NO310607B1 - Elektromotordrevet vannjet-fremdriftssystem - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører et vannjet-fremdriftssystem for et sjøfartøy omfattende et generelt hult ytterhus med en innløpsende og en utløpsende, festedeler på ytterhuset, for fastgjøring av ytterhuset til et sjøfartøyskrog, en ringformet stator ordnet inne i ytterhuset, en kraftkilde for overføring av elektrisk strøm til statoren, et nav som er sentralt innplassert i ytterhuset og fastgjort til dette for vanngjennomstrømning, og en skovlhjulenhet som er roterbart opplagret i ytterhuset og navet. Skovlhjulenheten omfatter en rørformet kappe som strekker seg gjennom den ringformede stator, et skovlhjul som er fastgjort til den rørformete kappen og som omfatter et antall skovlhjulblader, og en ringformet rotor som er montert rundt den rørformete kappen og innvendig i den ringformede stator, slik at rotasjon av skovlhjulenheten frembringer en trykksatt vannstrøm gjennom ytterhuset fra innløpsenden til utløpsenden.

Vannjet-fremdriftssystemer tjener ofte som hoved-drivkraft for hurtiggående motorkryssere, kommersielle båter og marinefartøyer. Hovedprinsippet for vannjet-frem-drif t tilsvarer det for et fremdriftssystem av propelltype. Drivkraften frembringes ved at vannet tilføres be-vegelseskraft ved at en viss vannstrøm aksellereres i akterretning. Fra undersiden av fartøyet fremføres vann gjennom en innløpskanal til en ombordværende pumpe som bringer vannet under trykk. Trykket utnyttes for å øke hastigheten, når vannet strømmer gjennom en utløpsdyse til det omgivende atmosfærestrykk. Styrings- og reverserings-krefter fremkalles ved avbøyning av utløpsstrømmen ved bruk av en strømavbøyerskovl som vanligvis styres hydraulisk. Vannjetsystemet er typisk innmontert i fartøyshekken i en høyde som gjør det selvfyllende ved aktivisering og gir maksimal drivkraft.

Av fordelene med vannjet-fremdrift kan nevnes redu-sert støy, forbedret manøvrerbarhet, beskyttet fremdrifts-installasjon og grunt dypgående. Ved vannjet-fremdriftssystemer er brennstofforbruket ofte gunstigere enn ved tradisjonelle, under-kaviterende propeller ved hastigheter over 20-25 knop, avhengig av fartøystypen.

Fig. 1 viser skjematisk en typisk vannjet-installa-sjon av kjent art. Det kjente vannjet-fremdriftssystem ifølge fig. 1 krever en kraftkilde, f.eks. en dieselmotor, dampturbin eller gassturbin P som innmonteres nær vannjet-skovlhjulet I. Kraftkilden P må dessuten være mekanisk forbundet med skovlhjulet I ved hjelp av en drivaksel D og gjennom en gearkasse og kopling T. Drivakselen D må være anordnet i vannstrømledningen C med derav følgende, for-styrrende innvirkning på vannstrømmen. I tillegg behøves pakninger rundt drivakselen D, der hvor denne passerer gjennom sideveggen av vannstrømledningen C. Derved be-grenses mulighetene for utforming av det fartøy hvori et slikt system installeres. Ved en anordning av denne type må størstedelen av drivsystemets tyngde plasseres i fartøyets akterende, og pumpesenterlinjens beliggenhet bestemmes av fremdriftskomponentenes størrelse.

Det er fremdeles et behov for et vannjet-fremdriftssystem som hverken krever innmontering av en drivaksel i vannstrømledningen eller bruk av pakninger i tilknytning til en drivaksel som er innført gjennom vannstrømledningens sidevegger. Videre er det et behov for et vannstrøm-fremdriftssystem som kan anbringes under fartøyets statiske vannlinje i det nivå som er mest praktisk for selvfylling og effektiv fremdrift og som ikke krever at en motor eller turbin plasseres i umiddelbar nærhet av fremdriftssystemet. Vannjet-fremdriftssystemet ifølge oppfinnelsen vil imøtekomme disse behov.

Foreliggende oppfinnelse er kjennetegnet ved at en stator og en rotor er ordnet rundt en rørformet kappe, hovedsaklig fullstendig foran skovlhjulblader, hvorved den rørformete kappen danner et sugerør.

Foretrukne utførelser av foreliggende oppfinnelse er kjennetegnet ved de uselvstendige kravene 2 til 12.

Ved anvendelse av teknologi for innkapslede elektro-motorer er det ifølge oppfinnelsen dermed frembrakt et vannjet-fremdriftssystem for et sjøfartøy. Vannjet-fremdriftssystemet omfatter et generelt hult ytterhus som fastgjøres til fartøyskroget. I ytterhuset inngår en innløpsende og en utløpsende. En ringformet stator er innmontert i ytterhuset. Det er anordnet midler for overføring av elektrisk strøm til statoren. En skovlhjulenhet er dreibart opplagret i ytterhusets hule del. I skovlhjulenheten inngår et sugerør som strekker seg gjennom den ringformede stator og er dreibart i forhold til denne. Et skovlhjul er forbundet med sugerøret. En ringformet rotor er montert rundt sugerøret og innplassert i den ringformede stator, for å danne en elektromotor. Når statoren tilføres strøm, vil rotoren rotere og derved dreie sugerøret og skovlhjulet, slik at det ledes en trykkvann-strøm gjennom ytterhuset fra innløpsenden til utløpsenden.

