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Roue à aubes.
On connait des roues à aubes comportant des aubes mon- tées sur articulation et dont les axes de rotation sont pa- rallèles ou sensiblement parallèles- à l'axe de rotation de la roue, ces aubes recevant un mouvement oscillant d'un mé- canismé de guidage, de telle façon que les rayons vecteurs (qu'on appellera plus loin les normales aux aubes) partant des axes de rotation des aubes sous un angle de 90 se cou- pent en un point (point directeur) qui se trouve à l'inté- rieur de cercle parcouru par les axes de rotation des aubes.
La loi de mouvement des aubes, loi qui est imposée par ce mécanisme, est représentée schématiquement en fig. I. Le cercle sur lequel se meuvent les axes de rotation des aubes
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pendant la rotation de la roue à aubes est désigné par K, et le point directeur par N. S est l'une des aubes, dont l'axe de rotation A parcourt le cercle K dans le sens de la flèche P; les différentes positions de ces aubes sont indiquées par les indices I à 8. L'extrémité antérieure des aubes S, celle qui se trouve en avant dans le sens du mouvement, est désignée par la pointe d'une flèche.
Dans le cas de cette loi représentée en fig. I, la posi- tion des aubes aux différents points du cercle K, à tout mo- ment donné, est telle qu'aux extrémités du diamètre D sur le- quel se trouve le point directeur N l'aube soit exactement tangente, tandis qu'elle s'écarte de la direction tangentielle, dans les positions intermédiaires, de façon à effectuer une oscillation complète autour de la position tangentielle pen- dant une révolution de la roue. Ce mouvement provoque de façon connue, dans le milieu qui entoure les aubes, un courant di- rigé dans le sens de la flèche V e t perpendiculaire au diamètre D sur lequel se trouve le point directeur N. L'avancement T est opposé à V. Le rapport entre la vitesse d'écoulement V et la vitesse de rotation U à laquelle les axes des aubes se meuvent sur le cercle K, est la mesure du "pas" du propulseur.
Pendant la marche à vide, c'est à dire lorsque le propulseur n'est pas chargé, la position des aubes en chaque point du cercle K correspond à la direction du couraht relatif du mi- lieu par rapport à l'aube. Lorsque le propulseur est chargé, la vitesse de marche diminue d'une valeur égale au glissement, ce qui donne naissance à un angle d'attaque sur l'aube et pro- duit une "poussée verticale" dont une composante est dirigée dans le sens de la poussée. La grandeur de cette composante augmente avec le glissement.
Or, dans le cas de la loi de mouvement décrite ici pour les aubes, on n'a pas encore tenu compte du fait que la vites- se d'écoulement du milieu est différente sur les deux côtés du diamètre D. Dans le sens de l'écoulement V la moitié de
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droite de la roue doit être considérée comme étant.la moitié antérieure, et la.moitié de gauche comme étant la moitié posté- rieure. Pendant la marche l'écoulement du milieu est accéléré par la moitié antérieure de la roue, de sorte que la vitesse d'écoulement est plus grande dans le voisinage de la moitié postérieure de la roue.
En conséquence, si l'on veut que, pour' un glissement déterminé, l'angle d'attaque par rapport aux aubes soit le même dans la moitié antérieure et dans la moitié postérieure de la roue, il faut que le pas des aubes soit, dans la moitié postérieure de la roue, plus grand que dans la moitié antérieure. Les pas de la moitié antérieure et de la moitié postérieure de la roue peuvent être tels que les an- gles d'attaque soient égaux ou sensiblement égaux dans les deux moitiés de la roue, mais il faut naturellement tenir compte de l'augmentation, au carré, des poussées verticales de profil, à cause des différentes vitesses.
Par ailleurs, ceci a également pour résultat que la "poussée verticale" est plus ou moins égale sur les aubes des deux moitiés de la roue-
Ce fait étant connut, il faut maintenant, suivant l'in- vention, partir du point directeur unitaire N qui se trouve à un endroit déterminé, pour chaque état de marche% et il faut utiliser un mécanisme de guidage qui, comme cela est indiqué schématiquement en Fig. 2, soit tel que les normales aux aubes qui parcourent la surface antérieure de la roue se coupent en un point N1 plus rapproché du centre 0 de la roue que le point directeur N2 oùse rencontrent les normales aux aubes qui par-- courent la moitié postérieure de la roue.
