FI113255B - Laite virtauksen ohjaamiseksi - Google Patents

Description

113255

Laite virtauksen ohjaamiseksi - Anordning för strömningsstyrnmg

Esillä olevan keksinnön kohteena on laite uivien esineiden sivuitse tapahtuvan 5 virtauksen ohjaamiseksi, joka laite on yhdistetty uivan esineen runkoon ja johtaa virtauksesta riippuvia hydrodynaamisia voimia runkoon ja sisältää päävir-tauskappaleen, joka on vastaanvirtauspään alueella tylpempi kuin virtauksen poistopään alueella.

10 Tämän kaltaisia virtauksen ohjaamiseen käytettäviä laitteita käytetään esimerkiksi laivoissa kölin vakavointilaitteiden vakainosina tai laivan peräsimen siipinä. Laitteita tunnetaan useita sovellusmuotoja, ja ne on havaittu käytössä hyviksi jo usean vuoden ajan. Niiden avulla ei kuitenkaan pystytä täyttämään kaikkia niitä vaatimuksia, joita on asetettu suurten hydrodynaamisten virtausvoimien johtami-15 seksi uivaan esineeseen.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on siten tuottaa edellä mainitun kaltainen laite siten, että hydrodynaamisia ominaisuuksia saadaan edelleen parannetuksi.

20 Mainittu tavoite on esillä olevan keksinnön mukaisesti saavutettavissa sillä, että

• I

: virtaussuunnassa virtauksen poistopään taakse on sijoitettu sekundaarikappale, joka on varustettu läpivirtausvälyksellä ja joka on muodostettu virtauksen suun-taan nähden poikittaisen kääntöakselin suhteen kääntyväksi.

:·. 25 Mainitun kaltainen sekundaarikappale voidaan sijoittaa sekä siirrettävän että kiinteän päävirtauskappaleen alueelle kappaleiden muodostaessa virtausprofiilin.

• * ·

Yhdistämällä päävirtauskappale ja sekundaarikappale saadaan aikaan hydrody-naamisesti mahdollisimman tehokkaasti toimiva laite, joka on rakenteeltaan yk-; ” sinkertainen. Sekundaarikappale voidaan kiinnittää päävirtauskappaleeseen erit-’·' * 30 täin yksinkertaisella tavalla siten, että saadaan aikaan tiivis toteutusmuoto. Ra-: kenneosien vastaavalla suhteellisella järjestämisellä toisiinsa nähden voidaan :" *. saada aikaan suuri nostevaikutus.

Kääntöakseliin nähden symmetristä tehontuottoa saadaan tuetuksi siten, että : ·’ 35 sekundaarikappaleen poikkileikkauspinta rajoitetaan oleellisesti pyöreäksi. Periaatteessa voidaan myös käyttää hyväksi yleisesti pyöristettyjä poikkileikkauspintoja tai kahdesta virtausläpästä muodostettuja poikkileikkauspintoja.

113255 2

Taloudellista valmistustapaa tuetaan siten, että läpivirtausvälys on muodostettu pitkittäisraoksi sekundaarikappaleen sisään.

5 Suurempi jäykkyys saadaan aikaan siten, että pitkittäisrako jaetaan rakosegment-teihin.

Määriteltyjen ja toistettavissa olevien virtausolosuhteiden tuottamiseksi ehdotetaan, että sekundaarikappaleen sijoitus yhdistetään päävirtauskappaleen paikoituk-10 seen.

Liitoksen suositeltava rakenne saadaan aikaan tekemällä sekundaarikappaleen liitos päävirtauskappaleeseen sellaiseksi, että käännettäessä päävirtauskappaletta pääkääntöakselin suhteen sekundaarikappaleen kääntöliike kääntöakselinsa ympäri 15 tapahtuu suhteessa 1:1,5. Yleisesti ottaen myös suuremmat kääntöolosuhteet ovat toteutettavissa.

Voiman välitystä voidaan edelleen tasoittaa siten, että läpivirtausvälys sijoitetaan oleellisesti keskisesti poikkileikkauspinnan sisään.

