KOMPAKTES WASSERSTRAHLANTRIEBS UND -LENKSYSTEM

Abstract

 Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet des Schiffbaus und ist zum Einsatz auf schnellgangigen Verdrängungsbooten, Kuttern und Motorbooten vorgesehen. Sie löst die Aufgabe der Schaffung eines Kleinwasserstrahlantriebs mit verminderten Kennwerten für Gewicht und Abmessungen. Außerdem werden gemäß dieser Erfindung die Aufgaben bezüglich der Erhöhung des Antriebswirkungsgrads, der Fertigungsgerechtheit der Antriebsherstellung sowie Aufgaben des Umweltschutzes gelöst.
Zur Verwirklichung der vorgeschlagenen Vorrichtung wird ein Wasserstrahlantriebs- und Steueraggregat vorgeschlagen, das eine Wasserleitung, eine hydraulische Druckvorrichtung mit einer Strömungshaube in der Nabe, die an einer in Lagern gelagerte Welle angebracht ist, einen Entdrallapparat mit Profilständern, die die Strömungshaube der Nabe des Laufrads an der Düse befestigen, und eine Umsteuerrudereinrichtung umfasst, die einen Schwenkdeflektor besitzt.
Das Wasserstrahlantriebs-- und Steueraggregat gewährleistet eine Bewegung des Schiffes mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten im Vorwärtsgang, ein Rückwärtsfahren des Schiffs, die Stellung "Stopp" und das Manövrieren des Schiffes in allen Bewegungsarten.
Der technische Nutzeffekt des vorgeschlagenen Wasserstrahlantriebs- und Steueraggregats im Hinblick auf die Erhöhung des Vortriebs erreicht gemäß Modellversuchen 5-10 %. Dabei vermindern sich die Abmessungen der Umsteuerrudereinrichtung um 50-60° und das Gewicht des Wasserstrahlantriebs um 10-20 %.

Beschreibung

Erfindungsbereich

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet des Schiffbaus und ist zum Einsatz auf schnellgängigen Verdrängungsbooten, Kuttern und Motorbooten vorgesehen.

Stand der Technik

[0002] Der das Wasserstrahlprinzip verwendende Wasserstrahlantrieb wird allgemein im Schiffbau, hauptsächlich für den Bau von schnellgängigen Schiffen verwendet. Um in der Wasserleitung des Antriebs einen leistungsstarken Wasserstrahl zu erzeugen, werden hydraulische Druckvorrichtungen unterschiedlicher Konstruktion verwendet, z. B. ein Pumpen-Laufrad (impeller) mit einer Wellenleitung und einem Flügelrad (Entdrallapparat).

[0003] Um die Manövrierfähigkeit der Schiffe sicherzustellen, werden die Wasserstrahlantriebe mit einer Umsteuerrudereinrichtung versehen, zu deren Konstruktion normalerweise ein spezieller Deflektor gehört.

[0004] Durch das US-Patent 5 871 381 ist ein Wasserstrahlantrieb bekannt, in dem für die Begradigung des Wirbelstroms, der von einem Laufrad erzeugt wird, ein Stator (Entdrallapparat) spezieller Konstruktion verwendet wird. Auf einer Seite dieses Stators ist das Laufrad angebracht, während sich auf der anderen Seite eine trichterförmige Düse befindet. Auf einem zylindrischen Gehäuse dieses Stators ist eine große Menge an Leitschaufeln untergebracht.

[0005] Weiterhin ist durch das UK-Patent 1 332 787 ein Wasserstrahlantrieb bekannt, der hier als Prototyp gilt, bei dem die Umsteuerrudereinrichtung einen Deflektor enthält, der sich aus einer ersten Lage, in der er den aus einer Düse ausströmenden Wasserstrom nicht verhindert, in eine zweite Lage bewegt, in der aufgrund des Deflektors und eines speziellen Kanals eine gleichmäßig gebogene Wasserströmung erzeugt wird, die unterschiedliche Wasserausströmrichtungen ergibt und damit eine sich ändernde Bewegungsrichtung des Schiffs verursacht. Dabei ist die Gelenkachse des Deflektors von der Mittellinie der Düse verschoben, so dass nicht nur eine gleichmäßige Änderung der Strömungsrichtung erreicht wird, sondern auch Biegebelastungen des Gelenks vermindert werden.

