DE67650C - Turbinenpropeller, welcher durch den Rückstofs eines Wasserstrahles wirkt - Google Patents

Description

. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung', durch ,welche die beim Bewegen eines im Wasser laufenden Schaufelrades erzielte hydraulische Reaction zum Treiben eines Schiffes mit Vortheil benutzt werden kann.

Um die hydraulische Reaction diesem Zwecke dienstbar zu machen, hat man bis jetzt die Erzeugung derselben durch Centrifugal- und Kolbenpumpen, durch directe Wasserbewegung vermittels Dampfes, durch Rad- und Schraubenpropeller versucht. Alle diese Mittel ergaben einen praktisch noch unbefriedigenden Nutz-' effect, weil — abgesehen von dem eine nicht geeignete Betriebskraft verwendenden Hydromotor — die plötzlichen Aenderungen der Querschnitte, Bewegungsrichtungen und Geschwindigkeiten zu Wirbelbewegungen des Wassers führen, welche den Nutzeffect herabziehen.

Diese Uebelstände werden bei dem den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildenden Treibapparat einerseits dadurch vermieden, dafs zum Hindurchführen des Wassers ein wie bei einer Axialturbine gebautes Laufrad benutzt wird, andererseits dadurch, dafs der Ausströmungsquerschnitt des wieder in seine axiale Bewegungsrichtung übergeführten Wassers gegenüber dem Eintrittsquerschnitt in das Laufrad verengt wird.

Durch die Benutzung einer Axialturbine wird hinter dem Laufrad im Innern des Austrittsraumes für das Wasser eine Druckerhöhung erzeugt, durch deren Wirkung in Gemeinschaft mit der Wirkung des rotirenden Rades eine Beschleunigung des Wassers nach dem Austritt hin erzielt wird. Demgemäfs mufs der Austrittsquerschnitt ein geringerer sein als der Querschnitt für den Eintritt des Wassers in das Laufrad, senkrecht auf die Radachse bezogen, und wird daher dieser Austrittsraum mit einem allmälig sich verengenden Querschnitt construirt und im Nachfolgenden als Contractor bezeichnet.

Auf der Zeichnung ist in der Fig. 1 ein solches Treibwerk in schematischer Form dargestellt. Dasselbe besteht im wesentlichen aus einer activ wirkenden, also die gewöhnliche passive Wirkungsweise umkehrenden Axialturbine A — System Henschel-Jonval —, welche von einem im Innern des Schiffes befindlichen Motor getrieben wird.

Die Turbine A ist von einem Gehäuse B umgeben, welches in den nach hinten sich verengenden Contractor übergeht und nur eine einzige oder eine getheilte, kreisförmig oder beliebig anders geformte Mündung D besitzt, durch welche das Wasser in der Richtung der Schiffsachse nach hinten unter dem im Contractor erzeugten Ueberdruck ausströmt. Sowohl das Laufrad als auch der Contractor sind mit Schaufeln versehen, deren Eintrittswinkel CL₁ ci₂ und Ci₃, Fig. ia, solcher Art gewählt sind, dafs bei normaler Geschwindigkeit des Schiffes das Wasser stofsfrei in die Turbine und ebenso ohne Stofs aus der Turbine in den Contractor tritt. Die Leitschaufeln des Contractors lenken das Wasser in die axiale Richtung nach der Ausflufsöffnung D hin.

Vor der Axialturbine sowohl wie im Innern des Contractors sind Leitkörper E und F angebracht, von denen der erstere einen cylindrischen, der letztere einen konischen Hohl-

raum umschliefst, in dessen Innern die Turbinenwelle und ihre Lager sich befinden können.

Man erreicht damit, dafs das Wasser ohne plötzliche Querschnittsänderungen und mit dem geringsten Mafse von Ablenkungen durch den Apparat hindurchgeht.

Man kann, wenn solches als zweckmäfsig erachtet wird, vor der Axialturbine auch noch einen festliegenden Leitapparat C, Fig. 2, anbringen, dessen Schaufeln das Wasser nicht axial, sondern unter einem Winkel α, Fig. 2 a, der Turbine zuführen.

Ferner kann man auch, um bei grofsen Schiffen den Durchmesser des Apparates herabzuziehen, Doppelturbinen (Fig. 3) in Anwendung bringen; die Schaufelverhältnisse und die Querschnitte der beiden Theile des Contractors sind dann derart zu bemessen, dafs das aus beiden Theilen des Contractors kommende Wasser mit gleicher Geschwindigkeit der Ausströmungsöffnung zugeführt wird.

Die Masse des in der Zeiteinheit durch den Apparat gehenden Wassers multiplicirt mit der Differenz der Ausströmungs- und Eintrittsgeschwindigkeit giebt bei ruhendem Fahrwasser das Mafs der Reaction oder der das Schiff vorwärts treibenden Kraft.

