DE3800560A1 - Wasserstrahlantrieb fuer flachgehende schiffe - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wasserstrahlantrieb ge­ mäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1.

Bei solchen Wasserstrahlantrieben besteht die Gefahr, daß das unter dem flachen Schiffsboden strömende Wasser nur unzurei­ chend von der Pumpe angesaugt wird und demzufolge der Antrieb des Schiffes nur mangelhaft bewirkt werden kann. Ursache hier­ für ist, daß die Ansaugöffnung des Pumpengehäuses im Verhält­ nis zum Schiffsboden bzw. dessen Fläche nur einen kleinen Quer­ schnitt hat und deswegen das Wasser, insbesondere bei hoher Strömungsgeschwindigkeit, an der Ansaugöffnung vorbeiströmt, ohne daß die Pumpe eine ausreichende Umlenkung in die Ansaug­ öffnung bewirken kann.

Andererseits wollte man die Ansaugöffnung nicht in das unter dem Schiffsboden strömende Wasser hineintauchen lassen aus Sorge, da­ durch nicht mehr in dem Maße flache Gewässer befahren zu konnen, wie es bei einem für den gattungsgemäßen Antrieb vorgesehenen Schiff gerade gewollt ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen gattungsgemäßen Wasserstrahl­ antrieb so auszugestalten, daß die Zuströmverhältnisse zum Lauf­ rad der Pumpe wesentlich verbessert werden, trotzdem aber die Fähigkeit des Schiffes allenfalls geringfügig beeinträchtigt wird, flache Gewässer zu befahren.

Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß bei einem gattungsgemäßen Wasserstrahlantrieb sich die Wasserzu­ strömung des Laufrades in einem aus dem Schiffsboden herausge­ führten Leitrohr fortsetzt, dessen die Wassereintrittsöffnung umschließender Rand in einer Ebene liegt, die mit dem Schiffsbo­ den einen spitzen Winkel einschließt, dessen Scheitel dem den Schiffsboden anströmenden Wasser zugekehrt ist.

Bei einer solchen Ausbildung des Wasserstrahlantriebes trifft das unter dem Schiffsboden strömende Wasser im Bereich der Zu­ strömöffnung des Spiralgehäuses auf eine etwa schaufelförmige Umlenkfläche, die einen angemessenen Anteil des strömenden Wassers, die Ansaugwirkung der angetriebenen Pumpe unterstüt­ zend, in die Ansaugöffnung des Spiralgehäuses leitet, ohne daß Strömungsverluste in wesentlichem Maße auftreten. Andererseits ragt diese Umlenkfläche nur in geringem Maß über den Schiffs­ boden hinaus, so daß die Fähigkeit des Schiffes, flache Gewäs­ ser zu befahren, nur unwesentlich beeinträchtigt ist.

Diese Beeinträchtigung ist dann besonders gering, wenn in weite­ rer Ausgestaltung der Erfindung das in etwa knieförmige Leitrohr einstückig mit dem Spiralgehäuse ausgebildet ist. In diesem Fall fallen jegliche Verbindungselemente zwischen dem eigentli­ chen Spiralgehäuse und dem weiterführenden Leitrohr weg.

Das hat weiter den Vorteil, daß durch die Einstückigkeit von Leitrohr und Spiralgehäuse das Spiralgehäuse tiefer liegt als bei Mehrstückigkeit und somit auch die Düse tiefer zu liegen kommt. Das wiederum bewirkt, daß der Strahl, der ja innerhalb der Brunnenkontur am Schiffsboden austreten muß, hierdurch einen kleineren Austrittswinkel bekommt, was eine größere Schubausbeute zur Folge hat.

Des weiteren ist das Leitrohr so ausgebildet, daß Luft, die eventuell vom Bug her unter den Schiffsboden gelangt, seit­ lich am Leitrohr vorbei geleitet wird und somit nicht in die Ansaugöffnung gelangen kann.

