NO814319L - Hydrodynamisk maskin - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører en hydrodynamisk maskin med høy strøm-ningskapasitet og innbefattende flere blader anordnet på en imaginær sylinder og dreibart opplagret i begge ender i lagerhus som er slik montert at de kan rotere om den imaginære sylinders akse, idet minst et av lagerhusene er forsynt med en mekanisme for tilveiebringelse av en dreiebevegelse av bladene om deres egen. akse når lagerhusene roterer, og en transmisjon mellom maskinens hovedaksel og hvert av bladene, for påvirkning av bladstillingen.

En slik hydrodynamisk maskin er beskrevet i europeisk patent søknad 0 00 8 59 0.

Turbiner og pumper har det til felles at deres kraftytelse

er direkte relatert til produktet av fallhøyden henholdsvis trykkhøyden og strømningskapasiteten. For en viss kraft-

ytelse vil fallhøyden henholdsvis trykkhøyden være liten dersom strømningskapasiteten er høy. Den vanlige hydrodynamiske maskin som er utlagt for høy strømningskapasitet har en rotor av skrue- eller propelltypen, opptatt i en strøm-ningskanal med sirkulært tverrsnitt. en slik rorot er ofte direkte koplet til en generator eller en motor montert i en forlengelse av strømningskanalen, dvs. i vannet. En slik plassering i vannet kan man unngå ved å benytte en bøyet vannledning rundt generatoren eller motoren, for avbøyning av vannstrømmen. En slik avbøyning krever stor plass og bevirker en økning av strømningsmotstanden. Ved bruk av en maskin av den type som er nevnt innledningsvis unngår man disse ulemper fordi det ikke lenger er nødvendig med en dyr sirkulær kanal. Det er tilstrekkelig å benytte en strømningspassasje med rektangulært tverrsnitt, og utstyret som koples til det roterende bur kan holdes utenfor vannstrømmen uten anvendelse av bend.

I maskinen ifølge den foran nevnte europeiske patentsøknad

har transmisjonene slike dimensjoner at bladene vil dreie seg

om sine egne akser en vinkel på 180° fpr hver fullstendig omdreining av buret som består av lagerhusene og bladene.

Linjer perpendikulært på bladene vil krysse hverandre i et

fast punkt som ligger på den sirkulære bane som bladakslene

følger. En ulempe ved denne kjente maskin er at vinkel-hastigheten i hovedsaken bestemmes av strømningshastigheten, dvs. at når strømningshastigheten varierer vil også maskinens omdreininger pr. minutt variere. Fordi bladene dreier seg 180° for hver omdreining av maskinen må hvert blads frontkant være lik bakkanten. Dette betyr at bladene ikke kan ha en såkalt aerofoil-utførelse (avrundet frontkant, skarp bak-kant) , hvilket påvirker effektiviteten. Det er også en ulempe at ved en reversering av strømningsretningen, vil også maskinens omdreiningsretning reverseres.

Det er en hensikt med foreliggende oppfinnelse å unngå disse ulemper og å tilveiebringe en hydrodynamisk maskin av den type som er nevnt innledningsvis, hvilken maskin kan ha konstant turtall ved varierende strømningshastighet og kan rotere i samme retning selv ved reversering av strømningsretningen.

Ifølge oppfinnelsen utføres derfor den hydrodynamiske maskin slik at transmisjonene kan holde bladene i valgte, innbyrdes parallelle stillinger, at en separat blandingsstillingsmotor er tilknyttet hvert blad, og at det forefinnes styremidler for styring av bladinnstillingsmotorene slik at bladene kan utføre en svingebevegelse i forhold til den valgte stilling.

Hvert blad har sin egen innstillingsmotor og som følge herav kan man opprettholde en konstant omdreiningshastighet selv med varierende strømningshastighet. Reverseres strømnings-retningen så kan bladene dreies 180°, og maskinen vil derfor være i stand til hele tiden å rotere i samme retning. I forbindelse med den valgte parallelle innstilling av bladene og svingebevegelsen som er mulig, blir det mulig å benytte blader med aerofoil- eller vingetverrsnitt.

I den tyske patentsøknad nr. 19 41 652 beskrives en fremdrifts-mekanismen for et skip, innbefattende vanlige skruepropeller for vanlige hastigheter og en propell for lavere hastigheter, med et antall blader og en mekanisme som tjener til å orien-tere bladene i fartsretningen, for derved å redusere friksjonen. Denne publikasjon vedrører imidlertid ikke en hydrodynamisk maskin med høy strømningskapasitet. Den valgte orientering spiller bare en rolle med hensyn til reduksjon av friksjonen eller styringen av skipet (rorfunksjon) og har intet med skipets fremdrift å gjøre.

Innstillingsmotorene kan være hydrauliske motorer tilknyttet minst en hydraulisk pumpe montert på et lagerhus, idet det mellom hver hydraulisk motor og den hydrauliske pumpe forefinnes en styreventil som styres ved hjelp av en styreanordning. Det kan benyttes en enkel hydraulisk pumpe for samtlige hydrauliske motorer, eller en separat pumpe for en eller flere hydrauliske motorer.

