FI74920B - Foerfarande och system foer att minska rotationsmotstaondet i propeller. - Google Patents

Description

1 74920

Menetelmä ja järjestelmä potkurin pyörimisvastuksen pienentämiseksi Tämä keksintö koskee menetelmää aluksen potkurin pyörimisvastuksen pienentämiseksi siten, että potkurin imupuo-5 lelle syötetään tai muodostetaan kaasua. Keksintö koskee myös järjestelmää aluksen potkurin pyörimisvastuksen pienentämiseksi siten, että potkurin imupuolelle syötetään tai muodostetaan kaasua.

Jäissä kulkevan laivan potkurin pyörimisvastus eli pot-10 kurin liikettä vastustava momentti kasvaa ja potkurin kierrosluku alenee, kun jäät hidastavat laivan kulkunopeutta ja kun jääkappaleita joutuu potkuriin. Suuritehoisia diesel-moottoreita käytettäessä on maksimitehon saamiseksi moottorista kuitenkin tärkeää, ettei potkuriin kytketyn diesel-15 moottorin kierrosluku alene.

Aikaisemmin on tunnettua käyttää aluksissa säätösiipi-potkureita, joiden pyörimisvastusta voidaan pienentää pienentämällä potkurin lapojen nousukulmaa. Säätösiipipotkurit ovat kuitenkin kalliita ja niiden suuresta napakoosta ai-20 heutuu häviöitä. Jäät aiheuttavat ongelmia myös niiden lujuuden ja luotettavuuden suhteen. Erityisen haitallista on se, että kun jäissä kulkiessa pienennetään potkurin nousua, lavat kääntyvät lähes poikittain edestä tulevien jäiden suhteen, jolloin jääkuormat lapaa vasten kasvavat ja vai-25 kuttavat suunnassa, jossa lavan lujuus on vähäisin. Samalla lapojen välinen rako pienenee niin, että potkurin läpi lapojen välistä mahtuvat jääkappaleet vasta pieniksi murskautuneina. Laivaan aiheutuu tästä voimakkaita tärinöitä.

Samoin aikaisemmin on tunnettua käyttää esimerkiksi 30 sähköisiä, hydraulisia tai mekaanisia, kalliita voimansiirtojärjestelmiä, joiden avulla voidaan vaihdella moottorin ja potkurin kierrosnopeuksien suhdetta.

Tämän keksinnön tarkoituksena on pienentää säädettävästi, yleensä lyhyin jaksoin,jäissä kulkevan aluksen potkurivastusta 35 niin, ettei välityssuhteeltaan muuttuvia voimansiirtojärjestelmiä tai säätösiipipotkuria tarvittaisi jäissä kulkua varten, tai säätösiipipotkuria käytettäessä tehostaa säädön vaikutusta.

2 74920

Tunnetaan menetelmiä ilman tai muun kaasun johtamiseksi aluksen potkuriin, jotta kavitoinnista aiheutuvia haittoja, esim. melua ja eroosiota vähennettäisiin. Kavitaation synnyttämien höyrykuplien häviäminen aiheuttaa voimakkaita 5 paineiskuja. Potkuriin puhalletut kaasukuplat eivät kuitenkaan häviä paineen noustessa, vaan vain pienenevät joustavasti, jolloin paineiskut estyvät. On myös tunnettua johtaa ilmaa tai pakokaasua potkuriin superkavitoivilla potkureilla varustetuissa ja muissa nopeakulkuisissa pikaveneis-10 sä. Kaasun tarkoituksena on paitsi vähentää kavitaatiota, kompensoida liukuvan eli plaanaavan veneen potkurin eri suurta vesivastusta liu'ussa ja silloin, kun vene ei vielä ole noussut uppoumavaiheesta iiukuun.

Jäävahvistetut ja jääluokkaan rakennetut laivat ovat 15 kuitenkin huomattavasti raskaampia kuin tällaiset pikave-neet. Niiden potkuri on paksulapainen ja suunniteltu voimakkaita kuormituksia varten, kun taas pikaveneiden super-kavitoivat potkurit on muotoiltu aivan eri tavalla. Jäissä kulkeviksi tarkoitetuilla laivoilla niiden nopeuden ja ve-20 siviivan pituuden suhdetta kuvaava Frouden luku on pienempi kuin 0,5, kun se liukuvilla pikaveneillä on yli 1,0.

Tunnetaan myös menetelmiä, joissa ilmaa puhalletaan veteen laivan rungon ympärillä. Puhallus saa aikaan pystysuoran virtauksen, joka nostaa jäät pois rungon pinnalta ja 25 samalla ohjaa jäitä pois potkurilta. Järjestelmissä ei kuitenkaan puhalleta ilmaa potkurille, koska tätä on pidetty potkurin toiminnan kannalta haitallisena. Ilman syöttöä ei myöskään säädetä potkurin kierrosluvun tai vastuksen mukaan.