Toutefois, les deux points N1 et N2, de même que le point N, se trouvent sur ce- lui des diamètres D de la roue, qui est perpendiculaire à la direction V de lécoulement. Dans la moitié antérieure de la roue, c'est donc le point directeur N qui assure le guidage des normales aux aubes, ce guidage étant assuré par le point directeur N2 dans la moitié postérieure de la roue-
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Il faut en particulier que l'angle compris entre la posi- tion tangentielle et la position des aubes dans la moitié pos- térieure de la roue soit plus grand, d'une valeur déterminé que l'angle compris entre la position tangentielle et la posi- tion des aubes dans la moitié antérieure de la roue, la dif- férenceentre les angles, exprimée en degrés, d'après la formule
EMI4.1
0,01 .
1 + Cs ( 0,06 )/1 +c devant dépendre du degré de charge-
Lorsque la roue à aubes sert de turbine, c'est l'inver- se qui se produit, parce qu'alors l'eau qui a fourni du tra- vail dans la moitié antérieure de la roue arrive à la moitié postérieure de la roue avec une vitesse réduite, de sorte que le pas doit être réduit à cet endroit si l'angle d'attaque doit rester égal ou sensiblement égal. Si la roue à aubes sert de pompe, les conditions sont semblables à celles de la marche en propulseur.
Il résulte de la loi de mouvement connue pour les aubes, telle qu'on vient de la discuter en se référant à fig. l, en particulier lorsqu'on veut obtenir un grand pas en faisant en sorte que le point directeur N se trouve à une grande distan- ce du centre 0 de la roue, que dans celle des parties du cer- cle K des aubes, qui se trouve du coté de l'excentricité du point directeur N, chaque aube qui passe à cet endroit est obligée d'effectuer un mouvement très défavorable au double point de vue hydraulique et mécanique. Comme le montre fig.l, il faut que l'aube qui doit aller de la position s7 à la po- sition s1 en passant par la position s8, tourne de 1300 envi- ron sur un trajet relativement court.
La poussée verticale d'une aube est proportionnelle à l'angle d'attaque et à la vitesse d'écoulement. Si la dépres- sion dépasse une valeur tolérable, la poussée verticale ayaht un coefficient de grande valeur, il se produit des phénomènes
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de séparation et de cavitation. Il faut donc que l'angle d'at- taque et la vitesse d'écoulement soient aussi maintenues entre certaines limites dans la roue à aubes.
Or, par suite de la particularité du mouvement des aubes, particularité que l'on a décrite en se'référant à fig.l, les conditions hydrauliques sont différentes en différents points du ,cercle K, et il y a en particulier une différence essen- tielle entre les conditions dans le voisinage du quadrant E-F en fig. 3 et celles des deux quadrants F-G et H-E. Ces qua- drants sont limités par les rayons D1-D2 de la roue, rayons qui sont perpendiculaires entre eux et décalés de 45 des deux côtés par rapport au diamètre D sur lequel se trouve le point, directeur N. On fera toutefois remarquer expressément que ces limites des quadrants ne doivent pas être considérées comme étant des limites absolues; il ne s'agit, au contraire, que d'indiquer ici des z8nes semblables à des quadrants.
Les con- ditions dans la z8ne en forme de quadrant G-H sont d'ailleurs aussi'sensiblement différentes de celles de la z8ne en forme de quadrant E-F mais il suffit que les aubes s'adaptent,au courant relatif dans la zone en forme de quadrant.G-H.
Les différentes positions indiquées pour les aubes en fig. I montrent en quoi lesconditions sont différentes dans les zones mentionnées en forme de quadrants-
Si les aubes travaillent en effectuant le mouvement indi- qué en fig. I, un point directeur unitaire N se trouvant à un endroit déterminé étant prédominant pour un état de marche déterminé, le glissement étant élevé t les valeurs-d'angles étant encore tolérables dans les quadrants F-G et H-E, les valeurs d'angles tolérables sont dépassées dans le quadrant E-F, où les aubes effectuent un mouvement tournant très rapi- de, comme on l'a déjà dit. Si l'on veut obtenir des valeurs d'angles tolérables dans le quadrant E-F, il faut réduire le pas de ce quadrant.
Il faut donc que le point directeur qui, . en fig. 3, se trouve en N pour un état de marche déterminé,
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soit rapproché du centre 0 de la roue, c'est à dire par exemple reporté en N3 pour les aubes qui parcourent le quadrant E-F.
