SE445107B - Rotoranordning - Google Patents

Description

8303593-1 propeller. Den sammanlagda kostnaden för sistnämnda komponenter kan bli mycket hög, upp till halva kostnaden för motorn. Ytter- ligare ett problem är att den stora propellerdiametern skapar utrymmesproblem, vilket omöjliggör praktisk användning av reduk- tion 1:4 eller högre i s.k. inu-drev. En känd lösning av proble- met att erhålla hög propellerverkningsgrad samtidigt som propel- lerdiametern inte behöver bli större än vad som praktiskt kan tillåtas vid inu-drev för nämnda motoreffektklass, är att anord- na två motroterande propellrar drivna av koncentriska axlar.

Kostnaden för en sådan installation är emellertid hög vad gäller fasta installationer med långa hålaxlar.

Syftet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma en rotoran- ordning av i inledningen angivet slag, isynnerhet ett bâtpropel- leraggregat som kan framställas till mycket lägre kostnad i för- hållande till verkningsgraden än tidigare kända anordningar av detta slag.

Detta uppnås enligt uppfinningen genom att N+1 stycken rotorer är drivbart förbundna med växelns planethjulsbärare för rotation i axelns rotationsriktning.

Grundtanken bakom uppfinningen är att nedväxling av motorns varv- tal ej skall ske före rotorn, dvs i backslaget, utan i rotoran- ordningens nav, vilket gör det möjligt att dimensionera såväl backslag som axel betydligt klenare och därmed billigare än tidi- gare. Med detta som utgångspunkt har en rotoranordning utvecklats som genom det ovan angivna förhållandet mellan antalet med- och motroterande rotorer kan utformas självbalanserande genom att en av de medroterande rotorerna balanserar axelns moment, medan de återstående parvis motroterande rotorerna balanserar varandra.

En båtpropelleranordning med tre propellrar, som är optimalt kon- struerad efter uppfinningens principer, får en diameter på pro- pellrarna som är ungefär 2/3 av diametern hos en för utväxling 1:4 ä 5 optimalt konstruerad enkelpropeller, varvid totala kost- naden för backslag, axel och propelleranordning uppgår till unge- fär hälften av kostnaden för motsvarande enkelpropellerinstalla- tion, medan verkningsgraden blir densamma för bägge installatio- nerna. 8303593-1 Uppfinningen beskrives närmare under hänvisning till på bifogade ritningar visade utföringsexempel, där fig. 1 visar ett längd- snitt genom en rotoranordning enligt uppfinningen i ett gene- rellt utförande, fig. 2 schematiskt visar en båtpropelleranord- ning, fig. 3 visar ett längdsnitt genom anordningen i fig. 1, fig. 4 visar en delvis uppskuren perspektivvy av en utföringsform av en båtpropelleranordning och fig. 5, 6 och 7 visar schematis- ka perspektívvyer illustrerande ytterligare tillämpningar för ro- toranordningen enligt uppfinningen.

Den i fig. 1 schematiskt visade rotoranordningen kan vara en pump, kompressor, fläkt eller turbin. En axel 1, som beroende på applikationen bildar in- eller utgående effektaxel, uppbär ett kugghjul 2, som utgör solhjulet i en planetväxel och står i in- grepp med planethjul 3 på en planethjulsbärare 4. En invändig kuggkrans 5 på ett cylindriskt nav 6 ingriper med planethjulen 3. Navet 6 uppbär tvâ uppsättningar rotorblad 7 och bildar sålun- da tillsammans med bladen 7 två med varandra fast förbundna roto- rer 8, som roterar mot axelns rotationsriktning. Planethjulsbära- ren 4 är förbunden med tre uppsättningar motsvarande rotorblad 9, av vilka de två yttre är infästa dels i planethjulsbäraren och dels i ett omgivande oylindriskt element_10, medan den mellanlig- gande bladuppsättningen 9 endast är infäst i cylindern 10, varige- nom tre med varandra fast förbundna rotorer 11 bildas, vilka ro- terar i axelns rotationsriktning.

