SE533520C2 - Framdrivningsanordning för en ytgående vattenfarkost - Google Patents

Description

20 25 30 35 533 520 Ett propellerblad som skär igenom vattnet har högst hastighet i vinkelled vid sin bladspets. Vid ett givet konstant varvtal så ökar denna hastighet med radien, dvs. en propeller med större diameter har högre bladspetshastighet än en med mindre diameter. Turbulenta fenomen som avlösning och kavitation tenderar att öka med ett ökande Reynoldstal. Reynoldstal ökar med ökande hastighet och ökande karakteris- tisk längd. För en hydrodynamisk profil, som tvärsnittet av ett propellerblad i princip är utgör normalt profilens kordatängd den karakteristiska längden. Kordalängden är längden på en given profil från dess framkant till dess bakkant. Det är normalt att bladet har olika kordalängder pà olika radier, man anger normalt rotkordans längd vid bladfoten, toppkordan vid bladets topp och en medelkorda som är ett medelvärde för alla radier från dess fot till dess topp. Tjockleken pà profilen längs med korclan definierar sedan bladets form.

Ett syfte med uppfinningen är att lösa det tekniska problemet med buller och vibrationer när rotorblad och ledskenor blir hydrodynamiskt pà- och avlastade vid rotorbladens rotation runt sin drivaxel. Minskande vibrationer kan användas för att optimera hállfastheten för ingående komponenter. uppfinningen löser problemet genom att den får den utformning som framgår av det efterföljande självständiga patentkravet. Övriga patentkrav avser fördelaktiga utföringsformer av uppfinningen, som ger ytterligare förbättrad verkningsgrad för pumpjetaggregatet genom att rotorblad och ledskenor kan optimeras. l det följande kommer uppfinningen att beskrivas närmare med hänvisning till bifogade ritning. där fig. 1 visar en elektrisk podmotor med ett akterrnonterat pumpjetaggregat och dess fästanordning i form av en fena, fig. 2 visar ett pumpjetaggregat med dysa, stator och rotor sedd bakifrån och fig. 3 visar en principskiss sedd bakifrån över en sned infästning av en ledskena.

Fig. 1 visar en pod 1 innehållande en elmotor. Poden kan fästas till undersidan av en vattenfarkost med en fena 2. l andra fall kan poden fästas till akterspegeln på en båt med en något annorlunda fâstanordning, mer lik ett inombordsdrev. Även i ett sådant fall fäster fästanordningen pà översidan eller framsidans övre del av poden. I figuren 10 15 20 25 30 35 533 520 3 visas hur en pumpjet 3 är fäst på den utgående drivaxeln direkt efter poden. l figuren visas också den hästskoformade virvel 4 som uppstår runt fenan när gränsskiktet uppströms om fenan löser av och bildar en virvel. Denna hästskovirvel kröker sig runt fenan och följer med strömningen nedströms.

Fig. 2 visar pumpjetens uppbyggnad sedd bakifrån. En pumpjet innefattar en rotor med rotorblad 5 som är monterad pà elmotoms utgående drivaxel 6. en stator med ledskenor 7 och en dysa 8 som omger rotor och stator. För att minska problem med interferens och egensvängningar mellan stator och rotor är båda utförda med ett udda antal ledskenor 7 respektive rotorblad 5. Ledskenorna och rotorbladen år monterade med en jämn delning runt en symmetriaxel längs drivaxeln. Antalet rotorblad är ett lägre udda antal än antalet ledskenor.

Som nämnts är upptinningens huvudsyfte att lösa det tekniska problemet med buller och vibrationer p.g.a. att rotorblad blir hydrodynamiskt pà- och avlastade när de passerar genom det störda medströmsfaltet. Nar ett enskilt rotorblad 5 roterar ett varv runt drivaxeln, kommer bladet att lokalt uppleva olika anfallsvinklar mot den inkommande strömningen p.g.a. de hastighetsvariationer som förekommer då strömningen pâverkas av störningar p.g.a. ledskenomas 7 påverkan på strömningen och den hästskovirvel 4 som skapas av den fena 2 eller annan fästanordning som förbinder poden 1 med farkostens skrov, se nedan beträffande det senare.

Genom att utforma rotorbladens 5 kordalängd sà att bladens planprojicerade bredd 9 matchar avståndet mellan ledskenoma 7, kommer bladen att avlastas och pálastas på ett mer jämnt och harmoniskt vis. När framkanten pà ett rotorblad 5 kommer in i strömningen bakom en ledskena 7 så lämnar akterkanten- på rotorbladet det störda strömningsfältet bakom närmast tidigare ledskena sett i rotationsriktningen. Med en sådan utformning så blir det en mer kontinuerlig belastningscykel pà bladet istället för att det diskontinuerligt lastas av och pà, vilket annars hade vant fallet. Det senare skulle ha lett till stora vibrations- och bullerproblem. De minskande vibrationerna betyder att man kan utforma rotorbladen 5 tunnare och klenare än annars hade varit fallet.

Rotorbladen 5 har väsentligen radiellt riktade fram- och bakkanter och en största projicerad bredd 9 som är lika stor som vinkelavstàndet mellan ledskenoma 7 eller 10 15 20 25 30 35 533 520 4 upp till 8% större än detta. För bästa verkan bör den största projicerade bredden 9 vara 5% större än vinkelavstàndet.

