Rotor à hélice. Cette invention a pour objet un rotor à l@elice, par exemple, destiné aux machines à grande vitesse, dans lesquelles la- direction générale du flux du fluide de travail (qu'il .soit liquide ou gazeux) à travers le rotor, est axiale ou. tout au moins, plus axiale que ra diale. -Un tel rotor peut être employé seul comme ventilateur, propulseur ou moteur à fluide, ou peut fonctionner en combinaison avec des aubes directrices ou avec un rotor complémentaire de sens de rotation opposé, dans des ventilateurs, pompes, turbines à réaction ou autres machines, plusieurs rotors étant employés dans le cas de machines à plu sieurs étages.
Diverses propositions ont été faites, rela tives à la variation radiale du pas des aubes d'un rotor, en vue de perfectionner l'effica cité des rotors à hélice à. flux axial en pré voyant une répartition réglée de la pression dynamique aux divers rayons @de l'anneau du rotor, plus spécialement dans les pompes, tur bines et ventilateurs., mais de telles proposi- tions n'ont pas tenu compte jusqu'à présent des conditions spéciales qui sont nécessaires pour un fonctionnement à de brandes vitesses spécifiques.
Ainsi, on a trouvé que la largeur des aubes du rotor et la répartition de cette largeur joue un rôle très important pour l'ef ficacité du rotor, lorsque -des vitesses élevées sont employées, et pour régler la charge dynamique sur les aubes, tandis que pour ré duire à. un minimum l'effet de freinage par frottement, il est .désirable de modifier l'in cidence du pas en conformité avec une ré partition radiale convenablement disposée de la largeur de l'aube.
On doit préciser que le terme "vitesse spécifique" est employé plus spécialement en parlant des turbines hydrau liques, pour établir une base de comparaison entre des machines ayant -des dimensions dif férentes et fonctionnant selon des caractéris tiques différentes. Ce terme peut être défini comme la vitesse à laquelle le rotor d'une tur bine fonctionnerait s'il était réduit géométri quement (sans en modifier la forme) à des di- mensions telles qu'il développerait une puis sance d'un cheval sous une chute -de travail unitaire.
Le terme "vitesse spécifique" a éga lement été appliqué aux pompes; dans ce cas, il est défini comme la vitesse à laquelle de vrait fonctionner un rotor géométriquement semblable réduit en dimensions, de manière à refouler une quantité unitaire sous une chute unitaire :dans des conditions d'efficacité maximum. Des définitions analogues de la "vitesse spécifique" peuvent également être données pour d'autres types de machines em ployant des rotors -à hélice.
La présente invention a pour objet un ro tor à hélice, -de préférence à flux axial, pré sentant des aubes portées par un moyeu et dans lequel le pas 'à l'arête de travail de cha que aube varie radialement par rapport à la largeur de l'aube et au rayon.
Ce rotor est caractérisé en ce qu'à n'im porte quel rayon entre l'extrémité de l'aube et une position intermédiaire choisie dont la distance radiale de l'axe n'est pas plus grande que le rayon moyen normal, d'une part, la va leur du produit du pas par le rayon n'est pas plus petite que la valeur,de ce produit à ladite position intermédiaire et n'est pas plus grande que la.
valeur de ce produit à l'extrémité de l'aube et, d'autre part, la largeur de l'aube n'est pas plus grande que la largeur à ladite position intermédiaire et n'est pas plus pètite que la largeur à l'extrémité @de l'aube, tan dis qu'à n'importe quel rayon entre ladite position intermédiaire choisie et le moyeu, d'une part, la valeur du produit du rayon par le pas n'est pas plus petite que la valeur de ce produit à la position intermédiaire et pas plus grande que la valeur de ce produit au moyeu et, d'autre part, la largeur de l'aube n'est pas plus grande que la largeur à ladite position intermédiaire et n'est pas plus petite que la largeur au moyeu.
Un tel rotor peut avoir un rendement élevé et une tendance minimum à l'interfé- rence mutuelle et aux effets -de cavitation, lorsqu'il tourne à une vitesse spécifique éle vée. Le produit du pas par le rayon peut être constant à tous les rayons ou peut avoir une valeur minimum à ladite position intermé- -diaire pour augmenter à partir de cette valeur à la .fois intérieurement vers le moyeu et extérieurement vers l'extrémité de l'aube.
La largeur -de l'aube peut être constante à tous les rayons ou peut diminuer radialement à la fois intérieurement et extérieurement à partir d'une valeur maximum à ladite position in termédiaire. Le pas à l'arête de travail -de chaque aube peut- de préférence varier radiale- ment, de telle sorte que le produit du pas par la largeur de l'aube et par le rayon soit pra tiquement constant à tous les rayons.
