-
Reaktionsantrieb für Wasserfahrzeuge Die Erfindung betrifft einen
Reaktionsantrieb für Wasserfahrzeuge, bestehend aus einem an beiden Enden offenen
Schubrohr, in dem durch Propellerpumpen eine Wassersäule beschleunigt wird.
-
Zur Erhöhung der Vortriebsleistung von Schiffsantrieben und zur Verbesserung
des Wirkungsgrades der Antriebsorgane ist es bekannt, die Propeller, die bei dem
herkömmlichen Schiffsantrieb am Heck des Wasserfahrzeuges frei liegend im Wasser
angeordnet sind, mit düsenförmigen Hohlkörpern zu umgeben, die im axialen Schnitt
ein tragflügelartiges Profil aufweisen. Es ist ferner bereits vorgeschlagen worden,
in dem düsenförmigen Ummantelungskörper zwei gegenläufig angetriebene Propeller
anzubringen, um mit dem zweiten Propeller die vom ersten Propeller erzeugte Strömung
zu entdrallen und möglichst wirbelfrei zu machen.
-
Bei Schiffsantrieben mit frei liegend im Wasser arbeitenden Propellern
oder mit Propellern, die in düsenförmige Ummantelungskörper eingebaut sind, ist
der Drehzahl der Propeller eine obere Grenze durch die Bedingung gesetzt, daß das
Wasser ständig mit allen Stellen der Propellerflügel Berührung haben muß und an
den Propellern keinesfalls Unterdruck auftreten darf. Bei Nichterfüllung dieser
Bedingung würde sich dies nicht nur auf die Vortriebsleistung und den Wirkungsgrad
des Schiffsantriebes ungünstig auswirken, sondern die Propellerflügel wären außerdem
der Gefahr einer vorzeitigen Zerstörung durch Kavitation ausgesetzt.
-
Da es aus dem gleichen Grund nicht möglich ist, Propellerpumpen mit
hohen Tourenzahlen im Wasser arbeiten zu lassen, konnten auch Reaktionsantriebe
der eingangs angegebenen Bauart nicht die erstrebte Erhöhung der Vortriebsleistung
und des Wirkungsgrades bei Schiffsantrieben bringen.
-
Reaktionsantriebe für Wasserfahrzeuge sind in mehreren Ausführungen
bekannt, beispielsweise mit durch den ganzen Schiffsrumpf hindurchgehenden, an beiden
Enden offenen Kanälen, in die die Propeller eingebaut sind. Hierbei besteht, abgesehen
davon, daß dies eine kostspielige Ausführung des Schiffsrumpfes erforderlich macht,
ein erheblicher Nachteil darin, daß das von den Propellern durch die Kanäle hindurchgeförderte
Wasser an den Kanalwandungen bei der Durchströmung so starke Reibungswiderstände
erleidet, daß ein großer Teil der für den Antrieb der Propeller aufgewendeten Kraft
von den Reibungswiderständen aufgezehrt und nur noch ein geringer Teil der Antriebskraft
in Vortriebskraft umgesetzt ; wird. Mit der Anordnung mehrerer Propeller in jedem
-Strömungskanal lassen sich die Reibungswiderstände an den Kanalwandungen weder
ausschalten noch verringern.
-
Bei anderen bekannten Reaktionsantrieben für Wasserfahrzeuge steht
der erstrebten Erhöhung der Vortriebsleistung der Umstand entgegen, daß die von
einer Kreiselpumpe geförderte Wassersäule unter ein-oder mehrmaliger Änderung der
Strömungsrichtung durch Kanäle bzw. Rohrleitungen hindurchgedrückt wird, wobei große
Strömungsverluste ebenfalls unvermeidlich sind. Strömungstechnisch ungünstig ist
ein anderer bekannter Reaktionsantrieb für Wasserfahrzeuge, der mit einem aus einem
mehrstufigen Pumpenläufer bestehenden Primärpropeller auf einen mehrstufigen Turbinenläufer
wirkt, wobei zwischen den Pumpen- und Turbinenstufen feste Leitvorrichtungen angebracht
sind. Durch die Kreiselmaschine wird das Wasser in zwei getrennten Teilströmen hindurchgefördert,
die erst am Austrittsende des die Kreiselmaschine umgebenden äußeren Gehäusemantels
wieder zusammentreffen.
