EP0241730B1 - Propulsion device, especially for shallow draught watercraft - Google Patents
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
- B63H11/00—Marine propulsion by water jets
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- B63H11/102—Marine propulsion by water jets the propulsive medium being ambient water having means for deflecting jet or influencing cross-section thereof having means for deflecting jet into a propulsive direction substantially parallel to the plane of the pump outlet opening the inlet opening and the outlet opening of the pump being substantially coplanar
Definitions
- the invention relates to a drive device as described in the preamble of the main claim.
- a drive device is described in GB 2 071 592 A and the invention is based on it.
- Watercraft for shallow water have a shallow draft and are therefore sensitive to changes in weight and displacement, especially if channels or tunnels are provided in the hull to guide the water in the propulsion system.
- such vehicles should be very maneuverable and must be maneuvered as effortlessly as possible. To make matters worse, such vehicles are very vulnerable to ground contact.
- the centrifugal pump as part of the drive device should be arranged as close as possible to the intake cross section of the channel or tunnel in the hull, through which the water jet used to drive and control the ship is conveyed by means of the centrifugal pump.
- the result of these conditions is that the centrifugal pump itself is at risk from contaminants sucked into the water.
- a pump pressure line connects an approximately vertical fixed suction pipe section to a likewise approximately vertical outlet pipe section, which is designed as a rotatable outlet nozzle with blades which are stiffened against one another and against the nozzle jacket by a central rib.
- the intake pipe section is a housing in which a covered impeller is arranged between fixed guide vane rings. The casing of the impeller contributes to the definition of the flow channel and the guide vane ring arranged in front of the impeller is intended to supply the sucked water to the impeller with little loss.
- the jacket of the impeller stiffens the impeller with a certain inevitability, without this being his task and the guide vane ring in front of the impeller could keep contaminants carried in the water away from the impeller, but without this being his actual task.
- the guide vane ring in this solution like the protective grilles in generic drive devices, prevents the impeller or centrifugal pump wheel from being arranged as close as possible to the inlet of the flow channel.
- the invention has for its object to make the centrifugal pump itself insensitive to said contaminants, so as to avoid the known protective devices.
- the drive device according to the invention allows stones or the like to be carried away, which can impair the smooth running of the drive, which in turn has repercussions on the control device, i.e. the control of the pivoting movement of the manifold, can cause an embodiment with the features of claim 2 is appropriate.
- Centrifugal pumps are understood in the sense of the invention to mean all pumps with rotating rotors.
- An elbow is understood to mean any device which deflects a water jet from one direction to another, for example also a spiral housing, which redirects an axial flow to the pump into a radial flow.
- a manifold 2 is pivotally mounted about a vertical pivot axis 3.
- the manifold consists of an intake pipe 5 with an intake opening 9 and an exhaust pipe 6.
- the exhaust pipe can be designed as a nozzle.
- a propeller pump 7 is mounted between the intake and exhaust pipe and is attached to the lower end of a pump shaft 8.
- the pump shaft is arranged eccentrically in the manifold 2 and parallel to the pivot axis 3.
- the discharge tube is directed obliquely downwards, which creates a propulsion component for the ship.
- the eccentricity results in a small enclosed space for the housing 10 of the manifold 2.
- the manifold does not protrude under the ship's bottom 4 or the keel.
- the propeller of the propeller pump is arranged close to the intake opening.
- the housing 10 of the manifold can consist entirely or partially of foamable plastic, whereby a tight and very light housing is achieved.
- the storage of the housing is indicated schematically by 11 and seals by 12. All known face pumps for suitable bearings and seals must be taken into account.
- the pivoting movement of the manifold 2 or its housing 10 is driven by a control motor 13, which is driven by a worm 14 and a worm wheel 15 acts on the manifold. This worm gear is self-locking.
- the rotation of the propeller pump 7 is driven by a drive motor 16 which is mounted in the fuselage 1.
- the drive acts via a clutch 17, a propeller shaft 18, a bevel pinion 19 on a bevel gear 20, which is seated on a transmission shaft 21, which is rotatably mounted in the pivot axis 3 of the manifold 2.
