DE2924613A1 - FLUID DRIVEN OR A FLUID DRIVING ROTOR - Google Patents
FLUID DRIVEN OR A FLUID DRIVING ROTORInfo
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Description
19 705/6 40/Ko19 705/6 40 / Ko
Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek ten behoeve van Nijverheid, Handel en Verkeer (Nijverheisorganisatie TNO), Bankaplein 1, DEN HAAG, NiederlandeNederlandse Organization voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek ten behoeve van Nijverheid, Handel en Verkeer (Nijverheisorganisatie TNO), Bankaplein 1, THE HAGUE, The Netherlands
Von einem Fluid angetriebener bzw. ein Fluid antreibender RotorA fluid-driven rotor or a fluid-driving rotor
Die Erfindung betrifft einen von einem Fluid angetriebenen bzw. ein Fluid antreibenden Rotor, mit mindestens zwei gleichen, schraubenlinienförmig um die Rotordrehachse verlaufenden und in gleichen Abständen voneinander auf einer Nabe angeordneten Schaufeln/deren Anfänge in einer ersten zur Rotordrehachse senkrechten Ebene und deren Enden in einer zweiten zur Rotordrehachse senkrechten Ebene liegen und deren äussere Längsränder spitz zulaufen.The invention relates to a fluid-driven or fluid-driving rotor, with at least two identical, running helically around the rotor axis of rotation and arranged at equal distances from one another on a hub Blades / their beginnings in a first plane perpendicular to the rotor axis of rotation and their ends in a second the plane perpendicular to the rotor axis of rotation and their outer longitudinal edges taper to a point.
Rotoren dieser Art werden für verschiedene Zwecke eingesetzt. So z.B. werden die ein Fluid antreibenden Rotoren 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 agglomerierter Materialien enthaltender Flüssigkeiten, wie z.B. Jauche, zum Belüften oder Begasen von Flüssigkeiten, zum Vernebeln von Flüssigkeiten, zum VerpumpenRotors of this type are used for various purposes. For example, the rotors that drive a fluid become propulsion of vehicles, for stirring or mixing liquids or gases - in the case of mixing can also granular, solid materials are added - for homogenizing liquids containing loosely agglomerated materials, such as liquid manure, for venting or gassing liquids, for atomizing liquids, for pumping
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von Flüssigkeiten oder feste Stoffe enthaltender Flüssigkeitsgemische usw. verwendet. of liquids or liquid mixtures containing solids, etc. are used.
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 fastened on a hub in the cylindrical ones lying concentrically with the axis of rotation of the propeller Cross-sectional planes have more or less streamlined profiles. The propulsion of the fluid is thereby caused by a circulation that arises around such a streamlined profile, as on one side the Fluid flows at a higher speed from beginning to end, than on the other side.
Es sind aber auch für die oben genannten Zwecke bereits Schnekken 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 nach vorne oder nach hinten abgebogen sind, sowie Schnecken mit Naben veränderlichen Durchmessers vorgeschlagen worden. Es hat sich aber keine dieser Modifikationen in der Praxis bewährt.However, snails have also been proposed for the purposes mentioned above. However, these could be in the Not enforced in practice due to insufficient efficiency, although various modifications have been proposed are. For example, screws with changing pitch angles of the blades and screws with perpendicular to the axis of rotation, more or less curved blade cross-sections, in which the blades are bent forward or backward have been proposed, as well as screws with variable diameter hubs. But it has none of these Modifications proven in practice.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, diesem Übelstand abzuhelfen.The invention is now based on the object of this drawback to remedy.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss bei einem ein Fluid antreibenden Rotor dadurch gelöst, dass die längs des äusseren Längsrandes gemessene Schaufellänge (L)wenigstens gleich dem 1 1/2-fachen der maximalen Schaufelhöhe ist und dass das Verhältnis zwischen der Schaufelhöhe H und dem gegenseitigen Abstand der Schaufeln (s χ sinßHm Bereich von etwa 0,5 bisAccording to the invention, this object is achieved in the case of a fluid-driving device The rotor is solved in that the blade length (L) measured along the outer longitudinal edge is at least equal to the 1 1/2 times the maximum blade height and that is the ratio between the blade height H and the mutual distance of the blades (s χ sinßHm range from about 0.5 to
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etwa 2,5 und der Steigungswinkel β der Schaufeln etwa im Bereich von 20 bis 55 liegt.about 2.5 and the pitch angle β of the blades is approximately in the range from 20 to 55.
