CH645954A5

CH645954A5 - IMPELLER FOR DRIVING A FLUID AND IMPELLER TO BE DRIVED BY A FLUID.

Info

Publication number: CH645954A5
Application number: CH590379A
Authority: CH
Inventors: Frederik Hendrik Leeuwrik
Original assignee: Tno
Priority date: 1978-06-30
Filing date: 1979-06-25
Publication date: 1984-10-31
Also published as: JPS5514997A; BR7904155A; IT7923986A0; SE7905553L; DK258379A; NL7807073A; FR2438754B1; GB2026092A; NL184075B; IT1125412B; IN153150B; BE876988A; IE48768B1; IE791224L; GB2026092B; DE2924613A1; FR2438754A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Laufrad zum Antreiben eines Fluids und ein von einem Fluid anzutreibendes Laufrad, mit mindestens zwei gleichen, schraubenflächenförmig um die Laufradachse verlaufenden und in gleichen Abständen voneinander auf einer Nabe angeordneten Schaufeln, deren äussere Längskanten im Querschnitt spitz sind. The invention relates to an impeller for driving a fluid and an impeller to be driven by a fluid, with at least two identical blades, which extend helically around the impeller axis and are arranged at equal distances from one another on a hub, the outer longitudinal edges of which are pointed in cross section.

Laufräder dieser Art werden für verschiedene Zwecke eingesetzt. So z.B. werden die ein Fluid antreibenden Laufräder zum Vortrieb von Fahrzeugen, zum Verrühren oder Mischen von Flüssigkeiten oder Gasen - im Falle des Vermischens können auch körnige, feste Materialien zugegeben werden -zum Homogenisieren locker agglomerierte Materialien enthaltender Flüssigkeiten, wie z.B. Jauche, zum Belüften oder Begasen von Flüssigkeiten, zum Vernebeln von Flüssigkeiten, zum Verpumpen von Flüssigkeiten, oder feste Stoffe enthaltenden Flüssigkeitsgemischen usw. verwendet. Impellers of this type are used for various purposes. So e.g. the fluid-driving impellers are used to propel vehicles, to stir or mix liquids or gases - in the case of mixing, granular, solid materials can also be added - to homogenize liquids containing loosely agglomerated materials, e.g. Slurry, used for aerating or gassing liquids, for atomizing liquids, for pumping liquids, or liquid mixtures containing solids, etc.

Für diese Zwecke wird im allgemeinen ein Propeller verwendet, bei dem die auf einer Nabe befestigten Schaufeln in den konzentrisch mit der Drehachse des Propellers liegenden, zylindrischen Querschnittsebenen mehr oder weniger stromlinienförmige Profile aufweisen. Der Vortrieb des Fluids wird dabei durch eine Zirkulation hervorgerufen, die um ein solches stromlinienförmiges Profil entsteht, da auf einer Seite das Fluid mit höherer Geschwindigkeit vom Anfang zum Ende strömt, als auf der anderen Seite. A propeller is generally used for these purposes, in which the blades attached to a hub have more or less streamlined profiles in the cylindrical cross-sectional planes which are concentric with the axis of rotation of the propeller. The propulsion of the fluid is brought about by a circulation which arises around such a streamlined profile, since on one side the fluid flows at a higher speed from the beginning to the end than on the other side.

Es sind aber für die oben genannten Zwecke bereits Schnecken vorgeschlagen worden. Diese konnten sich jedoch in der Praxis aufgrund des zu niedrigen Wirkungsgrades nicht durchsetzen, obwohl verschiedene Modifikationen vorgeschlagen worden sind. So z.B. sind Schnecken mit sich ändernden Steigungswinkeln der Schaufeln und Schnecken mit zur Drehachse senkrechten, mehr oder weniger gekrümmten Schaufelquerschnitten, bei denen also die Schaufeln in der oder gegen die Umlaufrichtung abgebogen sind, sowie Schnecken mit Naben veränderlichen Durchmessers vorgeschlagen worden. Es hat sich aber keine dieser Modifikationen in der Praxis bewährt. However, snails have already been proposed for the purposes mentioned above. In practice, however, these have not been able to prevail due to the low efficiency, although various modifications have been proposed. So e.g. Screws with changing pitch angles of the blades and screws with more or less curved blade cross sections perpendicular to the axis of rotation, in which the blades are bent in or against the direction of rotation, and screws with hubs of variable diameter have been proposed. However, none of these modifications has proven itself in practice.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, diesem Übelstand abzuhelfen. The object of the invention is to remedy this problem.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss bei einem Laufrad zum Antreiben eines Fluids dadurch gelöst, dass die Schaufellänge wenigstens gleich dem 1 Vi-fachen der maximalen Schaufelhöhe ist und dass das Verhältnis zwischen der maximalen Schaufelhöhe und dem gegenseitigen quer zur Schaufelrichtung gemessenen Abstand der Schaufeln im Bereich von 0,5 bis 2,5 und der Steigungswinkel der Schaufeln im Bereich von 20° bis 55° liegt. This object is achieved according to the invention in the case of an impeller for driving a fluid in that the blade length is at least equal to 1 Vi times the maximum blade height and in that the ratio between the maximum blade height and the mutual distance of the blades measured transversely to the blade direction is in the range of 0 , 5 to 2.5 and the pitch angle of the blades is in the range from 20 ° to 55 °.

