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Dokumentenidentifikation DE69820396T2 14.10.2004
EP-Veröffentlichungsnummer 0000918014
Titel WASSERSTRAHLANTRIEBSSYSTEM FÜR WASSERFAHRZEUGE
Anmelder Ishigaki Co. Ltd., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder ISHIGAKI, Eiichi, Sakaide-shi, Kagawa 762-0032, JP
Vertreter Hoefer & Partner, 81545 München
DE-Aktenzeichen 69820396
Vertragsstaaten DE, DK, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 18.06.1998
EP-Aktenzeichen 989285424
WO-Anmeldetag 18.06.1998
PCT-Aktenzeichen PCT/JP98/02692
WO-Veröffentlichungsnummer 0098057849
WO-Veröffentlichungsdatum 23.12.1998
EP-Offenlegungsdatum 26.05.1999
EP date of grant 10.12.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 14.10.2004
IPC-Hauptklasse B63H 11/10

Beschreibung[de]
Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wasserstrahlantriebssystem für Schiffe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Insbesondere betrifft sie ein Wasserstrahlantriebssystem für Schiffe vom Verdrängungstyp, bei dem Wasserströme von einem Boden eines Schiffes aufgenommen werden und bei einem Flügelrad in Wasserstrahle geändert werden, und das Wasser an einem Heck des Schiffes im Wesentlichen parallel zu einer Oberfläche des Wasser ausstößt, um somit zu fahren.

Stand der Technik

Ein solches Wasserstrahlantriebssystem für Schiffe weist üblicherweise eine Anordnung auf, bei der eine einzelne Ausströmdüse an einem quer verlaufenden zentralen Teil am Heck des Schiffes befestigt ist, und die Ausströmmenge der von der Düse auszugebenden Wasserstrahle ändert sich, wenn eine Drehgeschwindigkeit eines Flügelrades sich ändert, und eine Ausströmgeschwindigkeit wird gesteuert, wenn ein Bohrungsdurchmesser der Düse gesteuert wird.

Die geänderte Ausströmmenge der Wasserstrahle bewegt eine Vortriebskraft des Schiffes, und die gesteuerte Ausströmmenge sorgt für eine gesteuerte Fahrgeschwindigkeit.

Somit werden die Ausströmmenge und die Ausströmgeschwindigkeit der Wasserstrahle passend verändert in Übereinstimmung mit einem Gewicht der Ladung des Schiffes, um somit eine Einsparung des Kraftstoffverbrauchs bei einem Antrieb für das Flügelrad zu ermöglichen, was eine wirtschaftliche Fahrt erlaubt.

Jedoch ist das Ladegewicht eines Schiffes untrennbar verbunden mit einem Tiefgangzustand des Schiffes, so dass ein leichteres Ladegewicht zu einem flacheren Tiefgang führt und ein schwereres Ladegewicht zu einem tieferen Tiefgang.

Wenn der Tiefgang tief ist, weist der Rumpf des Schiffes einen erhöhten Fluidwiderstand auf und außerdem treffen die Wasserstrahle auf Wellen, so dass ein Teil der Antriebskraft verloren geht, während ein Ausgleich hierfür eine unflexible Steuerfähigkeit der Wasserstrahl-Ausströmmenge und -Ausstrahlgeschwindigkeit verursachen würde.

Deshalb war eine wirtschaftliche Fahrt herkömmlicherweise innerhalb eines relativen engen Bereichs des Ladegewichts möglich.

Aus diesem Grund wurde eine Anordnung vorgeschlagen, bei der ein Paar von Ausströmdüsen nebeneinander vorhanden ist.

Diese Anordnung ermöglicht die Sicherstellung einer ausreichenden Ausströmmenge mit einem verzögerten Problem der Wasserstrahle, die auf Wellen treffen, wenn eine große Ladung vorhanden ist.

Es wurde eine andere Anordnung vorgeschlagen, mit einem Paar von Ausströmdüsen, die vertikal angeordnet sind für gleichzeitige Anwendung, wobei das Wellenproblem immer noch bei einer unteren Düse vorhanden blieb.

JP-A-09039888 offenbart ein Wasserstrahlantriebssystem für Schiffe, umfassend eine Wasserstrahl-Zufuhrvorrichtung zum Ändern der Ströme von Wasser, die von einem Boden eines Schiffes aufgenommen werden, in Wasserstrahle, um Wasserstrahle in einer variablen Fließrate zuzuführen; und eine Wasserstrahl-Ausstoßvorrichtung zum Ausstoßen der zugeführten Wasserstrahle, rückwärts von einem Heck des Schiffes, als Wasserstrahle mit variabler Geschwindigkeit entlang einer Ausstoßachse mit einer variablen vertikalen Position.

