-
Schraubenpropeller. Die Erfindung bezieht sich auf Schraubenpropeller
für Schiffsantrieb oder Flüssigkeitsförderung. Bekannt ist es, Propeller mit einem
Mantel zu .versehen, der an den Spitzen der Propellerschaufeln befestigt ist oder
mit diesen aus einem Stück besteht, wobei der Verlauf der Innenwandung dieses Mantels
düsenartig gestaltet ist, um dem Flüssigkeitsstrom, auf den der Propeller einwirkt,
eine solche Steigerung der Strömungsgeschwindigkeit zu erteilen, wie sie einem gleichmäßig
fortschreitenden Anwachsen des clvnamischen Äquivalentes der Druckhöhe (im späteren
einfach mit »Druckhöhe« bezeichnet) für die Längeneinheit des Mantels entspricht,
d. h. so, daß sich ein konstantes Steigerungsverhältnis im Quadrat der Geschwindigkeit
des Flüssigkeitsstromes pro achsiale Einheit durch den Mantel hindurch ergibt. Aus
praktischen Gründen hat es sich indessen als notwendig erwiesen, Flügel von sich
ändernder Dicke anzuwenden. Diese Änderung in der Flügeldicke ändert die reine Querschnittsfläche
des Flüssigkeitsstromes mit dem Ergebnis, daß ein Mantelpropeller, welcher ohne
Berücksichtigung des Flügelquerschnitts entworfen ist, als Ganzes nicht die Bedingung
erfüllt, daß der Flüssigkeitsstrom während des Durchgangs durch den Mantelpropeller
eine gleichmäßig ansteigende Steigerung der Druckhöhe bekommt.
-
Bei einem Schraubenpropeller gemäß der Erfindung wird die Dicke der
Schaufeln zugleich mit der Form des Mantels und der Propellernabe berücksichtigt,
so daß die für den Flüssigkeitsstrom verfügbare reine Querschnittsfläche sich im
wesentlichen entsprechend dem später dargelegten Gesetz ändert. Die Querschnittsfläche
des Flüssigkeitsstrornes wird an einer Reihe von Ebenen gemessen, welche senkrecht
zur Richtung der resultierenden Flüssigkeitsströmung liegen. In Wirklichkeit werden
die einzelnen Flüssigkeitsteilchen sich längs Spiralbahnen bewegen, d. h. sie bekommen
eine Wirbelbewegung, und jedes Teilchen wird deshalb eine Geschwindigkeitskomponente
in der Umfangsrichtung außer den beiden achsial und radial gerichteten Komponenten
in der senkrecht zur Propellerachse gelegenen Ebene haben. Betrachtet man die Strömung
der ganzen Flüssigkeitssäule, so ist indessen diese Umfangskomponente äquivalent
der gegenseitigen Ortsveränderung der einzelnen Teilchen zueinander, und der Ausdruck
»effektive Flüssigkeitsströmung« bezeichnet die Strömung der ganzen Flüssigkeitssäule
unter Berücksichtigung nur der achsialen und radialen Geschwindigkeitskomponenten
der einzelnen Teilchen.
-
Das Gesetz, welches die Änderung der Ouerschnittsfläche bestimmt,
läßt sich theoretisch in einer Reihe von Formeln entwickeln, welche untereinander
gleichwertig sind. Die notwendige Bedingung ist, daß das Produkt aus der Querschnittsfläche
in irgendeinem Querschnitt und der O_uadratwurzel seines Abstandes von einem bestimmten
Anfangspunkt konstant ist. Die wirkliche Lage des ausgewählten Anfangspunktes zum
Einlaßquerschnitt des Propellers hängt in jedem einzelnen Falle von den gewünschten
Abmessungen der Ein- und Auslaßquerschnitte und der achsialen Mantellänge ab. Diese
Abmessungen richten sich nach praktischen Erwägungen, wie beispielsweise nach der
Wellen-Pferdestärke und Umdrehungsgeschwindigkeit der Anlage, sowie der Form des
Schiffrumpfes, wenn es sich um einen Schiffsantrieb handelt. Die beherrschende Bedingung
für die Änderung der Querschnittsfläche kann auch in gleichwertiger Form unabhängig
von einem Anfangspunkt in folgender Weise ausgedrückt werden, nämlich, daß der Unterschied
zwischen den Reziproken der Quadrate der Ouerschnittsflächen in zwei beliebigen
Querschnitten proportional dem achsialen Abstand zwischen diesen Flächen ist.