Bei dem erfindungsgemässen Laufrad strömt das Fluid in Form von sich in Längsrichtung der Drehachse des Laufrads erstreckenden Wirbeln zwischen den Schaufeln hindurch rückwärts, wobei ein hoher Wirkungsgrad hinsichtlich des Antriebs des Fluids gewährleistet ist. In the impeller according to the invention, the fluid flows backward between the blades in the form of vortices extending in the longitudinal direction of the axis of rotation of the impeller, a high degree of efficiency with regard to driving the fluid being ensured.

Bei einem von einem Fluid anzutreibenden Laufrad wird diese Aufgabe erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die In the case of an impeller to be driven by a fluid, this object is achieved according to the invention in that the

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Schaufellänge wenigstens gleich dem 1 Vi-fachen der maximalen Schaufelhöhe ist, dass das Verhältnis zwischen der maximalen Schaufelhöhe und dem gegenseitigen quer zur Schaufelrichtung gemessenen Abstand der Schaufeln im Bereich von 0,5 bis 2,5 und der Steigungswinkel der Schaufeln im Bereich von 5° bis 20° liegt. Blade length at least equal to 1 Vi times the maximum blade height is that the ratio between the maximum blade height and the mutual distance of the blades measured transversely to the blade direction in the range from 0.5 to 2.5 and the pitch angle of the blades in the range of 5 ° is up to 20 °.

Für beide Laufradarten beträgt der relative Einströmwinkel des Fluids in bezug auf die äussere Längskante der Schaufeln vorzugsweise ca. 5° bis 10°. For both types of impeller, the relative inflow angle of the fluid with respect to the outer longitudinal edge of the blades is preferably approximately 5 ° to 10 °.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele des erfin-dungsgemässen Laufrads mit Hilfe der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen: Exemplary embodiments of the impeller according to the invention are described below with the aid of the drawings. Show it:

Fig. 1 die schematische Abwicklung eines Abschnittes eines erfindungsgemässen Laufrads mit rechteckigen Schaufeln, 1 shows the schematic development of a section of an inventive impeller with rectangular blades,

Fig. 2 die Seitenansicht einer ersten Ausführungsform des Laufrads nach der Erfindung, 2 is a side view of a first embodiment of the impeller according to the invention,

Fig. 3 den Schnitt durch die Ausführungsform nach Fig. 2 längs der Linie III-III der Fig. 2, 3 shows the section through the embodiment according to FIG. 2 along the line III-III of FIG. 2,

Fig. 4 die Abwicklung einer Schaufel des in den Fig. 2 und 3 dargestellten Laufrads, 4 shows the development of a blade of the impeller shown in FIGS. 2 and 3,

Fig. 5 Abwicklungen weiterer Schaufelformen für ein Laufrad gemäss der Erfindung, 5 developments of other blade shapes for an impeller according to the invention,

Fig. 6 Querschnitt von Laufradschaufeln in einer zur Drehachse des Laufrads senkrechten Ebene, 6 cross section of impeller blades in a plane perpendicular to the axis of rotation of the impeller,

Fig. 7 eine Ausführungsform eines erfindungsgemässen Laufrads, die sich insbesondere zum Antreiben eines Schiffes eignet, 7 shows an embodiment of an impeller according to the invention, which is particularly suitable for driving a ship,

Fig. 8 eine Vorrichtung zum Mischen von Flüssigkeiten mit einem erfindungsgemässen Laufrad, 8 shows a device for mixing liquids with an impeller according to the invention,

Fig. 9 eine zum Homogenisieren von schwebende Feststoffe enthaltenden Flüssigkeiten geeignete Anordnung mit einem Laufrad gemäss der Erfindung, 9 shows an arrangement with an impeller according to the invention suitable for homogenizing liquids containing suspended solids,

Fig. 10 eine Vorrichtung zum Mischen von Flüssigkeiten und Gasen mit einem Laufrad gemäss der Erfindung, 10 shows a device for mixing liquids and gases with an impeller according to the invention,

Fig. 11 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemässen Laufrads zur Verwendung als Wind- oder Wassermühle und 11 shows a first embodiment of the impeller according to the invention for use as a wind or water mill and

Fig. 12 eine zweite Ausführungsform des Laufrads gemäss der Erfindung zur Verwendung als Wind- oder Wassermühle. Fig. 12 shows a second embodiment of the impeller according to the invention for use as a wind or water mill.

Die einfache Form des Laufrads nach der Erfindung liegt darin begründet, dass sehr kurze (nicht schlanke) Schaufeln mit einer scharfen Kante verwendet werden, die sich mit einem konstanten Steigungswinkel um die Laufradnabe winden. Dabei sind alle Querschnitte einer Laufradschaufel in den zur Nabe senkrechten Ebenen symmetrisch, was bedeutet, dass die Schaufeln in diesen Ebenen weder in der noch gegen die Umlaufrichtung gekrümmt sind. The simple shape of the impeller according to the invention is based on the fact that very short (not slim) blades with a sharp edge are used, which wind around the impeller hub at a constant pitch angle. All cross sections of an impeller blade are symmetrical in the planes perpendicular to the hub, which means that the blades in these planes are neither curved in nor against the direction of rotation.

