DE19541746C2 - Drive device - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebsvorrichtung zum Antrieb von Wasserfahrzeugen, Landfahrzeugen oder Luftfahrzeugen mit einem auf einer Welle angeordneten Propeller.The invention relates to a drive device to drive watercraft, land vehicles or Aircraft with one arranged on a shaft Propeller.
Es sind bereits allgemein Schiffspropeller bzw. Schiffschrauben bekannt, die Teil einer Antriebsanlage eines Schiffs sind und aus einer Propellerwelle und ei ner Propellernabe bestehen, an der mehrere Blätter bzw. Flügel radial angeordnet sind. Die Strahltheorie erfaßt nur die wichtigsten Einzelheiten der komplizierten Strömung und liefert daher nur eine grobe Annäherungs lösung. Sie setzt voraus, daß der ganzen durch die Pro pellerebene fließenden Masse gleichmäßig Energie zuge führt wird, daß die Geschwindigkeit über diese Masse gleichmäßig verteilt ist und daß nur Geschwindigkeits komponenten in axialer Richtung durch den Propeller in duziert, d. h. erzeugt, werden. Die Strahltheorie sagt aus, daß die in der Propellerebene induzierte Geschwin digkeit halb so groß wie die weit hinter dem Propeller im Propellerstrahl induzierte Geschwindigkeit b ist. Sie liefert als ideellen Wirkungsgrad (auch theoreti scher oder Strahlwirkungsgrad genannt) das Verhältnis der Vortriebsleistung (Schub S × Geschwindigkeit) zu der Summe aus Vortriebsleistung und Leistungsverlust durch die induzierte Geschwindigkeit im Strahl. Ship propellers or Propellers known to be part of a propulsion system of a ship and from a propeller shaft and egg ner propeller hub exist on which several blades or Wings are arranged radially. The ray theory captures only the main details of the complicated Flow and therefore only provides a rough approximation solution. It presupposes that the whole through the Pro peller level flowing mass evenly energy will result in speed above this mass is evenly distributed and that only speed components in the axial direction through the propeller in induced, d. H. be generated. Beam theory says from that the speed induced in the propeller plane half the size of that far behind the propeller speed b induced in the propeller jet. It delivers as an ideal efficiency (also theoretically shear or beam efficiency) the ratio the propulsive power (thrust S × speed) the sum of the advance and loss of performance by the induced velocity in the beam.
Der Wirkungsgrad liegt in etwa zwischen 45% und 65% (Dubbel, 17. Auflage, R 47). Zur Verbesserung des Vor triebswirkungsgrads können verschiedene Einrichtungen in der Umgebung des Propellers angeordnet sein. Die verbreitetste ist die Kort-Düse. Der Propeller arbeitet hier in einer Düse. Dadurch wird in der gleichen Zeit eine größere Wassermenge durch den Propellerkreis be wegt und damit bei gleichem Durchmesser ein größerer Schub erzeugt. Bei hohen Schiffsgeschwindigkeiten ist der zusätzliche Strömungswiderstand der Düse größer als der Schubgewinn, so daß sich der Düsenpropeller nur für relativ langsame Schiffe eignet, die einen großen Schub benötigen. Durch die asymmetrische Ausführung der Düse kann der Nachstrom homogenisiert und damit eine gleich mäßige Zuströmgeschwindigkeit zum Propeller erreicht werden. Auch mit einer derartigen Anordnung läßt sich der Wirkungsgrad nicht wesentlich verbessern. Die Vor teile der Kort-Düse bestehen darin, daß am Flügelende geringere Verluste auftreten. Der Abströmquerschnitt aus der Düse ist größer als beim freien Strahl. Es tritt also keine Strahlkontraktion auf. Die in der Schraube selbst gesteigerte Durchflußgeschwindigkeit, also Leistungs- bzw. Wirkungsgradsteigerung infolge ei nes größeren Massenstroms, hält sich jedoch in Grenzen. Derart ausgebildete bzw. ummantelte Propeller spielen auch als Manöverhilfen eine große Rolle. Beispielsweise können sie als Aktivruder eingesetzt werden. Die Ener giebilanz insgesamt ist jedoch schlecht, und die bisher bekannten Beispiele haben keine Verbesserung des Wir kungsgrads ergeben.The efficiency is between 45% and 65% (Dubbel, 17th edition, R 47). To improve the before Different devices can drive efficiency be arranged in the vicinity of the propeller. The the most common is the Kort nozzle. The propeller is working here in a nozzle. Doing so at the same time a larger amount of water through the propeller circuit moves and thus a larger one with the same diameter Thrust generated. At high ship speeds the additional flow resistance of the nozzle is greater than the thrust gain, so that the jet propeller is only for relatively slow ships that have a great thrust need. Due to the asymmetrical design of the nozzle the wake can be homogenized and thus an equal moderate flow rate to the propeller reached become. Even with such an arrangement the efficiency does not improve significantly. The before parts of the Kort nozzle are that at the wing end lower losses occur. The outflow cross section from the nozzle is larger than with the free jet. It so there is no beam contraction. The in the Screw itself increased flow rate, So performance or efficiency increase due to egg larger mass flow, but is limited. Play such trained or coated propellers also play a major role as maneuvering aids. For example can be used as an active rudder. The Ener However, overall balance is poor, and so far known examples have no improvement in the we degree of efficiency.
Es ist bereits aus einer Druckschrift (DE AS 11 53 286) ein doppelwandiger Leitring für Schiffschrauben mit vor der Schraubenebene düsenförmig erweitertem Einlaufquerschnitt bekannt, wobei die Innenwandung des Leitrings in dem Schraubenspitzenkreis Einlaßöffnungen aufweist, die durch einen innerhalb des Leitrings verlaufenden oder die Außenwand des Leitrings durchdringenden ge meinsamen Ringkanal mit Außlaßöffnungen verbunden sind.It is already from a publication (DE AS 11 53 286) a double-walled guide ring for propellers with front the screw-shaped inlet cross-section known, the inner wall of the guide ring has inlet openings in the screw tip circle, the one running inside the guide ring or ge penetrating the outer wall of the guide ring common ring channel are connected to outlet openings.