-
Der Schraubenpropeller ist in erster Linie zur -Anwendung für seefahrende
Schiffe bestimmt und entsprechend für das Arbeiten in einer tropfbaren Flüssigkeit
zu berechnen. In Anbetracht dessen, daß praktisch solche tropfbaren Flüssigkeiten
als unzusammendrückbar anzunehmen sind, muß die Flüssigkeitsmenge, die durch jeden
Querschnitt innerhalb des Mantels in der Zeiteinheit geht, konstant sein. Mit anderen
Worten, das Produkt aus der Querschnittsfläche und der mittleren Geschwindigkeit
der effektiven Flüssigkeitsströmung über die Ouerschnittsfläche ist konstant. In
diesem Falle wird die obige Bedingung des konstanten Produktes aus Querschnittsfläche
undQuadratwurzel des achsialen
Abstandes gleichwertig der Bedingung,
rlaß das Quadrat der Geschwindigkeit der effektiven Flüssigkeitsströmung in irgendeinem
beliebigen Querschnitt proportional dem achsialen Abstand von dem ausgewählten Anfangspunkt
his zu diesem Querschnitt ist.
-
Diese Bedingungen lassen sich matltentatisch in folgender Weise ausdrücken,
wobei die Gleichungen lediglich für den Fall passen, claß der Propeller in einer
tropfbaren Flüssigkeit arbeitet.
-
Es sei: h das dynamische Äquivalent der Druckhöhe, v die Geschwindigkeit
der effektiven Flüssigkeitsströmung, g die Beschleunigung durch die Schwerkraft,
s der achsiale Abstand vom Anfangspunkt, a die Querschnittsfläche.
-
Dangt wird z äh - <<2 oder h c@. v2.
-
Die Düse, welche den größten Strömungskoeffizienten ergibt, ist so
geformt, daß der Änderungsgrad der dynamischen Druckhöhe auf die achsiale Längseinheit
konstant ist, d. lt. bei welcher
Hieraus 'r'= w .r (z veränderlich wie x). Da die Flüssigkeitsmenge, die jeden pro
Zeiteinheit durchströmt, konstant ist, so folgt, rlaß az@ - konstant und daher lug
Feststellung des Anfangspunktes, von
oder - konstant. dem der .r zu messen ist, in jedem Einzelfalle ist es notwendig,
hei der Einlaßfl;iche a' die achsiale Länge .r vom Ein-1a13 bis zum Auslaß zu bestimmen
sowie die Beschleunigung, die der Flüssigkeit innerhalb erteilt werden soll. Da
a w konstant, bestimmt diese Beschleunigung lie Auslaßfläche a2.
-
Dann wird, wenn _t-1 der achsiale Abstand vom bis zum Einlaßquerschnitt
ist,
Masse Mengeneinheit, und hieraus
Die Schaufeln zeigen vorteilhaft ein achsiales Anwachsen der effektiven wobei der
Grad des Anwachsens umgekehrt zu dem der Äncie ung der Quadratwurzel der Ouerschnittsikiche
ist. Die Schaufeln können linsenförmigen haben, und in Falle liegt die Linie der
effektiven Steigung ungefähr zwischen der Stirnseite und Rückseite Schaufeln. Die
Form des Schraubenpropellers, welche die besten Ergebnisse liefert, ist die, welche
eine im wesentlichen gleichmäßige Verteilung des Schubes über die projizierte Schaufelfläche
ergibt. Das Änderungsverhältnis des Produktes aus Nasse und Geschwindigkeit des
Flüssigkeitsstromes, glas sich in der achsialen Reaktion h-r_w. dem Schub äußert,
wird dargestellt durch die achsial projizierte Flüssigkeitsmasse pro Zeiteinheit
multipliziert mit absoluten ihr erteilten Geschwindigkeit. Dies läßt sich mathematisch
wie folgt ausdrücken.