Sugerøret omfatter fortrinnsvis en fremre ende og en bakre ende. Den fremre ende er slik plassert at det dannes en fremre spalte i forhold til ytterhuset, og den bakre ende er slik plassert at det dannes en bakre spalte i forhold til ytterhuset. Den fremre spalte og den bakre spalte står i forbindelse med hverandre og danner en vannsirkulasjonskanal mellom rotoren og ytterhuset. Den fremre spalte befinner seg fortrinnsvis på skovlhjulets innerside og den bakre spalte fortrinnsvis på skovlhjulets ytterside. Når skovlhjulet roterer, vil vanntrykket være høyere ved ytterhusets utløpsende enn ved innløpsenden. Fra sonen med det høyere trykk ved den bakre spalten vil vann strømme til sonen med det lavere trykk ved den fremre spalte og derved avkjøle motoren.

Fortrinnsvis er minst ett vannkjølt hardflatelager montert på ytterhuset og skovlhjulenheten og innplassert i vannsirkulasjonskanalen, for dreibar opplagring av skovlhjulenheten.

I en annen utførelsesform ifølge oppfinnelsen er vannjet-fremdriftssystemet forsynt med et nav som er sentralt innmontert i ytterhuset og fastgjort til dette. I forhold til vannstrømningsretningen er navet plassert enten foran eller bakenfor skovlhjulet, slik at vannet som strømmer fra ytterhusets innløpsende til utløpsende, må passere navet. En seksjon av skovlhjulenheten kan være dreibart opplagret på navet. Navet kan være fastgjort til ytterhuset gjennom én eller flere strømretterskovler, for-virvlingsskovler eller strevere.

Ved en versjon ifølge oppfinnelsen overføres elektrisk strøm til rotoren som derved danner en synkronmotor. En mindre induksjonsmagnetiserer/generator som er montert på en annen seksjon av skovlhjulenheten, fungerer som en magnetiserer for levering av elektrisk kraft til rotoren. Rotoren i magnetiserer/generatoren er elektrisk forbundet med motor-rotoren.

I skovlhjulenheten inngår fortrinnsvis en generelt hul aksel som er dreibart opplagret i navet. Akselen innbefatter en åpning til den hule del på skovlhjulets inn-taksside. På skovlhjulets utløpsside avgrenser et andre bakendeparti av sugerøret en navspalte i forhold til navet. Navspalten og åpningen i akselen står fortrinnsvis i forbindelse med hverandre og danner derved en andre vann-sirkulas j onskanal mellom navet og sugerøret. Vannkjølte hardflate-radiallagre er montert på navet og sugerøret og innplassert i den andre vannsirkulasjonskanal. Sugerøret er dreibart opplagret i lagrene. Vannkjølte hardflate-aksiallagre kan være montert på skovlhjulenheten og enten på lageret eller på ytterhuset. Det kan være anordnet en separat vannsirkulasjonspumpe for levering av kjøle- og smørevann til lagrene.

Skovlhjulet ifølge oppfinnelsen kan innbefatte minst ett aksialtrinn og minst ett sentrifugaltrinn. Alternativt kan skovlhjulet ha bare et aksialtrinn eller minst ett sentrifugaltrinn. Utløpsenden av vannjet-fremdriftssystemet ifølge oppfinnelsen kan være koplet til en rettlinjet utløpsledning eller til et spiralhus. Utløpsenden kan også være forsynt med en strømavbøyerskovl for selektiv avleding av den utløpende vannstrøm, for styring av fartøyet. Ytterhusets innløpsende er forbundet med en innløpsledning for fremføring av vann til fremdriftssystemet.

Ytterhuset i vannjet-fremdriftssystemet ifølge oppfinnelsen kan også være utstyrt med en kjølevannskappe som omslutter statoren. Kjølevannskappen står fortrinnsvis i forbindelse med vannet som gjennomstrømmer ytterhuset og som derved vil gjennomstrømme kjølevannskappen, for å av-kjøle statoren under drift. Det kan alternativt være anordnet en separat tilførsel av rent kjølevann som skal gjennomstrømme kjølevannskappen.

Oppfinnelsen er nærmere beskrevet i det etter-følgende i tilknytning til de medfølgende tegninger, hvori: Fig. 1 viser et skjematisk riss av et vannjet-frem-drif tssystem av kjent type. Fig. 2 viser et lengdesnitt av en versjon av vannjet-f remdrif tssystemet ifølge oppfinnelsen. Fig. 3 viser et lengdesnitt av ytterhuset og navet i vannjet-fremdriftssystemet ifølge fig. 2. Fig. 4 viser et lengdesnitt av skovlhjulenheten i vannjet-fremdriftssystemet ifølge fig. 2. Fig. 5 viser et lengdesnitt av en annen versjon av vannjet-fremdriftssystemet ifølge oppfinnelsen. Fig. 6 viser, delvis gjennomskåret, et perspektiv-riss av den ifølge oppfinnelsen som er vist i fig. 5.

