Eine bekannte vertikale Wasserstrahlantriebsvorrichtung
ist so ausgebildet, daß eine
Einlaß- und
eine Auslaßöffnung mit
einem Schiffsboden bündig
sind. Eine solche Antriebsvorrichtung, die nicht nach unten über den
Schiffsboden hinausragt, wird häufig
bei Spezialschiffen benutzt, die für flache Gewässer ausgelegt
sind, zum Beispiel ein schwimmender Kran, dessen Antriebsschraube
nicht hinreichend tief eintauchen kann und der aufgrund seines geringen
Tiefgangs nicht mit einem herkömmlichen
Tunnel-Triebwerk versehen werden kann. Die japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschriften 6-278692, 6-286693,
7-52882, 8-58689 offenbaren bekannte vertikale Wasserstrahlantriebsvorrichtungen
dieser Art. Eine vertikale Wasserstrahlantriebsvorrichtung dieser
Art ermöglicht
es, einen Gehäuse-Hauptkörper mit
einer Auslaßöffnung in
alle Richtungen um bis zu 360° zu
drehen, so daß eine
Schubkraft in beliebigen Richtungen ausgeübt und die Manöverier barkeit
eines mit einer solchen Antriebsvorrichtung ausgerüsteten Schiffes
verbessert werden kann.
6 stellt
einen Querschnitt einer vertikalen Wasserstrahlantriebsvorrichtung
dar, die in der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift 7-52882
offenbart ist. 7 stellt
eine Draufsicht auf diese Wasserstrahlantriebsvorrichtung an der
Stelle eines Diffusors dar.
Wie man sieht, wird eine austretende
Strömung,
die über
eine Einlaßöffnung 53 im
mittleren Teil eines Bodens 52a eines Gehäuses 52 angesaugt wird
und stromoberhalb eines Flügelrades 51 strömt, durch
Drehung des Flügelrads 51 in
eine rotierende Strömung
umgelenkt. Ein Diffusor 54 stromunterhalb des Flügelrads 51 bewirkt
eine Krümmung
der rotierenden Strömung
mittels Flügeln 55 und
auch eine Änderung
der Richtung der rotierenden Strömung
in die radiale Richtung auf der Ausgangsseite der Flügel 55.
Wenn die rotierende Strömung
beibehalten wird, während
die Auslaßströmung in
die Druckkammer des Gehäuses 52 eintritt,
bewirkt die Rotationsenergie Reibungsverluste zwischen der Auslaßströmung und
der Wandoberfläche
des Gehäuses 52,
so daß große Energieverluste
auftreten. Was die Funktion des Diffusors 54 betrifft,
so wird aufgrund seiner derart gewählten Form, daß die Querschnittsfläche seines
Strömungskanals
allmählich
zunimmt, die kinetische Energie der Wasserströmung allmählich in Druckenergie umgeformt,
so daß die
Schubkraft ansteigt. Der Diffusor 54 mit seinen Flügeln 55 ist
daher eines der unerläßlichen
Bauelemente der vertikalen Wasserstrahlantriebsvorrichtung.
Bei der erwähnten herkömmlichen vertikalen Wasserstrahlantriebsvorrichtung
ist der Diffusor 54 mit dem Gehäuse 52 einteilig ausgebildet
oder einteilig mit diesem zusammengebaut. Die Vorrichtung hat daher
einen solchen Aufbau, daß sowohl
das Gehäuse 52 als
auch der Diffusor 54 durch den Betrieb eines Steuer- oder
Lenkmotors 56 gedreht werden.
Nach 7 erzeugen
die Flügel 55 des
Diffusors 54 eine Drehkraft (ein Drehmoment) Y in Richtung
des dargestellten Pfeils in Folge einer Reaktionskraft F, die durch
die Wasserströmung
ausgeübt wird.
Die Drehkraft ist hinreichend groß, um das Gehäuse 52 in
allen Richtungen um bis zu 360° zu
drehen, und hat einen wesentlichen Einfluß auf die Leistung des Steuermotors.
Das heißt,
wenn das Gehäuse 52 durch
den Steuermotor 56 gedreht wird und sich der Diffusor 54 in
der gleichen Richtung dreht, in der die Drehkraft (das Drehmoment)
Y in Pfeilrichtung nach 7 auf
ihn ausgeübt
wird, dann dreht sich das Gehäuse 52 von
selbst, und der Steuermotor 56 dreht sich mit kleiner Leistung
(was umgekehrt bedeutet, daß es
zusammen mit dem Steuermotor aufhören muß, sich zu drehen). Wenn sich
der Diffusor 54 dagegen in entgegengesetzter Richtung dreht, muß die Leistung
hinreichend groß sein,
um die Summe aus "Reibungswiderstand
und dem aus der gesamten Trägheitskraft
des Gehäuses
resultierenden Drehmoment" + "Drehmoment, das aus
der Wasserströmung
resultiert und im Vergleich zu den beiden vorstehend erwähnten Kräften unverhältnismäßig groß ist" zu überwinden.
