NO162655B

NO162655B - Innretning i fluidtrykkgeneratorer.

Info

Publication number: NO162655B
Application number: NO85853768A
Authority: NO
Inventors: Philip Jochum
Original assignee: Philip Jochum
Priority date: 1984-01-26
Filing date: 1985-09-25
Publication date: 1989-10-23
Also published as: SE8400381L; WO1985003270A1; NO853768L; NO162655C; JPS61501018A; AU3881785A; DE3569497D1; SE443545B; EP0201500B1; US4648788A; SE8400381D0; EP0201500A1

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en innretning i fluidtrykk-generatorer, innbefattende et ringformet hus som er omkretsmessig montert og drevet i en gjennomstrømningskanal, hvor husets indre flate danner del av veggen til gjennomstrømnings-kanalen og er anordnet med et antall propellskovler som fremspringer radielt innad inn i fluidstrømningskanalen, og som er anordnet til å bli dreid samtidig ved hjelp av deres individuelle akseltapper via en reguleringsmekanisme som er uavhengig av driften av det ringformede hus.

I propellmekanismer for fremdrift, styring og posisjonering

av f. eks. skip og oljerigger, er krafttapene betraktelige.

For å kompensere for slike krafttap, som har mange årsaker, er

det nødvendig å overdrive dimensjonene til propellen og dens drivmaskin som resulterer i høye kostnader.

Ved å bruke en dyse kan virkningsgraden til propellmekanismen

som regel økes. Dette er på grunn av konsentrasjonen til den drevne strømning ved dysen. Imidlertid er vinningene i stor ut-strekning møtt ved ulempene forårsaket ved nødvendigheten av å forsyne dysen med akselstøtter og med lagre som støtter propellen og disse komponentene sammen med propellnavet resulterer i betraktelige tap på grunn av friksjon når vannet strømmer gjennom dysen.

Andre betraktelige krafttap bevirkes ved resirkulering eller turbulent fluidstrømning fra trykksiden av propellskovlene rundt spissene eller endene av disse mot sugesiden av skovlen. På

grunn av nødvendigheten av å tilrettelegge noen klaring mellom propellskovlespissene og den indre vegg av dysen, vil denne type krafttap forbli i propellmekanismer utstyrt med dyser.

Ringformede propellmekanismer som er periferimessig oppstilt og drevet er kjent fra f. eks. U. S pat. 2605606 . Disse mekanismer er ment for fremdrift og kanalstyresystemer i skip. Fordi propellen, som ovenfor nevnt, er montert ved periferien av gjennom-strømningskanalen, er tapene deri på grunn av friksjon små.

En ulempe som er iboende i denne type konstruksjon er at det ringformede hus danner praktisk talt hele veggen av gjennomstrøm-ningskanalen og roterer følgelig sammen med propellskovlene. Som et resultat skjer en samtidig rotasjon av store vannmasser i gjennomstrømningskanalen med derav følgende betraktelige virk-ningsgradstap og effekttap.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en anordning i fluidtrykk-generatorer som er omkretsmessig montert og drevet i en gjennomstrømningskanal, og som er spesielt be-regnet på fremdrift, styring og posisjonering av skip og annet offshoreutstyr, der innretningen reduserer til et minimum de iboende ulemper med de tidligere kjente mekanismer. Innretningen av den innledningsvis nevnte art er i samsvar med oppfinnelsen kjennetegnet ved at den største bredde til propellskovlene overskrider flere ganger bredden av den del av det ringformede hus som danner del av veggen til gjennomstrømningskanalen.