Fig. 1 zeigt schematisch die Abwicklung eines solchen Laufrads mit einer Nabe 1 und einigen auf dieser Nabe angeordneten, in der gezeigten Abwicklung rechteckigen Schaufeln 2. Die Nabe hat einen Durchmesser d, und die Aussenkanten 3 der Schaufeln 2 liegen auf einem Durchmesser D. Fig. 1 shows schematically the development of such an impeller with a hub 1 and some arranged on this hub, in the development shown rectangular blades 2. The hub has a diameter d, and the outer edges 3 of the blades 2 lie on a diameter D.

Bei einem Laufrad, das der in Fig. 1 gezeigten Abwicklung entspricht, bildet sich auf der Leeseite der Aussenkante 3 jeder Schaufel infolge der sich längs der spitzen Kante 3 der Schaufel lösenden und über diese Schaufel hinwegschlagenden Fluidmassen ein starker, stabiler Wirbel 4. Diese Fluidmasse hat eine Relativgeschwindigkeit U bezüglich der äusseren Längskante 3 der Schaufel, die sich aus der Umfangsgeschwindigkeit coD der Kante und der Geschwindigkeit V des Fluids in der axialen Richtung des Laufrads zusammensetzt. Die dabei schräg an die Luvseite der Schaufel gelangende Fluidmasse erhält von dieser Schaufel einen in der Drehrichtung des Laufrads gerichteten Impuls und vollführt zum grössten Teil über die Schaufelkante hinweg einen Überschlag, wobei sich auf der Leeseite der Wirbel 4 ausbildet. Dieser Wirbel, der in der Strömungsrichtung des Fluids gesehen nahe der vorderen oder Anströmkante der Schaufel anfängt, nimmt in Richtung zur rückwärtigen oder Abströmkante stetig in Abmessung und Stärke zu, da längs der gesamten Aussenkante 3 der Schaufel weitere, sich überschlagende Fluidmasse zu der im Wirbel vorhandenen Fluidmasse hinzukommt. Die durchschnittliche Strömungsgeschwindigkeit des Wirbels, der mehr oder weniger •die Form eines Korkenziehers annimmt, nimmt ebenfalls von der vorderen Anström- zur hinteren Abströmkante der Schaufeln zu, da der Unterdruck im Kern des Wirbels in dieser Richtung infolge der zunehmenden Zentrifugalwirkung des sich vergrössernden Wirbels laufend grösser wird. In the case of an impeller which corresponds to the development shown in FIG. 1, a strong, stable vortex 4 forms on the leeward side of the outer edge 3 of each blade as a result of the fluid masses detaching along the tip edge 3 of the blade and striking over this blade. This fluid mass has a relative speed U with respect to the outer longitudinal edge 3 of the blade, which is composed of the peripheral speed coD of the edge and the speed V of the fluid in the axial direction of the impeller. The fluid mass that comes obliquely to the windward side of the blade receives from this blade an impulse directed in the direction of rotation of the impeller and largely performs a rollover over the edge of the blade, the vortices 4 being formed on the leeward side. This vortex, which begins near the front or leading edge of the blade in the direction of flow of the fluid, increases steadily in size and strength in the direction of the rear or trailing edge, since along the entire outer edge 3 of the blade further, overlapping fluid mass is added to that in the vortex existing fluid mass is added. The average flow velocity of the vortex, which more or less takes the form of a corkscrew, also increases from the front leading edge to the trailing edge of the blades, since the negative pressure in the core of the vortex in this direction continues due to the increasing centrifugal action of the enlarging vortex gets bigger.

Zwischen den Schaufeln des Laufrads bilden sich somit kegelförmig anwachsende, korkenzieherförmige Wirbel, deren Geschwindigkeit längs der gesamten Länge des Laufrads immer schneller wird und das Fluid von aussen zwischen die Anströmkanten der Schaufeln saugen und diesem eine zur Abströmkante gerichtete Geschwindigkeit erteilen. Die Wirbel bewirken weiter, dass auf der Luvseite jeder Schaufel ein Überdruck und auf der Leeseite ein Unterdruck entsteht, die ein Drehmoment auf die Laufradachse ausüben. Between the blades of the impeller, cone-shaped, corkscrew-shaped vortices are formed, the speed of which becomes faster and faster along the entire length of the impeller and suck the fluid from outside between the leading edges of the blades and give it a speed directed towards the trailing edge. The vortices also cause an overpressure on the windward side of each blade and a negative pressure on the leeward side, which exerts a torque on the impeller axis.

