DE182014C - - Google Patents
Info
- Publication number
- DE182014C DE182014C DENDAT182014D DE182014DA DE182014C DE 182014 C DE182014 C DE 182014C DE NDAT182014 D DENDAT182014 D DE NDAT182014D DE 182014D A DE182014D A DE 182014DA DE 182014 C DE182014 C DE 182014C
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- edge
- curves
- liquid
- velocity
- entry
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 16
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 8
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 230000004323 axial length Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
- B63H1/00—Propulsive elements directly acting on water
- B63H1/02—Propulsive elements directly acting on water of rotary type
- B63H1/12—Propulsive elements directly acting on water of rotary type with rotation axis substantially in propulsive direction
- B63H1/14—Propellers
- B63H1/26—Blades
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C11/00—Propellers, e.g. of ducted type; Features common to propellers and rotors for rotorcraft
- B64C11/16—Blades
- B64C11/18—Aerodynamic features
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C11/00—Propellers, e.g. of ducted type; Features common to propellers and rotors for rotorcraft
- B64C11/16—Blades
- B64C11/20—Constructional features
- B64C11/22—Solid blades
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Ocean & Marine Engineering (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Description
ahcü'icfycu jßafenl'ci\nla.
<£>i4icji5FH«t bcz Saiwwitwwa
KAISERLICHES
PATENTAMT.
PATENTSCHRIFT
- JVe 182014-KLASSE 65/. GRUPPE
Dr. HANS LORENZ in LANGFUHR b. DANZIG.
Zum Schiffsantrieb oder für Ventilatoren dienende Schraube.
Patentiert im Deutschen Reiche vom 7. Juli 1905 ab.
Die bekannte ungünstige Wirkung von Schiffsschrauben und Ventilatoren, denen die
zu beschleunigende tropfbare oder gasförmige Flüssigkeit nicht durch Leitapparate vor oder
hinter dem Flügelrade zu- oder abgeführt wird, beruht im wesentlichen auf der willkürlichen
Form und Begrenzung der Flügelflächen. Erstens treffen die vorderen Kanten der Flügel die verschiedenen Flüssigkeitselemente
nicht mit der für einen durchweg stoßfreien Eintritt erforderlichen Geschwindigkeit
nach Größe und Richtung, zweitens fassen und entlassen die Flügel auch Flüssigkeitselemente
, ohne ihnen die volle beabsichtigte Geschwindigkeit nach Größe und Richtung erteilt zu haben und schließlich ermöglichen
sie infolge ihrer nicht hinreichend gesetzmäßigen Form beim Durchfließen des Flügelrades die Entstehung von Hohlräumen,
welche entweder leer bleiben oder von Wirbeln erfüllt sind.
Allen diesen Übelständen soll durch die nachstehend beschriebene Formgebung der
arbeitenden Flügelflächen derart abgeholfen werden, daß unter Vermeidung von Stoßen
(bei normaler Umdrehungszahl) nicht nur der Zusammenhang des Flüssigkeitsstromes erhalten
bleibt, sondern auch nur solche Flüssigkeitsteile eine Achsialbeschleunigung erfahren,
welche die Eintrittskante der Flügel passiert haben.
Die letzte dieser Forderungen bedingt nun, daß die äußere Begrenzung eines jeden Flügels
mit einer in Fig. 1 dargestellten Stromlinie E-A' zusammenfällt, welche ihrerseits infolge
der Symmetrie um die Drehachse OZ des Flügelrades auf einer aus derselben Figur
ersichtlichen Rotationsfläche liegen muß. Ganz analog verlaufen auch die übrigen
Stromlinien z. B. E-A zwischen der Außenkante und der Nabe des Flügelrades und
bilden so in ihrer Gesamtheit einen Strom, dessen Querschnitt sich in achsialer Richtung
der zunehmenden Achsialgeschwindigkeit der Flüssigkeit entsprechend verjüngt. Hierdurch
nehmen die Stromlinien und mit ihnen die Außenkanten der ihnen angepaßten Flügel
die in Fig. 1 dargestellte Form räumlicher Spiralen E-A' an, deren Achsenabstand nach
hinten zu abnimmt. Die momentane Geschwindigkeit eines Flüssigkeitsteilchens auf
dieser räumlichen Bahn zerfällt alsdann, wie ebenfalls aus Fig. I hervorgeht, in drei Komponenten:
eine nach innen gerichtete Radialkomponente v, eine Achsialkomponente w
und eine Tangential- oder Rotationskomponente u.