Durch diese Leitringanordnung im Bereich der Schiff schraube soll der Schub der Schraube gesteigert werden. Es ist möglich, daß durch Bündelung des Strahls im Be reich der Schiffschraube der bisher bekannte Wirkungs grad bei Schiffschrauben geringfügig verbessert werden kann. Jedoch können die Energieverluste, die bei der Schiffschraube bei mindestens 30% liegen, mit dieser Einrichtung nicht ausgeglichen werden, da ein Teil der Impulskraft sich auf die Fortbewegung des Fahrzeuges nicht auswirkt. Das Strömungsmittel, das in Form einer Spirale nach außen abströmt, steht als Schubkraft teil weise zur Verfügung, da der Ummantelung keine Einrich tung zugeordnet ist, die die Strömungsenergie verwer tet.Through this guide ring arrangement in the area of the ship screw the thrust of the screw should be increased. It is possible that by bundling the beam in the loading rich the propeller of the previously known effects degrees are slightly improved for propellers can. However, the energy losses involved in the Propeller are at least 30% with this Facility cannot be offset as part of Impulse force on the locomotion of the vehicle does not affect. The fluid that is in the form of a The spiral flowing outwards is part of the thrust wise available since the sheathing does not device is assigned, which uses the flow energy tet.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den Wirkungsgrad des Schiffsantriebs wesentlich zu ver bessern.In contrast, the invention is based on the object to significantly ver the efficiency of the ship propulsion improve.
Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch folgende
Merkmale:
According to the invention, the object is achieved by the following features:
- - der Propeller ist über ein Antriebsaggregat oder einen Motor mittel- oder unmittelbar antreibbar,- The propeller is via a drive unit or a motor can be driven directly or indirectly,
- - im Bereich der Welle oder des Propellers ist eine Leitvorrichtung oder eine Ummantelung vorgesehen,- There is one in the area of the shaft or the propeller Guide device or a casing provided,
- - die Leitvorrichtung oder die Ummantelung ist im Be reich des von dem Propeller abströmenden Strömungsmittels angeordnet,- The guide device or the casing is in the loading range of fluid flowing out of the propeller arranged,
- - die Leitvorrichtung oder die Ummantelung weist eine oder mehrere Ein- und/oder Auslaßöffnungen zur Aufnahme oder zum Durchlaß von vom Propeller abgegebenem Strö mungsmittel auf,- The guide device or the casing has one or several inlet and / or outlet openings for receiving or for the passage of current emitted by the propeller means on,
- - das Strömungsmittel wird über eine Leitvorrichtung oder einen Leitkanal einem Generator zugeführt, der mit einer Turbine zusammenwirkt.- The fluid is through a guide device or a guide channel fed to a generator that with a turbine interacts.
Hierdurch läßt sich der Wirkungsgrad einer Schraube, beispielsweise einer Luft- oder Schiffschraube, wesent lich verbessern, da das an der austretenden Kante des Flügels des Propellers abströmende Strömungsmittel in Form einer Spirale abgeleitet wird. Das Strömungsmit tel, das in Form einer Spirale nach außen abströmt, steht als Vorschubkraft nicht mehr zur Verfügung, son dern bewegt sich mit einer Geschwindigkeit vg vom Schiffskörper weg. Durch die vorteilhafte Ummantelung, die im Bereich des Propellers vorgesehen ist, kann ein Teil dieses Strömungsmittels über einen oder mehrere Leitkanäle einem Generator zugeführt werden. Die dem Propeller entzogene Strömungsenergie kann dann einer Freistrahlturbine oder einer Druckströmturbine zuge führt werden, so daß die Energie aus dem Propeller, die normalerweise als Verlustenergie auftritt, wieder in eine Bewegungsenergie umgewandelt wird.This allows the efficiency of a screw for example, an air or propeller, essential Lich improve, because that on the emerging edge of the Fluid flowing out of the propeller wing Form is derived from a spiral. The flow mit tel that flows out in the form of a spiral, is no longer available as feed force, son moving at a speed vg from Hull away. Due to the advantageous sheathing, which is provided in the area of the propeller can be a Part of this fluid through one or more Guide channels are fed to a generator. The one Flow energy extracted from propellers can then be one Open jet turbine or a pressure flow turbine leads so that the energy from the propeller that normally occurs as loss energy, back in a kinetic energy is converted.
Ferner ist es vorteilhaft, daß die Leitvorrichtung oder die Ummantelung im Bereich des Propellers oder der Welle und koaxial zur Welle angeordnet ist.It is also advantageous that the guide device or the casing in the area of the propeller or the Shaft and is arranged coaxially to the shaft.
Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung, daß die Leitvorrichtung oder die Ummantelung mindestens eine Einlaßöffnung und/oder mindestens eine Auslaßöffnung zum Durchlaß von vom Propeller abgegebenem Strömungs mittel aufweist, daß die Ummantelung mit zahlreichen mit Abstand zueinander angeordneten Einlaßöffnungen und Auslaßöffnungen versehen ist und daß die Leitkanäle auf einer Kurvenbahn verlaufen.An additional option is according to a training the drive device according to the invention that the Guide device or the casing at least one Inlet opening and / or at least one outlet opening for passage of flow emitted by the propeller medium has that the casing with numerous spaced inlet openings and Outlet openings is provided and that the guide channels on run along a curved path.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungs gemäßen Lösung ist schließlich vorgesehen, daß die Leitkanäle auf einer in etwa spiralförmig verlaufenden Kurvenbahn angeordnet sind und daß die in etwa spiral förmig verlaufende Kurvenbahn im Bereich der Austritts kante des Propellers beginnt und konzentrisch durch den Leitkanal verläuft.According to a preferred embodiment of the Invention appropriate solution is finally provided that the Guide channels on an approximately spiral Cam track are arranged and that the roughly spiral curved cam track in the area of the outlet edge of the propeller begins and concentrically through the Guiding channel runs.