20

Tavanomaisten hydrodynaamisten vaatimusten täyttämiseksi ehdotetaan, että päävirtauskappale ja sekundaarikappale kääntyvät oleellisesti samaan suuntaan.

• »

Lujuudeltaan hyvä, edullinen sovellusmuoto on toteutettavissa siten, että • · ..t 25 sekundaarikappale tehdään halkaistun teräsputken muotoiseksi.

• # * ’·' Liitännän luja toteutus saadaan aikaan siten, että päävirtauskappaleen liittäminen sekundaarikappaleeseen toteutetaan käyttämällä ainakin yhtä voimansiirtolaitetta; : '·· esimerkiksi voidaan käyttää kiertokankivoimansiirtoa.

•V': 30 : .·. Tyypillinen sovellus on sellainen, että sekundaarikappaleen ja päävirtauskappa- ,···. leen kääntökulmat on kytketty toisiinsa lineaarisesti.

Erityissovellusten kohdalla on myös mahdollista kytkeä sekundaarikappaleen ja : 35 päävirtauskappaleen kääntökulmat toisiinsa epälineaarisesti.

Piirroksissa on kaaviomaisesti kuvattu esillä olevan keksinnön mukaisia sovellus-esimerkkejä. Piirroksissa 113255 3 kuvio 1 on periaatteellinen kuvaus päävirtauskappaleen alueelle sijoitetusta ja virtaussuunnan suhteen käännetystä sekundaarikappaleesta; kuvio 2 on kuvaus kuvion 1 mukaisesta laitteesta alkutilassa; kuvio 3 on kuvaus kuvion 1 mukaisesta laitteesta vastakkaiseen 5 kääntökulmaan asetettuna; kuvio 4 on laitteen päällyskuva; kuvio 5 on yleiskuva kuvion 4 laitteesta katsesuunnassa V tarkasteltuna; kuvio 6 on poikkileikkaus kuvion 4 leikkauslinjalta VI-VI; kuvio 7 on sekundaarikappaleen poikkileikkaus kuvion 5 leikkauslinjalta 10 Vn-Vn; kuvio 8 on poikkileikkaus laitteesta, joka on virtaussuuntaan nähden varus tettu epäsymmetrisellä päävirtauskappaleella; kuvio 9 kuvaa sovellusmuotoa, jossa sekundaarikappale sisältää virtaus- suunnassa laajenevan läpivirtausvälyksen; 15 kuvio 10 kuvaa sovellusmuotoa, jossa päävirtauskappale ja sekundaarikappale peittävät paikoitellen toisensa; kuvio 11 kuvaa sovellusmuotoa, jossa sekundaarikappale on varustettu kahdella tasaisella virtausläpällä; ja kuvio 12 kuvaa laajentuvalla läpivirtausaukolla varustetun sekundaarikappa- 20 leen sisältävää sovellusmuotoa, jossa läpivirtausaukon sisään on . jäykisteeksi sijoitettu tukilistoja.

.···. Kuviossa 1 on päävirtauskappaleen 1 alueelle sijoitettu sekundaarikappale 2.

Päävirtauskappale 1 sisältää vastaanvirtauspään 3, joka on tehty tylpemmäksi 25 kuin virtauksen poistopää 4. Vastaanvirtauspäästä 3 poistopään 4 suuntaan suuntautuu virtaussuunta 5, joka toistaa päävirtauksen suuntausta päävirtauskappaleen 1 alueella. Päävirtauskappaleeseen 1 vaikuttaa vastaanvirtaus 6, jonka suhteen päävirtauskappale 1 sisältää kuvion 1 sovellusmuodossa asetuskulman 7. • “ Asetuskulman 7 perusteella vastaanvirtaus 6 käännetään päävirtauskappaleen 1 v · 30 alueella virtaussuuntaan 5.

