SE525319C2 - Marint propellerdrev - Google Patents

Description

25 30 stora problem med kavitationserosion av propellerbladens mot navet angränsande rotpartier, effektförluster till följd av ogynnsamma strömningsförhållanden i kavitationsområdet kring rotpartierna och tryckstötar vid navets inloppsände.

Till följd av att man vid grova växelhus i förhållande till propellerdiametem således stöter på problem både om man väljer en grövre navdiameter (medför sänkt propellerverkningsgrad) och om man via en konventionell bibehålla ett slankt kavitationserosion och effektförlust), har det för fackmannen i praktiken övergångskon väljer att propellemav (medför uppstått en teknisk fördom om att växelhus generellt ej bör dimensioneras med en diameter större än 25% av propellerdiametem. Såsom nämndes inledningsvis finns dock i modema effektstarka motor-drevkombinationer behov av att i uppdimensionera propellerdrevets växelhus i förhållande till en given propellerdiameter för att bibehålla eller öka propellerdrevets driftslivslängd vid dessa höga effektuttag.

FlEDOGÖFlELSE FÖR UPPFINNINGEN Sökanden har löst ovanstående problem genom att presentera ett propellerdrev som genom sin innovativa utformning ger en rad fördelar gentemot kända propellerdrev med grova växelhus i förhållande till propellerdiametem, såsom: rak övergång mellan växelhus, såsom: - förbättrad verkningsgrad jämfört med ett känt drev med propellemav av samma diameter som växelhuset; - förbättrade flödesparametrar framför propellem, jämfört med känt drev med konventionell rak eller svagt rundad övergångskon mellan växelhus och propellernav; - jämnare hastighetsprofil vid övergången mellan växelhus och propellemav med färre hastighetsgradienter framför propellemavet, 10 15 20 25 30 -så jämfört med känt drev med konventionell rak eller svagt rundad övergångskon mellan växelhus och propellemav; - högre absoluttryck vid propellernavet, jämfört med känt drev med konventionell rak eller svagt rundad övergångskon mellan växelhus och propellernav, vilket minskar risken för kavitation, samt - reducerad turbulensintensitet kring propellemavet och propellerbladens rotpartier, jämfört med känt drev med konventionell rundad övergångskon mellan växelhus och rak eller svagt propellernav, vilket eliminerar kavitationserosion i nämnda rotpartier. tillhandåller ett marint propellerdrev för båtar enligt efterföljandepatentkrav 1.

Uppfinningen Propellerdrevet innefattar därvid ett växelhus för en motortransmission samt en därtill anbringad skjutande propeller. Propellem är försedd med ett propellemav, vars huvudsakliga periferiella tvärsnittsdimension understiger växelhusets huvudsakliga periferiella tvärsnittsdimension. En övergångskon är belägen mellan växelhuset och propellemavet, vilken övergångskon uppvisar: - en främre ände belägen i anslutning till växelhuset, där nämnda främre ände har en inledande periferiell tvärsnittsdimension väsentligen motsvarande växelhusets huvudsakliga periferiella tvärsnittsdimension, och - en bakre ände belägen i anslutning till propellemavet, där nämnda bakre ände uppvisar en avslutande periferiell tvärsnittsdimension väsentligen motsvarande propellernavets huvudsakliga periferiella tvärsnittsdimension.

Uppfinningen utmärks särskilt av att övergångskonen innefattar ett bulbformat skulderpani beläget mellan nämnda främre ände och bakre ände, vars största periferiella tvärsnittsdimension överstiger övergångskonens inledande periferiella tvärsnittsdimension. 10 15 20 I-._ -_J ._ -M .ÅJ o» l en gynnsam utföringsforrn är skulderpartiets största periferiella tvärsnittsdimension belägen axiellt närmare övergängskonens främre ände än dess bakre ände. l en fördelaktig utföringsfonn av uppfinningen är skulderpartiets största periferiella tvärsnittsdimension belägen på ett axiellt avstånd från övergängskonens främre ände motsvarande 10-40% av övergängskonens längd och företrädesvis 1 O-30% av övergängskonens längd.