Tämän keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomais-30 ta se, että menetelmää käytetään jäissä kulkevassa laivassa vähentämään jäiden aiheuttamaa potkurin pyörimisvastuksen kasvua ja/tai kierrosluvun alenemista, joka aiheutuu laivan kulkunopeuden hidastumisesta jäissä kuljettaessa ja/tai potkuriin joutuneista jääkappaleista tai jäämassasta. Kaa-35 sun syöttöä voidaan lisätä jäiden aiheuttaman potkurin pyörimisvastuksen kasvaessa. Keksinnön mukaiselle järjestel-

II

3 74920 mälle on tunnusomaista se, että järjestelmä on sovitettu jäissä kulkevaan laivaan. Keksinnön mukaan saadaan potkurin pyörimisvastus pienenemään tehokkaasti erittäin yksinkertaisella tavalla, jonka toteutus tulee kustannuksiltaan 5 edulliseksi. Johtamalla potkurille kaasua voidaan potkurin vesivastus saada alenemaan esimerkiksi noin 50 %. Samalla potkurin työntö ja potkurin läpi virtaava vesimäärä vähenee, jolloin potkuriin kulkeutuu myös vähemmän vastustavia jäitä veden mukana. Tällöin sekundäärisenä etuna saadaan 10 mahdollisesti myös jäävastuksen väheneminen.

Kun kaasua johdetaan potkurille keksinnön mukaan, on tärkeää saada pääosa potkurin lavan imupuolen pinnasta peittymään kaasulla. Kaasukupla estää lavan imupinnan kontaktin veden ja jään kanssa ja vähentää alipainetta, jol-15 loin potkurin vastus vähenee. Säädön alkuvaiheessa, kun vastusta alennetaan ja kaasukupla ensin muodostetaan, on potkurille johdettava kaasua riittävästi, vähintään 0,5 %, mahdollisesti vähintään 1 % potkurin läpi menevästä vesimäärästä. Suurempikin kaasumäärä, 2 % saattaa olla tarpeel-20 linen. Kun kaasua on saatu potkuriin, se jää lapoihin kiinni ja kaasun syöttöä voidaan vähentää, niin että se vastaa potkurista poistuvaa kaasumäärää. Tällöin sopiva kaasumäärä on ehkä noin puolet aluksi tarvittavasta tai vähemmänkin.

Kaasun syöttö potkurille voidaan järjestää alkavaksi 25 esimerkiksi silloin, kun laivan käyttökoneen tehonsäädin siirtyy tietyn rajan ohi tehon noustessa. Syöttöä voidaan säätää myös anturin avulla, joka mittaa potkurin kierroslukua ja lisää syöttöä kierrosluvun laskiessa. Anturi voi olla myös potkurin vääntömomenttia mittaava, jolloin kaasua ale-30 taan syöttää vääntömomentin noustessa. Myös muunlaiset, esimerkiksi jään lähestymistä seuraavat anturit tulevat kysymykseen. Jotta kaasu saataisiin nopeasti potkurille ja sen vaikutus myös nopeasti lopetettua, sen syöttökohdan on oltava mahdollisimman lähellä potkuria.

35 Kaasua voidaan syöttää joko vain laivan pääpotkurille tai -potkureille tai myös ohjauspotkureille. Pääpotkurilla ____ I.

74920 4 tarkoitetaan tässä yhteydessä kaikkia niitä potkureita, joiden teho on vähintään puolet laivan suurimman potkurin tehosta. Ohjauspotkureiden teho on tätä pienempi.

Keksintöä ja sen yksityiskohtia selostetaan lähemmin 5 seuraavassa viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 esittää sivulta nähtynä laivan perää, missä keksintöä on sovellettu, kuvio 2 esittää sivulta nähtynä laivan perää, missä on käytetty toista keksinnön sovellutusta, 10 kuvio 3 esittää erästä sovellutusta keksinnön mukaises sa laivassa käytettävästä potkurista, kuvio 4 esittää samaa potkuria edestä nähtynä pystyleik-kauksena, kuvio 5 esittää keksinnön mukaisessa laivassa käytettä-15 vää suulakepotkuria sivulta nähtynä ja suulake leikattuna, kuvio 6 esittää samaa potkuria edestä nähtynä leikkauksena A - A ja kuvio 7 esittää kaaviollisesti sivulta nähtynä tunneli-perällä varustetun laivan perää, jossa keksintöä on sovel-20 lettu.