Von besonderer Bedeutung ist für die vorliegende Erfin dung, daß sich die Leitkanäle mit Bezug auf die Strö mungsrichtung kontinuierlich erweitern und daß die Um mantelung aus einer inneren, zylinderförmigen Wand und aus einer äußeren, zylinderförmigen Wand besteht, die einen Ringkanal bilden.Is of particular importance for the present inventor that the guide channels with respect to the Strö direction continuously expand and that the Um jacket made of an inner, cylindrical wall and consists of an outer, cylindrical wall that form an annular channel.
Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung ist es von Vorteil, daß die Ummantelung eine koaxial zur Welle angeordnete Einlaßöffnung und eine koaxial zur Welle angeordnete Auslaßöffnung auf weist und daß der Ringkanal eine oder mehrere Einlaß öffnungen aufweist, die in ihrer Form und/oder Größe den Auslaßöffnungen der Leitkanäle entsprechen.In connection with the training according to the invention and arrangement, it is advantageous that the casing an inlet opening arranged coaxially to the shaft and an outlet opening arranged coaxially to the shaft points and that the annular channel one or more inlet has openings in their shape and / or size correspond to the outlet openings of the guide channels.
Weitere zusätzliche Möglichkeiten sind gemäß Weiterbil dung der erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung, daß der Ringkanal eine oder mehrere Auslaßöffnungen aufweist, die der Einlaßöffnung der Leitvorrichtung entsprechen, die mit dem Generator mittel- oder unmittelbar verbun den sind, daß der Generator in einem Gehäuse vorgesehen ist, der im Fahrzeug bzw. einem Schiffskörper vorgese hen ist, und daß das Gehäuse zur Aufnahme der Turbine von dem Strömungsmittel durchströmbar ist.Further additional possibilities are according to further information extension of the drive device according to the invention that the Ring channel has one or more outlet openings, which correspond to the inlet opening of the guide device, connected directly or indirectly to the generator are that the generator is provided in a housing is, which vorese in the vehicle or a hull hen, and that the housing for receiving the turbine can be flowed through by the fluid.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteil haft, daß das Gehäuse zur Aufnahme des Generators und/oder der Turbine im Inneren des Schiffskörpers an geordnet und gegenüber diesem abgedichtet ist und mit einer in dem Kanal vorgesehenen Einlaßöffnung und einer Auslaßöffnung versehen ist, über die das Strömungsmit tel aus dem Gehäuse in die Umgebung außerhalb des Schiffskörpers bzw. des Fahrzeugs abgegeben wird.In a further embodiment of the invention, it is advantageous adheres that the housing to accommodate the generator and / or the turbine inside the hull ordered and sealed against it and with an inlet opening provided in the channel and one Outlet opening is provided through which the flow with tel from the housing into the environment outside the Hull or the vehicle is delivered.
Vorteilhaft ist es ferner, daß sich die Auslaßöffnung des Gehäuses des Generators und/oder der Turbine in den Bereich des Hecksogs des Schiffskörpers bzw. des Fahr zeugs erstreckt und das Strömungsmittel über den Heck sog aus dem Gehäuse abgesaugt wird. Die aus dem Leitka nal des Ringkanals der Ummantelung abströmende Flüssig keit bzw. das Strömungsmittel tritt in das Gehäuse des Laufrads der Turbine ein, wird umgelenkt und fließt mit einer kleineren Umfangskomponente über die Auslaßöff nung im Gehäuse des Generators ab. Der am Schiffskörper hinter dem Propeller auftretende Hecksog bewirkt eine Erhöhung der Durchflußgeschwindigkeit des Wassers durch das Turbinengehäuse, so daß hierdurch der Wirkungsgrad ebenfalls noch verbessert werden kann, ohne daß die Vorwärtsbewegung des Schiffs beeinträchtigt wird. Die durch den Generator erzeugte Energie kann dann den ein zelnen Energieverbrauchern des Schiffs zur Verfügung gestellt werden. Es ist jedoch auch möglich, daß die vom Generator abgegebene elektrische Energie Batterien zugeführt wird, von denen dann den einzelnen Aggregaten Strom zugeleitet wird.It is also advantageous that the outlet opening the housing of the generator and / or the turbine in the Area of the stern hull of the hull or of the vessel stuff extends and the fluid over the stern is sucked out of the housing. The one from the Leitka Liquid flowing out of the ring channel of the casing speed or the fluid enters the housing of the Impeller of the turbine, is deflected and flows with it a smaller circumferential component via the outlet opening in the generator housing. The one on the hull Rear suction occurring behind the propeller causes a Increase the flow rate of the water through the turbine housing, so that the efficiency can also be improved without the Forward movement of the ship is affected. The energy generated by the generator can then be the one individual energy consumers of the ship be put. However, it is also possible that the electrical energy delivered by the generator batteries is supplied, of which then the individual units Electricity is supplied.
Da das vom Propeller abströmende Strömungsmittel wird spiralförmig vom Schiffskörper wegbewegt und diese Strömungsenergie der Vorschubbewegung des Schiffskör pers nicht mehr zur Verfügung gestellt werden kann, wenn sie nicht entsprechend umgeleitet wird, ist es vorteilhaft, wenn sich die einzelnen Leitkanäle im Ringkanal der Ummantelung ebenfalls auf einer spiral förmigen Linie bewegen, die dem Strömungsfluß des Strö mungsmittels entspricht, das von der Schiffschraube ab geleitet wird. Hierdurch kann die Bewegungsenergie des Strömungsmittels fast verlustfrei der nachgeschalteten Turbine wieder zugeführt werden.Because the fluid flowing out of the propeller becomes spirally moved away from the hull and this Flow energy of the feed movement of the hull pers can no longer be made available, if it is not redirected accordingly, it is advantageous if the individual guide channels in the Ring channel of the casing also on a spiral shaped line moving the flow of the stream corresponds to that of the propeller is directed. As a result, the kinetic energy of the Fluid almost without loss of the downstream Turbine are fed again.
