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Technisches
Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Wasserstrahlantriebsvorrichtung, ausgelegt zum Einbau in ein
Schiff, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Vorrichtung
ist aus JP06286692 bekannt.
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Stand der
Technik
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Bis heute war eine Wasserstrahlantriebsvorrichtung
bekannt, wie sie z. B. in der japanischen Patentoffenlegung Nr.
5-270486 offenbar
ist, mit welcher Wasser von einer Ansaugöffnung in einem Boden eines
Schiffs angesaugt wird, das angesaugte Wasser durch ein horizontales
Pumpenrad einer Pumpe, die oberhalb der Wasseroberfläche liegt,
unter Druck gesetzt wird und das Wasser zu einer Position in der
Rückseite
eines Hecks des Schiffs ausgestoßen wird, so dass das Schiff
angetrieben wird. Eine weitere Wasserstrahlantriebsvorrichtung wurde z.
B. in der japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 7-117076 offenbart,
welche ein spiralförmiges
Gehäuse
umfasst, das horizontal angeordnet ist und mit dem ein Pumpenrad
gedreht wird, um Wasser, das von einer Position unterhalb des Bodens
des Schiffes angesaugt wird, spiralförmig zu verwirbeln, um so einen
verwirbelten Wasserstrahl zur rückwärtigen Position
auszustoßen.
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Die in der japanischen Patentoffenlegung
Nr. 5-270486 offenbarte Wasserstrahlantriebsvorrichtung weist jedoch
den Aufbau auf, dass das Pumpenrad der Pumpe oberhalb der Wasseroberfläche liegt. Wenn
das Schiff zu fahren beginnt, muss deshalb der innere Bereich eines
Pumpengehäuses
einen Unterdruck aufweisen, um Wasser unterhalb der Wasseroberfläche zur
Position des Pumpenrades anzuheben. Somit besteht eine Befürchtung
bezüglich
einer Schwierigkeit, einfach zu starten.
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Da das Pumpenrad getrennt vom Boden
des Schiffes angeordnet ist, ist ein Durchgang in einem Ansaugbereich
des Pumpenrades zu lang, ein langes tatsächliches Anheben zum Pumpenrad
ist erforderlich und großer
Widerstand wird im Ansaugbereich erzeugt. Deshalb tritt ein Hohlsog
auf, wenn das Schiff mit hoher Geschwindigkeit fährt.
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Da die Antriebsvorrichtung am Schiff
an den Ansaug- und Ausgabebereichen befestigt ist, damit der Ansaugbereich
am Boden des Schiffes gelagert wird und der Ausgabebereich am Heck
gelagert wird, kann ein Verfahren, um eine Hauptwelle des Pumpenrades
und die Achse einer Antriebswelle eines Motors miteinander übereinstimmen
zu lassen, nicht leicht durchgeführt
werden. Eine Abweichung zwischen den zwei Wellen muss durch ein
Spiel absorbiert werden, das realisiert wird durch Befestigen eines
Vorsprungbereichs und des Hecks zueinander, so dass das bisschen
Spiel vorhanden ist. Wenn die zwei Achsen mit einer Exzentrizität miteinander
verbunden sind, wird die horizontal angeordnete Hauptwelle durch
das Gewicht des Pumpenrades abgelenkt und Schwingungen des Motors
werden auf die Hauptwelle übertragen.
Deshalb wird das drehende Pumpenrad zum Boden des Pumpengehäuses gebracht,
wodurch ein Verschleiß des
Pumpenrades verursacht wird. Somit besteht die Befürchtung,
dass ein nachteiliger Einfluss auf den Wirkungsgrad der Pumpe ausgeübt wird.
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Die in der japanischen Patentveröffentlichung
Nr. 7-117076 offenbarte Wasserstrahlantriebsvorrichtung weist den
Aufbau auf, dass das spiralförmige
Pumpengehäuse
horizontal angeordnet ist. Deshalb kann Luft nicht einfach ausgeschieden
werden, wenn das Schiff von der Wasseroberfläche getrennt wird aufgrund
von Wellen und somit Luft zusammen mit Wasser angesaugt wird. Somit
werden Luftstrudel erzeugt, wodurch ein Hohlsog auftreten kann.
Deshalb besteht die Befürchtung,
dass die Antriebsleistung sich verschlechtert.
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Die vorliegende Erfindung erreicht
das Ziel, die oben genannten Probleme zu lösen, es ist eine Aufgabe der
vorliegenden Erfindung, eine Wasserstrahlantriebsvorrichtung vorzusehen,
die in der Lage ist, Widerstand, der entsteht, wenn Wasser eintritt, und
Hohlsog zu verringern, wenn ein Schiff mit hoher Geschwindigkeit
fährt,
und welche einfach montiert werden kann.
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Offenbarung
der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
ist eine Wasserstrahlantriebsvorrichtung für ein Schiff vorgesehen, umfassend:
einen Pumpenrahmen mit einer oberen Öffnung, einer unteren Öffnung und
einem Wasserdurchlass zum Einrichten einer Verbindung zwischen der
oberen und der unteren Öffnung,
wobei der Pumpenrahmen mit einem Boden eines Schiffs in einer solchen
Weise verbunden ist, dass die untere Öffnung sich zum Wasser hin öffnet in
der Nähe
eines Hecks des Schiffs; eine Schraubenradpumpe mit einer Ansaugöffnung,
einer Auslassöffnung
und einem Pumpenrad, wobei die Ansaugöffnung so angeordnet ist, dass
sie von der oberen Öffnung
fortgeführt wird,
wobei das Pumpenrad Wasser unterhalb des Bodens des Schiffs durch
die untere Öffnung
ansaugt, um so das Wasser unter Druck zu setzen; und eine Auslassleitung,
die mit der Auslassöffnung
der Schraubenradpumpe verbunden ist und die so ausgelegt ist, dass
sie Wasser, das vom Pumpenrad unter Druck gesetzt wurde, hin zu
einer Rückseite
des Hecks des Schiffs ausstößt.