Il est nécessaire de préciser que le "rayon moyen de l'aube" doit être compris comme la moyenne arithmétique entre le rayon du moyeu et le -rayon de l'extrémité de l'aube du côté de l'arête -de travail de l'aube.. Le terme "arête -de travail de l'aube" doit être pris comme signifiant l'arête suivante dans le cas d'un ventilateur ou d'un propulseur, comme signifiant l'arête de décharge dans le cas d'une pompe ou -d'un ventilateur et comme l'arête d'entrée dans le cas d'une turbine ou d'un moteur à fluide.
Le terme "pas" se rap porte au pas à la face de travail de l'aube et peut être défini par l'expression mathémati que 2 n r tan fl dans laquelle r est la distance radiale entre l'axe et le point auquel le pas doit être mesuré et (1 est "l'angle de l'aube", C'est-à-dire l'angle formé entre les lignes de la veine liquide passant par le point où cette veine liquide est coupée respectivement par la face de l'aube et par un plan passant par ce point et perpendiculaire à. l'axe du rotor.
Ainsi, lorsque la disposition est telle que les veines liquides sont des surfaces cylindriques, le pas est la distance axiale entre des spires successives de l'hélice dont fait partie la frac tion de la face -de l'aube où le pas doit être mesuré.
Dans le cas d'aubes de rotor -de construction simple,, la "largeur" d'une aube à un rayon donné peut -être définie comme la distance réelle entre le point @de l'arête -de travail de l'aube se trouvant à ce rayon et le point de l'autre arête, se trouvant sur la même veine li quide, distance mesurée le long de la ligne d'intersection de la veine liquide et .de la face de travail de l'aube. Cette définition est sa tisfaisante pour des aubes de rotor dans les quelles la ligne d'intersection de la veine liquide et de la face de travail est. une ligne droite sur un développement plan de la veine liquide.
mais pour .des aubes de construction plus complexe dans lesquelles la ligne d'inter section n'est pas droite sur le développement de la veine, cette définition ne donne pas une mesure strictement exacte de la largeur ef fective de l'aube, largeur qui serait plus correctement définie comme étant la distance en ligne droite entre les points d'arête sur le développement de la veine. En conséquence, pour toutes les aubes., la "largeur" peut être définie comme la distance la plus courte, me surée le long de la veine liquide, entre le point (le l'arête de travail de l'aube au rayon donné et le point de l'autre arête de l'aube se trou vant sur la même veine liquide.
La largeur maximum de ehaque aube est de préférence -de pas moins :de<B>10%</B> plus grande que la largeur de l'aube au moyeu. De même, la valeur minimum du produit du rayon par le pas n'est, de préférence, pas plus grande que les<B>90%</B> de la valeur dudit pro duit au moyeu. A l'extrémité -de l'aube, la largeur peut être égale à celle au moyeu ou peut différer de cette dernière d'une quantité ne dépassant pas, de préférence, les<B>30%</B> de la largeur au moyeu.
Il est habituellement désirable en pratique d'arrondir les angles de l'aube à son extrémité, de telle sorte que la largeur réelle à cet endroit est tant soit peu plus petite que la largeur .déterminée.
Le pas de l'aube sur n'importe quelle veine liquide, peut être constant sur toute la longueur axiale du rotor, mais excepté de très faibles rapports du pas moyen au diamètre, il est. habituellement désirable de prévoir une variation axiale du pas, de telle sorte que ce dernier diminue graduellement à partir de l'arête de travail de l'aube jusqu'à l'autre arête, plus spécialement près du moyeu, de manière à obtenir les angles d'incidence les plus favorables entre la face -de l'aube et le flux du fluide relatif @à cette face,
notamment entre 3 et 8 dans la plupart des cas. La valeur de la variation axiale -du pas sera -dé terminée selon le but particulier pour lequel le rotor devra être employé, mais il sera ha bituellement préférable de diminuer le pas à partir de l'arête de travail jusqu'à l'autre arête du rotor, plus rapidement près du moyeu que dans les parties extérieures du ro tor où une telle diminution peut ne pas être nécessaire, ou bien dans le cas extrême où une faible diminution -du pas à l'extrémité de l'aube pourrait être indiquée.
Ainsi, par exemple; dans le -cas -d'une pompe, pour éviter des chocs par suite des angles défavorables d'admission à l'entrée, il est souvent -dési rable que le pas soit approximativement cons tant le long de l'arête d'entrée de l'aube ou même diminue légèrement en allant vers le moyeu.
La nombre des aubes employées varie selon les conditions -de l'installation particu lière et les aubes peuvent se recouvrir les unes les autres en projection faciade, plus spéciale ment dans les parties internes du rotor, lors que le rotor est destiné à fonctionner sous des pressions élevées. Les aubes, vues en sections cylindriques, peuvent être d'épaisseur uni forme d'une arête à l'autre, ou peuvent pré senter une forme lenticulaire ou être en forme d'aile ou encore d'une autre forme appropriée, une forme spéciale carénée étant préférée.