Istedenfor hydrauliske bladinnstillingsmotorer kan det også benyttes elektromotorer. Det er videre mulig å ha hydrauliske arbeidssylindre som bladinnstillingsmotorer. I så tilfelle kan svingebevegelsen tilveiebringes ved hjelp av en veivmekanisme eller ved hjelp av en tannstang festet til stempelstangen, i inngrep med et drev.

Transmisjonen som holder bladene i en valgt stilling, utgjøres fordelaktig av et sentralt tannhjul opplagret på hovedakselen og holdt i en valgt stilling. Et tannhjul er montert på hver bladaksel og mellom det sentrale tannhjul og bladenes tannhjul er det innkoplet mellomtannhjul.

Transmisjonen kan innbefatte en endeløs kjede som er lagt rundt et sentralt kjedehjul montert på hovedakselen og holdt i en valgt stilling, og kjedehjul montert på hver bladaksel.

For å kunne variere stillingen kan stillingen til det sentrale tannhjul henholdsvis kjedehjulet endres.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere under henvisning til tegningene som viser to utførelseseksempler.

Fig. 1 viser et frontriss av et lagerhus for en hydrodynamisk

maskin ifølge oppfinnelsen,

fig. 2 viser et lengdesnitt gjennom maskinen i fig. 1,

fig. 3 viser et frontriss av en alternativ utførelse,

fig. 4 viser en detalj av en alternativ utførelse av en

bladinnstillingsmotor, og

fig. 5 viser en detalj av en annen alternativ utførelse av

en bladinnstillingsmotor.

Den hydrodynamiske maskin i fig. 1 og 2 kan virke som turbin, pumpe eller propell. I førstnevnte tilfelle drives maskinen av en vannstrøm antydet med en pil, mens den i det andre tilfelle virker som pumpe som beveger vannet i retning av pilen.

Maskinen har flere blader 1 anordnet på en imaginær sylinder. Bladene er i sine to ender opplagret i plateformede lager-

hus 2, 3 montert på en hovedaksel 4. Hovedakselen er opplagret i maskinens ramme 6 ved hjelp av lagre 5. En hydraulisk motor 7 er tilknyttet hvert blad 1. Denne motor kan tilveiebringe en vinkelstilling av bladet. De hydrauliske motorer 7 er tilknyttet en hydraulisk pumpe 8 som er montert på huset 2. Fra pumpen går det ledninger 9 for det hydrauliske medium. Returledninger for det hydrauliske medium er betegnet med 11. Pumpen 8 drives av en elektromotor montert i pumpe-huset. Strømtilførselen skjer gjennom en ledning 13 som er tilknyttet en kollektorring 12. Tilførselen og bortførselen av hydraulisk væske til og fra hver motor 7 bestemmes ved hjelp av en styreventil 15 som på sin side styres fra en sentral styremekanisme, eksempelvis en mikroprosessor.

Et sentralt tannhjul 15 er montert på hovedakselen 4. Tann-hjulet er forbundet med en hylse 16 som også er montert på hovedakselen og har en tannforsynt flens 17. Et snekkedrev 18 står i inngrep med tannflensen 17. Snekkedrevet hindrer det sentrale tannhjul 15 i å dreie seg sammen med hovedakselen 4, samtidig som det er mulig å endre bladenes generelle still-ingsorientering.

Huset til hver hydraulisk motor 7 er forsynt med eller forbundet med et tannhjul 19. Mellomtannhjul 21 er montert mellom det sentrale tannhjul 15 og tannhuulene 19. Disse mellomtannhjulene er også montert på huset 2.

Da det sentrale tannhjul 15 holdes i en valgt stilling ved hjelp av snekkedrevet 18 og tannhjulene 19 ved hjelp av mellomtannhjulene står i inngrep med det sentrale tannhjul 15, vil tannhjulene 19 ha en fast orientering når buret bestående av akselen 4, lagerhusene 2, 3 og bladene 1 roterer. Det betyr at i tilfelle de hydrauliske motorer 7 ikke virker vil bladene 1 ha en fast orientering og retning.

Under drift vil bladinnstillingsmotorene 7 tilveiebringe

en svingebevegelse av bladene i forhold til den nevnte faste orientering, slik at perpendikulærene på bladene i fra til-svarende bladpunkter vil krysse hverandre i et valgt område.

I fig. 1 er dette området indikert med P. Den foretrukne plassering av krysningsområdet vil være avhengig av strøm-ningsretningen til vannet ( se pilene) og den ønskede amplitude for svingebevegelsen.

Åpningsbevegelsen og lukkebevegelsen til ventilene 14 er avhengig av vinkelstillingen til lagerhuset i forhold til en viss radiuslinje. Vinkelstillingen må bestemmes og overføres til en sentrale styremekanisme.