.···. Sekundaarikappale 2 on kuvion 1 sovellusmuodon mukaisesti poikkileikkauk- ·’ seitaan 8 pyöristetty, ja se on varustettu läpivirtausvälyksellä 9. Sekundaari- ’···’ kappale 2 on käännettävissä kääntöakselin 10 suhteen ja asettuu säätökulmaan 11 : ’.· 35 virtaussuunnan 5 suhteen. Erityisesti on ajateltu sitä, että sekundaarikappale 2 on voimansiirron avulla liitettävissä päävirtauskappaleeseen 1 siten, että tietty asetus-kulma 7 johtaa automaattisesti ennalta määritettyyn säätökulmaan 11.

113255 4

Kuvion 1 sovellusmuodossa läpivirtausvälys 9 on sijoitettu symmetrisesti sekundaarikappaleeseen 2. Näin mahdollistetaan edullinen voiman välitys sekundaarikappaleen 2 sijoitusalueella.

5 Kuviossa 2 on nähtävissä kuvion 1 mukaisen laitteen asennus, jossa virtaussuunta 5 suuntautuu vastaanvirtauksen 6 suuntaisesti. Myös läpivirtausvälys 9 on kohdistettu läpivirtausakselin 12 kanssa virtauksen suuntaisesti 5.

Kuviossa 3 on kuvattu kuvion 1 mukaisen laitteen asennusta vastakkaisen asetus-10 kulman 7 ja sekundaarikappaleen 2 vastaavan suuntauksen kohdalla. Kuviossa 3 on kuvion 1 mukaisesti kuvattuna mukautuva hydrodynaaminen voimasuunta 13.

Päävirtauskappaleen 1 ja sekundaarikappaleen 2 yhdistelmän avulla voidaan esimerkiksi tuottaa merialuksissa käytettävä stabilointivakain tai rullavaimennu-15 sevä. Sekundaarikappale 2 voidaan esimerkiksi tehdä teräsputkesta, joka on varustettu pitkittäisellä raolla. Pitkittäisrako on sijoitettu symmetrisesti siten, että saadaan aikaan kahden symmetriseksi tehdyn ympyränsegmentin raja. Sekundaarikappaleen 2 liittämiseksi päävirtauskappaleeseen 1 voidaan esimerkiksi käyttää kiertokankivoimansiirtoa.

20 ··. Päävirtauskappaleen 1 ja sekundaarikappaleen 2 liitännän liikesuhde voidaan ’·, tasoittaa voimansiirron avulla. Asetuskulman 7 ja säätökulman 11 lukujen *... asetuskertoimena on edulliseksi osoittautunut noin arvo 1,5. Tarkoituksenmukai- * *. sesti arvo tulisi valita väliltä 1,2 - 1,8.

. ! ” 25 » ♦ Kääntämällä päävirtauskappaletta 1 pääkääntöakselinsa 14 ympäri ja sekun-daarikappaletta 2 kääntöakselinsa 10 ympäri saadaan aikaan samansuuntainen kääntöliike siten, että sekundaarikappaleen 2 tuloaukko 15 on yhä päävirtaus-• kappaleen 1 kulloisellakin yläpinnalla, joka suuntautuu päävirtauskappaleen 1 30 kääntymisestä johtuen poispäin vastaanvirtauksesta 6. Kuvatussa esimerkissä ’. asetuskulma 7 on noin 20° ja säätökulma 11 on noin 30°.

'; · Laitteen toiminta syntyy oleellisesti siitä, että siirrettäessä päävirtauskappaletta 1 sekundaarikappaleen 2 kuviossa 3 kuvattu segmentti 17 toimii kasvavan :35 säätökulman 11 kohdalla virtauksen suhteen yhä voimakkaammin sovittavana läppänä. Näin läpän toiminnan seurauksena saadaan aikaan suurempi noste. Säätökulman 11 kasvaessa myös läpivirtausvälys 9 kääntyy nosteen suunnassa voimakkaammin päävirtauskappaleen 1 yläpinnan 16 suuntaan. Näin poistopään 4 113255 5 alueella vettä poistetaan pyörrevyöhykkeeltä, ja alipainealue profiiliyläsivuna toimivalla yläpinnalla 16 suurenee. Vastaava segmenttiosaan 17 sijoitettu sekundaarikappaleen 2 segmenttiosa 18 sisältää kasvavan säätökulman 11, joka toimii vaimentavana pyrstöprofiilina lisäten nosteosuutta.