Offenbarung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung wurde erreicht, wobei diese Gesichtspunkte berücksichtigt wurden. Es ist deshalb ein Ziel der Erfindung, ein Wasserstrahlantriebssystem für Schiffe vorzusehen, das eine wirtschaftliche Fahrt ermöglicht, ob mit großer oder kleiner Ladung.

Um das Ziel gemäß der Erfindung zu erreichen, ist eine Wasserstrahlantriebsvorrichtung für Schiffe vorgesehen, wie im Anspruch 1 definiert.

Gemäß dem Wasserstrahlantriebssystem für Schiffe kann die Ausstoßachse der Wasserstrahle vertikal verschoben werden in Übereinstimmung mit einem variierenden Ladeniveau des Schiffes, und die Ausströmmenge der Wasserstrahle wie auch die Ausströmgeschwindigkeit sind an einer verschobenen Position steuerbar, wodurch eine wirtschaftliche Fahrt ermöglicht wird, ob mit großer oder kleiner Ladung.

Die Wasserstrahl-Ausstoßvorrichtung kann vorzugsweise eine Vielzahl von Ausströmdüsen, die in einer vertikal beabstandeten Weise angeordnet sind, eine Vielzahl von Ventilelementen, die in Fluidpfaden, die mit der Vielzahl der Ausströmdüsen verbunden sind, vorgesehen sind, und eine Steuer- und Regelvorrichtung zum individuellen Steuern und Regeln der Vielzahl der Ventilelemente umfassen, wodurch eine wahlweise Verwendung einer Ausströmdüse mit einer adäquaten vertikalen Position in Übereinstimmung mit einem variierenden Ladeniveau des Schiffes ermöglicht wird.

Die Wasserstrahl-Ausstoßvorrichtung kann vorzugsweise ferner eine Bohrungsdurchmesser-Steuervorrichtung umfassen, die einen Ausströmbohrungsdurchmesser individuell aus der Vielzahl von Ausströmdüsen steuern kann, wodurch ermöglicht wird, dass die Wasserstrahlausströmgeschwindigkeit in einer freiwilligen Weise gesteuert wird.

Die Vielzahl der Ausströmdüsen kann vorzugsweise in einer Vielzahl von oberen und unteren Reihen angeordnet sein, wodurch ermöglicht wird, dass die Ausströmmenge der Wasserstrahle relativ stark variiert werden kann an einer entsprechenden Position, und passend ist für ein großes Schiff mit stark variierendem Ladungsgewicht.

Die Wasserstrahl-Ausstoßvorrichtung kann vorzugsweise eine Ausströmdüse mit einem steuerbaren Ausströmbohrungsdurchmesser aufweisen, und eine Antriebsvorrichtung zum vertikalen Antreiben der Ausströmdüse, wodurch eine wirtschaftliche Fahrt des Schiffes ermöglicht wird, ob mit großer oder kleiner Ladung, zusätzlich zu einem zu erwartenden verringerten Gewicht, verringerter Herstellungskosten und einem verbesserten Erscheinungsbild des Schiffes.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist eine schematische Seitenansicht eines Wasserstrahlantriebssystems für Schiffe gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

2 ist eine Seitenansicht einer Ausströmdüse des Wasserstrahlantriebssystems für Schiffe gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

3 ist ein Längsschnitt eines wesentlichen Teils der Ausströmdüse aus 2.

4 ist eine Vorderansicht der Ausströmdüse aus 2.

5 ist eine Kurve, welche die Wirkungen des Wasserstrahlantriebssystems für Schiffe gemäß dem Ausführungsbeispiel der Erfindung beschreibt.

6 ist eine Kurve, welche eine Veränderung der Vortriebsleistung eines Flügelrads des Wasserstrahlantriebssystems für Schiffe mit Vorgängen, beschrieben in 5, beschreibt.

