DE4305267A1 - Wasserstrahlantrieb - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Wasserstrahlantrieb gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1.

Bei solchen sogenannten "Topfpumpen" ist der Leitapparat ein feststehender Schaufelkranz, bei dem die Schaufeln so angeordnet sind, daß in den Schaufelkanälen bzw. dem Leitapparat Strömungsenergie weitestgehend in Druckenergie umgesetzt wird. Die vorzugsweise hinter der Ebene des flachen Schiffbodens angeordnete Antriebsvorrichtung saugt Wasser aus dem Bereich unterhalb des Schiffbodens an, das angesaugte Wasser wird im Laufrad beschleunigt, so daß es am Austritt des Laufrades eine hohe kinetische Energie hat, die am Austritt aus dem Leitapparat in Druck­ energie umgewandelt ist, nach dem Austritt aus dem Leit­ apparat und im Druckgehäuse also eine hohe Druckenergie hat und dieser hohen Druckenergie wegen an jeder beliebi­ gen Stelle des Druckgehäuses aus dem Druckgehäuse aus- und in Auslaßdüsen eintreten kann, die die Austrittsrich­ tung des den Vortrieb des Schiffes bewirkenden Wasser­ strahles bestimmen. Der Vorteil dieser Lösung ist die freie Wahl für die Anordnung der Auslaßdüsen, der Nach­ teil ist einen relativ aufwendige Bauweise (DE-A-40 21 340).

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Ausbildung einer gattungsgemäßen Antriebseinrichtung derart, daß sie baulich einfacher und leichter als die bekannte Lösung ist.

Der Lösung der Aufgabe dient die Ausbildung eines gattungs­ gemäßen Wasserstrahlantriebs gemäß dem Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1, mit den Merkmalen der Unteransprüche wird der erfindungsgemäße Antrieb in zweckmäßiger Weise weiter ausgebildet.

Ein erfindungsgemäßer Wasserstrahlantrieb ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und nachfolgend er­ läutert. In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 eine Ansicht auf die untere Deckplatte des Antriebs,

Fig. 2 einen Mittellängsschnitt durch den Antrieb und

Fig. 3 und Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie III-III in Fig. 1, 2 bzw. IV-IV in Fig. 1.

Die wesentlichen Bauteilgruppen des erfindungsgemäßen Wasserstrahlantriebs sind das topfförmige Pumpengehäuse 1, das halbaxial verlaufende Schaufel- bzw. Strömungskanäle zwischen seinen Schaufeln 2 bildende Pumpenlaufrad 3, der Antrieb 4 des Laufrades, der Leitapparat 5 und eine untere Deckplatte 6, in die in der Mitte der Wasserein­ laß 7, eine mittlere Auslaßdüse 8 und zwei seitliche Auslaßdüsen 9, 10 integriert sind. "Halbaxial beschaufelt" besagt, daß das Laufrad 3 axial angeströmt wird und das mit Strömungsenergie versehene Wasser das Laufrad verläßt und in den Leitapparat eintritt unter einem Winkel, der gegenüber der Laufraddrehachse geringer als 90° ist. Der Antrieb 4 kann konventionell sein, so daß auf seine Be­ schreibung verzichtet werden kann. Er ist auf einen Deckel des Pumpengehäuses 1 aufgesetzt und ragt in das Pumpenge­ häuse hinein, um dort mit dem Laufrad 3 drehfest verbunden zu sein. Er kann beispielsweise dem in DE-A-40 21 340 vorge­ sehenen Antrieb gleichen. Im Einlaß 7 kann ein relativ weitmaschiges Einlaßgitter 11 angeordnet sein, das des­ wegen relativ weitmaschig sein kann, weil der Antrieb infolge des Fehlens eines beschaufelten Leitapparates gegenüber im Wasser mitgeführten Fremdpartikeln unempfind­ licher ist als ein Antrieb mit einem beschaufelten Leit­ apparat.

Der Leitapparat ist nun erfindungsgemäß ein unbeschaufel­ ter Ringdiffusor mit einem Austrittswinkel zur Laufrad­ achse zwischen etwa 160 und 200°, vorzugsweise 180°. Der Ringdiffusor bzw. Leitapparat 5 wird unmittelbar außen von der Gehäuseaußenwand 12 und innen vom Laufrad­ gehäuse 13 gebildet. Er ist rotationssymmetrisch und weist keine Einbauten auf. Er gewährleistet eine lange Führung zu den Auslaßdüsen 8, 9 und 10. Der Querschnitts­ verlauf des Leitapparates ist konstant, gegebenenfalls sogar abnehmend.

Der Einlauf ist asymmetrisch mit einem Endkreis 14 und einem diesem gegenüber versetzten anderen Endkreis 15. Die asymmetrische Ansauggeometrie ist so ausgelegt, daß ein kavitationsarmer Einlauf bei den am häufigsten auf­ tretenden Betriebszuständen gegeben ist.