5

Segmenttikappaleiden 17, 18 symmetrisellä sijoituksella läpivirtausvälyksen 19 suhteen on vielä lisäksi etuna se, että kääntymisen tapahtuessa siirtoliikkeen aikana on käytettävä ainoastaan pientä kääntömomenttia, koska kääntöakselin 10 ulkopuolella vaikuttavat virtausvoimat eivät ala toimia.

10

Kuviossa 4 on päällyskuvana nähtävissä mahdollisuus sekundaarikappaleen 2 kiinnittämiseksi päävirtauskappaleen 1 alueelle. Mainittu sovellus on varustettu kahdella tukilistalla 19 ja yhdellä kantovarrella 20, jonka alueelle myös voi-mansiirtoliitos muodostuu.

15

Kuviossa 5 on kuvattuna sovellusmuoto, jossa läpivirtausvälys 9 on tehty rako-segmenteistä 21. Rakosegmenttien 21 väliin on kulloinkin sijoitettu yksi tukilista 22, joka yhdistää segmenttikappaleen 17, 18 jäykistävästi toisiinsa. Kuviosta 5 on myös havaittavissa, että tukilistat 19 on kiinnitysrenkaiden 23 alueella yhdistetty 20 sekundaarikappaleeseen 2. Pienen virtausvastuksen tukemiseksi tukilistat 22 on johdetty pyöristetysti segmenttiosien 17, 18 sivuihin.

Kuvioissa 6 ja 7 on kuvauksen havainnollistamiseksi edelleen kuvattu poikkileik-• \ kauksia. Kuviosta 8 käy ilmi, että on mahdollista käyttää virtaussuuntaan 5 _ ‘ ‘ 25 nähden epäsymmetriseksi tehtyä päävirtauskappaletta 1.

v ·’ Kuvion 9 sovelluksen mukaisesti läpivirtausvälys 9 on muodoltaan sellainen, että se laajenee päävirtauskappaleen 1 poistopäästä 4 lähtien. Tässä on erityisesti ajateltu sitä, että sovelluksessa poikkileikkaus ei laajene jatkuvasti, vaan siinä on 30 pyritty toteuttamaan progressiivinen poikkileikkauksen kasvu etäisyyden lisääntyessä poistopäästä 4. Poistopäästä 4 lähtien segmenttiosien 17, 18 kaarevat ;;; rajapinnat tuottavat siten läpivirtausvälyksensä 9 alueelle päin suuntautuvan rajan.

t : : Kuviossa 10 on nähtävissä muunnos, jonka mukaisesti päävirtauskappaleen 1 35 poistopää 4 suuntautuu sekundaarikappaleen 2 läpivirtausvälykseen 9. Vastakkaisen peiton mitoituksesta riippuen voidaan näin tosin saada aikaan toteutettavissa olevan säätökulman 11 pienentyminen virtauksen ohjauksen parantuessa kuitenkin edelleen.