Uppfinningen baserar sig på insikten att för en given maximal diameter erhålles bästa verkningsgraden, när rotoranordningens rotorer har ungefär lika varvtal och diameter och bromsar unge- fär lika moment (rotoreffekt). Vissa mindre avvikelser från li- kavärdena kan erfordras beroende av att rotorerna inducerar has- tigheter i det omgivande mediet såväl i axiell led som i rota- tionsled, vilket innebär justering av diametern och stigningen (se fig. 2). Villkoret enligt uppfinningen är att om antalet motroterande rotorer är N, skall antalet medroterande rotorer vara N+1, för att momentbalans skall erhållas vid lika varvtal på rotorerna. Vid utföringsexemplet i fig. 1 är N=2, varvid föl- jande skall gälla: 8303595-1 4 axelns 1 moment +Q medroterande rotorers bromsmoment -3Q motroterande rotorers bromsmoment +2Q summa O Sålunda råder momentjämvikt när vridmomentet för en rotor mot- svaras av det ingående momentet. Detta inndüüfatt den navreduk- tion som är inbyggd i systemet skall växla upp vridmomentet fem gånger, varvid momentet fördelas lika på fem rotorer. Detta inne- bär också, eftersom vid förlustfrihet effekten måste vara oföränd- rad, att varvtalet har reducerats till 1:5. Generellt innebär det- ta att utväxlingen skall vara 1:1+2N, vilket betyder att planet- växelns grundutväxling, som är förhållandet mellan kugghjulsdia- metrarna hos kuggkransen 5, som driver de motroterande rotorerna 8, och solhjulet 2 skall vara 2:1 i det i fig. 1 visade exemplet.

Detta betyder generellt att grundutväxlingen skall vara N:1.

I fig. 2 och 3 visas ytterligare ett utföringsexempel för att be- lysa ovanstående. Figurerna visar schematiskt en båtpropelleran- ordning med tre propellrar 20, 21, dvs N=1. Den främre och den bakre propellern 21 är medroterande drivna, medan den mellanliggan- de propellern 20 är motroterande. Såsom fig. 2 illustrerar kan man betrakta den främre och den mellanliggande propellern som ett mot- roterande par, vars moment balanserar varandra, medan den bakre propellerns moment balanserar axelns moment. Propellrarnas diamet- rar är här justerade med hänsyn till kontraktionen hos strömröret a, dvs slipströmmen.

Eftersom N i detta exempel är 1, är grundutväxlingen 1:1, vilket gör det möjligt att, såsom fig. 3 illustrerar, utforma planetväxeln som en enkel differentialväxel. Axeln 1 uppbär här ett solhjul 22 med konisk kuggkrans, varvid ett kuggdrev 23 med motsvarande ko- niska kuggkrans är utformat på den mellanliggande propellerns 20 nav 24. Den främre propellerns 21 nav 25 bildar bärare för konis- ka planethjul 26 och är fast förbundet med den bakre propellerns nav 27 via en hylsa 28. Propellervarvtalen reduceras här till 1/3 av axelvarvtalet.

Genom att nedväxlingen av motorvarvet sker i propellernavet, kan även motorns backslag utformas som en enkel differentialväxel 8503593-1 (icke visad) med grundutväxlingen 1:1. Vid gång framåt låses växeln ihop som en enhet exempelvis med en koppling, som före- nar ingående axel och planethjulsbärare. Vid back låses planet- hjulsbäraren exempelvis mot motorns svänghjulskåpa, varvid utgå- ende axeln roterar mot ingående axeln. Utväxlingen vid såväl fram som back är 1:1. Gångläge framåt ger härvid inga förluster bortsett från vad som orsakas av eventuell i växelhuset cirkule- rande olja. Differentialen i backslaget kan i princip ha samma dimensioner och kuggskärning som den ovan beskrivna differentia- len i propelleranordningens nav, vilket bidrar till att hålla kostnaderna nere.

I fig. 4 visas propelleranordningen i fig. 2 och 3 i ett prak- tiskt utförande, där för själva uppfinningen ovidkommande detal- jer som vissa lager, tätningar och dylikt utelämnats och där de- taljer med motsvarighet i fig. 2 och 3 erhållit samma hänvisninga- beteckningar som i dessa figurer.

Axeln 1 är vridfast förbunden med solhjulet 22 via ett splines- förband 28. Planethjulen 26 är lagrade på axeltappar 29, som är infästade i en hylsa 30, med vilken den främre propellerns 21 nav är ovridbart förbundet via ett splinesförband 31. Tapparnas 29 radiellt inre ändar inskjuter i en hylsa 32, i vars bakre del en axel 33 är inpressad, vilken via ett splinesförband 4 en hylsa 35 och ett ytterligare splinesförband 36 är förbunden med den bakre propellerns 21 nav 27. Axelns 33 främre ände är lagrad på ett nål- lager 37 på propelleraxelns 1 bakre ände. Hylsorna 30, 32 bildar således planethjulsbäraren, som är vridfast förbunden med propell- rarna 21.

Mittpropellerns 20 nav 24 är via ett splinesförband 38 förbundet med ett hylselement 39, som i sin tur via ett splinesförband 40 är förbunden med ett ytterligare hylselement 41, vilket är roter- bart lagrat relativt de som planethjulsbärare tjänstgörande hyl- sorna 30, 32. Hylselementet 41 är utformat med ett kuggdrev 23, som ingriper med planethjulen 26 och följaktligen är identiskt med solhjulet 22.

