DE2553753C2 - Dosiereinrichtung zur Zumischung einer Lösung aus Wasser und widerstandsvermindernden Additiven in die Grenzschicht eines Wasserfahrzeuges, insbesondere eines Unterwasserfahrzeuges - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Dosiereinrichtung zur Zumischung einer Lösung aus Wasser und widerstandsvermindernden Additiven in die Grenzschicht eines Wasserfahrzeuges, insbesondere eines Unterwasserfahrzeuges, wobei das Wasser der Umgebung des Wasserfahrzeuges über mindestens zwei im Bugbereich angeordnete Wassereintrittsöffnungen direkt entnommen wird, die Additive in einem oder mehreren im Wasserfahrzeug angeordneten Vorratsbehältern gelagert sind und die Lösung von einer Hauptrohrleitung über ein Verteilersystem an mehreren Austrittsöffnungen in der Außenhaut austritt.

Es ist bekannt, daß der Reibungswiderstand von Rohren, Platten und Körpern bei Wasserdurchströmung bzw. bei der Bewegung im Wasser erheblich vermindert werden kann, wenn dem Wasser gewisse Additive beigegeben werden. Aus Beispiele für derartige Additive, die sich für diesen Zweck als besonders geeignet erwiesen haben, sind Polyäthylenoxyd, Polyacrylamid und Polyvinylpyrolidon, aber auch Hydroxyäthylzellulose und Natrium-Karboxymethylzellulose und andere zu nennen. Es ist weiterhin bekannt, daß diese Zusatzstoffe lediglich in der längs des umströmten Körpers sich ausbildenden Grenzschicht notwendig

sind. . .

In der US-PS 36 01 079 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Mischung löslicher Polymermaterialien mit einer Flüssigkeit beschrieben. Es können strömungswiderstandsreduzierende Lösungen auf kontinuierlicher Basis hergestellt werden. Die Vorrichtung weist eine Mischkammer zur schnellen Bildung einer Suspension des löslichen Polymermaterials in einem Lösungsmittel, einen Behälter zum Hydratisieren der Suspension und eine Vorrichtung zum Einspritzen der gebildeten Lösung in die Grenzschicht mit einer Fließgeschwindigkeit, die für eine Widerstandsverminderung ausreicht, auf.' Insbesondere sind nach dem Prinzip einer Wasserstrahlpumpe arbeitende Zumischdüsen vorgese-

hen, denen die Mischstrecke und ein Diffusor nachgeschaltet sind.

Aus der DT-OS 19 28 869 ist eine Anordnung zur Herabsetzung des Reibungswiderstandes eines Wasserfahrzeuges durch die in Grenzschicht eingegebene

Additive bekannt. Der Körper des Wasserfahrzeuges ist zumindest teilweise mit einer durchlässigen Außenhaut versehen, die zumindest an einigen Stellen in einem bestimmten Abstand vor der dichten Körperhülle des Wasserfahrzeuges angeordnet ist und durch die die Additive in die Grenzschicht gelangen. Hierzu wird das Additiv dem an verschiedenen Stellen des Körpers aus der Umgebung entnommenen Wasser in einem Mischbehälter zugesetzt, wobei das dynamische Druckgefälle am Körper ausgenutzt wird. Weiterhin wird

durch öffnungen in der benetzten Außenhaut das den Widerstand herabsetzende Additiv am Bug der Grenzschichtströmung zumindest teilweise wieder entnommen. An jeder Stelle der benetzten Außenhaut wird so viel Additiv zugegeben oder entnommen, daß dort eine Additivkonzentration erhalten bleibt, die einen günstigen Reibungswiderstand ergibt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Dosiereinrichtung der eingangs genannten Art zur Zumischung großer Mengen von widerstandsvermindernden Additiven in die Grenzschicht eines Wasserfahrzeuges, insbesondere eines Unterwasserfahrzeuges, unter Ausnutzung des am Wasserfahrzeug vorhandenen Staudruckes zu schaffen, wobei der Druckverlust in der Dosiereinrichtung verhältnismäßig klein gehalten werden soll.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß mindestens eine der Wassereintrittsöffnungen mit der Hauptrohrleitung verbunden ist, die eine an sich bekannte Zumischdüse aufweist, und die übrigen Wassereintrittsöffnungen mit jeweils einer Nebenrohrleitung verbunden sind, die eine an sich bekannte, an einen Vorratsbehälter angeschlossenen Zumischdüse aufweist, und daß die Nebenrohrleitungen an die Zumischdüse der Hauptrohrleitung angeschlossen sind.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß der bzw. die Vorratsbehälter eine oder mehrere elastische Wandungen aufweisen, auf die der statische Wasserdruck der Eintauchtiefe des Wasserfahrzeuges wirkt. Der oder die Vorratsbehälter können beispielsweise in einem gefluteten Raum des Wasserfahrzeuges angeordnet sein. Hierdurch wird erreicht, daß die Dosierung der widerstandsvermindernden Additive unabhängig von dem statischen Druck der