Det er i fig. 2-4 vist en foretrukket utførelsesform av vannjet-fremdriftssystemet 2 ifølge oppfinnelsen. Driv-systemet 2 innbefatter et generelt hult ytterhus 4 som er fastgjort til et sjøfartøys skrog 6. Sjøfartøyet kan være i form av en båt eller et skip av hensiktsmessig størrelse og utforming. Ytterhuset 4 er fortrinnsvis fastgjort med bolter 8 til skroget 6, ved eller nær fartøyets akterende. Alternativt kan ytterhuset fastgjøres på annen måte, f.eks. ved sveising. Ytterhuset 4 har en innløpsende 10 og en utløpsende 12. En ringformet stator 14 er innmontert i ytterhuset 4. Som tydeligst vist i fig. 3, er den ringformede stator 14 hermetisk forseglet ved hjelp av et statorhylster 16 innvendig i ytterhuset 4. En strømkilde leverer elektrisk kraft til statoren 16 (fig. 2). Strøm-kilden 18 innbefatter fortrinnsvis en generator eller en annen elektrisk kraftkilde som er elektrisk forbundet med statoren 14. Generatoren kan være innmontert i fartøyet i en sone i avstand fra vannjet-fremdriftssystemet 2, fordi det bare kreves elektriske forbindelser, istedenfor mekaniske forbindelser, til vannjet-fremdriftssystemet.

Som spesielt vist i fig. 4, omfatter vannjet-frem-drif tssystemet 2 også en skovlhjulenhet 20. I skovlhjulenheten 20 inngår et sugerør 22 som strekker seg gjennom den ringformede stator 14 (fig. 2) og er dreibar i forhold til denne. Et skovlhjul 24 er fastgjort til sugerøret 22. Vingene på skovlhjulet 24 kan være fastgjort til sugerøret 22 ved sveising eller på annen, egnet måte som vil være kjent for fagkyndige. Antallet blader på skovlhjulet 24 og bladutformingen vil avhenge av fremdriftssystemets ønskede virkemåte og kan bestemmes på en måte som er kjent for fagkyndige. I en foretrukket versjon er skovlhjulet 24 av en enkelttrinns blandingstrømstype. Det er imidlertid åpenbart at et skovlhjul med ett eller flere sentrifugal-, aksial-eller blandingsstrømstrinn kan finne anvendelse. En rotor 26 er montert rundt sugerøret 22 og innvendig i statoren

14. I samvirkning vil rotoren 26 og statoren 14 fortrinnsvis danne en induksjonsmotor. Rotoren 26 er helst en kortslutningsrotor som ikke krever elektriske forbindelser. Det påpekes imidlertid at det kan anvendes en synkronmotor. Rotoren 2 6 er fortrinnsvis påkrympet på suge-røret 22. Rotoren 26 er helst hermetisk forseglet ved hjelp av et rotorhylster 28. Ved elektrisk kraftoverføring til statoren 14 bringes rotoren 26 i rotasjon og dreier derved sugerøret 22 og skovlhjulet 24, slik at trykkvann gjennomstrømmer ytterhuset 4 fra innløpsenden 10 til ut-løpsenden 12. Pumpevirkningen grunnet rotasjonsbevegelsen av skovlhjulet 24 øker vanntrykket og vannhastigheten og bevirker at vanntrykket blir høyere på skovlhjulets ut-løpsside enn på innløpssiden.

I en foretrukket versjon som vist i fig. 2 og 3, er navet 30 sentralt plassert og fastgjort til ytterhuset 24 ved utløpsenden 12. Navet 30 er fortrinnsvis forbundet med ytterhuset 4 gjennom syv strømretterskovler 32. Det påpekes imidlertid at strømretterskovlene 32 kan være anordnet i hvilket som helst hensiktsmessig antall. Det ønskede antall strømretterskovler som anvendes, kan bestemmes på en måte som er kjent for fagkyndige. Alternativt kan navet 30 være fastgjort til ytterhuset 4 gjennom et antall strevere som har liten innvirkning på vannstrømmen. En kombinasjon av strevere og skovler kan også finne anvendelse. Vannet vil strømme rundt navet 30 fra innløpsenden 10 til utløpsenden 12. Strømretterskovlene 32 reduserer størrelsen av vannstrømsbevegelsens sirkulære komponent som oppstår grunnet dreiebevegelsen av skovlhjulet 24.

Skovlhjulenheten 20 innbefatter fortrinnsvis en generelt hul aksel 34. Akselen 34 har en åpning 36 til sin midtre huldel. Åpningen 36 befinner seg på innløpssiden av skovlhjulet 24. Akselen 34 opptas i navet 30 og tjener derved for dreibar opplagring av skovlhjulenheten 20.