- a gear 22 is arranged, which meshes with a second gear 23, which is attached to the upper end of the propeller shaft8. Due to the eccentricity of the propeller shaft, an extremely small diameter of the manifold housing can be achieved.
- the propeller blades 24 of the propeller pump 7 are connected to one another by a ring 25.
- the manifold can be facilitated in that the housing 10 is made entirely or partially of foamable plastic.
- FIG. 2 shows an embodiment of the invention, in which the pump shaft 30 of the propeller pump 33 and the suction pipe 31 are inclined in the suction direction.
- the propeller shaft 30 can be coupled to the transmission shaft 21 by means of a ball joint 32 or a bevel gear or a cardan shaft or another suitable element.
- the torque can also be transmitted in that the drive motor 16 drives a pump or power generator and an associated hydraulic or electric motor is arranged on the propeller shaft 30. This can result in a very advantageous possibility of distributing the engine and one or more jet propulsion devices in the ship.
- the control motor 13 is again provided for the pivoting movement and drives the manifold 2 via the self-locking worm gear 14, 15.
- the blades 34 of the propeller pump 33 are connected to one another by a ring 35, which gives them the desired stability.
- the propeller pump can be replaced by a centrifugal pump 40 according to FIG. 3, which is installed in the manifold 2 with an inclined pump shaft such that the centrifugal pump is eccentric.
- the blades 45 of the centrifugal pump are connected to one another with a ring 46, which ensures their desired stability.
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebseinrichtung wie wie im Oberbegriff des Hauptanspruchs beschrieben ist. Eine solche Antriebseinrichtung ist in der GB 2 071 592 A beschreiben und von ihr geht die Erfindung aus.The invention relates to a drive device as described in the preamble of the main claim. Such a drive device is described in GB 2 071 592 A and the invention is based on it.
Wasserfahrzeuge für flache Gewässer haben geringen Tiefgang und reagieren daher empfindlich auf Gewichts- und Verdrängungsveränderungen, insbesondere wenn zur Wasserführung der Antriebseinrichtung Kanäle oder Tunnel im Schiffskörper vorgesehen sind. Überdies sollen derartige Fahrzeuge sehr wendig sein und müssen dabei möglichst mühelos manöveriert werden können. Erschwerend kommt dazu, daß solche Fahrzeuge durch Grundberührung sehr gefährdet sind.Watercraft for shallow water have a shallow draft and are therefore sensitive to changes in weight and displacement, especially if channels or tunnels are provided in the hull to guide the water in the propulsion system. In addition, such vehicles should be very maneuverable and must be maneuvered as effortlessly as possible. To make matters worse, such vehicles are very vulnerable to ground contact.
Nach der Erkenntnis des Erfinders genügt es nicht, daß die Antriebseinrichtung geschützt, insbesondere gegen Grundberührung, eingebaut ist, sie muß auch bei kleinstem Tiefgang des Wasserfahrzeugs selbstansaugend funktionieren, und die Kreiselpumpe als Teil der Antriebseinrichtung soll unter diesem und anderen Gesichtspunkten möglichst nahe dem Ansaugquerschnitt des Kanals oder Tunnels im Schiffskörper angeordnet sein, durch den der mittels der Kreiselpumpe zum Antrieb und zur Steuerung des Schiffs benutzte Wasserstrahl gefördert wird. Diese Bedingungen haben zur Folge, daß die Kreiselpumpe selbst gefährdet ist durch angesaugte Verunreinigungen des Wassers.According to the inventor's knowledge, it is not sufficient that the drive device is installed in a protected manner, in particular against ground contact, it must function self-priming even with the smallest draft of the watercraft, and from this and other points of view, the centrifugal pump as part of the drive device should be arranged as close as possible to the intake cross section of the channel or tunnel in the hull, through which the water jet used to drive and control the ship is conveyed by means of the centrifugal pump. The result of these conditions is that the centrifugal pump itself is at risk from contaminants sucked into the water.
