DE2236669A1 - Verfahren zur beschleunigung des treibwassers in der duese eines wasser-strahltriebwerkes - Google Patents

Description

• Verfahren zur Beschleunigung des Treibwassers in der Düse eines Wasser-Strahltriebwerkes Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Beschleunigung des Treibwassers in der Düse eines Wasser-Strahitriebwerkes mit Hilfe eines, in das Triebwerk eingeleiteten Treibmittels. Das Verfahren ist sowohl zur Verbesserung der Arbeitsweise und zur Minderung der Lärmentwioklung bekannter Triebwerksausführungen anwendbar, als auch zur Konzeption eines neuartigen Triebwerkes.
• Versuche mit Triebwerken, bei denen dem Treibwasseretrom zu dessen Beschleunigung ein heißes Druckgas intormittierend zugeführt wird, haben gezeigt, daß die Funktionsfähigkeit derartiger Triebwerke nur in beschränktem Umfange möglich ist. Bei hohem Gasdruck schießt das Gas unter groDer Lärmentwicklung durch den Wasserstrom hindurch, ohne ihn wesentlich zu beschleunigen, weil eine unsymmetrische Druckgaszufuhr vorliegt, die diesen Vorgang begünstigt. Eine innige Vermischung des Gases mit dem Wasser muß vermieden werden, damit das heiße Treibgas möglichst wenig abgekühlt wird. (Siehe Schwechhetmer "Jahrbuch der Schiffbautechnischen Gesellschaft" Verlag Springer, 54. Band/1960, Seite 218 bis 221 und Seite 229 bis 230; 55. Band/1961, Seite 319 bis 32Q; 62. Band/1968, Seite 25 bis 26 und Seite 255 bis 256).
• Eine weitere bekannte Version für ein mit mechanischen Mitteln intermittierend arbeitendes Triebwerk besteht darin, durch ein doppelt wirkendes Pumpenelement bei Vor- und Rückhub sineb Dttsenkolbens Schub zu erzeugen.
• Auch in diesem Falle der Verwendung des Dilsenkolbenprinzips erfolgt die Wasserbeschleunigung unter großer Lärmentwicklung. (Endr@s, "Jahrbuch der Schiffbautechnischen Gesellschaft", Verlag Springer, 63.Band/1969, Seite 303 bis 318).
• Eine andere bekannte Ausführngsform von Strahl triebwerken, nämlich die mit stetiger Arbeitsweise nach dem Prinzip des Staustrahls (DBP 955 030), läßt eine Energiezufuhr nur nach erfolgtem Druckaufbau zu, bedingt aber eine Verzögerung des Wassers.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für ein Triebwerk, insbesondere zum Antrieb kleinerer oder mittlerer Bootseinheiten, bei denen ein nur relatis kurzzeitiger Betrieb erforderlich ist, die genannten Mängel - zu beseitigen.
• Diese Aufgabe ist für ein Triebwerk der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß einem in der Düse stetig strömenden Treibwasserstrom ein Druckgas mit wesentlich niedrigerer Temperatur als das Wasser und mit nur geringem Überdruck zugeführt wird, wobei gemäß einer Weiterbildung der Erfindung das Gas im verflüssigen Zustand seite n. Es kann bei diesem Verfahren sowohl die Staustrahl- als auch die Gleichdruck-Ausführung von Triebwerken verwirklicht werden. Bei einem intermittierend arbeitenden Schubrohr ist das Vorhandensein einer geschlossenen Trennwand zwischen Wasser und Gas notwendig, damit die Brenngase nicht stark abkUhlen und sich dadurch im Volumen erheblich verringern, während sich gleichzeitig durch Druckabnahme in der Entspannungssrecke das Druckgas-Volumen vergrößert. Das hierzu notwendige Stabilisieren der Gas/Wasser-Front ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht erforderlich, vielmehr wird eine intensive Mischung der beiden Medien erreicht. Ein erfindungsgemäß nur mit geringem Überdruck und mit sehr niedriger Temperatur dem Wasser zugeführtes Gas vergrößert in erheblichem Maße ständig durch Wärmeaustausch mit dem Wasser sein Volumen' und beschleunigt den Treibwasserstrom durch diese Volumenvergrößerung, wobei die Wirkung durch die innige Mischung mit dem Treibwasser wesentlich gesteigert wird. Die intensive Mischung vermeidet die Bildung von größeren Gas-Volumina und damit gleichzeitig das Uindurchschießen derselben durch das Wasser, ohne einen fleschleunigungsvorgang des Wassers durchzuführen. Durch die Unterkühlungstemperatur, den Druck und die Menge des Treibmittels wird die Beschleunigung des Wassers reguliert.
• Gemäß einer lrelterbildung des Vorfahrens wird der Treibwasserstrom zusätzlich (z. B. durch elektrische Aufheizung) erwärmt, wodurch eine weitero Volumenvergrößerung und damit eine erhöhte Beschleunigung erreicht wird.
• Ein mit dem Verfahren arbeitondes Wasser-Strahltriebwerk ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß am Innenmantel der Düse und/oder an einem in die Düse ragenden Verdrängungskörper im Bereich gleichen oder zunehmenden Strömungsquerschnitts eine Vielzahl von stetig steuerbaren Austrittsöffnungen für ein Gas niedriger Temperatur vorgesellen sind, wobei gegenüber und/oder hinter den Gasaustrittsöffnungen die Ileizungseinrichtungen angeordnet sein können.
• In einer speziellen Weiterbildung der Erfindung ist die Einlaßöffnung des Triebwerkes ringspaltförmig ausgebildet und umgibt einen, sich in Richtung der Auslaßöffnung der Düse verjüngenden Verdrangungskörper, der im Bereich seines kleinsten Querschnittes konzentrisch von einer sich konisch in gleiche Richtung verjüngenden Blende an der Innenwandung der Düse umgeben ist, wobei beide als wärmeisolierte Behälter ausgebildet und mit Gasaustrittsöffnungen versehen sind, welche stetig steuerbar sind.
• Weitere Einzelheiten zum Verfahren und dessen Durchführung sind nachfolgend anhand der Zeichnung näher beschrieben: Die Figur 1 zeigt in schematisch vereinfachter Darstellung einen Längsschnitt durch ein Triebwerk mit einer Einrichtung zur Beschleunigung des Wasserstrahls; die Figur 2 einen Querschnitt durch dieses Triebwerk längs der Linie I-I.
• Das Triebwerk 1 weist eine Düse 2, 3 und 4 mit einem ringspaltförmigen Einlaß 2, einem sich konisch verjüngenden Abschnitt 3 und einen Abschnitt gleichbleibenden Querschnitts 4 auf. Richtungspfeile B (Einlaß) und A (Auslaß) zeigen die Durchflußrichtung des Triebwerkes 1 an. In besagte Düse 2, 3 und 4 ragt einlaßseitig ein sich konisch verjüngender Verdrängungskörper 5 aus wärmeisolierendem Material, der einen Behälter 6 für Druckgas bildet und der mit einer Vielzahl von Gasaustrittsöffnungn 7 versehen isto Diese Gasaustrittsöffnungen 7 sind mit Hilfe eines Steuerschiebers 8 stetig steuerbar, der von hydraulisch, pneumatisch oder elektromagnetisch betätigten Antriebseinrichtungen 9 und 10 betätigt wird. Die obere Hälfte der Figur zeigt den Steuerschieber 8 in geschlossenem Zustand, während der Schieber 8 in der unteren Elfte der Darstellung im offenen Zustand gezeigt ist.
• Der Verdrängungakörper 5 ist im Bereich seines kleinsten Querschnitten von einer sich konisch verjüngenden Blende 12 umgeben, die weitere Gasaustrittsöffnungsn 1 aufweist. Die ebenfalls aus wärmeisolierendem Material gefertigte Blende 12 ist in Form eines Behälters 13 gestaltet, der an der Innenwandung 14 der Düse 2, 3 und 4 befestigt ist. Beim Verdrüngungskörper sind die Gasaustrittsöffnungen 11 der Blende mittels eines weiteren Steuerschiobers 15 und einer entsprechenden weiteren Antriebseinrichtung 16 stetig regelbar.
• Die beiden Behälter 6 und 13 können als Druckgasbehälter für ein Gas mit niedriger Temperatur oder ein verflüssigtes Gas ausgebildet sein und hierzu mit den zur Vereinfachung der Zeichnung weggelassenen bekannten Einrichtungen solcher Behälter versehen aein oder aber sie sind an einen derartigen Behälter über ein Ventil angeschlossen.
• Das dem Treibwasserstrom mit geringem Uberdruok und niedriger Temperatur zugeführte Gas wird im wesentlichen durch das erheblich wärmere Wasser erwärmt. Eine zusätzliche Erwärmung und damit Volumenvergrößerung des Gases ist dadurch erreicht, daß gegenüber den Gasaustrittsöffnungen 7 und 11 und/oder nach diesen Öffnungen im Treibwasserstrom die Heizungseinrichtungen 17, 18 und 19 vorgesehen sind. Diese Beheizungseinrichtungen 17 bis 19 können, wie dargestellt, als elektrisch beheizte Einrichtung.n oder als Einrichtungen, die mit einem Heißgas betrieben werden, ausgebildet sein.
• Das beschriebene Verfahren kann, wie dargestellt, an einem selbständigen Triebwerk, das nach Art eines Staustrahltriebwerkes oder nach angenähertem Gleichdruckverfahren arbeitet, realisiert sein bzw. zur Leistungssteigerung in analoger Weise bei Strahltriebwerkon beliebiger Ausführungsforin zur Anwendung kommen.
• - PatentansprUche -

