DE2647296C3 - Hydrodynamischer Strahlantrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen hydrodynamischen Strahlantrieb, insbesondere Wasserstrahlantrieb, weleher nach dem Prinzip einer direkten Verdrängung der Betriebsflüssigkeit, insbesondere Wasser, aus Hubräumen mittels darin expandierenden Treibgases arbeitet.

Es sind Wasserstrahlantriebe bekannt, die ein Arbeitsmedium aus einer Gas-Wasser-Mischphase benutzen. Antriebskonzepte dieser Art haben alld dings zu keinen brauchbaren Ergebnissen geführt, und zwar in erster Linie deshalb, weil die Impulsübertragung von Gas auf Wasser nur zum Teil möglich ist und bei hohen Anströmgeschwindigkeiten des Gases die Wasseroberfläche desintegriert. Letztgenannte Desintegration hat das Entstehen eines Aerosols bzw. Schaumes mit großer freier Wasseroberfläche zum Resultat, was den Wärmeübergang vom Gas aufs Wasser begünstigt und somit keinen brauchbaren thermischen Wirkungsgrad zuläßt.

Leistungsfähiger sind '.1Ji bekannten Wasserstrahlantriebe eingangs genannter Gattung, die sich die Inkompressibilität und relativ hohe Dichte des Wassers zunutze machen. Als nachteilig wird allerdings empfun ■ den, daß sie allesamt von Klappen bzw. Ventilen zum intermittierenden Einleiten von Wasser und Arbeitsgas ins Hubrauminnere Gebrauch machen. Dies bringt nämlich einen hohen Wassergeräuschpegel mit sich. Außerdem treten bei solch einer pulsierenden Betriebsweise harte Stöße innerhalb des Antriebes auf, die dessen Lebensdauer wesentlich verkürzen. Schließlich erfährt auch der Wirkungsgrad durch den zeitlich aufeinanderfolgenden Wasser- und Arbeitsgaseinlaß ins Hubrauminnere eine merkliche Beeinträchtigung.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen im Aufbau einfachen und vielseitig verwendbaren Strahlantrieb eingangs genannter Gattung zu entwicklen, der sich durch einen geräuscharmen und stoßfreien, kontinuierlichen Betrieb auszeichnet

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch zwei koaxiale, relativ zueinander drehbare Rotationskörper, von denen der eine einen Kranz an beiden Enden offen ausgebildeter, gleichartiger Hubräume aufweist deren Öffnungen an den in Verdrängungsrichtung gesehen vorderen Enden sowohl als Flüssigkeitseinlässe als auch als Treibgaseinlässe dienen, und der andere einen Drehschieber mit in Umfangsrichtung wechselweise aufeinanderfolgenden Sperrzonen und Auslässen von Zufuhrkanälen zum Steuern der Hubraumeinlässe darstellt wobei die Zufuhrkanäle mit ihren Einlassen abwechselnd in einem Strömungsweg für Treibgas aus einem Gasgenerator bzw. in enem Strömungsweg für Betriebsflüssigkeit angeordnet sind, die Sperrzonen zwischen ihren Auslässen abwechselnd eine Ausbildung als Gassperrzone bzw. Flüssigkeitssperrzone aufweisen, der Auslaß eines jeden Zufuhrkanals für Treibgas ebenso wie jede Flüssigkeitssperrzone eine Umfangserstreckung besitzt die derjenigen eines Hubraumeinlasses entspricht, die Umfangserstreckung eines jeden Flüssigkeitskanalauslasses ebenso wie diejenige der Gassperrzone bzw. -Sperrzonen jeweils ein ganzzahliges Vielfaches der Umfangserstreckung eine- Hubraumeinlasses beträgt und die Zufuhrkanäle für Treibgas und/oder die Zufuhrkanäle für Betriebsflüssigkeit zu ihren Auslassen hin einen auf die Raumlage der Hubräume derart abgestimmten Verlauf aufweisen, daß im Betrieb zwischen Hubraumkranz und Drehschieber ein Drehmoment entsteht.

Die erfindungsgemäß ergriffenen Maßnahmen lassen sich ohne großen Aufwand verwirklichen. Sie haben einen Strahlantrieb zum Resultat, der — wie weiter unten noch näher erläutert werden wird — sowohl als Wasserwirbel-Rücks%oßantrieb als auch als Wasserhelix-Rückstoßantrieb fungieren und mit einfachen Mitteln auch zu einem Wasserwirbel-Motor oder einem Wasserhelix-Motor abgewandelt v/erden kann. Wesentlich ist bei ihm, daß die Einleitung von Treibgas und Betriebsflüssigkeit gleichzeitig und gleichmaßig, also ohne Unterbrechungen vor sich geht, was einen stoßfreien kontinuierlichen Betrieb zur positiven Folge hat. Außerdem ist rs ein leichtes, beim erfindungsgemäßen Strahlantrieb eine Phasentrennung zwischen der beschleunigten Betriebsflüssigkeit und den Abgasen herbeizuführen. Seine Arbeitsweise ist wie folgt: Das Treibgas tritt aus dem Gasgenerator in den oder die dafür vorgesehenen Zufuhrkanäle des Drehschiebers ein. Von dort strömt £« in den jeweils gegenüberstehenden, mit Betriebsflüssigkeit bereits angefüllten Hubraum hinein. Die Betriebsflüssigkeit wird hierdurch zum Teil aus dem betrachteten Hubraum herausgedrückt. Das

