DE2403359A1 - Wasserstrahlpumpe fuer den antrieb von wasserfahrzeugen - Google Patents

Description

Wasserstrahlpumpe für den Antrieb von Wasserfahrzeugen

Tisinjet S.a.s., di Gajo F. & C, Via SS, Protaso e Gervaso 12, Parabiago (Milano), Italien

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wasserstrahlpumpe für den Antrieb kleiner Motorboote, insbesondere auf Wasserfahrzeuge mit Außenbordmotor.

Es ist bekannt, daß Wasserstrahlpumpen (oder Turbopumpen) in steigendem Umfange für kleine Ifotorboote verwendet-werden,, denn dieser Antriebstyp beseitigt die Gefahren und die ge-. ringe Handlichkeit, die mit der Verwendung der herkömmlichen Schraubenpropeller verbunden ist.

Das physikalische Grundprinzip, bei dem eine Wasserstrahlpumpe als Antriebsmittel durch einen üblichen Innenverbrennungsmotor angetrieben wird, arbeitet nach dem Antriebsübertragungsprinzip.

Tatsächlich betreibt ein Außenbordmotor den Pumpenpropeller, der mit hohem Druck einen beträchtlichen Wasserdurchfluß durch eine Auslaßdüse bewirkt. In der Düse wird-das Wasser einer starken Beschleunigung unterworfen und die sich er- .. gebende Druckreaktion treibt das Boot in eine Richtung, die dem ausgestoßenen Wasserstrahl entgegengesetzt ist·

Obwohl das Arbeitsprinzip so einfach ist, bestehen zahlreiche technische Probleme,-.wenn man in der Praxis solche Wasserstrahlpumpen in Betrieb nimmt.

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Beispielsweise wirken die WasserZuflüsse zum Speisen der vorstehend genannten Pumpin, soweit sie dafür ausgelegt sind, belastend und sind dadurch-gekennzeichnet,-daß. sie bis zu einer bemerkbaren Tiefe unter den Körper eines Wasserfahrzeuges reichen. Weiterhin, sind,' um große Wassermengen transportieren zu können, diese Wasserzuflüsse mit einem großen Frontabschnitt versehen.

Diese Tatsachen, die ganz im Gegensatz zu der stromlinienförmigen Gestaltung der modernen Wasserfahrzeuge stehen, ergeben, eine ernsthafte Begrenzung . in Bezug auf die maximale Geschwindigkeit der Motorboote, clie solche Wassereinspeisungen besitzen und die weiter ihre Verwendung in einem seichten Wasser verhindern.

Ein weiterer Nachteil, hauptsächlich aufgrund des großen Frontalabschnittes für die-Wassereinspeisung besteht in dem Ansaugen von schwimmenden Abfällen verschiedener Herkunft, was zu verschiedenen Beschädigungen des Pumpenpropellers und der Antriebsmaschine führt.

Im allgemeinen ist der am meisten auffallende Nachteil der Motore der bisher bekannten Art in der unbefriedigenden Übertragung von Motorkraft zur Antriebskraft zu suchen.

Beispielsweise entwickeln Wasserstrahlpumpen hohe Drucke durch.Reduktion des Wasservolumens, welches abgeführt wird. In diesem Fall wird eine zufriedenstellende Geschwindigkeit erhalten, aber im Gegensatz hierzu ist die Tragefähigkeitskapazität gering.

Andere Nachteile und Mängel der bisher bekannten. Pumpen für die Verwendung als Antriebsvorrichtung für kleine Motorboote

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beziehen sich auf die Wende- oder Umsteuervorrichtung, die schwierig und schlecht funktionier end-, ist und auf den Verlust an Antriebskraft der Pumpe aufgrund der ständigen Verschlechterung ihres Antriebs und des Kühlungs syst ems der Innenver=· brennungsmaschine. Ea ist daher eine Aufgabe der-vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Turbopumpe für kleine Wasserfahrzeuge zur Verfügung zu stellen, die eine Wassereinspeisungsvorrichtung mit einer verminderten Durchtrittstiefe aufweist und trotzdem den notwendigen Wasserdurchfluß sicherstellt, selbst wenn das Wasserfahrzeug eine hohe Geschwindigkeit erreicht.

Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es,, ein Kühlungssystem für die Maschine zur Verfügung zu. stellen,, welches einen Teil des gepumpten Wassers verwendet bei der Behandlung desselben, um mögliche Verunreinigungen und schädliche Abscheidungen zu vermeiden.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, für den Antrieb ..eines Wasserfahrzeuges eine Turbopumpe zur Verfügung zu stellen, die einen axialen Rotor mit zentrifugaler Wirkung besitzt und hohe Geschwindigkeitswerte und eine gute Ladekapazität (Nutzlast) des Motorbootes ermöglicht.

Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Wasserstrahlpumpe zur Verfügung_zu stellen, die eine wirksame, handliche und funktionierende Umsteuerungsvorrichtung aufweist.

Die Turbopumpe für Außenbordmotorboote der Erfindung ist. dadurch gekennzeichnet, daß sie ein abgeschrägtes Gehäuse, welches eine innere-Kammer. aufweist, besitzt, einen auf eine Rotationsachse aufgebrachten axialen 2entrifugalrotor angeordnet enthält und ein Hauptteil des Eotors in dem Gehäuse

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darin rotierbar untergebracht ist; einen Anschlußabschnitt, der an der Innenseite des Gehäuses befestigt ist und beide mit dem Rotorauslaß verbindet und einer konvergenten Düse, die in einem rechten Winkel mit der Rotorachse angeordnet ist; und einer Wassereinspeisungsvorrichtung, die am Ende des Gehäuses gegenüber der Düse angeordnet, ist. Die Wassereinspeisungsvorrichtung bildet eine Einströmungsfläche, die eine Fortsetzung des Bootskörpers bildet_und in Verbindung mit dem Rotoreinlaß steht, um. die Pumpe mit Wasser zu speisen, wenn das Motorboot bei der Bewegung mit seinem Boden in Kontakt mit der Wasseroberfläche ist.

Weitere Ziele und Ausbildungen der vorliegenden. Erfindung werden nun genauer, unter Bezugnahme auf eine--bev.orzugte Ausführungsform, die als ein nicht einschränkendes Beispiel in den beigefügten Zeichnungen dargestellt ist, erläutert.

Fig. 1 stellt eine Teilansicht eines Wasserfahrzeuges mit einem Außenbordmotor gemäß der Erfindung mit einer Turbopumpe dar.

Fig. 2 bedeutet eine Seitenansicht, teilweise im Querschnitt, der. in Fig. I dargestellten Turbopumpe der Erfindung mit einem Teil der Umsteuerbewegung.

Fig. 3 ist eine Ansicht eines axial-zentrifugalen Rotors, der als Antrieb in der Turbopumpe dieser Erfindung verwendet wird.

Fig. 4 ist eine Draufsicht, vom Boden aus gesehen,, und zeigt die Wassereinspeisungsvorrichtung einer Turbopumpe gemäß der Erfindung.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 ist ein Außenbordmotor 1 mit dem Körper 2 eines Wasserfahrzeuges in bekannter Weise mittels der

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Verbindungen 3 befestigt. Die Turbopumpe, allgemein mit Ziffer 4 bezeichnet, ist an den Außenbordmotor 1 mit Hilfe von Schraubbolzen 5 befestigt.

Die Wassereinspeisungsvorrichtung weist, die Ziff ern_7 und 15, beziehungsweise 16 auf und zeigt die Wasserlinie in einer stationären. Situation bei der. Maximalgeschwindigkeit des Wasserfahrzeuges. In beiden Fällen ist die Antriebsdüse 14 oberhalb der Wasserlinie und dies ist eine notwendige Bedingung für das wirksame Arbeiten der Turbopumpe.

Die Wassereinspeisungsvorrichtung 7 besitzt an ihrem äußeren Endabschnitt einen Rost 1Ö, aus. Metallstreifen-gebildet, die sorgfältig im Abstand zueinander stehen und gleichzeitig parallel zueinander angeordnet sind wie auch in~Bezug-auf die Bewegungsrichtung.. (Fig. 4). Der Rost..i8 verhindert das Einschwemmen und Sammeln .von_möglicherweise- im Wasser, umherschwimmenden Abfällen, welche den Turbopumpenr.otor beschädigen könnten.