Cela peut se faire dans une mesure assez grande pour que, même pour un grand pas des aubes qui parcourent les quadrants F-G et H-E, les angles d'attaque pour les aubes qui parcourent le qua- drant E-F restent compris entre des limites tolérables. Il est donc possible, en marche rapide, pour réduire la vitesse péri- phérique des aubes, d'augmenter le pas dans le quadrant anté- rieur et dans le quadrant postérieur. Cette augmentation peut être poussée assez loin pour que le point directeur N pour les aubes qui parcourent le quadrant antérieur et le quadrant postérieur s'écarte suffisamment du centre 0 de la roue, sur le diamètre D, pour venir se placer sur la circonférence K ou extérieurement à cette circonférence.
Plus le point directeur N3 est rapproché du centre 0 de la roue, plus le pas des aubes qui parcourent le quadrant E-F devient petit, et si une certaine limite de ce rapprochement du point N3 par rapport au centre de la roue se trouve dé- passée, les aubes qui parcourent le quadrant E-F jouent le rô- le d'aubes de turbine, étant entrainées par le courant d'eau produit par les aubes qui parcourent le quadrant antérieur et le quadrant postérieur. Dans certains cas, cela peut même être opportun, car on a déjà proposé aussi, pour les hélices, de réduire le pas des pales vers le moyeu de façon que ces pales jouent, dans le voisinage du moyeu, le ¯rôle d'aubes de turbine.
On a donc montré ici, qu'il est avantageux, pour deux raisons, de s'écarter de la loi de mouvement des aubes suivant la cinématique pure de l'intersection des normales (fig.I), c'est à dire de la loi définie par le fait que les normales aux aubes passent par un point directeur déterminé dans chaque état de marche.
C'est pourquoi, suivant la présente invention, le point directeur domt occuper différentes positions pour différentes parties du trajet parcouru par les aubes; c'est pourquoiau si
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l'on parlera, au lieu d'un "point directeur", 'du point d'inter- section des normales aux aubes avec celui des rayons de la roue qui est perpendiculaire à la direction de l'écoulement.
Ce point d'intersection-cheminera donc dans les deux sens pour chaque aube et pour chaque état de marche, entre certaines limites, entre les points N1 et N2 par exemple en fig. 2 etentre les points N et N3 par exemple en fig. 3. Pour.la marche en pro- pulseur, en fig. 2, N est le point d'intersection des normales pour les aubes qui parcourent la moitié antérieure de .la roue, et N le point,d'intersection.des,normales,pour les aubes qui parcourent la moitié postérieure de la roue.'En fig.
3 N est le point d'intersection des normales pour les'aubes''qui par- courent le quadrant antérieur et le quadrant postérieur, et N3 le point d'intersection des normales pour le quadrant qui se trouve du côté de l'excentricité des points d'intersection Il n'est nullement nécessaire que les point-s N,N1 N2 et N restent au même endroit pour des zones entières plus ou moins grandes du cycle parcouru par les aubes; au contraire, le$ points d'in- tersection des normales peuvent aussi changer de position d'un point à l'autre du cycle parcouru par les aubes, en s'en tenant il est vrai aux principes exposés ici. C'est pourquoi, en figs.
2 et 3, les points d'intersection des normales se déplaceront entre certaines limites pendant chaque révolution des aubes, mais naturellement de la même façon et dans la même mesure pour chaque aube de la roue à aubes.
Or, il convient, toutefois, d'appliquer simultanément à une seule et même roue à aubes les deux lois de mouvement représentées en fig. 2 et 3 ou, en d'autres termes, de superpo- ser pour ainsi dire ces deux lois l'une à l'autre. Il faut donc, d'une part, dans la marche en propulseur, que dans la moitié antérieure de la roue le pas soit plus petit que dans la moi- tié postérieure (fig. 2), mais d'autre part il faut également que dans le quadrant qui se trouve du côté de l'excentricité, le pas soit plus petit que les pas dans le quadrant antérieur
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et dans le quadrant postérieur (fig. 3).
La combinaison des deux lois de mouvement est indiquée en Fig. 4. On a indiqué, pour un état de marche déterminé, sur le diamètre D, quatre points d'intersection de normales aux aubes, ceux de la moitié antérieure de la roue étant désignés par N1 et ceux de la moitié postérieure de la roue par N2. Les deux points d'intersection correspondant au quadrant supérieur, c'est à dire celui qui se trouve du côté de l'excentricité de tous les points d'intersection, ont toutefois été munis en outre de l'indice 3, de sorte que ces deux points d'inter- section sont désignés par N13 et N23 Il en résulte que l'on a tenu compte, dans la mesure la plus complète,de toutes les exigences telles qu'elles découlent des faits qui viennent d'être exposés.
