EP0452538B1 - Strahlantrieb für Wasser- und Luftfahrzeuge sowie Umwälzpumpen - Google Patents

Strahlantrieb für Wasser- und Luftfahrzeuge sowie Umwälzpumpen Download PDF

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EP0452538B1
EP0452538B1 EP19900118422 EP90118422A EP0452538B1 EP 0452538 B1 EP0452538 B1 EP 0452538B1 EP 19900118422 EP19900118422 EP 19900118422 EP 90118422 A EP90118422 A EP 90118422A EP 0452538 B1 EP0452538 B1 EP 0452538B1
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propulsion
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    • B63H11/08—Marine propulsion by water jets the propulsive medium being ambient water by means of pumps of rotary type
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    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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    • B63H2023/0225—Transmitting power from propulsion power plant to propulsive elements with mechanical gearing by means of endless flexible members by means of belts, or the like of grooved belts, i.e. with one or more grooves in longitudinal direction of the belt

Definitions

  • the invention relates to a jet drive for water and aircraft and circulation pumps, in which the fluid flowing into a jet pipe (11) is accelerated against the intended direction of travel by at least one propulsion element such as a rotor (17), in which the outer edge of the Screw (17) is firmly connected to the inner jacket of the jet pipe (11) and the inner edge of the screw delimits a central axis-parallel opening and screw and jet pipe (11) rotate together, in which the jet pipe (11) is driven to its outer jacket.
  • a propulsion element such as a rotor (17)
  • the outer edge of the Screw (17) is firmly connected to the inner jacket of the jet pipe (11) and the inner edge of the screw delimits a central axis-parallel opening and screw and jet pipe (11) rotate together, in which the jet pipe (11) is driven to its outer jacket.
  • Such a jet drive is previously known from US-A-3482402.
  • two separately driven jet drives are connected in series in terms of flow.
  • the flow is accelerated in the opposite direction of rotation by constriction of the grids consisting of a larger number of propulsion elements than that of the first.
  • the larger grid area in the second jet pipe however, much greater friction losses and thus turbulent separation phenomena of the flow can be expected, so that the jet drive has a narrow bandwidth.
  • jet drives of this type have thrust generation efficiencies which can only be used in a certain speed range.
  • the invention seeks to remedy this.
  • the object is therefore to create a jet drive of the type described above which is particularly suitable for water and aircraft and which is effective in all other necessary speed ranges.
  • the object of the invention is achieved in a particularly simple manner in that at least one additional propulsion element such as screw propeller (18) is arranged on an outer casing section which is kept free from the mounting of the jet pipe.
  • at least one additional propulsion element such as screw propeller (18) is arranged on an outer casing section which is kept free from the mounting of the jet pipe.
  • boat drives and a circulating pump The boat jacks can also be used in aircraft with a corresponding adjustment.
  • the subject of registration works as follows:
  • the fluid located in the jet pipe 11 is set in rotation by the edge worm 17 and strikes with the still sucked-in fluid on the fluid located in the free central passage and also accelerates it in the direction of passage, as a result of which a strong driving force acting almost over the length of the jet pipe 11 by delivering part of the kinetic energy from the blades to the central flow.
  • the fluid on the front face is continuously drawn in without eddy formation.
  • the central flow compensates for the torque exerted on the overall arrangement, so that, in addition to the vortex-free inflow and the avoidance of eddy formation at the exit, a propulsive force not previously achieved results.
  • An empennage at the output end of the jet pipe 11 is also generally saved in an advantageous manner.
  • jet pipes 11 of a jet drive 10 are each rotatably mounted in a cladding tube housing 12 on bearing rings 13.
  • the cladding tube housing 12 are integrally formed with brackets 14.
  • the jet pipes 11 are driven by toothed belts 15, the teeth 15a of which mesh with a toothed ring 16 arranged on their outer jacket.
  • An auger 17 serves as the propulsion element, which is attached with its outer edge to the inner jacket of the jet pipe 11 and only covers an outer field of the interior of the jet pipe according to the sectional view II-II in FIG. 1a. The same arrangement is shown in FIG. 2.
