WO1996005098A1 - Wasserstrahlantrieb - Google Patents

Abstract

Gegenstand der Erfindung ist ein Wasserstrahlantrieb für Schiffe, die zum Verkehr auch in flachen Gewässern bestimmt sind. Ein Pumpenrad (3) saugt Wasser in vertikaler Richtung an und ist so beschaufelt, daß das Wasser das Pumpenrad in einer Richtung zwischen vertikal und horizontal verläßt. Das aus dem Strömungskanal des Pumpenrades austretende Wasser gelangt in einen schaufelfreien Ringdiffusor (5), der das vom Pumpenrad geförderte Wasser in eine Druckkammer (23) eintreten läßt, nachdem es gegenüber der Ansaugrichtung um 160°-200° (vorzugsweise 180°) umgelenkt worden ist und nur noch eine geringe Strömungsenergie hat. Das Wasser verläßt schließlich die Druckkammer über Düsen (8), deren Ausströmrichtung festgelegt oder veränderbar ist.

Description

Wasserstrahlantrieb

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf eine sogenannte Topfpumpe, d.h. einen Wasserstrahlantrieb mit folgenden Merkmalen.

Ein halbaxial beschau fei tes Pumpen- bzw. Laufrad ist mit vertikaler Drehachse in einem brunnenfürmigen Pumpengehäuse drehbar angeordnet. In das Pumpengehäuse ist von oben her durch eine üeckelplatte der Antrieb für das Laufrad eingeführt. Unten ist das Gehäuse durch eine Bodenplatte verschlossen, die einen in der Mitte angeordneten Wasser- einlaß für die axiale Anströmung des Laufrades und zumindest einen flach geneigten Wasserauslaß aufweist, wobei zwischen den. Austrittsende der Förderkanäle des Laufrades und dem zumindest einen Wasserauslaß ein Leitapparat angeordnet ist. Dieser Leitapparat ist im allgemeinen ein zwischen dem Pumpengehäuse und dem Laufradgehäuse konzentrisch zur Laufradachse angeordneter beschaufelter Ringkanal, in dem die Strömung aus der halbaxialen Richtung beim

Verlassen des Laufrades in eine gewollte Austrittsrichtung gebracht wird. Der Querschnittsverlauf des Ringkanals kann grundsätzlich konstant sein oder in Strömungsrichtung abnehmen oder in Strömungsrichtung zunehmen je nach dem Ergebnis, das durch die eine oder andere Maßnahme erwartet wird.

Verläßt das von der Pumpe geförderte, in seinem Verlauf mittels des Leitapparates optimierte Wasser durch die zumindest eine Austrittsdüse als wesentlicher Teil des Wasserauslasses die Pumpe, so bewirkt er bei Einbau der Pumpe in ein Wasserfahrzeug durch seinen Druck den Vortrieb dieses Wasserfahrzeuges. Die Strömungsrichtung des als Strahl austretenden Wassers kann die Vortriebsrichtung des Wasserfahrzeuges bestimmen.

Eine solche Topfpumpe als Antrieb eines Wasserfahrzeuges ist aus der DE-Patentanmeldung P 37 35 699.2-22 bekannt und sie ist insofern für die vorliegende Erfindung Ausgangspunkt.

Um mit dem zumindest einen die Pumpe verlassenden Wasserstrahl die Fahrt bzw. Vortriebsrichtung des Wasserfahrzeuges verändern zu können, ist die ganze Pumpe um die Längs- und Drehachse des Laufrades um 360° schwenkbar.

Wird die Pumpe um die Drehachse des Laufrades geschwenkt, so verändert sich die Austrittsrichtung der Düse, der aus ihr austretende Wasserstrahl verändert seine Austrittsbzw. Strömungsrichtung und das Wasserfahrzeug verändert seine Fahrtrichtung.

Als nachteilig kann es bei dieser Lösung angesehen werden, daß die gesamte Pumpe geschwenkt und damit eine relativ große Masse bewegt werden muß, wenn die Fahrtrichtung des Schiffes verändert werden soll. Dies erfordert einen hohen Energieaufwand und stellt an den Schwenkmechanismus hohe Anforderungen, wenn eine große Genauigkeit beim Verstellvorgang zu fordern ist, was für eine exakte Schiffsführung notwendig ist.