Eintauchtiefe des Wasserfahrzeuges erfolgt, da die Druckdifferenz zwischen den Zunjschdüsen und dem bzw. den Vorratsbehältern von der Eintauchtiefe unabhängig ist.

In einer Ausgestaltung der Erfindung werden mehrere Hauptrohrleitungen mit zugeordneten Nebenrohrleituügen vorgeschlagen, die an ein gemeinsames Verteilersystem geführt sind. Hierdurch ist gewährleistet, daß eine Dosierung der der Grenzschicht zugeführten widerstandsvermindernden Additive nicht «° nur durch ein zwischen dem Vorratsbehälter für die widerstandsvermindernden Additive und der Dosiereinrichtung angeordnetes Regelventil, sondern auch auf einfache Weise dadurch erfolgen kann, daß eine oder mehrere Hauptrohrleitungen mit zugehörenden Nebenrohrleitungen durch Verschlußelemente geöffnet oder geschlossen werden.

Eine Weiterbildung der Erfindung geht dahin, daß die Zumischdüsen nach dem Prinzip einer Wasserstrahlpumpe aufgebaut sind. Dies bringt den Vorteil mit sich, daß zwischen dem Vorratsbehälter für die widerstandsvermindernden Additive und der Dosiereinrichtung keine zusätzlichen Pumpen od. dgl. erforderlich sind, da die Additive durch die durch die Nebenrohrleitungen fließenden Wasserströme aus dem Vorratsbehälter herausgesaugt werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung liegt darin, daß hinter jeder Zumischdüse eine Mischstrecke und ein Diffusor angeordnet sind. In der Mischstrecke wird eine gute Vermischung von Wasser und widerstandsvermindernden Additiven sichergestellt. Der Diffusor dient dazu, einen stetigen Anstieg des statischen Druckes zu erzeugen, wobei er zur Erreichung eines optimalen Wertes so ausgebildet wird, daß die Strömung nicht abreißt.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht neben der Ausnutzung des am Wasserfahrzeug auftretenden Staudruckes zur Förderung der widerstandsvermindernden Additive in die Grenzschicht darin, daß infolge der geringen Druckverluste in der Dosiereinrichtung auch bei verhältnismäßig geringen Staudrükken eine große Menge von Additiven der Grenzschicht zugeführt werden kann. Außerdem wird durch das zweistufige Zumischdüsensystem vorteilhafterweise erreicht, daß ausreichend Energie zur Verfügung steht, um die Lösung aus Wasser und widerstandsvermindernden Additiven ohne zusätzliche Fremdenergie in die Grenzschicht zu fördern.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dargestellt, und zwar ist eine schematische Draufsicht einer Dosiereinrichtung ersichtlich.

Mit 1 ist eine idealisiert dargestellte Schiffsaußenhaut in der Bugsektion eines Wasserfahrzeuges bezeichnet, die drei Wassereintrittsöffnungen 2 und 3 aufweist. Mit der Wassereintrittsöffnung 2 ist eine eine Zumischdüse 4 aufweisende Hauptrohrleitung 5 verbunden, die im Innenraum des Wasserfahrzeuges angeordnet ist und hinter der Zumischdüse 4 eine Mischstrecke 6 und einen Diffusor 7 aufweist. Die Zumischdüse weist einen Ringkanal auf und arbeitet nach dem Prinzip einer Wasserstrahlpumpe. Der Diffusor 7 ist an ein zeichnerisch nicht dargestelltes Verteilersystem angeschlossen, das mit mehreren in der Außenhaut des Wasserfahrzeuges angeordneten Austrittsöffnungen zur Zumischung der aus Wasser und widerstandsvermindernden Additiven bestehenden Lösung in die Grenzschicht am Wasserfahrzeug in Verbindung steht.

