DE1556505C3

DE1556505C3 - Zweistufiger hydraulischer Strahlantrieb für Wasserfahrzeuge

Info

Publication number: DE1556505C3
Application number: DE1556505A
Authority: DE
Inventors: George Reisch Racine Wis. Aschauer (V.St.A.)
Original assignee: Twin Disc Inc
Current assignee: Twin Disc Inc
Priority date: 1967-03-01
Filing date: 1968-02-26
Publication date: 1975-02-27
Also published as: DE1556505B2; US3405526A; GB1162921A; BE711506A; DE1556505A1; FR1555257A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen zweistufigen hydraulischen Strahlantrieb für Wasserfahrzeuge mit einem an einen Einlaufstutzen anschließenden und in einen Ausströmstutzen auslaufenden, einen Strömungskanal bildenden Gehäuse, in dem gleichachsig sowohl feststehende Leitschaufelkränze als auch in Strömungsrichtung vor ihnen je ein Pumpenlaufrad vorgesehen sind, und mit einem außerhalb des Strömungskanals angeordneten beiden Pumpenlaufrädern gemeinsamen Antriebsmotor. Ein solcher Strahlantrieb ist aus der britischen Patentschrift 866 033 bekannt.

Bei dieser bekannten Ausbildung können beide Pumpenlaufräder, wenn beide Stufen mit Schaufeln gleicher Neigung ausgebildet sind, nur mit gleichmäßiger Druckerhöhung, aber gleicher Durchtrittsgeschwindigkeit, oder wenn die Schaufeln des hinteren Pumpenlaufrades größere Neigung als diejenigen des vorderen Pumpenlaufrades aufweisen, zwar unter Erhöhung der Durchlaufgeschwindigkeit in der zweiten Stufe wirken, wobei jedoch Kavitation in der ersten Stufe nicht ausgeschlossen ist. Durch zwei in einem Strömungskanal hintereinander gleich schnell umlaufende Pumpenlaufräder läßt sich deshalb kein ausreichend hohes Anfahrmoment und somit keine schnell ansteigende Schubkraft erreichen, wie es im allgemeinen erwünscht ist.

Bei einem im deutschen Patent 1 302 418 behandelten Vorschlag ist zur Behebung dieses Nachteils bei einem zweistufigen hydraulischen Strahlantrieb der zuvor angegebenen Ausführung eine Kombination gekennzeichnet, die vorschlägt, daß das die Pumpenlaufräder eng umschließende Gehäuse nach hinten konvergiert und das die zweite Stufe des Antriebes darstellende Pumpenlaufrad eine größere Drehzahl aufweist als das dem Einlauf benachbarte Pumpenlaufrad der ersten Stufe.

Zur Lösung der gleichen Aufgabe, das Wasserfahrzeug schnell auf Geschwindigkeit kommen zu lassen und entsprechend schnell eine hohe Schubkraft unter Vermeidung von Kavitation zu erzeugen, ist abweichend von dem eingangs beschriebenen zweistufigen hydraulischen Strahlantrieb gemäß der Erfindung ein anderer Weg beschritten, bei dem die Aufteilung des Druckgefälles auf die beiden Stufen der Pumpe und dadurch ein schnelles Ansteigen der Schubkraft auf andersartige Weise erreicht wird, nämlich dadurch, daß das Laufrad der ersten Stufe als Axial-Pumpenlaufrad und das Laufrad der zweiten Stufe als Diagonal-Pumpenlaufrad ausgebildet ist und daß der das Leitrad hinter dem Diagonal-Pumpenlaufrad umschließende Gehäuseteil sich in bekannter Weise zur Mittelachse hin so verjüngt, daß der Austrittsquerschnitt aus dem Laufrad der zweiten Stufe bis zum Eintritt in die Austrittsdüse etwa unverändert bleibt. Das Axial-Pumpenlaufrad ist dann in einem sich etwa bis zum Einlaß in das Diagonal-Pumpenlaufrad erstreckenden rohrförmigen Gehäuseteil und das Diagonal-Pumpenlaufrad in einem sich hieran anschließenden erweiternden und sich anschließenden zur Austrittsdüse hin verjüngenden Gehäuseteil angeordnet.