Le moyeu pourra être cylindrique ou co nique, mais une forme carénée ou autre peut aussi être employée.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemples trois formes d'exécution -de l'objet de l'invention.
Les fig. 1 et 2 représentent respectivement une vue en plan et une vue de profil d'une aube d'un rotor spécialement destiné à être employé comme ventilateur d'air; La fig. 3 est un graphique montrant à la fois la variation de la. largeur -de l'aube et celle du pas à, l'arête de travail de l'aube re- présentée aux fig. 1 et 2, en fonction de la distance radiale à partir de l'axe;
Les fit,,. 4 à 6 sont -des vues semblables aux fi-. 1 à 3 -d'un rotor :spécialement destiné à être employé dans une pompe hydrauli que et Les fig. 7 à 9 sont des vues semblables d'une troisième forme d'exécution -du rotor selon l'invention, destinée à être employée dans une pompe ou dans une turbine.
Dans la forme d'exécution représentée aux fig. 1 à 3, le rotor peut présenter six aubes semblables à l'aube A, portées par un moyeu B :cylindrique dont le rayon est approxima tivement -de 0,43, le rayon périphérique du rotor étant égal à 1.
La courbe D de la fig. 3 représente la va riation du pas à l'arête de travail C de l'aube A, en fonction .des rayons et la courbe E re présente la variation de la largeur de l'aube A en fonction des rayons, files ordonnées en traits interrompus à la fig. 3 correspondant aux arcs de cercle et aux lignes en traits in terrompus des fig. 1 et 2, ces arcs et lignes se trouvant à .des distances égales d'espace- ment radial, à partir de l'axe du rotor.
L'or donnée F de gauche, à la fig. 3, correspond à à la racine de l'aube à. la surface du moyeu B, tandis que l'ordonnée G de droite corres pond à. l'extrémité de l'aube. La fig. 3 est exécutée à une échelle deux fois plus grande que les fig. 1 et 2.
On voit de la courbe E de la fig. 3 que la largeur de l'aube augmente à partir du moyeu, en F, ,jusqu'à un maximum à un rayon d'environ 0,6 et diminue ensuite en al lant vers l'extrémité G de l'aube où elle a une valeur près de<B>30%</B> plus petite que la largeur au moyeu, la largeur maximum étant presque<B>15%</B> plus grande que la largeur au moyeu.
Le pas à n'importe quel rayon est cons tant sur toute la largeur de l'aube et dimi nue, comme représenté par la courbe D à par tir du moyeu, en F, jusqu'à un minimum à un rayon -d'environ 0,75 à partir duquel il augmente légèrement jusque vers l'extrémité G de l'aube.
La valeur de l'augmentation radiale du pas est telle que le prodiiil du pas et de la largeur est pratiquement sement proportionnel au rayon: Le pas cii- l'aube près du rayon moyen de l'aube (0,715) a. une valeur approximativement égale aux 4/;, du diamètre du rotor aux ex trémités de l'aube. La valeur du produit du pas par le rayon augmente radialement en allant vers l'intérieur et en allant vers l'ex térieur, à partir d'une valeur minimum cor respondant à. un rayon d'environ 0,6.
En vue de profil (fig. 2), la largeur ap parente de l'aube diminue à partir du moyeu jusqu'à l'extrémité de l'aube, la valeur de la variation de la largeur vue en profil di minuant en allant vers l'extrémité de l'aube. Les surfaces renfermant les arêtes directrices et suivantes, H, C des aubes, sont de préfé rence disposées symétriquement par rapport à un plan perpendiculaire à l'axe du rotor et passant au milieu de la longueur du ro tor.
En plan (fig. 1), les aubes ne doivent pas se recouvrir et les arêtes directrices et sui vantes<I>II,</I> C de chaque aube, sont disposées symétriquement autour de la ligne radiale médiane de la projection de face. L'angle sous-tendu à l'axe du rotor, par la projection de face de l'aube, varie à partir de 40 en viron au moyeu, jusqu'à un maximum d'en viron 44,5 à la partie interne de l'aube et de là jusqu'à. environ 18 à l'extrémité de l'aube.
Les lignes J en traits mixtes, à la fig. 2, sont une représentation conventionnelle de l'incidence et de la position d'épaisseur maxi mum pour l'aube, la. ligne supérieure repré sentant la. position d'épaisseur maximum, tandis que la distance entre les deux lignes, à n'importe quel rayon, représente l'épaisseur maximum réelle -de l'aube à ce rayon. Ainsi, l'épaisseur décroît graduellement à partir -du moyeu jusqu'à, l'extrémité -de l'aube et la li gne d'épaisseur maximum se trouve tant soit peu plus près de l'arête H de guidage que de l'arête C suivante.