Der Steuermotor muß auf die
erforderliche Leistung ausgelegt werden. Die Leistung beziehungsweise
der Energieverbrauch ist jedoch ein wichtiger Punkt, insbesondere
bei einer Baggerschutte mit geringer Generatorleistung. Die Leistung
beziehungsweise der Energieverbrauch sollte aber im Hinblick auf
die Anschaffungs- und Betriebskosten möglichst gering sein. Für den Steuermotor
steht nur ein beschränkter
Raum zur Verfügung,
so daß seine
Leistung und dementsprechend seine Abmessungen so gering wie möglich sein
müssen.
Bei der bekannten Wasserstrahlantriebsvorrichtung nach 6 ist eine Flügelradwellendichtung 57 in
dem drehbaren Gehäuse 52 angeordnet.
Wenn sich das Gehäuse 52 entgegengesetzt
zum Flügelrad 51 dreht,
ist die relative Umfangsgeschwindigkeit eines Berührungspunktes
der Dichtung proportional der Summe der Drehzahlen von Gehäuse und
Flügelrad.
Infolgedessen sind an die Ausbildung der Dichtung strenge Anforderungen
zu stellen, um eine zu geringe Lebensdauer der Dichtung zu verhindern.
Bei der Wasserstrahlantriebsvorrichtung nach
der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift 7-52882 sind
im Boden des Gehäuses 52 drei
Auslaßöffnungen
vorgesehen, bei denen die einlaßseitige
Stirnfläche
der mittleren Auslaßöffnung die
Form eines Bogens hat, der konzentrisch zum Einlaß zu sein
scheint. Die Innenseite jeder Auslaßöffnung ist nicht mit einem
Leitflügel
versehen, was nachstehend noch ausführlicher beschrieben wird. Offenbar
wird dort nicht berücksichtigt,
daß das
Austrittswasser effizient in horizontaler Richtung strömt. Infolgedessen
entweicht ein Teil der Wasserströmung
offensichtlich im wesentlichen unmittelbar unter dem Boden des Gehäuses 52.
Inzwischen wird berücksichtigt,
daß das
zur Drehung einer Gehäuseanordnung
erforderliche Drehmoment eine Drehkraft einschließt, die
der kinetischen Energie des austretenden Fluids widersteht, die
aus der Trägheitskraft der
Gehäuseanordnung
und dergleichen resultiert. Wenn die Beträge und Richtungen der Wasserströme, die
aus zwei seitlichen Auslaßöffnungen
austreten, zwischen denen die mittlere Auslaßöffnung liegt, nicht im Gleichgewicht
(nicht gleich) sind, hat die resultierende Drehkraft einen großen Einfluß auf das Drehmoment,
so daß der
Betrag der Drehkraft zu einem vorherrschenden Faktor des Drehmoments wird.
Um das Auftreten eines solchen Drehmoments zu verhindern, befaßt sich
die japanische Patentanmeldungs-Offenlegungsschrift 7-52882 mit
der Wahl der Abmessungen und Lage der Auslaßöffnungen. In der Praxis ist
das Gleichgewicht jedoch unvermeidlich determiniert, so daß mit hoher
Wahrscheinlichkeit ein unerwünschtes
Drehmoment verbleibt. Je höher
das restliche bzw. verbleibende Drehmoment ist, um so größer muß die Leistung
des Steuermotors gewählt
werden. Dies hat eine größere Hydraulikquelle oder
höheren
Energieverbrauch zur Folge.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, eine vertikale Wasserstrahlantriebsvorrichtung der beschriebenen
Art anzugeben, die mit einer geringeren Antriebsleistung auskommt.
Die Lösung dieser Aufgabe besteht
in einer vertikalen Wasserstrahlantriebseinrichtung mit einem Gehäuse, das
in seinem Boden integrierte Auslaßöffnungen aufweist und mittels
eines Steuermotors drehbar ist, bei der ein Wasserstrom vom Boden
des Gehäuses
durch Drehung eines Flügelrads über einen
Diffusor in eine Druckkammer des Gehäuses gedrückt und über Auslaßöffnungen im Boden des Gehäuses ausgestoßen wird,
und mit einem über
dem Gehäuse
an dessen oberen mittleren Teil vorgesehenen inneren Ring, der durch
eine Seite eines Schiffskörpers
abgestützt
ist und in den die Flügelradwelle ragt,
wobei das Gehäuse
durch den inneren Ring über
ein Drehlager abgestützt
ist, so daß es
ein drehbares Teil bildet, und daß der Diffusor einteilig mit dem
inneren Ring ausgebildet oder starr an dem inneren Ring befestigt
ist, so daß er
ein vom Gehäuse getrenntes
drehfestes Teil bildet.
