DE1914607A1

DE1914607A1 - Vorrichtung zum Steuern und/oder Bremsen eines Schiffes durch Wasserstrahlen

Info

Publication number: DE1914607A1
Application number: DE19691914607
Authority: DE
Inventors: Jaques Duport
Original assignee: GRENOBLOISE ETUDE APPL
Current assignee: GRENOBLOISE ETUDE APPL
Priority date: 1968-03-21
Filing date: 1969-03-21
Publication date: 1969-10-30
Also published as: FR1565718A; SU372791A3; DE1914607C3; ES365030A1; NL6904435A; US3611972A; DE1914607B2; GB1269065A

Description

DR. MÜLLER-BORE DIPL.-lNQ. GRALFS 1914607

DIPL.-PHYS. DR. MANITZ DIPL.-CHEM. DR. DEUFEL

PATENTANWÄLTE

21. März 1969 Fi/Sv - S 2042

SOCIETE GEEITOBLOISE D¹ETUDES ET D¹APPLICATIONS

HIDEATJLIQUES (S.O.G.E.E.A.H.) 84-86 Avenue Leon Blum, 38 Grenoble, Frankreich.

Vorrichtung zum Steuern und/oder Bremsen eines Schiffes

durch Wasserstrahlen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Steuern und gegebenenfalls zum Bremsen mittels Wasserstrahlen, welche am Bug eines Schiffes angebracht ist und von einer Pumpe gebildet wird, die in einer Y-förmigen Leitung angeordnet ist, wobei die Wasseraufnahme in der Längsmittelebene des Schiffes und der Wasserausstoß an den zwei gegenüberliegenden Seiten des Eumpfes des Schiffes erfolgt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist im wesentlichen durch folgende Bestandteile und Merkmale gekennzeichnet:

1. Eine einstufige Schraubenpumpe, die einen erhöhten Wert der spezifischen Leistung besitzt, z.B. größer als 0,6, und bei bestimmten Anwendungsfällen einen Wert gleich oder etwas größer als 1 erreichen kann. Diese Pumpe kann mit festen oder regelbaren Schau-

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BRAUNSCHWEIG, AM BURGERPARK β β (OS31) ZBt-BT β MÖNCHEN 22, ROBERT-KOCH-STRI β CO811) 225MO

fein, mit fester oder regelbarer Statorbeschaufelung versehen sein und eine variable oder konstante Drehzahl besitzen. Das Antriebssystem der Pumpe ermöglicht es, ihren Rotor mit dem Minimum des Bremsmoments frei drehen zu lassen.

Eine vorzugsweise frontale Einlaßöffnung für die Wasseraufnahme ist am Vordersteven oder der Nase des Bugwulstes des Schiffes angebracht, und das Verhältnis des Querschnitts der im Schiffskiel angebrachten öffnung zum Querschnitt der Pumpe liegt etwa zwischen 1,3 und 2,5· Dies hat den Zweck, eine gute und im wesentlichen gleichförmige Strömung in dem Eintrittsquerschnitt der Pumpe zu erzielen, und zwar unabhängig von der Fahrt- und Anfahrgeschwindigkeit des Schiffes. Ferner soll damit eine Vermeidung des Ablösens und der Wirbelbildungen in der Sandströmung vermieden werden, und zwar unabhängig von dem Betriebszustand der Pumpe einschließlich des Falls, daß ein Durchsatz Null gepumpt wird, wenn die Pumpe nicht arbeitet und das Schiff sich im Normallaufzustand befindet.

Eine Förderleitung mit geradem und mit geringem Divergenzwinkel divergierendem Querschnitt, die koaxial mit der Pumpe ist, und eine Gabelung in Form eines Gabelrohres mit zwei Schenkeln oder Abzweigen, von denen Jeder in einer Ausstoßöffnung endet und konvergent ist, wobei das Verhältnis der Querschnitte am Eingang des Gabelrohres und am Ende eines jeden Schenkels zwischen 1,3 und liegt und der Gesamtquerschnitt der zwei Ausgangsöffnungen damit größer oder im Grenzfall gleich dem Eintrittsquerschnitt des Gabelrohrs ist. Die Strömung ist dabei konvergent, wenn eine einzige öffnung offen ist, und der hydraulische Weg des Gabelrohrs, und insbesondere

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die Verbindungsrundungeii sind dabei so, daß in diesem J¹SlIe durch die Öffnung ein voller Strahl strömt, und zwar ohne Ablösung und mit einer im wesentlichen gleichförmigen transversalen Verteilung im Strahl. Wenn die zwei Öffnungen gleichzeitig im Betrieb sind, ist die Strömung divergent und an der Grenze von gleichförmiger Geschwindigkeit.

