DE102012005271B3 - 1 - 7Propeller for a turbomachine or for a ship - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Propeller für eine Turbine oder für ein Schiff, umfassend die folgenden Merkmale oder Bauteile: – einen Rotor mit einem Nabenkörper; – Rotorblätter mit Zapfen, die vom Nabenkörper getragen sind; – eine Antriebswelle zum Verschwenken der Rotorblätter um eine zur Drehachse der Antriebswelle senkrechte Schwenkachse. Die Erfindung ist gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: – die Kontur des achssenkrechten Querschnitts des Nabenkörpers ist wenigstens auf einem Teil ihres Umfangs gegenüber der Kreisform konkav.The invention relates to a propeller for a turbine or for a ship, comprising the following features or components: a rotor with a hub body; - rotor blades with pegs carried by the hub body; - A drive shaft for pivoting the rotor blades about a pivot axis perpendicular to the axis of rotation of the drive shaft. The invention is characterized by the following features: the contour of the axially perpendicular cross section of the hub body is concave on at least part of its circumference with respect to the circular shape.

Description

Die Erfindung betrifft einen Propeller nach Art eines Schiffspropellers, zum Beispiel für ein Schiff oder für eine Turbine. Ein solcher Propeller umfasst eine Welle. Bei einem Schiff ist dies eine Antriebswelle, bei einer Turbine eine Abtriebswelle. Die Propellerblätter sind dabei vorwiegend flächige Körper, die im Allgemeinen dreidimensional gekrümmt sind. Eine typische Form der hier in Rede stehenden Propeller finden sich bei Kaplanturbinen. Siehe beispielsweise DE 102 55 770 A1 . Weitere Beispiele sind DE 10 2010 033 940 A1 , eine Rohrturbine betreffend, oder DE 2007 061 185 A1 , ebenfalls eine Wasserturbine betreffend. Die Erfindung betrifft Propeller mit feststehenden als auch mit schwenkbaren Rotorblättern. Siehe auch GB 2 479 380 A sowie FR 2 853 619 A1 .The invention relates to a propeller in the manner of a ship's propeller, for example for a ship or for a turbine. Such a propeller comprises a shaft. In a ship, this is a drive shaft, in a turbine, an output shaft. The propeller blades are predominantly flat bodies, which are generally curved three-dimensionally. A typical form of the propellers in question can be found in Kaplan turbines. See for example DE 102 55 770 A1 , Other examples are DE 10 2010 033 940 A1 concerning a tube turbine, or DE 2007 061 185 A1 , also concerning a water turbine. The invention relates to propellers with fixed as well as with pivotable rotor blades. See also GB 2 479 380 A such as FR 2 853 619 A1 ,

Im Allgemeinen weist ein solcher Propeller zwei oder drei oder vier Rotorblätter auf. Auch mehrere Rotorblätter sind denkbar.In general, such a propeller has two or three or four rotor blades. Several rotor blades are conceivable.

Ein großes Problem bei Propellern der genannten Art ist das Auftreten von Kavitation. Darunter versteht man das Auftreten von Wasserdampfblasen, die durch einen lokalen niedrigen Druck entstehen. Werden die Dampfblasen in Gebietet höheren Druckes transportiert, implodieren diese. Hierbei entstehen Druckschläge, die auf das Material einwirken und zu Zerstörungen führen können.A big problem with propellers of the type mentioned is the occurrence of cavitation. This is the occurrence of water vapor bubbles caused by a local low pressure. If the vapor bubbles are transported in areas of higher pressure, they implode. This creates pressure surges that act on the material and can lead to destruction.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, solche Kavitation zu verringern oder zu vermeiden. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale gemäß Anspruch 1 gelöst.The invention has for its object to reduce or avoid such cavitation. This object is solved by the features according to claim 1.

Der Erfindung liegen die folgenden Überlegungen zugrunde:
Kavitation tritt bei Propellern im Allgemeinen am Fuß des Rotorblattes auf, das heißt in Nabennähe. Die Kavitation ist nicht nur schädlich, sondern sie ist auch in Strömungsgewässern für Fische gefährlich. Sie bringt nämlich die Fische dazu, sich in den Kavitationsbereich zu begeben und dort verletzt zu werden.The invention is based on the following considerations:
Cavitation occurs in propellers generally at the foot of the rotor blade, that is near the hub. The cavitation is not only harmful, but it is also dangerous in fish flow waters. It causes the fish to go into the cavitation area and get hurt there.

