DE1810474B2

DE1810474B2 -

Info

Publication number: DE1810474B2
Application number: DE1810474A
Authority: DE
Inventors: Owen George Cowes Isle Of Wight Hampshire Slade (Ver. Koenigreich)
Original assignee: J Samuel White and Co Ltd
Current assignee: J Samuel White and Co Ltd
Priority date: 1967-11-24
Filing date: 1968-11-22
Publication date: 1980-04-10
Also published as: DE1810474A1; FR1603771A; US3543713A; DE1810474C3

Description

Die Erfindung betrifft einen Wasserstrahlantrieb für Wasserfahrzeuge mit einer Pumf.·, deren Pumpengehause saugseitig an einen Wasserzufuhrkanal und druckseitig an einen Ausstoßkanal angeschlossen ist, der einen kreisförmigen Eingangsquerschnitt aufweist und an seinem hinteren ebenen Ende mit kreisförmigem Anschlußprofil in eine Düse übergeht, die um eine durch *o den Mittelpunkt des kreisförmigen Anschlußprofils senkrecht zur Anschlußebene verlaufende Achse zwischen einer Vorwärtsfahrtstellung mit waagerecht nach hinten weisender Ausstoßrichtung und einer Rückwärtsfahrtstellung drehbar ist, in der die Ausstoßrichtung eine Komponente nach vorn aufweist.

Ein derartiger Wasserstrahlantrieb ist aus der DE-AS 12 38 356 bekannt. Damit beim Drehen der Düse zwischen den Stellungen für Vorwärtsfahrt und Rückwärtsfahrt die Düsenöffnung nach hinten bzw. im wesentlichen entgegengesetzt nach vorn weist, sind dort sowohl der Ausstodkanal wie die Düse als gekrümmtes Kniestück von im wesentlichen kreisförmigem Querschnitt ausgebildet, wobei die Anschlußebene zwischen den beiden KniestUcken oder Rohrbögen leicht gegenüber der Waagerechten geneigt ist. Dabei hat der aus dem Ausstoßkanal und der Düse gebildete Kanal eine dem Ausströmverlauf entsprechende Achse, die sowohl bei der Stellung für Vorwärtsfahrt wie bei der Stellung für Rückwärtsfahrt eine zweifache Krümmung um jeweils annähernd 90^e aufweist. Diese Kanalachse durchquert die Anschiußebene zwischen dem Ausstoßkanal und der Düse in senkrechter Richtung. Da der Antrieb in erster Linie für die Vorwärtsfahrt benutzt wird und in dieser Stellung eine hohe Leistung erwünscht ist, ist es von Nachteil, daß bei der bekannten Ausführung durch die doppelte Strömungsumkehr Strömungsverluste in Kauf genommen werden müssen.

