DE2658484C2 - Thermodynamischer Unterwasserantrieb - Google Patents

Description

30

Die Erfindung bezieht sich auf einen thermodynamischen Unterwasserantrieb nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einem bekannten thermody? imischen Unterwasserantrieb (US-PS 15 41 689), der sich gegenüber elektrischen Unterwasserantrieben vor allem durch eine größere Reichweite auszeichnet, werden die Abgase abströmseitig der Kraftmaschine nach Passieren eines außenwasserdurchströmten Kondensators über eine Auspufföffnung in die ungestörte Wasserströmung ausgeblasen. Dies führt jedoch zu einer erheblichen Geräusch-, Blasen- und sonstigen Spurbildung, so daß trotz der Wasserlöslichkeit der Abgase die Gefahr besteht, daß das Unterwasserfahrzeug geortet und eventuell die Funktionsfähigkeit bordeigener Ortungsgeräte gestört wird.

Auch bei dem Unterwasserantrieb der beanspruchten Art (US-PS 38 31 546) werden die Abgase an einer von dem ummantelten Propeller entfernten Stelle im Be- μ reich einer abgasbetriebenen Hilfspumpe über einen Schalldämpfer in die ungestörte Wasserströmung ausgeblasen. Da keinerlei Vorvermischung der Abgase mit dem Außenwasser erfolgt, besteht wiederum die Gefahr, daß das Unterwasserfahrzeug trotz der Wasserlöslichkeit der Abgase geortet wird.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den thermodynamischen Unterwasserantrieb nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 so auszubilden, daß er weitgehend geräusch- und spurfrei arbeitet und bei geringem Baugewicht und -aufwand eine hochwirksame Abgasbeseitigung garantiert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den im Anspruch I gekennzeichneten Unterwasserantrieb gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Unterwasserantrieb werden die Abgase unmittelbar abströmseitig des Propellers mit dem gesamten, von diesem durch das Schubrohr geförderten Wasserstrom vermischt mit der Besonderheit, daß durch die Ausbildung des Auslasses der Auspuffleitung nach Art eines Turbulenzgitters der Vormischeffekt soweit gesteigert wird, daß die Abgase unter der abschirmenden Wirkung des Schubrohrs noch weitgehend vor Erreichen des Schubrohrendes kondensiert bzw. in Lösung gebracht werden. Die Propeller-Schubrohranordnung dieni somit nicht nur zum Vortrieb, sondern wird zugleich auch zur hochg^dig geräusch- und spurarmen Zumischung der Abgase in das Außenwasser ausgenutzt, ohne daß es besonderer, baulich aufwendiger Misch- oder Rührwerke bedarf. Der erfindungsgemäße Antrieb eignet sich daher in hervorragender Weise für Amtrendungsfälle, wo eine gedrängte, einfache Bauweise, ein niedriges Baugewicht und eine weitgehend spurfreie Abgasbeseitigung mit geringem Leistungsbedarf gefordert werden, also etwa zum Antrieb eines Fahrgerätes für Taucher.

Bei einem aus einem Einlaufdiffusor, einem den Propeller umschließenden, im wesentlichen zylindrischen Mantelabschnitt und einer an diesen anschließenden Schubdüse bestehenden Schubrohr ist das den Auslaß der Auspuffleitung bildende Turbulenzgitter in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung gemäß Anspruch 2 vorzugsweise hinter dem Propeller im zylindrischen Mantelabschnitt des Schubrohrs angeordnet, wodurch neben einem hohen Wirkungsgrad des Schubrohres auch eine verbesserte Gas-Wasserdurchmischung auf der Wirbelstrecke zwischen Propeller und Schubdüsenauslaß erreicht wird. Im Hinblick auf eine höhere Geräuscharmut empfiehlt es sich, das Schubrohr gemäß Anspruch 3 mit einer schalldämmenden Verkleidung zu versehen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen Es zeigt

F i g. 1 ein Funktionsschema eines erfindungsgemäß ausgebildeten, thermodynamischen Unterwasserantriebs;

F i g. 2 einen schematischen Schnitt eines Rohrgitters zur Einleitung der Abgase in das Schubrohr;

Fig.3 einen schematischen Schnitt einer teilbeaufschlagten Gleichdruck-Gasturbine mit Sprühkühlung des Laufrades;

Fig. 4 einen schematischen Längsschnitt eines Tauchgerätes mit einem erfindungsgemäßen Unterwasserantrieb; und

F i g. 5 einen schematischen Schnitt längs der Linie 5-5der Fig.4.