Das von dem Propeller abgegebene Strömungsmittel kann auch auf andere Weise über entsprechende Leitkanäle der Turbine im Gehäuse des Schiffsrumpfs zugeführt werden. Hierzu ist es vorteilhaft, daß das Gehäuse und/oder die Ummantelung in Achsrichtung der Welle oder quer zur Welle des Propellers verstellbar ist und daß die Umman telung in eine Aussparung bzw. in einen im Schiffskör per vorgesehenen Freiraum hinein bzw. aus diesem heraus verstellbar ist.The fluid delivered by the propeller can also in other ways via corresponding guide channels Turbine are fed into the hull housing. For this purpose, it is advantageous that the housing and / or the Sheathing in the axial direction of the shaft or transverse to The propeller shaft is adjustable and that the umman telung in a recess or in one in the hull in or out of the space provided is adjustable.
Damit die Verluste am Propeller klein gehalten werden und die auftretenden Wirbel an der Abreißkante des Pro pellers sich nicht negativ auf die Energiebilanz aus wirken, ist es vorteilhaft, wenn die innere Wand des Ringkanals bzw. die Einlaßenden der Einlaßkanäle des Ringkanals einen Abstand B aufweisen, der so groß gewählt wird, daß keine Reibungsverluste zwischen dem Propeller und dem Ringkanal, insbesondere in dem Be reich B, entstehen.So that the losses on the propeller are kept small and the eddies that appear on the tear-off edge of the pro pellers are not negative on the energy balance act, it is advantageous if the inner wall of the Ring channel or the inlet ends of the inlet channels of the Ring channel have a distance B, which is chosen so large is that no frictional loss between the Propeller and the ring channel, especially in the Be rich B, arise.
Hierzu ist es vorteilhaft, daß der Abstand B zwischen dem Außendurchmesser des Propellers und dem Innendurch messer der Ummantelung bzw. der inneren, zylinderförmi gen Wand der Ummantelung in etwa 10% des Durchmessers des Propellers ausmacht, daß der Anstellwinkel α zwi schen der gekrümmt verlaufenden Mittellinie bzw. der spiralförmig verlaufenden Kurvenbahn der Leitkanäle und der Kreislinie der inneren, zylinderförmigen Wand veränderbar ist und daß der Anstellwinkel des Pro pellers einstellbar ist. Durch die vorteilhafte Ausbil dung der Leitkanäle und die Möglichkeit, sie entspre chend zu verstellen, lassen sich diese optimal auf den Strömungsfluß des Strömungsmittels einstellen, so daß, wie bereits ausgeführt, auch die Verluste insgesamt klein gehalten werden können.For this purpose, it is advantageous that the distance B between the outside diameter of the propeller and the inside diameter knife of the sheath or the inner, cylindrical against the wall of the casing in about 10% of the diameter of the propeller that the angle of attack α zwi the curved center line or the spiral curve path of the guide channels and the circular line of the inner, cylindrical Wall is changeable and that the angle of attack of the Pro pellers is adjustable. Due to the advantageous training the leading channels and the possibility of corresponding accordingly, these can be optimally adjusted to the Adjust the flow of the fluid so that as already stated, the total losses can be kept small.
Vorteilhaft ist es ferner, daß der der Ringkanal in seinem Durchmesser veränderbar ist und aus zahlreichen miteinander in Verbindung stehenden Segmenten besteht, die über Hydraulikzylinder verstellbar sind, wobei zwi schen jedem Hydraulikzylinder und dem Ringkanal ein Druckspeicher und/oder eine Steuervorrichtung vorgese hen ist.It is also advantageous that the ring channel in its diameter is changeable and from numerous there are related segments, which are adjustable via hydraulic cylinders, whereby between each hydraulic cylinder and the ring channel Pressure accumulator and / or a control device vorese hen is.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in den Figuren dargestellt, wobei bemerkt wird, daß alle Einzelmerkmale und alle Kombinationen von Einzel merkmalen erfindungswesentlich sind. Es zeigt: Further advantages and details of the invention are in the claims and explained in the description and shown in the figures, it being noted that all individual features and all combinations of individual features are essential to the invention. It shows:
Fig. 1 eine Querschnittsdarstellung eines Pro pellers für ein Wasserfahrzeug mit ei nem die Propellerschraube konzentrisch umgebenden Ringkanal mit zahlreichen Leitkanälen, die über einen Leitkanal mit einem Laufrad einer Turbine wir kungsmäßig verbunden sind, Fig. 1 is a cross sectional view of a Pro Pellers, for a watercraft with egg nem the propeller screw concentrically surrounding annular channel with numerous guide channels, which are a turbine we kung connected via a guiding channel having an impeller
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Hecks eines motorbetriebenen Schiffs mit auf einer Welle angeordnetem Propeller und der ringförmigen Ummantelung sowie ei ner im Schiffskörper angeordneten Tur bine mit Generator, Fig. 2 is a schematic view of the stern of a ship with motor-driven propeller arranged on a shaft and the annular shell and egg ner arranged in the hull Tur bine with generator,
Fig. 3 den spiralförmigen Verlauf des Strö mungsmittels, der bei der austretenden Kante des Flügels beginnt und sich vom Schiffskörper wegbewegt, Fig. 3 illustrates the spiral course of the Strö mung means that starts the wing at the outgoing edge and moves away from the hull,
Fig. 4 den Ringkanal, der aus zahlreichen ein zelnen, gegeneinander verstellbaren Segmenten besteht. Fig. 4 shows the ring channel, which consists of numerous an individual, mutually adjustable segments.