La deuxième forme d'exécution représen tée aux fig. 4 à. 6, est destinée plus particu- lièrement à être employée dans une pompe hydraulique et diffère principalement de la forme d'exécution représentée aux fig. 1 à 3, par le nombre et la. largeur des aubes, ainsi que par la .distribution radiale du pas qui varie tant soit peu plus rapidement au voisinage du moyeu Bi, le pas près du rayon moyen étant de nouveau approximativement les 4/s du diamètre du rotor.
Dans cette forme d'exécution, comme le représente la, courbe E' de la fig. 6, la lar geur de l'aube A' augmente à partir du moyen, en F' (à un rayon d'environ 0,43), jusqu'à une valeur maximum à un rayon d'environ 0.6 et diminue de nouveau en al lant vers l'extrémité G' de l'aube, la largeur maximum étant légèrement plus que 15 plus grande que la largeur au moyeu, tandis que la largeur à l'extrémité de l'aube est en viron 20% plus petite que la largeur au moyeu.
Le pas à n'importe quel rayon est de nouveau .constant sur la largeur de l'aube et diminue, comme représenté par la courbe D', à partir du moyeu jusqu'à une valeur mini mum à un rayon d'environ 0,75, le pas res tant pratiquement constant à partir de ce rayon en allant vers l'extérieur jusqu'à l'ex trémité de l'aube. Le produit du pas par la largeur est pratiquement inverseinentpropor- tionnel an rayon. La valeur du produit .du pas par le rayon augmente radialement en allant vers l'intérieur et en allant vers l'extérieur, à partir d'une valeur minimum correspon dant à un rayon d'environ 0,6.
Comme on le voit clairement à la fig. 5, les arêtes directrices H' des aubes se trouvent sur la surface d'un cône et les arêtes sui vantes C' se trouvent sur une surface courbe de forme creuse généralement conique, les deux "cônes" étant opposés.
On emplie quatre aubes, chaque aube étant, en projection de face (fiig. 4), symétri que par rapport à sa ligne médiane et sous tendant, à l'axe du rotor, un angle beaucoup plus grand que dans la forme d'exécution des fig. 1 à 3. Ainsi, l'angle sous-tendu augmente à partir de 78 environ au moyeu jusqu'à un maximum de presque 88 à la partie interne de l'aube et diminue ensuite de nouveau ra pidement jusqu'à environ 39 à l'extrémité de l'aube.
Comme indiqué par les lignes h en traits mixtes à la fig. 5, l'épaisseur de l'aube<B>dé-</B> croît â, partir de la racine jusqu'à l'extrémité de l'aube et présente son maximum vers l'arête d'entrée H1 de l'aube.
La forme d'exécution représentée aux fi-. 7 à 9 est .destinée à être employée dans une pompe ou dans une turbine hydrauliques. Ellediffère des formes d'exécution précé dentes, principalement par une variation axiale du pas et en ce que le pas diminue ra- dialement en allant vers l'extérieur à l'arête de travail de l'aube et jusqu'à l'extrémité .de l'aube.
Cependant, .comme dans les deux for mes d'exécution précédentes, la valeur du produit du pas par le rayon, augmente ra- dialement en allant vers l'intérieur et en al lant vers l'extérieur, @à partir d'une valeur minimum correspondant à un rayon d'envi ron 0,6.
Le rotor peut présenter quatre aubes sem blables à l'aube A' représentée, portées par un moyeu cylindrique B' -dont le rayon est d'approximativement 0,4, le rayon périphéri que normal déterminé étant égal à I.
Comme représenté par -la courbe E' de la fig. 9, la largeur de l'aube A' augmente à partir du moyeu, en F', jusqu'à une valeur maximum à. un rayon d'environ 0,6 et dimi nue à partir de là en allant vers l'extérieur, jusqu'à l'extrémité -de l'aube G', la largeur maximum étant d'environ 189,o' plus grande que la largeur au moyeu,
tandis que la Jar- eur à l'extrémité de l'aube est seulement.lé- g <B>o</B> gèrement plus petite que la largeur au moyeu. Le pas à l'arête C' de travail -de l'aube (voir la courbe D\ de la fig. 9), diminue en premier lieu rapidement et ensuite plus fai blement jusqu'à l'extrémité de l'aube. Le pro duit du pas à, l'arête de travail par la lar geur de l'aube et par le :rayon est pratique ment éonstant à tous les rayons.
A partir d'un rayon de 0,8 et en allant vers l'extérieur, le pas à n'importe quel rayon est approximativement constant sur toute la largeur de l'aube, mais le pas varie axiale- ment dans la partie interne de l'aube.