Di ehmoment, das dabei aus bereits genannten Gründen zwischen Drehschieber und Hubraumkranz entsteht, bewirkt folgendes: Der Auslaß des bzw. eines jeden Zufuhrkanals für Treibgas wird mit dem Einlaß des in Drehrichtung jeweils nachfolgenden Hubraumes zur Deckung gebracht, der zuvor über den dem betrachteten Zufuhrkanal für Treibgas am Drehschieber in Drehrichtung jeweils vorauseilenden Zufuhrkanal für Betriebsflüssigkeit mit lezterer gefüllt wurde. Zugleich wird der vorhergehende Hubraum durch die ihm nunmehr gegenüberliegende Gasperrzone von einer weiteren Treibgaszufuhr abgeschnitten. Das darin bereits befindliche Treibgas kann sich aufgrund der für besagte Gassperrzone gewählten Umfangserstreckung entsprechend lang mit gutem Wirkungsgrad arbeitsleitend entspannen. Anschließend kommt es dann wieder zu einer erneuten Füllung des betrachteten Hubraumes mit Betriebsflüssigkeit über den zu diesem Zweck der betreffenden Gassperrzone in Drehrichtung nachgeordneten Zufuhrkanal des Drehschiebers. Die zwischen dem Auslaß eines Zufuhrkanals letzterwähnter Zweckbestimmung und dem Auslaß des in Drehrichtung jeweils nachgeordneten Zufuhrkanals für Treibgas belassene Flüssigkeitssperrzone unterbindet dabei aufgrund ihrer speziellen Umfangserstreckung in jedem Fall ein Überströmen von Treibgas aus letztgenanntem Zufuhrkanal in den erstgenanntem Zufuhrkanal gegenüberliegenden Hubraum. Bezüglich der vorstehenden Vorgänge ist noch zu sagen, daß diese beliebig oft und kontinuierlich wiederholbar sind.

In Ausgestaltung der Erfindung ist der Drehschieber konzentrisch im Hubraumkranz angeordnet, wobei die Sperrzonen und Auslässe der Zufuhrkanäle am Schieberaußenmantel liegen, der Hubraumkranz zwei unter Belassung eines axialen Abstands parallel zueinander angeordnete Stirnwände aufweist und der Ringraum zwischen diesen Stirnwänden zur Bildung gleichartiger Hubräume mit am Kranzinnenmantel liegenden Einlassen und am Kranzaußenmantel liegenden Auslassen durch Querwände unterteilt ist. Wird außerdem dafür Sorge getragen, daß der bzw. die Zufuhrkanäle für

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Betriebsflüssigkeit zum Kanalauslaß hin einen gegenüber den Querwänden des Hubraumkranzes in Umfangsrichtung geneigten Verlauf aufweisen oder zusammen mit besagten Querwänden gegenüber der Radialrichtung in Umfangsrichtung um einen Winkel λ geneigt sind, ist das Ergebnis ein leistungsfähiger Wasserwirbel-Rückstoßantrieb.

Bei einer besonders einfachen Variante dieses Wasserwirbel-F.äckstoßantriebes besitzt der Drehschieber je einen Zufuhrkanal für Treibgas und Betriebsflüssigkeit Der Schub wirkt dann radial, und zwar jeweils nur in eine Richtung, ohne daß im betreffenden Rückstoßstrahl eine Phasentrennung stattfindet

Wird dagegen von einem Drehschieber in Rede stehender Art Gebrauch gemacht, der mehrere Zufuhrkanäle für Treibgas und eine entsprechende Anzahl Zurfuhrkanäle für Betriebsflüssigkeit aufweist liegt ein Wasserwirbel-Rückstoßantrieb in einer gleichzeitig mehrere, über den Hubraumkranzumfang verteilte Rückstoßstrahlen radialer Wirkungsrichtung liefernden Ausführungsform vor. Besagte Rückstoßstrahlen lassen sich durch Anordnung einer entsprechenden Einrichtung am Außenumfang des Hubraumkranzes ohne weiteres zusammenfassen und gemeinsam in die jeweils gewünschte Schubrichtung umlenken. Wird Wert auf eine axiale Schuberzeugung gelegt, kommt als Umlenkeinrichtung u. a. ein Kranz von Umlenkschaufeln in Frage, die aufgrund ihrer Formgebung für eine axial nach hinten gerichtete Umlenkung des mehrfachen Rückstoßstrahles sorgen. Es empfiehlt sich, dem Kranz ϊ Umlenkschaufeln ein sich konisch verjüngendes Flüssigkeitsleitrohr koaxial nachzuordnen, und zwar zum Zweck einer Bündelung des mehrfachen Rückstoßstrahles nach erfolgter Umlenkung. Für die Phasentrennung in letzterem bieten sich zwei Möglichkeiten an. Weisi