Kuvion 1 mukaisessa sovellutuksessa on laivan 1 rungon peräosaan järjestetty putkisto 2 ilman johtamiseksi potkurin 3 eteen sekä taakse. Putkistossa on venttiilit 4 ilmamäärän säätämiseksi. Potkurin eteen ilmaa johtavat putket avautu-25 vat laivan perärangan 5 takapintaan ja kalaraudan 18 yläpintaan sekä potkuriin. Peruutettaessa potkurin taakse ilmaa johtavat putket avautuvat peräsimen 6 etureunaan. Ilman syöttämiseksi putkistoon putkisto on varustettu puhaltimel-la 7 tai kompressorilla. Järjestelmä voi olla varustettu 30 myös paineilmasäiliöllä 16. Potkuri on kokonaan vedenpinnan WL alapuolella. Silloin kun laiva kulkee eteenpäin ja potkurin pyörimisvastusta on jäiden vuoksi alennettava, johdetaan ilmaa potkurin eteen, sen imupuolelle.

Kuviossa 2 on esitetty sovellutus, jossa ilma saadaan 35 moottorin 17 ahtimesta. Tämä on moottorin toiminnan kannal- 5 74920 ta edullista. Moottorin käyttötehon kasvaessa ahdin nimittäin pyrkii antamaan moottorille lisää ahtoilmaa, mitä se ei pysty käyttämään kierrosluvun pudotessa.

Kuvioissa 3 ja 4 on esitetty ratkaisu ilman johtamisek-5 si. Ilmaputki tulee potkurin 3 akselin 8 kautta potkurin napaan 9, mistä poraukset 10 johtavat kuhunkin lapaan. Kustakin porauksesta aukeaa aukkoja 11 lavan pinnalle.

Kuvioissa 5 ja 6 on esitetty keksinnön sovellutus suu-lakepotkurin yhteydessä. Potkuria 3 ympäröi laivan runkoon 1 10 kiinnitetty suulake 12. Suulakkeeseen johdetaan ilmaa ja siitä avautuu aukkoja 13 potkurin etupuolelle ja aukkoja 14 potkurin taakse.

Kuviossa 7 on keksintöä sovellettu tunneliperällä varustetussa laivassa, joka soveltuu kulkemaan matalissa ve-15 sistöissä. Laivan perässä laivan pohja kaareutuu potkurin yläpuolella ylös siten, että laivaa ympäröivän vesilinjan WL yläpuolelle muodostuu potkurin kohdalle suljettu tila 15, johon potkuri 3 osittain ulottuu. Kun ilmaa johdetaan tähän tilaan putkiston 2 kautta, potkurin lavat vievät ilmaa mu-20 kanaan myös vedenpinnan alle. Ilma voidaan ottaa suoraan ulkoilmasta, sillä suljetussa tilassa vallitseva alipaine imee sinne ilmaa putkiston 2 kautta ilman ulkoista paine-lähdettä silloin, kun venttiilit 4 ovat auki.

Keksintö ei rajoitu vain edellä esitettyihin sovellu-25 tuksiin, vaan se voi vaihdella monin tavoin patenttivaatimuksien puitteissa. Ilman asemesta potkurille voidaan johtaa muutakin kaasua, esimerkiksi laivan käyttömoottorin pakokaasua. Aukkojen asemesta voidaan käyttää myös sopivasti muotoiltuja uria kaasun johtamiseksi haluttuun kohtaan.

30 Kaasu voidaan johtaa potkurille myös erityisten laivan runkoon kiinnitettyjen ulokkeiden kautta, jotka samalla voivat ohjata jäitä pois potkurilta tai vettä potkurille. Mikäli laiva on varustettu kääntyvään kannattimeen laakeroidulla ohjauspotkurilla, voidaan kaasunsyöttökohtia sijoittaa tä-35 hän kannattimeen.

6 74920

Kaasun syötön säätö voi tapahtua automaattisesti tai manuaalisesti. Kaasun syöttö voi tapahtua sellaisenaan tai kaasun ja nesteen seoksena. Kaasu tai kaasun ja nesteen seos voi sisältää myös kiinteän aineen osasia. Kaasukuplia voi-5 daan muodostaa myös syöttämällä potkurille tai sen läheisyyteen kemikaalia, joka saa aikaan kaasun muodostumisen vedessä, tai fysikaalisin keinoin, esimerkiksi hajottamalla vettä siten, että veteen johdetaan sähkövirtaa.

s

II

Claims (19)

1. Menetelmä aluksen (1) potkurin (3) pyörimisvastuksen pienentämiseksi siten, että potkurin imupuolelle syötetään tai muodostetaan kaasua, tunnettu siitä, että 5 menetelmää käytetään jäissä kulkevassa laivassa (1) vähentämään potkurin pyörimisvastuksen kasvua ja/tai kierrosluvun alenemista, joka aiheutuu laivan kulkunopeuden hidastumisesta jäissä kuljettaessa ja/tai potkuriin joutuneista jääkappaleista tai jäämassasta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että kaasun syöttöä tai muodostusta säädetään jäiden aiheuttaman potkurin pyörimisvastuksen muuttuessa .