Som det fremgår av fig. 2, 3 og 4, innbefatter suge-røret 22 en fremre ende 38 som avgrenser en fremre spalte 40 i forhold til ytterhuset 4 på innløpssiden av skovlhjulet 24. Den fremre spalte 40 er beliggende med innløps-enden 10 av ytterhuset på innløpssiden av skovlhjulet 24. Sugerøret 22 omfatter også en første, bakre ende 42 som avgrenser en bakre spalte 44 i forhold til ytterhuset 4. Sistnevnte spalte 44 befinner seg på utløpssiden•av skovlhjulet 24. Den fremre spalte 40 og den bakre spalte 44 står fortrinnsvis i forbindelse med hverandre og danner derved en første vannsirkulasjonskanal 46 mellom rotoren 26 og ytterhuset 24. Under drift vil vannet som gjennomstrømmer ytterhuset 4, inntrenge i den bakre spalte 44 hvor trykket er høyere, strømme gjennom den første vannsirkulasjonskanal 4 6 og ut gjennom den fremre spalten 4 0 til vannet som gjennomstrømmer ytterhuset 4. Vannstrømmen gjennom den første vannsirkulasjonskanal 40 avkjøler statoren 14 og rotoren 26.

Sugerøret 22 har fortrinnsvis en andre bakre ende 48 som avgrenser en navspalte 50 i forhold til navet 30, på utløpssiden av skovlhjulet 24. Navspalten 50 og åpningen 36 i aksen 24 står i forbindelse med hverandre og danner derved en andre vannsirkulasjonskanal 52 mellom navet 30 og sugerøret 22. Vann som inntrenger i navspalten 50, strømmer gjennom den andre vannsirkulasjonskanal 52 og ut gjennom åpningen 36 i akselen 34.

Første radiallagre 54 er montert mellom ytterhuset 4 og sugerøret 22, for dreibar opplagring av en ende av suge-røret 22. Første lagre 54, fortrinnsvis ett eller flere vannkjølte hardflate-vippepute- eller glattbærerlagre, er montert rundt den perifere yttervegg av ytterhuset 4 og sugerøret 22. Lagrene 54 står fortrinnsvis i forbindelse med den første vannsirkulasjonskanal 46. Vann som gjennomstrømmer denne sirkulasjonskanal 46, vil også avkjøle og smøre lagrene. Lagerputene i de første radiallagre 54 består helst av hardt legeringsmateriale, såsom wolframkarbid, eller annet egnet materiale som ikke vil beskadiges av sand og andre stoffer som kan inneholdes i vannstrømmen.

Andre radiallagre 56 er montert mellom skovlhjulenheten 20 og navet 30, for dreibar opplagring av en annen ende av sugerøret 22. I disse andre radiallagre 56 inngår fortrinnsvis ett eller flere vannkjølte hardflate-vippepute- eller glattbærerlagre som er montert rundt yttersiden av akselen 34 i den andre vannsirkulasjonskanal 52. Vannstrømmen i den andre vannsirkulasjonskanal 52 ledes over lagrene, for å avkjøle og smøre disse. Putene i de andre radiallagre 56 er fortrinnsvis fremstilt av et hardt legeringsmateriale, såsom wolframkarbid, eller annet egnet materiale, for å minske sannsynligheten for beskadigelse grunnet sand eller andre forurensninger i vannstrømmen.

Aksiallagre 58 er fortrinnsvis montert mellom skovlhjulenheten 20 og navet 30. Aksiallagrene 58 er helst i form av dobbeltvirkende, vannkjølte og selvhorisonterende Kingsburg-lagre. Aksiallagrene 58 er innmontert i den andre vannsirkulasjonskanal 52. Aksiallagrene 58 avkjøles og smøres av vannstrømmen i sistnevnte sirkulasjonskanal 52. Putene og trykkløperflåtene i aksiallagrene 58 er fortrinnsvis tilvirket av samme materiale som putene i radiallagrene, for å redusere skader grunnet forurensninger i vannstrømmen.

Ytterhuset 4 kan være utstyrt med en kjølekappe rundt den ringformede stator 14. Kjølekappen 57 innbefatter et vanninnløp 59 i forbindelse med vannet som gjennomstrømmer ytterhuset 4 og plassert ved utløpsenden 12. Kjølekappen 57 har også et vannutløp 61 i forbindelse med vannstrømmen gjennom ytterhuset 4 og plassert ved inn-løpsenden 10. Vann som gjennom innløpet 59 inntrenger i kjølekappen, ledes gjennom kjølevannkappen 57 og utstrømmer tilbake i vannstrømmen i ytterhuset 4 gjennom vannutløpet 61. Vannstrømmen i kjølekappen 57 kan om nødvendig avkjøle statoren 14 ytterligere.

Vannjet-fremdriftssystemet ifølge fig. 2 er fortrinnsvis innmontert i akterdelen av fartøyskroget 6. Inn-løpsenden 10 av ytterhuset 4 er forbundet med en innløps-ledning 60 som er åpen mot bunnen av skroget 6. Innløps-ledningen 60 kan helle i en vinkel av 15-45°, for at vannjet-f remdrif tssystemets midtlinje skal heves fra bunnen av fartøyet og likevel befinne seg i hvilken som helst ønsket avstand under fartøyets statiske vannlinje, for å mulig-gjøre selvfylling av aggregatet og maksimal økning av ytelsen. Utløpsenden 12 av ytterhuset 4 er fortrinnsvis forbundet med en rettlinjet utløpsledning 62. Det påpekes imidlertid at utløpsenden 12 kan være forbundet med et spiralhus-utløp. Vannjet-fremdriftssystemet 2 er vist rettet stort sett horisontalt i forhold til fartøysbunnen. Det bør imidlertid bemerkes at systemet kan være montert i hvilken som helst egnet stilling som muliggjør selvfylling og gir den ønskede ytelse.