Gemäß Fig. 1 enthält der thermodynamische Unterwasserantrieb einen Preßluftbehälter 2, der über ein Druckminderventil 4 an einen Treibstofftank 6 angeschlossen ist, welcher durch eine Kunststoffblase 8 in einen Druckluftraum 10 und einen Treibstoffraum 12 unterteilt ist. Im Treibstoffraum 12 befindet sich eine aus einem Oxydator und einem Brennstoff bestehende Treibstoffmischung mit Monergolcharakter, der ggf. noch Inhibitoren zugesetzt sind. Anstatt mit Druckluft kann der Treibstofftank 6 auch über eine Hochdruckpumpe mit Wasser bedrückt werden.

Vom Treibstofftank 6 wird der Treibstoff über eine Treibstoffleitung 14 einschließlich eines Leistungsregelventils 16 in eine Brennkammer 18 eingespritzt, deren heiße Verbrennungsgase in einer Gleichdruck-Gasturbine 20 arbeitsleistend entspannt werden. Die Gasturbine 20 treibt über ein nicht gezeigtes Getriebe einen Wasserpropeller 22, der von einem aus einem Einlaufdiffusor 24, einem zylindrischen Mantelabschnitt 26 und

einer Schubdüse 28 bestehenden Schubrohr 30 ummantelt ist Die Turbinenabgase werden über eine in den zylindrischen Mantelabschnitt 26 des Schubrohrs 30 mündende* Auspuffleitung 32 in den vom Propeller 22 durch das Schubrohr 30 geförderten Wasserstrom ausgeblasen und noch innerhalb des Schubrohres 30 verwirbelt und zur Kondensation bzw. Lösung gebracht

Die aus Brennkammer 18 und Gasturbine 20 bestehende Antriebsmaschine ist von einem Kühlmantel 34 umschlossen, der im Zuge eines Kühlwasserkreislaufs 36 liegt dessen Wasserumwälzung durch den Propeller 22 selbst bewirkt wird. Zu diesem Zweck ist die Zulauföffnung 38 des Kühlwasserkreislaufs 36 unmittelbar abströmseitig des Propellers 22, jedoch noch vor dem Austrittsbereich der Auspuffleitung 32 im Schabrohr 30 angeordnet während die Rücklai:iöffnung 40 des Kühlwasserkreislaufs 36 anströmseitig des Propellers 22 in das Schubrohr 30 mündet

Zum Anlassen des Antriebs wird das Regelventil 16 geöffnet und aus einer Zündampulle 42 kurzzeitig ein hypergol mil dem Treibstoff reagierendes Zündmittel in die Brennkammer 18 eingespritzt bis der Re;iktionsprozeß in der Brennkammer 18 selbsttätig abläuft. Anstelle der Zündampulle kann zur Zündung des Antriebs auch eine batteriebetriebene Glühkerze vorgesehen sein.

Gemäß F i g. 1 ist der Brennkammer 18 zwar eine Gleichdruck-Gasturbine 20 nachgeschaltet, jedoch lassen sich auch andere Expansionsmaschinen, beispielsweise Schraubenexpander, Rootsexpander oder Taumelscheibenmotoren verwenden, und gewünschtenfalls kann die aus Brennkammer 18 und Turbine 20 bestehende Antriebsmaschine auch durch einen Kolbenmotor mit innerer Verbrennung ersetzt werden. Wegen des Fehlens aufeinander gleitender und mithin korrosionsanfälliger Bauteile und der einfachen Kühlung der den heißen Verbrennungsgasen ausgesetzten Wandflächen wird jedoch eine Gleichdruck-Gasturbine bevorzugt.

Gemäß F i g. 2 ist die Auspuffleitung 32 auslaßseitig über einen Ringkanal 44 an eine Reihe von in diesen mündenden, das Schubrohr 30 im Bereich seines zylindrischen Mantelabschnitts 26 durchsetzenden, horizontalen bzw. vertikalen Rohren 46 bzw. 48 angeschlossen, die jeweils mit einer Vielzahl von in Rohrlängsrichtung verteilten Gasaustrittsöffnungen 50 versehen sind. Die Rohrlagen 46,48 bilden ein Turbulenzgitter für den vom Propeller 22 durch das Schubrohr SJ geförderten Wasserstrom, so daß die über die Gasaustrittsöffnungen 50 ausgeblasenen Turbinenabgase abströmseitig aes Turbulenzgitters innig mit dem Wasserstrom verwirbelt und noch weitgehend innerhalb des Schubrohres 30 kondensiert bzw. im Wasserstrom gelöst werden.