Bei diesem Aufbau bildet der innere
Ring einen stationären
(feststehenden) Teil, der durch die Schiffskörperseite abgestützt wird,
und der Diffusor ist vom Gehäuse
getrennt, so daß er
als unabhängiges
Bauteil wirkt. Das durch die Änderung
der Richtung der rotierenden Strömung
im Diffusor bewirkte Drehmoment wird nicht auf das Gehäuse ausgeübt. Außerdem bleibt
der Diffusor stationär,
selbst wenn sich das Gehäuse
dreht. Die zur Drehung des Gehäuses
erforderliche Antriebsleistung des Steuermotors kann daher verringert
werden.
Hierbei läßt sich ein einfacherer Aufbau
erreichen, wenn der Innenring zylindrisch ist, mit einem Getriebekasten
verbunden ist, nach unten ragt, sein unterer Endteil innerhalb des
Gehäuses
liegt und der Diffusor am unteren Endteil des inneren Rings angebracht
ist.
Ferner kann dafür gesorgt sein, daß eine Flügelradwellendichtung
zwischen einem stationären (drehfesten)
Teil des Diffusors oder dem Innenring der rotierenden Flügelradwelle
angeordnet ist, so daß eine
Schmiermittelkammer gegenüber
Seewasser abgedichtet ist.
Auf diese Weise ist es möglich, ein
Leck oder den Durchtritt von Seewasser oder Schmiermittel zwischen
der Seewasserseite und der Schmiermittelkammer zu verhindern.
Wenn darüber hinaus eine sich drehende Dichtung
zwischen einem stationären
Teil des Diffusors oder dem Innenring und dem sich drehenden Gehäuse angeordnet
ist, um eine Schmiermittelkammer gegenüber Seewasser abzudichten,
dann ist es möglich,
ein Leck oder den Durchtritt von Seewasser oder Schmiermittel zwischen
der Seewasserseite und der Schmiermittelkammer zu verhindern.
Außerdem kann dafür gesorgt
sein, daß zwischen
dem Diffusor und dem in den Diffusor ragenden inneren Ring eine
abgeschrägte
Berührungsfläche ausgebildet
ist, so daß der
Diffusor und der innere Ring durch eine Drehkraft, die durch die
Reaktionskraft des dem Diffusor zugeführten Wasserstroms bewirkt
wird, gegeneinandergedrückt
werden. Dadurch wird ein sich selbst verriegelndes System realisiert,
und der Diffusor kann mit kleineren oder weniger Befestigungsschrauben
montiert werden.
Vorzugsweise ist dafür gesorgt,
daß das
Gehäuse
in einer horizontalen Ebene drehbar ist, daß in der Mitte des Bodens des
Gehäuses
ein Einlaß vorgesehen
ist, über
dem das Flügelrad
angeordnet ist, daß der
Einlaß mit
dem Diffusor in Verbindung steht und daß die Auslaßöffnungen mit Auslaßleitflügeln versehen
sind, die einen solchen Neigungswinkel haben, daß ein durch die Auslaßöffnungen
ausgestoßener
Wasserstrahl so parallel wie möglich
zum Boden des Gehäuses
verläuft.
Bei diesem Aufbau ist es möglich, den
Wasserstrahl so weit wie möglich
horizontal aus den Auslaßöffnungen
austreten zu lassen, ohne daß er
unmittelbar nach unten strömt,
um dadurch den Antriebswirkungsgrad zu erhöhen und dementsprechend ebenfalls
insgesamt mit geringerer Antriebsleistung auszukommen.
In diesem Fall kann dafür gesorgt
sein, daß der
Neigungswinkel der Auslaßleitflügel so gewählt ist,
daß der über die
Auslaßöffnungen
ausgestoßene Wasserstrahl
außerhalb
des Gehäuses
vom Einlaß weg
gerichtet ist. So ist es möglich,
zu verhindern, daß die
aus den Auslaßöffnungen
austretenden Wasserstrahlen sofort wieder über die Einlaßöffnung angesaugt
werden, so daß der
Antriebswirkungsgrad erhöht
wird.
