FI12771Y1 - Potkurin hyötysuhteen parantaminen - Google Patents

Abstract

1. Laitteisto (4) potkurin (1) hyötysuhteen parantamiseksi, joka laitteisto käsittää ainakin yhden potkurin sekä välineet (5, 6) veden ohjaamiseksi potkurin lähiympäristöstä potkurin (1) eteen ja/tai taakse, tunnettu siitä, että laitteisto (4) käsittää samalle akselille sijoitetut ensimmäisen potkurin (1a) ja toisen potkurin (1b), sekä potkurien lapojen väliin sijoitetut ja potkurit yhdistävät siivekkeet (5), jotka ohjaavat vettä potkurien väliin, eli ainakin ensimmäisen potkurin (1a) takapuolelle ja toisen potkurin (1b) etupuolelle. Lisäksi suojavaatimukset 2-7.

Description

Potkurin hyötysuhteen parantaminen

KEKSINNÖN TEKNIIKAN ALA Keksinnön kohteena on jäljempänä esitettyjen itsenäisten suojavaatimusten johdanto- osissa esitetyn mukainen laitteisto potkurin hyötysuhteen parantamiseksi. Keksinnön kohteena on myös em. laitteistoa hyödyntävät vesikulkuneuvon potkuri ja potkuripumppu.

TEKNIIKAN TASO Potkuri on siipipyörä, joka muuttaa lapojensa pyörivän liikkeen väliaineen nopeutta kasvattamalla työntövoimaksi. Potkuria käytetään nesteen liikuttamiseksi esimerkiksi vesikulkuneuvojen propulsiolaitteistoissa ja pumpuissa. Aksiaali- eli potkuripumpun juoksupyörä on potkuri, joka antaa nesteelle potkurin akselin suuntaisen virtauksen.

Potkurien hyötysuhteen parantaminen on ollut haasteena niin kauan kuin niitä on käytetty. Potkurin kokonaishyötysuhteeseen vaikuttavat mm. potkurin halkaisija, potkurin lapojen lukumäärä, nousukulma, kierrosnopeus, potkuria pyörittävän moottorin teho, esimerkiksi kuten vesikulkuneuvon koneteho.

Ongelmana on esimerkiksi se, miten vesikulkuneuvon potkurin nousu eli potkurin eteneminen vedessä voitaisiin toteuttaa ns. 1:1 periaatteella. Potkurin nousu on matka, jonka potkuri teoriassa etenee yhden kierroksensa aikana edellyttäen, ettei veden ja o potkurin välillä ole luistoa. Käytännössä luistoa on aina. Siten potkurin käytännössä N etenemä matka vedessä on lyhyempi kuin potkurin teoreettinen nousu.

3 25 N Potkurin pyörimiseen vedessä liittyy useita ongelmia, esimerkiksi ns. kavitaatioilmiö. E Kavitaation seurauksena vesi alkaa kiehua potkurien aikaansaaman paikallisen R alipaineen vuoksi. Kavitaatiokuplat kuluttavat potkuria mekaanisesti ja potkurin S työntöteho pienenee. Kavitaatiota on yritetty vähentää esimerkiksi muotoilemalla O 30 potkurin lapoja. Näin on saatu pieniä parannuksia tavoiteltuun potkurin > hyötysuhteeseen.

Potkurin hyötysuhde on tyypillisesti korkeimmillaan silloin kun potkuri rupeaa pyörimään ja siirtämään paikallaan olevaa vesimassaa taaksepäin tai eteenpäin riippuen siitä kumpaan suuntaan vettä tai vesikulkuneuvoa halutaan liikuttaa. Hyötysuhde tyypillisesti pienenee, kun vesimassa alkaa liikkua potkurin pyörimisen vaikutuksesta. Potkurin pyörimissuunta on usein käännettävissä virtauksen suunnan kääntämiseksi. Potkurien lavat on usein muotoiltu siten, että ne antavat eri suuntiin eri hyötysuhteen. Esimerkiksi tyypilliset vesikulkuneuvon potkurit eivät taaksepäin ajettaessa anna samaa hyötysuhdetta kuin eteenpäin ajattaessa.

