NL2024913A

NL2024913A - WATERJET PROPULSION FOR A WATER VEHICLE

Info

Publication number: NL2024913A
Application number: NL2024913A
Authority: NL
Inventors: Mac Nelly Steven; Benke Dietrich; Mertes Paul
Original assignee: Schottel Gmbh
Priority date: 2019-03-15
Filing date: 2020-02-14
Publication date: 2020-09-18
Also published as: DE102019106717A1; NL2024913B1; DE102019106717B4

Abstract

Waterstraalaandrijving voor een watervaartuig, waarbij een waterstraal via een rompopening (3) kan worden aangezogen en via tenminste een mondstukopening kan worden uitgestoten, waarbij de rompopening (3) is voorzien van een beschermrooster (1) dat is gevormd uit tenminste een primaire roosterstaaf (10) en de tenminste ene primaire roosterstaaf (10) kruisende secundaire roosterstaven (ll) en waarbij de tenminste ene primaire roosterstaaf (10) bij het rechtuit varen van het watervaartuig langs de langshartlijn (L) van het watervaartuig is gericht, waarbij de secundaire roosterstaven (ll) cirkelboogvormig zijn uitgevoerd, waarbij bij het rechtuit varen de straal van de opeenvolgende secundaire roosterstaven (ll) uitgaande van de meest voorgelegen aangebrachte secundaire roosterstaaf (ll) stapsgewijs stijgend is uitgevoerd en de denkbeeldige middelpunten van de secundaire roosterstaven (ll) op een gemeenschappelijke, langs de langshartlijn lopende as voorafgaande aan de secundaire roosterstaven (ll) zijn gepositioneerd.Water jet propulsion for a water craft, wherein a water jet can be drawn in through a hull opening (3) and ejected through at least one nozzle opening, the hull opening (3) being provided with a protective grating (1) formed of at least one primary grid bar (10 ) and the at least one primary grid bar (10) intersecting secondary grid bars (11) and wherein the at least one primary grid bar (10) is oriented along the longitudinal centerline (L) of the watercraft when sailing straight ahead of the watercraft, the secondary grid bars ( ll) are of circular arc design, whereby when sailing straight ahead the radius of the successive secondary grate bars (ll), starting from the most forward arranged secondary grate bar (ll), is designed in ascending order and the imaginary centers of the secondary grating bars (ll) on a common , along the longitudinal axis preceding the secondary grid bars (ll) are positioned.

Description

WATERSTRAALAANDRIJVING VOOR EEN WATERVAARTUIG Beschrijving: De uitvinding heeft betrekking op een waterstraalaan- drijving voor een watervaartuig, waarbij een waterstraal via een rompopening kan worden aangezogen en via tenminste een mondstukopening kan worden uitgestoten, waarbij de rompope- ning is voorzien van een beschermrooster dat is gevormd uit tenminste een primaire roosterstaaf en de tenminste ene pri- maire roosterstaaf kruisende secundaire roosterstaven en waarbij de tenminste ene primaire roosterstaaf bij het rechtuit varen van het watervaartuig langs de langshartlijn van het watervaartuig is gericht.Description: The invention relates to a water jet propulsion for a watercraft, wherein a water jet can be drawn in through a hull opening and ejected through at least one nozzle opening, the hull opening being provided with a protective grating formed of at least one primary grid bar and the at least one primary grid bar intersecting secondary grid bars and wherein the at least one primary grid bar is oriented along the longitudinal centerline of the water vessel when sailing the watercraft straight ahead.

Waterstraalaandrijvingen, bijvoorbeeld pompstralen, zijn met dergelijke beschermroosters bekend. Beschermroos- ters aan waterstraalaandrijvingen hebben de functie de hier- navolgende waaier respectievelijk het loopwiel te beschermen tegen botsingen met massieve voorwerpen, bijvoorbeeld drij- vend hout of stenen. Bij bekende beschermroosters wordt de toevoer van water niet gericht omgeleid. De toevoer breekt bij hoge vaarsnelheden af aan de afronding van de inloop- trechter en leidt tot gebieden van het losraken. De roos- terstaven die in het omleidbereik van de toevoer zijn be- vestigd, versterken dit gedrag. Dit leidt plaatselijk tot cavitatie die voortgaat tot de intrede van het loopwiel.Water jet drives, for example pump jets, are known with such protective grids. Protective grilles on water jet drives have the function of protecting the following impeller or impeller, respectively, against collisions with solid objects, such as floating wood or stones. With known protective grids, the supply of water is not diverted in a targeted manner. The feed breaks off at the top of the lead-in funnel at high cruising speeds and leads to areas of dislodgement. The grid bars attached in the feed diversion area reinforce this behavior. This locally leads to cavitation that continues until the entry of the idler wheel.