Ferner kann dafür gesorgt sein, daß im Einlaß Ansaugleitflügel angeordnet
und unter einem Winkel geneigt sind, der zu dem der Auslaßleitflügel entgegengesetzt
ist, so daß das
Wasser aus einer Richtung angesaugt wird, die frei vom ausgestoßenen Wasserstrahl
ist. Auf diese Weise ist es möglich, das
Ansaugen der aus den Auslaßöffnungen
austretenden Wasserstrahlen noch sicherer zu verhindern und den
Antriebswirkungsgrad entsprechend zu erhöhen.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung kann
ferner darin bestehen, daß eine
mittlere Auslaßöffnung symmetrisch
zu einer Diametrallinie, die durch die Mitte des Einlasses verläuft, und/oder
seitliche Auslaßöffnungen
, die symmetrisch zur Diametrallinie angeordnet sind, als die Auslaßöffnung(en)
vorgesehen ist bzw. sind und daß eine
einlaßseitige
Endfläche der
mittleren Auslaßöffnung senkrecht
zur Diametrallinie ausgebildet ist. Hierbei kann der Neigungswinkel der
Auslaßleitflügel der
seitlichen Auslaßöffnung geändert und
eingestellt werden. Gegebenenfalls kann die Größe der rechts und links wirkenden
Antriebskräfte
ungleich eingestellt und ein Drehmoment erzeugt werden, das einem
Drehmoment entgegenwirkt, das aus der rotierenden Strömung infolge
der Drehung des Flügelrads
resultiert. Infolgedessen kann die zur Drehung des Gehäuses erforderliche Leistung
des Steuermotors verringert werden.
Wenn darüber hinaus der Neigungswinkel der
Leitflügel
der mittleren Auslaßöffnung geändert und
eingestellt werden kann, kann auch die Belastung des Flügelrades
eingestellt werden. Das heißt, wenn
die Flächen
der Auslaßöffnungen
vergrößert werden,
wird die Belastung verringert. Wenn die Flächen verringert werden, wird
die Belastung erhöht. Sodann
ist es auf einfache Weise möglich,
eine Hauptantriebsmaschine mit konstanter Drehzahl durch entsprechende
Einstellung des Neigungswinkels an das Flügelrad anzupassen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand
der beigefügten
Zeichnungen bevorzugter Ausführungsbeispiele
näher beschrieben.
Es zeigen:
1 einen
schematischen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Wasserstrahlantriebsvorrichtung,
2A und 2B eine schematischen und
eine perspektivische Darstellung wesentlicher Teile eines Beispiels
eines Aufbaus, der es ermöglicht,
die Befestigung eines Diffusors an einem inneren Ring unter Ausnutzung
der Drehkraft des Diffusors zu verbessern, die als Reaktionskraft
von Flügeln
eines Flügelrades
erzeugt wird,
3 einen
schematischen Querschnitt der vertikalen Wasserstrahlantriebsvorrichtung,
4 eine
Ansicht des Bodens eines Gehäuses
der vertikalen Wasserstrahlantriebsvorrichtung,
5A einen
Querschnitt eines Auslaßöffnungsteils
(mit einem feststehenden Auslaßleitflügel),
5B eine
schematische Darstellung eines verstellbaren Auslaßleitflügels,
6 einen
Querschnitt einer herkömmlichen
vertikalen Wasserstrahlantriebsvorrichtung und
7 eine
Draufsicht der herkömmlichen vertikalen
Wasserstrahlantriebsvorrichtung vom Diffusor aus gesehen.
Die Wasserstrahlantriebsvorrichtung
WJ nach 1 ist an einem
Schiffskörper 1 angebracht. Sie
besteht aus einer Platte 4 mit einem vertikal darüber angebrachten
Getriebekasten 3, der eine Drehmoment-Transmissionseinrichtung 2 enthält, einem inneren
Ring 5, der sich vom mittleren Teil der Platte 4 aus
nach unten erstreckt, einer Flügelradwelle 7, die
in den inneren Ring 5 vertikal eingeführt ist und ein Flügelrad 6 an
ihrem unteren Ende aufweist, einem Diffusor 8, der stromunterhalb
des Flügelrads 6 am
inneren Ring 5 angebracht ist, einem Gehäuse 10,
das durch einen Steuermotor 9 gedreht werden kann und um
den inneren Ring 5 herum drehbar gelagert ist, und aus weiteren
Teilen.
Die Platte 4 liegt auf einer Öffnung 1c des Schiffskörpers 1 und
ist an einer Bodenplatte 1a des Schiffskörpers 1 befestigt.