In Fig.3 ist schematisch die Sprühkühlung der Gleichdruck-Gasturbine 20 gezeigt. Die Turbine enthält den an die Brennkammer 18 angeschlossenen Leitapparat 52, der von dem Kühlmantel 34 umschlossen ist und im wesentlichen die gesamte Wärme- und Druckenergie der Verbrennungsgase in Geschwindigkeit umwandelt, so daß in dem Spalt zwischen dem Leitapparat 52 und dem Laufrad 54 im wesentlichen der gleiche Druck wie abströmseitig des Laufrades 54 herrscht. Das Laufrad 54 ist teilbeaufschlagt, d. h. nur ein Teil seiner Axialbeschaufelung 56 ist vom Leitapparat 52 mit den Verbrennungsgasen angeströmt. Zur Kühlung der Axialbeschaufelung 56 sind Sprühdüsen 58 in Umfangsrichtung versetzt zum Gaszuslaßbereich des Leitapparates angeordnet, wobei die Sprühdüsen 58 über eine Zweigleitung 60 mit Kühlwasser aus dem Kühlmantel 34 versorgt werden. Wegen des geringen Überdrucks am Laufradeintritt reicht der verhältnismäßig niedrige Förderdruck, mit dem der Wasserkreislauf 36 bzw. der Kühlmantel 34 durch die Propeller-Schubrohranordnung 22, 30 betrieben wird, zur Wassereinspritzung über die Sprühdüsen 58 aus.

In den F ig. 4 und 5 ist der erfindungsgemäße thermodynamische Unterwasserantrieb in Verbindung mit einem Fahrgerät für Taucher schematisch im Längs- bzw. Querschnitt dargestellt Das Fahrgerät, dessen tragende Struktur aus Gewichtsgründen zweckmäßigerweise aus Glasfaserverbundwerkstoff hergestellt ist ist von dem zentralen Schubrohr 30 durchsetzt an dessen Austrittsende horizontale bzw. vertikale Strahlruder 62 bzw. 64 zur Fahrtrichtungssteuerung schwenkbar angelenkt sind. Zur Stabilisierung um die Längsachse sind zwei drehbare Stabilisierungsflossen 66 seitlich am Fahrgerät angeordnet Unterhalb des Schubrchres 30 liegen der Preßluftbehälter 2 und der Treibstofftank 6. Der Propeller 22 ist an einem über strömungsgünstige Profilstücke 68 koaxial im Schubrohr 30 gehaltenen Zentralkörper 70 gelagert, in. dem sich asr Antriebsmotor, also die Brennkammer 18 und die Gasturbine 20 gemäß F i g. 1. sowie ein zwischen Gasturbine 20 und Propeller 22 geschaltetes Untersetzungsgetriebe befinden. Die Turbinenabgase strömen über eines der Zentralstücke 68 zu dem aus den Horizontal- und Vertikalrohrlagen 46, 48 bestehenden Turbulenzgitter. Zur Trimmung des Gerätes sind beidseitig des Schubrohres 30 Ballastbehälter 72 angeordnet, die etwa während der Fahrt zum Ausgleich der abnehmenden Treibstoffüllung des Tanks 6 zunehmend mit Wasser aus dem Kühlwasserkreislauf 36 gefüllt werden. Oberhalb der Ballastbehälter 72 befinden sich Stauräume 74 für die Nutzlast.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Thermodynamischer Unterwasserantrieb, mit einer an ein Treibstoffzufuhrsystem angeschlossenen, außenluftunabhängigen, einen schubrohrummantelten Propeller antreibenden Kraftmaschine einschließlich einer dieser nachgeschalteten, die wasserlöslichen Abgase ins Außenwasser abführenden Auspuffleitung, dadurch gekennzeichnet, daß die Auspuffleitung (32) in das Schubrohr (30) zwischen dem Propeller (22) und dem-abströmseitigen Schubrohrende mündet und der Auslaß der Auspuffleitung als eine oder mehrere, das Schubrohr gitter- oder rostartig durchsetzende Rohrlagen (46, \s 48) mit einer Vielzahl von Gasaustrittsöffnungen (SO) ausgebildet ist

2. Unterwasserantrieb nach Anspruch I, bei dem das Schubrohr aus einem Einlaufdiffusor, einem den Propeller umschließenden, im wesentlichen zylindrisehen Map«elabschnitt und einer an diesen anschließenden Schubdüse besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrlage (46,48) im zylindrischen Mantelabschnitt (26) des Schubrohrs (30) angeordnet ist.

3. Unterwasserantrieb nach Anspruch 1 oder Z dadurch gekennzeichnet, daß das Schubrohr (30) mit einer schalldämmenden Verki.-idung versehen ist