akseltetningen. Derved kan den termiske belastningen på tetningen bedres, og faren for utettheter reduseres. I tillegg vil den på akseltetningen

Transkript

1 1 Oppfinnelsen vedrører en strømningsmaskin som angitt i innledningen til patentkrav 1. En slik strømningsmaskin er eksempelvis kjent fra EP A EP A1 anses å representere den nærmeste kjente teknikk, og viser en strømningsmaskin som tjener som en pod-drift for et skip. Strømningsmaskinen innbefatter et undervannshus, som er anordnet på skipets skrog, en propell, som er anordnet utenfor huset, og en propellaksel, hvor propellen sitter. Propellakselen er opplagret i huset. Huset har en gjennomgangsåpning hvor propellakselen er ført ut fra huset. Inne i huset er det en transmisjon i form av et planetgir. Dette er sammenkoblet med propellakselen, og har et transmisjonshus. En akseltetning tetter den gjennomgående åpningen med hensyn til inntrenging av væske i huset. Transmisjonen har en avstand fra akseltetningen. Driften av propellakselen henholdsvis propellen via transmisjonen skjer ved hjelp av en drivmotorinnretning, som eksempelvis innbefatter en elektrisk motor. Denne elektriske motoren kan være anordnet inne i huset, eller utenfor huset, i skipsskroget. Ved en plassering i skipsskroget skjer driften av propellakselen henholdsvis propellen via en vertikalaksel, som er ført fra skipsskroget og inn i huset, og et mellom transmisjonen og vertikalakselen anordnet kronhjul-kjeglehjulgir. I den foran beskrevne løsningen er det allerede oppnådd en høy grad av tetthet for strømningsmaskinen. Ved drift av strømningsmaskinen vil det imidlertid på akseltetningen virke en relativt høy trykkforskjell mellom væsken (eksempelvis sjøvann) utenfor strømningsmaskinen, og det vanligvis luftfylte innerrommet. Dessuten vil tetningen oppvarmes som følge av friksjonen med den roterende akselen. Dette medfører store mekaniske og termiske belastninger på akseltetningen, hvilket i ekstremtilfeller vil kunne medføre utetthet i tetningen, og således en inntrenging av væske i huset. Det er derfor en hensikt med foreliggende oppfinnelse å bedre tettheten ytterligere i en strømningsmaskin som angitt i innledningen til patentkrav 1. Dessuten er det en hensikt med foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe særlig fordelaktige anvendelser av en slik strømningsmaskin. Hensikten oppnås med en strømningsmaskin som angitt i patentkrav 1. Fordelaktige videreutviklinger er angitt i de uselvstendige kravene 2-. Særlig fordelaktige anvendelser av strømningsmaskinen ifølge oppfinnelsen er angitt i patentkravene Ifølge oppfinnelsen er transmisjonshuset i det minste delvis fylt med en transmisjonsvæske, og akseltetningen ligger an mot transmisjonshuset, eller er integrert i dette. Via den derved tilveiebrakte direkte termiske kontakten mellom tetningen og transmisjonsvæsken, kan varme særlig lett overføres fra tetningen og til transmisjonsvæsken. Varmen i tetningen kan således føres bort på en bedre måte enn når det inne i huset befinner seg luft, og transmisjonen har en avstand fra

2 2 akseltetningen. Derved kan den termiske belastningen på tetningen bedres, og faren for utettheter reduseres I tillegg vil den på akseltetningen liggende trykkforskjellen, og således den mekaniske belastningen på tetningen bli redusert, slik at derved likeledes faren for utettheter i tetningen reduseres. Ved en anordning av den elektriske maskinen inne i strømningsmaskinens hus sikrer man seg ytterligere at ved en skadet akseltetning vil en utenfra inn i huset inntrengende væske, eksempelvis sjøvann, ikke treffe den elektriske maskinen direkte, men først treffe transmisjonen. Derved kan den elektriske maskinen beskyttes bedre mot inntrengende væske. Sist, men ikke minst, kan man med oppfinnelsen redusere strømningsmaskinens dimensjon i propellakselens retning, hvilket i noen brukstilfeller vil kunne gi en hydrodynamisk bedre form av strømningsmaskinen. Transmisjonen kan være utformet som en entrinns- eller flertrinns transmisjon. Videre kan transmisjonen være en mekanisk transmisjon, og særlig være utformet som et planetgir, idet transmisjonsvæsken da kan være et smøremiddel. Transmisjonen kan også være en hydraulisk transmisjon, særlig en hydrodynamisk transmisjon, idet transmisjonsvæsken da vil kunne være transmisjonens driftsvæske. Transmisjonen kan være koblet med en ytterligere maskin, så som eksempelvis en elektrisk maskin eller en forbrenningskraftmaskin. Fortrinnsvis er transmisjonen koblet til en elektrisk maskin, som likeledes er anordnet inne i strømningsmaskinens hus. Som følge av koblingen til en elektrisk maskin, muliggjøres en hydrodynamisk særlig fordelaktig form for huset, derved at det muliggjøres en slik utforming av transmisjonen at ved drift av strømningsmaskinen vil turtallet til den elektriske maskinen være større enn propellakselens turtall (eksempelvis fire til fem ganger propellens turtall). Som elektrisk maskin kan det da benyttes en hurtigløpende maskin, som har mindre dimensjoner enn en maskin som løper med propellens turtall. Dette gjelder særlig når strømningsmaskinen brukes som en drivinnretning for en flytende eller neddykket innretning. Den elektriske maskinen kan være en elektrisk motor, som driver propellen. Som elektriske motorer kan det brukes ulike typer elektromotorer, så som asynkron- eller synkronmotorer, som magnetiseres ved hjelp av permanentmagneter eller et viklingssystem, og motorene kan også være utformet i samsvar med HTS (høytemperatur-supraleder)-teknikken. Den elektriske maskinen kan imidlertid også være en generator, som drives av propellen. I en konstruktivt sett særlig enkel utførelse vil i det minste en del av transmisjonshuset selv utgjør en del av strømningsmaskinens hus. Derved kan strømningsmaskinens vekt og dimensjoner reduseres.