-
Es sei für irgendeinen senkrecht zu seiner Achse liegenden Querschnitt
des Propellers T der theoretische Schub, herrührend aus der Änderung des des Flüssigheitsder
Stromes, yrt die der Flüssigkeit pro a. die Ouerschnittsfl<iche des Flüssigl;eits-und
Reibungswiderständen w den Stromes, rr die theoretische absolute Geschwindigheit,
die dem Flüssigkeitsstrom durch den stillstehend gedachten Propeller erteilt wird,
P die mittlere effektive Steigung des Schaufelquerschnittes, .t' der achsiale Abstand
des Querschnittes vorn gewählten Anfangspunkt, die Zahl der pro Zeiteinheit (als
konstant angenommen).
-
Dann ergibt sich für den Schub die Gleichung T --zraa.tc
.
enn der Schub in jedem Querschnitt gleichmäßig sein soll und die betrachtete
Flüssigkeit in jedem Querschnitt unter gleichen Bedingungen ankommt, dann ist T
konstant, und weil ebenfalls konstant ist, folgt
Da die Umdrehungsgeschwindigkeit als konstant angenommen wurde und ebenso o -Poa,
so ergibt sich, daß die Steigung P
proportional ti ist.
-
Hieraus folgt
Dies gibt die theoretische Definition Steigungsänderung in hezug auf die Ouerschnittsflaiche
für eine annähernd gleichförmige Belastung der Propellerschaufeln. Die vorstehende
Erklärung berücksichtigt nicht die Beschleunigung die wirkliche Strömungsr ichtung,
welche naturgemäß entsprechend us .sich ändert, oder den Schlupf (Slip) an den Propellerschaufeln
oder andere Faktoren, welche in einzelnen Fällen wechseln. Es können aber auch diese
Faktoren in Rechnung gezogen und entsprechende Berichtigungen v orgenommen
werden,
um eine genau gleichmäßige Schubverteilung zu erhalten.
-
Es ist anzumerken, daß, wenn von der Steigung der Geschwindigkeit,
dem Schub usw. in den vorhergehenden Ausführungen die Rede ist, damit die mittlere
Steigung, mittlere Geschwindigkeit, mittlerer Schub usw. über dem Otterschnitt gemeint
sind.
-
Die Erfindung kann praktisch auf verschiedenem Wege ausgeführt werden.
Eine vorteilhafte Ausführungsform ist die durch einige Beispiele in der Zeichnung
dargestellte.
-
Abb. i ist ein Schnitt durch eine Ausfiihr ungsforin eines Schraubenpropellers,
beispielsweise' für Schiffsantriebe in offenem Wasser.
-
Abb. 2 ist eine Endansicht, vom Austrittsende gesehen.
-
Abb. 3, 4 und 5 sind Querschnitte durch die Schaufeln nach den Linien
3-3, 4-und 5-5 der Abb. i und 2.
-
Abb. 6 zeigt ein Anwendungsbeispiel eines Propellers als achsial beaufschlagter
F5 rderpropeller nicht im freien Wasser, sondern zwischen Leitschaufeln auf der
Eintritts- und der Austrittsseite.
-
Abb. 7 zeigt in der oberen Hälfte eine Ansicht des Propellerrades,
und zwar in der unteren Hälfte links eine Ansicht auf die Leitschaufeln der Austrittsseite
und rechts eine solche auf die der Eintrittsseite.
-
Abb. 8, 9 und io zeigen Querschnitte durch die Propellerschaufeln
und Leitschaufeln nach den Linien 8-8, 9-9 und io-io der Abb. 7.
-
In den Abb. i bis 5 besteht der Propeller aus einer Nabe A, die auf
der Schraubenwelle mit dieser mitumlaufend sitzt und an welcher Schaufeln C angebracht
sind, während ein Mantel auf den Enden der Schaufeln sitzt, wobei -Nabe, Mantel
und Schaufel ein Stück bilden.