Die erfindungsgemäße Ausbildung vermeidet Eintrittsver­ luste und gewährleistet geringe Austrittsverluste im Diffusor, Reibung erfolgt nur an den Diffusorwänden und nicht auch an Schaufelwänden. Die lange, zu den Auslaß­ düsen 8 bis 10 hin ausgerichtete Strömung im Diffusor ermöglicht die exakte Einhaltung eines gewollten Strö­ mungsverlaufes. Die Ringdiffusorausbildung mit sowohl radialer als auch axialer Wirkrichtung führt zu einem relativ kleinen Gehäuse- bzw. Brunneninnendurchmesser. Dadurch wiederum ist eine kompakte Bauweise bei hoher Schubausbeute möglich. Dadurch ergeben sich weiter rela­ tiv große Strömungsquerschnitte, was ebenfalls zu hoher Schubausbeute bei konstantem Gehäuse- bzw. Brunnendurch­ messer (in Relation zu bekannten Lösungen mit beschaufel­ tem Leitapparat), darüber hinaus geringer Kavitations­ neigung und Verschmutzungsgefahr mit der Notwendigkeit allenfalls eines grobmaschigen Ansauggitters führt. Der asymmetrische Einlauf bewirkt eine nur geringe Neigung zur Einlaufkavitation zumindest in den am häufigsten auftretenden Betriebszustand. Der rotationssymmetrische Diffusor ohne Schaufeln, die Diffusorbildung unmittelbar durch Gehäusewand und Laufradgehäuse bedeuten einen ver­ hältnismäßig geringen Fertigungsaufwand und führen zu geringem Gewicht, was besonders bei großen Antrieben wichtig ist.

Der Querschnittsverlauf im Diffusor ist optimierbar, die Umlenkradien sind so zu bestimmen, daß trotz der fehlenden Leitschaufeln eine ablösungsfreie Durchströ­ mung des Diffusors gewährleistet ist.

Der gesamte Wasserstrahlantrieb ist in bekannter Weise um die Längsachse des Laufrades 7 in beiden Umfangsrich­ tungen uneingeschränkt bzw. endlos drehbar, um die Aus­ trittsrichtung der Wasserstrahlen und damit die Vortriebs­ richtung des angetriebenen Wasserfahrzeugs bestimmen zu können. Zum gleichen Zweck kann die Bodenplatte 6 mit den Düsen 8 bis 10 und dem Einlaß 7 in entsprechender Weise gegenüber dem Gehäuse 1 drehbar sein, das in diesem Fall als mittragende Baugruppe in die tragende Schiffs­ konstruktion integriert sein kann.

Die Auslaßdüsen 8 bis 10 gewährleisten in allen Fällen, daß Wasserstrahlen unter einem flachen Winkel den Antrieb verlassen, wie es insbesondere Fig. 3, 4 entnehmbar ist.

Claims (7)

1. Wasserstrahlantrieb für Schiffe, die zum Einsatz auch in flachen Gewässern bestimmt sind, wobei ein halbaxial beschaufeltes Laufrad mit vertikaler Dreh­ achse in einem brunnenförmigen Pumpengehäuse drehbar angeordnet ist, in das von oben her durch eine Deckel­ platte der Antrieb für das Laufrad eingeführt ist, das unten durch eine Bodenplatte verschlossen ist, die einen in der Mitte angeordneten Wassereinlaß für die axiale Anströmung des Laufrades und zumindest eine flach geneigten Wasserauslaß aufweist, wobei zwischen dem Austrittsende der Förderkanäle des Lauf­ rades und dem zumindest einen Wasserauslaß ein Leit­ apparat angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitapparat einen zwischen dem Pumpengehäuse (12) und dem Laufradgehäuse (13) konzentrisch zur Laufrad­ achse angeordneten schaufellosen Ringkanal aufweist, in dem die Strömung aus der halbaxialen Richtung beim Verlassen des Laufrades (3) in eine Austritts­ strömung gebracht wird, die mit der Anströmrichtung einen Winkel etwa zwischen 160 und 200° einschließt.

2. Wasserstrahlantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Querschnittsverlauf des Ringkanals konstant oder in Strömungsrichtung abnehmend ist.

3. Wasserstrahlantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenkontur des Ring­ kanals unmittelbar vom Pumpengehäuse (12) bestimmt wird.

4. Wasserstrahlantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenkontur des Ring­ kanals unmittelbar vom Laufradgehäuse (13) bestimmt wird.

5. Wasserstrahlantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal abström­ seitig in Auslaßdüsen (8-10) mündet, die in eine Deckplatte (6) des Antriebsgehäuses integriert sind.

6. Wasserstrahlantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Pumpeneinlauf (7) asymmetrisch und vorzugsweise in der Deckplatte (7) angeordnet ist.

7. Wasserstrahlantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb in seiner Gesamtheit um die Längsachse bzw. die Drehachse des Laufrades (3) schwenkbar ist.