In der Zeichnung ist mit 1 eine Antriebsvorrichtung zum Antrieb von Wasserfahrzeugen, Landfahrzeugen oder Luftfahrzeugen bezeichnet. Zu der Antriebsvorrichtung 1 gehört eine auf einer Welle bzw. Nabe 2 angeordnete Luftschraube bzw. ein Propeller 3, der gemäß Fig. 1 mit mehreren Flügeln 26 ausgestattet ist. Gemäß Fig. 1 weist der Propeller 3 vier Flügel 26 auf.In the drawing, 1 denotes a drive device for driving watercraft, land vehicles or aircraft. The propulsion device 1 includes an air screw or a propeller 3 which is arranged on a shaft or hub 2 and which, according to FIG. 1, is equipped with a plurality of blades 26 . Referring to FIG. 1, the propeller 3 has four wings 26.
Der Propeller 3 steht über die Nabe bzw. Welle 2 mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten, im Schiffs körper vorgesehenen Antriebsvorrichtung bzw. einem Ver brennungsmotor oder auch einem elektrischen Antrieb in Verbindung. Der Propeller 3 kann sowohl im Uhrzeiger drehsinn gemäß Fig. 1 als auch entgegengesetzt dazu angetrieben werden. Bewegt sich der Propeller 3 im Uhr zeigerdrehsinn, so wird ein Schiffskörper 21 gemäß Pfeil 27 nach vorne bewegt.The propeller 3 is connected via the hub or shaft 2 with a drive device, not shown in the drawing, provided in the ship's body or an internal combustion engine or an electric drive. The propeller 3 can be driven both clockwise according to FIG. 1 and in the opposite direction. If the propeller 3 moves clockwise, a hull 21 is moved forward according to arrow 27 .
Im Schiffskörper 21 befindet sich ein Generator 19, der in einem besonderen Gehäuse 20 aufgenommen werden kann. Zu dem Gehäuse 20 gehört noch ein gekapseltes, in der Zeichnung nicht dargestelltes Gehäuse zur Aufnahme einer ebenfalls in der Zeichnung nicht dargestellten Turbine, die koaxial zu einer Welle 28 des Generators 19 angeordnet sein kann. Das Gehäuse 20 sowie das Gehäuse zur Aufnahme der in der Zeichnung nicht darge stellten Turbine sind nebeneinander angeordnet und an einandergekuppelt.In the hull 21 there is a generator 19 which can be accommodated in a special housing 20 . The housing 20 also includes an encapsulated housing, not shown in the drawing, for receiving a turbine, also not shown in the drawing, which can be arranged coaxially with a shaft 28 of the generator 19 . The housing 20 and the housing for receiving the turbine not shown in the drawing are arranged side by side and coupled to each other.
Die Turbine kann beispielsweise als Pelton-Turbine oder auch als Osberg-Turbine ausgebildet sein und, wie bereits erwähnt, im Schiffskörper 21 untergebracht wer den. Zur Turbine gehört ein ebenfalls in der Zeichnung nicht dargestelltes Schaufelrad, dem über eine Einlaß öffnung 22 das Wasser bzw. Strömungsmittel zugeführt wird. Das Strömungsmittel bzw. das Wasser tritt mit der absoluten Geschwindigkeitskomponente in das Gehäuse des Laufrads ein, wird umgelenkt und fließt dann mit einer kleineren Umfangskomponente über die Auslaßöffnung 23 des Gehäuses der Turbine wieder ab. Die Turbine dient zum mittel- oder unmittelbaren Antrieb des Generators, dessen aufgebrachte elektrische Energie beispielsweise den einzelnen Verbrauchern im Schiffskörper oder Speicherbatterien zur Verfügung gestellt wird. Die Ein laßöffnung 22 und/oder die Auslaßöffnung 23 des Gehäu ses 20 können bei Stillstand des Propellers geschlossen bzw. automatisch geschlossen werden.The turbine can for example be designed as a Pelton turbine or as an Osberg turbine and, as already mentioned, housed in the hull 21 who the. The turbine includes a paddle wheel, also not shown in the drawing, to which the water or fluid is supplied via an inlet opening 22 . The fluid or water enters the housing of the impeller with the absolute speed component, is deflected and then flows out again with a smaller peripheral component via the outlet opening 23 of the housing of the turbine. The turbine serves to directly or indirectly drive the generator, the applied electrical energy of which is made available, for example, to the individual consumers in the hull or storage batteries. The inlet opening 22 and / or the outlet opening 23 of the housing 20 can be closed or automatically closed when the propeller is at a standstill.
Wie aus Fig. 2 und insbesondere auch aus Fig. 1 her vorgeht, ist im Bereich des Außenumfangs der Welle 2 bzw. am Außenumfang des Propellers 3 eine ringförmige Leitvorrichtung bzw. Ummantelung 5 vorgesehen, die zahlreiche am Umfang der Ummantelung gleichmäßig ver teilte Einlaßöffnungen 8 aufweist, über die das Wasser in einen Ringkanal 17 geleitet wird und über eine sich an den Ringkanal 17 anschließende Auslaßöffnung 18 wie der abgeführt wird. Die Auslaßöffnung 18 steht über eine Leitvorrichtung bzw. einen Leitkanal 11 mit der Einlaßöffnung 22 des Gehäuses der Turbine in Verbin dung. Das in die Öffnung 22 eintretende Wasser wird, wie bereits erwähnt, nach Passieren der Turbine über die Auslaßöffnung 23 im Schiffskörper 21 wieder an die Umgebung abgegeben. Die Auslaßöffnung 23 im Schiffskör per 21 ist in den Bereich gelegt, in dem ein Hecksog 24 am größten ist, so daß das abfließende Wasser aus dem Gehäuse der Turbine ohne weiteres abfließen kann. Der Hecksog stellt somit auch eine Wirkungsgradverbesserung der Turbinenleistung dar.As going from FIG. 2 and in particular also in FIG. 1 here, in the region of the outer periphery of the shaft 2 and on the outer periphery of the propeller 3 an annular guide or casing 5 is provided, the number of the circumference of the shroud uniformly ver said inlet ports 8 has, via which the water is passed into an annular channel 17 and via an adjoining the annular channel 17 outlet opening 18 as is discharged. The outlet opening 18 is connected via a guide device or a guide channel 11 with the inlet opening 22 of the turbine housing. The water entering the opening 22 is, as already mentioned, released after passing through the turbine via the outlet opening 23 in the hull 21 to the environment. The outlet opening 23 in the hull by 21 is placed in the area in which a rear suction 24 is largest, so that the outflowing water can easily flow out of the housing of the turbine. The rear suction therefore also represents an improvement in the efficiency of the turbine performance.
