DK166862B1 - Blandeapparat - Google Patents

Description

DK 166862 B1

Opfindelsen angår et blandeapparat og især et apparat til blanding af flydende medier og flydende suspensionsmedier, der kan indeholde faste stoffer og gasser, og som befinder sig i en beholder, såsom en blandetank.

5 Traditionelle blandeapparater har en propel støbt af metal, der er fastgjort til en aksel ved f.eks. en feder/not-samling, se DE-PS nr. 697617. Sådanne apparater har visse begrænsninger bl.a. hvad angår korrosionsmodstand og maksimal rotationshastighed.

10 Det er det overordnene formål med opfindelsen at anvise et blandeapparat til kommercielle og industrielle anvendelser, såsom kemiske processer, hvor blanding af væsker, blanding af faste suspensioner, emulgering, luftning og andre industrielle og kommercielle blandeoperationer udføres, og hvor blandeap-15 paratet i tanken benytter en propel, der er fremstillet af kompositmateriale af fiber og plast, et såkaldt fiberarmeret plast (FRP).

Selv om der er blevet fremstillet forskellige artikler, såsom rør, bådskrog, tanke og flypropeller af fiberarmeret plast for 20 herved at drage nytte af disse materialers lette vægt og kemiske modstandsdygtighed, er der endnu ikke til kommersielle og industrielle anvendelsesformål blevet anvist praktisk anvendelige og effektive blandeapparater, som drager nytte af kom-positmaterialernes ønskelige egenskaber. Kompositmaterialer 25 har ikke strukturelle egenskaber, som kan underkastes reaktionskræfterne på blandepropelaggregater. