NO861552L - Kontraroterende propelldrivverk. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrører et drivverk med kontraroterende propeller, hvor akselen til den ytre propell er opplagret i lageret i den hule akselen til den indre propell.

Arbeidsprinsippet for kontraroterende propeller, en venstre-skrue og en høyreskrue, som roterer om to konsentriske akser i motsatte retninger, har vært kjent i ca. 100 år. Den fysiske virkemåten til systemet baserer seg på det faktum at rotasjons-tapet for fremre propell kan utnyttes i den aktre propell, hvorved virkningsgraden til systemet vanligvis kan forbedres med 5-10% sammenlignet med konvensjonelle propeller. Den tra-disjonelle anvendelse for kontraroterende propeller har vært for torpedoer, hvor det i tillegg til en god virkningsgrad kreves et dreiemomentfritt propulsjonssystem. Andre fordeler med kontraroterende propeller sammenlignet med konvensjonelle er at man kan få en mindre propelldiameter, bedre kavitasjons-karakteristikk, lavere vibrasjonsnivå og bedre styreegenskaper.

Disse fordeler står i motsetning til den kompleksitet som drivverket krever, med tilhørende dyre og upålitelige tekniske løs-ninger. Den relative rotasjonshastighet mellom de to konsentriske aksler er stor, og dette kompliserer lagerutførelsen vesentlig.

Høyt belastede propeller lider som kjent under en dårlig virkningsgrad. Eksempelvis arbeider trålere og slepebåter med virk-ningsgrader rundt 40%. Kan kraften deles mellom flere propeller, så vil virkningsgraden bedres, men strømningsbetingelsene for en propell som ligger langt fra fartøyets senterlinje, er dår-ligere enn for en sentralt plassert propell, og derved taper man den fordel som flere propeller skulle gi.

Kontraroterende propeller er kjent som en effektiv propulsjonsanordning for høyhastighets-fartøy. Deres virkningsgrad baserer seg i tillegg til kraftoppdelingen på to propeller også på

det faktum at rotasjonstapene kan elimineres delvist ved omsorgs-

full konstruksjon av propellene.

Hensikten med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en enda mer virkningsfull propulsjonsanordning med mulighet for oppnåelse av bedre virkningsgrad særlig for høyt belastede drivverk. Dette oppnås ved å benytte i det minste fire propeller. I en foretrukken utførelsesform av oppfinnelsen benyttes det fire propeller som er anordnet i par, idet det ene par trekker mens det andre par skyver, og idet propellene i begge par roterer i motsatte retninger. Med et slikt fire-propelldrivverk oppnås en tilstrekkelig kraftdeling og for høyt belastede ' fartøy kan det oppnås brenselbesparelser på mellom 20-25% .

I den utførelsen hvor det ifølge oppfinnelsen benyttes minst fire propeller, vil rotasjonstapene kunne utnyttes mer effektivt enn i tidligere kjente anordninger. Dessuten kan propelledia-meterne holdes relativt små samtidig som skyvekraften vil øke som følge av et større antall propeller. Det vil derfor være lett å montere drivverket i fartøyets bunn. Som følge av de små propelldiametre vil drivverket ikke utgjøre et for stort fremspring under fartøyets bunn.

Det vil også være mulig å kunne montere drivverket på en grei måte i en kompass-thruster, som derved kan utnyttes som et aktivt ror. Drivverket kan også monteres i en dyse eller i en kanal i bunnen av fartøyet, og derved virke som en vannjet.

Fordi drivverket innbefatter flere propeller kan det fordel-aktig konstrueres for ulike anvendelser. Propelldiameterne velges slik at den forreste propelldiameter er den største og den bakerste er den minste, for derved å holde propellene inne i strømningskontraksjonen. I tillegg kan man ved hjelp av egnede girarrangementer velge ulike rotasjonshastigheter, med lavere hastighet for fremre propell og høyere hastighet for den bakre. Antall propellblader kan også varieres, idet den fremre propell utføres med det minste bladantall mens den bakerste propell utføres med det største bladantall. Stigningsfordelingen kan varieres etter behov, alt avhengig av den påtenkte anvendelse.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere nedenfor under henvisning til tegningene hvor: Fig.l viser en foretrukken utførelsesform av oppfinnelsen ,

fig.2 viser et drivverk ifølge oppfinnelsen, an-vendt som vannjet,

fig.3 viser et drivverk ifølge oppfinnelsen, montert

i dysen til en kompass-thruster og

fig.4 viser nok en utførelsesform av oppfinnelsen.

I fig.l er en foretrukken utførelsesform av oppfinnelsen montert akterut på et fartøy 1. Drivverket er koblet til en ikke vist drivmotor ved hjelp av et vinkeldrev. Drivmotorens utgående aksel 7 er ved hjelp av et vinkeldrev drivkoblet med en transmissionsaksel 8 som går ut gjennom fartøyets bunn og til en girkasse inne i et hus 2. Girkassen innbefatter koniske tann-hjul 9 og 10 på transmissionsakselen 8. Disse tannhjulene er plassert i innbyrdes avstand og i nærheten av de respektive bærelagre for transmissionsakselen 8.