-
Die Nabe-4, welche eine Auslaufkuppe B hat, die Schaufel C und der
Mantel D sind so geformt, daß die reine verfügbare Querschnittsfläche für den Flüssigkeitsstrom
innerhalb praktischer Grenzen umgekehrt proportional der Quadratwurzel des achsialen
Abstandes gemessen von einem Anfangspunkt auf der Achse ist, welcher so angenommen
ist, daß die Gleichungen die richtigen Abmessungen für den Propeller ergeben. Die
erforderliche Änderung der Ouerschnittsfläche geschieht einzig und allein durch
die Form der inneren Wandfläche des Mantels für eine vorher entworfene Nabe und
Schaufel, wobei die Form und Dicke der Schaufeln und die Form der Nabe berücksichtigt
wird.
-
In der Regel wird es sich als wirtschaftlich erweisen, die innere
Wandfläche des Mantels entsprechend einem Kegelstumpf durch die ganze achsiale Länge,
welche von den Schaufein eingenommen wird, zu machen, wie dies bei F dargestellt
ist unter Abschrägung der Ränder bei G und G1 nach einem geeigneten Winkel. Die
Schaufel- und Nebenquerschnitte werden dann so gestaltet, daß die resultierenden
reinen Ouerschnittsflächen soweit wie möglich denen einer Düse arge nähert sind,
die innerhalb der durch die Enddurchmesser des Mantels bestimmten Grenzen den größten
Austrittskoeffizienten ergibt. Die Lage der Linie der größten Dicke, die effektiven
Durchdringungsflächen in diesem Querschnitt und in anderen Querschnitten parallel
dazu, und die entsprechenden Durchdringungsflächen der Nabe werden bei der Bestimmung
der genauen Form des Mantels und der Nabe berücksichtigt, so daß die reine verfügbare
Ouer schnittsfläche für den Flüssigkeitsstrom sich nach dem oben entwickelten mathematischen
Gesetz ändert.
-
Die Kettenlinie E, welche in Abb. i links eingezeichnet ist, zeigt,
welches die innere Wandfläche des Mantels sein würde, um die gewünschte Ouerschnittsänderung
zu erhalten für den Fall, daß die Schaufeldicke vernachlässigt würde. Das gesamte
Durchdringungsvoluinen der Schaufeln ist auf diese Weise annähernd gleich dem Volumen,
das zwischen der Fläche F und der durch die Kettenlinie E als Erzeugende erhaltenen
Fläche eingeschlossen ist. Es ist ersichtlich, daß in der Zeichnung die Schrägflächen
G, G1 die Krüminung der Kettenlinie E fortsetzen.
-
Theoretisch würden die O_uerschnittsflächen, wie auseinandergesetzt,
an einer Reihe von Flächen in allen Punkten senkrecht zur Strömungslinie zu bestimmen
sein. Praktisch genügt eine möglichst nahe Annäherung durch Bestimmung der Querschnittsfläche
für eine Reihe von Flächen parallel zu.der Fläche, welche die Eintrittskanten der
Schaufeln bei ihrer Drehung beschreiben. Bei dem dargestellten Beispiel haben die
Schaufeln gerade Eintrittskanten und sind nach hinten abgeschrägt, in welchem Falle
die Flächen, an denen die Querschnittsflächen zu messen sind, eine Reihe von Kegelmänteln
bilden.
-
Die Schaufeln haben linsenförmigen Querschnitt, weil es notwendig
ist, daß sie an ihren Kanten dünn sind, nach der Mitte zu aber genügend stark sein
müssen, um die nötige Widerstandsfähigkeit zu haben. Der dickste Teil jeder Schaufel
braucht nicht in der Mitte ihrer Breite zu liegen, sondern kann meistens bis auf
ein Drittel der Breite, von der Eintrittskante gemessen, vorgerückt sein. 'Eine
gute Schaufelform zeigen die Abb. 3, 4 und 5 für das dargestellte Beispiel, bei
welchem die größte Schaufeldicke näher der Eintrittskante Cl als der Austrittskante
C=
liegt, wobei der Abstand von diesen Kanten o,37 bzw. o,63 der Schaufelbreite ist.