Die vorgenannte Topfpumpe wurde deswegen in der Form weiterentwickelt, daß das eigentliche Pumpengehäuse mit zylindrischem Gehäuseteil und Deckel als tragende Elemente in die Konstruktion des Wasserfahrzeuges einbezogen ist und nur noch die Bodenplatte mit Wasserein- und Wasserauslaß um die Drehachse der Pumpe um 360° schwenkbar ist (EP0464739A1). Die Umsetzung dieser Lösung in die Praxis setzt die Lösung des Problems der Abdichtung zwischen dem eigentlichen in das Wasserfahrzeug als tragendes Element integrierten Pumpengehäuse und der schwenkbaren Bodenplatte voraus. Kann dieses Problem gelöst werden, so hat diese Lösung gegenüber der zuerst genannten Ausführungsform der Topfpumpe den Vorteil, daß zum Manövrieren des Wasserfahrzeuges wesentlich geringere Massen bewegt werden müssen, nämlich nur die Bodenplatte, wo im ersten Fall das gesamte Gehäuse einschließlich Bodenplatte verschwenkt werden muß.

Die vorgenannten Lösungen sind nicht nur durch die Gesamtkonzeption unter Einschluß des Leitapparates für die vorliegende Erfindung relevanter Stand der Technik, sondern auch wegen dem Drucktopf zwischen Leitapparat und Auslaßvorrichtung. In diesem Drucktopf, der Laufrad und Leitapparat konzentrisch umgibt, wird von dem vom Laufrad geförderten, den Leitapparat verlassenden Wasser ein verhältnismäßig hoher und vor allem im gesamten Drucktopf praktisch gleicher Druck aufgebaut, der es möglich macht, die Auslaßvorrichtung mit der zumindest einen Auslaßdüse nahezu an jeder beliebigen Stelle des Drucktopfes vorzusehen. Die Auslaßdüse muß sich also keineswegs in der Bodenplatte befinden, sondern sie kann sich auch im zylindrischen Gehäuseteil befinden.

Die vorliegende Erfindung soll nun diesen Stand der Technik aufgabegemäß dahingehend verbessern, daß der Antrieb bzw. die Topfpumpe selbst ein möglichst geringes Gewicht hat und die zum Manövrieren des Wasserfahrzeuges zu verschwenkende Masse ebenfalls weiter verringert wird. Die der vorliegen- den Erfindung zugrunde liegende Aufgabe läßt sich also dahingehend definieren, daß eine Topfpumpe der erörterten Gattung selbst ein möglichst geringes Eigengewicht haben soll und daß möglichst geringe Massen bewegt werden müssen, wenn mit der Topfpumpe nicht nur der Vortrieb eines Wasserfahrzeuges bewirkt werden soll, sondern dieses Wasserfahrzeug auch bezüglich seiner Fahrtrichtung gesteuert werden soll.

Der Verringerung des Eigengewichtes des Wasserstrahlantriebes dient die erfindungsgemäße Verwendung eines unbeschaufelten Leitapparates zwischen Pumpenauslaß und Drucktopf. Um die gewollten Strömungsverhältnisse zwischen Pumpenrad und Drucktopf darstellen zu können, muß der Leitapparat einen relativ größeren Strömungsweg zur Verfügung stellen und dies ist der Fall, wenn er die in halbaxialer Richtung das Pumpenrad torusförmig verlassenden Fördermengen so weit umlenkt, daß sie zwischen der Ansaugrichtung der

Pumpe und der Ausströmrichtung am Ende des Leitapparates um einen Winkel zwischen 160° und 200° umgelenkt worden ist. Dadurch ist eine Länge des Strömungswegs innerhalb des Leitapparates bestimmt, die es bei zweckgerichteter

Geometrie von Innen- und Außenwand des Leitapparates möglich macht, die Strömungsenergie, die dem Wasser beim Verlassen des Pumpenrades noch innewohnt so weitgehend abzubauen, daß das geförderte Wasser gerade noch strömt, es im übrigen aber eine hohe Druckenergie hat, sodaß im Drucktopf aus einem hohen Enddruck am Leitapparataustritt heraus der gewollte hohe Druck aufgebaut werden kann.