Oppfinnelsen vil beskrives i nærmere detalj i det følgende med henvisning til en utførelse av denne, vist i de vedlagte tegn-inger, hvor: Fig. 1 er et perspektiv riss av en fluidtrykkgenerator i

samsvar med oppfinnelsen i et delvis bortbrutt snitt,

Fig. 2 er et enderiss av fluidtrykkgeneratoren med deler brutt

bort,

Fig. 3 illustrerer i en forstørret målestokk et imaginært, av-trappet lengdesnitt gjennom fluidtrykkgeneratoren, Fig. 4 er et planriss av en reguleringsmekanisme for styring av størrelsen og retningen på trykk-kraften, Fig. 5 er et tverrsnittsriss som skjematisk illustrerer front-en av et skip utstyrt med en fluidtrykkgenerator i samsvar med oppfinnelsen, og Fig.. 6 viser skjematisk den del av et skipslegeme som er under vann-nivået og utstyrt med flere fluidtrykkgeneratorer i samsvar med oppfinnelsen.

Trykkgeneratoren er konstruert for å generere en fluidstrøm-ning i en gjennomstrømningskanal 1 hvor retningen i kanalen og kraften avhenger av skråstillingen eller stigningen til de seks propellskovler 2, som blir omkretsmessig drevet i gjennom-strømningskanalen 1. Propellskovlene er dreibart montert ved hjelp av akseltapper 3 (se fig. 2 og 3), i et ringformet hus 4, hvor den indre overflate av dette danner del av veggen til gjennomstrømningskanalen 1. Det ringformede hus 4 er dreibart montert mellom to rørhus 5 og 6, som danner resten av gjennom-strømningskanalen 1.

Det ringformede hus 4 er oppstilt mellom rørhusene 5 og 6 ved hjelp av skrått forløpende valser 7 (se fig. 3) som ved hjelp av tapper 8 mottas i innsnitt 9 i huset 4. Valsene 7 er bragt i avstand fra hverandre med lik delingsavstand, seks på hver side av det ringformede hus 4, og ligger an mot skrå lagerbaner 10 i rørhusene 5,6. Skråstillingen til valsene 7, er anordnet for å sikre at deres kontaktpunkter mot lagerbanen 7 i rør-huset 5 er plassert motsatt deres kontaktpunkter mot lagerbanen 10 i rørhuset 6 (se fig. 4).

Propellskovlene 2, som er montert i det ringformede hus 4 ved hjelp av akseltapper 3 er ikke dreibart sikret til tannhjul 11 på deres ytre flate ved hjelp av en skrue. Tannhjulene er vinkelmessig sammenkoblet i par via et mellomtannhjul 12 som er dreibart montert i det ringformede hus 4. Tannhjulene 11,

12 er sammenkoblet i grupper av tre og danner tre grupper arran-gert ved lik deling og er montert i forsenkninger langs det ringformede hus 4. Radielt utvendig av tannhjulene er det anordnet en tannhjulskrans 13 som er sikret til det ringformede hus 4 mellom de tre grupper av sammenkoblede tannhjul. En vinkelformet drivinnretning 15 tilknyttet en drivaksel 14 gjør inngrep med tannhjulskransen 13.

Når drivakselen 14 dreies vil det ringformede hus 4 dreies via vinkelstyreinnretningene 15 og tannhjulskransen 13 relativt til rørhuset 5,6. De sistnevnte er formet med flensdeler 5', 6' henholdsvis, på hvilke det er anordnet et deksel 16. Rommet på innsiden av dekselet 16 kan være delvis eller fullstendig fylt med olje for å smøre lagrene og tannhjulene. Mellom de to flensdeler 5' og 6' forløper stenger 16' som er justerbare ved hjelp av muttere for å innstille lagerklaringen, dvs. klaringen mellom valsene 7 og lagerbanene 10.

Under dreining av det ringformede hus 4, genererer propellskovlene 2 en vannstrøm gjennom gjennomstrømningskanalen 1 som er avhengig av rotasjonshastigheten og skråvinkelen på propellskovlene 2. Skråstillingen kan justeres simultant for alle seks propellskovler 2 via en reguleringsmekanisme innbefattende komponenter som dreier sammen med det ringformede hus 4, såvel som komponenter som er sikret til flensdelene 5' og 6' henholdsvis.