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Da der Aufbau wie oben beschrieben
angeordnet ist, wird Wasser das vom Wasserdurchlass in die Schraubenradpumpe
eingeführt
wird, beschleunigt, während
das Wasser durch die Schaufeln des Pumpenrads unter Druck gesetzt
wird. Dann wird das Wasser in der Auslassleitung bewegt, um so zum Rückbereich
des Hecks ausgestoßen
zu werden, so dass das Schiff vorwärts fährt.
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Da die Wasserstrahlantriebsvorrichtung
die Schraubenradpumpe umfasst, kann Luft, die in das Pumpengehäuse vom
Boden des Schiffs eingeführt wird,
leicht ausgeschieden werden, auch wenn Luft eingeführt wird,
weil das Schiff wegen Wellen treibt. Deshalb kann eine Verschlechterung
der Antriebsleistung aufgrund der Erzeugung von Hohlsog verhindert
werden.
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Weiterhin können untere Enden der Schaufeln
des Pumpenrads unterhalb einer Wasseroberfläche angeordnet sein.
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Der oben erwähnte Aufbau ermöglicht,
dass die unteren Enden des Pumpenrades unterhalb der Wasseroberfläche angeordnet
sind. Somit können der
Unterdruck im Einführbereich
des Pumpengehäuses
und der Wasserdruck unterhalb der Wasserfläche einen Zustand realisieren,
in dem das Wasser das Pumpenrad erreicht, da das Wasser einfach durch
die untere Öffnung
des Pumpenrahmens eintreten kann. Deshalb kann der Betrieb der Vorrichtung
einfach gestartet werden.
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Weiterhin kann sich die Breite der
unteren Öffnung
des Pumpenrahmens in Richtung eines Vordersteven des Schiffs vergrößern.
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Der vorgenannte Aufbau ermöglicht,
dass Wasserströme
unterhalb des Bodens des Schiffes in großer Breite während der
Fahrt des Schiffes aufgenommen werden können. Da Luft, welche in die Schraubenradpumpe
durch die untere Öffnung
angesaugt wird, leicht ausgeschieden werden kann, kann eine Verschlechterung
der Antriebsleistung, verursacht durch die Erzeugung eines Hohlsogs,
weiterhin zuverlässig
verhindert werden.
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Weiterhin kann ein Ende der unteren Öffnung des
Pumpenrahmens angrenzend an einen Vordersteven des Schiffs näher an dem
Vordersteven liegen im Vergleich zu einer Position direkt unterhalb eines
Endes der oberen Öffnung
angrenzend an den Vordersteven, und ein Vorderbereich des Wasserdurchlasses
des Pumpenrahmens angrenzend an den Vordersteven kann nach oben
geneigt sein in Richtung hin zum Heck des Schiffes.
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Der oben genannte Aufbau ermöglicht,
dass Wasser unterhalb des Bodens des Schiffes problemlos in die
Schraubenradpumpe während
der Fahrt des Schiffes eingeführt
wird, ohne Widerstand gegen den Wasserstrahl.
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Ein Rückbereich des Pumpenrahmens
angrenzend an das Heck des Schiffs kann nach unten über den
Boden des Schiffs hervorstehen und die untere Öffnung des Pumpenrahmens ist
in einer solchen Weise geneigt, dass ein Winkel, der vom Boden des
Schiffs gebildet wird, nicht weniger als 20 Grad noch mehr als 30
Grad beträgt.
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Der oben genannte Aufbau hat die
Anordnung, dass der Rückbereich
des Pumpenrahmens, der an das Heck des Schiffes angrenzt und der
nach unten über
den Boden des Schiffes hervorsteht, Wasserströme unterhalb des Bodens aufnimmt
und Wasserströme
in den Wasserdurchlass einführt.
Deshalb können
Wasserströme
wirksam in den Wasserdurchlass eingeführt werden.
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Ein Pumpenstützelement zum Stützen der Schraubenradpumpe
von einer unteren Position kann für den Boden des Schiffs vorgesehen
sein.
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Der oben genannte Aufbau hat eine
Anordnung, dass die Antriebsvorrichtung am Schiff befestigt ist
durch Verbinden der Schraubenradpumpe mit dem Pumpenstützelement,
das für
den Boden des Schiffes vorgesehen ist. Weiterhin ist die Ansaugöff nung mit
der oberen Öffnung
des Pumpenrahmens verbunden. Das heißt, die Antriebsvorrichtung
ist am Schiff an nur einer Position im Ansaugbereich desselben befestigt.
Deshalb kann das Verfahren zum Anordnen der Hauptwelle des Pumpenrads
an einer vorbestimmten Position in Bezug auf die Antriebswelle des
Motors leicht durchgeführt
werden. Als Ergebnis kann eine Abweichung der Achse der Hauptwelle zuverlässig verhindert
werden. Auch wenn Schwingungen des Motors auf die Hauptwelle übertragen werden,
kann das drehende Pumpenrad nicht leicht mit der Innenfläche der
Schraubenradpumpe in Kontakt gebracht werden. Deshalb kann eine
Verschlechterung im Wirkungsgrad der Pumpe, die aufgrund einer Abnutzung
des Pumpenrads auftritt, verhindert werden.
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Elastische Dämpfungselemente können vorgesehen
sein für
einen Verbindungsbereich zwischen der Ansaugöffnung der Schraubenradpumpe und
dem Pumpenrahmen bzw. den anderen Verbindungsbereich zwischen der
Auslassöffnung
der Schraubenradpumpe und der Auslassleitung.