Claims (5)

1. P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Verfahren zur Beschleunigung des Treibwassers in der Düse eines Wasser-Strahltriebwerkes, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , däß einem in der Düse stetig strömenden Treibwasserstrom ein Druckgas mit wesentlich niedrigerer Temperatur als das Wasser und mit nur geringem mJerdruck zugeführt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß ein verflüssigtes Gas zugeführt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Treibwasserstrom erwärmt wird.
4. 4. Wasserstrahltriebwerk mit dem Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß am Innenmantel der Düse und/oder an einem in die Düse ragenden Verdrängungskörper 5 im Bereich gleichen oder zunehmenden Strömungsdruckes 3 eine Vielzahl von stetig steuerbaren Austrittsöffnungen 7 und 11 für ein Gas niedriger Temperatur vorgesehen sind.
5. 5. Wasserstrahltriebwerk nach Anspruch 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß gegenüber und/oder nach den Gasaustrittsöffnungen 7 und 11 Beheizungseinrichtungen 17, 18 und 19 angeordnet sind.

   @. Wasserstrahltriebwerk nach Anspruch 4 odor 5, dadurch g e k e n n z e i c ii n o t , das die Einlaßöffnung 2 dos Triebwerkes 1 ringspaltförmig einen sich in Richtung der Auslaßöffnung dor Düse 2, 3 und 4 verjüngenden Verdrängungskörper 5 umgibt, der im Bereich seines kleinsten stuerschnittes konzentrisch von einer eich konisch in gleicher Richtung verjüngenden Blende 12 an der Innenwand 14 der Düse 2, 3 und 4 umgeben ist, die beide als wärmeisolierte Behälter 6 und 13 ausge bildet und mit Gasaustrittsöffnungon 7 und 11 versehen sind, welche stetig steuerbar sind.