Im Innenraum des Wasserfahrzeugs sind zwei jeweils an eine Wassereintrittsöffnung 3 angeschlossene Nebenrohrleitungen 8 mit jeweils einer Zumischdüse 9 vorgesehen, die ebenfalls Ringkanäle besitzen und nach dem Prinzip einer Wasserstrahlpumpe arbeiten. Hinter diesen Zumischdüsen weisen die Nebenrohrleitungen 8 jeweils eine Mischstrecke 10 und einen Diffusor 11 auf, die mit dem Ringkanal der in der Hauptrohrleitung angeordneten Zumischdüse 4 verbunden sind. An die Ringkanäle der Zumischdüsen 9 in den Nebenrohrleitungen sind zeichnerisch nicht dargestellte Rohrleitungen geführt, die mit einem oder mehreren ebenfalls nicht gezeigten Vorratsbehältern für die widerstandsvermindernden Additive in Verbindung stehen.

Bei dem zweistufigen Zumischdüsensystem erfolgt zunächst eine Zumischung der widerstandsvermindernden Additive zu Wasser mit Hilfe der Zumischdüse 9 in den Nebenrohrleitungen 8. Die Anzahl der Nebenrohrleitungen ist prinzipiell beliebig groß, sie richtet sich nach der benötigten Menge von Additiven, konstruktiven Überlegungen (beispielsweise Platzverhältnisse usw.) und hydrodynamischen Gesichtspunkten, wie z. B. Kaviation usw. Durch die Mischstrecken 10 und die Diffusoren 11 gelangt die vorgemischte Lösung in den Ringkanal der in der Hauptrohrleitung 5 angeordneten Zumischdüse 4. Auf der Mischstrecke 6 und im Diffusor 7 dieser Rohrleitung wird die endgültige Lösung hergestellt und durch das nicht dargestellte Verteilersystem durch die in der Außenhaut des Wasserfahrzeuges angeordneten Austrittsöffnungen in die Grenzschicht gedrückt.

Um z. B. speziell bei Unterwasserfahrzeugen zu erreichen, daß die Dosierung der widerstandsvermindernden Additive unabhängig von dem statischen Druck der Wassertiefe (d.h. der Lauftiefe des Fahrzeuges) wird, werden die Additive in einem elastischen Behälter, z. B. einer Gummiblase, derart transportiert, daß der statische Druck der Wassertiefe auf den Vorratsbehälter wirkt. Das läßt sich z. B. dadurch verwirklichen, daß der Vorratsbehälter in einem gefluteten Abteil des Wasserfahrzeuges gelagert wird. So wird die Druckdifferenz zwischen Zumischdüse und Vorratsbehälter, aufgrund der die widerstandsvermindernden Additive aus dem Vorratsbehälter gesaugt werden, unabhängig von der Lauftiefe des Fahrzeuges.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Dosiereinrichtung Zur Zumischung eier Lösung aus Wasser und widerstandsvermindernden Additiven in die Grenzschicht eines Wasserfahrzeuges, insbesondere eines Unterwasserfahrzeuges, wobei das Wasser der Umgebung des Wasserfahrzeuges über mindestens zwei im Bugbereich angeordnete Wassereintrittsöffnungen direkt entnommen wird, die Additive in einem oder mehreren im Wasserfahrzeug angeordneten Vorratsbehältern gelagert sind und die Lösung von einer Hauptrohrleitung über ein Verteilersystem an mehreren Austrittsöffnungen in der Außenhaut austritt, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Wassereintrittsöffnungen (2) mit der Hauptrohrleitung (5) verbunden ist, die eine an sich bekannte Zumischdüse (4) aufweist, und die übrigen Wassereintrittsöffnungen (3) mit jeweils einer Nebenrohrleitung (8) verbunden sind, die eine an sich bekannte, an einen Vorratsbehälter angeschlossene Zumischdüse (9) aufweist und daß die Nebenrohrleitungen (8) an die Zumischdüse (4) der Hauptrohrleitung angeschlossen sind.

2. Dosiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Vorratsbehälter eine oder mehrere elastische Wandungen aufweisen, auf die der statische Wasserdruck der Eintauchtiefe des Wasserfahrzeuges wirkt.

3. Dosiereinrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Anordnung des bzw. der Vorratsbehälter in einem gefluteten Raum des Wasserfahrzeuges.

4. Dosiereinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mehrere Hauptrohrleitungen (5) mit zugeordneten Nebenrohrleitungen (8), die an ein gemeinsames Verteilersystem geführt sind.

5. Dosiereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zumischdüsen (4, 9) nach dem Prinzip einer Wasserstrahlpumpe aufgebaut sind.

6. Dosiereinrichtung nach Anspruch 1, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß hinter jeder Zumischdüse (4,9) eine Mischstrecke (6,10) und ein Diffusor (7,11) angeordnet sind.