Das Außenende der Wassereinspeisungs^orrichtung 7 ist so gebogen, daß es einen spitzen Winkel mit. der Wasseroberfläche bildet, denn dadurch-wurde.die Aufnahmefähigkeit bei hoher Geschwindigkeit verbessert.

Wie schon ausgeführt worden ist, basiert die Arbeit der Turbopumpe gemäß der Erfindung auf der Übertragung-auf das System aus Bootskörper-,. Motor und Pumpe und das Wasser volumen,-welches in jedem Augenblick durch die Kammer der Turbopumpe fließt. Gemäß diesem Prinzip ist-es ersichtlich,' daß es aus= reichend ist, die Kuppe 17 in die Stellung B zu_bringen, die an der Auslaßantriebsdüse 14 eingehängt ist, wie dies in Fig.. 2 dargestellt ist, um. die entgegengesetzte Bewegung des Wasserfahrzeuges zu erhalten.

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Fig. 2 zeigt die Gestaltung der Kuppe mit-einem Durchlaß 10 an der Vorderseite der Austrittsleitung des Antriebsmotors. Der Durchlaß 10 gestattet den Auspuffgasen des-Motors 1, direkt nach aussen abzuströmen, selbst wenn die Kuppe sich in der Position B befindet.

Der Rotor 12 ist vom axialen-zentrifugalen Typ_r um zu bewirken, daß die benötigte Pumpe ausreicht, um hohe Geschwindigkeit zu erhalten und die korrekte Einführung des Wassers in den Abschnitt 13 der Wassereinspeisungsvorrichtung 7 sicherzustellen. Es wurde nämlich festgestellt^ daß die ausschließlich bis dahin benutzten Zentrifugalpropeller den_ungewöhn~ liehen Nachteilen der Kavitation unterworfen wurden und dieee so gefährliche. Folgen nach sich zieht, daß sie nicht unberückr· sichtigt bleiben können, wenn man die hohe Zahl der Umdrehungen der gegenwärtigen Außenbordmotore berücksichtigt.

Gemäß einer anderen Ausbildungsform der Bürfindun^ besitzt die Turbopumpe zwischen der Wassereinspeicherungsvorrichtung 7 und..einem spiralförmig ausgebildeten Anschlußabschnitt 13 eine Zwischenkammer 20, die durch Schrauben an der-Wassers einspeicherungsvorrichtung 7 befestigt ist. Eine derartige Zwischenkammer 20, in der der Rotor 12 angebracht ist,-hat eine im wesentlichen abgestumpfte konische Form, die der Außenrotationsoberfläche, die durch den Rotor 12 gebildet wird, entspricht. Die Zwischenkammer 20 ist leicht auswechselbar durch Abtrennung vom Anschlußabschnitt 13 und-der Wassereinspei cherungs vorrichtung 7 durch Abschrauben der Haltebolzen

Der Rotor 12 wird zur Rotation mittels der Welle 24 der Innenverbrennungsmaschine X gebracht und ihre~axiale Stellung innerhalb der Zwischenkammer 20 kann mit Hilfe einer Mehrzahl von Dichtungsscheiben 25 leicht eafcfeJmbar Justiert 'Werden. Daher wird die Abnutzung des Rotors 12 in der Zwischenkammer 20

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durch die entsprechende. Entfernung der Dichtungsscheiben kompensiert und so ist es möglich, um ein konstantes Spiel zwischen Rotor und Kammer zu haben, ohne steigende Kraftverluste zu arbeiten.

Weiterhin ist ein Schlitz 30 zwischen dem Endabschnitt des Rotors-12 und der Gruppe 40, die die bekannten Vorrichtungen für die Einjustierung des Maschinenrotors gestattet, angeordnet, ..wodurch eine Wasserströmung in die Kammer. 41 von der Wassereinspeisungsvorrichtung 7 eintritt. In der Kammer 41 wird das Wasser mit hoher Geschwindigkeit zentrifugiert, . dadurch filtriert und von Verunreinigungen befreit und gleichzeitig für die Kühlung des Motors 1 zur Verfügung gestellt. Die Lagerung 45, die am Schlitz 43 angebracht ist, ist vom viskosen Schmierungstyp und ist mit Dichtungen und Haltevorrichtungen an sich bekannter Art versehen.