Es ist deshalb bei gattungsgemäßen Antriebseinrichtungen üblich, zum Schutz der Antriebseinrichtung an der Wassereintriffsöffnung (Ansaugöffnung) ein Sieb oder Gitter vorzusehen. Derartige Vorrichtungen sind aber unvollkommen. Entweder ist das Sieb oder Gitter eng, dann werden die Verunreinigungen mehr oder weniger gut abgehalten, aber der Wirkungsgrad der Kreiselpumpe sinkt ab, insbesondere wenn diese Schutzeinrichtung sich zusetzt. Oder die Maschen sind weit, dann ist der Wirkunsgrad zunächst besser, aber die Verunreinigungen werden nur unvollkommen abgehalten. Außerdem machen es diese der Kreiselpumpe vorgeschalteten Schutzeinrichtungen unmöglich, die Kreiselpumpe so nahe der Ansaugöffnung des Kanals bzw. Tunnels anzuordnen, wie es an sich wünschenswert ist, was oben bereits erläutert wurde.It is therefore customary in the case of generic drive devices to provide a screen or grille at the water inlet opening (suction opening) to protect the drive device. However, such devices are imperfect. Either if the sieve or grille is narrow, the impurities are more or less well kept, but the efficiency of the centrifugal pump drops, especially if this protective device clogs up. Or the meshes are wide, then the degree of efficiency is better at first, but the impurities are only held incompletely. In addition, these protective devices upstream of the centrifugal pump make it impossible to arrange the centrifugal pump as close to the suction opening of the channel or tunnel as is desirable per se, which has already been explained above.
Diese Problematik ist auch bei einer anderen bekannten Antriebseinrichtung gegeben, die obendrein nicht gattungsgemäß ist (deutsche Patentschrift 423 687). Dort verbindet eine Pumpendruckleitung einen etwa vertikalen festen Ansaugrohrabschnitt mit einem ebenfalls etwa senkrechten Auslaßrohrabschnitt, der als drehbare Auslaßdüse mit Schaufeln ausgebildet ist, die gegeneinander und gegen den Düsenmantel durch eine mittlere Rippe versteift sind. Der Ansaugrohrabschnitt ist ein Gehäuse, in dem ein ummanteltes Laufrad zwischen feststehenden Leitschaufelkränzen angeordnet ist. Die Ummantelung des Laufrades trägt zur Definition des Strömungskanals bei und der vor dem Laufrad angeordnete Leitschaufelkranz soll das angesaugte Wasser dem Laufrad verlustarm zuführen. Der Mantel des Laufrades versteift mit einer gewissen Zwangsläufigkeit das Laufrad, ohne daß dies seine Aufgabe wäre und der Leitschaufelkranz vor dem Laufrad könnte in Grenzen im Wasser mitgeführte Verunreinigungen vom Laufrad fernhalten, ohne daß aber auch dies seine eigentliche Aufgabe wäre. Außerdem verhindet der Leitschaufelkranz bei dieser Lösung wie die Schutzgitter bei gattungsgemäßen Antriebseinrichtungen eine Anordnung des Lauf- bzw. Kreiselpumpenrades möglichst nahe am Einlaß des Strömungskanals.This problem also arises with another known drive device, which, moreover, is not of the generic type (German patent specification 423 687). There, a pump pressure line connects an approximately vertical fixed suction pipe section to a likewise approximately vertical outlet pipe section, which is designed as a rotatable outlet nozzle with blades which are stiffened against one another and against the nozzle jacket by a central rib. The intake pipe section is a housing in which a covered impeller is arranged between fixed guide vane rings. The casing of the impeller contributes to the definition of the flow channel and the guide vane ring arranged in front of the impeller is intended to supply the sucked water to the impeller with little loss. The jacket of the impeller stiffens the impeller with a certain inevitability, without this being his task and the guide vane ring in front of the impeller could keep contaminants carried in the water away from the impeller, but without this being his actual task. In addition, the guide vane ring in this solution, like the protective grilles in generic drive devices, prevents the impeller or centrifugal pump wheel from being arranged as close as possible to the inlet of the flow channel.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Kreiselpumpe selbst gegen die besagten Verunreinigungen unempfindlich zu machen, um so die bekannten Schutzeinrichtungen vermeiden zu können.The invention has for its object to make the centrifugal pump itself insensitive to said contaminants, so as to avoid the known protective devices.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.The object underlying the invention is solved by the features of claim 1.