Es hat sich nunmehr gezeigt, dass die beschriebenen Effekte nur dann sauber über die gesamte Länge der Schaufeln auftreten und sich somit eine optimale Wirkung des Laufrads nur dann ergibt, wenn der Schaufelquerschnitt eine bestimmte Form hat und bestimmte Verhältnisse zwischen der Schaufellänge Lund der grössten Höhe H der Schaufel sowie dem quer zur Schaufelrichtung gemessenen Schaufelabstand S x sin ß, eingehalten werden, wobei ß der Steigungswinkel der Schaufeln und S der in axialer Richtung gemessene Abstand zwischen benachbarten Schaufeln ist. Die Wirkung des Laufrads kann weiter verbessert werden, wenn ein bestimmtes Verhältnis zwischen dessen Umfangsgeschwindigkeit coD und der in Richtung der Laufradachse auftretenden relativen Geschwindigkeit V des Fluids eingehalten wird. Um einen hinreichend stabilen Wirbel zu erzeugen soll der Querschnitt der Schaufeln am Aussenumfang des Laufrads spitz zulaufen. Ferner muss die Schaufellänge L mindestens das 1 '/»-fache der grössten Schaufelhöhe H betragen, damit ausreichend starke, korkenzieherförmige Wirbel erzeugt werden können. Ausserdem soll die Schaufelhöhe H nicht allzuviel von dem lotrechten Schaufelabstand S x sin ß abweichen. Wird der Abstand zwischen den Schaufeln zu klein gewählt, so wird die Ausbildung von Wirbeln zwischen den Schaufeln beeinträchtigt, während bei zu grossem Abstand im Vergleich zu der zwischen den Schaufeln vorhandenen Fluidmasse verhältnismässig wenig Fluidmasse in die korkenzieherförmigen Wirbel gezogen und beschleunigt wird. It has now been shown that the effects described only occur cleanly over the entire length of the blades, and thus an optimal effect of the impeller is only obtained if the blade cross-section has a certain shape and certain relationships between the blade length L and the greatest height H of the blade and the blade spacing S x sin β measured transversely to the blade direction are maintained, where β is the pitch angle of the blades and S is the distance between adjacent blades measured in the axial direction. The effect of the impeller can be further improved if a certain ratio is maintained between its circumferential speed coD and the relative speed V of the fluid that occurs in the direction of the impeller axis. In order to produce a sufficiently stable vortex, the cross section of the blades on the outer circumference of the impeller should be tapered. Furthermore, the blade length L must be at least 1 '/ »times the largest blade height H, so that sufficiently strong, corkscrew-shaped vortices can be generated. In addition, the blade height H should not deviate too much from the vertical blade spacing S x sin β. If the distance between the blades is chosen too small, the formation of vortices between the blades is impaired, whereas if the distance is too great, relatively little fluid mass is drawn into the corkscrew-shaped vortices and accelerated in comparison to the fluid mass present between the blades.

Um eine optimale Leistung des Laufrads sicherzustellen, liegt darum erfindungsgemäss das Verhältnis zwischen der maximalen Schaufelhöhe H und dem senkrechten Abstand zwischen den Schaufeln zwischen 0,5 und 2,5. In order to ensure optimum performance of the impeller, the ratio between the maximum blade height H and the vertical distance between the blades is between 0.5 and 2.5.

Die Schaufellänge darf nicht zu klein aber auch nicht zu gross sein, da sonst jede Schaufel die in der relativen Strömungsrichtung nächstfolgende Schaufel teilweise abschirmt. Dies hängt selbstverständlich mit dem Abstand zwischen den Schaufeln, dem Steigungswinkel der Schaufeln und der relativen Einströmrichtung zusammen. Es kann theoretisch dargelegt werden, dass der maximale Wirkungsgrad bei Vorschublaufrädern, also Laufrädern, die das Fluid verschieben, mit dem Steigungswinkel ß der Schaufeln zunimmt und nahezu optimal ist, wenn der Steigungswinkel etwa 45° beträgt. Daher sollen die Steigungswinkel von Vorschublaufrädern zwischen 20 und 55° liegen, wobei kleinere Steigungswinkel bis 35° bei sich schnell drehenden Laufrädern, The blade length must not be too small, but also not too large, since otherwise each blade partially shields the next blade in the relative flow direction. This is of course related to the distance between the blades, the pitch angle of the blades and the relative inflow direction. Theoretically, it can be shown that the maximum efficiency with feed impellers, ie impellers that move the fluid, increases with the pitch angle β of the blades and is almost optimal if the pitch angle is approximately 45 °. Therefore, the pitch angle of feed impellers should be between 20 and 55 °, with smaller pitch angles of up to 35 ° for rapidly rotating impellers,

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z.B. bei Schrauben für Aussenbordmotoren, vorgesehen werden, während die grösseren Steigungswinkel von 30° an bei sich verhältnismässig langsam drehenden Laufrädern, wie z.B. bei Schiffsschrauben, besser geeignet sind. e.g. for screws for outboard motors, while the larger pitch angles of 30 ° on relatively slow rotating impellers, e.g. for propellers, are more suitable.