Kurzfassung der Erfindung

[0006] Die Hauptaufgabe dieser Erfindung ist die Schaffung eines Kleinwasserstrahlantriebs mit verminderten Kennwerten für Gewicht und Abmessungen. Außerdem soll gemäß dieser Erfindung der Wirkungsgrad des Antriebs erhöht, die Fertigung des Antriebs einfacher gestaltet und der Umweltschutz besser berücksichtigt werden.

[0007] Die technischen Ergebnisse, die die Lösung der genannten Aufgabe sicherstellen, sind die Minderung der Abmessungen der Düse durch den Einsatz der Schlitzform des Düsenausgangsquerschnitts sowie die Verwendung einer Begrenzungsplatte und von Lagern mit Wasserschmierung. Zur Realisierung der vorgeschlagenen Vorrichtung wird ein Wasserstrahlantriebs- und Steueraggregat vorgeschlagen, das eine Wasserleitung, eine hydraulische Druckvorrichtung mit einer Strömungshaube in der Nabe, die an der durch Lager gelagerten Welle angebracht ist, einen Entdrallapparat mit Profilständern, die eine Strömungshaube der Laufradnabe an der Düse befestigen, und eine Umsteuerrudereinrichtung umfasst, die einen Schwenkdeflektor besitzt.

[0008] Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Düse vom kreisförmigen Eingangsquerschnitt nach und nach konvergiert und dass ihr Querschnitt auf jeder Strecke längs der Achse zur Strömung hin eine in horizontaler Richtung fortlaufend ausgedehntere Form aufweist, wobei das Verhältnis der Breite zur Höhe des Ausgangsquerschnitts der Düse in den Grenzen von 2 bis 10 liegt. Das Profil der Querschnitte von der Außenkontur der Strömungshaube ist ähnlich dem Profil der Innenkontur der Düse im gleichen Querschnitt ausgeführt, wobei die Wände der Düse und der Strömungshaube mit Profilständern, die die Strömungshaube an den Wänden der Düse befestigen, einen Entdrallapparat bilden. Dadurch werden die Abmessungen des ganzen Antriebs vermindert. Außerdem ermöglicht die Strahlform, die Abmessungen des Deflektors und damit der ganzen Umsteuerrudereinrichtung zu vermindern.

[0009] Die Umsteuerrudereinrichtung dieses Antriebs ist mit einer Begrenzungsplatte ausgestattet, die horizontal unmittelbar hinter der Düse in der Ebene ihrer oberen Wand angebracht ist, wobei die Innenfläche des Schwenkdeflektors an die Platte anstößt. Außerdem ist diese Einrichtung mindestens mit zwei vertikal und symmetrisch angebrachten Rudern versehen, die unter der oben genannten Begrenzungsplatte untergebracht und mit einem Getriebe ausgestattet sind. Das Vorhandensein der horizontal angebrachten Begrenzungsplatte schließt Druckverluste im oberen Bereich der Ruder aus, die hinter der Düse angebracht sind, und trägt damit zur Steigerung des Werts der Seitenkraft bei, die bei dem vorgegebenen Winkel des Ruderlegens erzeugt wird.

[0010] Um auf diese Weise den erforderlichen Wert der Seitenkraft zu erhalten, ist ein kleinerer Winkel des Ruderlegens erforderlich. Daher vermindern sich die Schubverluste und die Wirksamkeit der Ruder steigt unter Beibehaltung des direkten Kurses des Schiffs. Die Anordnung der Begrenzungsplatte mit ihrem Anstoßen an die Innenfläche des Schwenkdeflektors trägt zu einer Verminderung der hydrodynamischen Verluste beim Rückwärtsfahren (bei der Reversierung) bei.