Vannjet-fremdriftssystemet ifølge fig. 2 kan demonteres fra fartøyet, for vedlikehold og reparasjon, uten at fartøyet må tørrdokksettes. Ved fjerning av boltene 8 kan enheten demonteres og fjernes lettvint. I en foretrukket versjon kan enheten demonteres i flere letthåndterlige modulseksjoner som vil lette installering, vedlikehold og fjerning. I ledningen 60 kan det være innkoplet en ventil 64, for stenging av ledningen når enheten er fjernet. Ut-løpsledningen 62 kan også være forsynt med en ventil eller annen lukkeranordning.

Under drift vil strømoverføring til statoren 14 bringe rotoren 26 i rotasjon. Derved dreies også skovlhjulenheten 20 og fremkaller en pumpevirkning. Sjøvann eller ferskvann innpumpes gjennom innløpsledningen 60 fra vannet som omgir det flytende fartøy. Det roterende skovlhjul 24 påfører vannet hastighet og øker vannstrømtrykket, hvorved vannet bringes under trykk. Vannet av høyere trykk utstrømmer gjennom utløpsledningen 62 og frembringer derved et aksialtrykk som driver fartøyet forover. Utløpsledningen 62 kan være utstyrt med en strømavleder 66 for selektiv avleding av den utløpende vannstrøm, for styring av fartøyet. Strømavlederen 66 er fortrinnsvis i form av en hydraulisk styrt strømavlederskovl av kjent type.

Vannjet-fremdriftssystemet ifølge fig. 2-4 har eksempelvis en sugerørdiameter på 406 mm, en motorstyrke av 400 HK og en skovlhjulshastighet av 1.200 omdr./min., for frembringelse av en strømningsmengde av 87.000 l/min. og en antatt aksialtrykkraft av ca. 1.680 kp ved en fartøys-hastighet av ca. 15 knop. Et slikt vannjet-fremdriftssystem vil være egnet for anvendelse i middelstore fartøyer av lengde 7,5-13,5 m.

En annen versjon av vannjet-fremdriftssystemet ifølge oppfinnelsen er vist i fig. 5 og 6. Denne versjon er særlig egnet for anvendelse i større fartøyer som krever større motorer for utvikling av den aksialtrykkraft som er nødvendig for å oppnå de ønskede hastigheter.

I vannjet-fremdriftssystemet ifølge oppfinnelsen inngår et ytterhus 104 med forankringsdeler 108 for fast-gjøring av fremdriftssystemet til et fartøyskrog 106.

Ytterhuset 104 har en innløpsende 110 og en utløpsende 112. En ringformet stator 114 er innmontert i ytterhuset

104. Statoren 114 er hermetisk forseglet ved hjelp av statorhylsteret 116 i det indre av ytterhuset 104. En kraftkilde 118 leverer elektrisk strøm til statoren 114.

En skovlhjulenhet 120 innbefatter et sugerør 122 som omslutter den ringformede stator 114 og er dreibar i forhold til denne. Et skovlhjul 124 er fastgjort til sugerøret 122. Skovlhjulet 124 innbefatter et aksialtrinn 125 og et sentrifugaltrinn 127. En rotor 126 er opplagret rundt sugerøret 122 og innvendig i statoren 114. Rotoren 126 er fortrinnsvis påkrympet på sugerøret 122 og hermetisk innkapslet i rotorhylsteret 128.

I en øvre del av skovlhjulenheten 120 er det fortrinnsvis innmontert en magnetiserer/generator 129. Magnetisereren/generatoren 129 innbefatter en ringformet stator 131 som er hermetisk forseglet innvendig i ytterhuset 104, og en rotor 133 som er innplassert i statoren 131 og helst påkrympet rundt en seksjon av skovlhjulenheten 120. Rotoren 133 er likeledes hermetisk forseglet. En elektrisk strømledning 135 forbinder magnetisereren/ generatoren 129 med rotoren 126. Ved rotasjon av magnetiserer/- generator-rotoren 133 frembringes elektrisk strøm som over-føres til rotoren 126. Ved strømoverføring til rotoren 126 og statoren 114 bringes rotoren 126 i rotasjon og dreier derved sugerøret 122 og skovlhjulet 124 som påfører vannet hastighet og øker vanntrykket, slik at vannet som gjennom-strømmer ytterhuset 4 fra innløpsenden 110 til utløpsenden 112, bringes under trykk. Pumpevirkningen grunnet dreiebevegelsen av skovlhjulet 124 gjør vanntrykket høyere på skovlhjulets utløpsside enn på innløpssiden. Når skovlhjulenheten 120 roterer, vil magnetiserer/ generatoren 129 levere elektrisk strøm til rotoren 126, hvorved det dannes en synkronmotor. Det bør imidlertid bemerkes, at om ønske-lig kan motoren som dannes av rotoren 126 og statoren 114, være en induksjonsmotor.