Vidare, i en lämplig utföringsform, övertiger skulderpartiets största periferiella tvärsnittsdimension övergängskonens inledande periferiella tvärsnittsdimension med 3-10%, företrädesvis 5-7%.

Skulderpartiets största periferiella tvärsnittsdimension överstiger lämpligen övergängskonens bakre periferiella tvärsnittsdimension med 10-30%, företrädesvis 15-20%.

Vidare definieras skulderpartiet av en kontinuerligt välvd båglinje sträckande sig från övergängskonens främre ände till dess bakre ände. Övriga fördelar och egenskaper hos det uppfinningsenliga propellerdrevet kommer att framgå av nedanstående detaljerade beskrivning av utföringsformer. 10 15 20 25 30 fr r , L, i ut xD FIG URBESKRIVNING Utföringsforrner av uppfinningen kommer nedan att beskrivas i närmare detalj under hänvisning till bifogade ritningar, på vilka: fig. 1 fig. 2 fig. 3 fig. 4 fig. 5 visar en perspektiwy av ett marint propellerdrev enligt en utföringsform av uppfinningen; visar en förenklad längsgående, partiell tvärsnittsvy av propellerdrevet i fig. 1; visar en uppförstorad bruten tvärsnittsvy av propellerdrevet enligt uppfinningen, där strömlinje och tryckzoner inritats schematiskt. visar en perspektiwy av den bulbforrnade övergångskonan enligt uppfinningen, och visar slutligen ett schematiskt tvärsnitt genom övergångskonen vid dess största tvärsnittsdimension.

BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER I fig. 1 betecknar hänvisningssiffran 1 allmänt ett marint propellerdrev för båtar, enligt en fördelaktig utföringsform av uppfinningen. Propellerdrevet 1 i den visade utföringsformen är monterat på akterspegeln till båten, men kan alternativt även vara av utombordartyp (ej visad). Propellerdrevet är främst avsett för snabbgående båtar - d.v.s. båtar med en toppfart överstigande ca. 20 knop - men kan även användas vid långsammare båtar. 10 15 20 25 30 'l l Q *J .v .\ i; Propellerdrevet 1 innefattar ett nedre växelhus 10 vilket inrymmer en del av för en motortransmission (ej visad). Motortransmissionen är på känt sätt förbunden med en motor i en båt. Varken motorn eller båten visas emellertid i figurerna, då dessa komponenter i sig är väl kända. I det visade 10 en vidare en utföringsexemplet har växelhuset vingprofilliknande form.

Propellerdrevet 1 innefattar skjutande motroterande dubbelpropeller 12, men kan i en alternativ, ej visad utföringsform även vara försedd med en enkel skjutande propeller (ej visad). Propellem 12 uppvisar på känt sätt ett propellemav 14 - i dubbelpropellerns fall bestående av två motroterande navdelar 14a, 14b - och ett flertal därtill infästa propellerblad 16.

Med hänvisning till fig. 2, som visar en förenklad längsgående, partiell tvärsnittsvy av propellerdrevet i fig. 1, kommer uppfinningen nu att närmare beskrivas. I fig. 2 visas ej växelhusets 10 inre innehåll av åskådlighetsskäl.

Vidare visas endast det främre av de två sinsemellan motroterande navdelarna 14a, 14b, vilka på känt sätt ingår l den motroterande dubbelpropellem 12. Propellem 12 är på känt sätt förbunden till växelhuset 10 via en ej visad propelleraxel. l fig. 2 har ett flertal för uppfinningen relevanta yttre, periferiella tvärsnittsdimensioner indikerats med versala bokstäver A-E via vertikala hänvisningslinjer till de axiella lägen där respektive tvärsnittsdimension föreligger. l fig. 2 framgår vidare att propellemavets 14 huvudsakliga periferiella tvärsnittsdimension A understiger växelhusets 10 huvudsakliga periferiella tvärsnittsdimension B. l den visade utföringsformen förhåller sig exempelvis tvärsnittsdimensionen A till B ungefärligen enligt A=0,75B, vilket således motsvarar att propellemavet 12 är ca. 25% slankare än växelhuset 10.