[0011] Bei der vorgeschlagenen Lösung haben die Seitenwände der Düse des Antriebs in der ganzen Ausdehnung die gleiche zylindrische Oberfläche; jeder Querschnitt der oberen und unteren Wände stellt die Sehne eines abgehackten Segments dar, wobei der aufeinanderfolgende Übergang vom kreisförmigen Querschnitt der Düse an ihrem Eingang zu dem ausgedehnten Querschnitt an ihrem Ausgang durch die Steigerung des Biegepfeils des abgehackten Segments im Laufe der Vorwärtsbewegung zum Ausgangsquerschnitt verwirklicht ist. Diese Variante erreicht eine einfachere Fertigung der Düse aus einem Werkstück zylindrischer Form, an das die oberen und unteren Wände mittels einer einfachen Schweißnaht befestigt sind.

[0012] In demjenigen Lösungsfall, in dem der Entdrallapparat nicht mehr als vier Profilständer aufweist, werden nicht nur die Kennwerte für Gewicht und Abmessungen, sondern auch hydraulische Verluste vermindert, die den Wirkungsgrad des Antriebs herabsetzen. Dies erfolgt durch die Verminderung der benetzten Oberfläche der Düsen-Nachleitvorrichtung, d. h. der Wirkungsgrad des Antriebs wird erhöht.

[0013] In demjenigen Lösungsfall, in dem an den Seitenwänden des Deflektors Durchgangsbohrungen vorhanden sind, wird neben der Verminderung der Kennwerte des Gewichts der Abmessungen auch eine Steigerung der Steuereigenschaft des Schiffs erreicht. Außerdem macht das Vorhandensein der Bohrungen in den Wänden des Deflektors möglich, eine seitliche Ausströmung des Strahls des Antriebs durch das Ruderlegen bei der Reversier- und "Sperr"-Position des Deflektors zu verwirklichen. Dabei kann sich die Schubrichtung des Antriebs um 360° in der horizontalen Ebene ändern, so dass eine erhöhte Manövrierfähigkeit des Schiffs in einem breiten Bereich von Bewegungsarten erzielt wird.

[0014] In demjenigen Lösungsfall, in dem das Profil der Ruder im Querschnitt die Form eines direkten Keils aufweist, werden eine einfache Fertigung und eine Verminderung der Kennwerte für Gewicht und Abmessungen erreicht. Außerdem ermöglicht die Gestaltung der Steuerprofile im Querschnitt in Form des direkten Keils und die Steuerprofilunterbringung innerhalb der Abmessungen der Begrenzungsplatte, d. h. in den Grenzen der Strahlbreite hinter der Düse, an der Steuervorrichtung eine "tote", unwirksame Zone der Winkel des Ruderlegens auszuschließen, die für die Ruder mit einem standardmäßigen Stromlinienprofil typisch ist.

[0015] In demjenigen Lösungsfall, in dem die Lager des Endteils der Welle der hydraulischen Druckvorrichtung innerhalb der Strömungshaube angebracht sind und in dem eines der Lager des Endteils der Welle des Laufrads als Pfanne und das andere Lager als Axiallager ausgeführt ist, wird eine Verminderung der Kennwerte für Gewicht und Abmessungen erreicht.

[0016] In demjenigen Lösungsfall, in dem die Lager des Endteils der Welle der hydraulischen Druckvorrichtung unter Verwendung einer Wasserschmierung (Außenbordwasser) ausgeführt sind, wird der Umweltschutz gewährleistet.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

[0017] Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1

eine seitliche Projektion eines Wasserstrahlantriebs- und Steueraggregats gemäß der Erfindung und

Fig. 2

eine Ansicht in Richtung des Pfeils A in Fig. 1.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