Auch beim unbeschaufelten Leitapparat kann grundsätzlich der Strömungskanalquerschnitt in Strömungsrichtung gleich bleiben, zunehmen oder abnehmen, je nachdem welche Arbeitsverhältnisse geschaffen werden sollen. Wenn es jedoch darum geht, in optimaler Weise im Drucktopf den gewollten hohen Druck aufzubauen, ist einem Leitapparat mit einem sich in Strömungsrichtung erweiternden Kanalquerschnitt, der also ein Diffusor ist, der Vorzug zu geben, wobei

sich _der Anfangsquerschnitt aus den Bedingungen am Ende des Laufrades ergibt, der Endquerschnitt aus der Bedingung, daß die Strömungsbedingungen gerade noch einen Eintritt des geförderten Wassers in den Drucktopf bewirken, ansonsten die Druckenergie hoch sein soll und wobei schließlich

die Querschnitte zwischen den Endquerschnitten so bemessen sind, daß die Umwandlung von Strömungsenergie in Druckenergie sich stetig ohne Ablösung der Strömung von der Strömungskanalwandung vollzieht, weil eine solche Ablösung die Bildung von Wirbeln und damit Verlusten an Energie zur Folge hätte. Wie diese Bedingungen erfüllt werden können, ist dem Fachmann bekannt, es kann empirisch oder mit Hilfe von dem Fachmann bekannter Rechenmethoden geschehen.

Im zuletzt genannten Fall, d.h. optimaler Druckerhöhung vom axialen Eintritt des Wassers in das Laufrad bis zum

Eintritt des geförderten Wassers in den Drucktopf, empfiehlt es sich, den schaufellosen Leitapparat mit sich in Strömungs- r.ichtung erweiterndem Strömungskanal einem Laufrad nachzuordnen, in dem bereits selbst eine weitgehende Umwandlung von Strömungs- in Druckenergie erfolgt. Für eine solche

Auslegung gelten die Kriterien der Auslegung des Leitapparates: Die Strömungskanäle zwischen je einem Paar Schaufeln und den beiden Deckscheiben des Laufrades sollten am Anfang kleinere Querschnitte haben als am Ende, die Strömungskanäle sollen in Strömungsrichtung in der Weise weiter

werden, wie es angesichts der allgemeinen Arbeitsbedingungen im Laufrad und unter Vermeidung von Strömungsablösungen von den Strömungskanalwandungen zweckmäßig bzw. vertretbar ist. Bezüglich der Änderung der Strahlaustrittsrichtung des

Wasserstrahles aus dem Drucktopf, wird unter dem Gesichtspunkt der baulichen Einfachheit und eines möglichst geringen Gewichtes das erfindungsgemäße Merkmal vorgeschlagen, daß in dem im übrigen ortsfesten Antrieb, d.h. es soll weder das gesamte Gehäuse, noch allein die Bodenplatte um die Drehachse des Laufrades schwenkbar sein, allein die mindestens eine Düse gegenüber dem Gehäuse schwenkbar sein soll. Die Steuerung des Wasserfahrzeuges erfolgt demzufolge mit geringstmöglichen verstellbaren Massen.

Die Erfindung mit den vorgenannten hauptsächlichen Merkmalen ist Gegenstand der Patentansprüche und sie wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Der nachfolgenden Beschreibung und den Patentansprüchen sind auch weitere Merkmale zu entnehmen, mit denen die Erfindung in besonders vorteilhafter Weise weiter ausgestaltet

werden kann.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Mittellängsschnitt durch den Antrieb;

Fig. 1A in einer entsprechenden Darstelung einen Mittellängsschnitt durch eine geringfügig veränderte- Ausführungsform, wobei die Schnittebene mit der Schnittebene der Fig.l einen Winkel von 90° einschließt;

Fig. 1B einen Teil einer der Auslaßdüsen des Drucktopfes als Schnitt;

Fig. 2,3 Einbaubeispiele als schematische Seitenansicht

(Fig. 2) bzw. schematische Draufsicht (Fig.3), wobei davon ausgegangen wird, daß der Begriff "Wasserstrahlantrieb" die Verwendung einer Topfpumpe als Mittel zum Antrieb eines Wasserfahrzeuges, also eines Schiffes einschließt;

Fig. 4 in schematischer Darstellung eine in ihrer Gesamtheit schwenkbar eingebaute Düse als Seitenansicht;

Fig. 5 in einer Fig. 4 entsprechenden Darstellung eine fest eingebaute Düse mit Steuerklappe .;

Fig. 6 in einer Fig. 1 entsprechenden Darstellung eine erfindungsgemäße Düse mit der Möglichkeit, den Schubstrahl um bis zu 180° umzulenken; und

Fig. 7 die Ausbildung gemäß Fig. 6 als Draufsicht.