Da das Turbinenlaufrad im allgemeinen immer in der gleichen Richtung umlaufen soll, so würde der beschriebene Treibapparat nur für den Vorwärtsgang des Schiffes geeignet sein.

Wo auf einen guten Rückwärtsgang Gewicht gelegt wird, soll derselbe jedoch in folgender Weise bewerkstelligt werden. Würde man vor die Ausflufsöffnung des Contractors eine ebene, fest mit dem Schiff verbundene Fläche bringen, gegen welche ein normaler Stofs des Strahles erfolgt, so hebt der Stofs die Reaction gerade auf; bringt man aber an dieser Stelle krumme Flächen an, durch welche der Wasserstrahl eine Ablenkung nach vorwärts erleidet, so ist die Stofskraft gröfser als die Reaction, und das Schiff wird rückwärts getrieben.

Könnte man das Wasser in eine hohle Halbkugel stofsen lassen, so würde, abgesehen von den hierbei stattfindenden schädlichen Wirbelbildungen, das Schiff mit einer Kraft rückwärts getrieben werden, welche derjenigen gleich ist, mit der dasselbe bei freiem Ausflufs vorwärts getrieben wird.

Auf diesen Betrachtungen beruht nun die Anordnung desjenigen Theiles des Treibapparates, durch welchen der Rückwärtsgang erzielt werden soll.

Eine von den verschiedenen möglichen Ausführungsformen zeigt die Fig. 4 im Grundrifs. Der hintere Theil des Contractors B besitzt zwei rectanguläre Ausströmungsöffnungen D D, welche durch die Zunge Z von einander getrennt sind. Die Zunge trägt in den Achsen cc aa, welche als cylindrische

zwei

Flügel

Flächen, die oben und unten durch horizontale Flächen begrenzt sind, ausgeführt werden können, um nach diesen beiden Richtungen , eine Ablenkung, des Strahles zu verhindern. In der Lage α α der Flügel geht das Schiff rückwärts; bringt man sie in die punktirte Lage a_t Ci₁ , so liegt der Vorwärtsgang vor, und zwar ohne schädlichen Widerstand derselben, wenn man deren Rückseite sich eben' begrenzt denkt.

Der Uebergang aus dem Vorwärtsgang in den Rückwärtsgang, also das Herausschlagen der Flügel, lä'fst sich ohne grofsen Kraftaufwand bewerkstelligen, da der Wasserdruck fördernd wirkt. Dasselbe gilt auch beim Zurückschlagen der Flügel aus der Lage a nach α,, da solches im allgemeinen beim langsamen Vorwärtsgang oder Rückwärtsgang oder im Ruhezustand des Schiffes erfolgen wird.

Würde man den Mechanismus für die Bewegung der Flügel derart einrichten, dafs jeder unabhängig vom anderen bewegt werden kann, so ergäbe sich damit auch ein Mittel zum Steuern des Schiffes. In vielen Fällen dürfte es aber zweckmä'fsig erscheinen, den im Vorstehenden beschriebenen Apparat in dieser oder ähnlicher Form nur zum Umsteuern zu benutzen und das gewöhnliche Steuerruder beizubehalten, dessen Wirksamkeit im übrigen beim Vorwärtsgang durch den austretenden Strahl wesentlich erhöht würde.

Die Vortheile des eben beschriebenen Turbinenpropellers gegenüber den Ruderrädern sind einleuchtend, aber auch gegenüber dem Schraubenpropeller liegen bedeutsame Vortheile vor, welche im Nachstehenden angedeutet -werden:

1. der Motor (die Dampfmaschine) kann immer in der gleichen Richtung umlaufen, mag das Schiff vorwärts oder rückwärts gehen; es können also alle zum Umsteuern erforderlichen Maschinentheile fortfallen;

2. die plötzliche Aenderung der Geschwindigkeit des Wassers wird vermieden, das Wasser kann vielmehr bei normaler Geschwindigkeit des Schiffes stofsfrei in die Turbine treten und dann allmälig beschleunigt werden;

3. die centrifugale Wirkung der Schraube, welche für die Fortbewegung des Schiffes verloren geht, wird vermieden;

4. die schädlichen' Wirbelbildungen des Wassers werden durch die Art der Führung desselben vermindert;

5. auch der seitliche Druck, den die Schraube ausübt und der die Steuerfähigkeit beeinträchtigt, fällt fort;

6. "der Durchmesser der Axialturbine wird geringer als derjenige der Schraube. Daraus folgt, dafs die Axialturbine bei einer geringeren Schiffstauchung noch Anwendung erleidet, und dies um so mehr, als des geringeren Durch-

messers wegen die Achse in die durch den Deplacementsschwerpunkt gedachte Horizontalebene gelegt werden kann, und somit ein Herunterdrücken des Hecks, wie es bei der Schraube meistens der Fall, nicht stattfindet;

7. während die Schraube mit Erfolg nur hinter dem Achtersteven des Schiffes oder zur Seite desselben anzubringen ist, kann die Axialturbine an jedem Punkt des Schiffskörpers angebracht werden. Von den möglichen zahlreichen Variationen sind einige in den Fig. 5 bis 8 dargestellt.