GB932633A heeft een waterstraalaandrijving als onder- werp waarbij de toevoer via schoepvormige mondstukken in de waterstraalaandrijving komt. Dergelijke uitgevoerde aan- zuigmondstukken dragen het gevaar in zich dat vreemde li- chamen vastlopen in het inwendige van het mondstuk die hierde werking van de waterstraalaandrijving benadelen en slechts moeilijk weer kunnen worden verwijderd.GB932633A is concerned with a waterjet drive where the feed enters the waterjet drive through blade-shaped nozzles. Such designed suction nozzles entail the risk of foreign bodies getting stuck in the interior of the nozzle, which impairs the operation of the water jet propulsion and which are difficult to remove again.

Eveneens in GB1087798A is een waterstraalaandrijving geopenbaard.Also in GB1087798A a water jet drive is disclosed.

Aan de inlaat is een rooster aangebracht door de uitvoering waarvan het profiel van de stroom wordt aan- gepast, waardoor storende voorwerpen worden gehinderd binnen te dringen.A grid is arranged at the inlet, by the embodiment of which the profile of the flow is adapted, preventing disturbing objects from entering.

Oogmerk van de uitvinding is daarom een inrichting van het bovengenoemde soort voor te stellen door middel waarvan het omleiden van de stroom kan worden beïnvloed teneinde het stuwvermogen door de verbeterde toestroom en een afgenomen stroomweerstand te vergroten en tegelijkertijd cavitatie te voorkomen die de waterstraalaandrijving beschadigt.It is therefore an object of the invention to propose a device of the above-mentioned type by means of which the bypass of the flow can be influenced in order to increase the thrust due to the improved flow and a decreased flow resistance, while at the same time preventing cavitation which damages the water jet propulsion.

Voor het bereiken van dit oogmerk wordt volgens de uitvinding een inrichting voorgesteld volgens de maatregelen van conclusie 1. Voordelige uitvoeringen en verdere ontwikkelingen van de uitvinding zijn onderwerp van de volgconclusies.To achieve this object, according to the invention, a device is proposed according to the features of claim 1. Advantageous embodiments and further developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Volgens de uitvinding is een waterstraalaandrijving voor een watervaartuig uitgevoerd waarbij de secundaire roosterstaven in de vorm van een cirkelboog zijn uitgevoerd.According to the invention, a water jet propulsion system is designed for a water craft, in which the secondary grid bars are designed in the form of a circular arc.

Bij het rechtuit varen is de straal van de opeenvolgende secundaire roosterstaven uitgaande van de vooraf aange- brachte secundaire roosterstaaf stapsgewijs oplopend uitge- voerd en de denkbeeldige middelpunten van de secundaire roosterstaven zijn op een gemeenschappelijke, langs de Langshartlijn lopende as voorafgaande aan de secundaire roosterstaven gepositioneerd.When sailing straight ahead, the radius of the successive secondary grid bars starting from the pre-mounted secondary grid bar is made up in steps and the imaginary centers of the secondary grid bars are positioned on a common axis extending along the longitudinal axis in front of the secondary grid bars. .

De afstand van de cirkelboog- vormig uitgevoerde secundaire roosterstaven is op de langs de langshartlijn L lopende as constant.The distance between the arcuate secondary grid bars is constant on the axis extending along the longitudinal axis L.

Deze uitvoering heeft het voordeel dat het losraken van de stroom aan het beschermrooster wordt voorkomen.This embodiment has the advantage that disconnection of the current at the protective grid is prevented.

Verder kan met deze uit- voering cavitatie aan het beschermrooster die wordt overge- bracht op de waaier, worden voorkomen.Furthermore, with this embodiment, cavitation at the protective grille that is transferred to the impeller can be prevented.