Die wesentlichen Bauteilgruppen des erfindungsgemäßen

Wasserstrahlntriebs sind das topfförmige Pumpengehäuse 1, das halb axial verlaufende Schaufel- bzw. Strömungskanäle zwischen seinen Schaufeln 2 und den beiden Deckscheiben 3a, 3b bildende Pumpenlaufrad 3, der Antrieb 4 des Laufrades, der Leitapparat 5 und eine untere Deckplatte 6, in die in der Mitte der Wasserstrahleinlaß 7 integriert ist. Im Einlaß 7 kann ein Einlaßgitter 11 vorgesehen sein, um das Ansaugen von Gegenständen zu verhindern, die das Laufrad 3 beschädigen könnten, einer Gefahr, der der Antrieb wegen des Einsatzes des Wasserfahrzeuges in flachen Gewässern in besonderem Maße ausgesetzt ist (Fig.1). Gegebenenfalls kann jedoch auch auf ein Eintrittsgitter verzichtet werden. "Halbaxial beschaufelt" besagt, daß das Laufrad 3 im wesentlichen axial angeströmt wird (Pfeile 100) und das mit Strömungsenergie versehene Wasser das Laufrad 3 verläßt und in den Leitapparat 5 eintritt unter einem Winkel α , der gegenüber der Laufraddrehachse geringer als 90° ist (Pfeile 200). Der Antrieb 4 kann konventionell sein, so daß auf seine Beschreibung verzichtet werden kann. In Fig.1 ist der Antrieb schematisch als Schnitt dargestellt, in Fig.1A ist vom Antrieb nur die zum Laufrad 3 führende Abtriebswelle 4a dargestellt. Der Antrieb ist auf einem oberen Deckel 21 des Pumpenhauses 1 aufgesetzt und ragt in das Pumpengehäuse hinein, um dort mit dem Laufrad 3 drehfest verbunden zu sein. Er kann beispielsweise dem in DE-A 40 21 340 vorgesehenen Antrieb gleichen. Im Einlaß 7 kann das relativ weitmaschige Einlaßgitter 11 angeordnet sein, das deswegen relativ weitmaschig sein kann, weil der Antrieb infolge des Fehlens eines beschaufelten Leitapparates gegenüber im Wasser mitgeführten Fremdpartikeln unempfindlicher ist als ein Antrieb mit einem beschaufelten Leitapparat (insbesondere Fig.1A).

Der Leitapparat ist ein unbeschaufelter Ringdiffusor mit einem Austrittswinkel β zur Laufradachse 22, der eine

Umlenkung der Strömung zwischen der im wesentlichen axialen Ansaugrichtung 100 und der Austrittsrichtung 300 aus dem Leitapparat 5 und in einen Drucktropf 23 um zwischen etwa 160° und 200°, vorzugsweise 180° bewirkt.

Der Ringkanal bzw. Leitapparat 5 wird unmittelbar außen von der Gehäuseaußenwand 12 und innen vom Laufradgehäuse 13 gebildet. Er ist rotationssymmetrisch und weist keine Einbauten auf. Er gewährleistet eine lange Führung zum

Drucktopf 23. Der Querschnittsverlauf des Leitapparates kann konstant, abnehmend oder, vorzugsweise, zunehmend sein, wenn es nämlich darum geht, die am Ende des Laufrades 3 herrschende Strömungsenergie weitestgehend in

Druckenergie umzusetzen, wobei dann der Ringkanal ein

Ringdiffusor ist. Die in der Pumpe erzeugte Strömung tritt aus dem Gehäuse 1 bzw. dem Drucktopf 23 aus mindestens einer, in der rückwärtigen Gehäusewand angeordneten Düse 8 aus. Die Düse