Ved en foretrukket utførelsesform er navet 130 sentralt innmontert og fastgjort til ytterhuset 104 ved inn-løpsenden 110. Gjennom skovler 132 er navet 130 forbundet med ytterhuset 104. Antallet og utformingen av skovlene 132 avhenger av vannjet-fremdriftssystemets ønskede virkemåte og kan bestemmes på en måte som er kjent for fagkyndige. Skovlene 132 kan være i form av forvirvlings-skovler eller rettlinjede strevere som har liten eller ingen innvirkning på vannstrømmen. Det kan alternativt anvendes en kombinasjon av skovler og strevere. Vannet strømmer rundt navet 130, innen det når skovlhjulet 124.

Sugerøret 122 har en første ende 138 som avgrenser en fremre spalte 140 i forhold til ytterhuset 104. Spalten 140 befinner seg på innløpsendesiden av skovlhjulet 124. Sugerøret 122 har en første bakre ende 142 som avgrenser en første bakre spalte 144 i forhold til ytterhuset 104. Spalten 144 befinner seg ved utløpsenden 112 av ytterhuset 104. Den fremre spalte 140 og den første bakre spalte 144 står fortrinnsvis i forbindelse med hverandre og danner derved en første vannsirkulasjonskanal 146 mellom rotoren 126 og ytterhuset 104. Under drift vil vann som gjennom-strømmer ytterhuset 104, inntrenge i den bakre spalte 144, hvor trykket er høyere, strømme gjennom den første vannsirkulasjonskanal 146 og ut gjennom den fremre spalte 140 til vannstrømmen gjennom ytterhuset 104. Vannet som gjenn-omstrømmer den første vannsirkulasjonskanal 146, avkjøler statoren 114 og rotoren 126.

En midtaksel 134 er innmontert i sugerøret 122. Midtakselen 134 opptas i navet 130 og ytterhuset 104, for dreibar opplagring av skovlhjulenheten 120. I en foretrukket versjon er magnetiserer/generatoren 129 montert på overenden av akselen 134. Elektriske strømledninger 135 som forbinder magnetisereren/generatoren 129 elektrisk med rotoren 126, strekker seg gjennom åpningen i akselen 134 og gjennom en åpning i en av skovlene 125 på skovlhjulet 124.

Første radiallagre 154 er montert på ytterhuset 104 og sugerøret 122, for dreibar opplagring av en ende av sugerøret 122. De første lagre 154 er fortrinnsvis montert på den øvre del av midtakselen 134 i sugerøret 122. De første lagre 154 innbefatter fortrinnsvis en eller flere harde lagerflater, vannkjølte vippepute- eller glattbærerlagre som er anordnet rundt ytterperiferien av midtakselen 134 i sugerøret 122. Putene i lagrene 154 består helst av en hard legering, f.eks. wolframkarbid eller annet egnet materiale. På grunn av de store dimensjoner av denne ut-førelsesform vil det være upraktisk å anordne radiallagre langs ytterperiferien av selve sugerøret 122. Radiallagrene er derfor montert rundt akselen 134.

Andre radiallagre 156 er montert på skovlhjulenheten 122 og navet 130, for dreibar opplagring av den annen ende av sugerøret 122. De andre lagre 156 innbefatter fortrinnsvis en eller flere harde lagerflater, vannkjølte vippepute-eller regulære bærelagre som er montert rundt ytterperiferien av den nedre del av akselen 134. Putene i lagrene 156 er helst fremstilt av samme materialtype som lagrene 154.

Aksiallagre 158 er fortrinnsvis montert på skovlhjulenheten 120 og ytterhuset 104. Aksiallagrene 158 innbefatter fortrinnsvis ett eller flere vannkjølte, dobbeltvirkende og selvhorisonterende Kingsburg-lagre. Trykk-løperen og lagerputene er fortrinnsvis fremstilt av wolframkarbid eller et annet egnet, hardt materiale.

Sugerøret 122 har en bakre ende 141 som avgrenser en andre bakre spalte 143 i forhold til ytterhuset 104. Den andre bakre spalte 143 står i forbindelse med den andre vannsirkulasjonskanal 145 og befinner seg mellom akselen 134 og ytterhuset 104. Den andre vannsirkulasjonskanal 145 innbefatter spalten mellom rotoren 133 og statoren 131 i magnetiserer/generatoren 129, og aksiallagrene 158 og de første radiallagre 154 er innmontert i den andre vannsirkulasjonskanal 145. En andre fremre ende 147 av akselen 134 i sugerøret 122 avgrenser en navspalte 149 i forhold til navet 130. Navspalten 149 står i forbindelse med den nav-vannsirkulasjonskanal 151 som avgrenses mellom navet 130 og akselen 134.

