NO339849B1 - Anordning ved skovlhjul - Google Patents

Description

Bakgrunn for oppfinnelsen

Oppfinnelsen vedrører et løpehjularrangement (skovlhjularrangement) for bruk i utøvelse av en roterende kraft på et legeme hvor den roterende kraft er av-ledet fra en strømning av fluid.

Et konvensjonelt løpehjul med fikserte skovler inkluderer et antall skovler anordnet i vinkel til fluidets strømningsretning. I et slikt arrangement er det dreiemoment som genereres av løpehjulet relatert til den masse av fluid som avledes av skovlene og avviksvinkelen av fluidet, som er avhengig av skovlprofilen og skovlvinkelen.

I et kjent nedhulls styrbart boresystem er to løpehjul montert på et roterbart legeme idet løpehjulene er konstruert til å rotere i motsatte retninger, idet koplings-innretninger er anordnet for å kontrollere overføringen av dreiemoment til legemet. Ved passende styring av koplingsinnretningene kan legemet holdes i en ønsket geostasjonær posisjon. Løpehjulene er konstruert til å rotere med høy hastighet, for eksempel med hastigheter opp til 2500 opm og generere mekanisk friksjon og viskøs bevegelsesmotstand. Enhver ubalanse mellom friksjonen og bevegelses-motstanden av de to løpehjul, for eksempel som skyldes partikler i fluidet som be-virker blokkering kan resultere i at systemet blir ustabilt. Videre kan slitasje av lø-pehjulene og assosierte komponenter være signifikant.

US 3860357 A beskriver en roterende dampmaskin med en turbin tilpasset for å drives av dampstråler i den ene eller den andre rotasjonsretning.

Oppsummering av oppfinnelsen

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer et løpehjularrangement,karakterisert vedat det omfatter et løpehjul som har minst én første skovloverflate orientert slik at tilførsel av fluid under trykk dertil utøver et dreiemoment på løpehjulet i en første rotasjonsretning, minst én andre skovloverflate orientert slik at tilførsel av fluid under trykk dertil utøver et dreiemoment på løpehjulet i en andre, motsatt rotasjonsretning, og en ventil opererbar til å kontrollere tilførsel av fluid til første og andre skovloverflater, hvori ventilen er konstruert til å opprettholde et hovedsakelig ensartet strømningsareal over løpehjularrangementet uansett posisjonen av ventilen.

Ytterligere utførelsesformer av løpehjularrangementet i henhold til oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige patentkrav.

Det er et formål for oppfinnelsen å tilveiebringe et løpehjularrangement hvori størrelsen og retningen av det utøvede dreiemoment kan varieres.

Det beskrives et løpehjularrangement omfattende et løpehjul med minst én første skovloverflate orientert slik at tilførsel av fluid under trykk mot denne overflate utøver et dreiemoment på løpehjulet i en første rotasjonsretning, minst én andre skovloverflate orientert slik at tilførsel av fluid under trykk til denne andre overflate utøver et dreiemoment på løpehjulet i en andre, motsatt rotasjonsretning, og en ventil opererbar til å styre tilførselen av fluid til første og andre skovloverflater.

Det vil innses at ved å kontrollere ventilen til å styre den andel av fluid som tilføres hver av første og andre skovloverflater kan størrelsen og retningen av det utøvede dreiemoment styres.

Passende definerer løpehjulet minst én første strømningskanal delvis definert av den første skovloverflate og minst én andre strømningskanal definert delvis av den andre skovloverflaten, og ventilen styrer den andel av fluid som strømmer langs hver av første og andre strømningskanaler. Ventilen er passende bevegbar mellom en første posisjon hvori den første strømningskanal er åpen og den andre strømningskanal er lukket, og en andre posisjon hvori den andre strømningskanal er åpen og den første strømningskanal er lukket. Ventilen kan videre ha en eller flere mellomposisjoner hvori størrelsen av det utøvede dreiemoment er redusert. Ventilen omfatter passende en ventilplate som i bruk er roterbar sammen med le-deplaten, men vinkelmessig regulerbar mellom sin første og andre posisjon.

Foretrukket er ventilen konstruert til å opprettholde et hovedsakelig ensartet strømningsareal uansett posisjonen av ventilen.

Kort beskrivelse av tegningene

Oppfinnelsen skal ved hjelp av eksempler beskrives med henvisninger til de vedføyde tegninger hvori: Figur 1 er en skjematisk representasjon av en del av et løpehjularrange-ment i samsvar med en utførelsesform av oppfinnelsen; Figur 2 til 4 er perspektivriss som illustrerer løpehjularrangementet i tre forskjellige operasjonsmodi; og

Figur 5 er et skjema som illustrerer løpehjularrangementet.