8 ist so angeordnet, daß der Wasserstrahl im wesentlichen horizontal, allenfalls flach nach unten gerichtet, austritt, das Wasserfahrzeug also auch in extrem flachen

Wasser mit eigenem Antrieb fahren kann. Diese Möglichkeit setzt außer dem eher horizontalen Strahlaustritt voraus,

daß der gesamte Antrieb allenfalls geringfügig über den

Boden des Wasserfahrzeuges vorsteht. Außerdem ist zu gewährleisten, daß der Antrieb nach rückwärts unverbaut

im Wasserfahrzeug bzw. Schiff angeordnet ist (Fig.2,3).

Soll mit dem Antrieb keine Steuerwirkung erzielt werden,

so ist die Düse 8 fest im Gehäuse der Pumpe eingebaut,

sie ist als schuboptimierte Düse Teil einer schubverbesserten Version des Wasserstrahlantriebs. Der Wasserstrahlantrieb bewirkt als "Booster" allein den Vortrieb

eines Schiffes in einer andersweitig bestimmten Fahrrichtung.

Soll mit einem Antrieb gemäß der vorliegenden Erfindung

unter Beibehaltung der grundsätzlichen Fahrtrichtung "Vorwärts" die Fahrtrichtung beeinflußt werden, so kann dieser Düse, in der abgewandelten Form mit 10 gekennzeichnet, eine

dreh- oder schwenkbare Umlenkplatte 16 innerhalb der festen

Düse 10 zugeordnet sein oder diese Düse kann in ihrer

Gesamtheit verschwenkbar im Pumpengehäuse 1 angeordnet

sein (Fig.4). Verstellbar ist die Düse 10 (Fig.4) bzw.

die Düsenplatte 16 (Fig.5) mit einer mechanischen, hydraulischen, elektrischen oder kombinierten Winkelverstellung, wie

sie in Fig. 4 und 5 allgemein mit 20 bezeichnet ist, ohne daß auf Einzelheiten eingegangen wird, weil es sich eben um jeden beliebigen insoweit bekannten zweckgerichteten Stellantrieb handeln kann.

Wird auch als extremstes Steuermanöver, das Umsteuern des Schubstrahles um 180° (Gegenschub) gefordert, kann dies durch eine bewegliche, profilierte Klappe 17 erreicht werden (Fig.6, 7), die ebenfalls mit einfachen hydraulischen oder mechanischen Schiebern betätigt werden kann.

Zum Umsteuern wird eine solche Klappe 17 unmittelbar hinter der Austrittsdüse 10a bzw. 10b in den Düsenstrahl geschwenkt und sie lenkt dann durch ihre Formgebung den Wasserstrahl in die entgegengesetzte Richtung um. In Fig.6 ist die

Strahlumlenkklappe in ihrer Nicht-Funktionseinstellung durch unterbrochene Linien, in ihrer die Strahlumlenkung bewirkenden Stellung durch durchgehende Linien gekennzeichnet.

Die Umlenkklappe 17 ist in einem Rahmen 18 gehalten, der auf seitlichen Zapfen 19 schwenkbar am Gehäuse 1 gelagert ist und die Schwenkbarkeit wird wiederum mit einer Stelleinrichtung 20 bewirkt.

Der erfindungsgemäße ausgebildete Wasserstrahlantrieb stellt also eine schubverbesserte Version dar.

Aus Fig.2 und 3 ergeben sich nun Antriebs- und Steuerkonzepte für Schiffe, wie sie unter Verwendung erfindungsgemäßer Antriebe realisiert werden können.

