SE0900180A1 - Framdrivningsanordning för en ytgående vattenfarkost - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 Ett syfte med uppfinningen är att lösa det tekniska problemet med buller och vibrationer när rotorblad och ledskenor blir hydrodynamiskt på- och avlastade vid rotorbladens rotation runt sin drivaxel. Minskande vibrationer kan användas för att optimera hållfastheten 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 aktermonterat 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. I andra fall kan poden fästas till akterspegeln på en båt med en något annorlunda fästanordning, mer lik ett inombordsdrev. Även i ett sådant fall fäster fästanordningen på översidan eller framsidans övre del av poden. l figuren visas hur en pumpjet 3 är fäst på den utgående drivaxeln direkt efter poden. I figuren har också den hästskoformade virvel 4 som uppstår runt fenan när gränsskiktet uppströms om fenan att 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 elmotorns 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 är monterade med en jämn delning runt en symmetriaxel längs drivaxeln. Antalet rotorblad är ett lägre udda antal än antalet ledskenor. 10 15 20 25 30 35 3 Som nämnts är uppfinningens huvudsyfte att lösa det tekniska problemet med buller och vibrationer p.g.a. att rotorblad blir hydrodynamiskt på- och avlastade när de passerar genom det störda medströmsfältet. När 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 påverkas av störningar p.g.a. ledskenornas 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 kordlängd så att bladens bredd matchar avståndet mellan ledskenorna 7, kommer bladen att avlastas och pålastas på ett merjämnt och harmoniskt vis. När framkanten på 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 på bladet istället för att det diskontinuerligt lastas av och på, vilket annars hade varit 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 kordalängd som är lika stor som rotationsvinkelvinkelavståndet mellan ledskenorna 7 eller upp till 8% större än detta. För bästa verkan bör kordalängden vara 5% större än vinkelavståndet.

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 störningar kallas variationer i medströmsfältet. Detta leder till att den aktuella ledskenan av hållfasthetsskäl 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 påverkas av variationerna i tryck och hastighet i medströmsfältet med samma negativa effekt på verkningsgraden. Det är således mycket ogynnsamt om en ledskena kommer direkt i hästskovirvelns väg. 10 15 20 25 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 böja ut ledskenorna i vinkelled i ett plan vinkelrätt mot drivaxeln 6. Ledskenornas 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 något. För att renodla böjmoden kan man fästa in ledskenorna 7 i nav och dysa så att ett mer renodlat spänningstillstånd uppstår. På detta sätt kan man skapa antingen i huvudsak tryck- eller dragspänningar i ledskenorna, något 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 ledskenorna 7 inte monteras rakt ut i radiell led utan vinklade, sett i ett plan som är vinkelrätt mot rotorns drivaxel 6, så att infästningen i dysan 8 ligger före eller efter infästningen i centrum sett i rotorns rotationsriktning (Q i fig.3). Om infästningen i dysan ligger före infästningen i centrum (ot 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 Patentkrav:

1. Framdrlvningsanordning för en ytgående vattenfarkost som är fäst på 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 ledskenor (7), vilka sträcker sig väsentligen från propulsorns 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 ledskenornas (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 kordalängd som är lika stor som rotationsvinkelvinkelavståndet mellan ledskenorna eller upp till 8% större än detta.

2. Framdrlvningsanordning enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d a v att rotorbladens (5) kordalängd är lika stor som rotationsvinkelvinkelavståndet mellan ledskenorna (7) eller upp till 5% större än detta.

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

4. Framdrlvningsanordning enligt något av patentkraven 1-3, k ä n n e t e c k - n a d a v att ledskenorna (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. Framdrlvningsanordning enligt något av patentkraven 1-3, k ä n n e t e c k - n a d a v att ledskenorna (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.