4. A\isstoßöffnungen, die seitlich angebracht sind und in Richtung der Wasserlinien des Schiffes längliche Form (z.B. rechteckig) besitzen, wobei die Länge jeder Öffnung wenigstens etwa gleich drei-bis viermal so groß wie Höhe ist. Diese Anordnung hat einerseits zur

zwischen Folge, daß die Zwischenwirkung/der Umfangsströmung des Schiffes und des Strahles begrenzt und -damit im wesentlichen die Aufrechterhaltung der Wirksamkeit des von dem Strahl herrührenden Querschubs, wenn sich das Schiff in Bewegung befindet, ermöglicht wird, uncL andererseits die Energiestraiung des Strahls beg__ünstigt/und aus diesem Grunde die eventuellen schädlichen Wirkungen des Strahles auf die Ufer oder die Hindernisse, auf die er treffen kann, begrenzt werden.

5· Zum Verschließen der Auslaßöffnungen dienende Klappen, die im Innern der Leitung versenkt werden können und dann, wenn sie vollständig geschlossen sind, die Kontinuität der Außenhat des Schiffes wieder herstellen und auf diese Weise ein Vermeiden von Störwiderständen ermöglichen. '

Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Steuerung oder Lenkung eines Schiffes wird die Ausstoßöffnung geöffnet, die auf derjenigen Seite gelegen ist, die der Seite gegenüberliegt, zu der das Schiff

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. gesteuert werden soll. Die andere Öffnung ist dabei geschlossen.

Des weiteren kann die erfindungsgemäße Vorrichtung dazu verwendet werden, den sich bereits aus dem Laufwiderstand des Schiffes und der geeigneten Wirkung der Schrauben oder des Hauptantriebs ergebenden Bremskräften eine zusätzliche Bremskraft hinzuzufügen. Diese Kraft ist proportional dem Durchsatz in der Vorrichtung und der Vorschubgeschwindigkeit des Schiffes.

Um die Bremskraft auch so hoch wie möglich zu machen, wird in diesem !falle gemäß der Erfindung wie folgt vorgegangen:

1. Die zwei Öffnungen werden gleichzeitig maximal geöffnet, was zur Folge hat, daß der durch die Strahlen verbrachte hydraulische Druck auf seinen Minimalwert verringert wird.

2. Die Pumpe wird mit der höchstmöglichen Geschwindigkeit betrieben.

Wenn die Geschwindigkeit des Schiffes unterhalb einer bestimmten Geschwindigkeit liegt, für die unter Berücksichtigung der maximalen Öffnung der Öffnungen die Leistung an der Welle der Pumpe Null wird, wird die Pumpe mit der maximal zulässigen Geschwindigkeit durch den Motor angetrieben.

Wenn die Geschwindigkeit des Schiffes über diesem gleichen Wert liegt, läßt man die Pumpe sich frei in der Weise drehen, daß es ihr möglich ist, die höchstmögliche Drehzahl zu erreichen und den Durchsatz der Vorrichtung maximal zu machen.

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Die bestimmte oder besondere Geschwindigkeit, von der die Rede ist, ergibt sich dadurch, daß die WasseraufnähmeÖffnung der Vorrichtung wenigstens teilweise den der Vorschubgeschwindigkeit des Schiffes entsprechenden hydraulischen Druck aufnimmt und daß dieser zu einer Verringerung des durch die Pumpe zu erzeugenden Druckes und folglich zu einer Verringerung der absorbieiben Leistung führt, wobei diese besondere Geschwindigkeit diejenige Geschwindigkeit ist, für die die an der Welle der Pumpe aufgenommene Leistung Null wird.