-
Die wirkliche Steigung der Schaufeln nimmt in achsialer Richtung von
der Eintrittskante nach der Austrittskante hin zu unter Zugrundelegung der normalen
Umdrehungsrichtung. Der Grad der achsialen Steigungszunahme der Schaufeln ist umgekehrt
proportional zu dem Grade der Abnahme der Quadratwurzel aus der Ouerschnittsfläche
des Flüssigkeitsstromes, d. h. das Produkt der Quadratwurzel der Ouerschnittsfläche
mit der mittleren Steigung über dem Querschnitt ist konstant. Bei der Berechnung
der Propellerformen muß berücksichtigt werden, daß bei linsenförmigen Schaufeln
die wirkliche Steigungslinie, welche dem gewählten Gesetz entspricht, zwischen der
Stirnfläche und der Rückseite der Schaufeln liegt, wobei sich ihre tatsächliche
Lage nach der Krümmung beider Flächen richtet. Zusätzlich zu der achsialen Steigungzunahine
können die Schaufeln in einigen Fällen auch eine radiale Steigungsänderung bekommen.
In diesem Falle nimmt die effektive Steigung der Schaufeln radial nach außen ab.
Diese Ausbildung hat die Wirkung, die größte Strömungsgeschwindigkeit nahe der Achse
zu erzielen mit dem Ergebnis, daß eine Zerstreuung bzw. Dispersion der schiebenden
Flüssigkeitssäule verhütet wird. Der Grad der radialen Steigungsä nderung ist vorteilhaft
ein solcher, daß die Geschwindigkeitskurve der effektiven Strömung, bezogen auf
den radialen Abstand von der Achse, allmählich von einem Höchstwert nähe der Achse
zu einem Mindestwert nahe dein Mantel abnimmt. Bei wie üblich gebauten Schaufeln
sind die Schäufelwurzeln dicker als die Enden, und dies ergibt von selbst eine kleine
radiale Abnahme der effektiven Steigung. Es kann aber in manchen Fällen vorteilhaft
sein, diese Abnahme schärfer ausgeprägt zu gestalten.
-
In der Regel wird es wünschenswert sein, bei Anwendung der Erfindung
auf Schiffspropeller dem Mantel einen Überhang zu geben, d. h. ihn die Schaufeln
am Auslaßende mehr überragen zu lassen als am Einlaßende. Dies ist aus Abb. i ersichtlich,
wo die Schrägfläche G1 eine größere achsiale Länge als die Schrägfläche G hat. Wenn
dagegen die Erfindung angewendet wird für eine achsial beaufschlagte Förderschraube,
-würde ein solcher Überhang ein Nachteil sein, weil die Leitschaufeln, die hier
am Ein- und Auslaß angewendet werden, so nahe wie möglich an die Schaufelränder
gelegt werden müssen. In diesem Falle ist es vorteilhaft, die Anordnung so zu treffen,
daß der Mantel etwas oder garnicht über die Schaufelkanten ragt. Diese Ausbildung
ist aus den Abb. 6 bis io ersichtlich, die noch im einzelnen beschrieben werden.
In gewissen Fällen kann eine solche Anordnung auch bei Schraubenpropellern von Wert
sein.
-
Die Kanten der Schaufeln können irgendeine gewünschte Umrißform haben.
So- kann die peripheraleProjektion derKanten auf eine achsiale Ebene, d. h. die
Schnittlinie zwischen einer achsialen Ebene und einer durch die Schaufelkante gelegten
Umdrehungsfläche gerade sein und ent«-eder radial oder schräg oder sie kann auch
gekrümmt sein. Im letzteren Falle ist die Krümmung vorteilhaft eine solche, daß
die Schaufelkanten nach der Einlaßseite zu konvex sind. In dem Beispiel der Abb.
i bis 5 sind die Schaufeln geneigt, d. h. ihre Kanten sind solche, daß die peripherale
Projektion auf eine achsiale Ebene gerade ist und von der Einlaßseite nach den Enden
nach rückwärts geneigt, und zwar in einem kleinen Winkel zu einer senkrechten transachsialen
Ebene. Die Kanten liegen auf diese Weise auf der Fläche eines Kegelmantels. Abb.
i zeigt eine peripherale Projektion der Schau-' felkanten auf eine achsiale Ebene
an Stelle einer genauen Ansicht der Kanten, wie sie in einem richtigen Mittelschnitt
erscheinen würde, um die Schaufelkonstruktion klarer erkennen zu lassen. Diese Abbildung
zeigt auf der rechten Seite außerdem einen Schnitt in der Linie der größten Schaufeldicke,
um die Abnahme der Schaufeldicke von der Wurzel bis zur Spitze zu verdeutlichen.