Med elmotorn fäst i en fena 2 eller annan fästanordning kommer gränsskiktet upp- ströms om fenan att lösa av och skapa en så kallad hästskovirvel 4. Om en ledskena 7 är placerad så att hästskovirveln 4 passerar över ledskenan, uppstår ett mycket ogynnsamt lastfall för denna enskilda ledskena. Virveln skapar en störd strömning med stora variationer i tryck och hastighet. Dessa stömingar kallas variationer i medströmsfäitet. Detta leder till att den aktuella ledskenan av hàllfasthetsskäl måste göras väsentligt tjockare jämfört med de övriga opåverkade ledskenor. Ett tjockare blad leder till större våt yta och större tvärsnittsarea och därmed till högre motstånd och lägre verkningsgrad. Även rotorbladens 5 dimensionering pâverkas av variationerna i tryck och hastighet i medströmsfältet med samma negativa effekt pà verkningsgraden. Det är således mycket ogynnsamt om en ledskena kommer direkt i hästskovirvelns väg. l en föredragen utföringsform av uppfinningen monteras därför det udda antalet led- skenor så att ett blad är riktat väsentligen neråt, vilket följaktligen betyder att inget blad är riktat uppåt i den position som mest skulle vara påverkad av hästskovirveln.

Ledskenorna 7 sätter rotation på strömningen och genererar en lyftkraft. Denna lyftkraft strävar efter att böia ut ledskenorna i vinkelled i ett plan vinkelrätt mot drivaxeln 6. Ledskenomas 7 spets är infäst i dysan 8, vilken i sig genererar en nettokraft i axialled. Detta leder till ett mycket komplicerat lastfall som ger en komplicerad böjmod för bladet med stora lokala spänningskoncentrationer som följd.

Dysan 8 kommer som en följd av detta att sträva efter att rotera nágot. För att renodla böjmoden kan man fästa in ledskenoma 7 i nav och dysa sa att ett mer renodlat spänningstillstànd uppstår. På detta sätt kan man skapa antingen i huvudsak tryck- eller dragspänningar i ledskenorna, nagot som medför att de kan utföras klenare och tunnare jämfört med om de skulle behöva klara av det komplicerade belastningsfallet.

Man kan skapa det önskade mer renodlade tryck- eller dragspänningsfallet genom att ledskenoma 7 inte monteras rakt uti radiell led utan vinklade, sett i ett plan som är vinkelrätt mot rotoms drivaxel 6, så att infästningen i dysan 8 ligger före eller efter infästningen i centrum setti rotoms rotationsriktning (Q i fig.3). Om infästningen i 533 520 5 dysan ligger före infästningen i centrum (u i fig.3) kommer ledskenan 7 väsentligen att uppleva tryckspänningar och om motsatsen gäller (ß i fig.3) kommer ledskenan väsentligen att uppleva dragspänningar.

Claims (5)

10 15 20 25 30 533 520 Patentkrav:

1. Framdrivningsanordning för en ytgàende vattenfarkost som är fäst pà farkostens akterspegel eller under dess botten och innefattar en i vattnet belägen elektrisk framdrivningsmotor i ett vattenskyddande hölje - en pod (1) - som via en drivaxel (6) är förbunden med en pumpjetpropulsor (3), som innefattar en stator uppbyggd av ett udda antal Iedskenor (7), vilka sträcker sig väsentligen från propulsoms centrum till en omgivande cirkulär dysa (8) och är monterade med en jämn delning runt en symmetriaxel längs drivaxeln (6), och en rotor inom dysan (8) fastsatt på drivaxeln (6), vilken rotor vid drift driver farkosten framåt, k ä n n e t e c k n a d a v att rotorn har ett jämfört med Iedskenornas (7) antal lägre udda antal rotorblad (5) monterade med jämn delning runt nämnda drivaxel (6) med väsentligen radiellt riktade fram- och bakkanter och med en planprojicerad största bredd (9) som är lika stor som vinkelavståndet mellan ledskenorna eller upp till 8% större än detta.

2. Framdrivningsanordning enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d a v att rotorbladens (5) planprojicerade största bredd (9) är lika stor som vinkelavstándet mellan ledskenoma (7) eller upp till 5% större än detta.

3.Framdrivningsanordning enligt patentkravetl eller 2, k ä n n e t e c k n a d a v att en av ledskenoma (7) är monterad väsentligen vid den nedersta delen av dysan (8).

4. Framdrivningsanordning enligt något av patentkraven 1-3, k ä n n e t e c k - n a d a v att ledskenoma (7) är monterade snett i ett plan som är vinkelrätt mot drivaxeln (6) så att ett rotorblad (5) vid rotation överlappar en ledskenas (7) infästning i dysan (8) senare än dess infästning i centrum.

5. Framdrivningsanordning enligt något av patentkraven 1-3, k ä n n e t e c k - n a d a v att ledskenoma (7) är monterade snett i ett plan vinkelrätt mot drivaxeln (6) så att ett rotorblad (5) vid rotation överlappar en ledskenas (7) infästning i dysan (8) tidigare än dess infästning i centrum.