Bei dem erfindungsgemassen Rotor hat sich herausgestellt, dass das Fluid in Form sich in Längsrichtung der Drehachse des Rotors erstreckender Wirbel zwischen den Schaufeln hindurch rückwärts strömt, wobei ein hoher Wirkungsgrad hinsichtlich des Antriebs des Fluids gewährleistet ist.In the rotor according to the invention it has been found that the fluid in the form of vortices extending in the longitudinal direction of the axis of rotation of the rotor between the blades flows backwards, with a high degree of efficiency in terms of driving the fluid is ensured.
Bei einem von einen Fluid angetriebenen Rotor wird diese Aufgabe erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die längs des äusseren Längsrandes der Schaufeln gemessene Schaufellänge L wenigstens gleich dem 1 1/2-fachen der maximalen Schaufelhöhe H ist und dass das Verhältnis zwischen der maximalen Schaufelhöhe H und dem gegenseitigen Abstand der Schaufeln S χ sinß im Bereich von etwa 0,5 bis 2,5 und der Steigungswinkel ß der Schaufeln im Bereich von etwa 5° bis 20 liegt.In the case of a rotor driven by a fluid, this object is achieved according to the invention in that the along the outer The blade length L measured along the longitudinal edge of the blades is at least equal to 1 1/2 times the maximum blade height H and that the ratio between the maximum blade height H and the mutual spacing of the blades S χ sinß in the range from about 0.5 to 2.5 and the pitch angle ß of the blades in the range from about 5 ° to 20 °.
In beiden Fällen beträgt der relative Einströmwinkel des FluidsIn both cases, the relative inflow angle of the fluid is
in Bezug auf den äusseren Längsrand der Schaufeln ca. 5 bis , „oin relation to the outer longitudinal edge of the blades approx. 5 to, "o
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden, anhand der beiliegenden Zeichnung erfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele. In der Zeichnung stellen dar:Further advantages, details and features of the invention emerge from the following, with reference to the enclosed Drawing following description of several exemplary embodiments. In the drawing show:
Figur 1 schematisch das Abwickelbild eines Abschnittes eines erfindungsgemassen Rotors mit rechteckigen Schaufeln,Figure 1 schematically shows the development of a section of a rotor according to the invention with rectangular blades,
Figur 2 eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform eines Rotors nach der Erfindung, Figure 2 is a side view of a first embodiment of a rotor according to the invention,
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Figur 3 einen Schnitt durch die Ausführungsform nach Fig. 2 längs der Linie III-III der Fig. 2,Figure 3 shows a section through the embodiment according to Fig. 2 along the line III-III of Fig. 2,
Figur 4 das Abwickelbild einer Schaufel des in den
Fig. 2 und 3 dargestellten Rotors,Figure 4 shows the development of a blade in the
Fig. 2 and 3 shown rotor,
Figur 5 Abwickelbilder weiterer Schaufelausführungen bei einem Rotor gemäss der Erfindung,FIG. 5 development images of further blade designs in a rotor according to the invention,
Figur 6 Querschnitte von Rotorschaufeln in einer zur Drehachse des Rotors senkrechten Ebene,FIG. 6 cross sections of rotor blades in a plane perpendicular to the axis of rotation of the rotor,
Figur 7 eine Ausführungsform eines erfindungsgemässen
Rotors, die sich insbesondere zum Antreiben
eines Schiffes eignet,FIG. 7 shows an embodiment of a rotor according to the invention, which is particularly suitable for driving
of a ship,
Figur 8 eine Vorrichtung zum Mischen von Flüssigkeiten mit einem erfindungsgemässen Rotor,FIG. 8 a device for mixing liquids with a rotor according to the invention,
Figur 9 eine zum Homogenisieren von schwebende Feststoffe enthaltenden Flüssigkeiten geeignete
Anordnung mit einem Rotor gemäss der Erfindung,FIG. 9 shows a liquid suitable for homogenizing suspended solids
Arrangement with a rotor according to the invention,
Figur 10 eine Vorrichtung zum Mischen von Flüssigkeiten und Gasen mit einem Rotor gemäss der Erfindung, FIG. 10 shows a device for mixing liquids and gases with a rotor according to the invention,
Figur 11 eine Ausführungsform eines erfindungsgemässen Rotors zur Verwendung als Wind- oder Wassermühle undFigure 11 shows an embodiment of an inventive Rotors for use as a wind or water mill and
Figur 12 eine weitere Ausführungsform eines Rotors gemäss der Erfindung zur Verwendung als Windoder Wassermühle.FIG. 12 shows a further embodiment of a rotor according to of the invention for use as a wind or water mill.