  • FIG. 3 shows a drive pinion 19 of a motor indicated by its drive shaft 20 for the drive of the jet pipe 11 already described; 4, the pinion 19 meshes directly with the ring gear 16 of the jet pipe 11.
  • the jet pipe 11 is designed as a rotor of an electric motor and carries an armature winding 21 which is supplied with current via a collector 22. A magnetic winding 23 is indicated on the outside.
  • FIG. 6 shows a pressure medium drive with a feed line 24 and a return line 25 and the turbine 26.
  • the two types of drive discussed last are shown in more detail in FIGS. 7 and 8 and above all show the cladding tube housing 12 more clearly.
  • the magnetic winding 23 is accommodated in an embedded chamber 12a in the cladding tube housing 12.
  • the pressure medium acts on blades 28 on the jet tube 11 via nozzles 27 guiding it.
  • FIG. 9 illustrates the arrangement of a jet engine 10 according to the invention in a boat 1.
  • an outlet pipe 29 projecting aft at the rear 1b is held on a stand 2 arranged on the floor by means of a bracket 3a engaging around the outlet pipe 29.
  • Another tube 30 is held at the other end of the stand 2 with its end in a bracket 3b and connected to a water inlet opening 1c in the bilge 1a.
  • the drive shaft 20 of a motor 31 is mounted, the drive pinion 19 of which engages on the ring gear 16 of the jet pipe 11. It is obvious that instead of the drive pinion 19 a larger drive spur gear is used and around it e.g. can drive several jet pipes 11 in a pitch circle. This is indicated schematically in FIGS. 10 and 11 by toothed belts 15.
  • the drive shaft 20 of a boat 1 is inserted into a housing 10a which surrounds the jet engine 10 with the jet pipe 11 and gearbox.
  • FIG. 13 shows an outboard motor 34 which represents a motor 31 and the above-described jet engine 10 as a unit and which can be detached from the stern 1b of the boat 1 with a flange connection 34a.
  • the outboard motor 34 can also be designed to be pivotable about a rudder shaft.
  • the jet pipe 11 is constructed in principle as in Figure 7, with the difference that here Cladding tube housing 12 is designed as a fitting with flange connections 35 and thus serves as a circulation pump in a liquid circuit, for example in a hot water line. It is obvious that both the lubrication and the cooling are not as prophematic as in conventional circulating pumps and that a quiet and therefore less noisy run is guaranteed, as a result of which the jet drive according to the invention is particularly distinguished here.

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Description

  • Die Erfindung betrifft einen Strahlantrieb für Wasser- und Luftfahrzeuge sowie Umwälzpumpen, bei dem das in ein Strahlrohr (11) einströmende Fluid durch wenigstens ein Vortriebselement wie einem als Schnecke (17) ausgebildeten Rotor entgegen der beabsichtigten Vortriebsrichtung beschleunigt wird, bei dem der äußere Rand der Schnecke (17) mit dem Innenmantel des Strahlrohres (11) fest verbunden ist und der innere Rand der Schnecke eine zentrale achsparallele öffnung begrenzt und Schnecke und Strahlrohr (11) gemeinsam rotieren, bei dem das Strahlrohr (11) an seinen Außenmantel angetrieben wird.
  • Ein derartiger Strahlantrieb ist aus der US-A-3482402 vorbekannt. Zwecks Verringerung des Reibungswiderstandes und Verhütung turbulenter Strömungsverhältnisse und hierdurch verusachter Kavitation sind hierbei zwei gesondert angetriebene Strahlantriebe strömungsmäßig hintereinander geschaltet. In dem zweiten Strahlrohr ist die Strömung durch Verengung der aus einer größeren Anzahl Vortriebselemente bestehenden Gitter gegenüber derjenigen der ersten in umgekehrter Drehrichtung beschleunigt. Infolge der größeren Gitterfläche in dem zweiten Strahlrohr jedoch ist mit weit größeren Reibungsverlusten und damit turbulenten Ablösungserscheinungen der Strömung zu rechnen, sodaß der Strahlantrieb eine enge Bandbreite aufweist.