KEKSINNÖN TARKOITUS Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on vähentää tai jopa poistaa edellä mainittuja tekniikan tasossa ilmeneviä ongelmia.

Esillä olevan keksinnön yhtenä tarkoituksena on saada aikaan ratkaisu, jolla vähennetään kavitaatiota vesikulkuneuvon ja potkuripumpun potkurin yhteydessä. Esillä olevan keksinnön yhtenä tarkoituksena on saada aikaan entisiä tehokkaammin — toimiva vesikulkuneuvon ja potkuripumpun potkuri. Esillä olevan keksinnön yhtenä tarkoituksena on vähentää potkurista aiheutuvaa o vesikulkuneuvon ja potkuripumpun kokonaishyötysuhteen alenemista.

O

N 3 25 Esillä olevan keksinnön yhtenä tarkoituksena on tehostaa potkurin hyötysuhdetta N potkurin molemmissa pyörimissuunnissa. j

R KEKSINNÖN LYHYT KUVAUS S Mm. edellä mainittujen tarkoituksien toteuttamiseksi keksinnön mukaiselle laitteistolle, O 30 —vesikulkuneuvon potkurille, potkuripumpulle sekä muille keksinnön kohteille on > tunnusomaista se, mikä on esitetty oheisten itsenäisten suojavaatimusten tunnusmerkkiosissa.

Tässä tekstissä mainitut sovellusesimerkit ja edut koskevat soveltuvin osin niin keksinnön mukaista laitteistoa, vesikulkuneuvon potkuria, potkuripumppua kuin muitakin keksinnön kohteita, vaikka sitä ei aina erikseen mainitakaan.

Tyypillinen keksinnön mukainen laitteisto potkurin hyötysuhteen parantamiseksi käsittää välineet veden ohjaamiseksi potkurin lähiympäristöstä potkurin eteen ja/tai taakse. Laitteisto käsittää samalle akselille sijoitetut ensimmäisen potkurin ja toisen potkurin, sekä potkurien lapojen väliin sijoitetut ja potkurit yhdistävät siivekkeet.

Siivekkeet ohjaavat vettä potkurien väliin, eli ainakin virtaussuunnassa ensimmäisen potkurin takapuolelle ja toisen potkurin etupuolelle.

Tyypillistä keksinnön mukaista laitetta voidaan käyttää esimerkiksi menetelmässä, jossa parannetaan potkurin hyötysuhdetta.

Keksinnön mukainen vesikulkuneuvon potkuri käsittää keksinnön mukaisen laitteiston. Keksintöä voidaan käyttää vesikulkuneuvossa, joka käsittää keksinnön mukaisen vesikulkuneuvon potkurin.

Keksinnön mukainen potkuripumppu käsittää keksinnön mukaisen laitteiston. Tällöin keksinnön mukainen laite ohjaa vettä ainakin potkuripumpun juoksupyöränä toimivien potkureiden väliin.

S N Eräs tapa kuvata keksintöä on sanoa, että siinä kerätään ja siirretään vettä potkurin S 25 ympäriltä sen eteen ja/tai taakse. Eräässä suoritusmuodossa vettä siirretään N ensimmäisen ja/tai toisen potkurin sekä eteen että taakse. Eräässä suoritusmuodossa E vettä siirretään myös virtaussuunnassa ensimmäisen potkurin etupuolelle ja/tai toisen R potkurin takapuolelle.

S 30 Nyton siis huomattu, että mitä enemmän vettä potkurin eteen ja taakse saadaan, sen > tehokkaampi potkurista tulee. Vettä kannattaa ohjata potkurin eteen ja/tai taakse erityisellä vettä siirtävällä laitteistolla.

