WO1995012520A1 - Rotierendes maschinenteil, insbesondere rotor eines zykloidal-schiffspropellers - Google Patents

Rotierendes maschinenteil, insbesondere rotor eines zykloidal-schiffspropellers Download PDF

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machine part
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Werner Fork
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J.M. Voith Gmbh
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    • B63H1/08—Propulsive elements directly acting on water of rotary type with rotation axis substantially at right angles to propulsive direction with adjustable vanes or blades with cyclic adjustment
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    • B63H2005/025—Arrangements on vessels of propulsion elements directly acting on water of paddle wheels, e.g. of stern wheels of Voith Schneider type

Definitions

  • Rotating machine part in particular the rotor of a cycloidal ship propeller
  • the invention relates to a rotating machine part according to the preamble of claim 1.
  • a machine part such as the wheel body of the cycloidal propeller
  • oil circulates inside, which lubricates and cools the bearings and gears, and from which the heat is dissipated to the medium outside via the outer wall of the machine part. To do this, the oil in the
  • the heat transfer surfaces of the machine part are generally radially on the outside.
  • the object of the invention is to decisively improve the heat transfer with regard to the machine part cooling or the bearing point.
  • FIG. 1 shows an axial section through a Schiff cycloidal propeller and
  • FIG. 2 shows a greatly simplified plan view of the rotor (the rotating machine part).
  • the propeller consists of the main components stator 4 and rotor 1, which carries the individual blades 2 (generally five in number) by means of the wing bearings 23, 23 '.
  • a bearing plate 38 is provided for the upper bearing 23.
  • the rotor is driven thereby via the upper rotor part 3, and by means of the bevel gear 14 connected thereto via the bevel pinion 13, primary gear 29, shaft journal 34 and the drive motor, not shown here.
  • the adjustment of the propeller blades 2 is carried out in a known manner by the central control stick 5, which is mounted in the central spherical main bearing 20 so as to be movable in all directions.
  • the adjusting linkage 7 starting from the hydraulic servomotor 16 for adjusting the
  • the joystick 5 adjusts the individual wings 2 via the coupling rods 18 and for this purpose is surrounded in its lower part by a control sleeve 21 or is mounted on the lower end of the joystick.
  • the central bore 35 for the lubricating oil opens into the lower part 6 of the rotor 1 with a central introduction point 17.
  • This part is essentially a flat, cylindrical housing with a cylindrical outer wall 13. Pockets 40 for the mounting of the wings 2 are formed in this by intermediate walls 42. The lower part of the rotor 1 is covered at the top by a cover plate 41 (see FIG. 2). At least one return line 12 for the oil (heat transfer medium) leads out of each of these pockets 40. This begins in the radially outer region of the pockets and is connected to the upper rotor part 3, where it continues in an opening 39 of this part. Thereafter, the oil continues to rise through holes 24 and 25 which are made in the central main bearing of the joystick. From there, the oil gets into the oil housing 11, which is inserted as a sheet metal insert into the sleeve-like stick housing 9.
  • a shut-off in the form of a seal carrier 10 is also provided around the billet, which has a in its upper area
  • the invention is based on the following consideration:
  • the layered areas form paraboloids.
  • the pressures in a stratified area are constant.
  • the return lines lead the cold oil to an area near the central area of the rotor, where the oil is returned to the circuit.
  • This oil pass results in a wetting of the outer surfaces of the rotor housing 6 with the warm oil up to the outer diameter and a derivation of the furthest cooled oil from the bottom and outermost corner of the wheel center.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein rotierendes Maschinenteil mit insbesondere einem flachen Gehäuse oder Boden mit im wesentlichen zylindrischer Aussenwandung oder mit symmetrisch verteilten, insbesondere sternförmig angeordneten Ausbuchtungen, insbesondere Rotor (1) eines Zycloidalpropellers, wobei die Zylinderachse oder Rotorachse gleich der Rotationsachse ist und das Maschinenteil oder Gehäuse in einer Atmosphäre oder einem Medium rotiert, das Wärme in einem Masse, um eine nötige Kühlwirkung am Maschinenteil oder Gehäuse bzw. in dessen Innerem zu erzeugen, zu übertragen imstande ist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine zentrale Einleitungsstelle am Maschinenteil oder Gehäuse sowie Rückleitungen (12) für ein weiteres Wärmeübertragungsmedium vorgesehen ist, welch letztere jeweils einen Einlass für das rückzuleitende Wärmeübertragungsmedium aufweisen, der im radial äusseren Bereich des Maschinenteils oder Gehäuses angeordnet ist, und daß die Rückführstelle für das rückzuführende Wärmeübertragungsmedium in der Nähe der Zentralachse oder des zentralen Bereichs (24) des Maschinenteils oder Gehäuses vorgesehen ist.