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Der oben genannte Aufbau umfasst
die Dämpfungselemente,
die eine Elastizität
aufweisen und jeweils für
den Verbindungsbereich zwischen der Ansaugöffnung der Schraubenradpumpe
und dem Pumpenrahmen bzw. den Verbindungsbereich zwischen der Auslassöffnung der
Schraubenradpumpe und der Auslassleitung vorgesehen sind. Deshalb kann
die Schraubenradpumpe, wenn die Schraubenradpumpe horizontal angeordnet
ist, als erstes so positioniert sein, dass die Hauptwelle des Pumpenrads in
einer vorbestimmten Position in Bezug auf die Antriebswelle des
Motors positioniert ist. Der Grund dafür liegt darin, dass eine Abweichung
der Position der Schraubenradpumpe in Bezug auf den Pumpenrahmen
und die Auslassleitung durch Dämpfungselemente
absorbiert werden kann. Deshalb kann das Einbauverfahren für den Einbau
der Hauptwelle des Pumpenrads an einer vorbestimmten Position in
Bezug auf die Hauptwelle des Motors weiterhin leicht durchgeführt werden.
Somit kann die Erzeugung einer Abweichung der Achse der Hauptwelle
zuverlässig
verhindert werden.
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Die Dämpfungselemente können Schwingungen
der Schraubenradpumpe und Schwingungen, die über den Pumpenrahmen und die
Auslassleitung auf das Schiff übertragen
werden, verringern.
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Ein Aufbau kann verwendet werden,
bei dem die Schraubenradpumpe ein Pumpengehäuse, ein Ansauggehäuse und
eine Hauptwelle umfasst, das Pumpengehäuse die Auslassöffnung aufweist
und das Pumpenrad aufnimmt, das Ansauggehäuse die Ansaugöffnung aufweist
und so angeordnet ist, um eine Verbindung zwischen dem Pumpengehäuse und
dem Pumpenrahmen herzustellen, und die Hauptwelle ist mit dem Pumpenrad
versehen, im Wesentlichen horizontal in dem Pumpengehäuse ausgebildet
und so angeordnet, um gedreht zu werden, Schaufeln des Pumpenrads
sind spiralförmig
an der Hauptwelle befestigt, die Außenenden der Schaufeln angrenzend
an eine innere Oberfläche
des Pumpengehäuses
angeordnet sind und äußere Leitenden
der Schaufeln angrenzend an den Einführbereich nach unten sich in
Richtung zum Ansauggehäuse
erstrecken, und lange und verdrehte Führungsschaufeln, die näher am Auslassbereich
angeordnet sind als die Schaufeln, sind um die Hauptwelle angeordnet.
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Bei dem oben genannten Aufbau wird
das Wasser, das in das Pumpengehäuse
durch den Wasserdurchlass im Pumpenrahmen eingeführt wurde, beschleunigt, während das
Wasser durch aufeinanderfolgende und spiralförmige Schaufeln des Pumpenrads
unter Druck gesetzt wird. Dann wird das Wasser entlang der verdrehten
Führungsschaufeln
in der Axialrichtung der Welle des Pumpenrades geführt, so
dass das Wasser gleichgerichtet wird. Das Pumpenrad erzeugt eine
starke Ansaugkraft in den Schraubenblättern im Vorderbereich davon
durch die Antriebskraft desselben. Da die Schaufeln des Pumpenrads
durchgehend ausgebil det sind, wird eine Zentrifugalkraft im Rückbereich
des Pumpenrads erzeugt. Deshalb kann Energie, die dem Wasser im Vorderbereich
des Pumpenrads zugefügt
wird, in Druckenergie umgewandelt werden. Deshalb können Ansaug-
und Antriebsleistung verbessert werden.
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Eine Vielzahl von Schraubenradpumpen kann
in Reihe in einer horizontalen Richtung verbunden werden.
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Der oben genannte Aufbau ist in der
Lage, die Ausstoßgeschwindigkeit
zu erhöhen
und somit kann eine große
Antriebskraft erhalten werden. Als ein Ergebnis kann das Schiff
mit hoher Geschwindigkeit gefahren werden.
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Ein Öffnungs-/Schließventil
kann für
einen Durchgang vorgesehen sein, der zwischen der unteren Öffnung des
Pumpenrahmens und dem Pumpenrad ausgebildet ist.
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Der oben genannte Aufbau ermöglicht,
dass die Schraubenradpumpe zerlegt und entfernt werden kann in einem
Zustand, in welchem das Schiff auf dem Wasser treibt, wenn das Öffnungs/Schließventil geschlossen
ist, ohne eine Notwendigkeit, das Schiff über die Wasseroberfläche anzuheben.
Deshalb kann, auch bei einer Panne oder dergleichen, die während der
Fahrt auftritt, eine Reparatur und Inspektion, wie Wartung oder
Teiletausch, leicht durchgeführt
werden.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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1 ist
eine vertikale Seitenansicht, die schematisch ein Schiff mit einer
Wasserstrahlantriebsvorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist
eine vertikale Querschnittsansicht eines Seitenbereichs der Wasserstrahlantriebsvorrichtung
aus 1;
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3 ist
eine perspektivische Ansicht des Pumpenrahmens aus 1;
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4 ist
eine Seitenansicht der Form des Pumpenrades und der Führungsschaufeln
aus 1;
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5 ist
eine vertikale Querschnittsansicht eines Seitenbereichs einer Wasserstrahlantriebsvorrichtung
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung;
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6 ist
eine vertikale Querschnittsansicht eines Seitenbereichs einer Wasserstrahlantriebsvorrichtung
gemäß einem
dritten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung; und
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7 ist
eine vertikale Querschnittsansicht eines Seitenbereichs einer Wasserstrahlantriebsvorrichtung
gemäß einem
vierten Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung.
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Beste Ausführungsart
der Erfindung
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Ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
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Wie in 1 gezeigt,
ist eine Wasserstrahlantriebsvorrichtung 5 mit einem Verbrennungsmotor (einem
Motor) 3 verbunden, der angrenzend an ein Heck 1a eines
Schiffs 1 angeordnet ist. Die Wasserstrahlantriebsvorrichtung 5 saugt
Wasser von unterhalb eines Bodens 1b des Schiffes 1 an
und stößt einen
unter Druck gesetzten und beschleunigten Wasserstrahl zu einem Rück bereich
des Hecks 1a aus. Somit wird das Schiff 1 durch
den Rückstoß des ausgestoßenen Wassers
angetrieben.