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Die äusserst einfache Form des Rotors nach der Erfindung liegt darin begründet, dass sehr kurze (nicht-schlanke) Rotorschaufeln mit einem scharfen Rand verwendet werden, die sich mit einem konstanten Steigungswinkel um die Rotornabe winden. Dabei sind alle Querschnitte einer Rotorschaufel in den zur Nabe senkrechten Ebenen symmetrisch, was bedeutet, dass die Schaufeln in diesen Ebenen nicht nach vorne oder nach hinten geneigt bzw. gekrümmt sind.The extremely simple shape of the rotor according to the invention is due to the fact that very short (non-slender) rotor blades with a sharp edge are used, the wind around the rotor hub with a constant pitch angle. All cross-sections of a rotor blade are in the planes perpendicular to the hub are symmetrical, which means that the blades in these planes are not forward or are inclined or curved backwards.
Fig. 1 zeigt schematisch die Abwicklung eines solchen Rotors mit einer Nabe 1 und einigen auf dieser Nabe angeordneten, in der gezeigten Ausführung rechteckigen Schaufeln 2. Die Nabe hat einen Durchmesser d, und die Aussenränder 3 der Schaufeln 2 liegen auf einem Durchmesser D.Fig. 1 shows schematically the development of such a rotor with a hub 1 and some arranged on this hub, rectangular blades 2 in the embodiment shown. The hub has a diameter d and the outer edges 3 of the blades 2 lie on a diameter D.
Bei der schematisch in Fig. 1 dargestellten Ausführung eines Rotors zeigt es sich, dass auf der Leeseite am Aussenrand 3 jeder Schaufel ein starker, stabiler Wirbel 4 infolge der sich längs des spitzen Randes 3 der Schaufel lösenden und über diese Schaufel hinwegschlagenden Fluidmasse. Diese Fluidmasse hat eine relative Geschwindigkeit U in Bezug auf die Schaufel 2, die sich aus der Umfangsgeschwindigkeit WD des Schaufelrandes und der axialen Geschwindigkeit V des Fluids in Bezug auf den Rotor zusammensetzt. Die dabei schräg an die Luvseite der Schaufel gelangende Fluidmasse erhält von dieser Schaufel einen rückwärts gerichteten Impuls und vollführt zum grössten Teil über den Schaufelrand hinweg einen Überschlag, worauf sich auf der Leeseite ein Wirbel 4 ausbildet. Dieser Wirbel, der in der Strömungsrichtung des Fluids gesehen nahe dem vorderen Ende der Schaufel anfängt, nimmt in Rückwärtsrichtung stetig in Abmessung und Stärke zu, da längs des gesamten Aussenrandes 3 weitere, sich überschlagende Fluidmasse zu der im Wirbel vorhandenen Fluidmasse hinzukommt. Die durchschnittliche Strömungsgeschwindigkeit in Längsrichtung des wachsenden Wirbels, der mehr oder weniger die Form eines Kor-In the embodiment of a rotor shown schematically in FIG. 1, it can be seen that on the leeward side at the outer edge 3 each blade a strong, stable vortex 4 as a result of the dissolving along the pointed edge 3 of the blade and Fluid mass hitting this blade. This fluid mass has a relative velocity U with respect to the blade 2, which results from the peripheral speed WD of the blade edge and the axial velocity V of the fluid with respect to the rotor. The diagonally to the Fluid mass reaching the windward side of the shovel receives a backward impulse from this shovel and executes the For the most part there is a rollover over the edge of the blade, whereupon a vortex 4 forms on the leeward side. This Vortex, which begins near the front end of the blade when viewed in the direction of flow of the fluid, increases in the rearward direction steadily increasing in size and strength, since along the entire outer edge 3 further, overlapping fluid mass is added to the fluid mass present in the vortex. The average flow velocity in the longitudinal direction of the growing eddy, which is more or less the shape of a cor-
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kenziehers annimmt, nimmt ebenfalls von dem vorderen Ende zum hinteren Ende der Schaufeln zu, da der Unterdruck im Kern des Wirbels in dieser Richtung infolge der zunehmenden Zentrifugalwirkung in dem sich vergrössernden Wirbel laufend grosser wird.kenziehers assumes, also increases from the front end to the rear end of the blades, since the negative pressure in the Core of the vortex running in this direction as a result of the increasing centrifugal effect in the expanding vortex gets bigger.