Durch die Gestaltung der Kontur des Nabenkörpers im Sinne der Erfindung wird die Kavitation erheblich minimiert oder gar aufgehoben. Gemäß der Erfindung wird vom üblichen kreisrunden Querschnitt des Nabenkörpers abgewichen durch Abtragen von Material, da wo es möglich ist. Die Kontur des Querschnittes des Nabenkörpers wird wenigstens auf einem Teil ihres Umfanges gegenüber der Kreisform konkav.Due to the design of the contour of the hub body according to the invention, the cavitation is considerably minimized or even eliminated. According to the invention, deviates from the usual circular cross-section of the hub body by removing material, where possible. The contour of the cross section of the hub body is concave at least on a part of its circumference relative to the circular shape.

Diese Gestaltung kann sowohl zwischen den Rotorblättern vorgenommen werden, als auch an den Rotorblättern.This design can be made both between the rotor blades, as well as on the rotor blades.

Die Erfindung sowie der Stand der Technik sind anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin ist schematisch im Einzelnen folgendes dargestellt:The invention and the prior art are explained in more detail with reference to the drawing. The following is shown schematically in detail:

1 zeigt einen Propeller für eine Kaplanturbine mit Blickrichtung auf die Drehachse des Propellers gemäß dem Stande der Technik. 1 shows a propeller for a Kaplan turbine with a view towards the axis of rotation of the propeller according to the prior art.

2 zeigt einen Propeller gemäß dem Stande der Technik. 2 shows a propeller according to the prior art.

3 zeigt den Propeller gemäß 2 in einer Seitenansicht. 3 shows the propeller according to 2 in a side view.

4 zeigt in vergrößertem Maßstab eine Gegenüberstellung eines Propellers gemäß dem Stand der Technik und eines Propellers gemäß der Erfindung, jeweils in einem Axialschnitt. 4 shows on an enlarged scale a comparison of a propeller according to the prior art and a propeller according to the invention, in each case in an axial section.

5 zeigt einen Propeller einer anderen Bauart gemäß dem Stand der Technik. 5 shows a propeller of another type according to the prior art.

6 zeigt einen Propeller gemäß der Erfindung. 6 shows a propeller according to the invention.

7 zeigt den Propeller gemäß 6 in einer Seitenansicht. 7 shows the propeller according to 6 in a side view.

Der in 1 gezeigte Propeller einer Kaplanturbine weist einen Nabenkörper 1 in einem achssenkrechten Schnitt auf, ferner drei Rotorblätter 2, deren jedes einen Zapfen 3 trägt. Die Zapfen sind gestuft gestaltet und in den Nabenkörper 1 eingelassen. Der Propeller läuft um eine Drehachse 4 um. Die drei Rotorblätter 2 sind jeweils um eine Schwenkachse verdrehbar. Die Schwenkachsen sind hier nicht gezeigt. Sie fallen mit den Längsachsen der Zapfen 3 zusammen.The in 1 shown propeller a Kaplan turbine has a hub body 1 in an axial section on, also three rotor blades 2 each of which has a pin 3 wearing. The pins are designed stepped and in the hub body 1 admitted. The propeller runs around a rotation axis 4 around. The three rotor blades 2 are each rotatable about a pivot axis. The pivot axes are not shown here. They fall with the longitudinal axes of the pins 3 together.

Der Nabenkörper 1 hat einen kreisrunden Querschnitt. Jedes Rotorblatt 2 weist eine Kantenfläche auf, die an der Mantelfläche des Nabenkörpers 1 anliegt und somit ebenfalls kreisrund ist. Zwischen der Mantelfläche des Nabenkörpers 1 und der Kantenfläche des Rotorblattes 2 gibt es einen Spalt 5.The hub body 1 has a circular cross-section. Every rotor blade 2 has an edge surface on the lateral surface of the hub body 1 is present and thus also circular. Between the lateral surface of the hub body 1 and the edge surface of the rotor blade 2 is there a gap? 5 ,

Bei der vorbekannten Ausführungsform gemäß 2 ist die Kontur des Nabenkörpers nicht mehr ein Vollkreis. Der Nabenkörper ist nämlich an jenen Stellen abgeflacht, an denen sich die Rotorblätter 2 befinden. Die Fläche des Spaltes 5 ist eine Ebene. Der Nabenkörper gemäß 2 hat somit eine geringere Querschnittsfläche als jener gemäß 1.In the prior art embodiment according to 2 the contour of the hub body is no longer a full circle. The hub body is flattened at those points where the rotor blades 2 are located. The area of the gap 5 is a level. The hub body according to 2 thus has a smaller cross-sectional area than that according to 1 ,

3 zeigt die Ausführungsform gemäß 2 in einer Seitenansicht. 3 shows the embodiment according to 2 in a side view.