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Wie in 2 gezeigt,
umfasst die Antriebsvorrichtung 5 einen Pumpenrahmen 7,
eine Schraubenradpumpe 8 und eine Auslassleitung 13.
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Eine Öffnung 15 ist im Boden 1b an
einer Position angrenzend an das Heck 1a ausgebildet. Der Pumpenrahmen 7 ist
an einem Umfang 15a der Öffnung 15 befestigt.
Wie in 3 gezeigt, ist
der Pumpenrahmen 7 in einer zylindrischen Form ausgebildet,
mit einer oberen Verbindungsöffnung
(eine obere Öffnung) 17,
einer unteren Einführöffnung (eine
untere Öffnung) 19 und
einem Wasserdurchlass 21 zum Verbinden der Verbindungsöffnung 17 und
der Einführöffnung 19 miteinander.
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Verbindungsflansche 23 und 25 sind
jeweils im Umfang der Verbindungsöffnung 17 und im Umfang
der Einführöffnung 19 ausgebildet.
Die Einführöffnung 19 ist
in einer sektorenartigen Form ausgebildet, die sich in einer Richtung
verbreitert, in welcher das Schiff nach vorwärts bewegt wird, so dass die Breite
der Einführöffnung 19 sich
in der Richtung vergrößert (in
Richtung eines Vordersteven), in welcher das Schiff nach vorwärts fährt. Ein
vorderes Ende 19a der Einführöffnung 19 angrenzend
an den Vordersteven liegt näher
am Vordersteven verglichen mit einer Position direkt unterhalb eines
vorderen Endes 17a der Verbindungsöffnung 17 angrenzend
an den Vordersteven. Deshalb weist die Einführöffnung 19 eine Form
auf, die sich in der Richtung, in welcher das Schiff vorwärts fährt, erstreckt,
verglichen mit der Verbindungsöffnung 17.
Der Pumpenrahmen 7 weist eine niedrige Form auf, während der
Wasserdurchlass 21 eine kurze Länge aufweist. Somit liegt das untere
Ende eines Pumpenrads 11 (siehe 2) der Schraubenradpumpe 8 unterhalb
der Wasseroberfläche.
Ein Vorderbereich des Wasserdurchlasses 21 angrenzend an
den Vordersteven ist nach oben geneigt in Richtung des Hecks 1a,
um mit der Abweichung zwischen den vorderen Enden 17a und 19a angrenzend
an den Vordersteven überein
zu stimmen. Der Pumpenrahmen 7 mit dem oben erwähnten Aufbau
ist, wie in 2 gezeigt,
am Boden 1b befestigt durch Befestigen eines Flansches 25 im
Umfang der Einführöffnung 19 an
einem Umfang 15a der Öffnung 15 mittels
Bolzen. Die Einführöffnung 19 öffnet sich
zum Wasser an einer Position angrenzend an das Heck 1a.
Es sei angemerkt, dass ein Gitter 16 zum Verhindern des
Eindringens von Fremdkörpern die Öffnung 15 des
Bodens 1b bedeckt. Obwohl dieses Ausführungsbeispiel den Aufbau aufweist,
dass die Einführöffnung 19 eine
sektorenartige Form hat, kann auch eine andere Form, wie z. B. eine
kreisförmige
Form, eine elliptische Form oder eine rechteckige Form verwendet
werden.
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Die Schraubenradpumpe 8 umfasst
ein Pumpengehäuse 9 und
ein Ansauggehäuse 10,
die miteinander in einer solchen Weise verbunden sind, dass eine
Verbindung erlaubt ist. Weiterhin umfasst die Schraubenradpumpe 8 das
Pumpenrad 11, das im Pumpengehäuse 9 untergebracht
ist. Die Schraubenradpumpe 8 ist im Wesentlichen horizontal
angeordnet. Das Pumpengehäuse 9 weist
eine Auslassöffnung 27 auf.
Das Ansauggehäuse 10 umfasst
eine Ansaugöffnung 2b.
Das Pumpengehäuse 9 und
das Ansauggehäuse 10 sind
miteinander verbunden durch Verbinden entsprechender Flansche 51 und 53 aneinander
mittels Bolzen.
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Ein Rahmen 12, der als ein
Pumpenstützelement
zum Stützen
der Schraubenradpumpe 8 von einer unteren Position dient,
ist für
den Boden 1b an einer Position näher am Heck 1a im
Vergleich zur Öffnung 15 vorgesehen.
Stützfüße 14,
die nach unten von Vorder- und Rückbereichen
vorstehen, sind in dem Außenumfang
des Pumpengehäuses 9 ausgebildet.
Die Schraubenradpumpe 8 ist am Schiff 1 befestigt
durch Platzieren der Stützfüße 14 auf
der oberen Oberfläche
des Rahmens 12 und durch Befestigen des Rahmens 12 und
der Stützfüße 14 mittels Bolzen.
Eine Höhe
der Schraubenradpumpe 8, die durch den Rahmen 12 und
die Stützfüße 14 gestützt wird,
ist so gewählt,
dass das untere Ende des Pumpenrads 11 niedriger ist als
die Wasseroberfläche.
In diesem Ausführungsbeispiel
ist das Pumpenrad 11 vollkommen im Wasser eingetaucht.
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Das Ansauggehäuse 10 ist als eine
L-förmige
Rohrleitung gebildet. Verbindungsflansche 29 und 31 sind
für die
Außenumfänge der
Ansaugöffnung 26 des
Ansauggehäuses 10 und
die Auslassöffnung 27 des
Pumpengehäuses 9 vorgesehen.