Zwischen den Schaufeln des Rotors bilden sich somit kegelförmig anwachsende, korkenzieherförmige Wirbel, deren Geschwindigkeit immer schneller wird und die längs der gesamten Länge des Rotors Fluid von aussen zwischen die Schaufeln des Rotors saugen und diesem Fluid in Bezug auf den Rotor während der Verschiebung des Fluids mittels des Rotors eine rückwärts gerichtete Geschwindigkeit erteilen.Between the blades of the rotor, conical, corkscrew-shaped vortices and their speed are formed is getting faster and faster and along the entire length of the rotor fluid from the outside between the blades of the rotor and suck this fluid in relation to the rotor during the displacement of the fluid by means of the rotor Give backward speed.
Auf diese Weise wird dem angesaugten Fluid nicht nur eine kinetische Energie in Richtung der Rotordrehachse erteilt, sondern es entsteht auch auf der Luvseite jeder Schaufel ein Überdruck und auf der Leeseite ein Unterdruck, wodurch sowohl eine Vorschubkraft in der Achsenrichtung als auch ein Drehmoment auf die Rotorachse ausgeübt werden.In this way, the sucked fluid is not just kinetic Energy is given in the direction of the rotor axis of rotation, but it also arises on the windward side of each blade Positive pressure and a negative pressure on the leeward side, creating both a feed force in the axial direction and a Torque can be exerted on the rotor axis.
Es hat sich nunemhr gezeigt, dass diese Effekte nur dann sauber über die gesamte Länge der Schaufeln auftreten und sich somit eine optimale Wirkung des Rotors nur dann ergibt, wenn der Schaufelquerschnitt eine bestimmte Form hat und bestimmte Verhältnisse zwischen der Schaufellänge L und grössten Höhe FI der Schaufeln sowie dem Schaufelabstand S χ sinß, wobei ß der Steigungswinkel der Schaufeln ist, sowie ein bestimmtes Verhältnis zwischen der Umfangsgeschwindigkeit O? χ D und der in der Achse in Richtung des Rotors auftretenden relativen Geschwindigkeit V des Fluids gegenüber dem Rotor eingehalten werden.It has now been shown that these effects are only clean occur over the entire length of the blades and thus an optimal effect of the rotor only results when the blade cross-section has a certain shape and certain Relationships between the blade length L and the greatest height FI of the blades and the blade spacing S χ sinß, where ß is the pitch angle of the blades and a certain ratio between the peripheral speed O? χ D and the relative speed V of the fluid occurring in the axis in the direction of the rotor with respect to the rotor are observed will.
Dabei sollen in erster Linie die Schaufeln am Aussenumfang des Rotors spitz zulaufen, um einen hinreichend stabilen Wir-The blades should primarily taper to a point on the outer circumference of the rotor in order to ensure a sufficiently stable effect.