Ein weiterer Gesichtspunkt zugunsten der Erfindung leitet sich aus der Tatsache ab, daß flachgehende Schiffe mit Wasserstrahlan­ trieb im allgemeinen relativ kleine Schiffe oder sogar nur Boote sind, die transportfähig über Land sein sollen und hierzu auf einen Speziallastkraftwagen verladbar sein sollen. Hierzu ist der Boden solcher Schiffe im allgemeinen mit längslaufenden Schienen oder Kufen versehen. Solche Kufen sind im allge­ meinen auch deswegen erforderlich, weil in extrem fla­ chem Wasser ein gelegentliches und nur vorübergehendes Auf­ grundfahren garnicht vermeidbar ist, hierdurch aber der eigent­ liche Schiffsboden nicht in Mitleidenschaft gezogen werden soll und dies mit Kufen gewährleistet werden kann. Vor allem aber wirken sie stabilisierend auf das Schiff und sorgen für einen ruhigeren Geradeauslauf. Diese Kufen ragen nur geringfügig über den Schiffsboden hinaus, das Leitrohr für die Zuführung von Was­ ser zum Spiralgehäuse kann aber seinerseits mit so geringer Bau­ höhe ausgeführt werden, daß es nicht weiter über den Schiffsbo­ den hinaussteht, wie dies die erwähnten Kufen oder ähnliche Bauteile tun, die notwendig sind und nach unten über den Schiffs­ boden vorstehen. Im Endeffekt wird also mit der Erfindung, ins­ besondere bei Einstückigkeit von Spiralgehäuse und Zuführungs­ rohr, die Wasserzuströmung zum Spiralgehäuse deutlich zu verbes­ sern sein, ohne daß der Tiefgang des Schiffes vergrößert bzw. seine Fähigkeit, flache Gewässer zu befahren, beeinträchtigt wird.

Die Neigung der Ebene, in der der Rand der Ansaugöffnung liegt, gegenüber dem Schiffsboden, wird für den Einzelfall festgelegt. Der Wert 15° für diesen Winkel wird deshalb auch eher genannt, um eine Vorstellung über den Bereich zu vermitteln, in dem der Öffnungsrand liegen soll.

Um das Spiralgehäuse und insbesondere das darin laufende Pumpen­ rad, vor Beschädigung oder gar Zerstörung durch Fremdkörper zu schützen, soll ein an sich bekanntes Schutzgitter dem erfindungs­ gemäßen Ansaugrohr zugeordnet sein.

Schließlich soll ein Wasserstrahlantrieb erfindungsgemäß ausge­ staltet sein, der schwenkbar ist, um nicht nur den Vortrieb son­ dern auch die Vortriebsrichtung des Schiffes bestimmen zu können. Auch hierbei ist die Einstückigkeit von Spiralgehäuse und Leit­ rohr von besonderer Bedeutung, weil die zu verwendende Masse ge­ ring gehalten werden kann.

Erfindungsgemäße Wasserstrahlantriebe sind in der Zeichnung schematisch dargestellt, wobei Fig. 1 eine mögliche, Fig. 2 eine bevorzugte Lösung zeigt.

Im Schiffsrumpf ist ein vertikaler Brunnen 1 vorgesehen, der den an sich üblichen Wasserstrahlantrieb aufnimmt. Der Brunnen endet mit seinem unteren Ende in der Horizontalebene des flachen Schiffsbodens 2 und umschließt eine kreis- oder scheibenförmige Öffnung im Schiffsboden. In diese Öffnung ist von der Ebene des Schiffsbodens aus nach oben das Spiralgehäuse 3 derart eingesetzt, daß es nach unten nicht über den Schiffsboden 2 hinausragt. In das Spiralgehäuse 3 ist um eine vertikale Achse drehend das zwangsangetriebene Pumpenrad 4 eingesetzt, das Wasser am unteren Einlaßende des Spiralgehäuses 3 mit vertikaler Strömungsrichtung ansaugt und es unter entsprechender Erhöhung der Strömungsge­ schwindigkeit zur Auslaßdüse 13 fördert, aus der es horizontal oder zumindest etwa horizontal in das Umgebungswasser austritt und so den Vorschub des Schiffes bewirkt. Um mit diesem Wasser­ strahlantrieb das Schiff auch lenken zu können, ist das Spiral­ gehäuse 3 mit dem in ihm gelagerten Pumpenrad 4 um die Achse A-A schwenkbar. Dies geschieht mit einem vom Antriebsmotor des Pumpenrades 4 unabhängigen Motor. Der Antrieb des Pumpenrades er­ folgt über ein Stirnradvorgelege 6, 7.