Enligt uppfinningen är en bulbforrnad övergångskon 18 belägen mellan det relativt kraftigt dimensionerade växelhuset 10 och det relativt slanka 14. Med hänvisning återigen till propellemavet fig. 2 uppvisar 10 15 20 25 30 övergångskonen 18 en främre ände 20 belägen i anslutning till växelhuset 10, samt en bakre ände 22 belägen i anslutning till propellemavet 14. Övergångskonens 18 främre ände 20 har härvid en inledande periferiell tvärsnittsdimension C väsentligen motsvarande växelhusets 10 huvudsakliga periferiella tvärsnittsdimension B. Med ”väsentligen” menas här att den främre ändens 20 inledande tvärsnittsdimension C i praktiken medvetet kan dimensioneras för att marginellt understiga växelhusets 10 tvärsnittsdimension B - vilket är fallet i fig. 2 - i syfte att säkerställa att ett strömningsmässigt ogynnsamt tvärt radiellt utåtgående ”steg” av till följd av toleransojämnheter vid framställningen undvikes vid övergången från växelhuset 10 till övergångskonen 18. Övergångskonens 18 bakre ände 22 uppvisar en avslutande periferiell tvärsnittsdimension D väsentligen motsvarande propellemavets 14 huvudsakliga periferiella tvärsnittsdimension A. Av liknande skäl - men här omvänt - som vid övergången från växelhuset 10 till övergångskonen 18, innebär termen ”väsentligen” att den bakre ändens 22 avslutande tvärsnittsdimension D i praktiken medvetet kan dimensioneras för att i viss mån överstiga propellernavets tvärsnittsdimension B - vilket är fallet i fig. 2 - i syfte att säkerställa att ett strömningsmässigt ogynnsamt tvärt radiellt utåtgående ”steg” av till följd av toleransojämnheter vid framställningen undvikes vid övergången från övergångskonen 18 till propellernavet 14.

Uppfinningens grundprincip är att övergångskonen 18 innefattar ett bulbformat skulderparti 24 beläget mellan nämnda främre ände 20 och bakre ände 22, vars största periferiella tvärsnittsdimension E överstiger Övergångskonens 18 inledande periferiella tvärsnittsdimension C. Såsom tydligt visas i fig. 2, utgörs det bulbforrnade skulderpartiet 24 av en kontinuerligt välvd båglinje sträckande sig från övergångskonens 18 främre ände 20 till dess bakre ände 22. Härvid är vidare skulderpartiets 24 största 10 15 20 25 30 f? ll' J h \...i a.. - (f-l 8 periferiella tvärsnittsdimension E belägen axiellt närmare övergångskonens 18 främre ände 20 än dess bakre ände 22. l fig. 2 visas att det bulbformade skulderpartiets 24 största periferiella tvärsnittsdimension E är belägen på ett axiellt avstånd d från övergångskonens 18 främre ände 20 Avståndet d motsvarar enligt uppfinningen lämpligen 10-40% av övergångskonens 18 längd L, och företrädesvis 20-30%. I den visade utföringsformen motsvarar avståndet d ca: 25% av övergångskonens 18 längd L.

Skulderpartiets 24 största periferiella tvärsnittsdimension E överstiger lämpligen övergångskonens 18 inledande periferiella tvärsnittsdimension C med 3-10%, företrädesvis 5-7%. skulderpartiets 24 övergångskonens 18 Vidare överstiger lämpligen största periferiella tvärsnittsdimension E bakre periferiella tvärsnittsdimension D med 10-30%, företrädesvis 15-20%.