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bei zu erzeugen. Ferner muss die längs des Aussenumfangs der Schaufel gemessene Schaufel länge L mindestens das 1 1/2-fache der grössten Schaufelhöhe H betragen, damit ausreichend starke, korkenzieherförmige Wirbel erzeugt werden können. Ausserdem soll die Schaufelhöhe H nicht allzu viel von dem lotrechtenSchaufelabstand S χ sinß 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 verhältnismässiq wenig Fluidmasse at to generate. Furthermore, along the outer circumference of the Blade length L measured at least 1 1/2 times the greatest blade height H, so that sufficiently strong, corkscrew-shaped vortices can be generated. Besides that the blade height H should not be too much of the perpendicular blade spacing S χ sinß differ. If the distance between the blades is chosen too small, the training will be impaired by eddies between the blades, while if the distance is too great compared to the fluid mass present between the blades, relatively little fluid mass
/una in die korkenzieherförmigen Wirbel gezogen beschleunigt wird./ una drawn into the corkscrew-shaped vortex is accelerated.
Um eine optimale Leistung des Rotors nach der Erfindung sicherzustellen, soll das Verhältnis zwischen der Schaufelhöhe H und dem Abstand zwischen den Schaufeln S χ sinß daher vorzugsweise zwischen 0,5 und 2,5 liegen.In order to ensure optimal performance of the rotor according to the invention, should therefore be the ratio between the blade height H and the distance between the blades S χ sinß preferably are between 0.5 and 2.5.
Die Schaufellänge darf nicht zu klein aber auch nicht zu gross sein,da sonst in der r ela tivam Strömungsrichtung jedes chaufel die 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 Vorschubrotoren, also Rotoren, 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 Vorschubrotoren zwischen ca. 20 und ca. 55 liegen, wobei kleinere Steigungswinkel bis 35 bei sich schnell drehenden Rotoren, z.B. bei Schrauben für Aussenbordmotoren, vorgesehen werden, während die grösseren Steigungswinkel von etwa 30° ab bei sich verhältnissmässig langsam drehenden Rotoren, wie z. B. bei Schiffsschrauben, vorgesehen werden.The blade length must not be too small, but also not too large, as otherwise each blade will die in the relative flow direction partially shields the next following blade. This of course depends on the distance between the blades, the pitch angle the blades and the relative inflow direction together. It can theoretically be shown that the maximum Efficiency with feed rotors, i.e. rotors that move the fluid, with the pitch angle ß of the blades increases and is almost optimal when the slope angle is about 45 °. Therefore, the pitch angles of feed rotors should between approx. 20 and approx. 55, with smaller pitch angles of up to 35 in the case of rapidly rotating rotors, e.g. for screws for outboard motors, while the larger pitch angles of about 30 ° in the case of rotors rotating relatively slowly, such as B. in ship propellers, are provided.
Ferner nimmt das Verhältnis zwischen Querkraft (Druck) undFurthermore, the relationship between shear force (pressure) and
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Längskraft (Reibung) mit zunehmenden relativen Einströmwinkel i in Bezug auf den Aussenrand der Schaufel, also dem Steigungswinkel ß der Schaufel abzüglich des Winkels ^ χ e, an jeder Schaufel in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit V und der Geschwindigkeit ω χ D ab (siehe Fig. 1). Dieser Einströmwinkel darf daher nur etwa 5 bis 10 betragen, um bei einem Rotor zum Versetzen eines Fluids eine optimale Wirkung zu erzielen. Longitudinal force (friction) with increasing relative inflow angle i in relation to the outer edge of the blade, i.e. the pitch angle ß of the blade minus the angle ^ χ e, at each blade as a function of the speed V and the speed ω χ D from (see Fig. 1). This angle of inflow must therefore only be about 5 to 10 in order to achieve an optimal effect in a rotor for moving a fluid.
Bei den vorerwähnten optimalen Werten des Steigungswinkels, des relativen Eintrömwinkels und des Verhältnisses zwischen der Schaufelhöhe und dem Abstand zwischen den Schaufeln ergibt sich, dass die längs des Aussenrandes der Schaufel gemessene Schaufellänge L etwa 1,5 bis 6 χ so gross wie die grösste Schaufelhöhe H für Schiffsschrauben und ähnliche Rotortypen mit einem hinreichend hohen Vor.schubwirkungsgrad ist.With the aforementioned optimal values of the pitch angle, the relative inflow angle and the ratio between the blade height and the distance between the blades results in the measured along the outer edge of the blade Blade length L about 1.5 to 6 χ as large as the largest blade height H for propellers and similar rotor types with a sufficiently high feed efficiency.