Or, au lieu d'un point directeur pour un certain état de marche, il y a 'des zones de points d'intersection de normales, zones à l'intérieur desquelles les points d'intersection se déplacent pendant la révolution des aubes pour un état de mar- che déterpiné, soit par bonds, soit graduellement; toutefois, comme précédemment le point directeur unitaire, ces zones peu- vent être déplacées diamétralement aussi bien qu'en cercle lorsqu'il y a lieu de changer l'état de marche.
Tout ce qui précède s'applique aussi, dans le même sens, à tout autre mode d'utilisation d'une roue à aubes de ce gen- re, c'est à dire aussi à une pompe ou une turbine constituée par une roue à aubes de ce genre.
En ce qui concerne la construction, un mécanisme de gui- dage dans lequel les lois de mouvement dont il vient d'être question sont appliquées individuellement ou en combinaison, peut être réalisé de façons très différentes ( par exemple de la façon décrite dans le brevet belge N 408. 325 du 9 mars 1935). Lorsque la position désirée d'une aube en chaque point de son cycle a été déterminée de la façon la plus favorable,
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au point de vue hydraulique, en tenant compte des faits expo- sés ci-dessus, il n'est pas difficile de-trouver un dispositif cinématique assurant positiv-ement ces positions des aubes.
On peut obtenir ce résultat au moyen de guides ou d'ensembles d'articulations de forme appropriée; il est toutefois possible aussi d'imposer ces mouvements aux aubes par voie hydraulique ou électrique, au moyen de dispositifs de commande correspon- dants.
Fig. 5 est une vue d'un exemple de réalisation d'un méca- nisme à articulations propre à la mise en pratique de la loi de mouvement combinée.
L'axe 1 de chaque aube 2 porte un bras 3 relié par une biellette 4 au bras 5 d'un levier coudé dont le pivot 6 est monté sur le corps de la roue, et dont le deuxième bras 7 est guidé dans une coulisse 8. Cette coulisse 8 est montée sur un anneau 9, sur lequel elle peut tourner autour d'un axe paral- lèle à l'axe de rotation 10 de la roue. On peut déplacer l'an- neau 9 radialement par rapport à la roue; en outre, on peut aussi faire tourner son centre II autour du centre 10 de la roue. En réglant différemment la position du centre II de l'an- . neau 9 par rapport au centre 10 de la roue, on peut changer l'état de marche de la roue à aubes.
Pendant la rotation de la roue il faut que l'anneau 9 soit obligé de participer isochroniquement à cette rotation.
Pendant ce mouvement de rotation isochrone de la roue et de l'anneau 9, le mécanisme articulé de chaque aube se déplace, comme le montre fig. 5, de façon que les aubes effectuent des mouvements comme ceux qui sont indiqués en fig. 4. Les norma- les aux aubes, portées en traits mixtes en fig.'5, coupent le diamètre D de ka roue en différents points, ainsi qu'on peut le voir, d'une façon qui correspond à la loi de mouve- ment représentée en fig. 4.
Le bras 5 estplus long que le bras 3 et la longueur de la biellette 4 est telle que les bras 3 et 5 convergent vers
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les points d'articulation.1 et 6 dans la plupart des positions.
La différence de longueur entre les bras 3 et 5 a pour consé- quence que le pas des aubes est augmenté par rapport à un méca- nisme articulé analogue dans lequel les bras 3 et 5 auraient la même longueur, et la convergence mentionnée de ces deux bras provoque la répartition particulière des différents pas telle qu'elle est représentée en fig. 4. Il s'agit donc ici d'ampli- fier le mouvement dérivé du bras 3 et par suite de l'aube 2 par rapport au mouvement directeur du bras 5 et de provoquer en ou- tre les défauts d'uniformité indispensables dans la transmis- sion den mouvomonLn.
L'exemple de réalisation représenté en Fig. 5 montre qu'il est possible, par des moyens relativement simples, de réaliser pour les aubes les mouvements décrits précédemment, et il en résulte que l'on peut également rendre des mécanismes de guidage et des dispositifs de transmission d'un autre genre pro- pres à, imposer des mouvements de ce genre aux aubes.
