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Zur Vermeidung der schädlichen Kavitations-und Korrosionserseheinungen bei schnell laufenden Propellerpumpen, Sehiffspropellern und Wasserturbinen ist man genötigt, die Flügelgeschwindigkeit verhältnismässig klein zu halten. Dies bedingt unerwünscht geringe Drehzahlen der Maschinen und vielfach die Anordnung von Übersetzungsgetrieben.
Die Erfindung bezweckt, diesen Mangel zu beseitigen und sieht deshalb die Anordnung eines oder mehrerer radialer oder annähernd radialer Kanäle vor, die Flüssigkeit nach der Saugseite des Flügels leiten, wobei die Kanäle nahe der angeströmten Kante oder höchstens ein Fünftel der Flügeltiefe von dieser Kante entfernt an der Saugseite des Profils münden.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, an Flügelflächen Leitungen anzubringen, durch die Wasser zur Saugseite des Flügels geführt wird. Diese Vorschläge zur Verhinderung der Kavitationserscheinungen zielten dahin, durch die Wasserzuführung den Kavitationsraum aufzufüllen. Die Mündungen der Zuführungsleitungen waren zu diesem Zweck nahe der Hinterkante oder ungefähr in der Mitte der Flügel angebracht.
Ferner ist auch die Anordnung von Schlitzen in Flügelflächen zwecks Absaugen oder Fortspülen der durch den Einfluss der Reibung an der Flügelfläche abgebremsten Grenzschicht bekannt, um dadurch eine Ablösung der Strömung von der Flügelfläche zu vermeiden.
Den bekanntgewordenen Anordnungen gegenüber unterscheidet sich der erfindungsgemässe Flügel sowohl bezüglich der Anordnung der Kanäle wie auch bezüglich der dadurch hervorgerufenen Einwirkung des zur Saugseite geführten Mittels auf die Gesamtströmung der Flüssigkeit.
Die bekannten Massnahmen, die dazu dienen, die Ablösung einer Strömung infolge des Einflusses der durch Reibung abgebremsten Grenzschicht zu vermeiden, beziehen sich auf einen gegenüber den Kavitationserscheinungen grundsätzlich verschiedenen Zweck und verfolgen demgemäss auch die Erzielung ganz anderer Wirkungen. Aus den bekannten Gesetzen der Grenzschichtströmung ergibt sich, dass die entsprechenden Öffnungen der Saugseite in einem Teil der Flügelfläche anzuordnen sind, in dem die Gesamtströmung sich verzögert. Diese Verzögerung der Gesamtströmung des an der Saugseite fliessenden Mittels setzt aber bekanntlich stets erst in grösserer Entfernung von der angströmten Kante eines Flügels ein. In der Nähe der angeströmten Kante liegt dagegen immer eine Beschleunigung des strömenden Mittels vor.
Somit besteht bei der Anordnung von Öffnungen zwecks Beeinflussung der Grenzschicht gar keine Veranlassung, die Öffnungen in der Nähe der angeströmten Kante eines Flügels münden zu lassen.
Um eine wirksame Unterdrückung der unerwünschten Kavitationserscheinungen durchzuführen, muss aber die Zuführung von zusätzlicher Flüssigkeit notwendig in dem ersten Teil der Saugseite eines Flügels bewirkt werden, weil dort die Ausscheidung von Dämpfen und Gasen aus dem strömenden Mittel einsetzt, die dann im späteren Verlauf der Strömung zur Bildung ausgedehnter Hohlräume führt. Diese Dampf-oder Gasabscheidung aus der strömenden Flüssigkeit beginnt bekanntlich, sobald der Druck des strömenden Mittels unter einen gewissen Wert sinkt. Eine solche Druckabsenkung ist gesetzmässig bestimmt durch die Erhöhung der Geschwindigkeit, die sich in der Umgebung des ersten Teiles der Saugseite der Flügelfläche ergibt.
Dort wächst die Strömungsgeschwindigkeit aber bis auf sehr hohe Werte an, der Druck fällt zugleich auf sehr geringe Werte ab, jedoch stets nur bis zum Druck der Dampfspannung des Mittels, wobei dann eine entsprechende Dampfbildung beginnt.
