DE2039485A1 - Antriebsvorrichtung fuer Wasserfahrzeuge - Google Patents

Antriebsvorrichtung fuer Wasserfahrzeuge

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DE2039485A1
DE2039485A1 DE19702039485 DE2039485A DE2039485A1 DE 2039485 A1 DE2039485 A1 DE 2039485A1 DE 19702039485 DE19702039485 DE 19702039485 DE 2039485 A DE2039485 A DE 2039485A DE 2039485 A1 DE2039485 A1 DE 2039485A1
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propeller
thrust tube
water
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drive device
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DE19702039485
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English (en)
Inventor
Otto Willrich
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63HMARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H11/00Marine propulsion by water jets
    • B63H11/02Marine propulsion by water jets the propulsive medium being ambient water
    • B63H11/04Marine propulsion by water jets the propulsive medium being ambient water by means of pumps
    • B63H11/08Marine propulsion by water jets the propulsive medium being ambient water by means of pumps of rotary type
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63HMARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H23/00Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements
    • B63H2023/005Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements using a drive acting on the periphery of a rotating propulsive element, e.g. on a dented circumferential ring on a propeller, or a propeller acting as rotor of an electric motor

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

  • Antriebsvorrichtung für Wasserfahrzeuge.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung für Wasserrahrzeuge, die nach dem Prinzlp der Erzeugung der Antrlebskraft durch Wasserrückstoß arbeitet und die dazu dient, einem hunter Wasser fahrenden, auf dem Wasser schwlmmenden oder auf oder in geringer Entfernung über der Wasseroberfläche gleitenden Wasserfahrzeug die zur Fahrbewegung erforderliche Vortriebskraft zu verleihen.
  • Die hier vorgeschlagene Antriebsvorrichtung get dabei von dem Stande der Technik aus, bei dem der Rückstoß durch rotierende Flügel-, Räder- oder Propellerelemente erzeugt wird, die durch einen Motor angetrieben werden.
  • Im einzelnen geht die Erfindung von propellerartigen, rotierenden Elementen aus, deren Drehachse in Fahrtrichtung oder schwach geneigt zu dieser ausgerichtet ist und die eine Wasser- Rückstoßströmung in dieser Achsrichtung erzeugen. Die bekannten Antriebevorrichtungen dieser Art haben gegenüber den rotierenden Elementen in Räderform den prinzipiellen Vorteil der konstruktiven Einfachheit. So sind zwei- oder mehrblättrige Propeller bekannt, die am hinteren Ende des Wasserrahrzeuges angebracht sind und die in das Wasser eintauchen.
  • Infolge dieser bekannten Ausführungen des frei in das Wasser eintauchenden Propellers ergibt sich Jedoch bekanntlich ein sehr schlechter Wirkungsgrad, der durch Wirbelverluste und durch radiale Anteile der Propeller strömung entsteht, die für die Schubströmung verloren ist.
  • Es wurde zwar versucht, die Strömung durch den Propellerquerschrlltt günstiger zu gestalten, indem man einen relativ schmalen Ring um den frei im Wasser drehenden Propeller anordnete, doch war die Verbesserung des Wirkungsgrades, die man hierdurch erzielte, nicht sehr groß.
  • Um die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden, macht es sich deshalb die vorliegende Erfindung zur Aufgabe, eine Antriebsvorrichtung für Wasserfahrzeuge zu schaffen, die nach dem Prinzip der Erzeugung der Antriebskraft durch Wasserrückstoß arbeitet und die in der Lage ist, einen besonders großen Wirkungsgrad bezüglich der Schuberzeugung zu erzielen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Antriebsvorrichtung für Wasserfahrzeuge gelöst, die nach dem Prinzip der Erzeugung der Antriebskraft durch Wasserrückstoß einem unter Wasser fahrenden, auf dem Wasser schwimmenden oder auf oder in geringer Entfernung über der Wasseroberfläche gleitenden Wasserfahrzeug die zur Fahrbewegung erforderliche Vortriebskraft verleiht, und die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie ein, am Wasserfahrzeug befestigtes und ins Wasser vollständig eingetauchtes Schubrohr, dessen Längsachse in Fahrtrichtung des Wasserfahrzeuges ausgerichtet ist und das im wesentlichen aus einem zylindrischen oder entgegen der Fahrtrichtung verjüngt zulaufenden Mantel besteht, an dessen vorderem Ende eine mit einem Sieb versehene Einlaufmündung und am hinteren Ende eine Austrittsmündung angeordnet ist, eine Proywellerwelle, deren Drehachse mit der Längsachse des Schubrohres indentisch ist, mehrere, in Abständen auf der Propellerwelle befestigte Propeller bzw. Propeller flügel, mehrere, in Abständen angeordnete und an der Innenfläche des Schubrohres befestigte und radial ausgerichtete Leitschaufeln und eine, mit der Propellerwelle gekoppelte Antriebsmaschine aufweist.