ίο das Flüssigkeitsleitrohr im Zentrum ein Auspuffrohr gleicher Längserstreckung auf, sind es die Abgase, die den Kern des gebündelten Rückstoßstrahles bilden. Sol dagegen die beschleunigte Betriebsflüssigkeit den Kerr des gebündelten Rückstoßstrahles bilden, brauehl

υ lediglich dafür gesorgt zu werden, daß das Flüssigkeitsleitrohr konzentrisch in einem Abgasleitrohr angeord net ist und im peripheren Bereich mehrere zurr Abgasleitrohr führende Auspuffrohre gleicher Längser Streckung aufweist.

Die vorbeschriebenen Wasserwirbel-Rückstoßantrie be können mit

stehendem Drehschieber und rotierendem Hubraumkranz,
rotierendem Drehschieber und stehendem Hubraum

2ϊ kranz

oder mit rotierendem Drehschieber und rotierender Hubraumkranz

ausgeiührt werden, wobei im letztgenannten FaI Versionen mit einer Antriebsverbindung zwischer

)" Hubraumkranz und Drehschieber neben Versionci ohne solch eine Antriebsverbindung zwischen der genannten Bauteilen in Betracht kommen.

Welche dieser möglichen Ausführungen schließlicl zur Anwendung gelangt, hängt von der jeweiliger

ü Aufgabenstellung ab.

Wasserwirbel-Rückstoßantriebe vorbeschriebener Aufbaues lassen sich durch relativ einfache konstruktive Maßnahmen in einen Wasserwirbel-Motor umwandeln Es braucht beispielsweise lediglich dafür gesorgt zi werden, daß bei feststehendem Drehschieber derr rotierenden Hubraumkranz, bei feststehendem Hub· paiimlfran7 H*»m rnliArpnHpn Ori=hci*hif»hi»r nnH hp

rotierendem Drehschieber und rotierendem Hubraumkranz einem der beiden Bauteile eine Vorrichtung zui Drehmomentauskopplung zugeordnet ist, wobei es sich bei Zuordnung letztgenannter Vorrichtung zum rotierenden Hubraumkranz empfiehlt, dessen Querwände als Turbinenschaufeln auszubilden. Statt dessen kann zui Erzielung des gleichen Ergebnisses dem Hubraumkrana aber auch eine Turbine mit einer Vorrichtung zui Drehmoment-Auskopplung nachgeschaltet werutn. Da bei kommt sowohl eine Radialturbine als auch eine Axialturbine in Betracht Im Fall einer Radialturbine kommt diese zweckmäßigerweise konzentrisch um der Hubraumkranz zur Anordnung. Wird auf eine Axialtur bine zurückgegriffen, empfiehlt es sich, diese in Flüssigkeitsleitrohr dem bereits an anderer Stelle erwähnten Kranz von Umlenkschaufeln unmittelbai nachzuordnen.

In Weiterbildung der Erfindung sind Drehschiebei und Hubraumkranz in Rotationsachsrichtung hinterein ander angeordnet wobei die Sperrzonen und Auslass« der Zufuhrkanäle auf der dem Hubraumkranz züge wandten Schieberstirnseite in einem den gleichet Innen- und Außendurchmesser wie der Hubraumkran: aufweisenden Kreisring liegen, der Hubraumkran: radial außen und/oder radial innen eine im Querschnit kreiszylindrische Begrenzungswand aufweist und an

Umfang der letzteren zur Bildung gleichartiger Hubräume mit auf der schiebernahen Kranzstirnseite befindlichen Einlassen und auf der schieberfernen Kranzstirnseite befindlichen Auslassen Querwände angebracht sind. Wird außerdem beispielsweise dafür ', Sorge getragen, daß der bzw. die Zufuhrkanäle für Trp;'.5gas und/oder der bzw. die Zufuhrkanäle für Betriebsflüssigkeit auslaßseitig axial verlaufen und die Querwände des Hubraumkranzes um einen Schrägungswinkel β schräg gegen die Kranzlängsarbse stehen oder in .Schneckenform aufweisen, ist das Ergebnis ein Rückstoßantrieb, der im Unterschied zu den bereits beschriebenen Ausführungsformen anstatt für einen radialen Wirbel für einen sich axial ausdehnenden, aus Treibgas und Betriebsflüssigkeit geschichteten Wirbel, r> el. h.eine Helix zugeschnitten ist.