In Fig. 1 und auch in Fig. 3 ist die Ummantelung 5 schematisch angedeutet, die koaxial zur Welle 2 des Propellers 3 angeordnet ist. Die Ummantelung 5 kann ge mäß Fig. 2 auf einer gleichen Querebene 29 wie der Propeller 3 angeordnet sein. Da das Wasser in Form einer Spirale 30 im Bereich A die austretende Kante des Flügels 26 verläßt und noch eine große Strömungsenergie in einem Bereich 31 hinter dem Propeller 3 aufweist, ist es vorteilhaft, daß die Ummantelung 5 in etwa eine Länge aufweist, die durch den Bereich 31 hinter dem Propeller 3 wiedergegeben ist. Die Ummantelung 5 ist so in das vom Heck des Schiffs abströmende Wasser gelegt, daß nur geringe Strömungsverluste an der Ummantelung auftreten.In Fig. 1 and also in Fig. 3, the casing 5 is indicated schematically, which is arranged coaxially to the shaft 2 of the propeller 3 . The casing 5 can be arranged according to FIG. 2 on the same transverse plane 29 as the propeller 3 . Since the water in the form of a spiral 30 in the area A leaves the emerging edge of the wing 26 and still has a large flow energy in an area 31 behind the propeller 3 , it is advantageous that the casing 5 has approximately a length through which Area 31 is shown behind the propeller 3 . The casing 5 is placed in the water flowing out of the stern of the ship in such a way that only slight flow losses occur on the casing.
Aus Fig. 3 geht ebenfalls hervor, daß der Spiraldurch messer D1 größer bzw. wesentlich größer ist als der Durchmesser D2 des Außenumfangs des Propellers 3. Der Bereich zwischen D1 und D2 ist in Fig. 1 durch den Ringkanal 17 wiedergegeben.From Fig. 3 also shows that the spiral diameter D 1 is greater or substantially greater than the diameter D 2 of the outer periphery of the propeller 3. The area between D 1 and D 2 is shown in FIG. 1 by the ring channel 17 .
Die Ummantelung 5 besteht aus dem Ringkanal 17 mit einer inneren, zylinderförmigen Wand 13 und einer äußeren, ebenfalls zylinderförmigen Wand 14. Das anströ mende Wasser 32 fließt über die zylinderförmige Einlaß öffnung 33 in die Ummantelung 5 und zum Teil wieder über eine Auslaßöffnung 34 aus der Ummantelung 5 ko axial zur Welle 2 ab. Der größte Teil des anströmenden Wassers 32 wird jedoch über die Flügel 26 in eine spi ralförmige Bewegung versetzt (vgl. Spirale 30) und ge langt über die zahlreichen in der inneren Wand 13 vor gesehenen Einlaßöffnungen 8 in Leitkanäle 7, die sich zum Auslaßende bzw. zur Auslaßöffnung kontinuierlich erweitern können.The casing 5 consists of the annular channel 17 with an inner, cylindrical wall 13 and an outer, also cylindrical wall 14 . The inflowing water 32 flows through the cylindrical inlet opening 33 into the casing 5 and partly again via an outlet opening 34 from the casing 5 axially to the shaft 2 . Most of the inflowing water 32 is, however, set in a spiral movement via the wings 26 (see. Spiral 30 ) and reaches over the numerous in the inner wall 13 before seen inlet openings 8 in guide channels 7 , which are to the outlet end or continuously expand to the outlet opening.
Die Leitkanäle 7 verlaufen auf der Kurvenbahn bzw. Spi rale 30, so daß das anströmende Wasser mit sehr gerin gen Wirkungsgradverlusten über die Leitkanäle 7 und Auslaßöffnungen 6 in den Ringkanal 17 geleitet werden kann, von dem das Wasser, wie bereits erwähnt, über eine oder mehrere Leitvorrichtungen bzw. Leitkanäle 11 der Turbine zugeführt wird. Zwischen einer spiralförmig verlaufenden Kurvenbahn 9 des Wassers und beispiels weise dem Innenumfang der inneren, zylinderförmigen Wand 13 wird ein Winkel α gebildet, der zur Anpassung an die Spirale veränderbar sein kann. Hierzu können die einzelnen Leitkanäle 7 im Ringkanal 17 über eine ent sprechende Einstellvorrichtung verändert werden, und zwar in Abhängigkeit der sich jeweils bildenden Spirale des abströmenden Wassers 9. Ferner ist es vorteilhaft, wenn sich die Ummantelung 5 entsprechend der Spirale 30 nach hinten verjüngt oder erweitert.The guide channels 7 run on the cam track or Spi rale 30 , so that the inflowing water with very low efficiency losses can be passed through the guide channels 7 and outlet openings 6 in the annular channel 17 , from which the water, as already mentioned, via one or several guide devices or guide channels 11 of the turbine is supplied. Between a spiral curve path 9 of the water and example, the inner circumference of the inner cylindrical wall 13 , an angle α is formed, which can be changed to adapt to the spiral. For this purpose, the individual guide channels 7 in the annular channel 17 can be changed via a corresponding setting device, depending on the spiral of the outflowing water 9 that is formed . It is also advantageous if the casing 5 tapers or widens toward the rear in accordance with the spiral 30 .
Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 sind die einzelnen Kanäle 7 mit gleichmäßigem Abstand im Ringkanal 17 an geordnet. Die jeweilige Auslaßöffnung 6 eines Leit kanals 7 endet etwa im Bereich der Einlaßöffnung 8 eines nachfolgenden Leitkanals 7. Die einzelnen außen liegenden Kanten 42 des Leitkanals 7 liegen alle auf dem gleichen Außendurchmesser. Der Außendurchmesser, auf dem die Kanten 42 liegen, weist einen Abstand C auf. Dieser Abstand entspricht in etwa dem Durchmesser des spiralförmigen Wassers 9 mit seiner größten, kine tischen Energie.In the embodiment shown in FIG. 1, the individual channels 7 are arranged at a uniform distance in the ring channel 17 . The respective outlet opening 6 of a guide channel 7 ends approximately in the area of the inlet opening 8 of a subsequent guide channel 7 . The individual outer edges 42 of the guide channel 7 are all on the same outer diameter. The outer diameter on which the edges 42 lie is at a distance C. This distance corresponds approximately to the diameter of the spiral water 9 with its largest, kinetic energy.
Zwischen der Außenkante 42 und dem Innenumfang der in neren Wand 13 befindet sich ebenfalls ein Abstand B, der ausreichend groß ist, damit die an der Außenkante auftretenden Wirbel nicht zu Strömungsverlusten bzw. Reibungsverlusten an der Innenwand 13 führen. Der Ab stand B zwischen dem Außendurchmesser des Propellers 3 und dem Innendurchmesser der Ummantelung bzw. der inne ren, zylinderförmigen Wand 13 der Ummantelung 5% be trägt etwa 5 bis 30%, in vorteilhafter Weise zwischen 8% und 14%, beispielsweise 10%, des Durchmessers des Propellers 3.Between the outer edge 42 and the inner circumference of the inner wall 13 there is also a distance B which is sufficiently large that the vortices occurring on the outer edge do not lead to flow losses or friction losses on the inner wall 13 . From B stood between the outer diameter of the propeller 3 and the inner diameter of the casing or the inner, cylindrical wall 13 of the casing 5% be about 5 to 30%, advantageously between 8% and 14%, for example 10%, the diameter of the propeller 3 .
Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist der Ring kanal 17 lediglich mit einer Auslaßöffnung 18 versehen, die in die Leitvorrichtung 11 einmündet. Werden bei spielsweise nebeneinander mehrere entsprechende Ringkanäle 17 angeordnet, die den Propeller 3 ringför mig umgeben, so sind entsprechend mehrere Auslaßöffnun gen 18 vorgesehen. Jeder Ringkanal 17 kann von dem sich daran anschließenden Ringkanal 17 getrennt ausgebildet sein und somit die gleiche Funktion erfüllen wie der in Fig. 1 dargestellte Ringkanal.In the embodiment shown in FIG. 1, the ring channel 17 is only provided with an outlet opening 18 which opens into the guide device 11 . If, for example, several corresponding ring channels 17 are arranged next to one another, which surround the propeller 3 ringför mig, a plurality of outlet openings 18 are accordingly provided. Each ring channel 17 can be formed separately from the adjoining ring channel 17 and thus fulfill the same function as the ring channel shown in FIG. 1.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 ist, wie bereits erwähnt, der Generator 19 in dem Gehäuse 20 angeordnet, in dem beispielsweise auch die Turbine vorgesehen sein kann. In diesem Fall ist der Generator gegenüber dem Wasser abgedichtet. Es ist jedoch auch möglich, daß sich der Generator 19 außerhalb des Gehäuses 20 im Schiffskörper befindet und über eine Welle mit der im Gehäuse 20 vorgesehenen Turbine verbunden ist. Die Welle, die sich zwischen dem Generator 19 und der Tur bine in das Gehäuse 20 erstreckt, ist hierzu abgedich tet, so daß kein Wasser aus dem Gehäuse 20 in das In nere des Schiffs gelangen kann.In the exemplary embodiment according to FIG. 2, as already mentioned, the generator 19 is arranged in the housing 20 , in which, for example, the turbine can also be provided. In this case the generator is sealed off from the water. However, it is also possible that the generator 19 is located outside the housing 20 in the hull and is connected via a shaft to the turbine provided in the housing 20 . The shaft, which extends between the generator 19 and the turbine in the housing 20 , is sealed for this purpose, so that no water can get out of the housing 20 into the interior of the ship.
Wird beispielsweise die abströmende Strömungsenergie des Propellers 3 nicht benötigt und sind die Strömungs verluste an der Ummantelung zu groß, so kann das Ge häuse bzw. die Ummantelung 5 in Axialrichtung des Pro pellers 3 in Richtung des Schiffskörpers 21 verschoben werden und hierzu auch in eine entsprechende, im Schiffskörper vorgesehene, in der Zeichnung jedoch nicht dargestellte Aussparung so eingebracht werden, daß am Gehäuse bzw. der Ummantelung 5 keine oder nur geringe Strömungsverluste auftreten. Ebenso ist es mög lich, die Ummantelung 5 auch in Strömungsrichtung 12 gemäß Pfeil von der Schiffschraube bzw. dem Propeller 3 nach hinten zu bewegen, so daß sie insbesondere den Be reich 31 gemäß Fig. 3 umgibt, so daß das abströmende Wasser auf optimale Weise in den Ringkanal 17 geleitet werden kann.If, for example, the outflow flow energy of the propeller 3 is not required and the flow losses on the casing are too large, the housing or the casing 5 can be moved in the axial direction of the pro peller 3 in the direction of the hull 21 and also in a corresponding manner recess provided in the hull, but not shown in the drawing, are introduced in such a way that no or only slight flow losses occur on the housing or the casing 5 . It is also possible to move the casing 5 in the direction of flow 12 according to the arrow from the propeller 3 or the propeller 3 to the rear so that it surrounds in particular the loading area 31 according to FIG. 3, so that the outflowing water optimally can be passed into the ring channel 17 .