Bei Verwendung eines von einem Fluid angetriebenen Rotors, z.B. bei der Verwendung des Rotors als Windmühle, lässt sich theoretisch zeigen, dass dabei der Leistungswirkungsgrad mit abnehmendem Steigungswinkel ß der Schaufeln zunimmt und nahezu optimal ist bei einem Steigungswinkel von etwa 10 . Der Steigungswinkel ß für Windmühlen od.dgl. liegt daher zwischen 5 und 20 , wobei der grössere Steigungswinkel von 10 bis 20 für langsam drehende Rotoren, z.B. beim Antrieb von Pumpen und dgl., und der kleinere Steigungswinkel von 5 bis 10° für schnell drehende Rotoren, z.B. zum Antrieb von Stromgeneratoren, verwendet wird.When using a rotor driven by a fluid, e.g. when using the rotor as a windmill, theoretically show that the power efficiency increases with decreasing pitch angle ß of the blades and almost is optimal at a slope angle of about 10. The pitch angle ß for windmills or the like. is therefore between 5 and 20, with the larger pitch angle of 10 to 20 for slowly turning rotors, e.g. when driving pumps and the like, and the smaller pitch angle of 5 to 10 ° for high-speed rotors, e.g. for driving power generators, is used.
Wenn von den vorerwähnten optimalen Werten des Steigungswinkels, des relativen Einströmwinkels und des Verhältnisses zwischen der Schaufelhöhe und dem Abstand zwischen den Schaufeln ausgegangen wird, wird bei den in Rede stehenden, von einem Fluid angetriebenen Rotoren die längs des Aussenrandes gemes-If of the aforementioned optimal values of the pitch angle, the relative inflow angle and the ratio between the blade height and the distance between the blades is assumed in the case of the one in question Fluid driven rotors which are measured along the outer edge
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sene Schaufellänge L etwa 4 bis 12 mal so gross wie die grösste Schaufelhöhe H sein müssen, um eine hinreichend hohe Leistung erzielen zu können. Its blade length L is about 4 to 12 times as large as the largest Blade height must be H in order to be able to achieve a sufficiently high performance.
Die Figuren 2 und 3 zeigen eine Ausführungsform des Rotors nach der Erfindung, die zum Antreiben eines Fluids, z.B. im Falle einer Schiffsschraube, dient. Der Rotor weist eine Nabe 5 auf, auf der eine Anzahl von Schaufeln 6 schraubenlinienförmig angebracht ist. Fig. 4 zeigt, dass die Schaufel im abgewickelten Zustand mehr oder weniger die Form eines rechteckigen Dreiecks aufweisen kann, dessen Seite 7 der mit der Nabe 5 zu verbindende Rand der Schaufel ist und dessen Seite 8 den äusseren Längsrand der Schaufel bildet.Figures 2 and 3 show an embodiment of the rotor according to the invention, which is used to drive a fluid, for example in the case of a ship's propeller. The rotor has a hub 5 on which a number of blades 6 helically is appropriate. Fig. 4 shows that the blade in the developed state can more or less have the shape of a rectangular triangle, the side 7 of which with the Hub 5 is the edge of the blade to be connected and the side 8 of which forms the outer longitudinal edge of the blade.
Der Aussenrand 8 der Schaufel kann geradlinig verlaufen, wobei die Schaufel insgesamt eine Rechteckform aufweisen kann, 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 dreieckige oder eine pfeil- oder wellenartige Form haben können. In Fig. 6 sind mit vollen bzw. gestrichelten Linien mögliche Querschnitte der Schaufeln in einer zur Rotordrehachse senkrechten Ebene dargestellt. In diesem Zusammenhang ist hervorzuheben, dass der Aussenrand der Schaufel spitzförmig zuläuft und somit beispielsweise messerförmig oder gotisch ausgebildet ist, während der an die Nabe angrenzende Schaufelfuss rechteckig ausgebildet oder mehr oder weniger abgerundet sein kann.The outer edge 8 of the blade can run in a straight line, with the blade can overall have a rectangular shape, or wave-shaped or otherwise curved in a suitable manner run, as is shown by way of example in FIG. 5. From Fig. 5 it can be seen that the blades in the unwound State a rectangular, a triangular or an arrow-shaped or wave-like shape. In FIG. 6, possible cross-sections of the blades are shown with full or dashed lines shown in a plane perpendicular to the rotor axis of rotation. In this context it should be emphasized that the outer edge the shovel tapers to a point and is thus, for example, knife-shaped or Gothic, while the to the Hub adjacent blade root can be rectangular or more or less rounded.