Bei der Gegenüberstellung gemäß 4 erkennt man wiederum den gestuften Zapfen 3, der das Rotorblatt 2 trägt. In der linken Darstellung gemäß 4 ist der Spalt 5 kreisbogenförmig. In der rechten Darstellung gemäß der Erfindung ist er aber leicht konkav. In dieser Darstellung erkennt man aber den Abstand d zwischen der Drehachse 4 und dem Spalt 5. Das Maß d ist kleiner als der Radius R in 2. Schon ein Verhältnis von d zu R = 0,99 kann eine deutliche Verbesserung, das heißt Verringerung der Kavitation erbringen.In the comparison according to 4 you can recognize the stepped pin again 3 that the rotor blade 2 wearing. In the left illustration according to 4 is the gap 5 a circular arc. In the right-hand illustration according to the invention, however, it is slightly concave. In this illustration, but you can see the distance d between the axis of rotation 4 and the gap 5 , The dimension d is smaller than the radius R in 2 , Even a ratio of d to R = 0.99 can bring about a significant improvement, ie a reduction in cavitation.

Bei der Ausführungsform gemäß 5 aus dem Stand der Technik erkennt man wiederum den Nabenkörper 1 von kreisförmigem Querschnitt.In the embodiment according to 5 from the prior art can be seen again the hub body 1 of circular cross-section.

Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform gemäß 6 ist der Nabenkörper 1 nicht kreisbogenförmig oder kreisförmig. Die Bereiche, in denen die Zapfen 3 in den Nabenkörper 1 eingesetzt sind, sind gradlinig und bilden ebene Flächen. Die Bereiche des Nabenkörpers 1 zwischen einander benachbarten Rotorblättern sind konkav.In the embodiment according to the invention according to 6 is the hub body 1 not circular or circular. The areas where the pins 3 in the hub body 1 are used, are straight and form flat surfaces. The areas of the hub body 1 between adjacent rotor blades are concave.

Eine interessante Ausführungsform ist in 8 gezeigt. Die Kontur des Nabenkörpers ist ein regelmäßiges Sechseck. Nabenkörper 1 trägt wiederum drei Rotorblätter. Von diesen sind nur die Schwenkachsen 6 gezeigt. Die betreffenden konkaven Flächen der Kontur des Nabenkörpers 1 bilden zusammen mit entsprechenden konvexen Flächen der zugehörenden Zapfen 3 den oben genannten Spalt 5.An interesting embodiment is in 8th shown. The contour of the hub body is a regular hexagon. hub body 1 in turn carries three rotor blades. Of these, only the pivot axes 6 shown. The relevant concave surfaces of the contour of the hub body 1 form together with corresponding convex surfaces of the associated pin 3 the above gap 5 ,

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Nabenkörperhub body
22
Rotorblattrotor blade
33
Zapfenspigot
44
Drehachseaxis of rotation
55
Spaltgap
66
Schwenkachseswivel axis

Claims (5)

Propeller für eine Turbine oder für ein Schiff, umfassend die folgenden Merkmale oder Bauteile: 1.1 einen Rotor mit einem Nabenkörper (1); 1.2 Rotorblätter (2) mit Zapfen (3), die vom Nabenkörper (1) getragen sind; 1.3 eine Antriebswelle zum Verschwenken der Rotorblätter (2) um eine zur Drehachse (4) der Antriebswelle senkrechte Schwenkachse (6); gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: 1.4 die Kontur des achssenkrechten Querschnitts des Nabenkörpers (1) ist wenigstens auf einem Teil ihres Umfangs gegenüber der Kreisform konkav.Propeller for a turbine or for a ship, comprising the following features or components: 1.1 a rotor with a hub body ( 1 ); 1.2 Rotor blades ( 2 ) with tenons ( 3 ), from the hub body ( 1 ) are worn; 1.3 a drive shaft for pivoting the rotor blades ( 2 ) about one to the axis of rotation ( 4 ) of the drive shaft vertical pivot axis ( 6 ); characterized by the following features: 1.4 the contour of the axially perpendicular cross-section of the hub body ( 1 ) is concave at least on a part of its circumference relative to the circular shape. Propeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur des achssenkrechten Querschnittes zwischen einander benachbarten Rotorblättern (2) gradlinig ist.Propeller according to claim 1, characterized in that the contour of the axially perpendicular cross-section between adjacent rotor blades ( 2 ) is straight. Propeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur des achssenkrechten Querschnittes zwischen einander benachbarten Rotorblättern (2) konkav istPropeller according to claim 1, characterized in that the contour of the axially perpendicular cross-section between adjacent rotor blades ( 2 ) is concave Propeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur des achssenkrechten Querschnittes im Bereich der Zapfen (3) gradlinig ist.Propeller according to claim 1, characterized in that the contour of the axially perpendicular cross section in the region of the pins ( 3 ) is straight. Propeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Querschnitt des Nabenkörpers (1) die Gestalt eines regelmäßigen Sechseckes aufweist.Propeller according to claim 1, characterized in that the cross-section of the hub body ( 1 ) has the shape of a regular hexagon.
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