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Paddle wheel.
Paddlewheels are known comprising blades mounted on an articulation and whose axes of rotation are parallel or substantially parallel to the axis of rotation of the wheel, these blades receiving an oscillating movement of a mechanism. guide, in such a way that the vector rays (which will later be called the blade normals) starting from the axes of rotation of the blades at an angle of 90 intersect at a point (direction point) which is located at the 'inside a circle traversed by the axes of rotation of the blades.
The law of movement of the blades, a law which is imposed by this mechanism, is shown schematically in fig. I. The circle on which the axes of rotation of the blades move
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during the rotation of the paddle wheel is designated by K, and the directing point by N. S is one of the blades, whose axis of rotation A traverses the circle K in the direction of arrow P; the various positions of these vanes are indicated by the indices I to 8. The front end of the vanes S, that which is forward in the direction of movement, is designated by the point of an arrow.
In the case of this law represented in fig. I, the position of the blades at the various points of the circle K, at any given moment, is such that at the ends of the diameter D on which the directing point N is located, the blade is exactly tangent, while it deviates from the tangential direction, in the intermediate positions, so as to effect a complete oscillation around the tangential position during one revolution of the wheel. This movement causes in a known manner, in the medium which surrounds the blades, a current directed in the direction of arrow V and perpendicular to the diameter D on which the direction point N. is located. The advance T is opposite to V. The ratio between the flow speed V and the rotational speed U at which the axes of the blades move on the circle K, is the measure of the "pitch" of the thruster.
During idling, that is to say when the thruster is not loaded, the position of the vanes at each point of the circle K corresponds to the direction of the relative current of the medium with respect to the vane. When the thruster is loaded, the forward speed decreases by an amount equal to the slip, which gives rise to an angle of attack on the vane and produces a "vertical thrust" of which a component is directed in the direction. of the thrust. The magnitude of this component increases with the slip.
However, in the case of the law of motion described here for the blades, we have not yet taken into account the fact that the flow rate of the medium is different on the two sides of the diameter D. In the direction of the flow V half of
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right of the wheel should be considered as the front half, and the left half as the rear half. While walking, the middle flow is accelerated by the front half of the wheel, so that the flow velocity is greater in the vicinity of the rear half of the wheel.
Consequently, if it is desired that, for a determined slip, the angle of attack with respect to the blades is the same in the front half and in the rear half of the wheel, the pitch of the blades must be , in the posterior half of the wheel, larger than in the anterior half. The pitches of the anterior half and the posterior half of the wheel may be such that the angles of attack are equal or approximately equal in the two halves of the wheel, but the increase must naturally be taken into account, at the square, vertical thrusts in profile, because of the different speeds.
Furthermore, this also results in the "vertical thrust" being more or less equal across the vanes of the two halves of the impeller.
This fact being known, it is now necessary, according to the invention, to start from the unit director point N which is located at a determined location, for each operating state% and it is necessary to use a guiding mechanism which, as indicated schematically in Fig. 2, or such that the normals to the blades which traverse the anterior surface of the impeller intersect at a point N1 closer to the center 0 of the impeller than the directing point N2 where the normals to the vanes which pass through the rear half meet. of the wheel.
However, the two points N1 and N2, as well as the point N, lie on it of the diameters D of the impeller, which is perpendicular to the direction V of the flow. In the front half of the wheel, it is therefore the steering point N which ensures the guidance of the normals to the blades, this guidance being provided by the steering point N2 in the rear half of the wheel.
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In particular, the angle between the tangential position and the position of the vanes in the rear half of the wheel must be greater by a determined value than the angle between the tangential position and the posi - tion of the blades in the front half of the wheel, the difference between the angles, expressed in degrees, according to the formula
EMI4.1
0.01.
1 + Cs (0.06) / 1 + c depending on the degree of load-
When the paddle wheel serves as a turbine, the reverse happens, because then the water which has provided work in the front half of the impeller arrives at the rear half of the impeller. with reduced speed, so the pitch must be reduced there if the angle of attack is to remain equal or substantially equal. If the paddle wheel serves as a pump, the conditions are similar to those for running with a thruster.