Bei einem ersten Antriebs- und Steuerkonzept soll bei einem mittleren Antrieb B dem Pumpengehäuse 1 eine starre, nach hinten gerichtete Düse 8 zugeordnet sein, wobei die Längsachse der Düse in der Draufsicht mit der Längsachse des Schiffes zusammenfällt. Damit ist der mittlere Antrieb B ein nichtsteuerbarer "Booster", der ausschließlich dem Vortrieb des Schiffes dient, wobei die Längsachse der

Düse zwar nicht mit der Längsachse des Schiffes zusammenfällt, aber zumindest parallel zur Längsachse des Schiffes angeordnet sein soll. Zwei symmetrisch zur Schiffslängsachse angeordnete seitliche, steuerbare Antriebe SA1 und SA2 gleichen grundsätzlich dem mittleren Antrieb B, ihre Auslaßdüsen 10a, 10b sind jedoch so ausgebildet, daß ihre Auslaßrichtung verstellt werden kann, um das Schiff steuern zu können. Dies kann dadurch erreicht werden, daß die

Düse 10a bzw. 10b in ihrer Gesamtheit verschwenkbar im jeweiligen Pumpengehäuse 1 angeordnet ist (Fig.4). Eine Alternative ist eine starr im Pumpengehäuse 1 angeordnete Auslaßdüse (10a, 10b), der jedoch mindestens eine dreh- oder schwenkbare Umlenkplatte 16 innerhalb der festen

Düse zugeordnet ist (Fig.5). Wird auch als extremstes

Steuermanöver das Umsteuern des Schubstrahles um 180°

(Gegenschub) gefordert, kann dies durch eine bewegliche, profilierte Klappe 17 erreicht werden (Fig.6, 7).

Der mittlere Booster B kann aber beispielsweise auch den seitlichen Antrieben SA1 und SA2 entsprechen, um einen besseren Steuereffekt zu erhalten, d.h. es können alle drei Antriebe gemäß einer der Fig. 4, 5, 6 bzw. 7 ausgelegt sein. Um anderen Betriebsanforderungen zu entsprechen, kann der Booster aber auch gemäß Fig.4 oder Fig.5 ausgebildet sein und die seitlichen Antriebe SA1, SA2 können gemäß Fig. 6, 7 ausgebildet sein, so daß alle drei Antriebe bezüglich der Austrittsrichtung des Wasserstrahls bei grundsätzlicher Vorwärtsfahrt verändert werden; die seitlichen Antriebe SA1 , SA2 können dann in Aktion treten, wenn die Fahrtrichtung ohne Wenden des Schiffes von Vorwärtsfahrt auf Rückwärtsfahrt verändert werden soll, wobei dann während der Vorwärtsfahrt alle drei Antriebe wirken, bei der Rückwärtsfahrt dagegen nur die beiden Seitenantriebe SA1 und SA2 bei in den Wasserstrahl eingeschwenkter Steuerklappe 17 wirksam sind. Schließlich kann auch der mittlere Antrieb B gemäß einer der Figuren 4 und 6 bzw. 7 ausgebildet sein und die seitlichen Antriebe SA1 und SA2 können rundum steuerbar ausgebildet sein.

Der erfindungsgemäße Antrieb ist unabhängig von seiner

Verwendung im Rahmen des oben erläuternden Konzepts gemäß Fig.3 baulich einfach, relativ leicht und kostengünstig zu fertigen. Das fest eingebaute, nicht drehbare Antriebsgehäuse bringt einen Kostenvorteil gegenüber einem rundum steuerbaren Wasserstrahlantrieb. Es reicht eine einfache Gehäusewand statt des Brunneneinbaus für das drehbare

Gehäuse. Die aufwendige Steuerung für die Rundumsteuerbarkeit entfällt und wird durch einfache hydraulische oder mechanische Schieber oder dergl. (20) ersetzt. Die Bodenplatte wird als einfacher, geschlossener Behälterboden ausgeführt, der lediglich noch die zentrale Ansaugöffnung umschließt.

Der erfindungsgemäße Antrieb entwickelt durch die einfache Strömungsführung und den relativ hohen Wirkungsgrad der rückwärtigen Düse einen guten Schub.

Der erfindungsgemäße Antrieb ist insbesondere konzipiert für den Einsatz in Verbindung mit Steuerantrieben hoher Manövrierfähigkeit, wobei der vorliegende Antrieb durch die guten Schubwerte bei gleichzeitig eingeschränkten

Manövriereigenschaften hauptsächlich als wirtschaftliches Vortriebsorgan, die zusätzlichen Steuerantriebe dagegen hauptsächlich als Manövrierorgane eingesetzt werden (Fig.3 in den oben erläuterten Varianten). Die Endkanten der Strömungskanäle des Laufrads 3 sind durch die Austrittskanten 24 der Laufradschaufeln 2 gekennzeichnet. Damit ist gleichzeitig der Eintritt in den Leitapparat 5 gekennzeichnet, dessen Ende mit 25 gekennzeichnet ist, womit wiederum gleichzeitig der Eintritt des vom Laufrad 3 geförderten und im Leitapparat 5 gerichteten Wassers in den Drucktopf 23 gekennzeichnet ist.