-
Die Projektion der Schaufelkanten auf eine senkrecht zur Achse liegende
Ebene kann ebenfalls gerade und entweder radial oder geneigt sein. Vorteilhaft ist
sie gekrümmt, so daß die Schaufelkanten sichelförmig sind, d. h. konkav gegen die
normale Umdrehungsrichtung, wie aus Abb. 2 ersichtlich, in welcher der Pfeil diese
normale Drehrichtung bezeichnet.
-
Nachdem diese Schaufelform, die im besonderen Falle gewünscht wird,
festgelegt ist, «-erden die genauen Umrisse der Schaufeln; der Nabe und des Mantels
berechnet, so daß die reine, verfügbare Ouerschnittsfläche für den Flüssigkeitsstrom
umgekehrt mit der Quadratwurzel des achsialen Abstandes vorn Änfangspunkt sich ändert.
Dies ist die notwendige Bedingung, um den höchsten Austrittskoeffizienten zu erhalten.
Ein Propeller gemäß der vorliegenden Erfindung ergibt eine wesentliche Steigerung
des Wirkungsgrades sowohl gegenüber mantellosen Propellern als auch gegenüber ummantelten
Propellern, bei denen die Formen der Schaufeln, der Nabe und des Mantels nicht gemäß
diesem besonderen Gesetz entworfen sind.
-
Um die besten Ergebnisse zu erzielen, wurde gefunden, daß das Verhältnis
der achsialen
Länge des Mantels zum Einlaßdurchinesser zwischen
o,ao und o,2j liegen soll. Eine größere achsiale Länge dient nur zur Steigerung
des Reibungswiderstandes für den Durchgang der Flüssigkeit und verringert infolgedessen
den Wirkungsgrad des Propellers, während kürzere Längen eine ungenügende Zuführung
des Flüssigkeitsstromes zur Folge haben. Der Winkel zwischen dem Hauptteil F des
Mantels und der Achse soll zwischen 9 und i3° liegen, wobei der günstigste Wink
el von i i, 25 eine Schräge von i : 5 Steigung ergibt. Der Winkel zwischen der Achse
und der Abschrägung G am Einlaßende soll etwa >2° betragen und derjenige
für die Abschrägung GI am Auslaßende etwa .4°.
-
Die wirklichen Winkel dieser Randabschrägungen G und GI richten sich
nach der Änderung der reinen Querschnittsfläche innerhalb desjenigen Teiles des
schrägen Mantels, der durch die Schaufeln eingenommen wird, und die Randabschrägungen
sollen so sein, daß sie eine Fortsetzung der Kettenlinie F der Abb. i bilden. Theoretisch
müßten diese Flächen gekrümmt sein, um genau dein Gesetz für die Änderung der Querschnittsfläche
zu entsprechen, aber für die Praxis genügt es, sie konisch zu machen, wobei sich
der hierdurch entstehende Fehler als unwesentlich erweist.
-
Es wurde ferner gefunden, claß für die Steigerung der Geschwindigkeit
der effektiven Strömung, welche durch die Mantelschräge dem Flüssigkeitsstrom erteilt
wird, eine Grenze besteht. Beispielsweise wurde gefunden, daß bei einem Propeller,
bei dein die achsialen Längen der Mantelschräge und der Schaufeln in einem gewissen
Verhältnis zu dem Eintrittskantendurchmesser stehen, unter normalen Seegangsbedingungen
die Steigerung der wirklichen Strömungsgeschwindigkeit vom Einlaßende zum Auslaßende
nicht ein Sechstel überschreiten soll. Bei dem dargestellten Beispiel ist die prozentuale
Steigerung 16, iS. Die prozentuale Steigerung über die Länge der Schaufeln ist dann
etwa 11,64.