It results from the law of motion known for the blades, such as we have just discussed with reference to fig. l, in particular when a large pitch is to be obtained by ensuring that the direction point N is at a great distance from the center 0 of the wheel, than in that of the parts of the circle K of the blades, which is located on the side of the eccentricity of the direction point N, each vane which passes at this place is obliged to perform a very unfavorable movement from the double hydraulic and mechanical point of view. As shown in fig.l, it is necessary that the vane which must go from the position s7 to the position s1 through the position s8, must turn about 1300 over a relatively short path.
The vertical thrust of a blade is proportional to the angle of attack and the flow speed. If the depression exceeds a tolerable value, the vertical thrust has a coefficient of great value, phenomena occur.
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separation and cavitation. The angle of attack and the flow velocity must therefore also be kept between certain limits in the paddle wheel.
Now, as a result of the peculiarity of the movement of the blades, a peculiarity which has been described with reference to fig. 1, the hydraulic conditions are different at different points of the circle K, and there is in particular an essential difference - tial between the conditions in the vicinity of the quadrant EF in fig. 3 and those of the two quadrants F-G and H-E. These quadrants are limited by the spokes D1-D2 of the wheel, spokes which are perpendicular to each other and offset by 45 on both sides with respect to the diameter D on which the point, director N. is located. However, it will be expressly pointed out that these quadrant limits should not be considered as absolute limits; on the contrary, it is only a question of indicating here zones similar to quadrants.
The conditions in the z8ne in the form of a quadrant GH are moreover also significantly different from those of the z8ne in the form of a quadrant EF, but it is sufficient that the blades adapt to the relative current in the zone in the form of a quadrant. .GH.
The different positions indicated for the vanes in fig. I show how the conditions are different in the areas mentioned in the form of quadrants-
If the blades work by performing the movement shown in fig. I, a unit direction point N located at a determined location being predominant for a determined operating state, the slip being high t the angle values still being tolerable in the FG and HE quadrants, the tolerable angle values are exceeded in the EF quadrant, where the vanes perform a very fast rotating movement, as we have already said. If we want to obtain tolerable angle values in the E-F quadrant, we must reduce the pitch of this quadrant.
It is therefore necessary that the guiding point which,. in fig. 3, is at N for a determined operating state,
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is brought closer to the center 0 of the wheel, ie for example transferred to N3 for the blades which traverse the quadrant E-F.
This can be done to a large enough extent that, even for a large pitch of the vanes which traverse the F-G and H-E quadrants, the angles of attack for the vanes which traverse the quadrant E-F remain within tolerable limits. It is therefore possible, in fast travel, to reduce the peripheral speed of the blades, to increase the pitch in the anterior quadrant and in the posterior quadrant. This increase can be pushed far enough so that the direction point N for the vanes which traverse the anterior quadrant and the posterior quadrant deviates sufficiently from the center 0 of the wheel, on the diameter D, to come to be placed on the circumference K or externally to this circumference.
The closer the direction point N3 is to the center 0 of the wheel, the smaller the pitch of the vanes which traverse the quadrant EF becomes, and if a certain limit of this approximation of the point N3 with respect to the center of the wheel is exceeded , the vanes which traverse the EF quadrant play the role of turbine blades, being driven by the water current produced by the vanes which traverse the anterior quadrant and the posterior quadrant. In some cases, this may even be advisable, because it has also already been proposed, for the propellers, to reduce the pitch of the blades towards the hub so that these blades play, in the vicinity of the hub, the role of vanes. turbine.
It has therefore been shown here, that it is advantageous, for two reasons, to deviate from the law of motion of the blades according to the pure kinematics of the intersection of the normals (fig.I), that is to say from the law defined by the fact that the blade normals pass through a given direction point in each operating state.
This is why, according to the present invention, the director point domt occupy different positions for different parts of the path traversed by the blades; why so
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we will speak, instead of a "directing point", of the point of intersection of the normals to the blades with that of the spokes of the wheel which is perpendicular to the direction of the flow.
This point of intersection will therefore travel in both directions for each blade and for each operating state, between certain limits, between points N1 and N2 for example in FIG. 2 and between points N and N3, for example in FIG. 3. For operation in propulsion mode, in fig. 2, N is the point of intersection of the normals for the blades which traverse the front half of the impeller, and N the point of intersection of the normals for the blades which traverse the rear half of the impeller. In fig.
3 N is the point of intersection of the normals for the 'blades' which run through the anterior quadrant and the posterior quadrant, and N3 the point of intersection of the normals for the quadrant which lies on the side of the eccentricity of the points of intersection It is by no means necessary that the points-s N, N1, N2 and N remain in the same place for whole zones of varying size of the cycle traversed by the blades; on the contrary, the intersection points of the normals can also change position from one point to another of the cycle traversed by the blades, while sticking it is true to the principles exposed here. This is why, in figs.