Eine Antriebswelle 11, die durch eine (nicht dargestellte)
Hauptantriebsmaschine angetrieben wird, ragt in den Getriebekasten 3, der
vertikal auf dem mittleren Teil der Platte 4 angeordnet
ist. An dem im Inneren des Getriebekastens 3 liegenden
Ende der Antriebswelle 11 ist ein Ritzel 2a in
Form eines Kegelrades vorgesehen. Mit dem Ritzel 2a steht
ein weiteres Zahnrad 2b in Form eines Kegelrades im Getriebekasten 3 in
Eingriff, das zusammen mit dem Ritzel 2a eine Drehmoment-Transmissionseinrichtung 2 bildet.
Die Flügelradwelle 7 ist senkrecht
in den zylindrischen inneren Ring 5 unter dem Zahnrad 2b eingeführt und
in einem oberen und einem unteren Lager 7a gelagert.
Der innere Ring 5 steht
mit dem Getriebekasten 3, diesen berührend, in Verbindung und erstreckt
sich zylindrisch nach unten. Der Diffusor 8 und eine Flügelradwellendichtung 12,
die mit der Flügelradwelle 7 in
gleitender Berührung
steht, sind an einem Flansch 5a am unteren Endteil des
inneren Rings 5 durch mehrere Befestigungsschrauben 8b befestigt.
Der innere Ring 5 ist an der Platte 4 befestigt,
die ihrerseits am Schiffskörper 1 befestigt
ist, so daß sie
als feststehender (stationärer)
Teil wirkt. Der am inneren Ring 5 befestigte Diffusor 8 wirkt
ebenfalls als stationärer,
das heißt
drehfester Teil.
Ein seewasserseitiger Teil bzw. Raum 12a und
eine Schmiermittelkammer 12b sind gegeneinander abgedichtet
beziehungsweise voneinander getrennt, so daß ein Leck oder der Durchtritt
von Seewasser und Schmiermittel zwischen dem Seewasser bzw. dem
Teil 12a und der Schmiermittelkammer 12b verhindert
sind, und zwar dadurch, daß die
Flügelradwellendichtung 12 zwischen
dem stationären
Teil des Diffusors 8 oder inneren Ring 5 und der
rotierenden Flügelradwelle 7 angeordnet
ist.
Das zylindrische Gehäuse 10 ist
passend im Öffnungsteil 1c angeordnet
und hat einen äußeren Ring 13,
der konzentrisch zum Mittelteil des inneren Rings 5 angeordnet
ist. Der äußere Ring 13 stützt sich über ein
Drehlager 14, hier ein Wälzlager, insbesondere Kugellager,
am inneren Ring 5 ab. Der äußere Ring 13 ist vom
Diffusor 8 getrennt und unabhängig von diesem drehbar. Insbesondere
stehen der Diffusor 8 des stationären Teils und das Gehäuse 10 des
sich drehenden Teils nur über
eine drehbare Dichtung 15 gleitend miteinander in Berührung, wobei
sie voneinander getrennt und unabhängig sind.
In ähnlicher Weise sind der seewasserseitige Teil 12a und
die Schmiermittelkammer 12b voneinander getrennt oder gegeneinander
abgedichtet, so daß ein
Leck oder Durchtritt von Seewasser und Schmiermittel zwischen dem
Teil 12a und der Kammer 12b dadurch verhindert
wird, daß die
sich drehende Dichtung 15 zwischen dem stationären Teil des
Diffusors 8 oder inneren Ring 5 und dem Gehäuse 10 vorgesehen
ist. Zwischen dem Gehäuse 10 und
der Platte 4 ist ebenfalls eine Dichtung 4a angeordnet,
um den seewasserseitigen Teil 12a und die Schmiermittelkammer 12b gegeneinander
abzudichten.
Am äußeren Ring 13 des
Gehäuses 10 ist ein
Zahnkranz 13a ausgebildet. Der Zahnkranz 13a steht
mit einem Zahnrad 9b am unteren Ende einer Welle 9a des
Steuermotors 9 in Eingriff, der auf der Platte 4 angebracht
ist, so daß das
Gehäuse 10 durch
den Steuermotor 9 unabhängig
vom Diffusor 8 und dem Flügelrad 6 in Drehung
versetzt werden kann.