Die Formeln, die die Arbeitsweise der. Turbopumpe der vorliegenden Erfindung beschreiben, sind die folgenden:

worin V7P = Wasserkraft

K.. = ein Proportionalitätsfaktor Q = Pumpenkopf in Längseinheiten (wie einer Höhe)

(2) S = K₂QH^H1/2

mit S = Düsenantriebsdruck

Kg = Proportionalitätsfaktor sind.

Die Geschwindigkeit-der Düse 14 und daraus der-Wasserkraft., die geringer als die Geschwindigkeit des austretenden Wassers ist, ist gegeben durch

(3) V₁ = ί "

mit ν.. = Düsengeschwindigkeit

K~ = Proportionalitätsfaktor g = Gravitationsbeschleunigung.

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Aus dem Ausdruck (3) ist ersichtlich, daß die Wasserkraftgeschwindigkeit von der Quadratwurzel des Kpfwertes H abhängig ist.

Jedoch wird für eine gegebene Wasserkraft ein hoher Kopf wert durch Reduzierung des Flusses Q erhalten« Wie durch die- Gleichung 2 gezeigt worden ist, ist unter dieser Bedingung ein niedriger Druck erhältlich.

Eine Zentrifugalpumpe mit gegebenen hohen Werten. von~H und mit niedrigen Werten von Q bringt die höheren Gefahren der. Kavitation. Eine ausschließliche Achaialpumpe gibt keine hohen Geschwindigkeitswerte aufgrund des kleinen erhältlichen Druckes.

Ea ist daher ersichtlich, welches-die Vorteile bei der Verwendung einer axialen zentrifugalen Durchflußpumpe sind.

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Claims (1)

1. Patentansprüche:

   iasserstrahlpumpe für den Antrieb kleiner Motorboote, ^-^dadurch gekennzeichnet., daß sie ein sich verjüngendes Gehäuse besitzt, welches einen Innenraum umgrenzt, einen axial-zentrifugalen Rotor aufweist, der auf einer Rotations-.achse angebracht .ist und mit einer Innenverbrennungsmaschine angetrieben, ist und ein Hauptteil des Rotors in dem Innenraum untergebracht ist, um darin zu rotieren, einen Anschlußabschnitt aufweist,, der an der Innenseite des Gehäuses befestigt ist und., beide mit dem Rotorauslaß und einer konvergenten Düse verbindet, die im wesentlichen in einem rechten Winkel mit der Rotorachse angeordnet- ist und eine Wassereinlaßicorrichtung-aufweist, die am Ende des Gehäuses, gegenüber der Düse angeordnet ist und eine Ansaugfläche bildet, die im wesentlichen eine Fortsetzung des Bootsbodens darstellt und die Wassereinlaß vorrichtung in Verbindung mit dem Rotoreinlaß zum Speisen der Pumpe mit Wasser steht, wenn das Motorboot in Bewegung mit seinem Boden in Kontakt mit einer Wasseroberfläche steht.

   2, Wasserstrahlpumpe nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet, daß das Verbindungsstück spiralförmig ausgebildet ist., um das Wasser vom Rotor zu sammeln und es zur Düse zu überführen

   3. Wasserstrahlpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wassereinlaßvorrichtung mit einem Rost versehen ist, der an der Einlaßoberfläche angeordnet ist, um den Eintritt

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   von Gegenständen, die größer als eine gegebene Garen* sind,, am Eintritt in die Vorrichtung zu hindern.

   4. Wasserstrahlpumpe nach Beispiel 1, dadurch gekennzeichnet, daß diese noch einen Umsteuerkugelabschnitt aufweist, der an der Düse zum Ausströmen des Wassers eingehängt ist und wobei der Umsteuerkugelabschnitt eine Öffnung vorn vor der Auspuffleitung der Innenverbrennungsmaschine aufweist»

   5. Wasserstrahlpumpe gemäß Anspruch 1_r dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor an einer-Antriebswelle angebracht ist, an der eine Mehrzahl von entfernbaren Dichtungsringen coaxial angebracht sind.

   6. Wasserstrahlpumpe gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer eine sich verjüngende konische Ausbildung aufweist, die der äußeren Rotationsoberfläche entspricht, die durch den Rotor gebildet wird.

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