3 3 Ved anvendelsen av en inne i huset anordnet elektromotor, innbefatter denne fortrinnsvis et motorhus som beskyttelse. For ytterligere redusering av vekten og dimensjonene til strømningsmaskinen, kan i det minste en del av motorhuset utgjøre en del av strømningsmaskinens hus Når motorhuset ligger an mot transmisjonshuset, kan motoren beskyttes særlig godt mot væske som måtte trenge inn i huset. Særlig fordelaktig kjøles den elektriske maskinen med en varmeoverføring gjennom strømningsmaskinens hus, og til en væske utenfor huset. En strømningsmaskin ifølge oppfinnelsen kan, på sin side som vender bort fra propellen, ha en ytterligere foran nevnt oppfinnelsesmessig anordning av en propell, en propellaksel, en akseltetning og en transmisjon, idet propellakselen henholdsvis propellen kan være tilkoblet den samme elektriske maskinen, eller en andre elektrisk maskin. De to propellene kan rotere i samme retning, eller være utført kontraroterende, og rotasjonshastighetene kan være like eller ulike. Ved en slik anordning, med to transmisjoner og to propeller, vil, med samme drivytelse, de mekaniske belastningene fordeles på to transmisjoner, slik at disse derved kan dimensjoneres mindre. Når strømningsmaskinens hus i det minste delvis dannes av transmisjonshuset og av motorhuset, kan strømningsmaskinen fordelaktig være bygget opp modulært av i det minste én eller to propellmoduler, én eller to transmisjonsmoduler, og én eller to motormoduler. Modulene kan være i form av et modulært byggekassesystem, som innbefatter transmisjonsmodul, motormodul og propellmodul av ulike ytelsesklasser og karakteristikker, omsetningsforhold, rotasjonshastigheter, rotasjonsretninger, etc. En strømningsmaskin kan da eksempelvis alt etter behov være sammensatt av følgende moduler, som rades opp i forhold til hverandre i den angitte rekkefølgen: - en motormodul, en transmisjonsmodul, og en trekkpropellmodul, - en trykkpropellmodul, en transmisjonsmodul, og en motormodul, - en trykkpropellmodul, en første transmisjonsmodul, en motormodul, en andre transmisjonsmodul, og en trekkpropellmodul, idet motoren i motormodulen kan drive begge transmisjonene, henholdsvis begge propellene, - en trykkpropellmodul, en første transmisjonsmodul, en første motormodul, en andre motormodul, en andre transmisjonsmodul, og en trekkpropellmodul, idet motoren i den første motormodulen driver transmisjonen i den første transmisjonsmodulen, henholdsvis trykkpropellen, og motoren i den andre motormodulen driver transmisjonen i den andre transmisjonsmodulen, henholdsvis trekkpropellen. En særlig fordelaktig anvendelse av strømningsmaskinen ifølge oppfinnelsen er som drivinnretning for en flytende eller neddykkbar innretning, så som eksempelvis et skip eller en offshoreplattform, idet strømningsmaskinen, som fortrinnsvis er