Keksinnön mukaisen potkurin pyöriessä vettä ohjaava laitteisto, esimerkiksi sopivat siivekkeet, ohjaa laitteiston ulkopuolella olevaa, mahdollisesti tavanomaisen potkurin vaikutuspiirin ulkopuolella olevaa, vettä sen sisäpuolelle eli potkurin pääasiallisessa työntösuunnassa potkurin taakse ja/tai eteen. Näin aikaansaadaan potkurin taakse ja/tai eteen tavallista potkuria suurempi veden paine.

Keksinnön mukainen laitteisto, kuten siivekkeet, voidaan järjestää siirtämään lisää vettä potkurin taakse ja/tai eteen myös peruutettaessa. Siten keksintö parantaa potkurin hyötysuhdetta myös ajettaessa vesikulkuneuvoa taaksepäin.

Keksinnön yhtenä etuna on, että potkurin yhteyteen lisätyn veden ansiosta kavitaatio vähenee.

Keksinndn yhtenä etuna on, että veden tai vesikulkuneuvon kulkusuunnassa potkurin taakse, johon potkuri työntää vettä, tulee suurempi veden vastapaine. Näin potkurin toiminta tehostuu.

Keksinnön yhtenä etuna on, että ainakin joissain tapauksissa potkurin aiheuttamaa veden virtausta taaksepäin voidaan pienentää.

Keksinnön yhtenä etuna on, että sen avulla on mahdollista pienentää potkurin eteen o syntyvää imuvaikutusta. & 3 25 Keksinnön eräässä sovellusmuodossa potkuri käsittää potkurin akselin. Keksinnön N eräässä sovellusmuodossa potkuri käsittää yhden tai useampia lapoja. j R Keksinnön eräässä sovellusmuodossa vettä siirtävää laitteistoa tai ainakin pääosaa S laitteesta pyöritetään potkurin mukana tai sen ohessa. Tällöin vettä ohjataan mainitulla O 30 — laitteistolla potkurin lähiympäristöstä potkurin eteen ja/tai taakse. 5

Keksinnön eräässä sovellusmuodossa vettä siirtävä laitteisto on kytketty kiinteästi potkuriin. Keksinnön eräässä sovellusmuodossa vettä siirtävä laitteisto on kytketty potkurin 5 yhteen tai useampaan lapaan ja niiden mukana pyöriväksi. Keksinnön eräässä sovellusmuodossa vettä siirtävä laitteisto käsittää yhden tai useampia siivekkeitä, jotka on järjestetty ohjaamaan vettä potkurin lähiympäristöstä potkurin eteen ja/tai taakse.

Keksinnön eräässä sovellusmuodossa yksi tai useammat siivekkeet ovat potkurin lapoihin kiinnitettyjä. Keksinnön eräässä sovellusmuodossa siivekkeet on kiinnitetty potkurin lapojen kärkiin tai lapojen kärkiosiin. —Siivekkeet voivat olla alun perin lavoista erilliset, ja niihin erikseen kiinnitetyt. Kiinnitys voi olla esimerkiksi pultti- tai ruuvikiinnitys. Keksinnön eräässä sovellusmuodossa siivekkeet on kiinnitetty potkurin lapoihin irrotettavasti. Näin siivekkeet ovat helposti vaihdettavissa.

Keksinnön eräässä sovellusmuodossa yksi tai useammat siivekkeet on muodostettu samaksi kappaleeksi lapojen kanssa, esimerkiksi potkuriaihion valun yhteydessä.

O R Keksinnön eräässä sovellusmuodossa vettä siirtävä laitteisto, esimerkiksi siivekkeet S 25 tai siivekkeiden sisäpinta, on järjestetty ja/tai muotoiltu siten, että laitteisto siirtää vettä N potkurin eteen ja/tai taakse riippumatta potkurin pyörimissuunnasta. j R Keksinnön eräässä sovellusmuodossa siivekkeet ovat pääasiassa potkuriakselin S suuntaisia. S 30 > Keksinnön eräässä sovellusmuodossa vettä siirtävä laitteisto käsittää pannan, jolla siivekkeitä, esimerkiksi siivekkeiden vapaina olevia päitä, tuetaan toisiinsa. Siivekkeen vapaalla päällä voidaan tarkoittaa esimerkiksi potkuriakselista poispäin olevaa siivekkeen päätä. Keksinnön eräässä sovellusmuodossa ensimmäinen ja toinen potkuri on kiinnitetty samalle potkuriakselille kiinteästi.