Description

Rotierendes Maschinenteil, insbesondere Rotor eines Zykloidal-Schiffspropellers
Die Erfindung betrifft ein rotierendes Maschinenteil entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Bei einem derartigen Maschinenteil, wie z.B. dem Radkörper des Zykloidalpropellers, zirkuliert im Inneren Öl, das Lagerstellen und Getriebe schmiert und kühlt, und von dem die Wärme über die Außenwand des Maschinenteiles an das Medium außerhalb abgegeben wird. Dazu sollte das öl im
Inneren in geeigneter Weise zirkulieren. Dabei liegen die Wärmeübertragungsflächen des Maschinenteils im allgemeinen radial außen.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, die Wärmeübertragung hinsichtlich der Maschinenteilkühlung bzw. der Lagerstelle entscheidend zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst. Es wird durch die erfindungsgemäße Lösung eine Zwangsströmung hervorgerufen, welche eine sehr gute Ausnutzung des Wärmeübertragungsvermögens des Schmiermittels (oder auch anderen Wärmeübertragungsmediums) ausnutzt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsform der Erfindung erläutert. Dabei stellt Figur 1 einen Axialschnitt durch einen Schiffε-Zykloidalpropeller und Figur 2 eine stark vereinfachte Draufsicht auf den Rotor (das rotierende Maschinenteil) dar.
Dabei besteht der Propeller aus den Hauptbestandteilen Stator 4 und Rotor 1, welcher die einzelnen Schaufeln 2 (im allgemeinen fünf an der Zahl) mittels der Flügellagerung 23, 23' trägt. Für das obere Lager 23 ist dabei eine Lagerplatte 38 vorgesehen. Der Antrieb des Rotors erfolgt dabei über den oberen Rotorteil 3, und mittels dem damit verbundenen Kegelrad 14 über das Kegelritzel 13, Vorschaltgetriebe 29, Wellenzapfen 34 und den hier nicht dargestellten Antriebsmotor.
Die Verstellung der Propellerflügel 2 erfolgt in bekannter Weise durch den zentralen Steuerknüppel 5, der nach allen Seiten-beweglich in dem zentralen, sphärischen Hauptlager 20 gelagert ist. Das von dem hydraulischen Stellmotor 16 ausgehende Verstellgestänge 7 zur Verstellung des
Steuerknüppels in der einen Richtung (z.B. für Fahrt) greift über ein oberes Knüppellager 22 an dem Knüppel 5 an. Die Verstelleinrichtung in dazu senkrechter Richtung (in der gleichen horizontalen Ebene) ist hier nicht dargestellt, da ohnehin aus zeichnerischen Gründen davon nicht viel zu erkennen wäre. Diese Versteileinrichtung ist aber praktisch ähnlich ausgebildet. Das Öl wird von einer Pumpe 31 gefördert und von einem Druckventil 32 den hydraulischen Stellmotoren 16 und den Schmier- und Lagerstellen über nicht dargestellte Leitungen entsprechend dem Bedarf dosiert zugeführt. Das für diese Verbraucher nicht benötigte Öl wird dem Steuerknüppel 5 durch Leitung 33 zugeleitet.
Der Steuerknüppel 5 verstellt die einzelnen Flügel 2 über die Kuppelstangen 18 und ist zu dem Zweck in seinem unteren Teil von einer Steuerhülse 21 umgeben bzw. ist diese an dem unteren Ende des Steuerknüppels gelagert. Die zentrale Bohrung 35 für das Schmieröl mündet mit einer zentralen Einleitungsstelle 17 in den unteren Teil 6 des Rotors 1.