Weist der Hubraumkranz solch eines Wasserhelix-Rückstoßantriebes auf der Außenseite bzw. Innenseite eine offene Ausbildung auf, ist dem durch eine konzentrische Anordnung desselben in einem bzw. um ?n ein Leitrohr Rechnung zu tragen. Im übrigen gilt auch hier, daß sowohl Ausführungsformen mit stehendem Drehschieber und rotierendem Hubraumkranz oder rotierendem Drehschieber und stehendem Hubraumkranz als auch Ausführungen mit rotierendem Dreh- :=, schieber und rotierendem Hubraumkranz möglich sind, wobei im letztgenannten Fall wiederum Versionen mit einer Antriebsverbindung zwischen Hubraumkranz und Drehschieber neben Versionen ohne derartige Antrhbsverbindung in Betracht kommen. u,

Für bestimmte Anwendungsfälle kann es sich als zweckmäßig erweisen, dem Hubraumkranz vorbeschriebener Wasserhelix-Rückstoßantriebe eine Turbine koaxial nachzuordnen. Geschieht dies, besteht die Möglichkeit, beispielsweise mittels einer Welle oder ü einem Getriebe eine Antriebsverbindung zwischen Drehschieber und Turbine herzustellen, und zwar sowohl bei feststehendem als auch bei gegenüber Drehschieber und Turbine drehbarem Hubraumkranz. Dabei empfiehlt es sich, zur Herabsetzung des Eingangswiderstandes in der Betriebsflüssigkeit und Steigerung der Fiussigkeitsforderieistung im Drehschieber die Zufuhrkanäle beispielsweise nach Art einer Schiffsschraube auszubilden.

Was weiter vorne bezüglich der Umwandlung von Wasserwirbel-Rückstoßantrieben in Wasserwirbel-Motoren ausgeführt wurde, trifft in gleicher Weise für eine Umwandlung der behandelten Wasserhelix-Rückstoßantriebe in Wasserheiix-Motoren zu. Hinsichtlich der Wasserwirbel-Motoren und Wasserheiix-Motoren ist schließlich noch zu bemerken, daß deren Betriebsflüssigkeit mit wirtschaftlich vertretbarem Aufwand auch in einem geschlossenen Kreislauf mit darin stromabwärts der dem Hubraumkranz nachgeschalteten Turbine bzw. des selbst als Turbine ausgebildeten Hubraumkranzes angeordnetem Kühler umgesetzt werden kann.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigt, und zwar in Form von Prinzipskizzen F i g. 1 einen Wasserwirbel-Rückstoßantrieb,
F i g. 2 einen Schnitt entlang der Linie II—11 in F i g. 1,
F i g. 3 bis 5 gegenüber F i g. 1 abgewandelte Wasserwirbel-Rückstoßantriebe;

F i g. 6 einen Wasserwirbel-Motor, &5

F i g. 7 einen gegenüber F i g. 6 abgewandelten Wasserwirbel-Motor,

Fig.8 einen Schnitt entlang der Linie VIH-VIII in F i g. 7.

Fig. 9 einen weiteren gegenüber F i g. 6 und 7 abgewandelten Wasserwirbel-Motor,

F i g. 10 einen Wasserhelix-Rückstoßantrieb,

Fig. Il vom Rückstoßantrieb gem. Fig. 10 den Drehschieber, und zwar vom Hubraumkranz her gesehen,

Fig. 12 vom Rückstoßantrieb gem. Fig. 10 den Hubraumkranz, und zwar vom Drehschieber her gesehen,

Fig. 13 Drehschieber und llubraumkranz des Rückstoßantriebes gem. Fig. 10 in der Draufsicht.

F i g. 14 und 15 weitere gegenüber F i g. 10 abgewandelte Wasserhelix· Rückstoßantriebe,

Fig. 16 einen Wasserhelix-Motor und

Fig. 17 einen weiteren, gegenüber Fig. 16 abgewandelten Wasserhelix-Motor.

Fig. 1 zeigt — wie bereits erwähn! — in Form einer Prinzipskizzr einen Wasserwirbel-Rückstoßantrieb 1. Er besteht im wesentlichen aus einem Gasgenerator 2. einem Drehschieber 3 und einem Hubraumkranz 4. Der Drehschieber 3 ist konzentrisch im Hubraumkranz 4 angeordnet, wobei für Gas- und Wasserdichtheit gesorgt ist. Beide Bauteile 3 und 4 sind relativ zueinander drehbar. Pfeile 5 bzw. 6 kennzeichnen den Strömungsweg des Wassers bzw. Treibgases zum Drehschieber 3. Die Pfeile 7 bzw. 8 geben wieder, wie das Wasser bzw. das Treibgas seinen Weg durch Drehschieber 3 und Hubraumkranz 4 nimmt.