Insoweit ist der Wasserstrahlantrieb konventionell und bedarf keiner weiteren Erläuterung.

Es besteht nun bei dieser Ausgestaltung des Wasserstrahlantriebes die Gefahr, daß das Wasser an dem unteren Einlaßende des Spiral­ gehäuses 3 vorbeiströmt und das Pumpenrad 4 nur unzulänglich in der Lage ist, dieser Wasserströmung den für den Vortrieb und ge­ gebenenfalls die Lenkung des Schiffes notwendigen Anteil zu ent­ nehmen und in das Spiralgehäuse 3 anzusaugen. Dieser Mangel wird mit der Erfindung weitestgehend beseitigt.

Dem Spiralgehäuse ist hierzu ein Leitrohr 8 vorgeschaltet, dessen dem Spiralgehäuse 3 abgekehrtes Einlaßende in einer Ebene E liegt, die schräg zum Schiffsboden 2 verläuft und mit diesem einen Winkel α einschließt. Der Scheitel A dieses Winkels liegt bezüglich der Strömungsrichtung S des Wassers unter dem Schiffs­ boden vor dem Spiralgehäuseeinlaß. Außerdem ist die Innenwand des Leitrohres 8 so ausgerundet, daß die horizontale Wasser­ strömung unter dem Schiffsboden auf den hinteren Bereich der Innenwand des Leitrohres 8 auftrifft und in die vertikale An­ saugrichtung des Pumpenrades 4 umgelenkt wird. Das Leitrohr 8 schöpft also gleichsam einen Teil des unter dem Schiffsboden strömenden Wassers in den Einlaß des Spiralgehäuses 3, so daß in diesen eine wesentlich größere Wassermenge eintritt, als wenn das Leitrohr nicht vorhanden wäre. Zweckmäßigerweise hat der Boden 9 des Leitrohres die Form eines schiefen Kegelstump­ fes. Um das strömende Wasser besser in die Ansaugöffnung hin­ einziehen zu können, ist das Leitrohr in Fahrtrichtung mit großen Radien R ausgestattet. Die hintere, sich noch etwas vom Bootsboden entfernende "Schaufel" oder "Nase" 14, hat die Aufgabe, das bei höherer Fahrtgeschwindigkeit an der Vorder­ kante R abreißende Wasser größtenteils aufzufangen und in das Laufrad 3 zu leiten, damit das durch das Abreißen des Wassers entstehende "Strömungsloch" am und kurz hinter dem Einlaufradius möglichst klein gehalten oder gar verhindert wird. Dadurch wird insgesamt der Wirkungsgrad erhöht, wodurch man besseren Schub und höhere Fahrgeschwindigkeit erreicht.

Gemäß Fig. 1 ist das Leitrohr 8 ein getrenntes Bauteil, das an das Spiralgehäuse 3 angebaut, beispielsweise angeschraubt und vom Spiralgehäuse 3 getrennt werden kann. Diese Lösung hat Vor­ teile bei der Handhabung der Baugruppe aus Spiralgehäuse 3 und Leitrohr 8.