Dieses Teil ist im wesentlichen ein flaches, zylindrisches Gehäuse mit einer zylindrischen Außenwand 13. In diesem sind durch Zwischenwände 42 Taschen 40 für die Lagerung der Flügel 2 ausgebildet. Nach oben ist der untere Teil des Rotors 1 durch eine Deckplatte 41 abgedeckt (siehe Fig. 2) . Von diesen Taschen 40 führt mindestens jeweils eine Rückleitung 12 für das Öl (Wärmeübertragungsmedium) heraus. Diese beginnt jeweils im radial äußeren Bereich der Taschen und ist an den oberen Rotorteil 3 angeschlossen, wo sie sich in einer Öffnung 39 dieses Teils fortsetzt. Danach steigt das öl weiter aufwärts durch Bohrungen 24 und 25, die in dem zentralen Hauptlager des Steuerknüppels angebrächt sind. Von dort gelangt das Öl in das Ölgehäuse 11, das als Blecheinsatz in das büchsenartige Knüppelgehäuse 9 eingeschoben ist. Um die ölströmung vom zentralen inneren Bereich nach radial außen im Rotorgehäuse und wieder zurück von dort zu dem mehr oder weniger zentralen Bereich zu gewährleisten, ist noch eine Absperrung in Form eines Dichtungsträgers 10 um den Knüppel herum vorgesehen, der an seinem oberen Bereich eine
Dichtung trägt, die gegen das zentrale Hauptlager 20 des Knüppels 5, jedoch radial innerhalb des Bereichs, der die Bohrungen 24, 25 trägt, abdichtet. Der weitere Ölfluß geht über Leitungen 26 und 27 zu einem Sammelbehälter 53, von dem aus das Öl über Leitung 28 in einen im Statorbereich angeordneten Ölbehälter 36 abfließt, aus dem die Pumpe 31 das Öl wieder in den Kreislauf fördert.
Die Erfindung beruht auf folgender Überlegung:
Bei der gleichmäßigen Rotation eines flüssigkeitsgefüllten Behälters rotiert die Flüssigkeit im gleichen Maße. Die Fliehkräfte in der Flüssigkeit bewirken einen Druckanstieg nach außen entsprechend der Formel
P. = 1/2 xρ X r2 X W2 = 1/2 ρ X U2
Mit Pr = Druck auf dem Radius r ρ = Dichte der Flüssigkeit r = Radius auf dem der Druck betrachtet wird w = Winkelgeschwindigkeit des Behälters Der Druck im Zentrum addiert sich zu den so errechneten Drücke .
Irgendwelche Dichteunterschiede innerhalb der Flüssigkeit durch verschiedene Phasen, Temperaturen oder Mischungen führen zu Schichtungen, die mehr oder weniger stabil sind. Bei Mineralöl einer einheitlichen Sorte ergibt eine Temperäturdifferenz bereits eine recht stabile Schichtung, wenn das warme öl im Zentrum zugeführt wird.
Die Schichtflächen bilden Parabeloide. Die Drück in einer Schichtfläche sind konstant.
Richtwerte für Flügelradpropeller der beschriebenen Bauart: ρρ == 990000 kkgg//mm3, U = 11 m/s (auf Flügelkreis) Pr = 0,54 bar
Aus vorstehendem ergibt sich, daß ohne die erfindungsgemäße Maßnahme, bestehend aus den Rücklaufröhren 12 und dem Dichtungsträger 10, es ohne weiteres nicht der Fall ist, daß das warme Öl die Außenflächen des Radkörpers erreicht. Das warme Öl würde nämlich nach seinem Austritt aus dem unteren Ende des Steuerknüppels 5 nach oben wieder direkt zu den Rücklauflöchern strömen. Die Austrittsgeschwindigkeit des Öles und die Bewegung der
Antriebskinematik für die Flügel 2 können diesen direkten Rückfluß nicht nachhaltig beeinflussen. Die gegliederte Form des Radkörpers mit seinen Taschen für die Flügellager 23 und 23 • unterbindet noch weiter eine stärkere Durchmischung des Öls.
Durch die erfindungsgemäße Maßnahme führen die Rückführleitungen das kalte öl in einen Bereich nahe des Zentralbereichs des Rotors, wo das Öl wieder dem Kreislauf zugeführt wird. Dieser Öldurchlauf ergibt eine Benetzung der Außenflächen des Rotorgehäuses 6 mit dem warmen Öl bis zum Außendurchmesser und eine Ableitung des am weitesten gekühlten Öles aus der untersten und äußersten Ecke des Radkörpers.
Eine Wärmeisolierung der Rücklaufleitungen (des Rücklaufrohres) verhindert eine starke Wiedererwärmung des Öles. Im allgemeinen reicht bereits je ein Rücklaufröhr 12 für jede Tasche 40 des unteren Rotorgehäuses für eine optimale Abfuhr des kalten Öles.
Nach diesem Prinzip lassen sich auch andere rotierende Wärmetauscher bzw. andere rotierende Maschinenteile aufbauen.