Funktionen och fördelarna bakom det bulbforrnade skulderpaniet 24 kommer nu att redogöras under hänvisning till fig. 3, som visar en uppförstorad bruten tvärsnittsvy av propellerdrevet 1 enligt uppfinningen. I figuren visas en kontinuerlig strömpil 26 vilken beskriver en vätskepartikels rörelse längs propellerdrevet 1. Med början från vänster i figuren rör sig vätskepartikeln längs strömpilen 26 i ett laminärt strömningsområde Z1 vilket sträcker sig från växelhusets 10 nos (ej visad i figuren). Vid en övergângspunkt passerar vätskepartikeln in i ett övergångsområde 22 där övergång från laminär strömning till turbulent strömning sker. Inom övergângsområdet Z2 känner vätskepartikeln i ett tidigt skede av ett framförliggande lokalt ökat tryck i ett område benämnt tryckzon l - vilken schematiskt är inritad i fig. 2 med streckade linjer och vilken väsentligen är belägen framför övergångskonens 18 bulbformade skulderparti 24. vätskepartikeln tvingas här till följd av det framförvarande högre trycket att ändra sin strömbana utåt från växelhuset 10 15 20 25 30 10, såsom framgår av fig. 2. Vätskepartikeln passerar härefter in i ett turbulent strömningsområde Z3, inom vilket det bulbformade skulderpartiet 24 är beläget. Strömningshastigheten ökar kring det bulbformade skulderpartiet 24, vilket medför en ökning av vätskans kinetiska energi och ett lokalt hastighetsökningen kring skulderpartiet 24 minskar risken för avlösning och sänkt tryck jämfört med omgivningstrycket. Genom vätskepartikeln tvingas åter att ändra sin strömbana inåt så att den ansluter inåt mot skulderpartiets 24 bakre ände 22 utan avlösning. Vidare, i en tryckzon I ll, råder ett stagnationstryck vilket överstiger det omgivande trycket i anslutning till skulderpartiets bakre ände 22 och vidare in över propellernavet 14. En betydande ökning av absoluttrycket inom tryckzonen lll medför att vätskepartikeln ansluter till propellemavet 14 och turbulensintensiteten kring propellemavet 14 och propellerbladens 16 rotpartier 30 reduceras betydligt jämfört med ett propellerdrev (ej visat) med konventionell rak eller svagt rundad övergångskon mellan växelhus 10 och propellemav 14. Härigenom elimineras kavitationserosion i nämnda rotpartier 30.

Förekomsten av det bulbforrnade skulderpartiet 24 på övergångskonan medför en viss ökning av propellerdrevets 1 totala strömningmotstånd, men detta propellerverkningsgraden. Såsom tidigare omnämnts, möjliggör det relativt kompenseras mer än väl av den markant ökade breda växelhuset 10 jämfört med konventionella drev att propellerdrevets 1 transmissionsdelar (ej visade) kan dimensioneras betydligt grövre.

Härigenom erhålles ett propellerdrev med betydligt längre operativ livslängd än hos konventionella drev.

I fig. 4 visas en separat perspektiwy av övergångskonan 18 enligt uppfinningen, varvid det bulbforrnade skulderpartiet 24 tydligt framgår. Övergångskonen 18 är - såsom även framgår i de tidigare fig. 2 och fig. 3 - i det visade utföringsexemplet uppbyggd av en främre halva 32 och en bakre halva 34. Den främre halvan 32 uppvisar därvid ett framåt, i växelhuset 10 10 15 20 25 30 36 med utåtvända anliggningsytor 38 mot motsvarande radiellt inåtvända anliggningsytor 40 inskjutande cylindriskt anslutningsparti radiellt utförda i växelhuset 10. Det cylindriska anslutningspartiet uppvisar ett runtomgående tätningsspår 42 för en tätningsring (ej visad). Den främre halvan uppvisar vidare ett bakåt, mot propellern 14 sig sträckande, inre hylsparti 44, kring vllket den bakre halvan 34 är infäst. Hylspartiet 44 omsluter vidare den i figurerna ej visade propelleraxeln.

Såsom vidare framgår av fig. 4 är övergångskonen 18 försedd med en uppåtriktad övre ansatsklack 46 för formmässig anslutning till det övriga propellerdrevet 1 och en nedåtriktad nedre ansatsklack 48 för formmässig anslutning till en fast nedre stabiliseringsvinge, en s.k. skädda 50, vilken endast visas i den övergripande vyn i fig. 1.