La courbe K\ de la fig. 9 représente le pas le long de l'arête H= -de l'aube et, dans cette partie du rotor, le pas varie graduellement à partir de la valeur -définie par la courbe K\ à l'a rête H\ jusqu'à la valeur définie par la courbe D\ à l'arête C\ de travaâl de l'aube.
Le pas à l'arête H\ est choisi de manière à -conserver une valeur approximativement uniforme de "l'.an@le -de glissement" à tous les ,rayons et on verra de la courbe r\ que ce pas augmente légèrement .à partir du moyeu jusqu'au rayon intermédiaire de 0,8,à partir duquel il dé croît en allant vers l'extérieur, avec le pas à l'arête C\ de travail.
Les arêtes C\ de travail ,des aubes se trou vent sur la surface d'un cône, tandis que ales arêtes H\ sont courbes. L'épaisseur de chaque aube décroît à partir de la racine jusqu'à l'extrémité de l'aube, et l'épaisseur maxi mum se trouve vers l'arête d'admission de l'aube et à 35 à 40 % de celle-ci dans la plu part .des cas. Ainsi, dans le cas d'une turbine l'épaisseur maximum est plus près -de l'arête C= de travail, tandis que dans le cas d'une pompe, l'épaisseur maximum est plus près -de l'arête H\ directrice.
En projection de face, les aubes se recou vrent légèrement dans la région .de rayon 0,5 et sont symétriques par rapport à, leurs lignes radiales médianes et l'angle sous-tendu varie à partir de 84% au moyeu jusqu'à un maximum .d'environ 91 et de là à 421/2 0 au rayon normal déterminé d'extrémité d'aube.
Comme les caractéristiques -des rotors dé crits ci-dessus et plus spécialement du rotor des fig. 7 à 9 sont telles que le pas, !e rayon et la largeur de l'aube sont correctement mis en relation l'un avec l'autre pour le travail le plus effectif à .chaque rayon, une grande li mite -de travail volumétrique peut être prévue sans changement matériel -de !'efficacité, sim plement en étendant ou en diminuant le rayon périphérique du rotor et en laissant les au tres conditions inchangées, ce qui évite ainsi la nécessité d'un grand nombre (1,
@ iiio(lÎ1e différents pour se conformer à des con,lition@ volumétriques diverses, à -des vitesses (le ré volution et sous des pressions donnée,. Ainsi, pour de conditions volumétriques faible;. IL, hayon périphérique peut être réduit de ?() et même plus, de telle sorte que le rotor sera identique au rotor décrit ci-dessus dont la partie appropriée est détachée des extrémités des aubes.
De même, pour .des conditions vo lumétriques fortes, le rayon périphérique peut être augmenté, par exemple, de 10 comme indiqué en traits interrompus aux fig. 7 à 9, ou même d'un plus fort pourcen tage, dans certains cas. Lorsque de telles mo difications sont faite, le,- diverses .dimensions radiales indiquées ci-dessus ont toujours les valeurs spécifiées, mais en se référant à l'ex trémité déterminée normale -de l'aube et non pas à l'extrémité réelle de l'aube.
Les aubes du rotor peuvent être montées de telle sorte sur ,le moyeu qu'un réglage par rotation d'un petit angle, voire de 5 dans chaque direction, autour de leurs axes longi tudinaux, peut être effectué, pour se con former à des modifications dans les condi tions de travail. De plus, la vue de face pro jetée -de .l'aube peut être disposée autrement que symétriquement par rapport à une ligne radiale médiane.
Propeller rotor. This invention relates to a helical rotor, for example, for high speed machines, in which the general direction of flow of the working fluid (whether liquid or gaseous) through the rotor is. axial or. at least, more axial than radial. -Such a rotor can be used alone as a fan, propellant or fluid motor, or can operate in combination with guide vanes or with a complementary rotor of the opposite direction of rotation, in fans, pumps, jet turbines or other machines, several rotors being used in the case of machines with several stages.
Various proposals have been made, relating to the radial variation of the pitch of the blades of a rotor, with a view to improving the efficiency of propeller-driven rotors. axial flow by providing a controlled distribution of the dynamic pressure to the various radii of the rotor ring, more especially in pumps, turbines and fans., but such proposals have not taken into account until present special conditions which are necessary for operation at specific speeds.
Thus, it has been found that the width of the rotor blades and the distribution of this width plays a very important role in the efficiency of the rotor, when high speeds are employed, and in controlling the dynamic load on the blades, while than to reduce to. to a minimum the braking effect by friction, it is desirable to modify the incidence of the pitch in accordance with a suitably disposed radial distribution of the width of the blade.
It should be noted that the term "specific speed" is used more especially when speaking of hydraulic turbines, to establish a basis for comparison between machines having -different dimensions and operating according to different characteristics. This term can be defined as the speed at which the rotor of a turbine would operate if it were geometrically reduced (without changing its shape) to such dimensions that it would develop a horse power under. a fall in unitary work.