In Fig. 2 sind zur weiteren Verdeutlichung letztgenannter Wege Wasser führende Bereiche 9 jeweils schraffiert und Gas führende Bereiche 10 jeweils punktiert zur Darstellung gelangt. Fig. 2 macht des weiteren deutlich, wie Drehschieber 3 und Hubraumkranz 4 im einzelnen beschaffen sind. Der Drehschieber 3 weist beispielsweise drei Zufuhrkanäle 11 für Wasser und drei Zufuhrkanäle 12 für Treibgas in der aus F i g. 2 ersichtlichen Umfangsverteilung auf. Die Auslässe dei Zufuhrkanäle 11 für Wasser und die Auslässe der Zufuhrkanäle 12 für Treibgas sind dabei in du,-genannten Reihenfolge mit 13 und 14 bezeichnet. Sie liegen allesamt aurcn nussigKeitssperrzonen ta una Gassperrzonen 16 jeweils voneinander getrennt am Schieberaußenmantel 17. Zu den Zufuhrkanälen 12 für Treibgas ist in diesem Zusammenhang noch zu bemerken, daß sie zu ihren Auslässen 14 hin gegenüber der Radialrichtung in Umfangsrichtung um einen Winkel α geneigt sind.

Der Hubraumkranz 4 weist zwei unter Belassung eines axialen Abstands parallel zueinander angeordnete Stirnwände 18 (Fig. 1) auf. Der Ringraum zwischen diesen Stirnwänden 18 ist — wie aus F i g. 2 ersichtlich — zur Bildung gleichartiger Hubräume 19 mit am Kranzinnenmantel liegenden Einlassen 20 und am Kranzaußenmantel liegenden Auslassen 21 durch Querwände 22 unterteilt Deren Verlauf stimmt dabei mit demjenigen der Zufuhrkanäle 12 für Treibgas überein. Dasselbe trifft auch für die der weiteren Hubraumunterteilung dienenden Wände zu, die das Bezugszeichen 23 tragen. Aufgrund dessen entsteht im Betrieb zwischen Drehschieber 3 und Hubraumkranz 4 ein Drehmoment in Pfeilrichtung 24.

Zu den Hubräumen 19 ist noch zu bemerken, daß daran einlaßseitige Umfangserstreckung derjenigen entspricht welche die Auslässe 14 der Zufuhrkanäie 12 für Treibgas sowie die Flüssigkeitssperrzonen 15 jeweils aufweisen. Die Auslässe 13 der Zufuhrkanäle 11 für Wasser und die Gassperrzonen 16 haben dagegen

jeweils eine beispielsweise um den Faklor 3 größere Umfangserstreckung.

In F i g. 3 ist der Hubraumkranz 4 von einem Kranz 25 aus Umlenkschaufeln 26 für eine axial nach hinten gerichtete Umlenkung der RückstoBstrahlen 7 und 8 umgeben.

In Fig. 4 schloßt sich an den Kran/. 25 aus Umlenkschaufeln 26 ein Wasserleitrohr 27 bereits erwähnter Zweckbestimmung koaxial an. Das Wasserleitrohr 27, das sich nach hinten konisch verjüngt, weist im Zentraum ein Auspuffrohr 28 gleicher Längserstrekkung für Abgas auf. Dadurch kommt es in den zusammengefaßten Rückstoßstrahlen 7 und 8 zu einer Phasentrennung, und zwar in der Weise, daß das Abgas 8 den Strahlkern bildet.

In Fig. 5 ist das Wasserleitrohr 27 von einem sich ebenfalls konisch verjüngenden Abgasleitrohr 29 umgeben. Ein weiterer Unterschied zu F i g. 4 besteht darin, daß das Wasscrleitrohr 27 im peripheren Bereich mehrere zum Abgasleitrohr 29 führende Auspuffrohre 30 gleicher Längserstreckung für Abgas aufweist. Dadurch kommt es in den zusammengefaßten Rückstoßstrahlen 7 und 8 ebenfalls zu einer Phasentrennung. Im vorliegenden Fall ist es aber das Wasser 7, das den Strahlkern bildet.

Fig. 6 gibt einen Wassrrwirbel-Motor 31 wieder. Vom Wasserwirbel-Ruckstoßantrieb gem. Fig. I und 2 unterscheidet er sich wie folgt: Die Querwände 22 des Hubraumkranzes 4 sind als Turbinenschaufeln ausgebildet. Des weiteren ist dem Hubraumkranz 4 auf seiner dem Gasgenerator 2 abgewandten Seite eine Vorrichtung zur Drehmomentauskopplung 32 zugeordnet.

F i g. 7 und 8 zeigen einen gegenüber Fig.6 abgewandelten Wasserwirbel-Motor 33. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist dem Hubraumkranz 4 eine Radialturbine 34 mit einer Vorrichtung zur Drehmomentauskopplung 35 nachgeschaltet. Das von den Hubräumen 19 in die Radialturbine 34 einströmende Wasser 9 und Treibgas 10 erfährt darin eine Umlenkung in Pfeilrichtung 36 (F ig. 8).

Fig. 9 gibt einen weiteren Wasserwirbel-Motor 37 wieder. Vom wasserwirbei-Rucksioüanirieb gem. F i g. 5 unterscheidet er sich dadurch, daß im Wasserleitrohr 27 eine Axialturbine 38 mit einer Vorrichtung zur Drehmomentauskopplung 39 koaxial angeordnet ist, und zwar unmittelbar hinter dem Kranz 25 aus Umlenkschaufeln 26.

