle 5 zylindrisch umgebenden Innenraum frei lassen, der den Saugraum des Pumpenrades bildet. Die Flächen der Schaufeln 9, die wechselweise die Druck- oder Saugseiten der Schaufeln darstellen, sind beide symmetrisch zu ihrer radialen Hauptebene konvex gekrümmt, wie aus F i g. 1 hervorgeht. Um die Reibungskräfte zwischen dem Pumpenlaufrad und den umgebenden Gehäuseteilen nicht zu groß werden zu lassen, ist ein gewisser Abstand der Schaufelkanten von diesen Gehäuseteilen erforderlich.In the horizontal pump housing, the impeller 6 of the centrifugal pump running in the housing 2 is attached to a vertical shaft 5. The double-acting impeller 6 in the present example consists of a disk-shaped web 7 which is arranged centrally in the pump housing and which is fastened to the shaft 5 by means of a hub 8. On the web 7, the radial blades 9 are secured, which extend only over a certain length from the outer circumferential edge of the web 7 so that a blank inwardly and the shaft 5 cylindrically surrounding inner space freely, which forms the suction chamber of the pump wheel. The surfaces of the blades 9, which alternately represent the pressure or suction sides of the blades, are both convexly curved symmetrically to their main radial plane, as shown in FIG. 1 shows . In order not to let the frictional forces between the pump impeller and the surrounding housing parts become too great, a certain distance between the blade edges and these housing parts is necessary.

In dem Pumpengehäuse 2 ist ein topfförmiger zylindrischer Ring 10 konzentrisch zur Welle 5, aber unabhängig von dieser so gelagert, daß er im Pumpengehäuse2 relativ zu diesem verdreht werden kann. Er umgibt das Laufrad 6 entlang der Ober-, Unter- und Außenkanten der Schaufeln 9 und läßt in der Mitte ringförmige Eintrittsöffnungen für den Punipensaugraum. bzw. die Pumpensaugräume offen. Die Lagerung des Ringes 10 im Pumpengehäuse 2 erfolgt durch zwei Kugelkränze, deren Kugeln 11 vorzugsweise aus Kunststoff bestehen und beispielsweise den zum Kegeln verwendeten Kugeln entsprechen können. Sie laufen auf Laufbahnen 17, die sowohl außen am Ring 10 als auch innen im Pumpengehäuse 2 angebracht sind.In the pump housing 2, a cup-shaped cylindrical ring 10 is mounted concentrically to the shaft 5, but independently of this, in such a way that it can be rotated in the pump housing 2 relative to the latter. It surrounds the impeller 6 along the upper, lower and outer edges of the blades 9 and leaves annular inlet openings for the suction chamber in the middle. or the pump suction chambers open. The ring 10 is supported in the pump housing 2 by two ball races, the balls 11 of which are preferably made of plastic and can, for example, correspond to the balls used for bowling. They run on raceways 17 which are attached both on the outside of the ring 10 and on the inside of the pump housing 2.

Die zylindrische Außenwandung des Ringes 10 hat ,einen Ausschnitt 12, der in seiner Größe den Ausschnitten 13 des Pumpengehäuses 2 entspricht, welche das Pumpengehäuse -mit den Auslaßkanälen 3 bzw. 4 verbinden. Die Anschläge 14 am Pumpengehäuse 2 und entsprechende Anschläge 15 am Ring 10 halten den Ring - je nach Drehrichtung des Laufrades 6 - derart, daß die öffnung 12 den Druckraum bzw. die Druckräume der Pumpe entweder mit dem Auslaßkana13 oder (wie in F ig. 1 dargestellt) mit dem Auslaßkanal 4 verbindet. Da die Drehrichtung des Pumpenlaufrades bestimmt, welche Anschläge 14 und 15 infolge entsprechender Mitnahme des Ringes 10. durch Flüssigkeitsreibung zur Berührung kommen, bleibt diese Berührung so lange aufrechterhalten, wie das Laufrad seine Drehrichtung beibehält, weil die Reibungskraft solange fortbesteht. 'Eine Sicherung, des Ringes 10 in der einen oder anderen * Stellung ist- daher nicht erforderlich, und bei Drehrichtungsumkehr kann ohne äußeren Eingriff der Ring 10 sich in seine Alternativlage verdrehen.The cylindrical outer wall of the ring 10 has a cutout 12, the size of which corresponds to the cutouts 13 of the pump housing 2, which connect the pump housing to the outlet channels 3 and 4, respectively. The stops 14 on the pump housing 2 and corresponding stops 15 on the ring 10 hold the ring - depending on the direction of rotation of the impeller 6 - in such a way that the opening 12 connects the pressure chamber or the pressure chambers of the pump either with the outlet duct 13 or (as in FIG. 1 shown) with the outlet channel 4 connects. Since the direction of rotation of the pump impeller determines which stops 14 and 15 come into contact as a result of the corresponding entrainment of the ring 10. It is therefore not necessary to secure the ring 10 in one or the other * position, and when the direction of rotation is reversed, the ring 10 can rotate into its alternative position without external intervention.