113255 6

Kuvion 11 sovelluksen mukaisesti sekundaarikappaleen 2 segmenttiosat 17, 18 on tehty läppämäisiksi. Näin saadaan aikaan kaksoisläppä, joka vastaavan erillisen kääntöasetuksen kohdalla saa aikaan esiintyvien momenttien pienenemisen. Erityisesti on myös mahdollista tehdä segmenttiosat 17, 18 kaareviksi ja teroittaa 5 ne kärkien alueella edelleen paremman virtauksen ohjauksen aikaansaamiseksi. Kuviossa 11 kuvattu segmenttiosien 17, 18 läppämäinen muotoilu saa aikaan sen, että segmenttinä 17 kuvatun alemman läpän avulla tuotetaan virtauksen suunnan muutos siten, että poistovirtaus pysyy tasaisena. Näin saadaan aikaan kiertoliikkeen lisääntyminen ja indusoidun asetuskulman suureneminen segment-10 tiosassa 17. Kuviossa 11 ylemmäksi läpäksi tehty segmenttiosa 18 saa aikaan imusivun puoleisen virtauksen kiihtymisen päävirtauskappaleessa 1, jolloin ir-toamisvaara pienenee. Näin edistetään alipaineen jakaantumista. Kokonaisuudessaan näin saadaan aikaan ympärivirtauksen parantuminen ja pyörteiden tai vastaavasti virrattomien alueiden vähentyminen päävirtauskappaleen 1 alueella. Siten 15 voidaan välttää tai vähintään vähentää värähtelyjen syntymistä.

Kuviossa 12 on segmenttiosien 17, 18 vakauttamiseksi toisiinsa nähden sijoitettu läpivirtaus välyksen 9 alueelle tukilistoja 19. Kuten kuvion 5 sovelluksessakin, tukilistojen 19 etäisyys toisistaan on poikittaissuunnassa riittävä niin, että läpivir-20 tausta ei estetä.

I · · » · I * · t”:

Claims (14)

113255

1. Uivien esineiden sivuitse tapahtuvaa virtausta ohjaava laite, joka on yhdistetty uivan esineen runkoon ja johtaa virtauksesta riippuvia hydrodynaamisia 5 voimia runkoon ja joka sisältää päävirtauskappaleen, joka on vastaanvirtauspään alueella tylpempi kuin poistopään alueella, tunnettu siitä, että virtaussuunnassa (5) on poistopään (4) taakse sijoitettu sekundaarikappale (2), joka on varustettu läpivirtausvälyksellä (9) ja joka on muodostettu virtaussuuntaan (5) nähden poikittaisen kääntöakselin (10) suhteen kääntyväksi. 10

2. Anordning enligt patentkrav 1, kännetecknad av att genomskämingsytan :: 7 35 (8) är avgränsad tili väsentligt rund form.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että poikkileikkauspinta (8) on rajattu oleellisesti pyöreäksi.

3. Anordning enligt patentkrav 1 eller 2, kännetecknad av att genomström-ningsspalten (9) är bildad som en längsträckt spalt inne i sekundärstycket (2). 113255

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että läpivir-15 tausvälys (9) on muodostettu pitkittäiseksi raoksi sekundaarikappaleen (2) sisään.

4. Anordning enligt nägot av patentkraven 1-3, kännetecknad av att den läng-sträckta spalten är delad i spaltsegment (21).

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen laite, tunnettu siitä, että pitkit-täisrako on jaettu rakosegmentteihin (21).

5. Anordning enligt nagot av patentkraven 1-4, kännetecknad av att sekundär- styckets (2) placering är förenad med huvudströmningsstyckets (1) placering.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen laite, tunnettu siitä, että # sekundaarikappaleen (2) sijoitus on yhdistetty päävirtauskappaleen (1) ;·. sijoitukseen.

6. Anordning enligt nagot av patentkraven 1-5, kännetecknad av att sekun-därstyckets (2) förbindelse med huvudströmningsstycket (1) är utförd sä, att dä 10 huvudströmningsstycket (1) vrids runt sin huvudvridaxel (14) ästadkommer man sekundärstyckets (2) vridning i förhällandet 1:1,5 runt sin vridaxel (10).

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen laite, tunnettu siitä, että 25 sekundaarikappaleen (2) yhdistäminen päävirtauskappaleeseen (1) on tehty siten, ‘ että käännettäessä päävirtauskappaletta (1) pääkääntöakselinsa (14) ympäri saa- ’·' ’ daan aikaan sekundaarikappaleen (2) kääntyminen suhteessa 1:1,5 kääntöakse-linsa (10) ympäri. j : 30 7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen laite, tunnettu siitä, että \ läpivirtausvälys (9) on sijoitettu oleellisesti keskisesti poikkileikkauspinnan (8) ! sisään.