Tegelijkertijd wordt het stuwvermogen van de waterstraalaandrijving bij hoge snelheden van het schip door de verbeterde toevoer en de afgenomen stroomweerstand vergroot.At the same time, the thrust of the waterjet propulsion at high ship speeds is increased by the improved supply and the reduced flow resistance.

Volgens een voorstel van de uitvinding stijgt de straal van de secundaire roosterstaven volgens een wiskundige volg- orde met de vergelijking Di = p*Dnw-1y + pP*Dir-zy, waarbij n een natuurlijk getal groter dan of gelijk aan 1 is. Een voorbeeld van deze betrekking is de volgorde van Fibonacci.According to a proposal of the invention, the radius of the secondary grid bars increases in a mathematical order with the equation Di = p * Dnw-1y + pP * Dir-zy, where n is a natural number greater than or equal to 1. An example of this relationship is the Fibonacci sequence.

Deze opstelling ondersteunt het optimale omleiden van de toegevoerde waterstroom voor de waaier binnen de water- straalaandrijving.This arrangement supports the optimal redirection of the supplied water flow for the impeller within the water jet drive.

Volgens een uitvoeringsvoorbeeld van de uitvinding is elke primaire en/of elke secundaire roosterstaaf in door- snede in de vorm van een druppel uitgevoerd. Volgens een volgend voorstel van de uitvinding omvat elke primaire en/of elke secundaire roosterstaaf een stompe kant van het afbre- ken. Deze uitvoering in de vorm van een druppel met een stompe kant van het afbreken zorgt voor een zo laag mogelijke stroomweerstand. Door de stompe kant van het afbreken heeft de toevoer plaats met zo min mogelijk wervelingen. Op deze wijze kan enerzijds het inwendige van de waterstraalaan- drijving worden beschermd tegen vreemde lichamen, anderzijds is het beschermrooster zomin mogelijk storend voor het be- drijf van de waterstraalaandrijving met het gebruik van hoge aanstroomsnelheden met zomin mogelijk wervelingen. Een vol- gende mogelijke uitvoering bepaalt dat één of meer van de primaire en/of één of meer van de secundaire roosterstaven druppelvormig en met een stompe kant van het afbreken zijn uitgevoerd.According to an exemplary embodiment of the invention, each primary and / or each secondary grid bar is designed in the shape of a drop in cross-section. In accordance with a further proposal of the invention, each primary and / or secondary grid bar includes a blunt side of the break. This version in the form of a drop with a blunt side of the break-off ensures the lowest possible flow resistance. Due to the blunt side of the break-off, the supply takes place with as few eddies as possible. In this way, on the one hand, the interior of the water jet drive can be protected against foreign bodies, on the other hand, the protective grid is as little disturbing as possible to the operation of the water jet drive with the use of high approach speeds with as few eddies as possible. A next possible embodiment provides that one or more of the primary and / or one or more of the secondary grid bars are in the form of a droplet and with a blunt end of the break.

Volgens een verder voorstel van de uitvinding omvat de rompopening een inlooptrechter en een aanstroomplaat. De aanstroomplaat is aan de meest voorgelegen, dat wil zeggen bij het rechtuit varen van het watervaartuig naar de boeg toe het dichtstbij gelegen aangebrachte secundaire rooster- staaf voorafgaande hieraan aangebracht. Via de aanstroom- plaat is de waterstroom naar de inlooptrechter te sturen. De aanstroomplaat veroorzaakt dat de stroom gelijkmatig in de inlooptrechter wordt geleid zonder dat deze los raakt en cavitatie veroorzaakt. Dit heeft het voordeel dat de toege-According to a further proposal of the invention, the hull opening comprises an inlet funnel and an approach plate. The approach plate is disposed at the most forward, i.e. when the watercraft travels straight towards the bow, the nearest arranged secondary grate rod in front thereof. The water flow can be sent to the inlet funnel via the flow plate. The flow plate causes the flow to be evenly fed into the inlet funnel without loosening and causing cavitation. This has the advantage that the allocated

voerde waterstroom voor de waaier binnen de waterstraalaan- drijving optimaal wordt omgeleid. Verder treden door de com- binatie van de aanstroomplaat en de cirkelboogvormige se- cundaire roosterstaven geen zones met cavitatie op aan het beschermrooster die vervolgens op de waaier kunnen worden overgebracht. De verbeterde inloop naar de waaier en de afgenomen stroomweerstand aan het beschermrooster leiden tot een hogere specifieke druk van de waterstraalaandrijving en maken tegelijkertijd een hogere eindsnelheid mogelijk.water flow for the impeller within the water jet drive is optimally diverted. Furthermore, due to the combination of the flow plate and the circular arc-shaped secondary grid bars, no areas of cavitation occur on the protective grid which can then be transferred to the impeller. The improved run-in to the impeller and the reduced flow resistance at the protective grille lead to a higher specific pressure of the water jet drive and at the same time enable a higher final speed.