Keksinnön eräässä sovellusmuodossa siivekkeet yhdistävät ensimmäisen potkurin ja toisen potkurin lavat toisiinsa.

Keksinnön eräässä sovellusmuodossa toisen potkurin nousukulma on eri kuin ensimmäisen potkurin. Eräässä sovelluksessa toisen potkurin nousukulma on suurempi kuin ensimmäisen.

Keksinnön eräässä sovellusmuodossa siivekkeitä on eri määrä kuin potkurin lapoja.

Keksinnön eräässä sovellusmuodossa siivekkeet suuntautuvat etäisyyden verran ensimmäisestä ja/tai toisesta potkurista tai potkurin lavoista pääasiassa potkurin akselin suunnassa taaksepäin.

Keksinnön eräässä sovellusmuodossa siivekkeet suuntautuvat etäisyyden verran ensimmäisestä ja/tai toisesta potkurista tai potkurin lavoista pääasiassa potkurin akselin suunnassa eteenpäin.

O

O N Keksinnön eräässä sovellusmuodossa siivekkeet suuntautuvat etäisyyden verran < AR än: än; . . . . a . O 25 ensimmäisestä ja/tai toisesta potkurista tai potkurin lavoista pääasiassa potkurin N akselin suunnassa sekä taaksepäin että eteenpäin.

I a a R Keksinnön eräässä sovellusmuodossa siivekkeet suuntautuvat etäisyyden verran S ensimmäisestä ja/tai toisesta potkurista tai potkurin lavoista lapojen kärkien S 30 muodostaman kuvitteellisen ympyrän kaaren suunnassa yhteen ja/tai toiseen 5 suuntaan.

Keksinnön eräässä sovellusmuodossa siivekkeet muodostuvat potkurin lapojen päistä. Eräässä sovellusmuodossa nämä lapojen päät on suunnattu pääasiallisesti potkurin akselin suuntaisiksi, eli siivekkeet suuntautuvat etäisyyden verran potkurin lavoista pääasiassa potkurin akselin suunnassa eteenpäin ja/tai taaksepäin.

Keksinnön eräässä sovellusmuodossa ensimmäinen ja/tai toinen potkuri ovat kiinteäsiipisiä potkureita. Keksinnön eräässä sovellusmuodossa ensimmäinen ja/tai toinen potkuri on säätösiipipotkuri. Säätösiipipotkurin nousukulma on säädettävissä. Eräässä sovelluksessa ensimmäisen ja toisen potkurin nousukulmat ovat — säädettävissä erikseen.

Siivekkeet tai niiden reunat ja/tai pinnat voivat olla pääasiallisesti muunkin suuntaisia kuin potkurin akselin suuntaisia. Esimerkiksi siivekkeet voivat olla kulmassa potkurin akselin suuntaan nähden. Mainittu kulma voi olla esimerkiksi 0-60 astetta, 0-45 astetta, 10-90 astetta, 10-45 astetta. Siivekkeet voivat olla potkurin pyöriessä sen lapojen kärkien muodostaman kuvitteellisen ympyrän kaaren suuntaisia tai ympyrän tangentin suuntaisia, tai tangenttiin nähden kulmassa, esimerkiksi 0.5—20 asteen tai 1—10 asteen kulmassa.

Siivekkeiden pituus potkurin lavasta eteenpäin tai taaksepäin mitattuna voi olla esimerkiksi 10-500 mm, 20-200 mm, yli 10 mm, yli 20 mm, yli 50 mm tai yli 100 mm. Siivekkeiden pituus potkurin lapojen kärkien muodostaman kuvitteellisen ympyrän o kaaren suunnassa suuntaan tai toiseen voi olla esimerkiksi 20-1000 mm, 40-500 mm, N yli 20 mm, yli 50 mm, yli 100 mm tai yli 500 mm.