  • Aus der US-A-2656809 ist ein Strahlantrieb mit einem in einem Rudergehäuse angeordneten Strahlrohr bekannt. Bei diesem bestehen die Vortriebselemente aus spiraligen in Strömungsrichtung verschmälerten Flügeln, deren innere Kanten eine zentrale Öffnung begrenzen. Hierbei sind die Ablösungserscheinungen wesentlich verringert.
  • Strahlantriebe dieser Art haben nach einer Erkenntnis der Erfindung nur in einem bestimmten Geschwindigkeitsbereich brauchbare Schuberzeugungswirkungsgrade.
  • Dem will die Erfindung abhelfen. Die Aufgabe besteht somit darin, ein insbesondere für Wasser- und Luftfahrzeuge geeigneten Strahlantrieb der oben bezeichneten Art zu schaffen, welcher in allen anderen erforderlichen Geschwndigkeistbereichen wirksam ist.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird in einer besonders einfachen Weise dadurch gelöst, daß an einem von der Lagerung des Strahlrohres freigehaltenen Außenmantelabschnitt wenigstens ein zusätzliches Vortriebselement wie Schraubenpropeller (18) angeordnet ist.
  • Die durch die Erfindung erreichten Vorteile bestehen im wesentlichen in der nunmehr möglichen Anpassung an die Charakteristiken der jeweiligen Antriebsmaschine und an wechselnde Betriebsbedingungen im Betrieb.
    • Zeichnungsbeschreibung
  • Im folgenden wird die Erfindung lediglich an Hand von Bootsvortrieben und einer Umwälzpumpe beispielweise näher erläutert. Die Bootsvortriebe sind in entsprechender Anpassung auch bei Luftfahrzeugen verwendbar.
  • Es zeigt
    • Figur 1 ein Strahlrohr mit einer Randschnecke (Schnittschema II-II in Figur 1a ist das Überstreichfeld),
    • Figur 2 ein Strahlrohr mit einer Randschnecke und einem am Außenmantel angeordneten Schraubenpropeller (Schnittschema III-III in Figur 2a ist das Überstreichfeld),
    • Figuren 3 bis 6 Antriebsbeispiele der Strahlrohre,
    • Figuren 7 und 8 Beispiele einer Lagerung der Strahlrohre in Hüllgehäusen,
    • Figur 9 ein in ein Boot eingebautes Strahltriebwerk,
    • Figur 10 eine schematische Heckansicht von unterhalb des Bodens eines Bootes angeordneten Strahlrohren,
    • Figur 11 ein perspektivisch veranschaulichtes Schema des Zentralantriebs der Strahlrohre gemäß Fig. 10,
    • Figur 12 ein Boot mit einem achtern angeordneten Strahltriebwerk,
    • Figur 13 ein Boot mit einem Außenbordmotor gemäß der Erfindung
      und
    • Figur 14 eine erfindungsgemäße Umwälzpumpe mit Anschlußflanschen.
  • Der Anmeldungsgegenstand funktioniert wie folgt:
    Das in dem Strahlrohr 11 befindliche Fluid wird durch die Randschnecke 17 in Drehbewegung gesetzt und trifft mit dem weiterhin angesaugten Fluid auf das in dem freien zentralen Durchgang befindliche Fluid und beschleunigt auch dieses in Durchlaufrichtung, wodurch eine starke nahezu über die Länge des Strahlrohres 11 wirkende Vortriebskraft durch Abgabe eines Teiles der kinetischen Energie von den Schaufeln an die zentrale Strömung entsteht. Dabei wird das an der vorderen Stirnseite befindliche Fluid ohne Wirbelbildung laufend angesaugt. Im Prinzip kompensiert die zentrale Strömung das auf die Gesamtanordnung ausgeübte Drehmoment, sodaß neben dem wirbelfreien Zustrom und Vermeidung einer Wirbelbildung am Ausgang eine bisher nicht erreichte Vortriebskraft resultiert.
    Ein Leitwerk am abtriebsseitigen Ende des Strahlrohres 11 wird überdies in der Regel in vorteilhafter Weise eingespart.