Fig. 10 stellt — wie bereits erwähnt — in Form einer Prinzipskizze einen Wasserhelix-Rückstoßantrieb 41 dar. Er besteht im wesentlichen aus einem Gasgenerator 42, einem Drehschieber 43 und einem Hubraumkranz 44, der sich vom schiebernahen zum schieberfernen Kranzende hin konisch verjüngt Der Drehschieber 43 ist dem Hubraumkranz 44 auf der Seite des Gasgenerators 42 unmittelbar vorgeordnet, wobei für Gas- und Wasserdichtheit gesorgt ist. Beide letzterwähnten Bauteile 43 und 44 sind relativ zueinander drehbar. Pfeile 45 bzw. 46 kennzeichnen den Strömungsweg des Wassers bzw. Treibgases zum Drehschieber 43. Die Pfeile 47 und 48 geben wieder, wie das Wasser bzw. Treibgas seinen Weg durch Drehschieber 43 und Hubraumkranz 44 nimmt

In den Fig. 11 bis 13 sind zur weiteren Verdeutlichung letztgenannter Wege Wasser führende Bereiche 49 jeweils schraffiert und Gas führende Bereiche 50 jeweils punktiert zur Darstellung gelangt Die Fig. 11 bis 13 machen des weiteren deutlich, wie Drehschieber 43 und Hubraumkranz 44 im einzelnen beschaffen sind.

Der Drehschieber 4.Ϊ weist beispielsweise drei Zufuhrkanäle 51 für Wasser und drei Zufuhrkanäle 52 für Treibgas in der aus F i g. 11 ersichtlichen Umfangsverteilung auf. Die Auslässe der Zufuhrkanäle 51 für Wasser und die Auslässe der Zufuhrkanäle 52 für Treibgas sind dabei in der genannten Reihenfolge mit 53 und 54 bezeichnet. Sie liegen allesamt durch Flüssigkeitssperrzonen 55 und Gassperrzonen 56 jeweils voneinander getrennt auf der dem Hubraumkranz 44 zugewandtem Schieberstirnseite. Zu den Zufuhrkanälen 51 für Wasser und den Zufuhrkanälen 52 für Treibgas ist in diesem Zusammenhang noch zu bemerken, daß sie zu ihren Auslassen 53 und 54 hin aixal verlaufen.

Der Hubraumkranz 44 weist radial außen und/oder radial innen eine im Querschnitt kreiszylindrische Begrenzungswand 57 bzw. 58 auf und ist bei offener Ausbildung auf der Außenseite bzw. Innenseite jeweils konzentrisch in einem Wasserleitrohr 59 bzw. konzentrisch um ein Wasserleitrohr 60 angeordnet. Am Umfang dieser Begrenzungswand bzw. Begrenzungswände 57, 5'8 sind zur Bildung gleichartiger Hubräume 61 mit auf der schiebernahen Kranzstirnseite befindlichen Einlassen 62 und auf der schieberfernen Kranzstirnseite befindlichen Auslässen 63 Querwände 64 angebracht. Besagte Querwände 64 sind beispielsweise als Turbinenschaufeln ausgebildet. Aufgrund dessen entsteht im Betrieb zwischen Drehschieber 43 und Hubraumkranz 44 ein Drehmoment in Pfeilrichtung 65 (Fig. 13). Dies ist auch dann der Fall, wenn die in Rede stehenden Querwände 64 Schneckenform aufweisen oder wie in Fig. 14 um einen Schrägungswinkel β schräg gegen die Kranzlängsachse stehen.

Zu den Hubräumen 61 ist noch zu bemerken, daß deren einlaßseitige Umfangserstreckung derjenigen entspricht, welche die Auslässe 54 der Zufuhrkanäle 52 für Treibgas sowie die Flüssigkeitssperrzonen 55 jeweils aufweisen. Die Auslässe 53 der Zufuhrkanäle 51 für Wasser und die Gassperrzonen 56 haben dagegen jeweils eine beispielsweise um den Faktor 3 größere Umfangserstreckung.

Der Wasserhelix-Rückstoßantrieb gem. rig. 14 stimmt im großen und ganzen mil demjenigen gem. F i g. 10 bis 13 überein. Unterschiedlich ist lediglich, daß der Hubraumkranz 44 einen über die Länge konstanten Außendurchmesser aufweist und die Querwände 64 — wie bereits erwähnt — um einen Schrägungswinkel β schräg gegen die Kranzlängsachse stehen.

Fig. 15 zeigt einen Wasserhelix-Rückstoßantrieb 66 mit dem Hubraumkranz 44 nachgeordneter Turbine 67. Turbine 67 und Drehschieber 43 stehen dabei über eine Welle 68 in Antriebsverbindung.