-
Die Abb.6 bis io veranschaulichen die Anwendung der Erfindung auf
eine achsial beaufschlagte Propellerpumpe. In diesen Abbildungen hat der Propeller
eine Nabe H, die auf der angetriebenen Welle sitzt, Schaufeln J und einen Mantel
K und läuft zwischen zwei Sätzen festangeordneter Leitschaufeln L und M um. Die
Leitschaufeln L auf der Einlaßseite sind an einer Nabe N und einem Düsenring
0 befestigt bzw. mit diesem aus einem Stück, während die Auslaßschaufeln M an einer
Nabe P und einem Düsenring _0 befestigt oder einstöckig ausgebildet sind. Die beiden
Düsenringe 0 und (_) sind durch einen Abstandsring R getrennt, der den Propeller
umgibt. Das Ganze bildet eine achsial beaufschlagte Förderpumpe, die der Flüssigkeitssäule,
auf die sie einwirkt, eine gleichmäßig zunehmende Strömungsdruckhöhe erteilen soll.
-
Die Gestaltung des Propellers dieser Pumpe ist im allgemeinen entsprechend
der des Schraubenpropellers der Abb: i bis 5. Die reine für den Flüssigkeitsstrom
verfügbare Querschnittsfläche ändert sich umgekehrt mit der Quadratwurzel des achsialen
Abstandes, gemessen von einem beliebig gewählten Anfangspunkt. Die mittlere Steigung
der Schaufeln wächst in achsialer Richtung und ist umgekehrt proportional der Quadratwurzel
der Ouerschnittsfläche. Die wirkliche Steigung nimmt vorteilhaft in dei radialen
Richtung von der Nabe nach den Schaufelenden zu ab.
-
Obgleich gekrümmte Schaufelkanten bzw. solche mit Überhang gebraucht
«erden können, ist es im allgemeinen vorteilhaft, solche Schaufeln mit radialen
geraden Kanten zu wählen, wie Abb. 6 zeigt. Die Schaufelkanten, projiziert auf eine
transachsiale Ebene, sind vorteilhaft sichelförmig, und zwar nach der normalen Drehungsrichtung
konkav; sie könnten auch gerade sein und entweder radial oder gewünschtenfalls nicht
durch die Achse gehend. Da es wichtig ist, daß die Kantete der Leitschaufeln Mund
L dicht an den Kanten der Propellerschaufeln J zu liegen kommen, überdeckt der schräge
Mantel K die Schaufeln des Propellers nicht, d. h. er ragt nicht achsial über die
Schaufelenden hervor, so daß sich die Schaufeln achsial über die gesamte Mantellänge
erstrecken. Die Anzahl der Schaufeln kann wechseln, in der dargestellten Ausführungsform
sind drei Schaufeln gebraucht, und der Winkel, den jede Schaufel mit der Achse bildet,
ist hier erheblich größer als in dem Falle des Schraubenpropellers der Abb. i bis
5. Es hat sich ergeben, daß vorteilhaft die Schaufelkanten sich nicht gegenseitig
überdecken sollen. Die Schaufeln haben andererseits linsenförmigen Querschnitt,
und die Linie der größten Dicke bei S' in Abb. 7 ist näher in die Mitte der Schaufelbreite
gerückt als bei der Ausführungsform der Abb. i bis 5.
-
Abb.6 zeigt rechts einen Längsschnitt durch die Schaufeln nach der
Linie SI der größten Dicke. Dieser Schnitt läßt die Abnahme der Schaufeldicke von
der Wurzel bis zur Spitze erkennen. Die Änderung der Schaufeldicke in der Ouer r
ichtung ergibt sich aus den Abb. ä, 9 und io, wobei die Kettenlinie in jeder dieserAbbildungen
durch den Punkt der größten Dicke gelegt ist.