4 4 horisontalt og/eller vertikalt dreibar, er festet i skroget til den flytende eller neddykkende innretningen. Videre kan strømningsmaskinen fordelaktig anvendes som en pumpe, som en ventilator, eller som en kompressor Dessuten kan strømningsmaskinen brukes som en turbin, særlig for tilveiebringelse av elektrisk strøm i en flytende eller neddykket innretning, i et strømningskraftverk eller tidevannskraftverk, eller i et vindkraftanlegg. Oppfinnelsen og ytterligere fordelaktige utførelser av oppfinnelsen i samsvar med de uselvstendige kravene, skal nå forklares nærmere i form av utførelseseksempler, og under henvisning til tegningen, hvor: Fig. 1 viser en strømningsmaskin med en i et transmisjonshus integrert akseltetning, Fig. 2 viser strømningsmaskinen i figur 1 med en vertikalaksel (L-utførelse), Fig. 3 viser strømningsmaskinen i figur 1 med en mot et transmisjonshus anliggende akseltetning. Figur 1 viser forenklet og skjematisk et delvis lengdesnitt gjennom en strømningsmaskin 1, som brukes som fremdriftsinnretning for en flytende eller neddykket innretning, så som eksempelvis et skip eller en offshoreplattform. Strømningsmaskinen er festet dreibart om en akse A i skroget til den flytende innretningen. En slik fremdriftsinnretning betegnes også som rorpropell, eller som pod-drivverk, og har vanligvis en drivytelse på 0,- MW. Strømningsmaskinen 1 innbefatter et hydrodynamisk optimalt utformet undervannshus 2, som er anordnet på skipets skrog. Videre innbefatter strømningsmaskinen en propell 3, anordnet utenfor huset 2, og en propellaksel 4, hvor propellen 3 sitter. Propellakselen 4 er dreibart opplagret i huset 2 ved hjelp av lagre 12, og går ut fra huset 2 gjennom en gjennomgangsåpning. Et planetgir 6 er koblet til propellakselen 4, og innbefatter et girhus 7, som er fylt med en girvæske 8 i form av olje eller et annet smøremiddel. Girhuset 7 danner med sin omkretsflate en del av omkretsflaten til strømningsmaskinens hus 2. Både gjennomgangsåpningen, så vel som akseltetningen 9, utgjør integrerte bestanddeler av huset 7. I gjennomgangsåpningen for den roterende propellakselen 4, er det anordnet en akseltetning 9 som tetter gjennomgangsåpningen, med hensyn til inntrenging av væske utenfor huset 2, og inn i huset 2. Som følge av den direkte termiske kontakten mellom tetningen 9 og girvæsken 8, kan varme på særlig enkel måte overføres fra tetningen 9 og til girvæsken 8, slik at derved den termiske påkjenningen på tetningen, hvor således faren for beskadigelser reduseres.

5 Mellom sjøvannet, som omstrømmer strømningsmaskinens 1 hus 2, og girvæsken 8 foreligger det bare en liten trykkforskjell, slik at derved de mekaniske belastningene på tetningen 9, og således også faren for beskadigelse av tetningen 9, reduseres Inne i huset 2 er det anordnet en elektrisk maskin i form av en elektrisk motor 11 for drift av propellen 3. Den elektriske motoren 6 er koblet til propellakselen 4, henholdsvis propellen 3, via giret 6. Den elektriske motoren 11 innbefatter et motorhus 13, og omkretsflaten til dette huset 13 utgjør en del av omkretsflaten til strømningsmaskinens 1 hus 2. Girhuset 7 ligger an mot motorhuset 13, slik at derved den elektriske motoren vil være godt beskyttet med hensyn til en gjennom åpningen og inn i huset 2 inntrengende væske. Den elektriske motoren 11 er utformet som en hurtigløpende maskin, og planetgiret 6 er utformet slik at under drift av strømningsmaskinen 1, vil den elektriske maskinens 11 turtall være høyere enn turtallet til propellakselen 4 (eksem pelvis 4 til ganger propellens turtall). Særlig fordelaktig skjer det en kjøling av den elektriske motoren 11, i det minste for en større del, som følge av en varmeoverføring i strømningsmaskinens 1 hus 2, og til det omgivende sjøvannet. Fordelaktig er den elektriske motoren 11 og giret 6 kapslet, og således særlig godt beskyttet med hensyn til ytre innflytelser. Figur 2 viser strømningsmaskinen 1 i figur 1, men her uten en elektrisk motor inne i huset 2. Isteden er propellakselen 3 via giret 6 koblet til en vertikalaksel 21 (Lanordning), som på sin side er koblet til en her ikke nærmere vist elektrisk motor som er anordnet inne i skipsskroget. For kraftoverføringen mellom propellakselen 4 og vertikalakselen 21, er det i drivstrengen mellom planetgiret 6 og vertikalakselen 21 anordnet et kronhjul-kjeglehjul-gir 22. Figur 3 viser strømningsmaskinen 1 i figur 1 med en i huset 2 integrert og mot girhuset 7 anliggende akseltetning 9, istedenfor en i girhuset 7 integrert akseltetning. Også i en slik utførelse kan varme fra tetningen 9 relativt enkelt overføres til girvæsken 8, og det muliggjøres også en bare forholdsvis liten trykkforskjell over tetningen, slik at man derved også oppnår de i forbindelse med figur 1 foran nevnte fordeler. Girhuset 7 består her fortrinnsvis av et særlig godt varmeledende materiale. Strømningsmaskinen 1 i figurene 1-3 kan på den relativt propellen 3 fravendte side ha nok en anordning av en propell, av den type som er beskrevet foran, med en propellaksel, en akseltetning, og en transmisjon, idet propellakselen, henholdsvis propellen, kan være koblet til den samme elektriske maskinen 11, eller til en ytterligere elektrisk maskin. De to propellene kan rotere i samme retning, eller ha kontrarotasjon, og dreiehastighetene kan være like eller ulike.