S 25 N Siivekkeillä voidaan ohjata vettä potkurin lähiympäristöstä potkurin eteen ja/tai taakse E potkurin lapojen kärkien muodostaman kuvitteellisen ympyrän piirin koko pituudelta tai R vain osalta piirin pituutta. Toisin sanoen, siivekkeet yhteensä kattavat potkurin S ympäriltä jonkin osuuden O ja 360 asteen väliltä. Siivekkeitten kattama osuus potkurin O 30 ympäriltä voi olla esimerkiksi yli 5, yli 10, yli 20, yli 30, yli 40, yli 60, yli 80, yli 100, yli > 180, yli 270, alle 5, alle 10, alle 20, alle 30, alle 40, alle 60, alle 80, alle 100, alle 180, alle 270, 5-360, 5-270, 5-180, 5-100, 5-80, 5-60, 5-40, 5-30, 5-20, 5-10, 10-360,

10-270, 10-180, 10-100, 10-80, 10-60, 10-40, 10-30, 10-20, 20-360, 20-270, 20- 180, 20-100, 20-80, 20-60, 20-40, 20-30, 30-360, 30-270, 30-180, 30-100, 30-80, 30-60, 30-40, 40-360, 40-270, 40-180, 40-100, 40-80, 40-60, 60-360, 60-270, 60— 180, 60-100, 60-80, 80-360, 80-270, 80-180, 80-100, 100-360, 100-270, 100-180, 180-360, 180-270, 270-360 astetta.

KUVIOIDEN LYHYT KUVAUS Keksintöä selostetaan seuraavassa lähemmin viittaamalla oheiseen kaaviomaiseen piirustukseen, jossa Kuvio 1 esittää keksinnön mukaisen potkurin, Kuvio 2 esittää toisen keksinnön mukaisen potkurin, Kuvio 3 esittää kolmannen keksinnön mukaisen potkurin, Kuvio 4 esittää neljännen keksinnön mukaisen potkurin, Kuvio 5 esittää viidennen keksinnön mukaisen potkurin perspektiivikuvantona, Kuvio6 esittää kuvion 5 potkurin takaa, ja Kuvio 7 esittää kuvion 5 potkurin sivusta.

KUVIOIDEN ESIMERKKIEN YKSITYISKOHTAINEN KUVAUS Joistakin toisiaan vastaavista osista käytetään eri kuvioissa ja suoritusmuodoissa selkeyden vuoksi samoja viitenumeroita. Kuviossa 1-3 esitetään keksinnön mukaisia ensimmäisiä ja/tai toisia potkureita 1 ja o kuviossa 4 esitetään esimerkki potkurista 1, jossa ensimmäinen ja toinen potkuri on N kiinnitetty toisiinsa. Potkurissa on akseli 2 ja siihen kiinnitetyt ja akselin mukana S 25 —pyöriviksi järjestetyt lavat 3. Potkurin yhteyteen on järjestetty keksinnön mukainen N laitteisto 4, joka käsittää potkureiden lapojen kärkiin tai kärkiosiin erikseen kiinnitetyt E tai potkuriaihion valun yhteydessä muodostetut vettä ohjaavat siivekkeet 5. Siivekkeet R 5 voidaan kiinnittää lapoihin irrotettavasti. Näin siivekkeet ovat vaihdettavissa. Kiinnitys S voi olla esimerkiksi pultti- tai ruuvikiinnitys. Siivekkeiden 5 koko eli ulottuvuus ja O 30 —vaikutuspiiri voidaan sovittaa kulloisenkin käyttötilanteen mukaan, potkurin kokoon tai > potkurilapojen lukumäärään.