Das Ansauggehäuse 10 und
der Pumpenrahmen 7 sind miteinander verbunden durch Verbinden
des Flansches 29 im Außenumfang
der Ansaugöffnung 26 mit
dem Flansch 23 in dem Außenumfang der Verbindungsöffnung 17 mittels
Bolzen. Der Pumpenrahmen 7 weist eine niedrige Form auf,
um der Höhe
der gestützten
Schraubenradpumpe 8 zu entsprechen. Auch das Ansauggehäuse 10 hat
eine niedrige Form. Somit ist der Abstand von der Einführöffnung 19 des Pumpenrahmens 7 zum
Leitende des Pumpenrads 11 verkürzt, so dass der Ansaugwiderstand
verringert ist.
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Das Pumpengehäuse 9 umfasst eine
Pumpenradwelle (eine Hauptwelle) 33. Die Pumpenradwelle 33 ist
mit einer Antriebswelle 49 eines Motors 3 (siehe 1) auf der Außenseite
des Pumpengehäuses 9 und
der Außenseite
des Ansauggehäuses 10 angrenzend
an den Vordersteven verbunden. Die Pumpenradwelle 33 wird
im Wesentlichen horizontal in das Pumpengehäuse 9 in Richtung
zum Heck 1a durch einen Lagerbereich 10a eingesetzt,
der im Ansauggehäuse 10 vorgesehen
ist. Ein Leitende der Pumpenradwelle 33 in einer Einführrichtung
wird drehbar durch ein Lagergehäuse 39 gelagert.
Ein vorderer Bereich der Pumpenradwelle 33 in dem Lagergehäuse 39 ist
mit dem Pumpenrad 11 versehen, welches Wasser unterhalb
des Bodens 1b ansaugt, um das Wasser unter Druck zu setzen.
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Wie in 4 gezeigt,
umfasst das Pumpenrad 11 eine Nabe 35, die an
einem unteren Ende der Pumpenradwelle 33 befestigt ist
und drei spiralförmige
und vorstehende Schaufeln 37, die für die Nabe 35 vorgesehen
sind. Wie in 2 gezeigt,
sind die Außenumfänge der
Schaufeln 37 angrenzend an die Innenfläche des Pumpengehäuses 9 angeordnet,
um eine volumetrische Wirkung und eine Ausgleichswirkung der Pumpe
zu verbessern. Ein Leitende der Schaufeln 37 angrenzend
an die Einführöffnung 26 (angrenzend
an den Vordersteven) erstreckt sich zu einer Position angrenzend
an das Ansauggehäuse 10.
Somit kann die Ansaugleistung der Pumpe verbessert werden. Gleichzeitig
wird der Ansaugbereich des Pumpenrads 11 nicht mit gelöster Materie,
die in den Pumpenrahmen 7 eingeführt wird, zugesetzt. Es sei
angemerkt, dass die Anzahl der Schaufeln des Pumpenrads 11 willkürlich verändert werden
kann, um an die Größe des Schiffes 1 angepasst
zu werden.
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Die Innenfläche des Pumpengehäuses 9 hat eine
parabolische Form. Tellerförmige
Wasserdurchlässe
sind ausgebildet durch Unterteilen des Bereichs zwischen der Innenfläche des
Pumpengehäuses 9 und
dem Lagergehäuse 39.
Somit wird Wasser, das durch den Ansaugbereich 26 eingeführt wird,
unter Druck gesetzt und zu spiralförmig verwirbelten Strömen geformt
durch die Oberflächen
der Schaufeln des Pumpenrads 11.
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Ein Bereich des Wasserdurchlasses
im hinteren Teil des Pumpenrads 11 (ein Wasserdurchlass um
die Pumpenradwelle 33 von den Schaufeln 37 zu der
Auslassöffnung 27)
ist mit vier langen und verdrehten Führungsschaufeln 41 versehen.
Die Führungsschaufeln 41 stehen über das
Lagergehäuse 39 hinaus.
Ein Bereich angrenzend an die Leitenden der Führungsschaufeln 41 bildet
einen Wasserdurchlass für
parabolisch geführte
Wirbelströme,
die vom Pumpenrad 11 unter Druck gesetzt sind, während ein Bereich
angrenzend an die Nachlaufenden der Führungsschaufeln 41 einen
Wasserdurchlass bildet, um die geführten Wirbelströme in gerade
Ströme
umzuwandeln. Auch die Anzahl der Führungsschaufeln 41 kann
willkürlich
geändert
werden, ähnlich
der Anzahl der Schaufeln 37.
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Wie in 1 und 2 gezeigt, ist ein Ende der Auslassleitung 13 mit
dem Pumpengehäuse 9 verbunden
und das andere Ende steht über
das Heck 1a vor. Die beiden Enden sind miteinander verbunden über einen
gebogenen Bereich. Ein Flansch 43 ist an dem Ende der Auslassleitung 13 ausgebildet.
Wenn der Flansch 43 mit dem Flansch 31 der Auslassöffnung 27 des
Pumpengehäuses 9 mittels
Bolzen verbunden ist, sind das Pumpengehäuse 9 und die Auslassleitung 13 so
miteinander verbunden, dass eine Verbindung ermöglicht ist. Das andere Ende
der Auslassleitung 13 wird durch das Heck 1a von
einer unteren Position gestützt.
Das andere Ende der Auslassleitung 13 ist mit einer Strahldüse 45 ausgestattet.
Der Wasserstrahl, der vom Pumpenrad 11 unter Druck gesetzt
und beschleunigt wird, wird von der Strahldüse 45 zusammengequetscht,
um zur Rückseite
des Hecks 1a ausgestoßen
zu werden. Somit wird das Schiff 1 nach vorwärts gefahren.
Die Strahldüse 45 ist
mit einer Umkehrvorrichtung 47 versehen, um das Schiff 1 in
umgekehrter Richtung zu fahren. Die Umkehrvorrichtung 47 schaltet
eine Richtung, in welcher der Wasserstrahl aus der Strahldüse 45 ausgestoßen wird,
von einer Richtung zur Rückseite
des Hecks um zu einer Richtung zum Vorderbereich des Hecks. Wenn
der Wasserstrahl zum Vorderbereich des Hecks ausgestoßen wird,
fährt das
Schiff 1 rückwärts.