7 ist eine schematische Schnittansicht einer Ausströmdüse eines Wasserstrahlantriebssystems für Schiffe gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

8 ist eine schematische Schnittansicht einer Ausströmdüse eines Wasserstrahlantriebssystems für Schiffe gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Beste Art der Ausführung der Erfindung

1 zeigt ein Wasserstrahlantriebssystem für Schiffe gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dieses Wasserstrahlantriebssystem umfasst ein Wasserstrahlzufuhrsystem (5, 9, 10, 11) zum Ändern von Wasserströmen, die an einem Boden eines Rumpfes 1 eines Schiffes aufgenommen werden, in Wasserstrahle, um die Wasserstrahle mit variabler Fließrate zuzuführen, und ein Wasserstrahlausstoßsystem (2, 3, 4, 6, 7, 8, 16) zum Ausstoßen der zugeführten Wasserströme, rückwärts von einem Heck des Schiffes, als Wasserstrahle entlang horizontaler Ausstoßachsen J1, J2 oder J3 mit unterschiedlichen vertikalen Positionen.

Das Wasserstrahlzufuhrsystem umfasst eine Einlassöffnung 10 zum Aufnehmen von Strömen von Wasser von einer Stelle nahe des Hecks am Boden des Rumpfes 1, ein Flügelrad 9 zum Ändern der aufgenommenen Ströme von Wasser in Wasserstrahle, um die Wasserstrahle mit einer variablen Fließrate zuzuführen, eine Zufuhrleitung 5 zum Zuführen der gelieferten Wasserstrahle zu einem Durchgang, der vertikal in drei Stufen und quer in drei Säulen abzweigt, und einen Verbrennungsmotor 11 zum Antreiben des Flügelrads 9 mit einem Mehrstufengetriebe mit variablem Übersetzungsverhältnis.

Das Wasserstrahlausstoßsystem umfasst eine Vielzahl von Ausströmdüsen 2, 3, 4, die vertikal in drei Stufen (oben, Mitte, unten) und quer in drei Säulen (Backbord, Mitte, Steuerbord) beabstandet sind, um am Heck angeordnet zu sein, wobei vertikal drei Stufen und quer drei Säulen von normalen, im Wasserstrahl installierten Öffnungs-/Schließ-Ventilen 6, 7, 8 abzweigende Pfade, die mit den Ausströmdüsen verbunden sind, versorgen, und ein Steuer- und Regelsystem 16, das geeignet ist, die Ventile einzeln zu steuern.

Die Ausströmdüsen 2 in der oberen Stufe haben einen großen Ausströmbohrungsdurchmesser, die Ausströmdüsen 3 in der mittleren Stufe haben einen mittleren Ausströmbohrungsdurchmesser und die Ausströmdüsen 4 in der unteren Stufe haben einen kleinen Ausströmbohrungsdurchmesser. Jede Stufe kann vorzugsweise eine Ausströmdüse aus lediglich einer mittleren Säule umfassen.

Das Steuersystem 16 weist in einer Schiffssteuerkabine eine Anzeige zum Anzeigen eines erfassten Wertes eines Tiefgangs des Rumpfes 1 und der Ladungsdaten, welche die Menge an Beladung darstellen, auf.

Wenn die Ladung ein großes Gewicht hat und der Tiefgang auf einem tiefen Niveau L1 ist, werden die Ventile 6 geöffnet, um Wasserstrahle aus den Ausströmdüsen 2 auszustoßen. Nach einer Verringerung des Ladegewichts, wenn der Tiefgang auf einem normalen Niveau L2 ist, werden die Ventile 7 geöffnet, um Wasserstrahle aus den Ausströmdüsen 3 auszustoßen. Wenn der Tiefgang auf einem flachen Niveau L3 ist, weil sich das Schiff in einem unbeladenen oder ähnlichen Zustand befindet, werden die Ventile 8 geöffnet, um Wasserstrahle durch die Ausströmdüsen 4 auszustoßen.

Während eines tiefen Tiefgangs L1 wird eine starke Vortriebskraft (Antriebskraft) benötigt, nicht einfach nur zur Bewegung der schweren Last, sondern auch wegen eines erhöhten Wasserwiderstandes des Rumpfes 1. Aus diesem Grunde haben die Ausströmdüsen 2 einen großen Ausströmbohrungsdurchmesser und stoßen eine große Menge an Wasserstrahlen aus, um eine ausreichende Vortriebskraft zu erreichen.

Bei einem flachen Tiefgang L3 ist das Schiff in einem unbeladenen Zustand, in dem der Rumpf 1 einen relativ kleinen Widerstand aufweist, und die Ausströmdüsen 4 mit einem kleinen Ausströmbohrungsdurchmesser können dies bewältigen.

Die Ausströmdüsen 2 bis 4 werden in Übereinstimmung mit einer Belastung des Schiffes zur Verwendung ausgewählt, was eine wirtschaftliche Fahrt erlaubt.