Claims

Ansprüche
1. Rotierendes Maschinenteil (1) mit insbesondere einem flachen Gehäuse (6) oder Boden mit im wesentlichen zylindrischer Außenwandung (13) oder mit symmetrisch verteilten, insbesondere sternförmig angeordneten Ausbuchtungen, insbesondere Rotor eines Zykloidalpropellers, wobei die Zylinderachse oder Rotorachse gleich der Rotationsachse ist und das
Maschinenteil oder Gehäuse in einer Atmosphäre oder einem Medium rotiert, das Wärme in einem Maße, um eine nötige Kühlwirkung am Maschinenteil (1) oder Gehäuse (6) bzw. in dessen Innerem zu erzeugen, zu übertragen imstande ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine zentrale Einleitungsstelle (17) am Maschinenteil (1) oder Gehäuse (6) sowie Rückleitungen (12) für ein weiteres Wärmeübertragungsmedium vorgesehen ist, welch letztere jeweils einen Einlaß für das rückzuleitende Wärmeübertragungsmedium aufweisen, der im radial äußeren Bereich des Maschinenteils (1) oder Gehäuses (6) angeordnet ist, und daß die Rückführstelle (24, 26) für das rückzuführende Wärmeübertragungsmedium in der Nähe der Zentralachse oder des zentralen Bereichs des Maschinenteils (1) oder Gehäuses (6) vorgesehen ist.
2. Maschinenteil oder Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der direkte Rückfluß des Wärmeübertragungsmediums zum zentralen Bereich insbesondere dem oberen Teil (3) des Gehäuses oder Maschinenteils (1) durch einen Dichtungsträger in Form einer Rotorbüchse (10) von dem mehr radial außen strömenden Rückfluß des Wärmeübertragungsmediums absperrbar ist.
3. Maschinenteil oder Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführleitungen (12) radial verlaufen und ggf. sternförmig angeordnet sind oder höchstens 15° von der radialen Richtung abweichen.
4. Maschinenteil (1) oder Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um den Rotor eines Zykloidal-Schiffspropellers handelt, und daß das weitere Warmeubertragungsmedium das Schmieröl des Zykloidalpropellers ist.
PCT/EP1994/003614 1993-11-05 1994-11-03 Rotierendes maschinenteil, insbesondere rotor eines zykloidal-schiffspropellers WO1995012520A1 (de)

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