Im mittleren Teil des Bodens 10a des
Gehäuses 10 ist
eine Einlaßöffnung 16 ausgebildet,
von der eine zylindrische innere Wand 10b vertikal nach
oben ragt, so daß sie
das Laufrad 6 umgibt. Der Diffusor 8 ist von der
inneren Wand 10b (das heißt dem Gehäuse 10) in der Weise
getrennt ausgebildet, daß er
sich kontinuierlich bis unmittelbar in die Nähe des oberen Endes der inneren
Wand 10b und etwas über
dieses hinweg erstreckt. Im Diffusor 8 sind ein Durchtrittskanal
für durch
das Flügelrad 6 nach
oben gedrücktes und
das Flügelrad
durchströmendes
Wasser sowie radiale Flügel 8a vorgesehen.
Wie schon erwähnt, wird
die durch das Flügelrad 6 erzeugte
Wasserströmung
zu einer rotierenden Strömung,
die auf die Flügel 8a einwirkt.
Da der Diffusor 8 jedoch an der Schiffskörperseite
befestigt und vom Gehäuse 10 getrennt
ist, wird das durch die Reaktionskraft erzeugte Drehmoment auf den
Schiffskörper 1 ausgeübt, so daß es sich
nicht auf die Drehung des Gehäuses 10 auswirkt.
Der Steuermotor 9 braucht daher nur eine geringe Leistung
für den
Drehantrieb des Gehäuses 10 aufzuweisen.
Der Wasserstrom aus dem Diffusor 8 tritt
in die Druckkammer 17 des relativ zum drehfesten Diffusor 8 drehbaren
Gehäuses 10 ein,
und das in der Druckkammer 17 vorhandene Wasser wird über die im
Gehäuseboden 10a mit
Leitflügeln 18a versehenen
Auslaßöffnungen 18 ausgestoßen, um
dadurch den Schub zu erzeugen. Durch Drehung des Gehäuses 10 kann
die Lage der Auslaßöffnungen 18 um
bis zu 360° frei
geändert
werden.
Die 2A und 2B veranschaulichen eine Konstruktion,
die die Art der Befestigung des Diffusors 8 am inneren
Ring 5 verbessert, indem die durch die Reaktionskraft der
Leitflügel
bewirkte Drehkraft des Diffusors 8 ausgenutzt wird.
Hierfür ist eine Schrägfläche 19a ausgebildet,
die ein ringförmiges
Teil 8c, das am mittleren Teil des Diffusors 8 vorsteht,
und den Flansch 5a am unteren Ende des inneren Rings 5,
an dem das ringförmige
Teil 8c angeordnet ist, an einer Verbindungsfläche 19 zwischen
dem ringförmigen
Teil 8c und dem Flansch 5a durch eine Drehkraft
Y, die durch die Reaktionskraft des auf den Diffusor 8 wirkenden
Wasserstroms bewirkt wird, gegeneinanderdrückt. Auf diese Weise ergibt
sich ein Selbstverriegelungssystem, so daß weniger oder kleinere Befestigungsschrauben 8b (siehe 1) zur Anbringung des Diffusors 8 erforderlich
sein können.
Nachstehend wird ein weiteres Ausführungsbeispiel
anhand der 3 bis 5 beschrieben.
3 stellt
schematisch einen Querschnitt einer vertikalen Wasserstrahlantriebsvorrichtung
WJ dar, während 4 den Boden ihres zylindrischen Gehäuses 23 darstellt.
Die vertikale Wasserstrahlantriebsvorrichtung WJ ist in einem Schiffsbodenteil 21 installiert.
Dabei ist das Gehäuse 23 der
Antriebsvorrichtung konzentrisch in einem kreisförmigen Öffnungsteil 22 eingebaut,
der im Bodenteil 21 ausgebildet ist. Das Gehäuse 23 ist
am Schiffsbodenteil 21 mittels einer Platte 24 befestigt.
Das heißt,
ein Drehlager 40 in Form eines Wälzlagers, hier ein Kugellager,
ist zwischen dem oberen Teil des inneren Rings 34 und einem äußeren Ring 39,
der am Rand einer mittleren Öffnung
in einer oberen Wand 23c des Gehäuses 23 vorgesehen
ist, angeordnet. Dadurch ist das Gehäuse 23 drehbar und
als Ganzes auf der Schiffskörperseite
gelagert. Dabei wird das Gehäuse 23 durch
die Platte 24 am Schiffskörper festgehalten. Dennoch
ist es relativ zum Schiffskörper
drehbar. Auf dem mittleren Teil der Platte 24 ist ein Getriebekasten 28 ange bracht.