Damit das Flügelrad ökonomisch arbeitet, müssen die einzelnen Flüssigkeitselemente
im Rade sowohl dieselbe achsiale Geschwindigkeitszunahme erfahren, als auch gleiche
Bruchteile des von der Welle übertragenen Drehmomentes aufnehmen, wodurch ein gleicher Energieumsatz für alle Flüssigkeitsteile
gewährleistet wird.
Besitzen nun sämtliche in die Schraube eintretende Flüssigkeitselemente dieselbe Achsialgeschwindigkeit
Wx, was für Schiffsschrauben und Achsialventilatoren mit großer Annäherung
zutrifft, so müssen sie diesen Bedingungen zufolge auch mit einer und derselben vergrößerten Achsialgeschwindigkeit J^2 das
Rad wieder verlassen. Man hat also nur auf allen Stromlinien diejenigen Punkte zu
ermitteln und miteinander zu je einer Fläche zu vereinigen, welchen die achsiale Eintrittsbezw.
Austrittsgeschwindigkeit zukommt. Diese bilden wegen der Symmetrie um die Achse zwei weitere Rotationsflächen T-Fj-W1
und W2-W2, welche den oben erwähnten Rotationskörper
der Stromlinien vorn und hinten
ίο abschneiden, wie es in Fig. 2 im Meridianschnitt
dargestellt ist. Hierin bedeuten die Linien Τ-Ψ den Meridianschnitt einer beliebigen
Stromlinienrotationsfläche, ψ'-ψ' den
Meridianschnitt der Stromlinienfläche durch die Außenkante E-A' und ψ"-ψ" denjenigen
der die Nabe bildenden Rotationsfläche.
Außerdem ist in dieser Figur noch eine dazwischen liegende Fläche W- W eingetragen,
welche von allen Flüssigkeitselementen mit einer zwischen W1 und W2 liegenden Achsialgeschwindigkeit
w passiert wird. Auf den beiden Flächen W1-W1 und W2-W2 gleicher
Achsialgeschwindigkeiten, welche im besonderen Falle auch Normalebenen zur Achse OZ
sein können, liegen schließlich die Ein- und Austrittskanten der Flügel. Damit ist zugleich
die Gestalt des ganzen Rades im Meridianschnitt durch die in Fig. 2 schraffierte
Fläche bestimmt, während die Verdrehung der Flügelflächen sich aus der zuletzt genannten Bedingung ergibt, daß nämlich
jedes Flüssigkeitselement denselben Bruchteil des von der Welle übertragenen Drehmomentes
aufnehmen soll. Dieses Drehmoment ist nämlich nach einem von Euler gefundenen Satze der Änderung des Produktes
u r der Tangentialkomponente der Flüssigkeitsgeschwindigkeit mit dem Achsenabstand
r proportional. Demnach erfordert
die Bedingung der Übertragung gleicher Drehmomente auf die einzelnen Flüssigkeitselemente die Konstanz der Produkte 11 r auf
den in Fig. 2 im Meridianschnitt dargestellten Flächen W- W. Da die Flüssigkeit für
gewöhnlich in das Rad ohne jede Rotationsbewegung eintritt, so ist dieses Produkt, das
sogenannte Moment der Tangentialgeschwindigkeit, in der Eintrittsfläche W1-W1 bezw.
längs der Eintrittskanten der Flügel gleich Null und erreicht in der Austrittsfläche
W2- W2 bezw. längs der Austrittskanten den
Wert (u i~J2. Infolge der Konstanz des
Produktes (u r) auf den Flächen W- W nimmt die Tangentialgeschwindigkeit der Wasserelemente
im Rad von innen nach außen ab, so daß die inneren Stromfäden gleichzeitig eine stärkere Drehung um die Achse erfahren
als die äußeren. Da sich die Form der Flügel, wie schon erwähnt, diesen Stromlinien
anpassen muß, so folgt daraus eine von innen nach außen, also radial, abnehmende
Steigung der Flügelflächen, während diese Steigung außerdem mit der Acbsialgeschwindigkeit
von der Eintrittskante bis zur Austrittskante hin zunimmt.