  • Das Wesen der vorliegenden Erfindung wird anhand von Zeichnungen erläutert, die ein Ausführungsbeispiel in schematischer Darstellung zeigen. Es zeigt: Fig. 1 ein auf dem Wasser schwimmendes Wassertahr, zeug, an dem die vorgeschlagene Antriebsvorrichtung angebracht ist, Fig. 2 einen Teillängsschnitt des Schubrohres in v.r.
  • größerter Darstellung, Fig. 3 einen Schnitt I - I nach Fig. 2 und Fig. 4 einen Schnitt II - II nach Fig. 2.
  • Das Schubrohr 7 ist unten an dem Wasserfahrzeug 1 mit Befestigungselementen 8 befestigt. Das Wasserfahrzeug schwimmt auf dar Wasseroberfläche 6. Das Schubrohr 7 ist somit völlig ins Wasser eingetraucht. In Richtung des Pfeiles 5 strömt das Wasser mit großer Geschwindigkeit aus der Austrittsmündung 7c des Schubrohres und erzeugt dadurch einen Schub, der das Wasserfahrzeug in Richtung des Pfeiles 3 vorwärtsbewegt. Das Schubrohr selbst ist zylindrisch oder entgegen der Fahrtrichtung verjüngt zulaufend ausgebildet. Seine Längsachse ist indentisch mit der des Wasserfahrzeuges. Der Mantel 7b des Schubrohres weist am vorderen Ende eine Einlaufmündung 7a und am hinteren Ende eine Austrittsmündung 7c auf. Im Bereich der Einlaufmündung kann ein Sieb 9 angebracht sein, um größere Gegenstände daran zu hindern, in das Schubrohr zu gelangen. Im Innern des Schubrohres ist eine Propellerwelle 10 angeordnet, deren Drehachse mit der Längsachse des Schubrohres indentisch ist, Auf dieser Propellerwelle sind mehrere Propeller iibzw. Propellerflügel iia in Abständen befestigt, deren Flügel Anstellwinkel von etwas 30 bis 40 Grad aufweisen. Die Propellerwelle ist in Propellerlagern 12 drehbar gelagert, die in bekannter Weise an dem Mantel 7b des Schubrohres befestigt sind. Diese Propellerwellenlager können jedoch auch auf zweckmäßige Weise an den einen Enden der Leitschaufeln 13 befestigt werden, die ihrerseits am Mantel 7b angebracht sind. Die Leitschaufeln 13 sind ebenfalls in axialen Abständen angeordnet. Die Ebenen, in denen sie angeordnet sind, sind in einer vom Fachmann bestimmbaren Weise entsprechend der Schubrohrströmung ausgerichtet.
  • Die Leitschaufeln dienen zur Umlenkung der radialen Strömungsanteile in axiale Richtung, Ein solcher radialer Strömungsanteil ist hinter jedem Propeller, bzw. Propellerflügel vorhanden.
  • Bekanntlich bildet sich hinter einem rotierenden Propeller bzw. Propellerflügel eine Strömung aus, deren einzelne Stromfäden schraubenartig verlaufen, wobei dieser Verlauf im einzelnen von der Propellerform, dem Propellerdurchmesser, der Propellerdnohzahl und der Anströmungsgeschwindigkeit abhängt. Deshalb kann vom Fachmann bei Anwendung der geltenden Strömungsaund Propellertheorie ftir jeden möglichen Betriebsfall die Formen der Propeller flügel und der Leitschaufeln, sowie deren Abstäsde woneinander leicht bestlmmt werden. Im übrigen sliul Lein.
  • apparate zur Umlenkung radialer Strömungsantelle in azials Richtung z.B, bei Axialpumpen and Axialturbiaen seit langem bekannt.
  • Die Propellerwelle ist mit einer Antriebsmaschne 2 gekoppelt, wobei je nach Durchmesser des Schubrohrs und Drehzahl der Propellerwelle die verschiedensten Kopplungselemente verwendet werden können. In Fig. 4 und Fig. 2 z.B. ist die Propellerwelle im Bereich der Einlaufmündung 7a über ein Kegelradgetriebe mit der Antriebe.
