DE410962C - Schraubenpropeller - Google Patents

Schraubenpropeller

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DE410962C
DE410962C DEG59667D DEG0059667D DE410962C DE 410962 C DE410962 C DE 410962C DE G59667 D DEG59667 D DE G59667D DE G0059667 D DEG0059667 D DE G0059667D DE 410962 C DE410962 C DE 410962C
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GILL PROPELLER Co Ltd
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GILL PROPELLER Co Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63HMARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H1/00Propulsive elements directly acting on water
    • B63H1/02Propulsive elements directly acting on water of rotary type
    • B63H1/12Propulsive elements directly acting on water of rotary type with rotation axis substantially in propulsive direction
    • B63H1/14Propellers
    • B63H1/16Propellers having a shrouding ring attached to blades

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

  • 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.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Schraubenpropeller mit Mantel für Schiffsantrieb oder Flüssigkeitsförderung, dadurch gekennzeichnet, claß Mantel, \Tabe und Schraubenflügel so geformt sind, daß der Flüssigkeitsstrom eine progressiv wachsende Geschwindigkeit erfährt, und zwar in der Weise, daß der Unterschied zwischen den Reziproken der Quadrate von zwei beliebigen Querschnittsflächen proportional dem achsialen Abstand dieser Querschnitte voneinander ist.
  2. 2. Schraubenpropeller nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Steigung der Schaufeln in achsialer Richtung umgekehrt proportional zu der Änderung der O_uadratwurzel der Querschnittsflächen zunimmt.
  3. 3. Schraubenpropeller nach Anspruch i und 2 dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig mit der Änderung der Steigung der Schaufeln in achsialer Richtung sie sich auch in radialer Richtung derart ändert, daß der Achsialschub über die projizierte Schaufelfläche gleichmäßig verteilt wird. 4.. Schraubenpropeller nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß vor und hinter der Triebschaufelung Leitschaufeln je zwischen einer Nabe und einem Mantelring angebracht sind, welche den Flüssigkeitsstrom in derselben Weise beeinflussen wie die Triebschaufelung.
DEG59667D Schraubenpropeller Expired DE410962C (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2934871A1 (de) * 1978-08-30 1980-03-13 Propeller Design Ltd Schiffsschraube
WO2004067377A1 (de) * 2003-01-24 2004-08-12 Lothar Bieschewski Bootsantrieb und verfahren zum herstellen

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