6 6 Strømningsmaskinen 1 i figurene 1-3 er bygget opp modulært med en trykkpropellmodul 23, en transmisjonsmodul 24, en motormodul 2, og en endekappemodul 26. Modulene er således komponenter i et modulært byggekassesystem, som innbefatter transmisjonsmodul, motormodul og propellmodul av ulike ytelsesklasser og karakteristikker, ulike omsetningsforhold, turtall, rotasjonsretninger, etc.

7 7 PATENTKRAV Strømningsmaskin (1) med - et hus (2), - minst én propell (3) utenfor huset (2), - en propellaksel (4) som er koblet til propellen (3), hvilken propellaksel (4) er opplagret inne i huset (2), og ført ut fra huset (2) gjennom en gjennomgangsåpning (), - en transmisjon (6), som er koblet til propellakselen (4), er anordnet inne i huset (2), og innbefatter et transmisjonshus (7), og - med en akseltetning (9), som tetter gjennomgangsåpningen () med hensyn til inntrenging av væske i huset (2), k a r a k t e r i s e r t v e d at transmisjonshuset (7) er i det minste delvis fylt med en transmisjonsvæske (8), og at akseltetningen (9) ligger an mot transmisjonshuset (7), eller er integrert i transmisjonshuset (7). 2. Strømningsmaskin (1) ifølge krav 1, k a r a k t e r i s e r t v e d at transmisjonen (6) er utformet som et planetgir. 3. Strømningsmaskin (1) ifølge krav 1 eller 2, k a r a k t e r i s e r t v e d at transmisjonen (6) er koblet med en elektrisk maskin (11). 4. Strømningsmaskin (1) ifølge krav 3, k a r a k t e r i s e r t v e d at den elektriske maskinen (11) er an ordnet inne i huset (2).. Strømningsmaskin (1) ifølge krav 3 eller 4, k a r a k t e r i s e r t v e d at transmisjonen (6) er utformet slik at under drift av strømningsmaskinen (1) vil den elektriske maskinens (11) turtall være høyere enn propellakselens (4) turtall. 6. Strømningsmaskin (1) ifølge et av de foregående krav, k a r a k t e r i s e r t v e d at i det minste en del av transmisjonshuset (7) danner en del av strømningsmaskinens (1) hus (2). 7. Strømningsmaskin (1) ifølge et av kravene 3-6, k a r a k t e r i s e r t v e d at den elektriske maskinen (11) innbefatter et maskinhus (13), idet i det minste en del av maskinhuset (13) danner en del av strømningsmaskinens (1) hus (2). 8. Strømningsmaskin (1) ifølge krav 7, k a r a k t e r i s e r t v e d at maskinhuset (13) ligger an mot transmisjonshuset (7).

8 8 9. Strømningsmaskin (1) ifølge krav 3, k a r a k t e r i s e r t v e d at en kjøling av den elektriske maskinen (11) skjer med en varmeoverføring gjennom strømningsmaskinens (1) h us (2), og til omgivelsene utenfor strømningsmaskinen (1). 1. Strømningsmaskin (1) ifølge krav 6 og 7, k a r a k t e r i s e r t v e d en modulær oppbygging av i det minste én eller to propellmoduler (23), én eller to transmisjonsmoduler (24), og én e ller to motormoduler (2). 11. Anvendelse av strømningsmaskinen (1) ifølge et av kravene 1-, som en fremdriftsinnretning for en flytende eller neddykket innretning, så som eksempelvis et skip eller en offshoreplattform, idet strømningsmaskinen, fortrinnsvis horisontalt og/eller vertikalt dreibart, er festet til et skrog (), for den flytende eller neddykkende innretningen. 12. Anvendelse av strømningsmaskinen (1) ifølge et av kravene 1- som en pumpe, en ventilator, eller en kompressor. 13. Anvendelse av strømningsmaskinen (1) ifølge et av kravene 1- som en turbin, særlig for strømforsyning for en flytende eller neddykket innretning, i et strømningskraftverk eller tidevannskraftverk, eller i et vindkraftanlegg.