In Fig. 3 und 4 ist eine nach diesen Grundsätzen konstruierte Schiffsschraube dargestellt.
Fig. 3 gibt eine Ansicht der Schraube von hinten,
Fig. 4 eine Seitenansicht.
E-E" bedeutet die hier geradlinige Eintrittskante,
welcher infolge der radial veränderlichen Steigung eine gekrümmte Austrittskante
A'-A" entspricht. Ebenso sind auch die Linien B'-B" gekrümmt, längs derer,
wie auf den Kanten A'-A", E-E", sowohl die Achsialgeschwindigkeit w als auch das Produkt
11 r der Tangentialgeschwindigkeit u mit dem Achsenabstand r ganz oder nahezu
konstante Werte besitzen. Die Außenkante E-A' des Flügels sowie die Stromlinien C-D
und die Innenkante E"-A" an der Nabe sind Stücke der oben beschriebenen und in Fig. 1
dargestellten räumlichen Spiralen, während die Eintrittskante E-E", die Austrittskante
A'-A" und die Zwischenlinien B'-B" Schnittkurven
der in Fig. 2 im Meridianschnitt gezeichneten Fläche W1-W1, W2-W2 bezw. W-W
mit den Flügelflächen darstellen.
Die Ermittelung der genauen Form der in diesen Figuren gezeichneten Stromlinien C-D
und Kurven gleicher Achsialgeschwindigkeit B'-B", zu denen auch die Kanten der Flügel
gehören, geschieht nun in jedem Falle auf dem Wege der Rechnung in folgender Weise:
Es sei, in Fig. 5, r der momentane Radiusvektor eines Flüssigkeitselementes, \ der Abstand
von der durch den Anfang O gehenden Normalebene zur Achse und φ der Drehwinkel
des Radiusvektor r gegen eine Anfangslage OX. Alsdann lehrt die Hydrodynamik,
daß alle in Fig. 2 dargestellten Meridianschnitte T durch die Rotationsflächen
der Stromlinien, damit der Zusammenhang der Flüssigkeit gewahrt bleibt, einer und
derselben Gleichung
gehorchen müssen, worin der sogenannte Parameter Ψ längs jeder Stromlinie einen
konstanten, von Linie zu Linie aber veränderlichen Wert besitzt. Bezeichnen wir den Wert dieses Parameters für die von der
Achse am weitesten entfernten Stromlinien analog Fig. 2 mit Ψ', denjenigen der sich
an die Nabe anschmiegenden innersten mit Ψ", so sind
J1 (r Κ) = ψ und Z1 (r ^ = T"
die Gleichungen der diesen äußersten und innersten Stromlinien zugehörigen Meridianschnitte.
Die beiden Parameter Ψ und Ψ"
bestimmen ferner durch ihre Differenz die das Rad durchströmende Flüssigkeitsmenge Q.
vom spezifischen Gewichte γ in der Weise, daß
Q = 2 π γ (Ψ-Ψ1) . . . (2).
Außerdem aber ergeben sich nach bekannten Sätzen der Hydrodynamik die beiden für den
Meridianschnitt maßgebenden Geschwindigkeitskomponenten in radialer und achsialer
Richtung durch Differentiation von (i) zu
_ dr _■" τ *ψ r \
dt
Da nun alle eintretenden Flüssigkeitsteile, wie schon erwähnt, ganz oder nahezu dieselbe
Achsialgeschwindigkeit W1 besitzen, welche für die Schiffsschraube relativ zu verstehen
ist und mit der Schiffsgeschwindigkeit nahezu übereinstimmt, so wird eine und dieselbe Geschwindigkeitszunahme
JV2-W1 aller Elemente
dann erreicht, wenn man die der Ein- und Austrittskante entsprechenden Kurven
und F
und F
den Gleichungen
11 W2- W2 im Meridianschnitt in Fig. 2 nach
formt, während für dazwischen liegende Kurven W- W die Gleichung (4) selbst gültig bleibt.