I fig. 5 visas slutligen ett schematiskt tvärsnitt genom övergångskonen 18 vid dess största tvärsnittsdimension (E). Såsom framgår av figuren awiker övergångskonens 18 tvårsnittsform från en rotationssymmetrisk kropp vid de båda ansatsklackama 46, 48. Den rotationssymetriska kroppen illustreras schematiskt i figuren med den medelst streckade linjer fullbordade cirkeln 52.

Såsom redan inledningsvis kortfattat har nämnts, avser de i beskrivningen angivna periferiella tvärsnittsdimensionerna A, B, C, D, E den generella genomsnittliga yttre tvärsnittsdimensionen - här således diametem - av de rotationssymmetriska partiema av angivna delar (i fig. 5: övergångskonen). I fig. 5 betecknas dessa rotationssymetriska partier med den gemensamma hänvisningsbeteckningen 54. Båda ansatsklackarna 46, 48 uppvisar dock på lämpligt sätt krökta sidoytor 56, vilka ansluter mot de rotationssymetriska partiema 54 av rotationskroppen 52. l perspektivvyn i fig. 4 visas att de sidoytoma 56 tredimensionella strömlinjeforrn. delvis är dubbelkrökta för att följa propellerdrevets 1 Uppfinningen är ej begränsad till de ovan beskrivna och på ritningarna visade utföringsexempel, utan kan fritt varieras inom ramen för efterföljande u n open - ~ n Q o n a nunnan f? ff 1 :w '- 'Iï : : ~ ~ * '4 n n u) a) 'J / ÜÜ: . u: _ z-g : g .. .. nu oo n 1 v~ no .nun a n n 11 patentkrav. Exempelvis kan övergångskonan allemativt vara utformad i ett stycke eller med annan delning än den som visas i utföringsexemplen. Även om övergångskonen 18 ovan beskrivits såsom en separat enhet mellan växelhuset 10 och propellern 12, kan nämnda övergângskon 18 även utgöra en integrerad del av växelhuset 10. 10 15 20 25 30 w ._ ...à- 12 Lista över hänvisningsbeteckningar: 1.

Propellerdrev 10. Växelhus 12. 14.

Propeller Propellernav 14a Främre navdel 14b Bakre navdel 16 17. 18 20. 22. 24. 26. 28. 30. 32. 34. 36. 38. 40. 42. 44. 46. 48. 50. 52. 54. 56.

Propellerblad Propellems centrumlinje Övergàngskon Främre änden av övergångskonen Bakre änden av övergångskonen Bulbformat skulderparti Strömrör Övergångspunkt Propellerbladens rotpartier Främre halva av övergångskonen Bakre halva av övergångskonen Cylindriskt anslutningsparti Utåtvända anliggningsytor lnåtvända anliggníngsytor Tâtningsspår Inre hylsparti Övre ansatsklack Nedre ansatsklack Skädda Cirkel, illustrerande rotationssymmetrisk kropp Rotationssymetriska partier Krökta sidoytor 10 15 Û Il Û Ü r.. F21” v? f, (3 ,,,l v... z vn-n .es-.vv !. :..: . ß _ ,, . , ,¿ _ -t * ,. .. o. u n o »nu ..

Lz' _; . v.) n) f; L; I 4 l U I 2 :': 2. z : v I z 2 '_.' ' , 'u u n H I 13 Propellernavets huvudsakliga periferiella tvärsnittsdimension Växelhusets huvudsakliga periferiella tvärsnittsdímension Övergângskonens inledande periferiella tvärsnittsdlmenslon Övergångskonens avslutande periferiella tvärsnittsdlmenslon FUPQPPF? Skulderpartiets största periferiella tvärsnittsdlmenslon L: Övergàngskonens längd d: Axiellt avstånd från övergångskonens främre ände till skulderpartiets största tvärsnittsdlmenslon Z1: Laminärt strömningsområde Z2: Övergångsomràde Z3: Turbulentområde I: Tryckzon med lokalt högre tryck kring växelhuset framför övergångskonen och vid övergångskonans främre ände ll: Tryckzon med lokalt lägre tryck kring övergångskonens främre ände Ill: Tryckzon med lokalt högre tryck kring övergångskonens bakre ände och in över propellemavet.