[0018] Das in den Figuren 1 und 2 dargestellte Wasserstrahl antriebs- und Steueraggregat enthält eine Wasserleitung 1, eine hydraulische Druckvorrichtung in Form eines Laufrads 2 mit einer Strömungshaube 4 als Nabe, die an einer Welle 5 mit Lagern angebracht ist, und eine Düse 7. Seitenwände 8 der Düse 7 weisen eine zylindrische Form mit einem Durchmesser auf, der dem Durchmesser des Eingangsquerschnitts der Düse gleich ist. Die unteren und oberen Wände der Düse 7 weisen in der seitlichen Projektion eine krummlinige Oberfläche auf, die durch die Oberflächen von zwei Zylindern gebildet ist, deren Längsachsen in der Frontalebene liegen, wobei die Achse der Düse 7 selbst in der horizontalen Ebene liegt. Eine Strömungshaube 3 des Laufrads 2 ist an den Wänden der Düse 7 mittels vier Profilständern 9 befestigt, die gleichzeitig die Strömung lenkende Leitschaufeln darstellen. Das Profil der Querschnitte der Außenkontur der Strömungshaube 3 ist dem Profil der Außenkontur der Düse 7 im gleichen Querschnitt ähnlich; dabei erfüllt die Innenfläche der Düse 7, der Strömungshaube 3 und der Profilständer 9 die Funktion eines Entdrallapparats. Zwei Lager 6 des Endteils der Welle 5 sind innerhalb der Strömungshaube 3 angebracht, wobei eines davon als Axiallager und das andere als Pfanne ausgebildet ist und die beiden Lager eine Wasserschmierung verwenden.

[0019] Die Umsteuerrudereinrichtung des Antriebs umfasst eine Begrenzungsplatte 10, die horizontal angebracht ist und die eine Erweiterung zur Strömung hin der oberen Wand der Düse 7 bildet, einen Deflektor 11, der an die Begrenzungsplatte 10 anstößt, und zwei symmetrisch angebrachte, vertikale Ruder 12 mit Steuergetrieben (in den Figuren nicht gezeigt), die unter der Begrenzungsplatte 10 angeordnet sind. An den Seitenwänden des Deflektors 11 ist eine Durchgangsbohrung 13 vorhanden. Die Ruder 12 haben im Querschnitt die Form eines direkten Keils.

[0020] Das Wasserstrahlantriebs- und Steueraggregat gewährleistet die Bewegung des Schiffs mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten im Vorwärtsgang, das Rückwärtsfahren des Schiffs, die Stellung "Stopp" und das Manövrieren des Schiffs in allen Bewegungsarten.

Die Vorrichtung arbeitet folgendermaßen:

[0021] Die in die Wasserleitung 1 gelangende Wasserströmung läuft über das Laufrad 2 durch, das mittels der Welle 5 in Bewegung gesetzt wird; dann wird die Wasserströmung gerade gerichtet, indem sie über die Profilständer 9 der Düse 7 läuft, und aus dem Schlitzstutzen der Düse als direkter Strahl ausgeworfen, wobei sie die hinter der Düse 7 angebrachten, vertikalen Ruder 12 und die Begrenzungsplatte 10 umströmt.

[0022] In der Betriebsart des Vorwärtsgangs wird bei Umströmung des sich drehenden Laufrads 2 durch den Wasserstrom die Schubleistung des Vorwärtsgang-Antriebs und der Schub des Laufrads 2 erzeugt, die vom Axiallager und der Pfanne 6 aufgenommen wird, die in der Strömungshaube 3 des Laufrads 2 angebracht sind. Infolge der Umströmung der Ruder 12 durch das Wasser bei kleineren Winkeln des Ruderlegens wird eine geradlinige Bewegung des Schiffs am Kurs beibehalten. Bei größeren Winkeln des Ruderlegens 12 erfolgt eine Wendung des Schiffs über die jeweilige Seite in Übereinstimmung mit der Richtung des Ruderlegens.

[0023] Zum Rückwärtsfahren des Schiffs wird der Deflektor 11 um seine Drehachse herum nach unten gedreht. Infolgedessen geht die Führungsoberfläche des Deflektors in den Wasserstrahl ein, der aus der Düse herausfließt, und sperrt diese. Die Richtung des Wasserstrahls ändert sich in die entgegengesetzte Richtung. Dabei wird bei einer der Stellungen des Deflektors eine "Stopp"-Betriebsart des Schiffs erzeugt.

[0024] In der Umkehrbetriebsart und in der "Stopp"-Betriebsart beim Ruderlegen 12 wird der Wasserstrahl des Antriebs in die Seite der seitlichen Wände des Deflektors 11 geleitet, wobei er durch die Durchgangsbohrungen 13 fließt, so dass ein Rückwärtsfahren des Schiffs erfolgt.

