DE102006044330A1

DE102006044330A1 - Flügelrotor

Info

Publication number: DE102006044330A1
Application number: DE102006044330A
Authority: DE
Inventors: Karl Stern
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-09-19
Filing date: 2006-09-19
Publication date: 2008-03-27
Anticipated expiration: 2026-09-20
Also published as: DE102006044330B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Flügel (1) von einem Antriebsrotor mit in Strömungsrichtung weisender Rotorachse (2), wobei der Flügel (1) mit einer geneung (4) gerichtet angeordnet ist, wodurch der Flügel (1) beabstandet von der Rotorachse (2) angeordnet ist und eine kreisscheibenförmige Grundform besitzt, die eine angeströmte nach außen größer werdende halbkegelförmige Ausbuchtung (5) aufweist, wobei die Ausbuchtung (5) bezogen auf die Drehrichtung des Flügels (1) hinten aus dem Flügel (1) austritt (Fig. 1).

Description

Die Erfindung betrifft die Flügel eines Rotors, der insbesondere bei Unterwasserkraftwerken Anwendung findet.
Ein Unterwasserkraftwerk mit einer Rotorachse in Strömungsrichtung ist aus dem DE 200 11 874 U1 bekannt.
Als Rotoren oder Schaufelräder finden dabei dem Schiffspropeller ähnliche Schrauben mit Flügeln Anwendung. Am bekanntesten dürfte dabei die Ericsson-Schraube sein, deren Flügel an der Oberfläche gewölbt ausgebildet sind.
Bekannt ist es auch, die Flügel verstellbar anzuordnen und so einen unterschiedlichen Schub bei gleicher Rotordrehzahl zu erzielen.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Flügeloberfläche in ihrer Gestaltung zu optimieren, so dass höhere Drehzahlen der Rotorachse bei gleichen Strömungsbedingungen von Wasser bzw. von Luft erzielbar sind.
Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß ist bei einem Flügel von einem Antriebsrotor mit in Strömungsrichtung weisender Rotorachse, wobei der Flügel mit einer geneigten Flügelflächenebene in die Strömungsrichtung gerichtet angeordnet ist, vorgesehen, dass der Flügel beabstandet von der Rotorachse angeordnet ist und eine kreisscheibenförmige Grundform besitzt, die eine angeströmte nach außen größer werdende halbkegelförmige Ausbuchtung aufweist, wobei die Ausbuchtung bezogen auf die Drehrichtung des Flügels hinten aus dem Flügel austritt.
In einer bevorzugten Ausführung ist vorgesehen, dass die halbkegelförmige Ausbuchtung innerhalb eines Quadranten oder eines Teils eines Quadranten von innen nach außen verlaufend angeordnet ist. Dabei weist die Innenfläche der halbkegelförmigen Ausbuchtung gegen die Strömungsrichtung und die Achse der halbkegelförmigen Ausbuchtung schließt in der Flügelfläche mit der Tangente des Rotationskreises des Flügelmittelpunktes um die Rotorachse einen Winkel α (10° < α < 20°) ein.
Versuche haben gezeigt, dass bei gleichen Strömungsbedingungen mit der vorgeschlagenen Flügelform Drehzahlsteigerungen von 10-12% erzielt werden.
Ein Ausführungsbeispiel ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
1 Rotor mit Flügeln,
2 und 3 Anstellung der Flügel
4 Strömungszusammenführung und
5 Drehzahlvergleich mit Meßtabelle.
1 zeigt einen Rotor mit vier Flügeln 1. Die Flügel 1 sind beabstandet von der Rotorachse 2 angeordnet und besitzen eine kreisscheibenförmige Grundform. Die Flügel 1 weisen eine innen angeströmte nach außen größer werdende halbkegelförmige Ausbuchtung 5 auf. Die Ausbuchtung 5 tritt bezogen auf die Drehrichtung der Flügel 1 jeweils hinten aus dem Flügel 1 aus. In der dargestellten Ausführung ist die halbkegelförmige Ausbuchtung 5 jeweils innerhalb eines Quadranten von innen nach außen verlaufend angeordnet.
Die Achse 6 der halbkegelförmigen Ausbuchtung 5 in der Flügelfläche schließt mit der Tangente 7 des Rotationskreises des Flügelmittelpunktes um die Rotorachse 2 einen Winkel α (10° < α < 20°) ein.
Die weitere vorteilhafte Anordnung der Flügel 1 ist in den 2 und 3 dargestellt. So ist vorgesehen, dass die Flügelflächenebene 3 der kreisscheibenförmigen Grundform des Flügels mit einer senkrecht und quer zur Rotorachse 2 stehenden Ebene einen Winkel γ (15° < γ < 25°) einschließt. Ferner schließen die Flügelebenen 3 mit einer senkrechten Ebene zur Strömungsrichtung 4 einen Winkel β (0° < β < 10°) ein, so dass die Strömung nach außen geführt ist.
Als vorteilhaft hat sich weiterhin erwiesen, wenn die kreisscheibenförmige Grundform des Flügels 1 als Schale 8 ausgebildet ist, auf deren Innenfläche die Strömung gerichtet ist.
4 zeigt die Zusammenführung von an sich bekannten Strömungen (Einengung, Kurve) bei dem mit der Ausbuchtung 5 versehenen Flügel 1.
In 5 werden Messergebnisse der Tabelle mit den erfindungsgemäß ausgebildeten Flügeln 1 Flügeln ohne halbkegelförmigen Ausbuchtung 5 gegenübergestellt. Es zeigen sich Drehzahlunterschiede von bis zu 12%.