Die Vorrichtung, und insbesondere der Rotor der Pumpe und ihr Wellenstrang sind gemäß der Erfindung derart gestaltet, daß sie mit der maximalen Drehzahl arbeiten können, die sich bei voller Geschwindigkeit des Schiffes bei Anwendung des vorstehend beschriebenen Verfahrens ergibt.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung beispielsweise beschrieben; in dieser zeigt:

Figur 1 eine Ansicht des Bugs eines Schiffes, in der die äie Anordnung einer Vorrichtung gemäß der Erfindung zu sehen ist,.

Figur 2 eine horizontale Axialschnittansieht einer Vorrichtung nach Fig. 1,

Figur 3 eine Aufrißdarstellung der Ausstoßöffnung und ihrer Klappen, und

Figur 4 eine Vertikalschnittansicht der AusstoßÖffnung und ihrer Klappen.

Fig. 1 zeigt den Bug 1 eines Schiffes mit einem Wulst 2 an seinem Vordersteven, in dem eine erfindungsgemäße Vorrichtung 5 zur Steuerung und Bremsung angebracht ist.

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Die Vorrichtung J ist im einzelnen in der Fig. 2 gezeigt, in der der Wulst 2 und die Einlaßöffnung ^LY mit ihrer. einen großen Krümmungsradius aufweisenden Verbiridungsflache 5 . : mit dem äußeren Schiffskiel zu sehen sind, wobei diese Ausgestaltung derart gewählt ist, daß eine gute'und im wesent- '■ liehen gleichförmige Strömung im Eintrittsquerschnitt der Pumpe für alle Betriebszustände erhalten wird. ,- _:

Mit dem Bezugszeichen 6 ist eine einstufige Schraubenpumpe bezeichnet, die stets in der durch die Pfeile angegebenen " gleichen Strömungsrichtung arbeitet.

Diese Pumpe besibzt variable Geschwindigkeit und -,/eist eine feste Statorbeschaufelung 7 und feste Schaufeln auf. Bei ist ein am Ende der Pumpe angeordneter und mittels eines Gitters 17 gehaltener fester Rundkörper dargestellt, wobei das

Gitter

/dazu dient, die Pumpe gegen den Eintritt von !Fremdkörpern zu schützen.

Das nicht dargestellte Antriebssystem der Pumpe über die Welle 15 wird von einer Reibkupplung gebildet und ermöglicht es, den Rotor der Pumpe mit dem Minimum an Brems- maaent sich frei drehen zu lassen.

Die Förderleitung 8 der Pumpe weist einen mit geringem Divergenzwinkel divergierenden geraden Abschnitt auf, auf den eine Gabelung in Form eines Gabelrohrs 9 mit zwei Abzweigungen 10 und 11 folgt, von denen jede an einer Ausstoßöffnung 12 endet, die mit Schließklappen 1J versehen ist.

Jeder Abzweig ist konvergent. Das Verhältnis des Querschnitts am Eingang des Gabelrohrs bei 14- zum Endquerschnitt 12 eines jeden Abzweigs liegt zwischen 1,3 und 2.

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laß Bei diesen Bedingungen ist der gesamte Ausg«£gequerschnitt der zwei Öffnungen größer oder im Grenzfalle gleich dem Eintrittsquerschnitt des Gabelrohrs.

Die Strömung ist konvergent, wenn eine einzige Öffnung offen ist, und divergent" oder "besitzt im Grenzfall gleichförmige Geschwindigkeit (QuerSchnittsverhältnis 2), wenn die zwei Öffnungen gleichzeitig arbeiten»

Die Ausstoßöffnungen 12 und ihre Elappen 13 sind in den Fig. 3 und 4 im größeren Maßstab zu sehen.

Die längliche Form der Ausstoßöffnungen ist in Fig. 3 zu erkennen, xfo die Länge der Öffnung im wesentlichen gleich dem dreifachen Wert ihrer Höhe entspricht.

In dieser Figur sind auch die Klappen mit horizontalen Achsen zu erkennen, die in geschlossener Stellung 13' dargestellt sind, wobei ihre Dichtlinien 18 bei der Schließung parallel zur Schiffsachse verlaufen.

Fig. 4- zeigt die Öffnung 12 und ihre Klappen gleichzeitig in der ganz offenen Stellung 13 und in der Schließstellung 13¹· In dieser letzteren Lage stellen die Klappen die Kontinuität der Außenwandung des Schiffes wieder her.