Alsdann ist der Achsialdruck P des Rades bezw. im speziellen Falle der Propellerschub
gegeben durch
worin g die Beschleunigung der Schwere bedeutet.
Wird nun auch noch das Moment der absoluten Tangentialgeschwindigkeit u der
Flüssigkeit längs der durch Gleichung (4) definierten Linien W-W in Fig. 2 bezw. längs
der Ein- und Austrittskante konstant gesetzt, so ergibt dies eine Beziehung
u r =f2fw) . . . . (7),
durch welche der Eulersche Ausdruck für das Drehmoment M des Flügelrades die bequeme
Form
M=-\\dQd(ur)
(ur)\ (8)
annimmt. Aus dieser Festsetzung ergibt sich die Schaufelform durch folgende Überlegung:
Dividiert man die Definitionsformeln für die Achsial- und Tangentialgeschwindigkeit
dt
u = r
dt
ineinander, so verschwindet daraus das Zeitelement, und es folgt durch Integration der
absolute Drehwinkel φ (Fig. 5)
rw
(9)
eines Elementes gegen eine Eintrittslage, der nach Fig. 5 die Ordinate ^1 und der Achsenabstand
T1 zukommen möge. Da sowohl w
als auch w sich wegen der Symmetrie um die Achse in r und \ allein ausdrücken lassen,
so ist die Integration in (9) stets ausführbar nach Elimination von r vermittels der
Gleichung (1). Der den Winkel φ der absoluten Flüssigkeitsbahn E-B1 entsprechende
Winkel χ der Relativbahn E-B2, welcher die Verdrehung der Flügel bestimmt und in Fig. 5
ebenfalls eingetragen ist, ergibt sich mit Hilfe der Winkelgeschwindigkeit u>
des Rades zu
X = Φ
-l·
dt
oder wegen
= -i- und (9)
Diese letzte Formel stellt dann zusammen mit Gleichung (1) die Gleichung der Linien C-D
in Fig. 3 und 4 dar, deren Spezialfälle die Außenkante E-A! und die Innenkante E"-A"
sind. Andererseits ergibt die Kombination von (10) und (7) die Gleichung der anderen
Kurvenschar B'-B" mit den Spezial fällen der Ein- und Austrittskante E-E" und Ä-A".
Das in Fig. 3 und 4 abgebildete Flügelrad ist nach den vorstehenden Regeln berechnet,
und zwar unter der besonderen Annahme für Gleichung (1)
T = Ar2I . . . . (ia)
mit einer Konstanten A. Hieraus folgt mit (3) und (4)
v = — Ar, w = 2 A% . (3a),
wonach die Kurven konstanter Achsialgeschwindigkeit w, welche im Meridianschnitt
(Fig. 2) mit W-W bezeichnet sind, gerade Linien normal zur Drehachse sind. Die
Konstante A berechnet sich aus der Geschwindigkeitszunahme W2-W1 im Rade und der
aqhsialen Länge ^2-^1 desselben nach (3 a) zu
. W2-W1
,
A tU
()
Der Gleichung (7) wird dann z. B. genügt durch die Annahme
ur = B^+ C . . . (7a),
worin die beiden Konstanten B und C sich durch die Festsetzungen der Werte von (u r)x
und (ur)2 für den Ein- und Austritt bestimmen.
Soll das Rad die Flüssigkeit ohne Rotationsgeschwindigkeit aufnehmen, so ist (Ur)1 = O, und die Momentengleichung (8)
vereinfacht sich in
M = ~ (u r)2
Das Produkt (ur)2, welches längs der Austrittskante
konstant ist, bestimmt sich aus der Energiegleichung, nach der für eine Schiffsschraube
die aufgewendete Arbeit Mw gleich der Nutzarbeit Pw1 zur Überwindung des
Schiffswiderstandes vermehrt um die kinetische Flüssigkeitsenergie ist.
Im Falle eines Ventilators tritt an Stelle der Arbeit Pm^1 die Kompressionsarbeit des
zu fördernden Gases, ohne daß sich an den vorstehenden Betrachtungen und den daraus
folgenden Rechnungen sonst etwas ändert.