Ferner nimmt an jeder Schaufel das Verhältnis zwischen Querkraft (Druck) und Längskraft (Reibung) mit zunehmendem relativen Einströmwinkel i in bezug auf die Aussenkante des Laufrads, also dem Steigungswinkel ß der Schaufel abzüglich des Winkels <p e in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit V des Fluids und der Umfanggeschwindigkeit co D des Laufrads ab (siehe Fig. 1). Der relative Einströmwinkel sollte darum nur 5 bis 10° betragen, um bei einem Laufrad zum Antreiben eines Fluids eine optimale Wirkung zu erzielen. Furthermore, the relationship between the transverse force (pressure) and the longitudinal force (friction) increases with increasing relative inflow angle i with respect to the outer edge of the impeller, i.e. the pitch angle β of the blade minus the angle <pe as a function of the speed V of the fluid and the circumferential speed co D of the impeller (see Fig. 1). The relative inflow angle should therefore only be 5 to 10 ° in order to achieve an optimal effect with an impeller for driving a fluid.

Bei den vorerwähnten optimalen Werten des Steigungswinkel, des relativen Einströmwinkels und des Verhältnisses zwischen der Schaufelhöhe und dem Abstand zwischen den Schaufeln ergibt sich, dass für Schiffsschrauben und ähnliche Laufradtypen mit hohem Vorschub Wirkungsgrad die Schaufellänge L 1,5 bis 6 x so gross wie die grösste Schaufelhöhe H ist. With the aforementioned optimal values of the pitch angle, the relative inflow angle and the relationship between the blade height and the distance between the blades, it follows that for propellers and similar types of impeller with high feed efficiency, the blade length L is 1.5 to 6 times as long as the largest Bucket height H is.

Bei Verwendung eines von einem Fluid anzutreibenden Laufrads, z.B. bei der Verwendung des Laufrads als Windmühle, lässt sich theoretisch zeigen, dass dabei der Leistungswirkungsgrad mit abnehmendem Steigungswinkel ß der Schaufeln zunimmt und bei einem Steigungswinkel von 10° nahezu optimal ist. Der Steigungswinkel ß für Windmühlen od. dgl. liegt daher erfindungsgemäss zwischen 5 und 20°, wobei der grössere Steigungswinkel von 10 bis 20° für langsam drehende Laufräder, z.B. beim Antrieb von Pumpen und dgl. und der kleinere Steigungswinkel von 5 bis 10° für schnell drehende Laufräder, z.B. zum Antrieb von Stromgeneratoren verwendet werden kann. When using an impeller to be driven by a fluid, e.g. When using the impeller as a windmill, it can theoretically be shown that the power efficiency increases with a decreasing pitch angle β of the blades and is almost optimal at a pitch angle of 10 °. According to the invention, the pitch angle β for windmills or the like is therefore between 5 and 20 °, the larger pitch angle of 10 to 20 ° for slowly rotating impellers, e.g. when driving pumps and the like, and the smaller pitch angle of 5 to 10 ° for fast rotating impellers, e.g. can be used to drive electricity generators.

Wenn von den vorerwähnten optimalen Werten des Steigungswinkels, des relativen Einströmwinkels und des Verhältnisses zwischen der Schaufelhöhe und dem senkrechten Abstand zwischen den Schaufeln ausgegangen wird, ist bei den in Rede stehenden, von einem Fluid anzutreibenden Laufrädern die Schaufellänge L vorzugsweise 4 bis 12 mal so gross wie die grösste Schaufelhöhe H, wenn eine hinreichend hohe Leistung erzielt werden soll. If the above-mentioned optimal values of the pitch angle, the relative inflow angle and the ratio between the blade height and the vertical distance between the blades are assumed, the blade length L for the impellers in question, which are to be driven by a fluid, is preferably 4 to 12 times as large like the largest bucket height H, if a sufficiently high performance is to be achieved.

Die Figuren 2 und 3 zeigen eine Ausführungsform des Laufrads nach der Erfindung, die zum Antreiben eines Fluids verwendet werden kann, z.B. eine Schiffsschraube. Das Laufrad weist eine Nabe 5 auf, auf der eine Anzahl von Schaufeln 6 schraubenlinienförmig angebracht ist. Fig. 4 zeigt eine Schaufel im abgewickelten Zustand, die die Form eines rechtwinkligen Dreiecks aufweist, dessen Ankathete 7 den mit der Nabe 5 zu verbindenden Rand der Schaufel und dessen Hypotenuse 8 die äussere Längskante der Schaufel bildet. Figures 2 and 3 show an embodiment of the impeller according to the invention which can be used to drive a fluid, e.g. a propeller. The impeller has a hub 5 on which a number of blades 6 are attached in a helical shape. Fig. 4 shows a blade in the developed state, which has the shape of a right-angled triangle, the edge 7 of which forms the edge of the blade to be connected to the hub 5 and the hypotenuse 8 of which forms the outer longitudinal edge of the blade.