An sich ist ein derartiger Ring eher schädlich für den Wirkungsgrad der Kreiselpumpe. Der Erfinder hat aber beobachtet, daß der Wirkungsgrad bei der bekannten Bauweise mit der Zeit stark abfällt. Das war darauf zurückzuführen, daß mitgerissene Steine u.dgl. die Blätter der Kreiselpumpe verbiegen oder auf andere Weise beschädigen, was ihre Funktion beeinträchtigt. Durch den Ring nach der Erfindung behält der Läufer der Kreiselpumpe seine Form und gewährleistet eine konstante Förderung, d.h. einen konstanten Wirkungsgrad. Außerdem ist es damit möglich, das Kreiselpumpenrad erfindungsgemäß sehr nahe - im Grenzfall sogar im - Einlaß des Strömungskanals anzuordnen. Auch bei einer solchen Anordnung ist das Kreiselpumpenlaufrad nicht durch Steine, Äste o. dgl. gefährdet, die im angesaugten Wasser mitgeführt werden. Das Laufrad ist eben sehr formstabil und widerstandsfähig gegen mechanische Beschädigungen.In itself, such a ring is rather detrimental to the efficiency of the centrifugal pump. The inventor has observed, however, that the efficiency in the known design drops sharply with time. This was due to the fact that entrained stones and the like. bend or otherwise damage the blades of the centrifugal pump, which affects its function. With the ring according to the invention, the rotor of the centrifugal pump maintains its shape and ensures constant delivery, ie constant efficiency. In addition, according to the invention it is possible to arrange the centrifugal pump wheel very close - in the limit case even in the inlet of the flow channel. Even with such an arrangement, the centrifugal pump impeller is not endangered by stones, branches or the like, which are carried along in the suctioned water. The impeller is very dimensionally stable and resistant to mechanical damage.
Da die Antriebseinrichtung nach der Erfindung ein Mitreißen von Steinen oder dergleichen erlaubt, die die Laufruhe des Antriebs beeinträchtigen können, was wiederum Rückwirkungen auf die Steuereinrichtung,d.h. das Steuern der Schwenkbewegung des Krümmers, verursachen kann, ist eine Ausgestaltung mit den Merkmalen des Anspruchs 2 zweckmäßig.Since the drive device according to the invention allows stones or the like to be carried away, which can impair the smooth running of the drive, which in turn has repercussions on the control device, i.e. the control of the pivoting movement of the manifold, can cause an embodiment with the features of claim 2 is appropriate.
Die oben geschriebene Gesamtkombination erlaubt eine sehr gedrängte Bauweise, die mit den Merkmalen des Anspruchs 3 erzielt wird.The overall combination written above allows a very compact design, which is achieved with the features of
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung hervor.Further advantages and features of the invention emerge from the following description.
Die Erfindung ist anhand der Figuren 1 bis 3 beschrieben.
- Fig.1
- zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer Propellerpumpe,
- Fig.2
- zeigt ein anderes Beispiel mit einer Propellerpumpe,
- Fig.3
- zeigt als Beispiel einen Läufer zu Zentrifugalpumpen
- Fig. 1
- shows an embodiment of the invention with a propeller pump,
- Fig. 2
- shows another example with a propeller pump,
- Fig. 3
- shows an example of a rotor for centrifugal pumps
Die Figuren sind als Schema zu verstehen, alle Teile, die nicht zum Verständnis der Erfindung erforderlich sind, wie Lager, Dichtungen usw., wurden fortgelassen.The figures are to be understood as a schematic, all parts that are not necessary for understanding the invention, such as bearings, seals, etc., have been omitted.
Unter Kreiselpumpen werden im Sinne der Erfindung alle Pumpen mit rotierenden Läufern verstanden. Unter Krümmer wird jede Vorrichtung verstanden, die einen Wasserstrahl aus einer Richtung in eine andere Richtung umlenkt, so z.B. auch ein Spiralgehäuse, das einen zur Pumpe axialen Strom in einen radialen Strom umlenkt.Centrifugal pumps are understood in the sense of the invention to mean all pumps with rotating rotors. An elbow is understood to mean any device which deflects a water jet from one direction to another, for example also a spiral housing, which redirects an axial flow to the pump into a radial flow.