Planetväxelns eller differentialens kuggdrev 22, 26, 23 roterar i oljebad och navsystemet är därför avtätat mot det omgivande ~~~-V-~------~ I - --- ........V 8305593-1 vattnet medelst icke närmare visade tätningar. För att säkerstäl- la att vatten inte kan läcka in är oljan satt under övertryck me- delst en tryckackumulator 43, innehållande ett icke närmare visat fjäderbelastat membran- eller bälgelement, som är förbundet med en genom ackumulatorns hus utskjutande tapp 44. Ju längre del av tappen som skjuter ut, desto högre är trycket. Tappen bildar såle- des en tryckindikator som medger direkt visuell kontroll av att rekommenderat tryck ej underskrides.

Ytterligare tillämpningar av uppfinningsprincipen illustreras i fig. 5-7, där fig. 5 visar en propelleranordning för flygplan med en motroterande propeller 50 och två medroterande propellrar 51.

Fig. 6 visar en helikopter med en motroterande rotor 60 och två medroterande rotorer 61.

Samtliga ovan beskrivna utföringsformer av rotoranordningen har drivande effektaxel, men uppfinningen är, såsom antydes i inlednin- gen, inte begränsad till sådana rotoranordningar utan omfattar även rotoranordningar med driven effektaxel. Ett exempel på den sist- nämnda typen visas i fig. 7 i form av en vattenturbin med en mot- roterande rotor 70 och två medroterande rotorer 71. Som en följd av att rotordiametern, liksom vid de ovan beskrivna utföringsformerna, kan reduceras väsentligt jämfört med en enkelrotorinstallation, kan även kanalarean reduceras, vilket betyder ytterligare kostnads- sänkning.

Claims (10)

Uï 10 15 20 25 30 35 8303593-1 Patentkrav

1. Rotoranordning. innefattande ett flertal av en axel upp- burna och av en planetväxel drivna. bladförsedda rotorer av- sedda att bibringa ett gas- eller vätskeformigt medium ström- ningsrörelse eller bringas att rotera av ett dylikt strömmande medium. varvid axeln (1) är drivbart förbunden med solhjulet (2: 22) i planetväxeln och N stycken rotorer (8: 20) är driv- bart förbundna med en med växelns planethjul (3: 26) ingri- pande kuggkrans (5: 23) för rotation i riktning mot axelns rotationsriktning. k ä n n e t e c k n a d av att N+l styck« en rotorer (11: 21) är drívbart förbundna med växelns planet- hjulsbärare (4: 28; 30. 32) för rotation i axelns rotations- riktning.

2. Rotoranordning enligt krav 1. k ä n n e t e c k n a d av att förhållandet mellan rulldiametrarna för nämnda kuggkrans (5: 23) och solhjulet (2: 22) är ungefär N:1.

3. Rotoranordníng enligt krav l eller 2. k ä n n e t e c k - n a d av att rotorerna (8. ll: 20. 21) är anordnade. så att bredvid varandra liggande rotorer roterar mot varandra.

4. Rotoranordning enligt något av kraven 1 - 3. k ä n n e - t e c k n a d av att rotorernas (8. ll: 20. 21) bladareor och bladvinklar är så valda. att samtliga rotorer absorberar unge- fär lika högt vridmoment.

5. Rotoranordning enligt något av kraven 1 - 4. k ä n n e - t e c k n a d av att de enskilda rotorernas (8, ll: 20. 21) diametrar successivt avtar i mediets strömningsriktning.

6. Rotoranordning enligt något av kraven 1 - 5. k ä n n e - t e c k n a d av att rotorerna är propellrar (20, 21) i ett propelleraggregat. 10 15 8503595-1 8

7. Rotoranordning enligt krav 6. k ä n n e t e c k n a d av att tre propellrar är anordnade.

8. Rotoranordning enligt krav 7. k ä n n e t e c k n a d av att planetväxeln är en differentialväxel med utväxling 1:1.

9. Rotoranordning enligt krav 8. k ä n n e t e c k n a d av att planethjulen (26) är lagrade på radiella axeltappar. vilka är fixerade i ett till den främre och bakre propellerns nav (25. 27) anslutet hylselement (28), och att mittpropellerns nav (24) är förbundet med ett andra hylselement uppvisande en kuggkrans (23). som ingriper med planethjulen.

10. Rotoranordning enligt något av kraven 1 - 9. k ä n n e - t e c k n a d av att planetväxeln är anordnad i ett oljefyllt hus, i vilket oljan är satt under övertryck.