-
Mit der Erfindung wird bezweckt, die vorstehend geschilderten Schwierigkeiten
bei der Ausbildung von in der Vortriebsleistung und im Wirkungsgrad befriedigenden
Reaktionsantrieben für Wasserfahrzeuge zu beheben. Diese technische Aufgabe ist
nach der Erfindung dadurch gelöst, daß in dem im wesentlichen zylindrischen Schubrohr
zwei Paare von bei jedem Paar in bekannter Weise gegenläufig angetriebenen Propellern
mit breitflächigen, teilweise einander überlappenden, dünnwandigen Flügeln so angeordnet
sind, daß der gegenseitige Abstand der beiden inneren Propeller der beiden Propellerpaare
mindestens so groß ist wie der Durchmesser der Propeller und die äußeren Propeller
in einer mindestens den halben Propellerdurchmesser betragenden Entfernung vom Ein-
und Austrittsende des Schubrohres liegen.
-
Propeller mit den in dieser Weise ausgebildeten, unter kleinem Anstellwinkel
angeordneten Flügelblättern können mit einer Tourenzahl angetrieben werden, die
bei Propellerpumpen bislang nicht zu
verwirklichen war. Durch die
neuartige Propelleranordnung in dem beiderseits offenen Schubrohr und durch die
besondere Gestaltung der Flügelblätter der Propeller ist sichergestellt, daß das
Wasser auch bei hoher und sehr hoher Propellerdrehzahl an beiden Seiten der Flügelblätter
mit etwa gleicher Strömungsgeschwindigkeit entlangströmt und die Flügelblätter an
allen Stellen vollständig umspült. Das Wasser wird von den Propellern als zusammenhängende,
nicht abreißende Wassersäule geradlinig durch das Schubrohr hindurchgedrückt und
als geschlossener Strahl mit großer Geschwindigkeit am Austrittsende des Schubrohres
drall- und wirbelfrei ausgestoßen.
-
Je zwei aufeinanderfolgende, gegenläufig angetriebene Propeller bilden
eine strömungstechnische Einheit, bei der der zweite Propeller in bekannter Weise
die Aufgabe erfüllt, die Strömung hinter dem ersten Propeller wirbel- und drallfrei
zu machen. Zwei Paare der gegenläufig angetriebenen Propeller mit verhältnismäßig
großem gegenseitigem Abstand der inneren Propeller sind erforderlich, damit beim
Umschalten des Reaktionsantriebes von Vorwärtsfahrt auf Rückwärtsfahrt die Wassersäule
im Schubrohr nicht abreißen kann.
-
Um sicherzustellen, daß das Wasser dem ersten Propeller stets gleichmäßig
zufließt und hinter dem letzten Propeller als geschlossener Wasserstrahl möglichst
tief in das das Wasserfahrzeug umgebende Wasser eindringt, sind der in der Fahrtrichtung
des Wasserfahrzeuges vornliegende Propeller des ersten Propellerpaares und der in
der Fahrtrichtung hintenliegende Propeller des zweiten Propellerpaares in verhältnismäßig
großem Abstand vom Eintritts- bzw. Austrittsende des Schubrohres angeordnet. Demzufolge
und wegen des vorerwähnten gegenseitigen Abstandes der inneren Propeller hat das
Schubrohr eine verhältnismäßig langgestreckte Gestalt.
-
Zweckmäßigerweise kann das im wesentlichen zylindrische Schubrohr
bei für hohe Fahrgeschwindigkeiten bestimmten Wasserfahrzeugen am Austrittsende
eine zur Austrittsöffnung hin düsenartig verjüngte Verlängerung und bei Wasserfahrzeugen,
wie z. B. Schleppern, die bei geringerer Fahrgeschwindigkeit eine große Zug- bzw.