Die äussere Längskante 8 der Schaufel kann in der Abwicklung geradlinig oder wellenförmig oder sonst in geeigneter Weise kurvenförmig verlaufen, wie es beispielhaft in Fig. 5 dargestellt ist. Aus Fig. 5 geht hervor, dass die Schaufeln im abgewickelten Zustand eine rechteckige, eine dreiek-kige oder eine pfeil- oder wellenartige Form haben können. In Fig. 6 sind mit vollen bzw. gestrichelten Linien mögliche Querschnitte der Schaufeln in einer zur Laufraddrehachse senkrechten Ebene dargestellt. Diese Querschnitte zeigen, The outer longitudinal edge 8 of the blade can run in a straight line or in a wave-shaped manner or in another suitable manner in a curved manner, as is shown by way of example in FIG. 5. 5 shows that the blades in the unwound state can have a rectangular, a triangular or an arrow or wave-like shape. In Fig. 6 possible cross-sections of the blades in a plane perpendicular to the impeller axis of rotation are shown with full or dashed lines. These cross sections show

dass die äussere Längskante der Schaufel spitz zuläuft, während der mittlere Teil beispielsweise messer- oder glockenkurvenförmig ausgebildet ist und der an die Nabe angrenzende Schaufelfuss rechteckig ausgebildet oder mehr oder weniger abgerundet sein kann. that the outer longitudinal edge of the blade tapers, while the middle part is, for example, knife-shaped or bell-shaped and the blade root adjacent to the hub can be rectangular or more or less rounded.

Wie oben ausgeführt und in Figur 3 gezeigt ist, werden bei Drehung des Laufrads in Pfeilrichtung A zwischen benachbarten Schaufeln Wirbel 4 erzeugt, in denen die Strömung die Richtung des Pfeiles in diesem Wirbel hat. As explained above and shown in FIG. 3, when the impeller rotates in the direction of arrow A, vortices 4 are generated between adjacent blades, in which the flow has the direction of the arrow in this vortice.

Die Verwendung von Schaufelformen, bei denen die Höhe der Schaufeln von 0 bis zu einem bestimmten Wert zunimmt, hat u.a. den Vorteil, dass Einströmverluste sowie das Festkleben von im Fluid vorhandenen Schmutz und dgl. an den Schaufeln vermieden werden. The use of blade shapes in which the height of the blades increases from 0 to a certain value has, inter alia, the advantage that inflow losses and the sticking of dirt and the like present in the fluid to the blades are avoided.

Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Laufrads mit in der Abwicklung rechteckigen Schaufeln, die sich ähnlich wie die Ausführungsform nach den Fig. 2 und 3 besonders gut zur Verwendung als Schiffsschraube oder zum Rühren von Flüssigkeiten eignet. FIG. 7 shows a further embodiment of an impeller with blades that are rectangular in development, which, like the embodiment according to FIGS. 2 and 3, is particularly well suited for use as a propeller or for stirring liquids.

Es hat sich dabei gezeigt, dass, wenn das Laufrad als Vorschuborgan eines Schiffes verwendet wird, auch bei Drehung des Laufrads in entgegengesetzter Richtung zum Bremsen des Schiffes eine hohe Effektivität erzielt wird. It has been found that if the impeller is used as a feed element of a ship, high effectiveness is achieved even when the impeller is rotated in the opposite direction to brake the ship.

Fig. 8 zeigt die Anordnung eines erfindungsgemässen Laufrads in einem abgestuften Gehäuse, das zwei Abschnitte 9 und 10 von rundem Querschnitt aufweist. An dem vorderen Abschnitt 9 kleineren Durchmessers ist eine Zufuhrleitung 11 und an dem Abschnitt 10 grösseren Durchmessers eine Zufuhrleitung 12 angeschlossen. Durch jede der Leitung 11 und 12 kann eine bestimmte Flüssigkeit zugeführt werden. Wenn während der Zufuhr der Flüssigkeit das Laufrad gedreht wird, werden diese Flüssigkeiten infolge der vom Laufrad erzeugten Wirbel wirksam miteinander vermischt, so dass an der Austrittsseite des Abschnittes 10 in Richtung des Pfeiles C ein homogenes Gemisch beider Flüssigkeiten abgegeben wird. 8 shows the arrangement of an impeller according to the invention in a stepped housing which has two sections 9 and 10 of round cross section. A feed line 11 is connected to the front section 9 of smaller diameter and a feed line 12 to the section 10 of larger diameter. A certain liquid can be supplied through each of the lines 11 and 12. If the impeller is rotated during the supply of the liquid, these liquids are effectively mixed together as a result of the vortices generated by the impeller, so that a homogeneous mixture of the two liquids is dispensed on the outlet side of section 10 in the direction of arrow C.

Fig. 9 zeigt eine Konstruktion mit einem Laufrad gemäss der Erfindung, die sich besonders gut zum Homogenisieren von Flüssigkeiten mit darin vorhandenen Feststoffen eignet. Aus Fig. 9 geht hervor, dass das Laufrad in einer Zwischenwand 13 vorhandenen Öffnung 14 angebracht ist, deren Durchmesser in der beabsichtigten Strömungsrichtung der Pfeile D allmählich abnimmt, so dass nahe der Rückseite des Laufrads zwischen dessen Aussenumfang und dem Innenumfang der Öffnung ein verhältnismässig kleiner Schlitz vorhanden ist. Fig. 9 shows a construction with an impeller according to the invention, which is particularly well suited for homogenizing liquids with solids present therein. From Fig. 9 it can be seen that the impeller is provided in an intermediate wall 13 existing opening 14, the diameter of which gradually decreases in the intended direction of flow of the arrows D, so that a relatively small near the rear of the impeller between its outer circumference and the inner circumference of the opening Slot is present.