Bei der Anordnung derFig^a und 5 b tritt die Axialturbine an die Stelle der gewöhnlichen, hinter dem Achtersteven befindlichen Schraube und liegt wie diese gänzlich aufserhalb des Schiffes. Diese Ausführung eignet sich besonders für kleinere Schiffe. Die Rückstrahlfläche für die Rückwärtsbewegung des, Schiffes kann hierbei, wie in der schematischen Fig. 4 angedeutet wurde, ausgeführt oder auch von oben herabgelassen werden.

Bei der Anordnung der Fig. 6 a und 6 b liegt je an Backbord und Steuerbord eine Axialturbine im hinteren Theil des Schiffes; der Zulauf des Wassers wird durch lang gezogene Aussparungen S in der Schiffswand zur Sei|e oder bei tiefer Lage vom Boden ermöglicht. Die Rückstrahlfläche .G wird durch Körper geboten, welche man nach Erfordernifs aus der Schiffswand heraustreten läfst

Wird die Turbine tief genug, etwa in die Kimme gelegt, wie in der Fig. 6c angedeutet, so erreicht man den Vortheil, dafs dieselbe auch bei heftigerem Rollen des Schiffes (siehe Fig. 6d) nicht wasserfrei zu liegen kommt, was bei der hinten liegenden Schraube bei lebhafteren Schwingungen längsschiffs nicht zu erreichen ist.

Bei der Anordnung der Fig. ja. und 7 b liegt an Backbord und Steuerbord je eine Axialturbine in der vorderen Schiffswand; der Zulauf des Wassers erfolgt durch öeffnungen in der Schiffswand vom Bug her. Der von der Bugwelle herrührende Widerstand gegen die Fortbewegung kann dadurch vermindert werden. Wie hier gezeigt, können die Zulaufsöffnungen K rechteckig oder von sonst länglicher Form sein und sind dann allmälig bis zur Turbine in die Kreisform überzuführen.

Wird die Axialturbine im Innern des Schiffes angebracht, so ist es nicht unbedingt erforderlich, dafs sie unter dem Niveau des Wassers liege; sie kann vielmehr, wenn dies, wie bei sehr flach gehenden Dampfern wünschenswerth erscheint, ganz oder theilweise über der Wasserfläche liegen, nur mufs die Saugöffnung unter Wasser münden.

Es kann übrigens auch die aufsen liegende Axialturbine bei Schiffen von geringer Tauchtiefe ohne Schaden so grofs gemacht werden, dafs die Eintrittsöffnung zum Theil aus dem Wasser hervorragt; es mufs dann jedoch der Raum vor der Eintrittsöffnung durch eine bis ins Wasser tauchende Haube, wie sie in der Fig. 8 im Querschnitt angedeutet ist, so abgeschlossen werden, dafs die Axialturbine keine^ atmosphärische Luft, sondern nur Wasser ansaugen kann.

Die Austrittsöffnungen können ohne erheblichen Nachtheil ganz über Wasser gelegt werden.

Die in den Schiffswa'nden oder im Schiffe liegenden Turbinenpropeller bieten den Vortheil, dafs sie gegen äufsere Beschädigungen geschützt sind. Die aufsen sowohl wie die innen liegenden Propeller können gegen absichtliche Zerstörung leicht durch Panzer geschützt werden. Gegen Beschädigungen, welche durch unter Wasser schwimmende Körper verursacht werden könnten, würden Stabgitter oder Netze genügend Schutz gewähren.

Claims (2)

Patent-AnSprüche:

1. Turbinenpropeller, welcher durch den Rückstofs eines Wasserstrahles wirkt, dadurch gekennzeichnet, dafs das von einem Motor gedrehte Rad (A) einer Axialturbine (System Henschel-Jonval) von einem nach hinten sich verengenden Mantel (B) umgeben ist, der hinter dem Rad (A) mit Leitschaufeln versehen ist, welche das aus dem Rad (A) tretende Wasser aus der Austrittsrichtung in die axiale Richtung überführen.

2. Eine Ausführungsform des unter 1. gekennzeichneten Turbinenpropellers, bei welcher einstellbare, mit dem Mantel (B) oder der Schiffswand verbundene oder von diesen ganz unabhängige Schalen (α) angeordnet sind, gegen deren Innenfläche das austretende Wasser geführt wird, zu dem Zwecke, durch die Ablenkung des letzteren um einen 90 ° übersteigenden Winkel eine Umkehrung der Bewegungsrichtung oder eine Steuerung des Schiffes oder beides zugleich zu erzielen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.