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Ein flexibles Verbindungsstück 55,
das als ein Dämpfungselement
dient, ist zwischen dem Flansch 29 der Ansaugöffnung 26 der
Schraubenradpumpe 8 und dem Flansch 23 der Verbindungsöffnung 17 des
Pumpenrahmens 7 angeordnet. In ähnlicher Weise ist ein flexibles
Verbindungsstück 57, das
als ein Dämpfungselement
dient, zwischen dem Flansch 31 der Auslassöffnung 27 der
Schraubenradpumpe 8 und dem Flansch 43 der Auslassleitung 13 angeordnet.
Die flexiblen Verbindungsstücke 55 und 57 werden aus
rostfreiem Stahl und Gummi hergestellt, so dass jedes der flexiblen
Verbindungsstücke 55 und 57 eine
Elastizität
aufweist.
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Die Funktionsweise dieses Ausführungsbeispiels
wird nun beschrieben.
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In der oben beschriebenen Antriebsvorrichtung 5 wird
Wasser unterhalb des Bodens 1b angesaugt durch die Einführöffnung 19 des
Pumpenrahmens 7, um so in das Pumpengehäuse 9 durch den Wasserdurchlass 21 eingeführt zu werden.
Dann wird das Wasser durch die Schaufeln 37 des Pumpenrads 11 unter
Druck gesetzt und beschleunigt und dann durch die Auslassleitung 13 bewegt.
Somit wird der Wasserstrahl von der Strahldüse 45 zum hinteren Bereich
des Hecks 1a ausgestoßen,
so dass das Schiff 1 gesteuert wird.
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Das Pumpenrad 11 weist Schaufeln 37 auf, die
spiralförmig
an der Pumpenradwelle 33 befestigt sind. Weiterhin liegen
die Außenumfänge der
Schaufeln 37 angrenzend zur Innenfläche des Pumpengehäuses 9.
Zusätzlich
erstrecken sich die Leitenden der Einführbereiche der Schaufeln 37 zu
der Position angrenzend an das Ansauggehäuse 10. Weiterhin sind
lange und verdrehte Führungsschaufeln 41 um den
Bereich der Pumpenradwelle 33 vorgesehen, angrenzend an
die Auslassöffnung 27.
Deshalb wird das Wasser, das in das Pumpengehäuse 9 durch den Wasserdurchlass 21 des
Pumpenrahmens 7 und das Ansauggehäuse 10 eingeführt wird,
durch die aufeinander folgenden und spiralförmigen Schaufeln 37 unter
Druck gesetzt und beschleunigt. Dann wird das Wasser von den verdrehten
Führungsschaufeln 41 in der
Axialrichtung der Pumpenradwelle 33 geführt, um so gleichgerichtet
zu werden. Das Pumpenrad 11, dessen Schraubenblätter im
vorderen Bereich davon vorgesehen sind, erzeugt eine starke Ansaugwirkung durch
die Antriebskraft der Schraubenblätter. Da die Schaufeln 37 des
Pumpenrads 11 durchgehend sind, wird eine Zentrifugalkraft
im Rückbereich
des Pumpenrads 11 erzeugt. Deshalb kann Energie, die dem Wasser
im Vorderbereich des Pumpenrads 11 zugefügt wird,
in Druckenergie umgewandelt werden. Als Ergebnis kann eine ausgezeichnete
Ansaugleistung und Antriebsleistung erhalten werden.
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Die Wasserstrahlantriebsvorrichtung 5 ist
am Schiff 1 so befestigt, dass die Stützfüße 14 der Schraubenradpumpe 8 am
Rahmen 12 befestigt sind, welcher am Boden 1b mittels
Bolzen befestigt ist. Weiterhin ist die Ansaugöffnung 26 mit der
Verbindungsöffnung 17 des
Pumpenrahmens 7 verbunden. Das heißt, die Wasserstrahlantriebsvorrichtung 5 ist am
Schiff 1 an einer Position im unteren Bereich des Pumpengehäuses 9 befestigt.
Deshalb kann ein Vorgang zum Anordnen der Pumpenradwelle 33,
damit diese mit der Achse der Antriebswelle 49 übereinstimmt,
leicht durchgeführt
werden im Vergleich zu dem herkömmlichen
Verfahren, bei dem beide Enden der Antriebsvorrichtung befestigt
sind. Als Ergebnis kann eine Abweichung der Achse der Pumpenradwelle 33 zuverlässig verhindert
werden. Deshalb kann das drehende Pumpenrad 11 nicht leicht
mit dem Pumpengehäuse 9 in
Berührung
kommen, auch wenn Schwingungen des Motors 3 auf die Pumpenradwelle 33 übertragen
werden. Als Ergebnis kann eine Verschlechterung des Wirkungsgrades
der Pumpe, die wegen einer Abnutzung des Pumpenrades 11 auftritt,
verhindert werden.
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Da die Wasserstrahlantriebsvorrichtung 5 die Schraubenradpumpe 8 verwendet,
kann Luft, die in das Pumpengehäuse 9 durch
den Bodens 1b eingeführt
wird, leicht. ausgeschieden werden in einem Fall, wenn das Schiff 1 abhebt
aufgrund von Wellen, im Vergleich zum herkömmlichen Aufbau, der ein spiralförmiges Pumpengehäuse umfasst.
Deshalb kann eine Verschlechterung der Antriebsleistung, die aufgrund
der Erzeugung von Hohlsog auftritt, verhindert werden.
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Da der unterste Bereich der Schaufeln 37 des
Pumpenrads 11 niedriger ist als die Wasseroberfläche, realisieren
der Unterdruck in der Ansaugöffnung 26 des
Pumpengehäuses 9 und
der Wasserdruck unterhalb der Wasseroberfläche einen Zustand, in dem das
Wasser das Pumpenrad 11 erreicht, da das Wasser leicht
durch die Einführöffnung 19 des
Pumpenrahmens 7 eingeführt
werden kann, wenn die Fahrt beginnt. Als Ergebnis kann der Start leicht
durchgeführt
werden.