  • In den Figuren 1 und 2 sind Strahlrohre 11 eines erfindungsgemäßen Strahlantriebs 10 jeweils in einem Hüllrohrgehäuse 12 an Lagerringen 13 drehbar gelagert. Die Hüllrohrgehäuse 12 sind einstückig mit Auslegern 14 ausgebildet. Angetrieben sind die Strahlrohre 11 durch Zahnriemen 15, deren Zähne 15a mit einem an ihrem Außenmantel angeordneten Zahnkranz 16 kämmen. Als Vortriebselement dient eine Randschnecke 17, die mit ihrem äußeren Rand an dem Innenmantel des Strahlrohres 11 befestigt ist und gemäß dem Schnittbild II-II in Figur 1a lediglich ein äußeres Feld des Strahlrohrinnenraumes überstreicht. Die gleiche Anordnung zeigt Figur 2. Hierbei steht jedoch das Strahlrohr 11 an der rechten Seite an dem Hüllrohrgehäuse 12 hervor und trägt an seinem Außenmantel einen Schraubenpropeller 18. Dieser überstreicht, wie an dem Schnittbild III-III in Figur 2a veranschaulicht, zusätzlich ein äußeres Feld.
    In Figur 3 ist zu dem schon zuvor beschriebenen Antrieb des Strahlrohres 11 ein Antriebsritzel 19 eines durch seine Antriebswelle 20 angedeuteten Motors ersichtlich; in Figur 4 kämmt das Ritzel 19 direkt mit dem Zahnkranz 16 des Strahlrohres 11. Nach Figur 5 ist das Strahlrohr 11 als Rotor eines Elektromotors ausgebildet und trägt eine Ankerwicklung 21, die über einen Kollektor 22 mit Strom versorgt wird. Außen angedeutet ist eine Magnetwicklung 23. In Figur 6 ist ein Druckmittelantrieb mit einer Zuleitung 24 und einer Rückleitung 25 und der Turbine 26 angedeutet. Die beiden zuletzt besprochenen Antriebsarten sind in den Figuren 7 und 8 ausführlicher dargestellt und zeigen vor allem die Hüllrohrgehäuse 12 deutlicher. Gemäß Figur 7 ist in dem Hüllrohrgehäuse 12 die Magnetwicklung 23 in einer eingelassenen Kammer 12a untergebracht, in einer solchen gemäß Figur 8 wirkt das Druckmittel auf Schaufeln 28 an dem Strahlrohr 11 über es lenkende Düsen 27.
  • In Figur 9 ist die Anordnung eines erfindungsgemäßen Strahltriebwerks 10 bei einem Boot 1 veranschaulicht. In seinem Kielraum 1a ist auf einem am Boden angordneten Ständer 2 ein am Heck 1b achtern hinausragendes Auslaufrohr 29 mittels einer dieses umgreifenden Konsole 3a desselben gehalten. Ein weiteres Rohr 30 ist an dem anderen Ende des Ständers 2 mit seinem Ende in einer Konsole 3b gehalten und an eine Wasserzutrittsöffnung 1c im Kielraum 1a angeschlossen. Das in zwei mit dem Ständer 2 verbundenen Lagerringen 13 drehbar gelagerte Strahlrohr 11 ragt mit seinen beiden Enden in die Rohre 29 und 30 und ist in diese mit nicht dargestellten schleifenden Dichtungen eingefügt Wie zu sehen, mündet das Rohr 29 in eine Schubdüse 32, vor deren Mündung zur Umkehr der Vortriebsrichtung ein Umlenkblech 33 zu schwenken ist. Oben an den Konsolen 3 ist die Antriebswelle 20 eines Motors 31 gelagert, deren Antriebsritzel 19 an dem Zahnkranz 16 des Strahlrohres 11 angreift. Einleuchtend ist, daß man anstelle des Antriebsritzels 19 ein größeres Antriebsstirnrad verwenden und um dieses herum z.B. in einem Teilkreis mehrere Strahlrohre 11 antreiben kann. Dieses ist in den Figuren 10 und 11 schematisch durch Zahnriemen 15, angedeutet.
  • In Figur 12 ist die Antriebswelle 20 eines Bootes 1 in ein das Strahltriebwerk 10 mit dem Strahlrohr 11 und Getriebe umhüllendes Gehäuse 10a eingeführt.