[0025] Der technische Nutzeffekt des vorgeschlagenen Wasserstrahlantriebs- und Steueraggregats im Hinblick auf die Erhöhung des Vortriebs erreicht gemäß Modellversuchen 5-10 %. Dabei vermindern sich die Abmessungen der Umsteuerrudereinrichtung um 50-60 % und das Gewicht des Wasserstrahlantriebs um 10-20 %.

Industrielle Anwendbarkeit

[0026] Die Erfindung ist zum Einsatz auf dem Gebiet des Schiffbaus für einen breiten Bereich von Schiffklassen vorgesehen, hauptsächlich für schnellgängige Verdrängungsboote, Kutter und Motorboote.

Ansprüche

1. Kleinwasserstrahlantriebs- und Steueraggregat, das eine Wasserleitung (1), eine an einer Welle (5) mit Lagern befestigte, hydraulische Druckvorrichtung mit einer Strömungshaube (3, 4) in der Nabe, einen Entdrallapparat mit Profilständern (9), durch die die Strömungshaube (3, 4) der Nabe an der Düse (7) befestigt ist, und eine Umsteuerrudereinrichtung umfasst, die einen hinter der Düse (7) angeordneten Schwenkdeflektor (11) aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Entdrallapparat (7, 3, 9) durch die Wände (8) der Düse (7) sowie durch die Strömungshaube (3) und die Profilständer (9) gebildet ist, wobei die Querschnitte der Wände der Düse auf jeder Strecke längs ihrer Achse zur Strömung hin hinter dem runden Ausgangsquerschnitt eine in horizontaler Richtung aufeinanderfolgend ausgedehntere Form aufweisen, das Verhältnis der Breite zur Höhe des Ausgangsquerschnitts der Düse in den Grenzen von 2 bis 10 liegt und das Profil der Querschnitte der Außenkontur der Strömungshaube dem Profil der Innenkontur der Düse im gleichen Querschnitt ähnlich ist, und dass die Umsteuerrudereinrichtung mit einer Begrenzungsplatte (10), die horizontal unmittelbar hinter der Düse (7) auf der Ebene ihrer oberen Wand angebracht ist und an die die Innenfläche des Schwenkdeflektors (11) anstößt, und mindestens mit zwei senkrecht und symmetrisch angebrachten Rudern (12) ausgestattet ist, die unter der Begrenzungsplatte (10) angeordnet und mit einem Getriebe ausgestattet sind.

2. Wasserstrahlantriebs- und Steueraggregat nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Seitenwände der Düse (7) eine zylindrische Oberfläche aufweisen, deren Durchmesser gleich dem Durchmesser des Ausgangsquerschnitts der Düse (7) ist und jeder Querschnitt der oberen und unteren Wände eine Sehne eines abgehackten Segments darstellt, wobei der aufeinanderfolgende Übergang von der Rundform des Querschnitts der Düse an ihrem Eingang durch eine Steigerung nach Maßgabe des Aufsteigens zum Ausgangsquerschnitt des Biegepfeils des abzuhackenden Segments verwirklicht ist.

3. Wasserstrahlantriebs- und Steueraggregat nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Entdrallapparat nicht mehr als vier Profilständer (9) besitzt.

4. Wasserstrahlantriebs- und Steueraggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass an den Seitenwänden des Deflektors (11) Durchgangsbohrungen (13) vorhanden sind.

5. Wasserstrahlantriebs- und Steueraggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Ruderprofil im Querschnitt die Form eines direkten Keils aufweist.

6. Wasserstrahlantriebs- und Steueraggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Lager des Endteils der Welle (5) der hydraulischen Druckvorrichtung innerhalb der Strömungshaube (3, 4) angebracht sind.

7. Wasserstrahlantriebs- und Steueraggregat nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass eines der Lager des Endteils der Welle (5) des Laufrads (2) als Pfanne und das andere als Axiallager ausgebildet ist.

8. Wasserstrahlantriebs- und Steueraggregat nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Lager des Endteils der Welle (5) der hydraulischen Druckvorrichtung mit einer Schmierung durch Außenbordwasser ausgeführt sind.

Zeichnung