The term "specific speed" has also been applied to pumps; in this case, it is defined as the speed at which a geometrically similar rotor reduced in size should operate, so as to discharge a unit quantity under a unit drop: under conditions of maximum efficiency. Similar definitions of "specific speed" can also be given for other types of machines employing propeller rotors.
The present invention relates to a propeller rotor, preferably with axial flow, having vanes carried by a hub and in which the pitch 'at the working edge of each vane varies radially with respect to the width. dawn and ray.
This rotor is characterized in that at any radius between the end of the blade and a chosen intermediate position, the radial distance from the axis is not greater than the normal mean radius, of on the one hand, the value of the product of the pitch by the radius is not smaller than the value of this product at said intermediate position and is not greater than the.
value of this product at the end of the vane and, on the other hand, the width of the vane is not greater than the width at said intermediate position and is not smaller than the width at the 'end @ of the vane, tan say that at any radius between said chosen intermediate position and the hub, on the one hand, the value of the product of the radius by the pitch is not smaller than the value of this product at the intermediate position and not greater than the value of this product at the hub and, on the other hand, the width of the vane is not greater than the width at said intermediate position and is not smaller than the hub width.
Such a rotor can have high efficiency and minimal tendency to mutual interference and cavitation effects, when rotating at a high specific speed. The product of the pitch and the radius may be constant at all spokes or may have a minimum value at said intermediate position to increase from this value both internally towards the hub and externally towards the end of the hub. 'dawn.
The width of the blade can be constant at all radii or can decrease radially both internally and externally from a maximum value at said intermediate position. The pitch at the working edge of each vane may preferably vary radially, so that the product of the pitch times the width of the vane and the radius is nearly constant at all radii.
It is necessary to specify that the "mean radius of the vane" should be understood as the arithmetic mean between the radius of the hub and the radius of the end of the vane on the side of the working edge of the vane .. The term "blade-working edge of the blade" should be taken to mean the following edge in the case of a fan or thruster, as meaning the discharge edge in the case of a pump or -a fan and as the inlet edge in the case of a turbine or a fluid motor.
The term "pitch" refers to the pitch to the working face of the blade and can be defined by the mathematical expression 2 nr tan fl in which r is the radial distance between the axis and the point at which the pitch must be measured and (1 is "the angle of the vane", that is to say the angle formed between the lines of the liquid vein passing through the point where this liquid vein is respectively intersected by the face of the blade and by a plane passing through this point and perpendicular to the axis of the rotor.
Thus, when the arrangement is such that the liquid veins are cylindrical surfaces, the pitch is the axial distance between successive turns of the helix of which the fraction of the face of the blade where the pitch is to be measured belongs. .
In the case of rotor blades - of simple construction, the "width" of a blade at a given radius can be defined as the actual distance between the point @ of the blade's working edge. located at this radius and the point of the other edge, lying on the same liquid vein, distance measured along the line of intersection of the liquid vein and the working face of the blade. This definition is satisfactory for rotor blades in which the line of intersection of the liquid stream and the working face is. a straight line on a plane development of the liquid vein.
but for blades of more complex construction in which the intersection line is not straight on the development of the vein, this definition does not give a strictly exact measurement of the effective width of the blade, a width which would be more correctly defined as the straight line distance between the edge points on the development of the vein. Accordingly, for all blades, the "width" can be defined as the shortest distance, measured along the liquid stream, between the point (the working edge of the blade at the given radius and the point of the other ridge of the vane lies on the same liquid vein.
The maximum width of each vane is preferably not less: by <B> 10% </B> greater than the width of the vane at the hub. Likewise, the minimum value of the product of the spoke by the pitch is preferably not greater than the <B> 90% </B> of the value of said product at the hub. At the end of the blade, the width may be equal to that at the hub or may differ from the latter by an amount not exceeding, preferably, <B> 30% </B> of the width at the hub. hub.
It is usually desirable in practice to round off the angles of the vane at its end, so that the actual width at that location is somewhat smaller than the determined width.
The pitch of the blade on any liquid stream can be constant over the entire axial length of the rotor, but except for very low ratios of the average pitch to the diameter it is. usually desirable to provide an axial variation of the pitch, so that the pitch gradually decreases from the working edge of the blade to the other edge, more especially near the hub, so as to obtain the angles most favorable incidence between the face of the blade and the flow of the fluid relative to this face,
especially between 3 and 8 in most cases. The value of the axial variation -of the pitch will be -determined depending on the particular purpose for which the rotor is to be used, but it will usually be preferable to decrease the pitch from the working edge to the other edge. of the rotor, more rapidly near the hub than in the outer parts of the rotor where such a decrease may not be necessary, or else in the extreme case where a small decrease in pitch at the tip of the vane might be indicated .