Detaljert beskrivelse av de foretrukne utførelsesformer

Med henvisning til de vedføyde tegninger illustreres der et løpehjularrang-ement omfattende et løpehjul 10 som understøttes av lagre 12 for rotasjon inne i et sylindrisk hus 14. Løpehjulet 10 og huset 14 definerer sammen en ringformet strømningspassasje 16 langs hvilken fluid pumpes ved hjelp av ikke viste anord-ninger. Løpehjulet 10 er forsynt med en serie løpehjulskovler 18. Skovlene 18 er av to forskjellige typer. En første type 20 av skovl 18 virker bare som en strøm-ningsstyring idet denne type 20 av skovl 18 har et par motsatte sidevegger 22 som er generelt parallelle til hverandre. I bruk vil tilførsel av fluid under trykk som strømmer langs ringromspassasjen 16 til disse skovler 18 ikke meddele rotasjon til ledehjulet 10 idet disse skovler bare tjener som strømningsstyringer og strøm-ningsseparatorer.

En andre type 24 av skovl 18 er også anordnet idet typene 20, 24 er ar-rangert til å veksle med hverandre omkring periferien av løpehjulet 10. Hver skovl 18 i den andre type 24 inkluderer en første skovloverflate 26 og en andre, motstå-ende skovloverflate 28. Orienteringen av skovloverflatene 26 er slik at en strøm-ning av fluid langs ringroms strømningspassasjen 16 og gjennom en første kanal 30 definert mellom den første skovloverflate 26 og en overflate 22 av en tilstøten-de skovl 18 av den første type 20 resulterer i utøvelsen av et dreiemoment på lø-pehjulet 10 som tvinger løpehjulet til å rotere i en retning med urviserne. de andre skovloverflater 28 er motsatt orientert slik at en strømning av fluid langs en andre strømningskanal 32 definert mellom den andre skovloverflate 28 og en overflate 22 på en tilstøtende skovl 18 av den første type 20 utøver et dreiemoment i retning mot urviserne på løpehjulet 10.

Løpehjularrangementet omfatter videre en ventil i form av en ventilplate 34 anordnet til å bæres av løpehjulet 10 slik at det i bruk er roterbart med dette. Ventilplaten 34 er i form av et hovedsakelig skivelignende element som ved sin ytre periferi har et flertall utsparinger 36 tildannet deri. Utsparingene 36 er posisjonert og har dimensjoner slik at når ventilplaten 34 opptar en første vinkelposisjon i forhold til løpehjulet 10 innrettes utsparingene 36 på linje med de første strømnings-kanaler 30 idet ventilplaten 34 lukker de andre strømningskanaler 32. Følgelig tilla- tes fluidstrømning langs ringromspassasjen 16 bare å strømme gjennom de første strømningskanaler 30 og meddeler et dreiemoment i retning med urviserne til lø-pehjulet 10. Ettersom fluid ikke er i stand til å strømme gjennom de andre strøm-ningspassasjer 32 er de andre skovloverflater 28 effektivt inaktive. Løpehjular-rangementet er vist i denne posisjon i figurene 1 og 3.

Bevegelse av en ventilplate 34 fra denne posisjon til posisjonen illustrert i figur 2 resulterer i at de første strømningspassasjer 30 lukkes og at de andre strømningspassasjer 32 åpnes. Følgelig blir de første skovloverflater 26 inaktive ettersom fluid ikke er i stand til å strømme gjennom de første strømningspassasjer 30 og de andre skovloverflater 28 blir aktive. Strømningen av fluid gjennom de andre strømningspassasjer 32 og som virker på de andre skovloverflater 28 resulterer i utøvelsen av et dreiemoment i retning mot urviserne på løpehjulet 10.

Figur 4 illustrerer løpehjularrangementet med ventilplaten 34 i en mellom-posisjon hvori første og andre strømningspassasjer 30, 32 begge er delvis lukket. I denne posisjon vil omtrent like andeler av fluid strømme gjennom første og andre strømningspassasje 30, 32 slik at det dreiemoment som utøves på løpehjulet 10 ved virkningen av fluidet på de første skovloverflater 26 vil hovedsakelig bli opp-hevet ved innvirkningen av fluidet på de andre skovloverflater 28. Hovedsakelig ikke noe netto dreiemoment vil påføres løpehjulet 10 i denne operasjonsmodus. Ventilplaten 34 kan selvfølgelig innta et antall andre vinkelposisjoner hvori andre størrelser av netto dreiemoment kan utøves på løpehjulet 10.