Volgens een verder uitvoeringsvoorbeeld van de uitvin- ding is in het gebied waarin de aanstroomplaat grenst aan de inlooptrechter, een zone aangebracht zonder roostersta- ven. In dit gebied heerst de hoogste stroomsnelheid en door het vormen van een zone zonder roosters worden wervelingen en een afbreken van de stroom voorkomen. Deze uitvoering zorgt aanvullend voor een gelijkmatige aanstroom naar de waaier.According to a further exemplary embodiment of the invention, in the region in which the flow plate is adjacent to the inlet funnel, a zone is provided without grid bars. The highest flow velocity prevails in this area and the formation of a zone without grids prevents eddies and breakdown of the flow. This version additionally ensures an even flow to the impeller.

Volgens een verder voorstel van de uitvinding eindigt de secundaire roosterstaaf met de kleinste straal aan een overgang tussen de aanstroomplaat en de inlooptrechter. Van deze secundaire roosterstaaf loopt de straal naar elke vol- gende secundaire roosterstaaf stapsgewijs op. Door deze uit- voering wordt de stroomweerstand in dit gebied zo klein mogelijk gehouden.According to a further proposal of the invention, the secondary grid bar with the smallest radius ends at a transition between the flow plate and the inlet funnel. From this secondary grid bar, the radius increases to each subsequent secondary grid bar in steps. This design keeps the current resistance in this area as small as possible.

Volgens een uitvoeringsvoorbeeld van de uitvinding is de aanstroomplaat met de inlooptrechter en het bescherm- rooster verbonden. Door deze uitvoering wordt voorkomen dat door het niet nauwkeurig passen toegenomen stroomweerstanden ontstaan aan de overgang vanaf de aanstroomplaat naar de inlooptrechter. Een andere mogelijkheid bestaat hieruit de aanstroomplaat uit te voeren als afzonderlijk constructie- onderdeel. Daardoor kan deze naderhand worden aangebracht aan bestaande installaties.According to an exemplary embodiment of the invention, the approach plate is connected to the inlet funnel and the protective grid. This design prevents increased flow resistances from occurring at the transition from the approach plate to the inlet funnel as a result of inaccurate fitting. Another possibility consists of designing the approach plate as a separate construction part. This allows it to be retrofitted to existing installations.

De uitvinding wordt vervolgens aan de hand van de te- kening nader geïllustreerd. Hier toont: figuur 1 een bovenaanzicht op het beschermrooster met een aanstroomplaat,The invention is then illustrated in more detail with reference to the drawing. Here: Figure 1 shows a top view of the protective grid with an approach plate,

figuur 2 een perspectivisch aanzicht van het in figuur 1 weergegeven beschermrooster, figuur 3 een bovenaanzicht op een beschermrooster vol- gens de stand der techniek, 5 figuur 4 een aanzicht in doorsnede van het in de fi- guren 1 en 2 afgebeelde beschermrooster.figure 2 shows a perspective view of the protective grid shown in figure 1, figure 3 a top view of a protective grid according to the prior art, figure 4 a cross-sectional view of the protective grid shown in figures 1 and 2.