Akslene til propellparene 3,4 og 5,6 er ført frem til området mellom vinkeltannhjulene 9 og 10. Akslene 13 for de ytre propeller 3,6 bæres av lagre som ligger inne i de hule akslene 14 for de indre propeller 4,5. På den frie enden til akslene

13 og 14 er det montert vinkeltannhjul 11. Disse drives av det øvre vinkeltannhjul 9 på transmissionsakselen 8. De ytre propeller 3 og 6 roterer derfor i motsatte retninger. På den frie enden til de indre aksler 13 er det også montert vinkeltannhjul 12. Disse drives av det nedre vinkeltannhjul 10 på transmissionsakselen 8. De indre propeller 4 og 5 roterer således også i motsatte retninger. I tillegg roterer propellparene 3,4 og 5,6 i motsatte innbyrdes retninger.

Ved bruk av dette konsept oppnås en meget enkel og drivsikker mekanisk konstruksjon som lett kan monteres i den bakre delen av en fartøysbunn- -. Som følge av de små dimensjoner kan drivverket også enkelt innpasses i en kompass-thruster, som kan benyttes som et aktivt ror.

I en utførelsesform av oppfinnelsen kan drivverket være montert i en kanal i fartøyets aktre del, slik at drivverket således virker som en vannjet (fig.2).

En annen utførelse av oppfinnelsen er vist i fig.4, hvor to dobbeltpropell-drivverk er montert etter hverandre under en fartøysbunn. I prinsippet er denne utførelse lik den som er vist i fig.l, med unntagelse av at propellparene her er mekanisk adskilt. Fysisk sett virker de imidlertid på samme måte.

I fig.4 er samtlige propeller skyvende. Man kan naturligvis også anordne drivverkene slik at det ene propellpar skyver og det andre trekker.

Drivkraften fra drivmotoren kan således deles på fire propeller. Dette gir mindre dimensjoner for de enkelte propeller uten at man derved reduserer drivverkets totale skyvekraft. I tillegg kan rotasjonstapene effektivt elimineres med tilhørende bedre virkningsgrad, sammenlignet med konvensjonelle anordninger. Drivverket er derfor meget godt egnet for høy belastning.

En annen fordel er at drivverket som sådan kan konstrueres og tilpasses for den enkelte påtenkte anvendelse på en best mulig måte. Man kan lett foreta de nødvendige tilpassinger med hensyn til variasjoner av propelldiameterne, antall propellblad, rotasjonshastighet, stigningsfordeling, rotasjonsretning osv.

Vanligvis utføres drivverket slik at sett fra fartøyets baug vil diameteren til den første propell være den største, antall

propéllblader være minst og rotasjonshastigheten være lavest,

og disse forhold kan variere slik i retning mot den siste propell at diameteren til den siste propell er minst, antall propéllblader er størst og rotasjonshastigheten er størst.

I tillegg er det naturligvis mulig å variere antall propellblad, bladformen og stigningsfordelingen, alt avhengig av den påtenkte anvendelse.

Rotasjonsretningene velges slik at sidekreftene under dreiing av fartøyet reduseres. Rotasjonshastighetene kan i tillegg velges noe ulike hverandre, for derved å bidra til å løse smørings- og vibrasjonsproblemer.

Drivverket er meget godt egnet for høye belastniger, slik man finner dem i forbindelse med slepebåter, trålere og lastefartøy-er, men andre anvendelsesområder er naturligvis også aktuelle og mulige.

Claims (6)

1. Propelldrivverk med kontraroterende propeller (3-6), hvor akslene (13) til de ytre propeller er opplagret i lageret inne i de hule akslene (14) til de indre propeller, idet det forefinnes minst fire propeller (3-6).

2 . Kontraroterende propelldrivverk ifølge krav 1, med fire propeller anordnet i to par (3,4 og 5,6), hvorav det ene paret trekker og det andre skyver, idet samtlige propeller roterer i motsatt retning relativt de hosliggende propeller.

3. Kontraroterende propelldrivverk ifølge krav 2, med en transmissionsaksel (8) med to på dé motsatte sider av propellakslene (13,14) plasserte vinkeltannhjul (9 og 10), hvorav det ene (9) har kontinuerlig drivforbindelse med vinkeltannhjul (11) på akslene (14) til de indre propeller (4 og 5) mens det andre (10) har drivforbindelse med vinkeltannhjul (12) på akslene (13) til de ytre propeller (3 og 6).

4. Kontraroterende propelldrivverk ifølge krav 1, med propeller (3-6) som har avtagende diameter regnet fra den første propell (6) og i retning mot den siste propell (3), som sett fra fartøyets baug.

5. Kontraroterende propelldrivverk ifølge krav 1, med propeller (3-6) som har økende rotasjonshastighet fra den første propell (6) og til den siste propell (3), som sett fra fartøyets baug.

6. Kontraroterende propelldrivverk ifølge krav 1, med propeller (3-6) med økende antall propellblad fra den første propell (6) og til den siste propell (3), som sett fra fartøyets baug.