2 and 3, the points of intersection of the normals will move between certain limits during each revolution of the blades, but naturally in the same way and to the same extent for each blade of the impeller.
However, it is appropriate, however, to apply simultaneously to one and the same paddle wheel the two laws of motion shown in FIG. 2 and 3 or, in other words, to superimpose, so to speak, these two laws one on the other. It is therefore necessary, on the one hand, when driving with the propeller, that in the anterior half of the wheel the pitch is smaller than in the posterior half (fig. 2), but on the other hand it is also necessary that in the quadrant which is on the eccentricity side, the step is smaller than the steps in the anterior quadrant
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and in the posterior quadrant (fig. 3).
The combination of the two laws of motion is shown in Fig. 4. We have indicated, for a determined operating condition, on the diameter D, four points of intersection of normal to the blades, those of the front half of the wheel being designated by N1 and those of the rear half of the wheel by N2. The two points of intersection corresponding to the upper quadrant, that is to say the one which is on the side of the eccentricity of all the points of intersection, were however additionally provided with the index 3, so that these two intersection points are designated by N13 and N23. It follows that account has been taken, to the fullest extent, of all the requirements as they arise from the facts which have just been explained.
Now, instead of a directing point for a certain state of operation, there are 'zones of points of intersection of normals, zones within which the points of intersection move during the revolution of the blades for a state of walking determined, either by leaps or gradually; however, as before the unit director point, these areas can be moved diametrically as well as in a circle when there is a need to change the operating state.
All the above also applies, in the same sense, to any other mode of use of a paddle wheel of this type, that is to say also to a pump or a turbine constituted by a paddle wheel. vanes like this.
As far as construction is concerned, a guiding mechanism in which the laws of motion just mentioned are applied individually or in combination, can be achieved in very different ways (for example as described in the patent Belgian N 408. 325 of March 9, 1935). When the desired position of a vane at each point of its cycle has been determined in the most favorable way,
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from the hydraulic point of view, taking into account the facts set out above, it is not difficult to find a kinematic device ensuring positively these positions of the blades.
This can be achieved by means of guides or sets of joints of suitable shape; However, it is also possible to impose these movements on the blades hydraulically or electrically, by means of corresponding control devices.
Fig. 5 is a view of an exemplary embodiment of an articulated mechanism suitable for putting into practice the combined law of motion.
The axis 1 of each blade 2 carries an arm 3 connected by a link 4 to the arm 5 of an angled lever whose pivot 6 is mounted on the body of the wheel, and whose second arm 7 is guided in a slide 8 This slide 8 is mounted on a ring 9, on which it can rotate about an axis parallel to the axis of rotation 10 of the wheel. The ring 9 can be moved radially with respect to the wheel; in addition, its center II can also be made to rotate around the center 10 of the wheel. By adjusting the position of the center II of the an-. neau 9 with respect to the center 10 of the wheel, it is possible to change the operating state of the paddle wheel.
During the rotation of the wheel, the ring 9 must be obliged to participate isochronically in this rotation.
During this isochronous rotational movement of the wheel and of the ring 9, the articulated mechanism of each vane moves, as shown in fig. 5, so that the vanes perform movements like those indicated in fig. 4. The vane normals, shown in phantom in fig. '5, cut the diameter D of the impeller at different points, as can be seen, in a way which corresponds to the law of motion. ment shown in fig. 4.
The arm 5 is longer than the arm 3 and the length of the connecting rod 4 is such that the arms 3 and 5 converge towards
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articulation points. 1 and 6 in most positions.
The difference in length between the arms 3 and 5 means that the pitch of the blades is increased compared to a similar articulated mechanism in which the arms 3 and 5 would have the same length, and the mentioned convergence of these two arm causes the particular distribution of the different pitches as shown in FIG. 4. It is therefore a question here of amplifying the movement derived from the arm 3 and consequently of the vane 2 with respect to the directing movement of the arm 5 and, moreover, of causing the essential uniformity defects in the transmission of movomonLn.
The exemplary embodiment shown in FIG. 5 shows that it is possible, by relatively simple means, to achieve for the blades the movements described above, and it follows that it is also possible to make guide mechanisms and transmission devices of another type pro - close to, impose movements of this kind on the blades.