2 bis 4 zeigen einen Schieber 12, der den Durchmesser der Ausströmbohrungen der Ausströmdüsen 2 bis 4 steuern kann.

Als ein zylindrischer Teil mit einem spitzen Ende für einen Düsenkörper 3a weist ein Schneidwerkzeug 3b den Schieber 12 auf, der darin installiert ist, wobei der Schieber 12 vertikal angetrieben wird für eine Drosselung des Ausströmbohrungsdurchmessers. Die Antriebssteuerung für den Schieber 12 erfolgt durch einen hydraulischen Zylinder 13, und ein hydraulisches System für den hydraulischen Zylinder 13 wird vom Steuer- und Regelsystem 16 gesteuert. Der Bohrungsdurchmesser der Ausströmdüsen 2, 3, 4, die in Abhängigkeit vom Tiefgang ausgewählt werden, ist zusätzlich steuerbar, was es dem Verbrennungsmotor 11 ermöglicht, mit einem optimalen Wirkungsgrad durch die Ausstoßsteuerung in Übereinstimmung mit dem Ladegewicht und der Fahrgeschwindigkeit zu arbeiten. Nebenbei bemerkt, können bei manchen Schiffen die Ausströmdüsen 2 bis 4 vorzugsweise einen identischen Bohrungsdurchmesser aufweisen, der einer Bohrungsdurchmessersteuerung durch die Schieber 12 unterworfen ist.

5 zeigt die Wechselbeziehung zwischen einem Vorschub T (Vortriebskraft) der Wasserstrahle und einem Fluidwiderstand R des Rumpfes 1 und einer Fahrgeschwindigkeit Vs [m/sek.] des Schiffes.

Wenn sich die Fahrgeschwindigkeit Vs des Schiffes erhöht, steigt der Widerstand R des Rumpfes 1 mit einer starken Steigung und der Vorschub T der Wasserstrahle sinkt, wenn die Ansaugrate des Flügelrades bei sich erhöhender Fahrgeschwindigkeit Vs des Schiffes erhöht wird.

Mit R1 wird ein Rumpfwiderstand R bei einem tiefen Tiefgang bezeichnet, und R2 ist ein Rumpfwiderstand R bei flachem Tiefgang. Bei einer Fahrt mit einem Vorschub T1 (Flügelradumdrehungszahl N1), wenn der Tiefgang tief ist (Widerstand R1), wird die Anzahl der Flügelradumdrehungen mit dem Widerstand bei einer Fahrgeschwindigkeit V1 des Schiffes (Koordinate P1) ausgeglichen, und wenn der Tiefgang flach ist (Widerstand R2), wird er bei einer Fahrgeschwindigkeit V2 des Schiffes (Koordinate P2) ausgeglichen. Das bedeutet, dass im Falle eines flachen Tiefgangs das Flügelrad mit einer leichten Last eine sehr hohe Umdrehungszahl aufweist, wodurch Hohlsog erzeugt werden kann. Dann werden die Ausströmdüse 4 der unteren Stufe eingesetzt (oder die Düsendurchmesser werden gedrosselt), um somit eine effiziente Fahrt (Schiffsgeschwindigkeit V2') mit einem ausgeglichenen Zustand (Koordinate P2') zwischen Vorschub und Widerstand zu ermöglichen.

6 zeigt eine Wechselbeziehung zwischen dem Antriebswirkungsgrad des Flügelrades und einem Wechsel im Verhältnis der Wasserstrahl-Ausstoßgeschwindigkeit Vj zur Fahrgeschwindigkeit Vs des Schiffes. Das Wasserstrahlantriebssystem weist zwischen der Wasserstrahl-Ausstoßgeschwindigkeit Vj und der Fahrgeschwindigkeit Vs des Schiffes einen Verhältnisbereich (K = 1,5 bis 6, wobei K = Vj/Vs) auf, in dem die Antriebskraft wirksam erhalten wird.

Eine Änderung der Ausstoßgeschwindigkeit Vj in Bezug auf die Fahrgeschwindigkeit Vs des Schiffes kann durch eine Auswahl bzw. Steuerung des Ausströmbohrungsdurchmessers erreicht werden, und das vorliegende Ausführungsbeispiel ermöglicht, dass eine Antriebskraft erhalten wird mit einem hohen Wirkungsgrad in Abhängigkeit von einem sich verändernden Tiefgang, was eine wirtschaftliche Fahrt erlaubt.

7 und 8 zeigen Ausführungsbeispiele mit Ausströmdüsen 50, 60 als vertikale Schiebertypen zur Reduzierung der Anzahl von Düsen.