En kjølevannspumpe 153 står i forbindelse med den andre vannsirkulasjonskanal 145 og nav-vannsirkulasjonskanalen 151. Pumpen 153 filtrerer vann som innpumpes i den andre vannsirkulasjonskanal 145. Vannet i den andre vannsirkulasjonskanal 145 avkjøler magnetisereren 129, avkjøler og smører aksiallagrene 158 og de første radiallagre 154 og utløper gjennom den andre spalte 143 i vannstrømmen gjennom fremdriftssystemet. Vannstrømmen gjennom den andre vannsirkulasjonskanal 145 er generelt vist med piler a. Ved hjelp av pumpen 153 innpumpes også vann i nav-vannsirkulasjonskanalen 151, hvor det ledes over samt avkjøler og smører de andre radiallagre 156 og utstrømmer gjennom navspalten 149.

Ytterhuset 104 kan være forsynt med en kjølekappe 157 som omslutter den ringformede stator 114. I kjølekappen 157 inngår vanninnløp (ikke vist) som står i forbindelse med vannstrømmen gjennom ytterhuset 104 og er plassert ved utløpsenden 112. Kjølekappen 157 innbefatter også vannutløp (ikke vist) som står i forbindelse med vannstrømmen gjennom ytterhuset 104 og er plassert ved innløpsenden 110. Vann som innstrømmer gjennom vanninnløpet, ledes gjennom kjøle-vannkappen 157 og utstrømmer, gjennom vanninnløpet, i vann-strømmen gjennom ytterhuset 104. Vannstrømmen i kjølekappen 157 kan om nødvendig avkjøle statoren 114 ytterligere.

Vannjet-fremdriftssystemet ifølge fig. 5-7 kan innmonteres i hvilken som helst ønsket sone av fartøyskroget 106 under skrogets statiske vannlinje. Innløpsenden 110 av ytterhuset 104 kan være forbundet med en innløpsledning 160 som er åpen mot bunnen av skroget 106. Innløpsledningen 160 kan være anordnet i en vinkel av ca. 0-45° i forhold til en linje perpendikulær mot fartøysbunnen. Fremdriftsaggregatet kan imidlertid være innrettet i hvilken som helst ønsket vinkel som er tilstrekkelig for å opprettholde selvfylling og gi den ønskede virkemåte. Utløpsenden 112 av ytterhuset 104 er fortrinnsvis forbundet med et spiralhusutløp 162 (tydeligst vist i fig. 6). Kraften fra vannet som utstøtes fra fremdriftsaggregatet, fremkaller en aksialtrykkraft som driver fartøyet forover. En strømavbøyerinnretning (ikke vist) av kjent type kan være anordnet for avbøying av ut-løpsvannstrømmen, for styring av fartøyet.

I en foretrukket versjon omslutter ytterhuset 104 et parti av spiralhusutløpet 162. Den del av ytterhuset 104 som opptar de andre radiallagre 156 samt aksiallagrene 158 og magnetiserer/generatoren 129, er anordnet fortrinnsvis i den midtre del av spiralhusutløpet 162.

Under drift vil denne utførelsesform fungere stort sett på samme måte som det som er beskrevet i tilknytning til fig. 2-4. Vannjet-fremdriftssystemet ifølge fig. 5-7 har eksempelvis et sugerør av diameter ca. 3.300 mm. En motor som utvikler 50.000 HK, driver skovlhjulet med 120 omdr./min., hvilket gir en strømningsmengde av ca. 7.580.000 liter pr. minutt med en derav følgende aksialtrykkraft av ca. 136.000 kp ved 30 knop. Et slikt vannjet-fremdriftssystem vil være egnet for et fartøy av vekt ca. 2.000 tonn, som kan oppnå hastigheter over 50 knop. Et slikt vannjet-fremdriftssystem vil være egnet for bruk i store, hurtiggående fartøyer, såsom marinekryssere og andre krigsskip samt handelsfartøyer.

Vannjet-fremdriftssystemet ifølge fig. 5 kan demonteres i enkeltkomponenter for reparasjon, installering og vedlikehold, uten at fartøyet må tørrdokksettes. Ved å fjerne forskjellige bolter eller andre festedeler kan aggregatet demonteres.

Det vil fremgå at oppfinnelsen omfatter et vannjet-fremdriftssystem som ikke krever installering av et separat drivaggregat, f.eks. en dieselmotor eller en bensin- eller dampdrevet turbin i nærheten, og som dessuten eliminerer behovet for en drivaksel, mekanisk forbundet med skovlhjulet og opplagret i inntakskanalen, og som kan an-ordnes i hvilken som helst ønsket vinkel, med henblikk på maksimalytelse.

Claims (12)

1. Vannjet-fremdriftssystem for et sjøfartøy omfattende et generelt hult ytterhus (4) med en innløpsende (10) og en utløpsende (12), festedeler (8) på ytterhuset (4), for fastgjøring av ytterhuset til et sjøfartøyskrog (6), en ringformet stator (14) ordnet inne i ytterhuset, en kraftkilde (18) for overføring av elektrisk strøm til statoren, et nav (30) som er sentralt innplassert i ytterhuset (4) og fastgjort til dette for vanngjennomstrømning, en skovlhjulenhet (20) som er roterbart opplagret i ytterhuset (4) og navet (30), hvor skovlhjulenheten (20) omfatter en rør-formet kappe (22) som strekker seg gjennom den ringformede stator (14), et skovlhjul (24) som er fastgjort til den rørformete kappen (22) og som omfatter et antall skovlhjulblader, og en ringformet rotor (26) som er montert rundt den rørformete kappen (22) og innvendig i den ringformede stator (14), slik at rotasjon av skovlhjulenheten (20) frembringer en trykksatt vannstrøm gjennom ytterhuset (4) fra innløpsenden til utløpsenden, karakterisert ved at statoren (14) og rotoren (16) er ordnet rundt den rørformete kappen (22), hovedsakelig fullstendig foran skovlhjulbladene, hvorved den rørformete kappen danner et sugerør.