Die in Figur 10 dargestellte Konstruktion dient insbesondere dazu, Luft oder Gas in eine Flüssigkeit einzumischen. Aus Fig. 10 geht hervor, dass bei dieser Konstruktion die Schaufeln 6 auf einer Hohlwelle bzw. einer Hohlnabe 5 angebracht sind. The construction shown in FIG. 10 serves in particular to mix air or gas into a liquid. 10 shows that in this construction the blades 6 are mounted on a hollow shaft or a hollow hub 5.

Der Innenraum 15 der Hohlwelle 5, der für die Zufuhr von Luft oder Gas in Richtung des Pfeiles D benutzt werden kann, steht durch in den Schaufeln vorgesehene Bohrungen 16 mit der Umgebung in Verbindung. Die Bohrungen 16 können sich axial erstrecken (siehe Fig. 10) und/oder radial. Es können aber auch in der Nabe zwischen den Schaufeln 6 Bohrungen 17 vorgesehen sein. The interior 15 of the hollow shaft 5, which can be used for the supply of air or gas in the direction of arrow D, communicates with the surroundings through bores 16 provided in the blades. The bores 16 can extend axially (see FIG. 10) and / or radially. However, 6 bores 17 can also be provided in the hub between the blades.

Die Luft und/oder das Gas kann im Betrieb durch die Hohlwelle unter Druck zugeführt oder durch den im Betrieb in der Welle erzeugten Unterdruck angesaugt werden. Die beim Drehen des Laufrads in der Flüssigkeit erzeugten Wirbel ergeben eine wirksame Mischung von Gas und oder Luft mit der Flüssigkeit. The air and / or the gas can be supplied under pressure through the hollow shaft during operation or can be sucked in through the negative pressure generated in the shaft during operation. The vortices created in the liquid when the impeller is turned result in an effective mixture of gas and or air with the liquid.

Das Laufrad kann dabei ohne weiteres in einem die Flüssigkeit enthaltenden Kübel od. dgl. angeordnet werden. Gegebenenfalls kann das Laufrad von einer Art Venturirohr The impeller can easily be arranged in a bucket or the like containing the liquid. If necessary, the impeller can be of a Venturi type

18 umgeben sein, das auch in dem die Flüssigkeit enthaltenden Raum untergebracht ist. Dabei liegt die in Vorschubrichtung der Flüssigkeit gesehene Rückseite des Laufrads in Höhe des kleinsten Querschnitts des Venturirohrs nach Fig. 10. Ferner ist es möglich, die Flüssigkeit durch eine Leitung 18 surrounded, which is also housed in the liquid-containing space. The rear side of the impeller seen in the direction of advance of the liquid is at the height of the smallest cross-section of the venturi tube according to FIG. 10. Furthermore, it is possible to pass the liquid through a line

19 an ein die Nabe bzw. die Welle umgebendes und an ein Ende des Venturirohres 18 angeschlossenes Gehäuse 20 zuzuführen, wie es mit gestrichelten Linien in Fig. 10 angedeutet ist, anstatt das Laufrad unmittelbar in einen die Flüssigkeit enthaltenden Raum anzuordnen. 19 to a housing 20 surrounding the hub or the shaft and connected to one end of the Venturi tube 18, as indicated by broken lines in FIG. 10, instead of arranging the impeller directly in a space containing the liquid.

4 4th

s s

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

5 5

645954 645954

Figur 11 zeigt die Anwendung der Erfindung bei einer Wind- oder Wassermühle. In dieser Ausführungsform sind die Schaufeln 6 an einer Nabe 5 befestigt, die zwischen einem vorder Nabe 5 liegenden stromlinienförmigen Kopf21 und einem hinter der Nabe 5 liegenden Abstromkörper 22 angeordnet ist, der mit einer Abstützung 23 verbunden ist. In dieser Ausführungsform als Wind- oder Wassermühle ist die grösste Höhe einer Schaufel 6 vorzugsweise etwa Vi des Aus-sendurchmessers der Nabe 5. Bei einer Nabe mit einem stromlinienförmigen einstromseitigen Kopf treten um die Nabe herum in einer Schichtstärke von etwa Vi des Nabendurchmessers besonders hohe Geschwindigkeiten auf, so dass in dieser an die Nabe angrenzenden Schicht die kinetische Energie des einströmenden Fluids konzentriert ist, aus der diese Energie mit hohem Wirkungsgrad entnommen werden kann. Das Fluid strömt in Richtung der Pfeile der Figure 11 shows the application of the invention to a wind or water mill. In this embodiment, the blades 6 are fastened to a hub 5, which is arranged between a streamlined head 21 located in front of the hub 5 and an outflow body 22 located behind the hub 5, which is connected to a support 23. In this embodiment as a wind or water mill, the greatest height of a blade 6 is preferably approximately Vi of the outer diameter of the hub 5. In the case of a hub with a streamlined head on the inflow side, particularly high speeds occur around the hub in a layer thickness of approximately Vi of the hub diameter so that the kinetic energy of the inflowing fluid is concentrated in this layer adjacent to the hub, from which this energy can be extracted with high efficiency. The fluid flows in the direction of the arrows

Fig. 11 auf den Rotor und wird vom Stromlinienkopf 21 auf den Aussenumfang der Nabe 5 geleitet. Dabei treibt das heranströmende Fluid die Nabe mit den daran befestigten Schaufeln an, wobei die vorstehend erläuterte Strömungswir-s kung auftritt. Die Nabe kann z.B. mit einem Generator od. dgl. zum Liefern von Energie gekoppelt sein. Fig. 11 on the rotor and is directed from the streamlined head 21 to the outer periphery of the hub 5. The incoming fluid drives the hub with the blades attached to it, the above-described flow effect occurring. The hub can e.g. be coupled to a generator or the like for supplying energy.