Die Ausströmdüse 50 ist mit einem Motor 51 ausgesteuert, der mit einem Steuer- und Regelsystem (16) verbunden ist, zum Ausstoßen von Wasserströmen, wie sie von einer flexiblen Rohrleitung 52 eingeführt werden, und geschwindigkeitsgesteuert durch eine einstellbare Drosselklappe 55, die vom Steuer- und Regelsystem (16) gesteuert werden kann, rückwärts von einem Heck in der Form von Wasserstrahlen entlang einer horizontalen Achse J5.

Für die Ausströmdüse 60 ist eine Düsenhalteplatte 62 wasserdicht ausgesteuert mit einem Motor 61, der mit einem Steuer- und Regelsystem (16) verbunden ist. Wasserströme, die von einer vertikalen Leitung 53 eingeführt werden, sind geschwindigkeitsgesteuert durch eine einstellbare Drosselklappe 55, die vom Steuer- und Regelsystem (16) gesteuert werden kann, und werden rückwärts von einem Heck in der Form von Wasserstrahlen entlang einer horizontalen Achse J6 ausgestoßen.

Die Ausströmdüsen 50, 60 können vorzugsweise in Reihen angeordnet sein oder können in Kombination mit oder an Stelle von Ausströmdüsen 2 bis 4 für eine willkürliche Anordnung dienen.

Industrielle Anwendbarkeit

Gemäß der Erfindung können Schiffe, die mit Wasserstrahlantriebssystemen ausgestattet sind, wirtschaftlich fahren, unabhängig davon, ob ihre Ladung groß oder klein ist, und weisen deutlich verringerte Fahrtkosten auf, inklusive dem Kraftstoffverbrauch, und ein wesentlicher Beitrag für verbesserte Gewinne für Schiffverladedienstleistungen kann geleistet werden.


Anspruch[de]
  1. Wasserstrahlantriebssystem für Schiffe, umfassend:

    – eine Flüssigkeitsstrahl-Zufuhrvorrichtung (5, 9, 10, 11; 52; 62; 63) zum Ändern des Wasserstrahls, der von einem Boden eines Schiffes aufgenommen wird, in Flüssigkeitsstrahle, um Flüssigkeitsstrahle in einer variablen Fließrate zuzuführen; und

    – eine Wasserstrahl-Ausstoßvorrichtung (2, 3, 4, 6, 7, 8; 50, 51, 55; 60, 61, 65) zum Ausstoßen der zugeführten Flüssigkeitsstrahle, nach hinten von einem Heck des Schiffes, als Wasserstrahle mit variabler Geschwindigkeit entlang einer Ausstoßachse (J1, J2, J3; J5, J6) mit einer variablen vertikalen Position,

    – dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserstrahl-Ausstoßvorrichtung eine Vielzahl von Ausströmdüsen (2, 3, 4; 50; 60) umfasst, einschließlich einer ersten Ausströmdüse (2, 3) und einer zweiten Ausströmdüse (3, 4), deren Position niedriger als die erste Ausströmdüse ist, wobei die zweite Ausströmdüse einen kleineren Ausströmbohrungsdurchmesser aufweist als die erste Ausströmdüse.
  2. Wasserstrahlantriebssystem für Schiffe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von Ausströmdüsen (2, 3, 4) in einer vertikal beabstandeten Weise angeordnet ist, und dass die Wasserstrahl-Ausstoßvorrichtung eine Vielzahl von Ventilelementen (6, 7, 8), die in Fluidpfaden, die mit der Vielzahl von Ausströmdüsen verbunden sind, vorgesehen sind, eine Steuer- und Regelvorrichtung (16), welche die Vielzahl der Ventilelemente individuell steuern kann, und eine Bohrungsdurchmesser-Steuervorrichtung (12, 13), welche einen Ausströmbohrungsdurchmesser der Vielzahl von Ausströmdüsen individuell steuern kann, umfasst.
  3. Wasserstrahlantriebssystem für Schiffe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vielzahl von Ausströmdüsen in einer Vielzahl von oberen und unteren Reihen (2, 3, 4; 2, 3, 4) angeordnet ist.
  4. Wasserstrahlantriebssystem für Schiffe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserstrahl-Ausstoßvorrichtung eine dritte Ausströmdüse (50, 55; 60, 65) mit einem steuerbaren Ausströmbohrungsdurchmesser und eine Antriebsvorrichtung (51; 61) zum vertikalen Antreiben der dritten Ausströmdüse umfasst.
Es folgen 7 Blatt Zeichnungen






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