Claims (10)

10 15 20 25 30 14 PATENTKRAV

1. Marint propellerdrev (1) för båtar, innefattande ett växelhus (10) för en motortransmission samt en därtill anbringad skjutande propeller (12), där nämnda propeller (12) är försedd med ett propellernav (14), vars huvudsakliga periferiella tvärsnittsdimension (A) understiger växelhusets (10) huvudsakliga periferiella tvärsnittsdimension (B), och där en övergångskon (18) är belägen mellan växelhuset (10) och propellernavet (14), vilken övergångskon (18) uppvisar: - en främre ände (20) belägen i anslutning till växelhuset (10), där nämnda främre ände (20) har en inledande periferiell tvärsnittsdimension (C) väsentligen motsvarande växelhusets (10) huvudsakliga periferiella tvärsnittsdimension (B); - en bakre ände (22) belägen i anslutning till propellemavet (14), där nämnda bakre ände (22) uppvisar en avslutande periferiell tvärsnittsdimension (D) väsentligen motsvarande propellernavets (14) huvudsakliga periferiella tvärsnittsdimension (A), kännetecknat av att nämnda övergångskon (18) innefattar ett bulbforrnat skulderparti (24) beläget mellan nämnda främre ände (20) och bakre ände (22), vars största periferiella tvärsnittsdimension (E) överstiger övergàngskonens (18) inledande periferiella tvärsnittsdimension (C).

2. Marint propellerdrev (1) enligt patentkrav 1, kännetecknat av att skulderpartiets (24) största periferiella tvärsnittsdimension är belägen axiellt närmare övergàngskonens (18) främre ände (20) än dess bakre ände (22). 10 15 20 25 30

3. Marint propellerdrev (1) enligt patentkrav 2, kännetecknat av att skulderpartiets (24) största periferiella tvärsnittsdimension (E) är belägen på ett axiellt avstånd (d) från övergångskonens (18) främre ände (20) motsvarande 10-40% av övergångskonens (18) längd (L).

4. Marint propellerdrev (1) enligt patentkrav 2 eller 3, kännetecknat av att skulderpartiets (24) största periferiella tvärsnittsdimension (E) är belägen på ett axiellt avstånd från övergångskonens (18) inledningsände (20) motsvarande 20-30% av övergångskonens (18) längd (L).

5. Marint propellerdrev (1) enligt något eller några av föregående patentkrav, kännetecknat av att skulderpartiets (24) största periferiella tvärsnittsdimension (E) är belägen på ett axiellt avstånd (d) från övergångskonens (18) främre ände (20) motsvarande 25% av övergångskonens (18) längd (L).

6. Marint propellerdrev (1) enligt något eller några av föregående patentkrav, (24) övergångskonens största (1 8) kännetecknat av att skulderpartiets periferiella tvärsnittsdimension (E) överstiger inledande periferiella tvärsnittsdimension (C) med 3-10%.

7. Marint propellerdrev (1) enligt patentkrav 6, kännetecknat av att skulderpartiets (24) största periferiella tvärsnittsdimension (E) överstiger övergångskonens (18) inledande periferiella tvärsnittsdimension (C) med 5-7%.

8. Marint propellerdrev (1) enligt något eller några av föregående patentkrav, (24) tvärsnittsdimension (E) överstiger övergångskonens (18) bakre periferiella kännetecknat av att skulderpartiets största periferiella tvärsnittsdimension (D) med 10-30%. 10 15 16

9. Marint propellerdrev (1) enligt patentkrav 8, kännetecknat av att skulderpartiets (24) största periferiella tvärsnittsdimension (E) överstiger övergångskonens (18) bakre periferiella tvärsnittsdimension (D) med 15-20%.

10. Marint propellerdrev (1) enligt något eller några av föregående patentkrav, kännetecknat av att skulderpartiet (24) definieras av en kontinuerligt välvd båglinje sträckande sig från övergångskonens (18) främre ände (20) till dess bakre ände (22).