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Da der Wasserdurchlass 21 des
Pumpenrahmens 7 eine kurze Länge aufweist, und da auch das Ansauggehäuse 10 eine
kurze Länge
aufweist, kann die tatsächliche
Anhebung zum Pumpenrad 11 verringert werden. Somit kann
der Ansaugwiderstand im Ansaugbereich verringert werden. Als Ergebnis
kann die Erzeugung von Hohlsog, wenn das Schiff 1 mit hoher
Geschwindigkeit fährt,
zuverlässig
verhindert werden.
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Da die Einführöffnung 19 des Pumpenrahmens 7 in
einer sektorförmigen
Form ausgebildet ist mit einer Breite, die sich vergrößert in
Richtung zum Vordersteven, können
Wasserströme
unterhalb des Bodens 1b in großer Breite während der
Fahrt des Schiffes 1 aufgenommen werden. Da Luft, die in
das Pumpengehäuse 9 durch
die Einführöffnung 19 angesaugt
wird, weiterhin leicht ausgeschieden werden kann, kann eine Verschlechterung
in der Antriebsleistung aufgrund einer Erzeugung von Hohlsog weiterhin
zuverlässig
verhindert werden.
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Das vordere Ende 19a der
Einführöffnung 19 des
Pumpenrahmens 7 ist näher
am Vordersteven gelegen verglichen mit der Position direkt unter
dem vorderen Ende 17a der Verbindungsöffnung 17. Weiterhin
ist der Vorderbereich des Wasserdurchlasses 21 des Pumpenrahmens 7 nach
oben zum Heck 1a hin geneigt. Deshalb kann Wasser unterhalb
des Bodens 1b problemlos in das Pumpengehäuse 9 eingeführt werden,
ohne Widerstand des Wasserstroms.
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Da die Auslassleitung 13 die
Form hat, dass die zwei Enden durch den gebogenen Bereich weitergeführt werden,
wird Wasser, das durch das Pumpenrad 11 unter Druck gesetzt
und beschleunigt wurde, durch die gebogene Auslassleitung 13 bewegt. Deshalb
kann Widerstand in der Auslassleitung 13 verhindert werden.
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Der Verbindungsbereich zwischen der Schraubenradpumpe 8 und
dem Pumpenrahmen 7 und der Verbindungsbereich zwischen
der Schraubenradpumpe 8 und der Auslassleitung 13 sind
mit den entsprechenden flexiblen Verbindungsstücken 55 und 57 versehen,
von denen jedes eine Elastizität aufweist.
Deshalb kann, auch wenn die Schraubenradpumpe 8 (das Pumpengehäuse 9)
in einer solchen Weise platziert und befestigt ist, dass die Achsen
der Pumpenradwelle 33 und der Antriebswelle 49 miteinander übereinstimmen,
eine Abweichung der Schraubenradpumpe 8 in Bezug auf den
Pumpenrahmen 7 und die Auslassleitung 13 durch
die flexiblen Verbindungsstücke 55 und 57 absorbiert
werden. Deshalb können
die Achse der Pumpenradwelle 33 und die der Antriebswelle 49 einfach
und zuverlässig in Übereinstimmung
zueinander gebracht werden. Somit kann eine Abweichung der Achse
der Pumpenradwelle 33 weiterhin zuverlässig verhindert werden. Da
die flexiblen Verbindungsstücke 55 und 57 in
der Lage sind, Schwingungen der Schraubenradpumpe 8 zu
absorbieren, können
Schwingungen, die auf das Schiff 1 über den Pumpenrahmen 7 und
die Auslassleitung 13 übertragen
werden, verringert werden.
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Ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 5 beschrieben.
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Eine Antriebsvorrichtung 71 gemäß diesem Ausführungsbeispiel,
umfasst zwei Schraubenradpumpen 72 und 73, die
in Reihe in horizontaler Richtung miteinander verbunden sind. Gleiche
Bauteile wie diejenigen des ersten Ausführungsbeispiels sind mit den
gleichen Bezugszeichen bezeichnet und diese Bauteile werden in der
Beschreibung ausgelassen.
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Wie in 5 gezeigt,
ist insbesondere die Schraubenradpumpe 8 (siehe 2) gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel
so angeordnet, dass ein anderes Pumpengehäuse (ein zweites Pumpengehäuse) 74 zwischen
dem Pumpengehäuse
(einem ersten Pumpengehäuse) 9 und
der Auslassleitung 13 angeordnet ist. Weiterhin erstreckt
sich eine Pumpenradwelle 75 vom ersten Pumpengehäuse 9 zum zweiten
Pumpengehäuse 74.
Zwei Pumpenräder 11, die
in dem Pumpengehäuse 9 und
dem Pumpengehäuse 74 untergebracht
sind, sind für
eine Pumpenradwelle 75 vorgesehen. Das heißt, die
Schraubenradpumpe 72 der zwei Schraubenradpumpen besteht
aus dem Pumpengehäuse 9,
dem Ansauggehäuse 10 und
dem Pumpenrad 11. Die andere Schraubenradpumpe 73 besteht
aus der Schraubenradpumpe 73 und dem Pumpenrad 11.
Die zwei Pumpengehäuse 9 und 74 sind
miteinander verbunden durch Verbinden entsprechender Flansche 77 und 79 miteinander
in einer solchen Weise, dass eine Verbindung möglich ist. Stützfüße 83 und 85 sind ausgebildet,
um über
die unteren Bereiche des Pumpengehäuses 9 und des Pumpengehäuses 74 vorzustehen.
Die Stützfüße 83 und 85 sind
am Rahmen 81, der für
den Boden 1b vorgesehen ist, befestigt.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel
können die
spiralförmigen
Pumpenräder 11,
die für
die Schraubenradpumpen 72 und 73 vorgesehen sind, eine
Antriebskraft ähnlich
einem Turbinenaufbau erzeugen. Deshalb kann die Ausstoßgeschwindigkeit erhöht werden
und somit eine große
Antriebskraft erhalten werden. Somit kann das Schiff 1 mit
hoher Geschwindigkeit gefahren werden.