Die Anordnung derartiger Rotoren erfolgt bevorzugt auf versenkbaren Pontons mit mehreren Rotoren. Zusätzlich lassen sich so noch Leitbleche zur weiteren Optimierung an den Pontons anordnen. Messtabelle zu Fig. 5

	a	1/min	b	1/min
1	11,7* 12,2* 11,2* 11,5*		15,1* 15,3* 15,0* 14,9*
Mittelwert	11,6	51,7	15,1	39,7
2	15,3* 15,0* 15,6* 15,1*		17,4* 17,2* 17,0* 17,6*
Mittelwert	15,2	39,5	17,3	34,7
3	13,1* 13,5* 13,0* 13,2*		16,2* 14,3* 16,0* 14,1*
Mittelwert	13,2	45,4	15,2	39,5
4	16,7* 17,2* 16,9* 17,0*		18,2* 18,5* 17,9* 18,0*
Mittelwert	16,9	35,5	16,3	33,0
5	12,0* 12,5* 12,3* 12,1*		13,2* 12,8* 13,1* 13,3*
Mittelwert	12,2	49,2	15,4	39,0
6	14,3* 15,0* 15,7* 15,8*		17,7* 17,6* 17,3* 15,1*
Mittelwert	15,2	39,5	17,6	34,1

Legende

(*) gemessenen Zeit für 10 Umdrehungen in sec.
Spalte a ohne Belastung
Spalte B mit Belastung
Zeilen 1, 3, 5 mit Ausbuchtungen
Zeilen 2, 4, 6 ohne Ausbuchtung

Claims

Flügel (1) von einem Antriebsrotor mit in Strömungsrichtung weisender Rotorachse (2), wobei der Flügel (1) mit einer geneigten Flügelflächenebene (3) in die Strömungsrichtung (4) gerichtet angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Flügel (1) beabstandet von der Rotorachse (2) angeordnet ist und eine kreisscheibenförmige Grundform besitzt, die eine angeströmte nach außen größer werdende halbkegelförmige Ausbuchtung (5) aufweist, wobei die Ausbuchtung (5) bezogen auf die Drehrichtung des Flügels (1) hinten aus dem Flügel (1) austritt.
Flügel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die halbkegelförmige Ausbuchtung (5) innerhalb eines Quadranten oder eines Teils eines Quadranten von innen nach außen verlaufend angeordnet ist.
Flügel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche der halbkegelförmigen Ausbuchtung (5) gegen die Strömungsrichtung (4) weist, also angeströmt ist.
Flügel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (6) der halbkegelförmigen Ausbuchtung (5) in der Flügelfläche mit der Tangente (7) des Rotationskreises des Flügelmittelpunktes um die Rotorachse (2) einen Winkel α (10° < α < 20°) einschließt.
Flügel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügelflächenebene (3) der kreisscheibenförmigen Grundform des Flügels mit einer senkrecht und quer zur Rotorachse (2) stehenden Ebene einen Winkel γ (15° < γ < 25°) einschließt.
Flügel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Flügelebene (3) mit einer senkrechten Ebene zu Strömungsrichtung (4) einen Winkel β (0° < β < 10°) einschließt, so dass die Strömung nach außen geführt ist.
Flügel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die kreisscheibenförmige Grundform des Flügels als Schale ausgebildet ist, auf deren Innenfläche die Strömung gerichtet ist.