Følgelig er det på hver side av hver gruppe av de tre tannhjul 11, 12 og tvers over det ringformede hus 4, et spor 17 i hvilke en tannstang 18 kan forløpe med sine tenner i inngrep med tannhjulet 11. Tannstangen 18 er vesentlig kortere enn sporene 17 som forløper i hovedsak tvers over hele den ytre flate av det ringformede hus 4 og følgelig kan stagene forskyves over en betraktelig avstand i innbyrdes motsatte retninger mens det simultant innstiller posisjonen til propellskovlene 2.

Løperinger er montert på hver side av tannhjulskransen 13 koak-sielt omkring det ringformede hus 4. En av ringene 19 er forbundet med de tre tannstenger 18 som er plassert mot en side av de tre grupper tannhjul 11, 12, et i dreieretningen mens den andre løpering 19 er forbundet med de gjenværende tre tannstenger 18 som er plassert på motsatt side av gruppen med tannhjul. Ved simultant å forskyve disse løperinger 19 mot eller bort fra hverandre, vil propellskovlene 2 bli gjeninnstilt samsvarende. Hver løpering 19 er forsynt med et radielt spor 19', i hvilke det samvirker følgeinnretninger 20 innbefattende tapper. Disse følgeinnretningene 20 er montert for forskyvning på skruespindler 21 på en slik måte at følgeinnretningene 20 som er forbundet til en av løperingene 19 ved hjelp av en spor og tapp-ring er forbundet til skruespindlene 21 ved hjelp av en venstre-håndsgjenge 22, mens følgeinnretningene 20 som er forbundet ved hjelp av en spor og tappkopling til den andre løpering 19, er forbundet med skruespindlene 21 via en høyrehåndsgjenge 23.

Ved dreining av skruespindlene 21 simultant i en retning kan løperingene 19 således forskyves mot og bort fra hverandre og forskyves i den motsatte retning ved å dreie skruespindlene i motsatt retning. Skruespindlene 21 er opplagret ved hjelp av lageret 24 i flensdelene 5', 6' på en slik måte at noen klaring er tilveiebragt som tillater justering av lagerklaringen mellom lagerbanene 10 av de to rørhus 5 og 6, og valsene 7 via stengene 16' .

Antallet av skruespindler 21 kan være 2 eller fler, og de er bragt i avstand fra hverandre med like avstander ved lik deling i forhold til løperingene 19. via tannhjul 25 er skruespindlene 21 forbundet til en andre tannhjulskrans 26 som forløper sirku-lært langs en flensdel 6' og som er sikret til den sistnevnte ved hjelp av en spor og tappkobling 27 og 28 henholdsvis, som tillater forskyvning av tannhjulskransen 26 relativt til flensdelen 6', over et forutbestemt gradantall som gjennom egnet styring av skruespindlene 21 tilveiebringer tilstrekkelig be-vegelse for å gjeninnstille posisjonen av propellskovlene 2. Innstillingen av girtannkransen 26 bevirkes via en tannstang 29 som er forbundet til en posisjoneringsinnretning, ikke vist,

og som er anordnet til å bevege seg tangensielt mellom føringene 29' i dekselet 16 og flensdelen 6'.

Når tannstangen 29 opereres, dreier tannhjulskransen 26 seg relativt til flensdeien 6'. Tannhjulskransen 26 dreies så skruespindlene 21, hvilket resulterer i en samsvarende forskyvning av følgeinnretningene 20 og løperingene 19. Tannstengene 18 festet til disse dreier så tannhjulene 11, 12 og skråstillingen av propellskovlene 2 blir endret. Fordi mange skruespindler

21 påvirker løperingene 21 simultant ved ekvidistante punkter og

fordi den tilknyttede tannhjulsgruppe 11, 12 er simultant på-virket i to motsatte retninger, er risikoen for at mekanismen vil knipe minimalisert og samtidig virkning på alle propellskovlene 2 ved innstillingskraft av lik størrelse sikres.