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Ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 6 beschrieben.
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Eine Antriebsvorrichtung 91 gemäß diesem Ausführungsbeispiel
hat einen Aufbau, dass ein Öffnungs-/Schließventil 92 für einen
Wasserdurchlass, der zwischen der Einführöffnung 19 des Pumpenrahmens 7 und
dem Pumpenrad 11 gebildet ist, vorgesehen ist. Ähnliche
Bauteile wie diejenigen des ersten Ausführungsbeispiels haben die gleichen
Bezugszeichen und die ähnlichen
Bauteile werden in der Beschreibung ausgelassen.
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Wie in 6 gezeigt,
umfasst insbesondere das Öffnungs-/Schließventil 92 einen
zylindrischen Ventilkörper 93 mit
einem Innenbereich 93a, der einen Durchmesser aufweist,
der im Wesentlichen der Gleiche ist wie der Innendurchmesser des
Ansauggehäuses 10.
Weiterhin umfasst das Öffnungs-/Schließventil 92 einen
Zylinder 94, der mit dem Ventilkörper 93 verbunden
ist, und eine Schließplatte 95,
die mit einer Antriebswelle 94a eines Zylinders 94 verbunden
ist. Die Schließplatte 95 folgt
Drehungen der Antriebswelle 94a, um so in den Innenbereich 93a des
Ventilkörpers 93 eingesetzt
zu werden. In einem Zustand, in dem die Schließplatte 95 vollständig eingeführt ist,
ist der Innenbereich 93a des Ventilkörpers 93 geschlossen.
Das heißt,
die Bewegung der Schließplatte 95 öffnet/schließt den Innenbereich 93a (das Öffnungs-/Schließventil 92)
des Ventilkörpers 93.
Der Ventilkörper 93 ist
verbunden in einem Zustand, in dem der Ventilkörper 93 zwischen dem
Flansch 29 der Ansaugöffnung 26 des
Ansauggehäuses 10 und
dem Flansch 23 der Verbindungsöffnung 17 des Pumpenrahmens 7 gehalten
wird. Im oben genannten Zustand ist der Innenbereich 93a des
Ventilkörpers 93 mit
der Ansaugöffnung 26 und der
Verbindungsöffnung 17 verbunden.
Die Einrichtung/Unterbrechung der Verbindung zwischen dem Ansauggehäuse 10 und
dem Pumpenrahmen 7 durch den Ventilkörper 93 wird wie folgt
durchgeführt: Wenn
das Öffnungs-/Schließventil 92 geöffnet ist, wird
der Verbindungszustand realisiert. Wenn das Öffnungs-/Schließventil 92 geschlossen
ist, wird der Unterbrechungszustand realisiert. Das flexible Verbindungsstück 55,
welches das Dämpfungselement ist,
und eine flache Platte 96 zum Ausgleichen eines Betrags
der Verformung des flexiblen Verbindungsstücks 55 sind zwischen
dem Ventilkörper 93 und dem
Flansch 29 des Ansauggehäuses 10 angeordnet.
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Wenn das Öffnungs-/Schließventil 92 des oben
genannten Aufbaus geschlossen ist, kann die Schraubenradpumpe 91 zerlegt
oder entfernt werden in einem Zustand, in welchem das Schiff 1 auf
dem Wasser treibt, ohne eine Notwendigkeit, das Schiff 1 über die
Wasseroberfläche
anzuheben. Deshalb kann, auch bei einer Panne oder dergleichen,
die während
der Fahrt auftreten, eine Reparatur und Inspektion, wie Wartung
oder Teiletausch, leicht durchgeführt werden.
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Ein viertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 7 beschrieben.
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Eine Antriebsvorrichtung 61 gemäß diesem Ausführungsbeispiel,
wie in 7 gezeigt, umfasst einen
Vorsprung 65 ins Wasser, welcher vorgesehen ist für einen
unteren Bereich eines Pumpenrahmens 63 angrenzend an das
Heck 1a. Der Vorsprung 65 ins Wasser steht nach
unten über
den Boden 1b vor, um die Einführöffnung 19 zu unterteilen.
Die Einführöffnung 19 ist
nach oben geneigt, um einen Winkel vom Boden 1b zu bilden,
der nicht weniger als 20 Grad und nicht mehr als 30 Grad beträgt (20° ≤ θ ≤ 30°, wie in 7 gezeigt). Die anderen
Bauteile sind ähnlich zu
jenen gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel. Deshalb
wurden ähnliche
Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und die ähnlichen
Bauteile werden in der Beschreibung ausgelassen.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel
können Wasserströme wirksam
in den Wasserdurchlass 21 eingeführt werden, zusätzlich zu
der im ersten Ausführungsbeispiel
erhältlichen
Wirkung, da der Vorsprung 65, der nach unten ins Wasser über den
Boden 1b vor steht, Wasserströme von unterhalb des Bodens 1b aufnimmt.
Somit kann die Antriebskraft vergrößert werden, weil die Menge
an eingeführtem Wasser
vergrößert werden
kann.
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Industrielle
Anwendbarkeit
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Wie oben beschrieben, ermöglicht die
Wasserstrahlantriebsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,
dass Luft, die in das Pumpengehäuse durch
den Boden des Schiffes eingeführt
wird, leicht ausgeschieden werden kann. Deshalb kann eine Verschlechterung
der Antriebsleistung aufgrund der Erzeugung eines Hohlsogs verhindert
werden.
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Das heißt, die Wasserstrahlantriebsvorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung kann die Erzeugung von Hohlsog verringern, der auftritt,
wenn das Schiff mit hoher Geschwindigkeit fährt. Deshalb ist der Aufbau
gemäß der vorliegenden
Erfindung vorteilhaft als eine Antriebsquelle für eine Vielzahl von Schiffen.