  • In Figur 13 schließlich ist ein einen Motor 31 und das vorbeschriebene Strahltriebwerk 10 als Einheit darstellender Außenbordmotor 34 zu sehen, der mit einem Flanschanschluß 34a vom Heck 1b des Bootes 1 lösbar ist. Natürlich kann der Außenbordmotor 34 auch um eine Ruderwelle schwenkbar ausgebildet werden.
  • Gemäß Figur 14 ist das Strahlrohr 11 im Prinzip wie in Figur 7 aufgebaut, mit dem Unterschied, daß hier das Hüllrohrgehäuse 12 als Armatur mit Flanschanschlüssen 35 ausgebildet ist und so als Umwälzpumpe in einem Flüssigkeitskreislauf z.B. in einer Heißwasserleitung dient. Es ist einleuchtend, daß hierbei sowohl die Schmierung als auch Kühlung nicht so proplematisch ist wie bei herkömmlichen Umwälzpumpen und auch ein ruhiger und daher geräuschärmerer Lauf gewährleistet ist, wodurch sich der erfindungsgemäße Strahltrieb hier besonders auszeichnet.

Claims (14)

  1. Strahlantrieb für Wasser- und Luftfahrzeuge sowie Umwälzpumpen, bei dem das in ein Strahlrohr (11) einströmende Fluid durch wenigstens ein Vortriebselement wie einem als Schnecke (17) ausgebildeten Rotor entgegen der beabsichtigten Vortriebsrichtung beschleunigt wird, bei dem der äußere Rand der Schnecke (17) mit dem Innenmantel des Strahlrohres (11) fest verbunden ist und der innere Rand der Schnecken eine zentrale achsparallele Öffnung begrenzt und Schnecke und Strahlrohr (11) gemeinsam rotieren, bei dem das Strahlrohr (11) an seinem Außenmantel angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß an einem von der Lagerung (12) des Strahlrohres (11) freigehaltenen Außenmantelabschnitt wenigstens ein zusätzliches Vortriebselement wie Schraubenpropeller (18) angeordnet ist.
  2. Strahlantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schraubenpropeller (18) am Auslauf des Strahlrohrs (11) angeordnet ist.
  3. Strahlantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlrohr (11) in einem Hüllrohr oder Hüllrohrgehäuse (12) und dergleichen gelagert ist.
  4. Strahlantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlrohres (11) vom Einlauf (11b) bis zum Auslauf (11a) oder in Teilabschnitten davon konvergierend ist.
  5. Strahlantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Innenmantel des Strahlrohres (11) am Auslauf (11a) und gegebenenfalls am Einlauf (11b) frei von Vortriebselementen ist.
  6. Strahlantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslauf (11a) des Strahlrohres (11) als Schubdüse (32) ausgebildet ist.
  7. Strahlantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialdicke der Schnecke (17) nach dem Auslauf (11a) zunimmt.
  8. Strahlantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das Hüllrohrgehäuse (12) im Bereich der Lager (13) den Wasserzutritt ermöglichende Öffnungen (12a) aufweist.
  9. Strahlantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hüllrohrgehäuse (12) an einem Ständer (2) oder an einem Auslegergehäuse (14) befestigt ist.
  10. Strahlantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hüllrohrgehäuse (12) mit dem Auslegergehäuse (14) einstückig aufgeführt ist.
  11. Strahlantrieb nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Strahlrohr, (11) zwischen den Lagern (13) als Antriebsglied wie z.B. Zahnkranz (16), Anker (21) oder Schaufeln (28) ausgebildet ist.
  12. Strahlantrieb nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Antriebsglied (16,21,18) ein entsprechendes Antriebselement wie Zahnriemen (15, Antriebsritzel (19), Magnetwicklung (23) oder Turbine (26)) samt Düsen (27) mit Zu- und Rückleitung (24,25) zugeordnet ist und dieses in das Hüllrohrgehäuse (12) und/oder das Auslegergehäuse (14) eingebaut ist.
  13. Leitungssystem mit Umwälzpumpe, welche nach mindestens einem der Ansprüche 1 - 12 ausgebildet ist.
  14. Boot mit Strahlantrieb, nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 - 12.
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