Wie oben ausgeführt, wird im Betrieb bei Drehung des Rotors in Pfeilrichtung A zwischen aufeinanderfolgenden Schaufeln ein Wirbel 4 erzeugt, in dem die Strömung die Richtung des Pfeiles in diesem Wirbel hat. Die Einströmrichtung des Fluids in Bezug auf den Rotor ist mit dem Pfeil B angegeben· In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dassAs stated above, during operation, when the rotor rotates in the direction of arrow A, between successive blades a vortex 4 is generated in which the flow has the direction of the arrow in this vortex. The direction of flow of the fluid in relation to the rotor is indicated by arrow B In this context, it should be noted that
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es im allgemeinen notwendig ist, den Rotor mit mindestens zwei Schaufeln zu versehen.it is generally necessary to provide the rotor with at least two blades.
Die Verwendung der dargestellten 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 the blade shapes shown, in which the height of the blades increases from 0 to a certain value, has the advantage, among other things, 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 Rotors mit 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 a rotor with rectangular blades which, similar to the embodiment according to FIGS. 2 and 3, are particularly suitable for use as Suitable for a ship's propeller or for stirring liquids.
Es hat sich dabei gezeigt, dass, wenn der Rotor als Vorschuborgan eines Schiffes verwendet wird, auch bei Drehung des Rotors in entgegengesetzter Richtung zum Bremsen des Schiffes eine hohe Effektivität erzielt wird,It has been shown that, when the rotor is used as a feed member of a ship, even when the rotor rotates a high level of effectiveness is achieved in the opposite direction to the braking of the ship,
Fig. 8 zeigt die Anordnung eines erfindungsgemässen Rotors in einem abgestuften Gehäuse, das zwei Abschnitte 9 und 10 von rundem Querschnitt aufweist. An dem vorderen Abschnitt 9 kleineren Durchmessers ist eine Zuführleitung 11 und an dem Abschnitt 10 grösseren Durchmessers eine Zufuhrleitung 12 angeschlossen. Durch jede der Leitungen 11 und 12 kann eine bestimmte Flüssigkeit zugeführt werden. Wenn während der Zufuhr der Flüssigkeit der Rotor gedreht wird, werden diese Flüssigkeiten infolge der vom Rotor 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 a rotor according to the invention in a stepped housing which has two sections 9 and 10 of round cross-section. On the front section 9 A feed line 11 is connected with a smaller diameter and a feed line 12 is connected to the section 10 with a larger diameter. A specific liquid can be supplied through each of the lines 11 and 12. If during feeding As the liquid rotates the rotor, these liquids become effective with one another due to the vortex generated by the rotor mixed, so that on the exit side of section 10 in the direction of arrow C a homogeneous mixture of both Liquids are dispensed.
Fig. 9 zeigt eine Konstruktion mit einem Rotor gemäss der Erfindung, die sich besonders gut zum Homogenisieren von Flüssigkeiten mit darin vorhandenen Feststoffen eignet. Aus Fig.9Fig. 9 shows a construction with a rotor according to the invention, which is particularly suitable for homogenizing liquids with solids in them. From Fig. 9
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geht hervor, dass der Rotor in einer in einer Zwischenwand vorhandenen Öffnung 14 angebracht ist, deren Durchmesser in der beabsichtigten Strömungsrichtung der Pfeile D allmählich abnimmt, so dass nahe der Rückseite des Rotors zwischen dem Aussenumfang des Rotors/dessen Durchmesser in der Strömungsrichtung des Pfeiles C allmählich zunimmt, und dem Innenumfang der Öffnung ein verhaltnismassig kleiner Schlitz vorhanden ist.it can be seen that the rotor is in one in an intermediate wall existing opening 14 is attached, the diameter of which in the intended flow direction of the arrows D gradually decreases, so that near the rear of the rotor between the outer circumference of the rotor / its diameter in the flow direction of arrow C gradually increases, and the inner circumference of the opening a relatively small slot is present is.