Claims (2)
- Pate nt-An Sprüche:I. Zum Schiffsantrieb oder für Ventilatoren dienende Schraube, gekennzeichnet durch eine derartige Form der Flügel, daß der Radius der äußeren Flügelkante von der Eintrittskante (E'-E") nach der Austrittskante (A'-A") zu nach Maßgabe der zunehmenden Achsialgeschwindigkeit der Flüssigkeit oder des Gases abnimmt, so daß also die äußere Flügelkante (E'-A') nach einer räumlichen Spirale geformt ist, und daß ferner längs der Ein- und Austrittskante sowohl die relative Achsialgeschwindigkeit als auch das Moment der absoluten Tangentialgeschwindigkeit der Flüssigkeit oder des Gases in bezug auf die Drehachse ganz oder nahezu konstante Werte besitzen.
- 2. Schraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die arbeitenden Flügelflächen durch die Schnittpunkte der Kurven zweier Kurvenscharen (B'-B" und C-D) bestimmt sind, von denen die einen (C-D) nach demselben Gesetze wie die äußere Flügelkante (E'-Ä') spiralförmig verlaufen, während die Kurven (B'-B") der anderen Kurvenschar ebenso wie die Ein- und Austrittskante, d. h. also so verlaufen, daß längs derselben sowohl die relative Achsialgeschwindigkeit als auch das Moment der absoluten Tangentialgeschwindigkeit der Flüssigkeit oder des Gases ganz oder nahezu konstante Werte besitzen.Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE182014C true DE182014C (de) | 1900-01-01 |
Family
ID=446143
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DENDAT182014D Expired DE182014C (de) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE182014C (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4792282A (en) * | 1987-06-03 | 1988-12-20 | A. Janet Jordan | Liquid pump |
-
0
- DE DENDAT182014D patent/DE182014C/de not_active Expired
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4792282A (en) * | 1987-06-03 | 1988-12-20 | A. Janet Jordan | Liquid pump |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE1528824C3 (de) | Axial wirkende Flüssigkeits-Strömungsmaschine mit umkehrbarer Arbeitsrichtung | |
EP2597030B1 (de) | Vordüse für ein Antriebssystem eines Wasserfahrzeuges zur Verbesserung der Energieeffizienz | |
DE2852554A1 (de) | Rotor zum einsatz in einem stroemungsmedium | |
DE2318022A1 (de) | Transportflugzeug | |
EP2994379A1 (de) | Vorrichtung zur verringerung des antriebsleistungsbedarfs eines wasserfahrzeuges | |
DE1431260A1 (de) | Verbesserungen an Flugzeugen | |
DE1302418B (de) | ||
DE2430630A1 (de) | Steuerung eines schiffes mit rotorantrieb | |
DE182014C (de) | ||
DE2109563C3 (de) | Antrieb für ein Flugzeug-Fahrwerkrad | |
DE410962C (de) | Schraubenpropeller | |
CH130832A (de) | Schaufelrad. | |
DE78038C (de) | Centrifugalpumpe mit veränderlicher Weite der Ausströmung im Schaufelrade | |
DE102011111144A1 (de) | Propulsionsmittel für Fluggeräte oder Schiffe | |
AT165736B (de) | In axialer Richtung unterteilte Schraubenpropellerummantelung | |
AT155331B (de) | Antriebsvorrichtung für Wasserfahrzeuge, Luftfahrzeuge u. dgl. | |
DE911356C (de) | Propeller, insbesondere fuer den Antrieb von Fahrzeugen in Wasser oder in der Luft | |
DE1095697B (de) | Vorrichtung zur Herabsetzung des Wasserwiderstandes bei Schiffen | |
DE884280C (de) | Treibradpumpe | |
DE136703C (de) | ||
DE69315711T2 (de) | Wasserfahrzeugantriebsanlage | |
DE858214C (de) | Propellerantrieb fuer Wasserfahrzeuge | |
DE763080C (de) | Fluegelradpropeller, insbesondere fuer Wasserfahrzeuge | |
DE416135C (de) | Diffusor zur Rueckgewinnung von Geschwindigkeitsenergie einer stroemenden Fluessigkeit | |
DE541965C (de) | Flugzeug mit frei umlaufenden, vom Fahrtwind angetriebenen Fluegeln und darunter angeordneten festen Tragfluegeln |