In dem von. der Eintrittsöffnung 1 zum Pumpengehäuse 2 führenden Kanal ist ein Leitkörper 16 derart angeordnet, daß er das einströmende Wasser in die Räume an der Ober- und Unterseite des zylindrischen Ringes 10 ablenkt, um Stauverluste zu vermeiden. Das einströmende. Wasser durchläuft dann die Kugellager des Ringes 10 und strömt in der durch Pfeile in F i g. 2 gekennzeichneten Richtung in die beiden Saugräume des doppeltwirkenden Pumpenrades 6 ein. Der von dem Pumpenlaufrad erzeugte Staustrahl tritt - je nach Drehrichtung der Pumpe - entweder aus dem Auslaßkanal 3 oder dem Auslaßkanal 4 aus.In that of. the inlet opening 1 leading to the pump housing 2 channel a guide body 16 is arranged such that it deflects the inflowing water into the spaces on the top and bottom of the cylindrical ring 10 to avoid accumulation losses. The incoming. Water then passes through the ball bearings of the ring 10 and flows in the direction indicated by arrows in FIG. 2 into the two suction chambers of the double-acting pump wheel 6 . The ramjet generated from the pump impeller enters - from either the outlet channel 3 or the exhaust passage 4 - depending on the rotational direction of the pump.

Sowohl die Auslaßkanäle 3 und 4 als auch die Einlaßöffnung 1 können gegebenenfalls durch entsprechende, im beschriebenen Ausführungsbeispiel nicht dargestellte Schließbleche geschlossen werden. Das Schließen der Eintrittsöffnung 1 durch ein Torblech könnte beispielsweise erfolgen, um bei nicht laufender Pumpe Stauverluste zu vermeiden.Both the outlet channels 3 and 4 and the inlet opening 1 can optionally be closed by means of corresponding locking plates, not shown in the exemplary embodiment described. The closing of the inlet opening 1 by a Torblech could be done, for example, to avoid congestion loss in non-operating pump.

Ferner ist es möglich, den Ring 10 zusätzlich mit einem Fremdantrieb zu versehen, der seine Einstellung in die eine oder andere Lage auch bei nicht laufendem Pumpenrad ermöglicht. Eine solche Einstellung kann beispielsweise nützlich sein, wenn das den Pumpenraum durchströmende Wasser wechselweise dem einen oder anderen Austrittskanal zugeführt wird, um auf diese Weise Schlingerbewegungen des Schiffes entgegenzuwirken.Furthermore, it is possible to additionally provide the ring 10 with an external drive which enables it to be set in one position or the other even when the pump wheel is not running. Such a setting can be useful, for example, if the water flowing through the pump chamber is fed alternately to one or the other outlet channel in order to counteract the rolling movements of the ship in this way.

Im übrigen sei erwähnt, daß die erfindungsgemäße Bugstrahl-Steuereinrichtung nicht nur zur Manövrierung, langsam fahrender Wasserfahrzeuge verwendet werden kann; sie kann beispielsweise gleichermaßen zum Ausgleich des auf Saugbagger mit einem seitlich angeordneten Baggerwerk ausgeübten Drehmoments eingesetzt werden. Auch zur Verhütung von Kollisionen zwischen Schiffen, die in geringem Abstand passieren, so daß zwischen ihnen wegen der erhöhten Wassergeschwindigkeit eine Verringerung des statischen Drucks und eine entsprechende Annäherung stattfindet, kann diese Anordnung vorteilhaft Verwendung finden.In addition, it should be mentioned that the bow thruster control device according to the invention Can not only be used for maneuvering, slow moving watercraft; For example, they can equally compensate for the suction dredger with a Laterally arranged dredger mechanism exerted torque are used. Even to prevent collisions between ships passing close by, so that there is a decrease between them because of the increased water velocity of static pressure and a corresponding approximation takes place, this can Find arrangement advantageous use.

Claims

Patent claims: 1. Bow thruster control device for watercraft with a pressure jet generating conveying device located inside the vehicle, the pressure jet of which can be alternately directed into port and starboard outlet channels, while the water is sucked in via an inlet opening at the front of the vehicle, characterized in that a low-speed radial pump of relatively large diameter and with a vertical shaft (5) , known for control purposes, which can be reversed in direction of rotation and has a vertical shaft (5) is used as a conveying device and that, for the connection of the pump pressure chamber to one or the other outlet channel (3), which is dependent on the direction of rotation of the pump, 4) a cylindrical ring (10 ) arranged concentrically to the impeller (6) is provided, which has a side wall cutout (12) corresponding to the size of the cutouts (13) of the pump housing (2) or the channel connections and which is automatically driven by fluid friction g is carried along until a stop (15) arranged on it rests against a stop (14) of the pump housing.

2. Device according to claim 1, characterized in that both blade surfaces of the blades (9) of the impeller (6) are convexly curved symmetrically to their radial main plane. 3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the impeller (e) is divided in the middle by a web (7) and is thus double-acting. Considered publications: German Auslegeschriften No. 1 094 141, 1088 813; German utility model No. 1709 580, 1692 051; Austrian Patent No. 4,721; French Patent Nos 1142593, 947967. British Patent Nos. 817 802, 217 302.