An den Drucktopf 23 schließt sich die zentrale Düse 8

(Fig.3) oder eine der schwenkbaren Düsen 10a, 10b an. Ersichtlich ist die Austrittsrichtung des den Drucktopf durch die jeweilige Düse verlassenden Wassers, die durch den Pfeil 26 gekennzeichnet ist, nahezu horizontal bzw.

nur wenig nach unten geneigt.

Zur Definition der Querschnitte vom Bereich des Eintritts des durch den Einlaß 7 angesaugten Wassers in das Laufrad 3 bis zum Austritt des geförderten Wassers aus dem

Leitapparat 5 und in den Drucktopf 23 soll zusammenfassend nochmals gesagt werden, daß die Auslegung der

Strömungskanäle im Laufrad derart ist, daß das angesaugte Wasser im Laufrad eine Beschleunigung und eine Druckerhöhung erfährt, so daß es am Austritt aus dem Laufrad einen hohen Energiegehalt besitzt, bestehend aus einem größeren Anteil Druckenergie und einem kleineren Anteil kinetischer Energie, der im Austritt aus dem Leitapparat ebenfalls weitgehend in Druckenergie umgewandelt ist, wobei während der Strömung vom Eintritt in die Strömungskanäle des Laufrades (Kanten 24a) bis zum Austritt aus dem Leitapparat (Diffusorende

25) auf die Vermeidung von Wirbelbildungen, insbesondere Ablösung der Strömung von den Strömungswänden, zu achten ist. Bezüglich der in Fig. 1 eingetragenen beiden Flächen 27 ist schließlich zu bemerken, daß es sich nicht um Einbauteile im Drucktopf 23, sondern in üblicher Darstellungstechnik um Schnitte 27-27 in Fig. 1B durch die obere Wand einer der Austrittsdüsen handelt, durch die das Wasser den Drucktopf 23 verläßt, wobei es sich auch um eine Schnittdarstellung um den Strömungskanal einer Düse in der Schnittebene 27-27 handeln könnte, um zu zeigen, daß die Auslaßdüsen einen Rechteckquerschnitt des Wassers formen. Die sehr schematische Düsendarstellung in Fig. 1B gibt eine Düsendarstellung wieder, wie diese auch in Fig. 13 dargestellt ist. Grundsätzlich kann es sich sowohl um eine als Booster eingesetzte starre mittlere Düse, als auch um eine der seitlichen Steuerdüsen handeln.

Claims

Patentansprüche

1. Wasserstrahlantrieb für Schiffe mit flachem Boden,

die zum Einsatz auch in flachen Gewässern bestimmt sind, mit einem halbaxial beschaufelten Laufrad (3) mit vertikaler Drehachse (22) in einem brunnenförmigen Pumpengehäuse (1), das am oberen Ende eines zylindrischen Gehäuseteils eine obere Deckelplatte (21) aufweist, durch die von oben her der Antrieb (4) für das Laufrad in das Pumpengehäuse eingeführt ist und das am unteren Ende des zylindrischen Gehäuseteils eine untere Bodenplatte (6) in der oder hinter der Ebene des Schiffsbodens aufweist, die in der Mitte^.