2. Vannjet-fremdriftssystem i samsvar med krav 1, karakterisert ved at sugerøret har en fremre ende (38) som avgrenser en fremre spalte (40) i forhold til ytterhuset (4) ordnet foran skovlhjulet (20) i forhold til vannstrømmen, og en bakre ende (42) som avgrenser er bakre spalte (44) i forhold til ytterhuset (4) ordnet bakenfor skovlhjulet (20) i forhold til vann-strømmen, hvor den fremre spalte (40) og den bakre spalte (44) står i forbindelse med hverandre og derved danner en vannsirkulasjonskanal (46), mellom rotoren (26) og ytterhuset (4) .

3. Vannjet-fremdriftssystem i samsvar med krav 2, karakterisert ved at navet (30) er plassert bakenfor skovlhjulet (20) i forhold til vann-strømmen .

4. Vannjet-fremdriftssystem i samsvar med krav 3, karakterisert ved at skovlhjulenheten innbefatter en generelt hul aksel (34) som er dreibart opplagret i navet og forsynt med en åpning (36) i huldelen foran skovlhjulet i forhold til vannstrømmen, og at suge-røret har en bakre ende (48) som avgrenser en navspalte (50) i forhold til navet og beliggende på baksiden av skovlhjulet i forhold til vannstrømmen tilstøtende ytterhusets utløpsende, hvor navspalten og åpningen i akselen står i forbindelse med hverandre og derved danner en andre vannsirkulasjonskanal (52) mellom navet og sugerøret.

5. Vannjet-fremdriftssystem i samsvar med krav 4, karakterisert ved at første radiallagre (54) er montert mellom ytterhuset og sugerøret, for dreibar opplagring av en ende av skovlhjulenheten, andre radiallagre (56) som er montert mellom skovlhjulenheten og navet, for dreibar opplagring av den annen ende av skovlhjulenheten, og aksiallagre (58) som er montert mellom skovlhjulenheten og navet, for dreibar opplagring av skovlhjulenheten.

6. Vannjet-fremdriftssystem i samsvar med krav 2, karakterisert ved at navet (130) er plassert foran skovlhjulet i forhold til vannstrømmen.

7. Vannjet-fremdriftssystem i samsvar med krav 6, karakterisert ved at skovlhjulenheten (120) innbefatter en hulaksel (134) som er dreibart montert i navet og ytterhuset, for dreibar opplagring av skovlhjulenheten .

8. Vannjet-fremdriftssystem i samsvar med krav 7, karakterisert ved at en ringformet magnetiserer/generatorstator (131) er innmontert i ytterhuset, en ringformet magnetiserer/generatorrotor (133) er montert rundt akselen og innplassert i statoren, at statoren er elektrisk forbundet med kraftkilden (118) og at magnetiserer/generatorrotoren er elektrisk forbundet med den ringformede rotor (126), slik at det ved rotasjons-bevegelse av magnetiserer/generatorrotoren frembringes elektrisk strøm som overføres til den ringformede rotor som derved fungerer som en synkronmotor.

9. Vannjet-fremdriftssystem i samsvar med krav 8, karakterisert ved at sugerøret (122) har en andre bakre ende (141) som avgrenser en andre bakre spalte (143) i forhold til ytterhuset, og at en andre vannsirkulasjonskanal (145) avgrenses mellom ytterhuset og akselen og står i forbindelse med den andre bakre spalte.

10. Vannjet-fremdriftssystem i samsvar med krav 9, karakterisert ved at akselen har en andre fremre ende (147) som avgrenser en spalte (149) i forhold til navet, og at en nav-vannsirkulasjonskanal (151) avgrenses mellom akselen og navet og står i forbindelse med navspalten.

11. Vannjet-fremdriftssystem i samsvar med krav 10, karakterisert ved at første radiallagre (154) er montert mellom ytterhuset og akselen, for dreibar opplagring av en ende av skovlhjulenheten, at andre radiallagre (156) er montert mellom akselen og navet, for dreibar opplagring av den annen ende av skovlhjulenheten, og at aksiallagre (158) er montert mellom skovlhjulenheten og ytterhuset, for dreibar opplagring av skovlhjulenheten.

12. Vannjet-fremdriftssystem i samsvar med krav 11, karakterisert ved at de første radiallagre omfatter minst ett vannkjølt hardflatelager som står i forbindelse med den andre vannsirkulasjonskanal, de andre radiallagre omfatter minst ett vannkjølt hardflatelager som står i forbindelse med nav-vannsirkulasjonskanalen, og at aksiallagrene innbefatter minst ett vannkjølt Kingsburg-lager som står i forbindelse med den andre vannsirkula-sj onskanal.