In dem Rumpf 1 (Fig.1) eines flachgehenden Wasserfahrzeugs ist ein Krümmer 2 um eine vertikale Schwenkachse 3 schwenkbar gelagert. Der Krümmer besteht aus einem Ansaugrohr 5 mit einer Ansaugöffnung 9 und einem Ausstoßrohr 6. Das Ausstoßrohr kann als Düse ausgebildet sein. Zwischen Ansaug- und Ausstoßrohr ist eine Propellerpumpe 7 gelagert, die am unteren Ende einer Pumpenwelle 8 befestigt ist. Die Pumpenwelle ist im Krümmer 2 exzentrisch und parallel zur Schwenkachse 3 angeordnet. Das Ausstoßrohr ist schräg nach unten gerichtet, wodurch eine Antriebskomponente für das Schiff hervorgerufen wird. Durch die Exzentrizität ergibt sich ein kleiner umbauter Raum für das Gehäuse 10 des Krümmers 2. Der Krümmer ragt nicht unter den Schiffsboden 4 oder den Kiel. Der Propeller der Propellerpumpe ist dicht über der Ansaugöffnung angeordnet.In the hull 1 (Fig.1) of a shallow watercraft, a manifold 2 is pivotally mounted about a
Das Gehäuse 10 des Krümmers kann ganz oder teilweise aus schäumbaren Kunststoff bestehen, wodurch ein dichtes und sehr leichtes Gehäuse erzielt wird. Die Lagerung des Gehäuses ist mit 11 und Dichtungen mit 12 schematisch angedeutet. Es sind alle bekannten Gesichtspumpte für geeignete Lagerungen und Dichtungen zu berücksichtigen. Die Schwenkbewegung des Krümmers 2 bzw. seines Gehäuses 10 wird von einem Steuermotor 13 angetrieben, der über eine Schnecke 14 und ein Schneckenrad 15 auf den Krümmer einwirkt. Dieses Schneckengetriebe ist selbsthemmend. Die Rotation der Propellerpumpe 7 wird von einem Antriebsmotor 16 angetrieben, der im Rumpf 1 gelagert ist. Vom Antriebsmotor aus wirkt der Antrieb gegebenenfalls über eine Kupplung 17, eine Gelenkwelle 18, ein Kegelritzel 19 auf ein Kegelrad 20, das auf einer Übertragungswelle 21 sitzt, die in der Schwenkachse 3 des Krümmers 2 drehbar gelagert ist. Am freien Ende der Übertragungswelle ist ein Zahnrad 22 angeordnet, das mit einem zweiten Zahnrad 23 kämmt, welches am oberen Ende der Propellerwelle8 befestigt ist. Durch die Exzentrizität der Propellerwelle ist ein extrem kleiner Durchmesser des Krümmergehäuses erzielbar. Die Propellerblätter 24 der Propellerpumpe 7 sind mit einem Ring 25 miteinander verbunden. Der Krümmer kann dadurch erleichtert werden, daß das Gehäuse 10 ganz oder teilweise aus schäumbarem Kunststoff hergestellt wird.The
Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei der die Pumpenwelle 30 der Propellerpumpe 33 und das Ansaugrohr 31 in die Ausaugrichtung geneigt sind. Dadurch ergibt sich ein geringerer Ansaugwiderstand, zumal die Ansaugoffnung hydrodynamisch günstig gestaltet werden kann. Ferner ergibt auch der Sog des Propellers eine Komponente in der Antriebsrichtung. Die Propellerwelle 30 kann mit der Übertragungswelle 21 mittels eines Kugelgelenks 32 oder eines Kegelradgetriebes oder einer Gelenkwelle oder einem anderen geeigneten Element gekuppelt werden. Das Drehmoment kann auch dadurch übertragen werden, daß der Antriebsmotor 16 eine Pumpe oder Stromerzeuger antreibt und an der Propellerwelle 30 ein dazugehöriger hydraulischer oder elektrischer Motor angeordnet ist. Dadurch kann sich eine sehr vorteilhafte Möglichkeit zur Verteilung von Motor und einer oder mehrerer Strahlantriebsvorrichtungen im Schiff ergeben. Für die Schwenkbewegung ist wieder der Steuermotor 13 vorgesehen, der über das selbsthemmende Schneckengetriebe 14, 15 den Krümmer 2 antreibt. Die Blätter 34 der Propellerpumpe 33 werden mit einem Ring 35 miteinander verbunden, der ihnen die gewünschte Stabilität verleiht.Figure 2 shows an embodiment of the invention, in which the