So for example; in the case of a pump, to avoid shocks as a result of unfavorable inlet angles at the inlet, it is often desirable that the pitch be approximately constant along the inlet edge of the pump. the dawn or even decreases slightly going towards the hub.
The number of blades employed varies according to the conditions of the particular installation and the blades can overlap each other in faciad projection, more especially in the internal parts of the rotor, when the rotor is intended to operate under conditions. high pressures. The vanes, viewed in cylindrical sections, may be of uniform thickness from edge to edge, or may have a lenticular shape or be wing-shaped, or of another suitable shape, a special shape. faired being preferred.
The hub may be cylindrical or conical, but a streamlined or other shape may also be used.
The appended drawing represents, by way of examples, three embodiments of the object of the invention.
Figs. 1 and 2 respectively show a plan view and a side view of a blade of a rotor specially intended to be used as an air fan; Fig. 3 is a graph showing both the variation of the. width of the blade and that of the pitch at, the working edge of the blade shown in figs. 1 and 2, depending on the radial distance from the axis;
The fit ,,. 4 to 6 are - views similar to fi-. 1 to 3 - a rotor: specially intended for use in a hydraulic pump and Figs. 7 to 9 are similar views of a third embodiment of the rotor according to the invention, intended to be used in a pump or in a turbine.
In the embodiment shown in FIGS. 1 to 3, the rotor may have six blades similar to blade A, carried by a hub B: cylindrical, the radius of which is approximately 0.43, the peripheral radius of the rotor being equal to 1.
Curve D in fig. 3 represents the variation of the pitch at the working edge C of vane A, as a function of the radii and the curve E re shows the variation of the width of vane A as a function of the radii, rows ordered in lines interrupted in fig. 3 corresponding to the arcs of a circle and to the dotted lines of FIGS. 1 and 2, these arcs and lines being at equal distances radially spaced from the axis of the rotor.
The gold given F on the left, in fig. 3, corresponds to the root of the dawn at. the surface of the hub B, while the ordinate G on the right corresponds to. the end of the dawn. Fig. 3 is carried out on a scale twice as large as in FIGS. 1 and 2.
It can be seen from the curve E of FIG. 3 that the width of the blade increases from the hub, at F,, to a maximum at a radius of about 0.6 and then decreases towards the G end of the blade where it has a value nearly <B> 30% </B> smaller than the width at the hub, the maximum width being almost <B> 15% </B> greater than the width at the hub.
The pitch at any radius is constant over the entire width of the blade and decreases, as represented by the curve D from the hub, in F, to a minimum at a radius of approximately 0.75 from which it increases slightly until towards the G end of the dawn.
The value of the radial increase in the pitch is such that the prodiiil of the pitch and the width is practically proportional to the radius: The pitch near the blade near the mean radius of the blade (0.715) a. a value approximately equal to 4 / ;, of the diameter of the rotor at the ends of the blade. The value of the product of the pitch by the radius increases radially going inward and outward, from a minimum value corresponding to. a radius of about 0.6.
In profile view (fig. 2), the apparent width of the blade decreases from the hub to the end of the blade, the value of the variation in the width seen in profile decreasing towards the end of the dawn. The surfaces enclosing the guiding edges and following, H, C of the blades, are preferably arranged symmetrically with respect to a plane perpendicular to the axis of the rotor and passing through the middle of the length of the rotor.
In plan (fig. 1), the vanes must not overlap and the guiding and following edges <I> II, </I> C of each vane, are arranged symmetrically around the radial median line of the front projection . The angle subtended to the rotor axis, by the face projection of the blade, varies from about 40 at the hub, to a maximum of about 44.5 at the inner part of the dawn and from there until. about 18 at the end of dawn.
The lines J in phantom in fig. 2, are a conventional representation of the incidence and the position of maximum thickness for the blade, the. upper line representing the. position of maximum thickness, while the distance between the two lines, at any radius, represents the actual maximum thickness - from vane to that radius. Thus, the thickness gradually decreases from the hub to the end of the vane and the maximum thickness line is either a little closer to the guide edge H than to the next edge C.
The second embodiment shown in FIGS. 4 to. 6, is intended more particularly for use in a hydraulic pump and differs mainly from the embodiment shown in FIGS. 1 to 3, by the number and the. width of the blades, as well as by the radial distribution of the pitch which varies somewhat more rapidly in the vicinity of the hub Bi, the pitch near the mean radius being again approximately 4 / s of the diameter of the rotor.
In this embodiment, as shown by curve E 'of FIG. 6, the blade width A 'increases from the middle, at F' (at a radius of about 0.43), to a maximum value at a radius of about 0.6 and decreases again in going towards the G 'end of the vane, the maximum width being slightly more than 15 greater than the width at the hub, while the width at the end of the vane is about 20% smaller than the hub width.