Figuur 1 toont een uitvoeringsvoorbeeld van een water- straalaandrijving met een beschermrooster 1 dat is samenge- steld uit primaire 10 en secundaire roosterstaven 11. Het watervaartuig bevindt zich in een rechtuit varen en de wa- terstraalaandrijving is langs de langshartlijn L van het watervaartuig gericht. De straal van elke secundaire roos- terstaaf 11 neemt stapsgewijs toe, waarbij de denkbeeldige middelpunten van de secundaire roosterstaven 11 zijn gepo- sitioneerd op een gemeenschappelijke, langs de langshartlijn L lopende as voorafgaande aan de secundaire roosterstavenFigure 1 shows an exemplary embodiment of a water jet propulsion with a protective grid 1 composed of primary 10 and secondary grid bars 11. The watercraft is in a straight line of travel and the waterjet propulsion is directed along the longitudinal centerline L of the watercraft. The radius of each secondary grid bar 11 increases in steps, with the imaginary centers of the secondary grid bars 11 positioned on a common axis running along the longitudinal centerline L in front of the secondary grid bars

11. De afstand van de cirkelboogvormig uitgevoerde secun- daire roosterstaven 11 is constant op de langs de langs- hartlijn L lopende as. Het bevestigen van de secundaire roosterstaaf 11 met de kleinste straal heeft zijdelings plaats aan de overgang tussen een aanstroomplaat 4 en een inlooptrechter 2. Daardoor wordt gewaarborgd dat de zone met de sterkste omleiding 5 van de stroom en daarom een maximale stroomsnelheid aan de inlooptrechter 2 zich geen rooster- staven bevinden. De aanstroomplaat leidt de stroom via de inlooptrechter 2 in de rompopening 3 en in het inwendige van de waterstraalaandrijving.11. The distance of the circular arc-shaped secondary grid bars 11 is constant on the axis running along the longitudinal axis L. The securing of the secondary grid bar 11 with the smallest radius takes place laterally at the transition between an approach plate 4 and an inlet funnel 2. This ensures that the zone with the strongest bypass 5 of the flow and therefore a maximum flow velocity is located at the inlet funnel 2. there are no grid bars. The approach plate directs the flow through the inlet funnel 2 into the hull opening 3 and into the interior of the water jet drive.

Figuur 2 toont het uitvoeringsvoorbeeld van figuur 1 in een perspectivisch aanzicht. Het water stroomt in een richting van de hoofdstroom via de aanstroomplaat 4 in de inlooptrechter 2 die uitmondt in de rompopening 3. In de zone van de sterkste omleiding 5 van de stroom wordt de aangevoerde stroom onbelemmerd in de rompopening 3 geleid daar hier geen roosterstaven zijn aangebracht die een af- breken van de stroom op gang brengen.Figure 2 shows the exemplary embodiment of figure 1 in a perspective view. The water flows in a direction of the main flow via the approach plate 4 into the inlet funnel 2 which opens into the hull opening 3. In the zone of the strongest bypass 5 of the flow, the supplied flow is guided unobstructed into the hull opening 3 as there are no grid bars here applied to initiate a breakdown of the current.

In figuur 3 is een beschermrooster 1 volgens de stand der techniek weergegeven. De primaire roosterstaven 10 lopenevenwijdig aan elkaar en de secundaire roosterstaven 11 lo- pen eveneens evenwijdig ten opzichte van elkaar en zijn onder rechte hoeken aangebracht ten opzichte van de primaire roosterstaven 10. De afstanden tussen de evenwijdig lopende roosterstaven zijn telkens even groot. De roosterstaven zijn omlopend aangebracht aan de inlooptrechter 2. In de zone van de sterkste omleiding 5 van de stroom bevinden zich roos- terstaven. In de zone van de sterkste omleiding 5 van de stroom veroorzaken de daar aanwezige roosterstaven een af- breken van de stroom. De stroom wordt plotseling omgeleid en kan niet voldoende de omtrek van het inlopen volgen. Daardoor wordt cavitatie veroorzaakt. Door de cavitatie wor- den na verloop van tijd constructie-onderdelen van de wa- terstraalaandrijving, bijvoorbeeld de waaier, beschadigd. Verder is de stroomweerstand in dit uitvoeringsvoorbeeld ten opzichte van het onderwerp van de aanvrage vergroot, hetgeen negatieve gevolgen heeft voor het stuwvermogen van de wa- terstraalaandrijving. De ruitvormige opstelling van de roos- terstaven stoort de stroom in de zone van de maximale om- leiding 5 van de stroom, hetgeen het optreden van cavitatie aanvullend verergert.Figure 3 shows a protective grid 1 according to the prior art. The primary grid bars 10 run parallel to each other and the secondary grid bars 11 are also parallel to each other and are arranged at right angles to the primary grid bars 10. The distances between the parallel grid bars are always the same. The grid bars are arranged circumferentially on the inlet funnel 2. In the zone of the strongest diversion 5 of the flow are grid bars. In the zone of the strongest bypass of the current, the grid bars present there cause the current to break off. The current is suddenly diverted and cannot follow the contour of the run-in sufficiently. This causes cavitation. Over time, the cavitation will damage structural components of the waterjet propulsion system, such as the impeller. Furthermore, the flow resistance in this exemplary embodiment is increased relative to the subject matter of the application, which has negative consequences for the thrust power of the water jet propulsion. The diamond-shaped arrangement of the grid bars interferes with the flow in the zone of the maximum bypass of the flow, which further aggravates the occurrence of cavitation.