einen Wassereinlaß (7) für die axiale Anströmung (100) des Laufrades aufweist; mit einer zur Drehachse (22) des Laufrads (3) konzentrischen Druckkammer (23) innerhalb des Pumpengehäuses (1), in die das vom Laufrad geförderte Wasser eintritt, nachdem es gegenüber der axialen Eintrittsrichtung in das halbaxial beschaufelte Laufrad um etwa 160-200° umgelenkt worden ist und aus der es in oder hinter der Ebene des Schiffsbodens horizontal, allenfalls in einem flachen Winkel gegenüber dieser Schiffsbodenebene schräg nach unten gerichtet austritt; mit einem Leitapparat (5) zwischen dem Austritt des geförderten Wassers aus dem Laufrad und seinem Eintritt in die Druckkammer in der Form eines unbeschaufelten Ringkanals, der das geförderte Wasser im vorgenannten Winkelbereich umlenkt und dabei die Energie des Wassers einer von zwei Energieformen unter Vermeidung von Wandablösungen weitestgehend in die andere Energieform umsetzt; und schließlich mit einer Austrittseinrichtung (8,10) für den Austritt des Wassers aus der Druckkammer (23) in das Umgebungswasser horizontal oder unter dem genannten flachen Winkel, deren Austrittsrichtung allein zur Erzeugung des Vortriebes des Schiffes festgelegt oder zur Erzeugung des Vortriebs des Schiffes und zu dessen Steuerung in horizontaler Ebene durch

Verstellen gegenüber dem fest im Schiff angeordneten

Pumpengehäuse veränderbar ist.

2. Wasserstrahlantrieb nach Anspruch 1, gekennzeichnet

durch einen Leitapparat (5), der Strömungsenergie

des Wassers als die eine der beiden Energieformen

vom Verlassen des Laufrades an weitestgehend in Druckenergie als die andere Energieform umsetzt, also als

Diffusor ausgeildet ist.

3. Wasserstrahlantrieb nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Strömungsquerschnitt des Leitapparates (5) in der Form des unbeschaufelten Ringkanales bzw. -diffusors vom Wassereintritt zum Wasseraustritt hin stetig erweitert.

4. Wasserstrahlantrieb nach Anspruch 2 oder 3, dadurch

gekennzeichnet, daß der Leitapparat (5) auf ein Laufrad (3) folgt, in dem Energie des geförderten Wassers

bereits in erheblichem Maßer als Druckenergie vorliegt.

5. Wasserstrahlantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Querschnitte der Strömungskanäle des Laufrades zwischen je einem Schaufelpaar und beiden Deckscheiben (12, 13) vom Einlaß (7) zum Auslaß (24) hin erweitern und die Querschnitte zwischen Ein- und

Auslaß so verändert werden, daß Ablösungen des geförderten Wassers von den Wänden der Strömungskanäle

(Schaufeln und Deckscheiben) weitestgehend vermieden sind .

6. Wasserstrahlantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittseinrichtung zumindest eine Steuerdüse (10) aufweist, die in horizontaler Ebene schwenkbar im zylindrischen Teil des Pumpengehäuses (1) gelagert ist.

7. Wasserstrahlantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 5,

dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittseinrichtung

(8,10) zumindest eine Düse (8) aufweist, die ortsfest im Gehäuse (1) des Antriebes angeordnet ist, wobei

die Auslaßrichtung dieser Düse die Hauptantriebsrichtung des Schiffes bestimmt.

8. Wasserstrahlantrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest eine Steuerdüse ortsfest im Pumpengehäuse angeordnet ist und ihr zumindest

eine Steuerklappe zugeordnet ist, die dreh- oder schwenkbar ist.

9. Wasserstrahlantrieb nach einem der Ansprüche 1 bis

7, gekennzeichnet durch Düsen der Austrittseinrichtung, die einen Austrittsstrahl mit rechteckigem Querschnitt bilden.

10. Schiffsantrieb unter Verwendung von zumindest einem

Wasserstrahlantrieb nach Anspruch 7 und zumindest

einem Wasserstrahlantrieb nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch die Anordnung zumindest eines Wasserstrahlantriebs mit starrer Düse in der vertikalen

Mittellängsebene des Schiffes mit einer Düsenaustrittsrichtung zur Bestimmung der Hauptvortriebsrichtung des Schiffes und symmetrisch seitlich angeordnete Wasserstrahlantriebe mit verstellbarer Düsen- austrittsrichtung zur Veränderung der Vortriebsrichtung des Schiffes.

11. Wasserstrahlantrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Steuerdüse durch die Steuerklappen im Betrieb dicht verschließbar ist.

12. Wasserstrahlantrieb nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Antriebsboden auf der vorwärts gerichteten Seite eine im normalen Betrieb verschlossene, aufschwenkbare Platte angeordnet ist, mit der sich das Gehäuse im Betrieb öffnen läßt.