Die Propellerpumpe kann durch eine Zentrifugalpumpe 40 gemäß Fig. 3 ersetzt werden, die mit geneigter Pumpenwelle in den Krümmer 2 so eingebaut ist, daß die Zentrifugalpumpe exzentrisch liegt.The propeller pump can be replaced by a
Die Schaufeln 45 der Zentrifugalpumpe sind untereinander mit einem Ring 46 verbunden, wodurch deren gewünschte Stabilität gewährleistet wird.The
- 11
- Rumpfhull
- 22nd
- KrümmerManifold
- 33rd
- SchwenkachseSwivel axis
- 44th
- Bodenground
- 55
- AnsaugrohrIntake pipe
- 66
- AusstoßrohrExhaust pipe
- 77
- PropellerpumpePropeller pump
- 88th
- PumpenwellePump shaft
- 99
- AnsaugöffnungSuction opening
- 1010th
- Gehäusecasing
- 1111
- Lagerwarehouse
- 1212
- Dichtungpoetry
- 1313
- SteuermotorControl motor
- 1414
- Schneckeslug
- 1515
- SchneckenradWorm wheel
- 1616
- AntriebsmotorDrive motor
- 1717th
- Kupplungclutch
- 1818th
- GelenkwellePTO shaft
- 1919th
- KegelritzelBevel pinion
- 2020th
- KegelradBevel gear
- 2121
- ÜbertragungswelleTransmission wave
- 2222
- Zahnradgear
- 2323
- Zahnradgear
- 2424th
- PropellerblätterPropeller blades
- 2525th
- Ringring
- 2626
- 2727th
- 2828
- 2929
- 3030th
- PumpenwellePump shaft
- 3131
- AusaugrohrExhaust pipe
- 3232
- KugelgelenkBall joint
- 3333
- PropellerpumpePropeller pump
- 3434
- Blätterleaves
- 3535
- Ringring
- 3636
- 3737
- 3838
- 3939
- 4040
- Zentrifugalpumpecentrifugal pump
- 4141
- 4242
- 4343
- 4444
- 4545
- SchaufelnShovels
- 4646
- Ringring
Claims (3)
- A propulsion system for shallow-draught watercraft, comprising a housing (10) pivotable about a vertical pivot axis (3) and enclosing a pipe bend formed by an intake pipe (5) and an ejector pipe (6), a centrifugal pump impeller (7) being disposed between the end of the intake pipe (5) and the start of the ejector pipe (6) for rotation about an axis laterally offset from the pivot axis (3), the inlet opening of the intake pipe and the outlet opening of the ejector pipe being situated in the plane of the bottom (4) of the hull and, finally, the intake pipe and the ejector pipe extending at an angle to the bottom of the hull, characterised in that the centrifugal pump impeller (7) is disposed closely above the inlet aperture of the intake pipe in such manner as to be disposed in said opening as far as possible and while no protective means are provided between the centrifugal pump impeller and the inlet aperture the blades of the centrifugal pump impeller, which are left unshrouded, are interconnected at the outer periphery by a ring (25) guaranteeing the blade stability.
- A propulsion system according to claim 1, characterised in that the pivotable bend (2) is adapted to be driven from a motor (13) via a self-locking wormgear (14, 15).
- A propulsion system according to at least one of claims 1 and 2, characterised in that the rotational axis of the pump shaft (8, 30, 41) is disposed eccentrically of the pivot axis (3) of the bend (2).
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