Schleppkraft ergeben sollen, am Austrittsende eine zur Austrittsöffnung hin trompetenartig
erweiterte Verlängerung aufweisen. Auf diese Weise werden die bekannten Effekte
von Düsen mit verengten oder erweiterten Austrittsabschnitten, die man auch bei
Schiffsantrieben mit in Ummantelungsrohren oder in Kanälen angeordneten Propellern
schon angewendet hat, zur zweckentsprechenden Ausgestaltung des nach dem Vorschlag
der Erfindung ausgebildeten Reaktionsantriebes für Wasserfahrzeuge ausgenutzt.
-
Die große Vortriebskraft der bei jedem Wasserfahrzeug in wenigstens
zwei je für sich regelbaren Einheiten vorhandenen Reaktionsantriebe nach der Erfindung
gestattet es, schwer zu bewerkstelligende Manövrierbewegungen, wie z. B. das Anlegen
am und das Ablegen vom Kai exakter und schneller auszuführen als bisher, zumal das
Schiff jetzt auch so gesteuert werden kann, daß es eine zur Schiffslängsrichtung
parallele Verschiebungsbewegung ausführt.
-
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch
dargestellt. Es zeigt F i g. 1 den Längsschnitt durch eine Einheit des Reaktionsantriebes
mit zylindrischem Schubrohr nach der Linie 1-I der F i g. 2, F i g. 2 einen Querschnitt
nach der Linie II-II der F i g. 1, F i g. 3 und 4 Längsschnitte wie in F i g. 1
in anderen Ausführungsformen des die Antriebseinheit umschließenden Schubrohres.
-
Der Reaktionsantrieb nach der Erfindung besteht aus zwei Propellerpaaren
1, 2 und 3, 4. Zwischen den beiden Propellerpaaren 1, 2 und 3, 4 ist ein schlanker
zylindrischer Mittelkörper 5 angeordnet, der vorn und hinten durch je ein verjüngt
auslaufendes Nabenstück 6 und 7 des ersten und des letzten Propellers 1 bzw. 4 zu
einem strömungsgünstigen Körper ergänzt ist. Der Mittelkörper 5 ist an Streben 8
in einem beiderseits offenen Schubrohr 9 konzentrisch befestigt. Es sind Tragstreben
in mindestens zwei Querebenen vorgesehen, wobei in jeder Ebene mehrere, beispielsweise
drei Streben 8 in einer Winkelteilung von 120° versetzt angeordnet sind. Die Streben
können vorteilhaft mit stromlinienförmigem Querschnitt ausgeführt werden, so daß
sie den von den Propellern 1 bis 4 erzeugten Wasserstrom möglichst wenig beeinflussen.
-
Der Antrieb der Propeller 1 bis 4 des Reaktionsantriebes erfolgt von
einem im Schiff untergebrachten Antriebsaggregat, beispielsweise einem elektrischen,
dieselelektrischen oder turboelektrischen Antriebsaggregat über eine in einer Querschiffsebene
liegende Welle 10, die an einer durch Flansche 11 verstärkten Bohrung das Schubrohr
9 durchdringt und in einem zwischen der Schiffswand und dem Schubrohr 9 eingebauten
Rohrstück 12 sowie in einer Längsbohrung der einen Tragstrebe 8 des Schubrohres
9 gelagert ist. Die Welle 10 treibt über ein Kegelrad 13 zwei gegenläufige
Kegelräder 14, 15 an, von denen das eine Kegelrad 14 auf einer im Mittelkörper 5
längs gelagerten Hohlwelle 16 und das andere Kegelrad 15
auf einer
in der Hohlwelle 16 gelagerten Welle 17 befestigt ist. Am vorderen Ende der Welle
17 ist der Propeller 1 mit seinem Nabenstück 6 und am hinteren Ende derselben ist
der Propeller 4 mit seinem Nabenstück 7 befestigt. Auf der Hohlwelle 16 sitzen die
Propeller 2 und 3, die in entgegengesetzter Drehrichtung umlaufen wie die Propeller
1 und 4. Die Propeller 1 bis 4 werden vorzugsweise mit gleicher Drehzahl angetrieben.