Reguleringsmekanismen omtalt i det foregående gjør det mulig å innstille propellskovlene 2 hurtig og nøyaktig uavhengig av dreiningen på det ringformede hus 4, hvilket gjør trykkgeneratoren svært egnet for bruk i styretunneler i skip. Ved å justere innstillingen til propellskovlene 2 kan størrelsen og retningen på trykk-kraften varieres fritt innenfor trykkstrøm-ningskanalen 1 samtidig som det opprettholdes en jevn rotasjons-hastighet som er fordelaktig for drivmotoren (ikke vist).

Fig. 5 viser fluidtrykkgeneratoren i samsvar med oppfinnelsen når montert i en styretunnel 60 som forløper tvers over baugen til et skip 31.

Konvensjonelle propellsystemer for dette formål innbefatter vanligvis en propell som er opplagret i sentret av styre-tunnelen og som drives av en veivaksel, hvor propellen vanligvis er av den type som har justerbare propellskovler. En betraktelig del av gjennomstrømningsarealet til en styretunnel okkuperes av drivakselen og propell-lagrene med resulterende tap av kraft. Uten betraktelige kostnader er det heller ikke mulig å fremstille en symmetrisk styretunnel som sikrer at strømningsbetingelsene er like i begge retninger, hvilket betyr at trykk-kraften er noe lavere i en retning.

Fig. 6 viser skjematisk et skip 32 som er utstyrt med seks fluidtrykk-generatorer 33 i samsvar med oppfinnelsen for det formål av å drive skipet og å styre det. På grunn av den symm-etriske plassering av trykk-generatorene 33 rundt det under-sjøiske nivå av skipets skrog, kan skipet drives uten hensyn til retningen forover og akter, hvilket gjør den egnet for bruk som en ferje, f. eks. Ved hjelp av de to på tvers forløpende trykk-generatorer 33 blir det mulig a kompensere for strømninger når man krysser f. eks. en innsjø eller en elv uten å endre skipets kurs, dvs. dens lengderetning, hvilket gjør det lettere å operere skipet.

Siden ingen komponenter, unntatt propellskovlene 2, er tilstede

i gjennomstrømningskanalen 1 er tapene forårsaket av friksjon lite. I tillegg er propellskovloverflaten ved sitt maksimum nær inn-til veggen av gjennomstrømningskanalen 1 hvor vanntrykket under skipsbevegelser er ved sitt maksimum og klaringen mellom denne vegg og omkretskanten av skovlene kan gjøres liten. Dette betyr at trykktapene over disse partier blir små sammenlignet med til-fellet av konvensjonelle propeller som blir drevet ved deres senter. Videre behøver ikke det ringformede hus 4 tilvirkes bredere i gjennomstrømningskanalen 1 enn akseltappene 3. Den største bredde b (se fig. 3) til propellskovlene 2,overskrider faktisk flere ganger - f. eks. 10 til 12 ganger - bredden a av det parti av det ringformede hus 4 som utgjør en del av veggen til strømningskanalen 1. Dette betyr at de roterende flater som ikke genererer fremdriftskraft kan gjøres små. Ellers bevirker disse overflater dreining av vannmassene i en gjennomstrømningskanal eller omkring en konvensjonell propell og denne dreining genererer ingen fremdriftskraft, men senker virkningsgraden til propellen.

Alle disse ulike faktorer tilveiebringer til sammen svært for-delaktige driftsbetingelser i trykkgeneratorer omtalt i det foranstående. Det er ingen fare for kavitasjon under normale betingelser. Derfor er trykk-generatoren blitt svært effekt-iv i forhold til sine dimensjoner.

På grunn av den skrå forlengelsen av valsene 7 og deres akseltapper 8, absorberer de både radielle såvel som aksielle kref-ter fra det ringformede hus 4. Ringformede hus kan anordnes i gjennomstrømningskanaler 1 av større eller mindre diametere på samme måte ved å bruke et større eller mindre antall valser 7.