Bei der Lösung nach Fig. 2 ist das Leitrohr 8 unmittelbar an das Spiralgehäuse 3 angeformt und einstückig mit diesem ausge­ führt. Die Lösung ist baulich einfacher und leichter. Wo bei der Lösung nach Fig. 1 das Spiralgehäuse seinen Boden 10 und das Leitrohr seinen Boden 9 hat, kommt die Lösung nach Fig. 2 mit einer Wand 9 aus. Das Spiralgehäuse 3 wird nur un­ wesentlich durch das Leitrohr 8 vergrößert, so daß sich die Probleme der Handhabung der Baugruppe in Grenzen halten. Im Leitrohr 8 ist ein Schutzgitter 11 eingebaut, das das Ein­ dringen von sperrigen Verunreinigungen in das Leitrohr 8 und vor allem auch das Laufrad 4 behindert. Insbesondere bei der Lösung nach Fig. 2 ist es möglich, das Leitrohr vor der Ho­ rizontalebene enden zu lassen, in der andere, funktionsnot­ wendige Anbauteile enden, beispeilsweise seitliche am Schiffs­ boden angebrachte Kufen 12, die notwendig sind, wenn das Schiff beispielsweise mittels eines Lastkraftwagens transportiert werden soll oder die als Scheuerleisten vorgesehen sind, um das Schiff davor zu bewahren, mit dem Boden auf dem Gewässer­ boden aufzuschrammen, und die auch bei Geradeausfahrt des Schif­ fes stabilisierend wirken. Insbesondere bei dieser einstückigen Ausbildung von Leitrohr und Spiralgehäuse ist es möglich, die geschilderte Verbesserung der Wasserzuströmung zu erhalten, ohne daß das Leitrohr 8 über die Kufen 12 hinaus nach unten geführt werden müßte.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht noch darin, daß Luft, die unter den Schiffsboden gelangt, seitlich an der An­ saugöffnung vorbeigeleitet wird und nicht in das Spiralgehäuse gelangt, wo sie zu unerwünschten Beschädigungen an der Gehäu­ sewand und am Laufrad führen könnte. Außerdem würde in das Spi­ ralgehäuse gelangende Luft zu Schubverlusten führen. Die seit­ liche Vorbeiführung dieser Luft wird durch den nach unten über den Schifffsboden hinausführenden Rohrteil bewirkt, der einen kreisförmigen Querschnitt hat und allseits vom Schiffsboden eingefaßt ist. In der Hauptsache handelt es sich um die Beein­ flussung von Luft, die vom Bug des Schiffes zuströmt.

Claims (7)

1. Wasserstrahlantrieb für flachgehende Schiffe mit einem im Schiffsrumpf angeordneten, liegenden Spiralgehäuse, das ein angetriebenes um eine vertikale Achse drehendes Pumpenrad aufnimmt, eine vertikale Zuströmung symmetrisch zur Pumpen­ raddrehachse und eine im wesentlichen horizontale tangentiale Abströmung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Wasserzuströmung des Spiralgehäuses (3) in einem aus dem Schiffsboden (2) herausführenden Leitrohr (8) fort­ setzt, dessen die Wassereintrittsöffnung umschließender Rand in einer Ebene (E) liegt, die mit dem Schiffsboden einen spit­ zen Winkel (α) einschließt, dessen Scheitel (A) dem den Schiffs­ boden anströmenden Wasser zugekehrt ist.

2. Wasserstrahlantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (α) im Bereich von etwa 15° liegt.

3. Wasserstrahlantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitrohr (8) einstückig mit dem Spiralgehäuse (3) aus­ geführt ist.

4. Wasserstrahlantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Spiralgehäuse (3) um seine Längsachse (A-A) schwenkbar ist.

5. Wasserstrahlantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet, durch ein Schutzgitter (11) in dem Rohr.

6. Wasserstrahlantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser dem Laufrad (4) an der Vorderkante mit gro­ ßem Radius zugeführt wird und an der hinteren Seite durch eine tieferliegende "Schaufel" eingefahren wird und die den Wassereinlaß umgebenden Flächen (a) des Leitrohres einen schiefen Kegelstumpf bilden.

7. Wasserstrahlantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitrohr (8) in kreisrunder Außenkontur aus dem Schiffsboden herausgeführt wird und allseits vom Schiffs­ boden umgeben ist, so daß, insbesondere vom Bug her, un­ ter den Schiffsboden gelangende Luft weitgehend an der Ansaugöffnung des Spiralgehäuses vorbeigeleitet wird.