Kuvion 1 esimerkissä potkurin lapojen kärkiosat on taivutettu potkurin akselin suuntaisiksi ja ne muodostavat näin keksinnönmukaiset siivekkeet 5. Kuvioissa 2 ja 3 on siivekkeet 5 yhdistetty toisiinsa kehämäisellä pannalla 6. Tällä voidaan varmistaa siivekkeiden kestävyyttä. Panta voi myös olla muotoiltu toimimaan keksinnön mukaisena vettä ohjaavana siivekkeenä. Kuvioiden 1-3 siivekkeet on sijoitettu vain yhdelle puolelle potkuria, eli potkurin pääasiallisessa työntösuunnassa sen taakse. Keksinnön mukaisesti siivekkeet voisivat olla sijoitetut myös potkurin etupuolelle lisäämään veden painetta potkurin etupuolella. Kuvion 4 esimerkissä potkuri 1 käsittää samalle akselille sijoitetut ensimmäisen potkurin 1a ja toisen potkurin 1b. Potkurien lapojen väliin on sijoitettu potkurit yhdistävät siivekkeet 5. Siivekkeet 5 ohjaavat vettä potkurien väliin, eli ensimmäisen potkurin 1a takapuolelle ja toisen potkurin 1b etupuolelle. Kuviot 5, 6 ja 7 esittävät esimerkin, jossa ensimmäisen tai toisen potkurin 1 lapojen 3 päihin on järjestetty laitteisto 4 eli siivekkeet 5, jotka suuntautuvat etäisyyden verran potkurista 1 sekä: a) potkurin akselin suunnassa taaksepäin, b) potkurin akselin 2 suunnassa eteenpäin, c) lapojen kärkien / muodostaman kuvitteellisen ympyrän kaaren suunnassa yhteen suuntaan D1 ja d) lapojen kärkien / muodostaman kuvitteellisen ympyrän kaaren suunnassa toiseen suuntaan D2.

S N Kaksi tai useampia kuvioiden 1—3 ja 5—/ potkureita voidaan kiinnittää toisiinsa samalle S 25 akselille esimerkiksi kuvassa 4 esitetyn kaltaisten siivekkeiden 5 avulla.

N E Keksintöä ei ole tarkoitus rajoittaa esitettyihin esimerkkeihin, vaan suojapiirin R määräävät itsenäiset suojavaatimukset. Epäitsenäiset vaatimukset esittävät muutamia S keksinnön edullisia sovelluksia.

N 8 5

Claims (7)

SUOJAVAATIMUKSET

1. Laitteisto (4) potkurin (1) hyötysuhteen parantamiseksi, joka laitteisto käsittää ainakin yhden potkurin sekä välineet (5, 6) veden ohjaamiseksi potkurin lähiympäristöstä potkurin (1) eteen ja/tai taakse, tunnettu siitä, että laitteisto (4) käsittää samalle akselille sijoitetut ensimmäisen potkurin (1a) ja toisen potkurin (1b), sekä potkurien lapojen väliin sijoitetut ja potkurit yhdistävät siivekkeet (5), jotka ohjaavat vettä potkurien väliin, eli ainakin ensimmäisen potkurin (1a) takapuolelle ja toisen potkurin (1b) etupuolelle.

2. Suojavaatimuksen 1 mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että yksi tai useammat siivekkeet (5), esimerkiksi siivekkeiden sisäpinta, on muotoiltu siten, että ne siirtävät vettä potkurin eteen ja/tai taakse riippumatta potkurin pyörimissuunnasta.

3. Jonkin edellisen suojavaatimuksen mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että yksi tai useammat siivekkeet (5) ovat pääasiassa potkuriakselin (2) suuntaisia.

4. Jonkin edellisen suojavaatimuksen mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että siivekkeet muodostuvat ainakin pääosin potkurin lapojen päistä, jotka on suunnattu — pääasiallisesti potkurin akselin (2) suuntaisiksi.

5. Jonkin edellisen suojavaatimuksen mukainen laitteisto, tunnettu siitä, että o ensimmäinen ja/tai toinen potkuri on säätösiipipotkuri.

O

N 3 25

6. Vesikulkuneuvon potkuri, tunnettu siitä, että se käsittää jonkin edellisen N suojavaatimuksen mukaisen laitteiston. j R

7. Potkuripumppu, tunnettu siitä, että se käsittää jonkin edellisen suojavaatimuksen S mukaisen laitteiston.

S 5