Det vil innses at ved passende kontroll over vinkelposisjonen av ventilplaten 34 i forhold til løpehjulet 10 kan både retningen av utøvet dreiemoment og størrel-sen av dette styres, idet maksimum størrelse forekommer når de respektive av strømningspassasjene 30 eller 32 er lukket.

Det forventes at den energi som kreves for å bevege ventilplaten 34 i forhold til løpehjulet 10 vil være relativt liten idet den vil være relatert til friksjonen, men mellom ventilplaten 34 og løpehjulet 10 og tregheten av ventilplaten 34. Føl-gelig vil en motor eller lignende som kreves for å bevege ventilplaten 34 i forhold til løpehjulet 10 bare ha relativt lite energibehov.

Fordelaktig er ventilplaten 34 og utsparingene 36 anordnet deri konstruert slik at strømningsarealet av løpehjularrangementet er hovedsakelig konstant uansett vinkelposisjonen av ventilplaten 34. Følgelig er trykkfallet over løpehjularrang- ementet bare avhengig av den totale strømningsmengde gjennom systemet snarere enn at det er relatert til vinkelposisjonen av ventilplaten 34.

Løpehjularrangementet kan brukes innenfor et bredt område av anvendelser. For eksempel, kan det anvendes i styringen av posisjonen av et legeme i en styreenhet for et nedhulls, styrbart boresystem. Det vil innses at sammenlignet med typiske arrangementer kan ledehjularrangementet anvendes for å erstatte begge løpehjulene i et typisk arrangement. Løpehjularrangementet kan imidlertid brukes innenfor et antall andre anvendelser, for eksempel i en fastmontert konfigu-rasjon hvori strømningen kan avledes fra en reversibel stator som virker på et nøy-tralt bladløpehjul festet til en bevegelig aksel.

Det vil innses at et bredt område av andre modifikasjoner og endringer kan foretas uten å gå utenfor oppfinnelsens ramme. En mulig modifikasjon er å reloka-lisere ventilplaten 34 slik at den blir lokalisert mellom oppstrømskantene av skovlene 18 snarere enn at den er lokalisert mellom nedstrømskantene derav som i den illustrerte utførelsesform. Videre kan ventilen innta et antall andre former.

Claims (7)

1. Løpehjularrangement,karakterisert vedat det omfatter et løpe-hjul (10) som har minst én første skovloverflate (26) orientert slik at tilførsel av fluid under trykk dertil utøver et dreiemoment på løpehjulet (10) i en første rotasjonsretning, minst én andre skovloverflate (28) orientert slik at tilførsel av fluid under trykk dertil utøver et dreiemoment på løpehjulet (10) i en andre, motsatt rotasjonsretning, og en ventil opererbar til å kontrollere tilførsel av fluid til første (26) og andre (28) skovloverflater, hvori ventilen er konstruert til å opprettholde et hovedsakelig ensartet strømningsareal over løpehjularrangementet uansett posisjonen av ventilen.

2. Arrangement ifølge krav 1, hvori løpehjulet (10) definerer minst en første strømningskanal definert delvis av den første skovloverflate (26), og minst én andre strømningskanal definert delvis av den andre skovloverflate (28), og idet ventilen styrer andelen av fluid som strømmer langs hver av første og andre strømningskanaler.

3. Arrangement ifølge krav 2, hvori ventilen er bevegelig mellom en første posisjon hvori den første strømningskanal er åpen og den andre strømningskanal er lukket, og en andre posisjon hvori den andre strømningskanal er åpen og den første strømningskanal er lukket.

4. Arrangement ifølge krav 3, hvori ventilen har en eller flere mellomposisjoner hvori størrelsen av det utøvede dreiemoment er redusert.

5. Arrangement ifølge hvilke som helst av de foregående krav, hvori ventilen omfatter en ventilplate (34) som i bruk er roterbar sammen med løpehjulet (10), men vinkelmessig regulerbar i forhold til løpehjulet (10).

6. Arrangement ifølge krav 5, hvori ventilplaten (34) er lokalisert umiddelbart oppstrøms fra første (26) og andre (28) skovloverflater.

7. Arrangement ifølge krav 5, hvori ventilplaten (34) er lokalisert umiddelbart nedstrøms fra første (26) og andre (28) skovloverflater.