-
Die Flächen der :Taben N und P des Ein-und
Auslaßkranzes
sind so geformt, daß sie die Fortsetzungen der Fläche der Propellernabe H bilden,
und in ähnlicher Weise setzen die Innenflächen der Düsenringe 0 und 0 die Innenfläche
des Propellermantels K fort. Diese Naben und Düsenringe in Verbindung mit den Leitschaufeln
L und 111 sind wiederum so geformt, daß die reine, für den Flüssigkeitsstrom verfügbare
Querschnittsfläche sowohl bei den Leitschaufeln wie den Propellerschaufeln sich
in der Weise ändert, daß sie im wesentlichen umgekehrt proportional zur Quadratwurzel
des achsialen Abstandes, gemessen von einem gewählten Anfangspunkt, ist. Die Einlaßleitschaufeln
L sind nach dem dargestelltenBeispiel gerade radialeSchaufeln mit parallelen Flächen.
Erforderlichenfalls können sie auch eine andere Form haben. Diese Schaufeln dienen
dazu, die Flüssigkeit in achsialer Richtung dem Propeller zuzuführen. Die Zahl dieser
Einlaßleitschaufeln kann beliebig sein, vorteilhaft ist aber die Anzahl nicht die
gleiche wie die der Propellerschaufeln und beträgt nach dem gewählten Beispiel fünf.
Die Schaufeln L erstrecken sich über die ganze achsiale Länge des Düsenringes 0.
-
Die Auslaßschaufeln 11 haben vorteilhaft gekrümmte Flächen. Die Neigung
der Flächen nahe der Eintrittskante, d. h. der an den Propeller anstoßenden Kanten,
ist annähernd parallel zur Strömungsrichtung der Flüssigkeitsteilchen, wenn diese
die Propellerschaufeln verlassen, während die Schaufelfläche an den Austrittskanten
parallel zur Achse ist. Andere Schaufelformen können für bestimmte Betriebsbedingungen
benutzt werden. Bei dem dargestellten Beispiel ist die Eintrittskantensteigung dieser
Austrittsleitschaufeln annähernd doppelt so groß wie die der Propellerschaufeln.
Diese Schaufeln :1Z dienen dazu, den aus dem Propeller austretenden Flüssigkeitsstrom
in die achsiale Richtung zurückzuführen. Der Querschnitt der Schaufeln 1I ist vorteilhaft
linsenförmig, mit der Linie der größten Dicke näher der Eintrittskante als der Austrittskante.
Dies ergibt sich aus den Abb. ß, 9 und io, wo die Kettenlinien durch den Punkt der
größten Dicke gelegt sind. Die Zahl der Austrittsleitschaufeln lI ist ebenfalls
vorteilhaft nicht die gleiche wie die der Propellerschaufeln. Nach dem gewählten
Beispiel beträgt sie vier. Die Schaufeln 1I erstrecken sich ebenfalls über die ganze
Länge ihres Düsenringes 0.
-
Der Propellermantel, sei es für einen Antriebspropeller (Abb. i bis
j), sei es für einen Pumpenpropeller (Abb. 6 bis io), kann durchgehend und mit den
Schaufeln verbunden 6o oder mit ihnen aus einem Stück sein, oder aber er kann auch
aus Abschnitten zusam.-mengesetzt sein, wobei jeder Abschnitt durch eine gekrümmte
Platte gebildet wird, die mit dem Schaufelrad verbunden ist oder aus 65 einem Stück
mit diesem besteht.
-
Der Propeller oder die achsial beaufschlagte Propellerpumpe kann so
wie beschrieben als Einzelpropeller mit oder ohne Leitschaufeln Verwendung finden,
oder aber es 70 können gegebenenfalls auch zwei Gruppen von Schaufeln auf derselben
Nabe innerhalb desselben Mantels angeordnet sein, wenn dies wünschenswert erscheint.
Ferner ist die Erfindung auch auf die bekannte Anordnung an- 75 «-endbar, , bei
welcher zwei ummantelte Propeller gleichachsig, aber mit umgekehrter Drehungsrichtung
hintereinandergeschaltet sind, in welchem Falle die Innenumrißflächen der beiden
Mäntel praktisch kontinuierlich so verlaufen.