Wenn die Vorrichtung nicht verwendet wird, werden alle Klappen 13 geschlossen, indem sie in die Stellung 13' gebracht werden, und die Welle 15 bleibt in Ruhe. Das Schiff arbeitet dann in üblicher Weise.

Wenn die Vorrichtung verwendet werden soll, um dem Schiff eine Drehbewegung zu erteilen, wird die Ausstoßöffnung 12, die derjenigen Seite gegenüberliegt, zu der hin das Schiff

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.gerichtet werden soll, geöffnet, und die andere Öffnung 12 "bleibt geschlossen. Dann wird die Welle 15 der Pumpe/angetrieben.

Wenn die Vorrichtung dazu verwendet werden soll, zur Bremsung des Schiffes beizutragen, werden gleichzeitig die zwei . öffnungen 12 maximal geöffnet, und man läßt die Pumpe 6 mit der höchstmöglichen Geschwindigkeit laufen, und zwar entweder durch Antrieb der Welle 15, wenn die Geschwindigkeit des Schiffes unter einenvvorgegebenen Wert liegt, oder durch Auskopplung der Welle 15? wenn die Geschwindigkeit des Schiffes über diesem Wert liegt.

Dem Schiff kann auch gleichzeitig eine Drehbewegung und eine Bremsbewegung erteilt werden. Dazu genügt es, gleichzeitig die zwei Ausstoßöffnungen 12 zu öffnen, jedoch eine von ihnen mehr als die andere.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

Ί. Vorrichtung zum.Steuern und/oder Bremsen eines Schiffes

mit einer Y-förmigen Leitung, in der eine Pumpe angeordnet ist, und die sich am Bug des Schiffes befindet, wobei eine vordere Wasserentnahme in der Längsmittelebene des Schiffes und zwei Ausstoßabzweige vorgesehen sind, die . hinter der Wasserentnahme angeordnet sind und an zwei entsprechend den zwei gegenüberliegenden Seiten des Eumpfes des Schiffes vorgesehenen Ausstoßoffnungen münden, dadurch gekennz ei chnet, daß die Ausstoßoffnungen eine längliche Form in Richtung der Wasserlinien des Schiffes besitzen und mit Verschlußklappen versehen sind, die in Schließstellung die Konti-' nuität des Eumpfes gewährleisten.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Ausstoßöffnung eine'rechteckige Form besitzt, und daß die Länge dieses Rechtecks mehr als dreimal so groß wie die Höhe ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η -

ζ ei chnet, daß die Verschlußklappen in der Weise angebracht sind, daß sie sich nach innen öffnen.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3₅ dadurch gekennz eichnet, daß Jede Verschlußklappe um eine Achse schwenkbar angebracht ist,die sich entsprechend einer der großen Längsseiten der entsprechenden Ausstoßöffnung erstreckt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachse der Verschlußklappe entsprechend d?r oberen Seite der Ausstoßöffnung angebracht ist.

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6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe eine einstufige Schrau-

' exrie
"beripumpe ist, die / spezifische Leistung größer als 0,6 "besitzt und auskoppe.lt>are Antriebseinrichtungen aufweist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e τ-, η -

ζ eich η et, daß das Verhältnis des Querschnitts der Einlaßöffnung zum Querschnitt der Pumpe zwischen 1,3 und 2,5 liegt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß derjenige Leitungsteil, der hinter der Pumpe angeordnet ist und von dem die zwei Ausstoß-Abzweige wegführen, leicht divergent ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k en η zeichnet, daß der Querschnitt, von dem die zwei Ausstoß-Abzweige von dem hinter der Pumpe gelegenen Leitungsteil abgeführt sind, größer als der Querschnitt jeder Ausstoßöffnung ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge k e η η zeichnet, daß die Summe der Querschnitte der ·4θ¥- zwei Ausstoßöffnungen wenigstens gleich dem Querschnitt ist, von dem aus die zwei Ausstoß-Abzweige von dem hinter der Pumpe gelegenen Leitungsteil weggeführt sind.
11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 9 und 10, dadurch g e kennz eichnet, daß das Verhältnis zwischen dem Querschnitt, von dem die zwei Ausstoßabzweige von dem Leitungsbeil abgezweigt sind, und dem Querschnitt jeder Ausstoßöffnung zwischen 1,3 und 2 liegt.

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L e β r s e i f ß