  • maschine 2 verbunden. Es ist aber auch z.B. möglich, die Propellerwelle mit der Welle eines Hydraulikmotors zu koppeln, dessen Längsachse mit der Drehachse der Propellerwelle zusammenfällt und der am vorderen oder hinteren Ende des Schubrohres mittels radialer Arme an diesem befestigt ist. Der Durchmesser solcher ölbetriebener Hydraulikmotoren ist bekanntlich relativ klein, so daß ein solcher Motor, strömungstechnisch verkleidet, sehr günstig im Schubrohr angebracht werden kann. Die beiden Ölleitungen, die am tlydraulikmotor angeschlossen sind, können sehr bequem verlegt werden, ohne den Strömungsquerschnitt des Schubrohres wesentlich zu verringern. Der wesentliche Vorteil des hier vorgeschlagenden Antriebsvorrichtung besteht demnach darin, daß eine viel größere Schubwirkung als mit herkömmlichen Vorrichtungen der eingangs erwähnten Art erzielt werden kann. Das in die Einlaufmündung 7a eintretende Wasser wird zunächst vom ersten Propeller in Rizhtilng des Pfeiles 3 beschleunigt.
  • Der größte Teil der hierbei entstehenden Potentialwirbelströmung wird an den ersten, feststehenden leitschaufeln 13 in @@iiler Richtung um@e@@nkt, se laß laf den zweiten Propeller, bzw, den zweiten Propellerflügel eine im wesentlichen axiale, bereits beschleunigte Strömung trifft. Der zweite Propeller bzw, Propellerflügel beschleunigt diese Strömung ebenfalls, wobei an den nachsten Leitschaufeln ebenfalls der radiale Strömungsanteil in axiale Richtung umgelenkt wird. Auf diese Weise strömt das Wasser aus der Austrittsmündung 7c mit großer Geschwindigkeit aus, wobei der austretende Strahl im wesentlichen aus einer Axialströmung besteht. Die Anstellwinkel der Propellerflügel und der Leitschaufeln und die axialen Abstände dieser Elemente voreinander richten sich selbstverständlich nach der Fahrgeschwlndigkeit des Wasserfahrzeuges, dem Durchmesser des Schubrohres und der Drehzahl der Propellerwelle. Die Flügel der Propeller können auch auf bekannte Weise vers teilbar angeordnet sein, sodaß bei veränderter Fahrgeschwindigkeit die Strömung im Schubrohr reguliert werden kann.
  • Bekanntlich schnürt sich die Strömung hinter einem Propeller ein, d.h. der Strömungsquerschnitt wird kleiner.
  • In bestimmten Betriebs fällen kann es nun wünschenswert sein, den durch die Querschnittsverkleinerung der Strömung entstehenden örtlichen Hohlraum mit Medium aufzufüllen.
  • Dies kann z.'B. erforderlich sein, um den infolge der Hohlraumbildung auf das Schubrohr von außen einwirkenden Überdruck auszugleichen oder um die Strömung hinter dem Propeller bzw. einzelnen Propellerflügeln über den ganzen Schubrohrquerschnitt gleichmäßig verteilt verlaufen zu lassen. Bei relativ kleinen Strömungsgeschwirdiikeiten und in Fällen, bei denen die Propellerflügel unterhalb des Kavitationsbereiches arbeiten, könnte der erwähnte Hohlraum mit Luft gefüllt werden, die durch eine nicht gezeichnete Leitung herangeführt und an das Schubrohr angeschlossen ist. Entsprechend den herrschenden Drücken kann die Luft auch von einem besonderen Gebläse unter Druck in das Schubrohr eingeführt werden. Anstelle von Luft kann aber auch Wasser zur Auffüllung der Hohlräume an den verschiedenen Stellen hinter den Propellerflügel in das Schubrohr eingeleitet bzw. eingepumpt werden. Für dieses Einpumpen kann eine besondere Pumpe vorgesehen werden. Es kann aber auch die Energie der Schubrohrströmung dazu benutzt werden, indem durch eine Leitung an einer vom Fachmann bestimmbaren Stelle des Schubrohres oder am Schubrohrende ein kleiner Teil der Strömung abgeleitet und direkt an der Stelle der Hohlraumbildung in das Schubrohr eingeleitet wird, wobei Jeweils die Stelle der Entnahme der Wassermenge aus dem Schubrohr in Fahrtrichtung ersehen, hinter der Stelle der Finführung in das Schubrohr angeordnet ist.
  • Die aus dem Schubrohr oder am hinteren Ende des Schubrohres entnommene Strömung kann auch dazu benutzt werden, nach dem Ejektorprinzip Wasser außerhalb des Schubrohres anzusaugen und ill der erwähnten Weise in das Schubrohr an den betreffenden Stellen in dieses einzuführen.