Quer in den Getriebekasten 28 ragt eine Antriebs- oder
Eingangswelle 29, die in einem Lager 30 gelagert
ist. Am inneren Ende der Antriebswelle 29 ist ein Ritzel 31 in
Form eines Kegelrads vorgesehen. Am oberen Ende einer Ausgangswelle 32 ist
ebenfalls ein Kegelrad 33 vorgesehen, das mit dem Ritzel 31 in
Eingriff steht, so daß ein
Kegelradgetriebe gebildet wird. Die Ausgangswelle 32 ragt vertikal
nach unten und erstreckt sich durch einen inneren Ring 34,
der bis zum unteren Teil des Getriebekastens 28 reicht.
Am unteren Ende der Ausgangswelle 32 ist eine Nabe 35 vorgesehen,
an der Flügel 36 oder
Schaufeln ausgebildet sind, so daß sie zusammen mit der Nabe 35 ein
Flügelrad
bilden. Die Ausgangswelle 32 ist in Lagern 32a drehbar
gelagert, die zwischen der Welle 32 und dem inneren Ring 34 angeordnet
sind.
Das Gehäuse 23 hat eine etwa
konische mittlere Wand 23a, die nach unten ragt und den
inneren Ring 34 im Bereich eines unteren Teils des Rings 34 umgibt.
Das untere Ende der mittleren Wand 23a erstreckt sich bis
in die Nähe
des oberen Endes der Nabe 35. Der mittlere Teil des Bodens 23e des
Gehäuses 23 ist
nach oben herausgedrückt,
so daß ein sehr
kleines Spiel (Spalt oder Abstand) zwischen seinem mittleren Teil
und den freien Enden der Flügel 36 besteht,
wobei der mittlere Teil eine innere Wand 23b bildet. Die
innere Wand 23b erweitert sich nach oben und erstreckt
sich weiter über
das untere Ende der konischen mittleren Wand 23a hinaus
nach oben, wobei sie einen bestimmten Abstand von der mittleren
Wand 23a einhält,
so daß ein
Diffusor 37 gebildet wird. In dem Diffusor 37 sind
Leitplatten 38 radial zwischen der mittleren Wand 23a und
dem oberen Teil der inneren Wand 23b angeordnet.
Ein Ritzel 41a am unteren
Ende der Welle des Steuermotors 41, der auf der Platte 24 angebracht
ist, steht mit einem Zahnkranz am äußeren Ring 39 in Eingriff.
Wenn daher der Steuermotor 41 in Betrieb gesetzt wird,
so daß er
das Ritzel 41a in einer vorbestimmten Richtung dreht, dann
dreht sich das Gehäuse 23,
das mit dem äußeren Ring 39,
mit dessen Zahnkranz das Ritzel 41a in Eingriff steht, einteilig
verbunden ist, um die Mittelachse der Ausgangswelle 32.
Dadurch kann die Drehwinkellage einer Auslaßöffnung 42, die noch
beschrieben wird, um bis zu 360° frei
geändert
werden. Außerdem
ist ein ringförmiger
Vorsprung 25 auf der oberen Wand 23c des zylindrischen
Gehäuses 23 ausgebildet.
Der Vorsprung 25 ist gegen einen von der Platte 24 nach
unten ragenden Führungsring 26,
der den Vorsprung 25 konzentrisch umgibt, durch eine Dichtung 27 abgedichtet.
Ein kreisförmiger Öffnungsteil, der von der inneren
Wand 23b unter den Flügeln 36 umgeben
ist, dient als Wassereinlaß 43.
Der Einlaß 43 erstreckt sich
kontinuierlich bis zum Diffusor 37 und steht mit der Druckkammer 44,
die zwischen der äußeren Wand 23d und
der inneren Wand 23b des Gehäuses 23 vorgesehen
ist, in Verbindung. Die Auslaßöffnung 42 (in 3), bei der es sich nach 4 um eine mittlere Auslaßöffnung 45 handelt,
die noch beschrieben wird, ist in einem Teil der Bodenwand ausgebildet,
so daß ein
Wasserstrahl aus der Druckkammer 44 aus der Auslaßöffnung 42 austritt.