Es ist ferner bereits ein Wasserstrahlantrieb bekannt, bei dem der Ausstoßkanal und die anschließende Düse bei der Stellung für Vorwäirtsfahrt mit nach hinten weisender Düsenaustrittsöffnung einen Kanal mit gerader Kanalachse bilden, so daß Strömungsverluste durch Strömungsumlenkung während der Vorwärtsfahrt entfallen (CA-PS 6 88 611). Dabei verläuft die Anschlußebene zwischen der Düse und dem Ausstoßkanal nicht senkrecht zur Kanalachse, sie ist vie! nehr um einen kleinen V/inkel gegenüber der Senkrechten geneigt Dementsprechend weicht das Querschnittsprofil des Ausstoßkanals und der Düse senkrecht zur Kanalachse etwas von der Kxeisform ab, die in der Anschlußebene gegeber; ist Entsprechend der geringen Neigung der Anschlußebene führt eine Drehung der Düse um 180° dazu, daß sich die Düsenaustritnsöffnung aus der nach hinten weisenden Stellung für die Vorwärtsfahrt in eine stärker nach unten aber auch noch mit einer Komponente nach hinten weisendem Stellung verlagert Um zu einer Antriebskraft in Rückwärtsfahrtrichtung zu kommen, ist der Düsenaustrittsöffnung eine Umlenkeinrichtung mit Leitschaufeln zugeordnet, die den aus der Düse nach hinten und unten austretenden Wasserstrahl in eine Richtung nach vorn und unten umlenken. Die erforderliche Umlenkeinrichtung bildet aber nicht nur einen zusätzlichen Aufwand, sie ist insbesondere störend, weil sie am Heck des Wasserfahrzeugs weit vorragt und dabei einen den Wirkungsgrad des Wasserstrahlantriebs ungünstig beeinflussenden Wasserwiderstand bietet Das beeinträchtigt bereits die Leistung bei der vOrwärtsfahrt, für die in erster Linie ein hoher Wirkungsgrad von Bedeutung ist. Im übrigen ist aber auch bei der Rückwärtsfahrt der bekannte Wasserstrahlantrieb übermäßig leistungsschwach, weil das aus der Düse austretende Wasser starker Turbulenz ausgesetzt ist und dabei hohe Strömungsverluste auf dem Weg von der Düse zu den Leitschaufeln der Umlenkeinrichtung auftreten, an denen dann noch eine teilweise Umkehrung der Strömungsrichtung stattfindet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wasserstrahlantrieb der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß er in Vorwärtsfahrtstellung mit optimaler Leistung arbeitet und ohne störende Zusatzeinrichtungen und mit vergleichsweise geringen Leistungseinbußen eine einfache Umkehrung der Antriebsrichtung ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die Austrittsöffnung der Düse elliptisch geformt ist, wobei die große Hauptachse sich in der Vorwärtsfahrtstellung waagerecht erstreckt, daß der aus dem Aussioßkanal und der anschließenden Düse gebildete Kanal in der Vorwärtsfahrtstellung eine im wesentlichen gerade Kanalachse aufweist, daß in der Vorwärtsfahrtstellung der Kanalquerschnitt vom kreisförmigen Eingangsquerschnitt des Ausstoßkanals kontinuierlich in die elliptische Austrittsöffnung der Düse übergeht und daß die Anschlußebene zwischen dem Ausstoßkanal und der Düse gegenüber der Kanalachse geneigt ist.

Diese erfindungsgemäfJe Ausbildung sichert bei der Vorwärtsfahrt einen aus dem Ausstoßkanal und der Düse zusammengesetzten glatten Kanal mit gerader Kanalachse, dessen Kanalquerschnitt sich stelig ändert, so daß Strömungsverluste vermieden werden. Dabei ist die elliptische Querschnittsform des Kanalü dadurch vorgegeben, daß die Schnittfläche zwischen dem Kanal und der Anschlußebene kreisförmig ist. Durch entspre-

chende Schräglage der Anschlußebene wird bewirkt, daß ein Drehen der Düse aus ihrer Stellung für Vorwärtsfahrt mit nach hinten weisender Dösenaustrittsöffnung diese bis in eine nach vorn (und unten) weisende Stellung verlagert wird, so daß der Antrieb eine Antriebskraft für die Rückwärtsfahrt liefert, ohne daß zusätzliche Einrichtungen, die zu Leistungseinbußen führen könnten, erforderlich sind Daher ist der Antrieb während der Rückwärtsfahrt vergleichsweise leistungsstark. Insbesondere aber sind während der Vorwärtsfahrt optimale Leistungsverhältnisse gegeben, da in diesem Falle die Strömung im Ausstoßkanal und in der Düse im wesentlichen geradlinig ohne Richtungsänderungen und Wirbelbildungen erfolgt und da keine zusätzlichen Einrichtungen erforderlich sind, die einen leistungsmindernden Fahrtwiderstand darstellen.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand siner schematischen Zeichnung näher erläutert.

F i g. 1 zeigt im Längsschnitt einen erfindungsgemäßen Wasserstrahlantrieb,

F i g. 2 zeigt den Wasserstrahlantrieb nach F i g. 1 von der Rückseite aus gesehen,

Fig.3 zeigt im Längsschnitt eine abgeänderte Ausführungsform eines Wasserstrahlantriebes, nach der Erfindung.

Gemäß F i g. 1 umfaßt das Wasserfahrzeug einen Schiffskörper 10, der nahe dem Heck ein Pumpengehäuse 11 enthält, dessen Austrittsöffnung zu einer noch näher zu beschreibenden Antriebsdüse 13 führt.

In dem Pumpengehäuse 11 ist eine zweistufige Axialpumpe 14 angeordnet die über eine Welle 15 angetrieben werden kann, welche mit einem nicht dargestellten Motor gekuppelt werden kann. Der Einlaß des Pumpengehäuses 11 ist durch eine Öffnung 17 im Boden des Schiffskörpers nahe dem Heck gebildet.