-
Die Propeller 2 und 3 liegen, von der Eintrittsseite des Schubrohres
9 her gesehen, vor den Tragstreben B. Der Abstand zwischen den inneren Propellern
2 und 3 der beiden Propellerpaare 1, 2 und 3, 4 ist so bemessen, daß er gleich oder
größer ist als der Propellerdurchmesser. Das Schubrohr 9 ragt mit seinem vorderen
und hinteren Endabschnitt über den ersten und den letzten Propeller 1 bzw. 4 ein
größeres Stück hinaus, und zwar mindestens um eine dem halben Propellerdurchmesser
entsprechenden Länge (s. F i g. 1) oder sogar um eine Länge, die etwa gleich ist
dem Propellerdurchmesser (s. F i g. 3 und 4).
-
Zur Vermeidung eines einseitigen Kraftangriffes bei der übertragung
des Drehmomentes vom antreibenden Kegelrad 13 auf die Gegenkegelräder 14, 15 sind
Druckausgleichsräder 18 vorgesehen. Diese sitzen an kurzen Wellenstümpfen 19, welche
in Bohrungen derjenigen Tragstreben 8 drehbar eingesetzt sind, die mit der von der
Antriebswelle 10 durchsetzten Strebe 8 in gemeinsamer Ebene liegen, und sind stets
mit den Kegelrädern 14 und 15 im Eingriff.
-
Die Propeller 1 bis 4 sind zwei- oder mehrflüglig ausgebildet -und
bestehen aus dünnwandigen, unter sehr kleinem Winkel angestellten Flügelblättern.
Die
bis dicht an die Innenwandung des Schubrohres 9 heranreichenden
Propellerflügel sind in solcher Breite ausgeführt, daß die Flügel jedes Propellers
den Durchgangsquerschnitt des zugehörigen Schubrohres 9 nahezu ganz ausfüllen oder
ihre Kanten sich teilweise sogar noch einander übergreifen. Mit der Hintereinanderschaltung
von zwei Paar gegenläufig angetriebenen Propellern 1, 2 und 3, 4 in dem gemeinsamen
Schubrohr 9 sind, wie eingangs ausgeführt, die Voraussetzungen dafür geschaffen,
Propeller der vorbeschriebenen Art für Schiffsantriebe zu benutzen und sie mit hoher
Drehzahl umlaufen zu lassen, womit eine bislang nicht erreichbare Vortriebsleistung
und ein außerordentlich günstiger Wirkungsgrad erzielt wird.
-
Abweichend von der als Normalausführung anzusehenden Konstruktion
nach F i g. 1, bei der das Schubrohr 9 der Antriebseinheit eine zylindrische Form
aufweist, kann das Schubrohr gemäß F i g. 3 am Austrittsende 9 a düsenartig verjüngt
gestaltet sein. Hierbei tritt die von den gegenläufigen Propellerpaaren 1, 2 und
3, 4 durch das Schubrohr 9 hindurchgeförderte Wassersäule mit beschleunigter Geschwindigkeit
aus dem Schubrohr 9 aus, und das Schiff erhält eine dementsprechend größere Fahrtgeschwindigkeit.
Die in F i g. 3 gezeigte Form des Schubrohres 9 kommt insbesondere für solche Schiffe,
wie z. B. Motorboote, in Betracht, die eine möglichst große Fahrtgeschwindigkeit
haben sollen.
-
Wenn andererseits das Schiff eine große Zug- bzw. Schlepperleistung
bei weniger großer Fahrtgeschwindigkeit aufbringen muß, kann gemäß F i g. 4 ein
Schubrohr 9 mit trompetenartig aufgeweitetem Austrittsende 9 b Anwendung finden.
Hierbei wird die große Strömungsgeschwindigkeit der am erweiterten Rohrende 9b austretenden
Wassersäule in bekannter Weise in Druckenergie umgewandelt, ohne daß dies in der
bei Schleppern bislang unvermeidlichen Weise zu einer starken Wirbel- und Schaumbildung
hinter dem Schiff führt.
-
An den Enden der Schubrohre, insbesondere an deren Eintrittsöffnung,
können in an sich bekannter Weise gitterartige Verkleidungen zum Fernhalten von
Fremdkörpern von den Propellern zweckmäßigerweise in solcher Schrägstellung zum
Schiffsrumpf angeordnet sein, daß die Gitter Fremdkörper vom Schiffsrumpf abdrängen,
jedoch die Zuströmung des Wassers zum Schubrohr nicht be,,bindern.