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Die Erfindung sieht nun vor, dass an Flügeln, bei denen ohne die erfindungsgemässe Verbesserung Hohlraumbildung auftreten würde, Flüssigkeit führende Kanäle so nahe der angeströmten Kante an der Saugseite des Flügels münden, dass die zugeführten Flüssigkeitsmengen den in der Nachbarschaft der Flügelfläche strömenden Teil des Mittels ersetzen können, bevor der Druck innerhalb des gefährdeten Strömungsgebietes auf die Dampfspannung abgesunken ist. Um die zugeführte Flüssigkeit zu befähigen, die im weiteren Verlauf der Strömung erforderliche, sehr hohe Geschwindigkeit ohne Dampfbildung zu erreichen, sollen die Kanäle radial oder annähernd radial gelegt werden. Durch diese Massnahme wird die Möglichkeit geboten, die in den Kanälen strömende Flüssigkeit durch Pumpwirkung auf einen höheren Energiegehalt zu bringen.
Bei den meisten Profilen ist die Beschleunigung des strömenden Mittels an der Saugseite bereits nach einem Fünftel der Profiltiefe beendet, weshalb zur Erreichung des gewünschten Zweckes die Mündungen der Kanäle nur in dem Bereich von der angeströmten Kante bis höchstens einem Fünftel der Flügeltiefe vorzunehmen sind. Die bisher bekanntgewordenenAnordnungen von Kanälen zur Behebung der durch Kavitation hervorgerufenen Schwierigkeiten sehen dagegen die Zuführung von Flüssigkeit in der Mitte oder gegen das Ende der Flügelfläche vor. Es ist aber verständlich, dass dadurch zwar vielleicht entstandene Hohlräume wieder ausgefüllt werden können, dass aber keinesfalls die Entstehung von Hohlräumen von vornherein ausgeschaltet werden kann.
Dagegen folgt aus der technischen Regel gemäss der Erfindung ein grundsätzlicher technischer Fortschritt, der darin besteht, dass die Entstehung des gefährlichen Unterdruckes, also die Ursache der Kavitation an Propellerflügeln an sich, beseitigt wird.
Ein Ausführungsbeispiel. des Erfindungsgegenstandes ist in der Zeichnung dargestellt, in der die neue und vorteilhafte Wirkung der erfindungsgemässen Anordnung von Kanälen durch die Fig. 1 und 2 schaubildlich veranschaulicht ist, während in Fig. 3 und 4 eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Kanalanordnung von der Seite und von oben im teilweisen Schnitt gezeigt ist.
An der Stelle 1 des Flügels im Strombild der Fig. 1 tritt infolge einer Druckabsenkung bis zur Dampfspannung der Flüssigkeit Dampfbildung ein. Diese wird gemäss der Erfindung vermieden durch die Wirkung eines Kanales 2 (Fig. 2), indem durch ihn Flüssigkeit höherer Energie nahe an der angeströmten Kante des Flügels zur Saugseite geführt wird. Es ist erkennbar, dass diese Flüssigkeit als eine neue strömende Schicht, die von erheblicher Dicke sein kann, den gefährdeten Teil der Gesamtströmung ausfüllt, so dass die weitere Strömung ohne Dampfbildung vor sich geht.
Naturgemäss hat die erfindungsgemässe Anordnung von Kanälen wesentlich nur für den äusseren, auf den grösseren Durchmessern liegenden Teil der Flügelflächen Bedeutung, da auf dem inneren Teil der Flächen wegen der geringeren Umfangsgeschwindigkeiten keine Kavitation zu befürchten ist. Somit ergibt sich auch zwanglos die radiale Anordnung der Kanäle, wobei diese in einer besonders einfachen Ausführung als nach der Druckseite offene Nuten ausgebildet werden können.
Eine derartige sehr vorteilhafte Ausführungsform ist beispielsweise in den Fig. 3 und 4, die den Flügel einer Propellerpumpe darstellen, wiedergegeben. In diesen Abbildungen ist die Nut mit 3, die Öffnung an der Saugseite des Flügels mit 4 bezeichnet. Durch die Nut 3 wird, entsprechend der Drehbewegung des Flügels, Flüssigkeit durch Pumpwirkung nach aussen in die Austrittsöffnung gepresst.
Dadurch wird der Austrittsöffnung 4 in einfachster Weise Flüssigkeit höherer Energie in grösseren Mengen zugeführt. Ausserdem wird erreicht, dass eine Spülung des Kanals erfolgt, wodurch ein Verstopfen dieses Kanals durch Schwebeteile weitgehend vermieden wird. Um ein Verstopfen mit Sicherheit zu vermeiden, ist der Kanal oder die Nut zweckmässig nach aussen hin sich verbreiternd und am Umfang des Laufrades offen mündend auszuführen.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Flügel für Propellerpumpen, Schiffspropeller und Propellerturbinen mit einem oder mehreren radialen oder annähernd radialen Kanälen, die Flüssigkeit zur Saugseite des Flügels leiten, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle nahe der angeströmten Kante oder höchstens ein Fünftel der Flügeltiefe von dieser Kante entfernt an der Saugseite des Profils münden.