The pitch at any radius is again constant over the width of the blade and decreases, as shown by curve D ', from the hub to a minimum value at a radius of about 0, 75, the pitch remains practically constant from this radius going outward to the tip of the blade. The product of the pitch by the width is almost inversely proportional to the radius. The value of the product of the pitch by the radius increases radially inward and outward, from a minimum value corresponding to a radius of about 0.6.
As can be seen clearly in fig. 5, the guide edges H 'of the vanes lie on the surface of a cone and the following edges C' lie on a curved surface of generally conical hollow shape, the two "cones" being opposed.
Four blades are filled, each blade being, in front projection (fig. 4), symmetrical only with respect to its median line and under tending, to the axis of the rotor, an angle much greater than in the embodiment. of fig. 1 to 3. So the subtended angle increases from about 78 at the hub to a maximum of almost 88 at the inner part of the vane and then decreases again steeply to about 39 at the hub. end of dawn.
As indicated by the dashed lines h in fig. 5, the thickness of the blade <B> de- </B> increases â, from the root to the end of the blade and presents its maximum towards the entrance edge H1 of the dawn.
The embodiment shown in fi-. 7 to 9 is intended for use in a hydraulic pump or turbine. It differs from the previous embodiments, mainly by an axial variation of the pitch and in that the pitch decreases radically going outwards at the working edge of the blade and up to the end. of dawn.
However, as in the two previous embodiments, the value of the product of the pitch and the radius increases radically as it goes inward and outward, @ from a value minimum corresponding to a radius of around 0.6.
The rotor may have four blades similar to the blade A 'shown, carried by a cylindrical hub B' - the radius of which is approximately 0.4, the determined normal peripheral radius being equal to I.
As represented by the curve E 'of FIG. 9, the width of the blade A 'increases from the hub, at F', up to a maximum value at. radius of about 0.6 and decreases from there outwards to the end of the vane G ', the maximum width being about 189, o' greater than the width at the hub,
while the Jar at the end of the vane is only slightly smaller than the width at the hub. The pitch at the working edge C 'of the blade (see curve D \ in fig. 9), first decreases rapidly and then more slowly until the end of the blade. The product from the step to, the working edge by the width of the blade and by the: radius is practically eonstant at all the rays.
From a radius of 0.8 and going outwards, the pitch at any radius is approximately constant over the entire width of the blade, but the pitch varies axially in the internal part of the blade. dawn.
The curve K \ in fig. 9 represents the pitch along the edge H = -of the blade and, in this part of the rotor, the pitch varies gradually from the value -defined by the curve K \ at the edge H \ until at the value defined by the curve D \ at the working edge C \ of the blade.
The pitch at the edge H \ is chosen so as to keep an approximately uniform value of the "slip year" at all radii and it will be seen from the curve r \ that this pitch increases slightly. from the hub to the intermediate radius of 0.8, from which it grows outwards, with the pitch at the working edge C \.
The working edges C \ of the blades are on the surface of a cone, while the edges H \ are curved. The thickness of each blade decreases from the root to the end of the blade, and the maximum thickness is towards the blade inlet edge and 35 to 40% of that. here in most cases. Thus, in the case of a turbine the maximum thickness is closer to the working edge C =, while in the case of a pump the maximum thickness is closer to the edge H \ director.
In frontal projection, the vanes overlap slightly in the region of radius 0.5 and are symmetrical with respect to their radial radial lines and the angle subtended varies from 84% at the hub to a maximum. of about 91 and from there to 421/2 0 at the determined normal radius of the blade tip.
As the characteristics of the rotors described above and more especially of the rotor of FIGS. 7 to 9 are such that the pitch, radius and blade width are correctly related to each other for the most effective work at each radius, a large volumetric working limit can be provided without any material change in efficiency, simply by extending or reducing the peripheral radius of the rotor and leaving the conditions unchanged, thus avoiding the need for a large number (1,
@ iiio (lÎ1e different to conform to various volumetric con, lition @, at -speeds (the revolution and under given pressures ,. Thus, for low volumetric conditions ;. IL, tailgate device can be reduced by? () and even more, so that the rotor will be identical to the rotor described above, the appropriate part of which is detached from the ends of the blades.
Likewise, for strong light conditions, the peripheral radius can be increased, for example, by 10 as indicated in broken lines in Figs. 7 to 9, or even a higher percentage in some cases. When such changes are made, the various radial dimensions shown above still have the values specified, but with reference to the determined normal end of the vane and not to the actual end of the blade. dawn.
The rotor blades can be mounted on the hub in such a way that an adjustment by rotating a small angle, or even 5 in each direction, around their longitudinal axes, can be made, to conform to changes in working conditions. In addition, the projected front view -de .l'aube may be arranged other than symmetrically with respect to a radial center line.