Oppfinnelsen er ikke begrenset til den utførelse beskrevet og vist heri, eller til bruk i de foreslåtte anvendelser, men mange modifikasjoner av oppfinnelsen og andre felter for anvendelsen er mulig innenfor rammen av de vedlagte krav. F. eks. kan driften av det ringformede hus 4 utføres av andre innretninger, slik som gjennom rettfortannede tannhjul, kjeder eller belter. Reguleringsmekanismen for å innstille posisjonen av propellskovlene, kan bygges på mange forskjellige måter, f. eks. via en veiv eller en sentrisk kam-mekanisme og ved hjelp av hydrau-lisk eller pneumatisk opererte posisjoneringsinnretninger. Trykk-generatoren kan brukes som en pumpe som tillater regul-ering av strømninger og strømretninger. Gjennomstrømningskanalen 1 kan også være forsynt med føringer/skinner, som i og for seg er kjent, ved hjelp av hvilke dreiningen av vannstrømmen i kanalen 1 kan reduseres betraktelig.

Claims

1. Innretning i f luidtrykk-generatorer innbefattende et ringformet hus (4) som er omkretsmessig montert og drevet i en gjennomstrømningskanal, hvor husets indre flate danner del av veggen til gjennomstrømningskanalen (1) og er anordnet med et antall propellskovler (2) som fremspringer radielt innad inn i fluidstrømningskanalen (1), og som er anordnet til å bli dreid samtidig ved hjelp av deres individuelle akseltapper (3) via en reguleringsmekanisme (11,12,18,19,20,25,

29) som er uavhengig av driften av det ringformede hus (4), karakterisert ved at den største bredde (b) til propellskovlene (2) overskrider flere ganger bredden (a) av den del av det ringformede hus (4) som danner del av veggen til gjennomstrømningskanalen (1).

2. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at akseltappene (3) er innbyrdes sammenkoplet ved hjelp av en samroterende tannmekanisme (11,12) som er plassert langs den sylindriske flate av det ringformede hus (4), hvilke tannmekanisme (11,12) er forbundet med stasjonære innstillingsinnretninger (25,29) for skovlstigningen ved hjelp av løperlnger (19) og følgerinnretninger (20).

3. Innretning ifølge krav 1, karakterisert ved at akseltappene (3) er innbyrdes sammenkoplet ved hjelp av en samroterende eksenter-føringsinnretning' plassert langs den sylindriske flate av det ringformede hus (4), hvilke føringsinnretninger er forbundet til stasjonære innstillingsinnretninger (25,29) ved hjelp av løperinger (19).

4. Innretning ifølge krav 2, karakterisert ved' at innstillingsinnretningene (25,29) er koplet til løperingene (19) ved hjelp av en eller flere skruespindler (21) og følgerinnretninger (20) og er anordnet til under rotasjon av nevnte skruespindler (21) å bevirke forskyvning av følgerinnretningene (20), hvor de sistnevnte er forbundet med løperingene (19) via en tapp- og sporkopling, hvor løperingene (19) i sin tur er anordnet til å bevirke gjeninnstilling av posisjonen til propellskovlene (2) via tannmekanismen (11,12).

5 . Innretning ifølge et eller flere av de foranstående krav, karakterisert ved at ved hjelp av ruller (.7') anordnet på tapper (8) er det ringformede hus (4) montert i forhold til rørhusene (5,6) som danner resten av gjennom-strømningskanalen (1) på en slik måte at lagerklaringen kan Justeres ved hjelp av stenger (16) for justering av avstanden mellom rørhusene (5 og 6 henholdsvis) og det mellomliggende ringformede hus (4).

6. Innretning ifølge krav 5, karakterisert ved at tappene (8) som tjener som rotasjonsaksler for rullene (7) er plassert på en slik måte at akslene forløper ved en skråvinkel i forhold! til lengdeaksen av gjennomstrøm-ningskanalen (J!);..