In F i g. 16 ist ein Wasserhelix-Motor 69 wiedergegeben, der vom Wasserhelix-Rückstoßantrieb gem. den Fig. 10 bis 13 abgeleitet ist Von letzterem unterscheidet er sich dadurch, daß dem Hubraumkranz 44 eine Turbine 70 nachgeschaltet und besagte Turbine 70 auf ihrer dem Drehschieber 43 abgewandten Seite mit einer Vorrichtung zur Drehmomeniauskopplung 71 verbunden ist

F i g. 17 zeigt einen Wasserhelix-Motor 72, der vom Wasserhelix-Rückstoßantrieb gem. Fig. 15 abgeleitet ist Er weist ebenso wie die Motorausführung gem. Fig. 16 stromabwärts des Hubraumkranzes 44 eine Turbine 73 mit nachgeordneter Drehmoment-Auskopplungsvorrichtung 74 auf. Im Unterschied zu letztgenannter Motorausführung stehen aber Hubraumkranz 44 und Drehschieber 43 — wie bei 75 angedeutet — über ein Getriebe in Antriebsverbindung.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (23)

Patentansprüche:

1. Hydrodynamischer Strahlantrieb, insbesondere Wasserstrahlantrieb, welcher nach dem Prinzip einer direkten Verdrängung der Betriebsflüssigkeit, insbesondere Wasser, aus Hubräumen mittels darin expandierenden Treibgases arbeitet, gekennzeichnet durch zwei koaxiale, relativ zueinander drehbare Rotationskörper (3, 4; 43, 44), von denen der eine einen Kranz (4,44) an beiden Enden l" offen ausgebildeter, gleichartiger Hubräume (19,61) aufweist, deren Öffnungen (20, 62) an den in Verdrängungsrichtung gesehen vorderen Enden sowohl als Flüssigkeitseinlässe als auch als Treibgaseinlässe dienen, und der andere einen Drehschieber '⁵ (3, 43) mit in Umfangsrichtung wechselweise aufeinanderfolgenden Sperrzonen (15, 16; 55, 56) und Auslässen (13,14; 43,54) von Zufuhrkanälen (11, 12; 51,52) zum Steuern der Hubraumeinlässe (20,62) darstellt, wouei die Zufuhrkanäle (12,52 bzw. 11,51) mit ihren Einlassen abwechselnd in einem Strömungsweg (6; 46) für Treibgas aus einem Gasgenerator (2; 42) bzw. in einem Strömungsweg (5; 45) für die Betriebsflüssigkeit angeordnet sind, die Sperrzonen (15,16; 55,56) zwischen ihren Auslässen (13,14; 53, 54) abwechselnd eine Ausbildung als Gassperrzone (16, 56) bzw. Flüssigkeitssperrzone (15; 55) aufweisen, der Auslaß (14; 54) eines jeden Zufuhrkanals (12; 52) für Treibgas ebenso wie jede Flüssigkeitssperrzone (15; 55) eine Umfangserstrekkung besitzt, die derjenigen eines Hubraumeinlasses (20, 62) entspricht, die UmfangEerstreckung eines jeden Flüssigkeitskanaiauslasses (13; 53) ebenso wie diejenige der Gassperrzoni bz>ir. -Sperrzonen (16; 56) jeweils ein ganzzahliges Vielfaches der Umfangserstreckung eines Hubraumeinlasses (20,62) beträgt und die Zufuhrkanäle (12; 52) für Treibgas und/oder die 7ufuhrkanäle (11; 51) für Betriebsflüssigkeit zu ihren Auslässen (13; 53) hin einen auf die Raumlage der Hubräume (19; 61) derart abgestimmten Verlai'f «ο aufweisen, daß im Betrieb zwischen Hubraumkranz (4; 44) und Drehschieber (3; 43) ein Drehmoment (24,65) entsteht.

2. Strahlantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehschieber (3) konzen- « trisch im Hubraumkranz (4) angeordnet ist, wobei die Sperrzonen (15, 16) und Auslässe (13, 14) der Zufuhrkanäle (11,12) am Schieberaußenmantel (17) liegen, der Hubraumkranz (4) zwei unter Belassung eines axialen Abstands parallel zueinander angeord- so nete Stirnwände (18) aufweist und der Ringraum zwischen diesen Stirnwänden (18) zur Bildung gleichartiger Hubräume (19) mit am Kranzinnenmantel liegenden Einlassen (20) und am Kranzaußenmantel liegenden Auslässen (21) durch Querwän- « cre (22) unterteilt ist.

3. Strahlantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhrkanäle (12) für Treibgas und/oder die Zufuhrkanäle (11) für Betriebsflüssigkeit des Drehschiebers (3) zu ihren Auslässen (14 bzw. 15) hin einen gegenüber den Querwänden (22) des Hubraumkranzes (4) im Umfangsrichtung geneigten Verlauf aufweisen.

4. Strahlantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhrkanäle (12) für Treibgas und/oder die Zufuhrkanäle (11) für Betriebsflüssigkeit des Drehschiebers (3) sowie die Querwände (22) des Hubraumkranzes (4) gegenüber der Radialrichtung in Umfangsrichtung um einen Winkel <x geneigt sind.