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, t u n -15 n e t t u siitä, että kaasun syöttöä tai muodostusta säädetään potkurin akselin (8) kierroslukua tai potkurin akse-limomenttia mittaavalla tai potkuria lähestyviä jäitä havaitsevalla anturilla.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, 20 tunnettu siitä, että kaasua syötetään tai muodostetaan potkurille (3) siten, että pääosa potkurin lapojen imupuolen pinnasta on kaasun peittämä.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että pyörimisvastuksen pienentämi- 25 seksi potkurille syötettävän tai muodostettavan kaasun ti- lavuusvirta on vähintään 0,25 %, sopivimmin vähintään 0,5 %, erityisesti vähintään 1 % potkurin läpi täydellä teholla virtaavan veden tilavuusvirrasta.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, 30 tunnettu siitä, että potkurille syötettävä kaasu on ilmaa tai pakokaasua.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että potkurille johdetaan ilmaa kompressorin, puhaltimen, paineilmasäiliön, käyttökoneen 35 ahtimen tai potkurin imun avulla.

7 74920

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kaasua muodostetaan potkurin 8 74920 kohdalla tai sen läheisyydessä kemiallisin tai fysikaalisin keinoin, esimerkiksi sähkövirran avulla.

9. Järjestelmä aluksen (1) potkurin (3) pyörimisvas-tuksen pienentämiseksi siten, että potkurin imupuolelle 5 syötetään tai muodostetaan kaasua, tunnettu siitä, että järjestelmä on sovitettu jäissä kulkevaan laivaan (1).

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että kaasun syöttö tai muodostus on säädettävissä jäiden aiheuttaman pyörimisvastuksen mukaan.

11. Patenttivaatimuksen 9 tai 10 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että kaasunsyöttökohta tai -kohdat sijaitsevat kohdassa, mistä kaasu vesivirran mukana kulkeutuu potkuriin, ja sen tai niiden etäisyys potkurista on korkeintaan neljä kertaa, sopivimmin korkeintaan kaksi kertaa 15 potkurin (3) halkaisijan mitta, erityisesti korkeintaan yhtä suuri kuin potkurin halkaisija.

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että kaasunsyöttokohtia (11) on sijoitettu potkurin (3) lapoihin ja/tai lapojen juureen ja/tai potkurin 20 napaan.

13. Patenttivaatimuksen 11 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että kaasunsyöttokohtia on sijoitettu potkurin (3) eteen laivan runkoon tai perärankaan (5) ja/tai potkurin alapuolelle laivan kalarautaan (15).

14. Patenttivaatimuksen 11 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että kaasunsyöttokohtia on sijoitettu kiinteään tai liikkuvaan potkuriakselin kannattimeen.

15. Patenttivaatimuksen 11 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että kaasunsyöttokohtia (13, 14) on 30 sijoitettu potkuria (3) ympäröivään suulakkeeseen (12).

16. Patenttivaatimuksen 11 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että kaasunsyöttokohtia on sijoitettu laivan (1) rungon ulokkeisiin, jotka on sijoitettu siten, että ne ohjaavat jääkappaleita pois potkurilta.

17. Jonkin patenttivaatimuksen 11-16 mukainen järjes telmä, tunnettu siitä, että kaasunsyöttokohtia on sijoitettu peruutusta varten potkurin taakse, esimerkiksi peräsimeen (6). Il 9 74920

18. Patenttivaatimuksen 9 mukainen järjestelmä, joka on sovitettu tunneliperällä varustettuun laivaan, jossa potkuri (3) on osittain laivaa ympäröivän vedenpinnan (WL) yläpuolella laivan pohjan alla olevassa suljetussa tilassa 5 (15), tunnettu siitä, että laiva on varustettu välineillä (2, 4) kaasun syöttämiseksi mainittuun suljettuun tilaan (15) laivan pohjan alla.

19. Jonkin patenttivaatimuksen 9-18 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että kaasua syötetään tai 10 muodostetaan laivan pääpotkurille tai -potkureille ja/tai pienempitehoisille ohjauspotkureille. 10 74920