For til en hver tid å kunne bestemme vinkelstillingen til bladene har hver hydraulisk motor en stillingsføler 22. Alternativt kan en hydraulisk servomekanisme tilknyttes hvert blad, idet mekanismen har en mekanisk tilbakekkopling for bladstillingen. Stillingen bestemmes av et hydraulisk trykk som styrer servomekanismen. Dette trykk innstilles ved hjelp, av en styreventil som påvirkes av den sentrale styremekanisme.

Kombinasjonen av en viss bladorientering (som følge av transmisjonen innbefattende tannhjulene 15, 19, 21) og svingebevegelsen (som følge av de hydrauliske motorer 7) fører til en situasjon hvor bladenes innstillingsbevegelse bare behøver strekke seg over en begrenset vinkel. Av fig. 1 vil det gå frem at de viste bladstillinger tilpasset vannets strømnings-retning, hva enten dette roterer maskinen eller maskinen beveger vannet. Retningen er indikert med pilen.

Utførelsen i fig. 3 adskiller seg fra det i fig. 1 og 2 ved

at det istedet for en tannhjulstransmisjon benyttes en endeløs kjede 23 som er lagt rundt et sentralt kjedehjul 24 og rundt kjedehjul 25 på bladakslene. Kjedet går også rundt styre-kjedehjul 26. Det sentrale kjedehjul er også her innstillbart slik at man kan stille inn det såkalte styrepunkt (P).

Konstruksjonen ifølge oppfinnelsen kan naturligvis varieres

på mange måter. Istedet for en felles hydraulisk pumpe kan hver hydraulisk motor 7 ha en egen hydraulisk pumpe. Istedet for et hydraulisk innstillingssystem er det mulig å benytte et fullstendig elektrisk system, og hvert blad kan tilknyttes en elektromotor. Som vist i fig. 4 og 5 kan de hydrauliske motorer innbefatte en veiv 29 eller en tannstang 31 tilknyttet en arbeidssyslinder 28. Tannstangen er i inngrep med tann-hjulet 32. Tilførselen av hydraulisk medium kan skje på

samme måte som i fig. 1.

Det er vesentlig for oppfinnelsen at bladenes svingebevegelse ikke utledes fra hovedakselens rotasjonsbevegelse gjennom et system som innbefatter leddarmer og lignende, men at hvert blad tilknyttes en separat bladinnstillingsmotor. som til-veiebringer svingebevegelsen. Videre er det vesentlig at svingebevegelsen legges på bladene orientert i en viss stilling, slik at man unngår at svingebevegelsen langs deler av den sirkulære bane vil være så stor at de nødvendige sammen-koplinger og vinkelbevegeIser vil bevirke tekniske problemer.

Claims (7)

1. Hydrodynamisk maskin med høy strømningskapasitet, innbefattende flere blader anordnet på en imaginær sylinder og dreibart opplagret i begge ender i lagerhus som er slik montert at de kan rotere om den imaginære sylinders akse, idet minst et av lagerhusene er forsynt med en mekanisme for tilveiebringelse av en dreiebevegelse av bladene om deres egen akse når lagerhusene roterer, og en transmisjon mellom maskinens hovedaksel og hvert av bladene, for påvirkning av bladstillingen, karakterisert ved at transmisjonene (15, 19, 21; 23, 24, 25, 26) kan holde bladene i valgte, innbyrdes parallelle stillinger, at en separat bladinnstillingsmotor (7) er tilknyttet hvert blad (1), og ved at det er anordnet styremidler for styring av bladinnstillingsmotorene slik at bladene utfører en viss svingebevegelse i forhold til den valgte stilling.

2. Hydrodynamisk maskin ifølge krav 1, karakterisert ved at bladinnstillingsmotorene er hydrauliske motorer (7) tilknyttet minst en hydraulisk pumpe (8) montert på et lagerhus, idet det mellom hver hydraulisk motor og den hydrauliske pumpe er anordnet en styreventil (14) som styres ved hjelp av styremidlene.

3. Hydrodynamisk maskin ifølge krav 1, karakterisert ved at bladinnstillingsmotorene er elektromotorer .

4. Hydrodynamisk maskin ifølge krav 1, karakterisert ved at bladinnstillingsmotorene hver består av en hydraulisk arbeidssylinder som er koplet til en veivmekanisme eller en tannstang-tanndrevmekanisme.

5. Hydrodynamisk maskin ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at transmisjonen mellom maskinens hovedaksel (4) og bladene (1) innbefatter et sentralt tannhjul (15) montert på hovedakselen og holdt i en valgt stilling, et tannhjul (19) på hver bladaksel, og mellomtannhjul (21) innkoplet mellom det sentrale tannhjul og bladtannhjulene.

6. Hydrodynamisk maskin ifølge et av kravene 1-4, karakterisert ved at transmisjonen mellom maskinens hovedaksel (4) og bladene (1) innbefatter en endeløs kjede (23) lagt rundt et sentralt kjedehjul (24) montert på hovedakselen og holdt i en valgt stilling, og et kjedehjul (25) montert på hver bladaksel.

7. Hydrodynamisk maskin ifølge et av kravene 5 og 6, karakterisert ved at stillingen til det sentrale tannhjul henholdsvis kjedehjul (15 henholdsvis 24) er inn-stillbar.