  • In der Fig. 2, 3, und 4 ist eine Ausführungsform der hier vorgeschlagenen Antriebsvorrichtung schematisch gezeigt, die im Bereich der Einlaufmündung 7a einen dreiflügeligen Propeller und gegen das Schubrohrende zu einzelne, auf der Propellerwelle befestigte Propellerflügel aufweist, die versetzt zueinander angeordnet sind, wobei sich Jeweils zwei benachbarte Flügel radial gegenüberstehen. Entweder zwischen Jeweils zwei benachbarten Propellerflügeln oder in größeren axialen Abständen sind die Leitschaufeln an der Innenfläche des Schubrohres befestigt. Die Anzahl der Propellerflügel und ihre Anordnung im einzelnen ist abhängig von der Schubkraft, entsprechend den Strömungsverhältnissen vom Fachmann für Jeden Betriebsfall festlegbar.
  • - Patentansprüche -

Claims (8)

  1. Patentansprüche 1. Antriebs vorrichtung für Wasserfahrzeuge, die nach dem Prinzip der Erzeugung der Antriebskraft durch Wasser.
    rückstoß einem unter Wasser fahrenden, auf dem Wasser schwimmenden oder auf oder in geringer Entrernung über der Wasseroberfläche gleitenden Wasserfahrzeug die zur Fahrbewegung erforderliche Vortriebskraft wer.
    leiht, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein, am Wasser, fahrzeug befestigtes und ins Wasser vollständig einer tauchtes Schubrohr (7) dessen Längsachse in Fahrtrichtung des Wasserfahrzeuges ausgerichtet ist und das im wesentlichen aus einem oder entgegen der Fahrtrichtung verjüngt zulaufenden zylindrischen Mantel (7b) besteht, an dessen vorderem Ende eine, mit einem Sieb (9) versehene Einlaufmündung (7a) und am hinteren Ende eine Austrittsmündung (7c) angeordnet ist, eine Propellerwelle (10), deren Drehachse mit der Längsachse des Schubrohres indentisch ist, mehrer, in Abständen auf der Propellerwelle befestigte Propeller (11), bzw. Propellerflügel (11a), mehrere, in Abständen angeordnete und sn der Innenfläche des Schubrohres be.
    festigte und radial ausgerichtete Leitschaufeln (13) und eine, mit der Propellerwelle gekoppeLte Antriebs maschlne (2) aufweist.
  2. 2. Antrkebsvorrichtung nach Anspruch eins dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel tler Propeller (11) bzw. der Propellerflügel (11a) einen Anstellwinkel von 80 bis @rad aufweisen.
  3. 3. Anttiebsvorrichtung nach Anspruch eins und zwei dadurch gekennzeichnet,daß die Leitschaufeln (13) im Bezug zu den einzelnen Propellern, bzw. Propellerflügeln in Abständen in vom Fachmann bestimmbarer Weise gemäß der geltenden Strömungs- und Propellertheorie im Schubrohr angebracht sind.
  4. 4. Antriebsvorrichtung nach Anspruch eins bis drei dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln (13) mit einem Ende an den Propellerwellenlagern (12) befestigt sind, in denen die Propellerwelle (10) drehbar gelagert ist.
  5. 5. Anttiebsvorrichtung nach Anspruch eins bis vier dadurch gekennzeichnet, daß gemäß einer bevorzugten Ausführungsform im Bereich der Einlaufmündung (7a) ein mehrflüglicher Propeller (11) und gegen das Ende des Schubrohres zu einzelne, ebenfalls auf der Propellerwelle befestigte Propellerflügel (11a) angeordnet sind, die vorsotit ~ einander angeordnet sind.
  6. 6. Antriebsvorrichtung nach Anspruch eins bis fünf dadurch gekennzeichnet, daß an vom Fachmann bestimmbaren Stellen hinter den Pro,pellern bzw. Propellerflügeln im Mantel des Schubrohres Leiitungsanschlüsse vorgesehen sind, die entweder mit der Außenluft ggf. über die Gebläse in.Verbindung stehen.
  7. 7. Antriebsvorrichtung nach Anspruch eins bis fünf dadurch gekennzeichnet, daß an vom Fachmann bestimmbaren Stellen hinter den Propellern bz. Propellerflügeln im Mantel des Schubrohres Leitungsanschlüsse vorgesehen eind, die mit dem Wasser der Umgebung des Schubrohres ggf. über eine Pumpe verbunden sind.
  8. 8. Antriebsvorrichtung nach Anspruch eins, zwei, drei, vier und sieben dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnten Leitungsanschlüsse am Schubrohr ggf. über einen Ejektor und den erfdrderlichen Leitungen mit Anschlüssen verbunden sind, die jeweils in Fahrtrichtung gesehen, hinter den erwähnten Leitungsanschlüssen bzw. im Bereich der Austrittsmündung (7c) am Schubrohr angebracht sind.
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