7. Anordning enligt nägot av patentkraven 1-6, kännetecknad av att genom-strömningsspalten (9) är anordnad väsentligt centralt inne i genomskämingsytan 15 (8).

8. Anordning enligt nägot av patentkraven 1-7, kännetecknad av att vridrikt-ningarna av huvudströmningsstycket (1) och sekundärstycket (2) är väsentligt lika-dana. 20

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen laite, tunnettu siitä, että päävir-i V 35 tauskappaleen (1) ja sekundaarikappaleen (2) kääntösuunnat ovat oleellisesti samanlaiset. 113255

9. Anordning enligt nägot av patentkraven 1-8, kännetecknad av att sekundär- ! ’ ,. stycket (2) är framställt som ett slitsat stälrör.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen laite, tunnettu siitä, että sekun-daarikappale (2) on tehty halkinaiseksi teräsputkeksi.

10. Anordning enligt nägot av patentkraven 1-9, kännetecknad av att huvud- ,.,,: 25 strömningsstyckets (1) koppling tili sekundärstycket (2) är utförd genom att använ- • · :. da ätminstone ett kraftöverföringsstycke. • 11. Anordning enligt nägot av patentkraven 1-10, kännetecknad av att vänd- ningsvinklama av sekundärstycket (2) och huvudströmningsstycket (1) är kopplade : 30 linjärt tili varandra. , ‘ , 12. Anordning enligt nägot av patentkraven 1-11, kännetecknad av att vänd- , · -, ningsvinklama av sekundärstycket (2) och huvudströmningsstycket (1) är kopplade ’ i icke-linjärt tili varandra. :.:7 35 · 13. Anordning enligt nägot av patentkraven 1-12, kännetecknad av att sekun därstyckets (2) genomströmningsspalt (9) utvidgas i en riktning bort frän huvudströmningsstycket (1). 113255

10. Jonkin patenttivaatimuksen 1-9 mukainen laite, tunnettu siitä, että päävir-5 tauskappaleen (1) kytkentä sekundaarikappaleeseen (2) on toteutettu käyttämällä ainakin yhtä voimansiirtokappaletta.

11. Jonkin patenttivaatimuksen 1-10 mukainen laite, tunnettu siitä, että sekun-daarikappaleen (2) ja päävirtauskappaleen (1) kääntökulmat on kytketty lineaarises- 10 ti toisiinsa.

12. Jonkin patenttivaatimuksen 1-11 mukainen laite, tunnettu siitä, että sekun-daarikappaleen (2) ja päävirtauskappaleen (1) kääntökulmat on kytketty toisiinsa epälineaarisesti. 15

13. Jonkin patenttivaatimuksen 1-12 mukainen laite, tunnettu siitä, että sekun-daarikappaleen (2) läpivirtausvälys (9) laajenee päävirtauskappaleesta (1) poispäin suuntautuvaan suuntaan.

14. Jonkin patenttivaatimuksen 1-13 mukainen laite, tunnettu siitä, että läpivir- tausvälystä (9) rajoittavat segmenttiosat (17, 18) on tehty läppämäisiksi. » ’ 25 1. Anordning för att styra strömningen förbi flytande föremäl, som är förenad med stommen av det flytande föremälet och leder strömningsavhängiga hydrodyna-miska krafter tili stommen och som innefattar ett huvudströmningsstycke, som är trubbigare inom motströmningsändens omräde än inom omrädet av utloppsänden, kännetecknad av att ett sekundärstycke (2) firms anordnat bakom utloppsänden (4) 30 i strömningsriktningen (5), som är utrustat med en genomströmningsspalt (9) och ·' som utförts vändbart i förhällande tili en vändaxel (10) tvärs över strömningsrikt- . ningen (5). » I

14. Anordning enligt nägot av patentkraven 1-13, kännetecknad av att seg-mentdelama (17, 18) som avgränsar genomströmningsspalten (9) är flänsartat utförda. (lii*