Nach bekannter Formel ist die spezifische Drehzahl direkt proportional dem Wurzelwert der Wassermenge/sek und direkt proportional der Drehzahl des Pumpenlaufrades und umgekehrt proportional einer Potenz des Druckes. Ein hoher Ausgangsdruck könnte mittels eines Laufrades großen Durchmessers mit entsprechend großem Strömungsquerschnitt erreicht werden und bzw. oder dadurch, daß man dieses Laufrad mit hoher Drehzahl umlaufen läßt. Beiden Größenwerten sind aber praktisch Grenzen gesetzt durch die im allgemeinen sehr beschränkten Raumverhältnisse und durch die mit zunehmender Drehzahl anwachsende Fliehkraft und die zunehmende Lagerbelastung.

Diese Nachteile lassen sich ausschalten, wenn in besonderer Art eine Aufteilung des Druckgefälles auf die beiden Stufen der Pumpe dergestalt vorgenommen wird, daß die 1. Stufe nur eine geringe und die 2. Stufe eine entsprechend höhere Druckdifferenz erzeugt. Dann wird durch das Laufrad der ersten Stufe eine große Wassermenge/sek erreicht, was bei geringer Anhebung des Druckes bei schon verhältnismäßig kleinen Drehzahlen und entsprechend geringer Lagerbelastung und ohne Kavitationsgefährdung möglich ist. Durch Weiterleitung dieser großen Wassermenge/sek zu dem mit größerer Drehzahl umlaufenden, in seinem ganzen Querschnitt voll beaufschlagten Laufrad der zweiten Stufe wird der für die gewünschte Leistung erforderliche Wasserdruck erreicht. Diese unterschiedliche Druckanhebung verteilt sich dann auf die beiden Stufen in der Weise, daß, wenn der Strahlantrieb beispielsweise 258 PS liefern soll, 66 PS vom Axial-Pumpenlaufrad der 1. Stufe und 192PS vom Diagonal-Pumpenlaufrad der 2. Stufe erzeugt werden, oder anders ausgedrückt, es wird ¹Z₁ der gewünschten Leistung in der 1. Stufe und etwa ³/₄ in der 2. Stufe erzeugt.

Der dem Diagonal-Pumpenlaufrad folgende Leitschaufelkranz hat die Aufgabe, die Strömung zum Eintritt in die Austrittsdüse möglichst verlustfrei zu richten und dabei zu entdrallen.

Auf der Zeichnung ist in Seitenansicht, teilweise im Längsschnitt, ein Ausführungsbeispiel eines gemäß der Erfindung ausgebildeten zweistufigen hydraulischen Strahlantriebs U für ein Wasserfahrzeug C wiedergegeben. Dieser Antrieb ist in einem unmittelbar über dem Fahrzeugboden 2 verlaufenden, einen Strömungskanal 1 bildenden Gehäuse/? angeordnet. Vor dem im Fahrzeugboden befindlichen Einlauf stutzen la des Strömungskanals ist ein Sieb 1 g vorgesehen. Vom Einlaufstutzen an erweitert το sich der Strömungskanal und geht in einen rohrförmigen Gehäuseteil 1 & über, in dem ein Axial-Pumpenlaufrad 10 angeordnet ist, welches die erste Stufe des zweistufigen Strahlantriebs darstellt. Hinter diesem Laufrad 10 ist gleichachsig mit ihm ein feststehender Leitschaufelkranz 14 angeordnet, hinter dem sich der Strömungskanal in Richtung der Strömung zu einem Gehäuseteil 19 erweitert, das an der Stelle

19 a den größten Durchmesser aufweist. Von dieser Stelle an verjüngt sich das Gehäuse über einen Gehäuseteil 19 & zur Mittelachse hin und geht in den Ausströmstutzen 3 über, an welchen eine Düse N anschließt. In dem sich erweiternden Teil des Strömungskanals ist ein Diagonal-Pumpenlaufrad 12 angeordnet, hinter dem in Strömungsrichtung ein feststehendes Leitrad 20 angeordnet ist. Der das Leitrad

20 hinter dem Diagonal-Pumpenlaufrad 12 umschließende Gehäuseteil 19 verjüngt sich zur Mittelachse hin so, daß der Austrittsquerschnitt über dem Laufrad 12 bis zum Eintritt in die Austrittsdüse N etwa unverändert bleibt.