Auch bei einer solchen Wind- oder Wassermühle können anstelle von Schaufeln mit in der Abwicklung stetig zunehmender Höhe, wie sie in Fig. 11 gezeigt sind, auch Schaufeln mit einer im abgewickelten Zustand rechteckigen Form benutzt werden, wie es in Fig. 12 gezeigt ist. Even with such a wind or water mill, instead of blades with a steadily increasing height in the development, as shown in FIG. 11, also blades with a rectangular shape in the developed state can be used, as shown in FIG. 12.

Selbstverständlich muss die Anordnung des Rotors derart getroffen werden, dass das Fluid in hinreichendem Masse in 15 axialer Richtung zufliessen kann, um die erforderlichen Wirbel zu erzielen. Of course, the arrangement of the rotor must be such that the fluid can flow in the axial direction to a sufficient extent in order to achieve the required eddies.

B B

6 Blatt Zeichnungen 6 sheets of drawings

Claims

645 954 PATENT CLAIMS

1. impeller for driving a fluid, with at least two identical blades, which extend helically around the impeller axis and are arranged at equal distances from one another on a hub, the outer longitudinal edges of which are pointed in cross section, characterized in that in order to optimize the eddies facing the flow on the side of the blades (6) facing away from the flow, the blade length (L) is at least equal to IV2 times the maximum blade height (H), that the ratio between the maximum blade height (H) and the mutual distance of the blades measured transversely to the blade direction (S x sin ß) in the range from 0.5 to 2.5 and that the pitch angle (ß) of the blades (6) is in the range from 20 ° to 55 °.

2. Impeller according to claim 1, characterized in

that the pitch angle (ß) is between 20 ° and 35 °.

3. Impeller according to claim 1, characterized in

that the pitch angle (ß) is between 30 ° and 55 °.

4. Impeller according to one of claims 1 to 3, characterized in that the blade length (L) is in the range between 1 Vi times and 6 times the maximum blade height (H).

5. Impeller according to one of claims 1 to 4, characterized in that the hub (5) of the impeller is hollow and the cavity (15) in the hub is in communication with the outer surfaces of the blades (6).

6. Impeller according to claim 5, characterized in

that radially extending first passages (16) are provided in the blades (6), which connect the cavity (15) of the hub (5) to the outer surfaces of the blades.

7. impeller according to claim 5, characterized in

that between the blades (6) in the hub (5) there are second passages (17) which connect the cavity (15) of the hub to its outer surfaces.

8. Impeller according to one of claims 1 to 7, characterized in that the maximum blade height (H) is approximately Vi of the diameter (d) of the hub (5) and the height of the blades (6) measured in the radial direction between their outer longitudinal edge (3) and the hub (5) from the front to the rear edge of the blades remains the same.

9. impeller according to one of claims 1 to 7, characterized in that the measured in the radial direction of the height of the blades (6) between their outer longitudinal edge (3) and the hub (5) from the front to the rear edge of the blades steadily - or decreases.

10. An impeller to be driven by a fluid with at least two identical blades, which extend helically around the impeller axis and are arranged at equal distances from one another on a hub, the outer longitudinal edges of which are pointed in cross section, characterized in that in order to optimize the vortex from the one facing the flow On the side of the blades (6) facing away from the flow, the blade length (L) is at least equal to 1 Vi times the maximum blade height (H), that the ratio between the maximum blade height (H) and the mutual distance of the blades measured transversely to the blade direction (S x sin β) in the range from 0.5 to 2.5 and that the pitch angle (β) of the blades (6) is in the range from 5 ° to 20 °.

11. Impeller according to claim 10, characterized in that the pitch angle (β) is between 10 ° and 20 °.

12. Impeller according to claim 10, characterized in that the pitch angle (β) is between 5 ° and 10 °.

13. Impeller according to claim 10, characterized in that the blade length (L) is 1.5 to 12 times as large as the maximum blade height (H).

14. Impeller according to claim 10, characterized in

that the maximum blade height (H) is approximately Vi of the diameter (d) of the hub (5) and the height of the blades (6) measured in the radial direction between the outer longitudinal edge (3) of the blades and the hub (5) from the front - remains the same up to the rear edge of the blades.

15. Impeller according to claim 10, characterized in that the height of the blades (6) measured in the radial direction between their outer longitudinal edge (3) and the impeller hub (5) increases or decreases from the front to the rear edge of the blades.