Der Ausstoßkanal 13 umfaßt einen ortsfesten, der Pumpe benachbarten Abschnitt 18, der an einem hinteren Querträger oder Spant 19 des Schiffskörpers befestigt ist, und ein relativ zu diesem Abschnitt drehbares, sich in der Strömungsrichtung an ihn anschließende Düse 20, die an ihrem hinteren Ende eine elliptische Austrittsöffnung 21 abgrenzt

Die Düse 20 mit der Austrittsöffnung kann gegenüber dem ihm vorgeschalteten Abschnitt 18 in einer Anschlußebene 22 gedreht werden, die die allgemein glatte konvergierende Düse, welche durch die Bauteile 18 und 20 gebildet ist so schneidet daß die Schnittlinie eine kreisrunde Form hat. Längs des Umfangs dieser kreisrunden Schnittlinie erstreckt sich eine ringförmige Dichtung.

Die mit der Austrittsöffnung versehene Düse 20 ist drehfest mit einer Welle 21 verbunden, die in Lagern 24 gelagert ist und vom Inneren des Schiffskörpers aus automatisch oder mit der Hand gedreht werden kann, so daß es möglich is^r, die Düse 20 entweder geradlinig auf ss das Bauteil 18 auszurichten, so daß der Wasserstrom waagerecht und genau nach hinten längs einer geraden Linie abgegeben wird, die sich parallel zur Achse der Pumpe 14 erstreckt oder die Düse 20 in der in Fig. I mit strichpunktierten Linien angedeuteten Weise so anzuordnen, daß der Wasserstrom in der bei 25 angedeuteten Weise allgemein nach vorn und unten austritt und somit das Wasserfahrzeug in der Rückwärtsrichtung angetrieben werden kann. Ferner kann die Düse 20 auch in jede gewünschte Stellung zwischen &■> den beiden soebei. erwähnten Grenzstellungen gebracht werden, damit sic-h das Wasserfahrzeug jeweils in der gewünschten Richtung bewegt

Zwar wird der Wirkungsgrad ties Wasserstrahlantriebs in einem gewisser. Ausmaß dadurch verringert, daß der Wasserstrom um einen Winkel von nahezu y(>° umgelenkt wird, und da der Wasserstrom nicht in einer waagerechten Richtung abgegeben wird, doch ist diese Tatsache nicht von großer Bedeutung, da gewöhnlich eine maximale Geschwindigkeit nur in der Vorwärtsrichtung erforderlich ist; jedenfalls würde man keine Verbesserung der Antriebswirkung bei der Rückwärtsfahrt auf Kosten eines Verlustes an Antriebskraft für die Vorwärtsfahrt anstreben.

Es ist ersichtlich, daß die Düse 20 in Form eines Kanals ausgebildet ist, so daß der Wasserstrom auch dann im wesentlichen zusammengehalten wird, wenn das drehbare Düsenteil gedreht worden ist so daß der Wasserstrom umgelenkt werden kann, ohne daß Spritzerscheinungen auftreten.

Eine besonders zweckmäßige Konstruktion des Kanals ergibt sich dann, wenn der Querschnitt der Düse allmählich von einer runden Querschnittsforrn an dem der Strömung zugewandten Einlad in einen flacheren elliptischen Querschnitt übergeht, des~en Hauptachse an der Austrittsöffnung 21 waagerecht verläuft

Die Düse kann eine verhältnismäßig glatte Außenform erhalten, da es dann, wenn sich das Wasserfahrzeug 'n der Rückwärtsrichtung bewegen soll, nur erforderlich ist, die Welle 23 zu drehen, und da es möglich ist, diese Welle in einem Gehäuse anzuordnen, das auf seiner Außenseite gleichmäßig in den Fahrzeugkörper und in die Außenfluche der Düse übergehen kann.

Eine die Welle 23 aufnehmende Buchse, die sich durch den Austrittskanal erstreckt, kann in einer Rippe 26 ausgebildet sein, die einen Bestandteil <^er Düse 20 bildet und deren Austrittsöffnung halbiert.