5. Strahlantrieb nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Außenumfang des Hubraumkranzes (4) eine Einrichtung (25) zum Umlenken der aus den Hubraumauslässen (21) austretenden Rückstoßstrahlen (7, 8) in die gewünschte Schubrichtung angeordnet ist

6. Strahlantrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkeinrichtung aus einem Kranz (35) von Umlenkschaufeln (26) für eine axial nach hinten gerichtete Umlenkung der Rückstoßstrahlen (7,8) besteht.

7. Strahlantrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kranz (25) aus Umlenkschaufeln (26) ein sich konisch verjüngendes Flüssigkeitsieitrohr (27) koaxial nachgeordnet ist.

8. Strahlantrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkeitsieitrohr (27) im Zentrum ein Auspuffrohr (28) gleicher Längserstrekkang für Abgas aufweist

9. Strahlantrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Flüssigkeitsieitrohr (27) konzentrisch in einem Abgasleitrohr (29) angeordnet ist und im peripheren Bereich mehrere zum Abgasleitrohr (29) führende Auspuffrohre (30) gleicher Längserstreckung für Abgas aufweist

10. Strahlantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Drehschieber (43) und Hubraumkranz (44) in Rotationsachsrichtung hintereinander angeordnet sind, wobei die Sperrzonen (55, 56) und Auslässe (53, 54) der Zufuhrkanäle (51, 52) auf der dem Hubraumkranz (44) zugewandten Schieberstirnseite in einem den gleichen Innen- und Außendurchmesser wie der Hubraumkranz (44) aufweisenden Kreisring liegen, der Hubraumkranz (44) radial außen und/oder radial innen eine im Querschnitt kreiszylindrische Begrenzungswand (57, 58) aufweist und am Umfang der letzteren zur Bildung gleichartiger Hubräume (61) mit auf der schiebernahen Kranzstirnseite befindlichen Einlassen (62) und auf der schieberfernen Kranzstirnseite befindlichen Auslässen (63) Querwände (64) angebracht sind.

11. Strahlantrieb nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhrkanäle (62) für Treibgas und/oder die Zufuhrkanäle (51) für Betriebsflüssigkeit des Drehschiebers (43) auslaßseitig axial verlaufen und die Querwände (64) des Hubraumkranzes (44) um einen Schrägungswinkel β schräg gegen die Kranzlängsachse stehen oder Schneckenform aufweisen.

12. Strahlantrieb nach einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Hubraumkranz (44) bei offener Ausbildung auf der Außenseite bzw. Innenseite konzentrisch in einem bzw. um ein Flüssigkeitsieitrohr (59 bzw. 60) angeordnet ist.

13. Strahlantrieb nach Anspruch 2 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Querwände (22,64) des Hubraumkranzes (4, 44) als Turbinenschaufel ausgebildet sind.

14. Strahlantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Hubraumkranz (4, 44) mit dem Drehschieber (3, 43) in Antriebsverbindung (75) steht.

15. Strahlantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und 10 bis 14, gekennzeichnet durch die Zuordnung einer Vorrichtung zur Drehmomentauskopplung

(32) bei feststehendem Drehschieber (3) zum rotierenden Hubraumkranz (4), bei feststehendem Hubraumkranz (4) zum rotierenden Drehschieber (3) und bei rotierendem Drehschieber (3) und rotierendem Hubraumkranz (4) zu einem von beiden.

16. Strahlantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Hubraumkranz (4, 44) auslaßseitig eine Turbine (34, 38; 67, 70, 73) nachgeschaltet ist

17. Strahlantrieb nach Anspruch 16 und einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine als Radialturbine (34) ausgebildet und konzentrisch um den Hubraumkranz (4) angeordnet ist

18. Strahlantrieb nach Anspruch 16 und einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Turbine als Axialturbine (38) ausgebildet und im Flüssigkeitsleitrohr (27) dem Kranz (25) Umlenkschaufeln (26) nachgeordnet ist

19. Strahlantrieb nach Ansprach 16 und einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet daß die Turbine als Axialturbine (67, 70, 73) ausgebildet und dem Hubraumkranz (44) unmittelbar nachgeordnet ist

20. Strahlantrieb nach Anspruch 16 und einem der Ansprüche 1 bis 4, 10 bis 12, 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß Turbine (67) und Drehschieber (43) in Antriebsverbindung stehen und der Hubraumkranz (44) feststehend oder gegenüber Turbine (67) und Drehschieber (43) drehbar angeordnet ist

21. Strahlantrieb nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet daß der Turbine (70,73) eine Vorrichtung zur Drehmomentauskopplung (71, 74) zugeordnet ist.

22. Strahlantrieb nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zufuhrkaräle (51, 52) des Drehschiebers (43) schiffsschraubenförmige Begrenzungswände aufweisen.

23. Stahlantrieb nach Anspruch 15 und 21, gekennzeichnet durch einen geschlossenen Kreislauf für Betriebsflüssigkeit mit einem stromabwärts der Turbine (34, 67) bzw. des als Turbine ausgebildeten Hubraumkranzes (4,44) liegenden Kühler.

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