Figuur 4 toont een aanzicht in doorsnede van het reeds in de figuren 1 en 2 afgebeelde uitvoeringsvoorbeeld. Door de vormgeving van de aanstroomplaat 4 wordt de toegevoerde waterstroom optimaal voor de waaier binnen de waterstraal- aandrijving omgeleid. De secundaire roosterstaven 11 zijn druppelvormig uitgevoerd en hebben een stompe kant 12 van het afbreken teneinde de stroomweerstand zo klein mogelijk te houden en tegelijkertijd ongewenste voorwerpen weg te houden uit de rompopening 3.Figure 4 shows a cross-sectional view of the exemplary embodiment already shown in Figures 1 and 2. Due to the design of the flow plate 4, the supplied water flow is optimally diverted for the impeller within the water jet drive. The secondary grid bars 11 are drop-shaped and have a blunt side 12 of the break-off in order to keep the flow resistance as small as possible and at the same time keep unwanted objects away from the hull opening 3.

VERWIJZINGCIJFERLIJST 1 beschermrooster primaire roosterstaaf 11 secundaire roosterstaaf 12 stompe kant van het afbreken 2 inlooptrechter 10 3 rompopenind 4 aanstroomplaat 5 zone van de sterkste omleiding van de stroom 6 richting van de hoofdstroom L langshartlijn van het watervaartuigREFERENCE NUMBER 1 Primary grid bar guard 11 secondary grid bar 12 blunt side of breakdown 2 inlet hopper 10 3 hull opening end 4 approach plate 5 zone of strongest flow diversion 6 direction of main flow L longitudinal centerline of watercraft

Claims

CONCLUSIONS

1. Water jet propulsion for a water craft, wherein a water jet can be sucked in through a hull opening (3) and ejected through at least one nozzle opening, the hull opening (3) being provided with a protective grating (1) formed of at least one nozzle opening. maire grid bar (10) and the at least one primary grid bar (10) intersecting secondary grid bars (11) and wherein the at least one primary grid bar (10) is oriented along the longitudinal centerline (L) of the watercraft when sailing straight ahead of the watercraft , characterized in that the secondary grate bars (11) are of circular arc design, whereby during straight sailing the radius of the successive secondary grate bars (11) is made ascending stepwise from the most forward arranged secondary grate bar (11) and the imaginary centers of the secondary grid bars (11) on a common axis extending along the longitudinal axis preceding a of the secondary grid bars (11) are positioned.

Water jet propulsion system according to Claim 1, characterized in that the jet rises in a mathematical sequence of the designation D = p * D (1-1) + pP * Dm-2.

Water jet propulsion system according to Claim 1 or 2, characterized in that each primary (10) and / or secondary grid rod (11) is of drop-shaped cross-section.

Water jet propulsion system according to any one of claims 1 to 3, characterized in that each primary (10) and / or secondary grid bar (11) has a blunt side (12) of the break-off.

Water jet drive for any one of claims 1 to 4, characterized in that the hull opening has an inlet funnel

(2) comprises and is arranged in front of the frontmost arranged secondary grid bar (11) an inflow plate (4) over which the water flow can be guided to the inlet funnel (2).

6. Water jet propulsion system according to claim 5, characterized in that in the area in which the approach plate adjoins the inlet funnel, a zone is provided without grid bars.

Water jet propulsion system according to Claim 5 or 6, characterized in that the secondary grid rod (11) with the smallest jet ends at a transition between the flow plate (4) and the inlet funnel (2).

Water jet propulsion system according to any one of claims 5 to 7, characterized in that the approach plate (4) is connected to the intake funnel (2) and the protective grid (1).