Die in Fig. 1 dargestellte Ummantelung 5 kann aus zahl reichen, fächerartig ineiananderschiebbaren Segmen ten 35 bestehen, die insgesamt die innere und die äu ßere Wand 13, 14 bilden. Die einzelnen Segmente 35 sind hierzu in entsprechenden nicht dargestellten Führungen verschiebbar aufgenommen. Erreicht der Druck im Ring kananl 17 und in einem an den Ringkananl 17 angeschlossenen Druckspeicher 38 eine bestimmte Größe z. B. mehr als 180 bar, schieben sich die einzelenen Segmente 35 auseinander bzw. nach außen, so daß ein Druckausgleich stattfindet. Hierzu ist zwischen zwei beweglichen Seg menten 35 gemäß Fig. 4 je ein Hydraulikzylinder 43 vorgesehen, dessen Kolbenstange 37 an das eine Seg ment 35 und dessen Zylinder 36 an das andere Segment 35 jeweils gelenkig angeschlossen ist. Durch diese erfin dungsgemäße Anordnung kann sich der Ringkanal 17 in einem bestimmten Durchmesserbereich entsprechend dem Druck im Ringkanal 17 aufblähen bzw. erweitern und wie der zusammenziehen, so daß Zerstörungen am Ringkanal 17 vermieden werden. Wird der Propeller 3 nicht mehr ange trieben, so können die Öffnungen 18, 23 über Schie ber 41 automatisch verschlossen und bei erneutem An trieb des Propellers wieder geöffnet werden. The casing 5 shown in Fig. 5 can consist of numerous, fan-like ineianandiebbaren Segmen th 35 , which together form the inner and outer walls 13 , 14 . For this purpose, the individual segments 35 are slidably received in corresponding guides, not shown. Reaches the pressure in the ring channel 17 and in a pressure accumulator 38 connected to the ring channel 17 a certain size z. B. more than 180 bar, push the individual segments 35 apart or outwards so that pressure equalization takes place. For this purpose, a respective hydraulic cylinder 43 is movable between two segments Seg 35 according to Fig. 4 are provided, the piston rod 37 to which a management Seg 35 and whose cylinder 36 is articulated in each case connected to the other segment 35. This inventive arrangement allows the annular channel 17 to expand and expand in a certain diameter range in accordance with the pressure in the annular channel 17 and to contract, so that damage to the annular channel 17 is avoided. If the propeller 3 is no longer driven, the openings 18 , 23 can be closed automatically via slide 41 and opened again when the propeller is driven again.
11
Antriebsvorrichtung zum Antrieb von Schiffsfahrzeugen
Drive device for driving ship vehicles
22nd
Welle
wave
33rd
Propeller
propeller
55
Ummantelung
Sheathing
66
Auslaßöffnung
Outlet opening
77
Leitkanal
Lead channel
88th
Einlaßöffnung
Inlet opening
99
spiralförmig verlaufende Kurvenbahn, Medium, Wasser,
Strömungsmittel
spiral curve path, medium, water, fluid
1010th
Bereich A der Austrittskante des Propellers
Area A of the trailing edge of the propeller
1111
Leitvorrichtung, Leitkanal
Guide device, guide channel
1212th
Strömungsrichtung
Flow direction
1313
innere, zylinderförmige Wand
inner, cylindrical wall
1414
äußere, zylinderförmige Wand
outer, cylindrical wall
1717th
Ringkanal
Ring channel
1818th
Auslaßöffnungen
Exhaust ports
1919th
Generator
generator
2020th
Gehäuse
casing
2121
Schiffskörper
Hull
2222
Einlaßöffnung
Inlet opening
2323
Auslaßöffnung
Outlet opening
2424th
Hecksog
Rear suction
2626
Flügel, Flügelblatt
Wing, wing blade
2727
Pfeil
arrow
2828
Welle
wave
2929
Querebene
Transverse plane
3030th
Spirale
spiral
3131
Bereich
Area
3232
anströmendes Wasser
inflowing water
3333
Einlaßöffnung
Inlet opening
3434
Auslaßöffnung
Outlet opening
3535
Segment
segment
3636
Zylinder
cylinder
3737
Kolben, Kolbenstange
Piston, piston rod
3838
Druckspeicher
Pressure accumulator
3939
Druckleitung
Pressure line
4141
Schieber, pneumatisch
Slider, pneumatic
4242
Kante, Außenkante
Edge, outer edge
4343
Hydraulikzylinder
Hydraulic cylinder
Claims (27)
- - wobei der Propeller (3) über ein Antriebsaggre gat oder einen Motor mittel- oder unmittelbar an treibbar ist,
- - wobei im Bereich der Welle (2) oder des Propel lers (3) eine zylindrische Ummantelung (5) vorge sehen ist,
- - wobei die Leitvorrichtung oder die Ummante lung (5) eine oder mehrere Ein- (8) und/oder Aus laßöffnungen (6) zur Aufnahme oder zum Durchlaß von vom Propeller (3) abgegebenem Strömungsmit tel (9) aufweist,
- - die Leitvorrichtung oder die Ummantelung (5) ist im Bereich des von dem Propeller (3) abströ menden Strömungsmittels (9) angeordnet,
- - das Strömungsmittel (9) wird über die zylindri sche Ummantelung (5) und einen Leitkanal (11), der als zylindrisches Gehäuse ausgebildet ist, einer Turbine geführt.
- - The propeller ( 3 ) via a drive unit or a motor can be driven directly or indirectly,
- - In the area of the shaft ( 2 ) or the propeller ( 3 ) a cylindrical casing ( 5 ) is easily seen,
- - The guide device or the casing ( 5 ) has one or more inlet ( 8 ) and / or outlet openings ( 6 ) for receiving or passing through the propeller ( 3 ) emitted fluid ( 9 ),
- the guide device or the casing ( 5 ) is arranged in the region of the fluid ( 9 ) flowing out of the propeller ( 3 ),
- - The fluid ( 9 ) is guided over the cylindri cal sheathing ( 5 ) and a guide channel ( 11 ), which is designed as a cylindrical housing, a turbine.
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Legal Events
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Owner name: WEISS, HEINZ, 68775 KETSCH, DE |
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