Außerhalb des Gehäuses N ist ein beiden Pümpenlaufrädem gemeinsamer Antriebsmotor 5 angeordnet, mit dessen Ausgangswelle 5 α ein Untersetzungsgetriebe 7 gekuppelt ist. Dieses besteht aus miteinander kämmenden ZanhrädernTa, Tb, von denen letzteres mit einer Welle 6 verbunden ist, auf welcher das Diagonal-Pumpenlaufrad 12 befestigt ist, und aus miteinander in Eingriff stehenden Zahnrädern 7 c, 7 d, von denen das Zahnrad 7 d mit einer die Welle 6 umschließenden Hohlwelle 8 verbunden ist, auf der das Axial-Pumpenlaufrad 10 befestigt ist. Die Hohlwelle ist von einem inneren Gehäuseteil 16 unter Zwischenlage einer Abdichtung 15 umschlossen. Die Untersetzungsverhältnisse sind so gewählt, daß die Hohlwelle 8 und folglich das Laufrad 10 mit kleinerer Drehzahl umläuft als die Welle 6 und das mit ihr verbundene Laufrad 12.

In dem mit verhältnismäßig kleiner Drehzahl umlaufenden, voll beaufschlagten Axial-Pumpenlaufrad 10, dessen mittlerer Durchmesser strichpunktiert bei 11 angedeutet ist, wird der vom Einlauf stutzen 1 α zuströmende Wassermenge mit verhältnismäßig geringer Druckdifferenz beschleunigt, verläßt dieses die erste Stufe des zweistufigen Strahlantriebs darstellende Pumpenlaufrad an dessen rückwärtiger Randkante 11 a, durchströmt den sich hieran anschließenden feststehenden Leitschaufelkranz 14 und wird von dem die zweite Stufe des Strahlantriebs bildenden Diagonal-Pumpenlaufrad 12 erfaßt, dessen mittlerer Durchmesser durch die strichpunktierte Linie 13 angedeutet ist und das eine größere Drehzahl aufweist als das dem Einlauf benachbarte Pumpenlaufrad 10 der ersten Stufe. Der kleinere mittlere Durchmesser des Axial-Pumpenlaufrades 10, verglichen mit dem des Diagonal-Pumpenlaufrades 12, hat zur Folge, daß die Drehzahl des Diagonal-Pumpenlaufrades kleiner — wenn auch stets größer als die des Axial-Pumpenlaufrades der ersten Stufe — gehalten werden kann als wenn für die zweite Stufe gleichfalls ein Axial-Pumpenlaufrad verwendet werden würde.

Die sich aus der Art der Pumpenlaufräder und ihrer unterschiedlichen Drehzahl ergebenden Druckverhältnisse verhalten sich etwa wie 1:3, so daß, wenn beispielsweise der Strahlantrieb insgesamt 258 PS liefern soll, vom Diagonal-Pumpenlaufrad der zweiten Stufe etwa 192PS und vom Axial-Pumpenlaufrad der ersten Stufe etwa 66 PS erzeugt werden.

Durch die gleichachsig angeordneten Leitschaufelkränze 14 bzw. 20 wird die Wasserströmung nach Verlassen der in Strömungsrichtung vor ihnen befindlichen Turbinenlaufräder 10 bzw. 12 geradegerichtet und wird Wirbelbildung unterdrückt. Die radial verlaufenden inneren Enden der Leitschaufeln 14 sind an eine Nabe 14 α angeschlossen, in welcher sich ein Lager 14 b für die Hohlwelle 8 und ein Lager 14 c für die Welle 6 abstützen. In der Vertikalebene der Leitschaufeln 14 ist das Gehäuse mit einem zur Inspektion abnehmbaren Deckel 14 d versehen, der gleichfalls mit einem oder mit mehreren Leitschaufeln versehen sein kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Zweistufiger hydraulischer Strahlantrieb für Wasserfahrzeuge mit einem an einen Einlaufstutzen anschließenden und in einen Ausströmstutzen auslaufenden, einen Strömungskanal bildenden Gehäuse, in dem gleichachsig sowohl feststehende Leitschaufelkränze als auch in Strömungsrichtung vor ihnen je ein Pumpenlaufrad vorgese- hen sind, von denen das die zweite Stufe des Antriebes darstellende Pumpenlaufrad eine größere Drehzahl aufweist als das dem Einlauf benachbarte Pumpenlaufrad der ersten Stufe, und mit einem außerhalb des Strömungskanals angeordneten beiden Pumpenlaufrädern gemeinsamen Antriebsmotor, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad der ersten Stufe als Axial-Pumpenlaufrad (10) und das Laufrad der zweiten Stufe als Diagonal-Pumpenlaufrad (12) ausgebildet ist und daß der das Leitrad (20) hinter dem Diagonal-Pumpenlaufrad umschließende Gehäuseteil sich in bekannter Weise zur Mittelachse hin so verjüngt, daß der Austrittsquerschnitt aus dem Laufrad (12) bis zum Eintritt in die Austrittsdüse (N) etwa unverändert bleibt.