In der Auslaßöffnung 42 befindet
sich eine Vielzahl gebogener Auslaßöffnungs-Leitflügel 42a,
deren Neigungswinkel so gewählt
ist, daß ein
Wasserstrahl weitgehend horizontal oder parallel zum Boden 23e des
Gehäuses 23 ausgestoßen werden
kann. Denn je größer die
Komponente der austretenden Strömung
in horizontaler Richtung ist, um so wirksamer und größer ist der
durch den Wasserstrahl erzeug te Schub. Da sowohl der Einlaß 43 als
auch die Auslaßöffnung 42 im Boden 23e des
Gehäuses 23 ausgebildet
sind, sind im Einlaß 43 eine
Vielzahl von Ansaugleitflügeln 43a mit
einem Neigungswinkel ausgebildet, der dem der Auslaßöffnungs-Leitflügel 42a entgegengesetzt
ist, so daß ein
aus der Auslaßöffnung 42 austretender Wasserstrom
nicht sofort wieder in den Einlaß 43 gesaugt werden
kann. Bei diesem Aufbau der vertikalen Wasserstrahlantriebsvorrichtung
WJ wird durch die Drehung des Flügel-
oder Schaufelrades 35, 36 Wasser über den
Einlaß 43 angesaugt,
wie es durch die Pfeile in 3 dargestellt
ist, und über
den Diffusor 37 in die Druckkammer 44 gedrückt. In
der Druckkammer 44 wird der Druck in kinetische Energie
umgeformt, wobei das Wasser über
die Auslaßöffnung 42 ausgestoßen wird
und dadurch den gewünschten Schub
erzeugt.
Nach 4 umfassen
die Auslaßöffnungen 42 eine
mittlere Auslaßöffnung 45 und
seitliche Auslaßöffnungen 46 um
die mittlere Öffnung 45 herum. Die
mittlere Auslaßöffnung 45 hat
eine rechteckige Form, die länger
als der Durchmesser des kreisförmigen
Einlasses 43 in tangentialer Richtung des Einlasses 43 ist.
Vorzugsweise erstreckt sich eine auf seiten des Einlasses 43 liegende
Rand- oder Endfläche 45a der
mittleren Auslaßöffnung 45 senkrecht
zu einer durch die Mitte des kreisförmigen Einlasses 43 verlaufenden
Diametrallinie O. Der Grund hierfür ist darin zu sehen, daß der Wasserstrom
effizient zur Ausbildung des Schubs ausgenutzt werden kann, ohne
daß ein
Teil des Wasserstroms direkt nach unten verlorengeht. Die Endfläche kann
konzentrisch zum Einlaß 43 ausgebildet
sein, wie es durch die strichpunktierte Linie 45B dargestellt
ist. Auf diese Weise wird jedoch die Effizienz der Ausnutzung des Wasserstroms
als Schub geringfügig
verringert. Die seitlichen Auslaßöffnungen
46 haben
die gleichen Abmessungen symmetrisch zur Diametrallinie O. Sowohl
in der mittleren Auslaßöffnung als
auch in den seitlichen Auslaßöffnungen 46 sind
Auslaßleitflügel 42a vorgesehen.
Der Querschnitt der Leitflügel 42a ist
in 5A dargestellt. Die
Leitflügel 42a in
der seitlichen Auslaßöffnung 46 sind
entgegengesetzt zu den Leitflügeln 43a im
Einlaß 43 geneigt,
um zu verhindern, daß aus
den Auslaßöffnungen 43 austretende
Wasserstahlen unmittelbar wieder über den Einlaß 43 angesaugt
werden.
Nach 5B können die
Auslaßleitflügel in der
mittleren Auslaßöffnung 45 und
in den seitlichen Auslaßöffnungen 46 als
einstellbare Auslaßleitflügel 42b ausgebildet
sein, so daß ihre
Neigungswinkel einstellbar sind. Das heißt, die Leitflügel 42b sind
um ihre Mitte drehbar gelagert, und eine Betätigungsstange 49,
die. mit einer Kolbenstange 48 eines Antriebszylinders 47 verbunden
ist, ist mit dem oberen Ende der Leitflügel 42b über Kupplungsmittel 50 verbunden.
Auf diese Weise kann der Neigungswinkel aller Leitflügel 42b gemeinsam
durch Betätigung
des Antriebszylinders 47 und entsprechendes Aus- oder Einfahren
der Kolbenstange 48 nach Wunsch eingestellt werden.
Wenn der Neigungswinkel der Leitflügel in der
mittleren Auslaßöffnung 45 einstellbar
ist, lassen sich die Auslaßöffnungen
so einstellen, daß sie
an das Schaufelrad beziehungsweise dessen Flügel angepaßt sind, während eine Hauptantriebsmaschine, die
an der Eingangswelle 29 angekuppelt ist, mit konstanter
Drehzahl läuft.
Wenn der Neigungswinkel der Leitflügel 42a in den seitlichen
Auslaßöffnungen 46 einstellbar
ist, kann das Gleichgewicht der Austrittsströmungsgeschwindigkeiten in den
seitlichen (linken und rechten) Auslaßöffnungen 46 so geändert werden,
daß die
Strömungskraft
einem Ungleichgewichts-Drehmoment entgegenwirkt bzw. dieses ausgleicht.
Dies ermöglicht
es, die Leistung des Steuermotors 41 zu verringern.