Fig.3 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform des Wasserstrahlantriebs bei dem die Richtung des austretenden Wasserstroms durch Leitschaufeln 31 bestimmt wird, die sich quer zu einer kreisrundtn Platte 32 erstrecken, welche sich an das in die Strömungsrichtung weisende Ende des Teils 18 der Düse anschließt und den beweglichen Teil der Düsenkonstruktion bildet. Die Platte 32 kann um die Achse der Welle 23 auf ähnliche Weise gedreht werden, wie es an Hano von F i g. 1 bezüglich der Düse 20 beschrieben wurde. Der hintere Teil des Schiffskörpers 10 ist nach hinten und ober, unter einem Winkel von etwa 10° gegen die Waagerechte geneigt, und die drehbare Platte 32 ist annähernd unter dem gleichen Neigungswinkel angeordnet; bei der in Fig.3 gezeigten Stellung für die Vorwärtsfahrt kann das Wasser zwischen den Leitschaufeln 31 so hindurchströmen, daß der Wasserstrom im wesentlichen nicht umgelenkt wird. Bei der Anordnung nach F i g. 3 ist die Ach. e des nach hinten austretenden Wasserstroms unter einem kleinen Winkel gegen die Achse der Pumpe geneigt. Zu diesen Zweck sind die Leitschaufel 31 unter einem Winkel von etwa 24° gegen die Ebene der Platte 32 geneigt. Wenn die Platte unter einem Winkel von 10° gegen die Waagerechte geneigt ist, wird der Wasserstrom bei der Vorwärtsfahrt nach hinten so abgegfben, daß die Achse des Wasserstroms unter einem Winkel von etwa 14° gegen die Waagerechte geneigt ist, so daß eine gute Vortriebswirkung erzielt wird. Zwar könnte man die Neigungswinkel der Platte 32 und des Gehä'iseteils 11 so abändern, daß der Wasserstrom in einer waagerechten Richtung abgegeben wird, um die Erzielung eines maximalen Wirkungsgrades bei der Vorwärtsfahrt zu ermöglichen, doch

würde sich bei einer solchen Anordnung der Vortriebswirkungsgrad in anderen Richtungen in einem gewissen Ausmaß verschlechtern. Wenn die Platte 32 bei der Anordnung nach F i g. 3 um 180° gedreht wird, tritt der Wasserstrom unter einem Winkel von etwa 34" gegen die Waagerechte aus, so daß sich für die Rückwärtsfahrt ein erheblich höherer Wirkungsgrad ergibt als bei der Ausführungsform nach Fig. I.

Die Anordnung nach F i g. 3 bietet den Vorteil, daß die Austrittsöffnung allgemein in der Außenfläche des Fahrzeugkörpers angeordnet ist.

Wenn die Leitschaufeln 31 bei der Vorwärtsfahrt waagerecht angeordnet sein sollen, würde es zweckmäßig sein, die Platte 32 in einer auf geeignete Weise profilierten Verlängerung des Fahrzeugkörpers so

anzuordnen, daß der Wasserstrom längs einer geraden Bahn entlang der Achse der Pumpe abgegeben werden kann, ohne daß die Form des Fahrzeugkörpers geändert zu werden braucht; eine solche Anordnung würde dann weitgehend der anhand von Fig. 1 beschriebenen entsprechen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Wasserstrahlantrieb für Wasserfahrzeuge mit einer Pumpe, deren Pumpengehäuse saugseitig an einen Wasserzufuhrkanal und druckseitig an einen Ausstoßkana! angeschlossen ist, der einen kreisförmigen Eingangsquerschnitt aufweist und an seinem hinteren ebenen Ende mit kreisförmigem Anschlußprofil in eine Düse übergeht, die um eine durch den Mittelpunkt des kreisförmigen Anschlußprofils senkrecht zur Anschlußebene verlaufende Achse zwischen einer Vorwärtsfahrtstellung mit waagerecht nach hinten weisender Ausstoßrichtung und einer Rückwärtsfahrtstellung drehbar ist, in der die Ausstoßrichtung eine Komponente nach vorn aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung (21) der Düse (20) elliptisch geformt ist, wobei die große Hauptachse sich in der Vorwärtsfahrtstellung waagerecht erstreckt, daß der aus dem Ausstoßkanal (13) und der anschließenden Düse (20) gebildete Kanal in der Vorwärtsfahrtstellung eine im wesentlichen gerade Kanaiachse aufweist, daß in der Vorwärtsfahrtstellung der Kanalquerschnitt vom kreisförmigen Eingangsquerschnitt des Ausstoßkanals (13) kontinuierlich in die elliptische Austrittsöffnung (21) der Düse (20) übergeht und daß die Anschiußebene (22) zwischen dem Ausstoßkanal (13) und der Düse (20) gegenüber der Kanalachse geneigt ist.

30