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 Figure 10 is particularly useful to. Mixing air or gas into a liquid. From Fig. 10 shows that the blades 6 are mounted on a hollow shaft or a hollow hub 5 in this construction.
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 in Höhe des Rotors 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 is for the supply of air or gas can be used in the direction of arrow D, is through holes 16 provided in the blades at the level of the Rotor in connection with the environment. The bores 16 can extend axially (see FIG. 10) and / or radially. It can but also 6 holes in the hub between the blades 17 may be provided.
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 Rotors in der Flüssigkeit erzeugten Wirbel ergeben eine wirksame Mischung von Gas und Luft.The air and / or the gas can pass through the hollow shaft during operation supplied under pressure or sucked in by the negative pressure generated in the shaft during operation. When turning the The vortices created by the rotor in the liquid result in an effective mixture of gas and air.
Der Rotor kann dabei ohne weiteres in einem die Flüssigkeit enthaltenden Kübel od.dgl. angeordnet werden. Gegebenenfalls kann der Rotor von einer Art Venturirohr 18 umgeben sein, das auch in dem die Flüssigkeit enthaltenden Raum untergebracht ist. Dabei liegt die in Vorschubrichtung der Flüssigkeit gesehene Rückseite des Rotors in Höhe des kleinsten Querschnitts des Venturirohrs nach Fig. 10. Ferner ist es möglich, dieThe rotor can easily contain the liquid in one containing bucket or the like. to be ordered. Possibly For example, the rotor can be surrounded by a kind of Venturi tube 18, which is also accommodated in the space containing the liquid is. The rear side of the rotor, seen in the direction of advance of the liquid, lies at the level of the smallest cross section of the Venturi tube according to FIG. 10. It is also possible to use the
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Flüssigkeit durch eine Leitung 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 den Rotor unmittelbar in einen die Flüssigkeit enthaltenden Raum anzuordnen.Liquid through a line 19 to a hub or the shaft surrounding and connected to one end of the Venturi tube 18 Feed housing 20, as indicated by dashed lines in Fig. 10, instead of the rotor directly to be arranged in a space containing the liquid.
Figur 11 zeigt die Anwendung der Erfindung bei einer Windoder Wassermühle. In dieser Ausführungsform sind die Schaufeln 6 an einer Nabe 5 befestigt, die zwischen einem vor der Nabe 5 liegenden stromlinienförmigen Kopf 21 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 1/7 des Aussendurchmessers der Nabe 5. Bei einer Nabe mit einem stromlinienförmigen einstromseitigen Kopf treten um die Nabe herum in einer Schichtstärke von etwa 1/7 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 Fig. 11 auf den Rotor und wird vom fitromlinienkopf 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 Strömungswirkung auftritt. Die Nabe kann z.B. mit einem Elektromotor od.dgl. zum Liefern von Energie gekoppelt sein.FIG. 11 shows the application of the invention to a wind or water mill. In this embodiment, the blades 6 are attached to a hub 5 which is arranged between a streamlined head 21 located in front of the hub 5 and a downstream body 22 located behind the hub 5, which is connected to a support 23. In this embodiment as a windmill or water mill, the greatest height of a blade 6 is preferably about 1/7 of the outer diameter of the hub 5. In the case of a hub with a streamlined head on the upstream side, a layer thickness of about 1/7 of the hub diameter occurs around the hub in particular high speeds, 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 in FIG. 11 onto the rotor and is guided by the flow line head 21 onto the outer circumference of the hub 5. The flowing fluid drives the hub with it. the blades attached thereto, the flow effect explained above occurring. The hub can, for example, with an electric motor or the like. be coupled to deliver energy.
Auch bei einer solchen Wind- oder Wassermühle können anstelle von Schaufeln mit allmählich zunehmender Höhe, wie es in Fig.11 gezeigt ist, 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 gradually increasing height, as shown in Fig. 11 is shown, 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 ra-Of course, the arrangement of the rotor must be made in such a way that the fluid is sufficiently
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dialer Richtung zufliessen kann, um die erforderlichen Wirbel zu erzielen.dialer direction can flow to the necessary eddies to achieve.
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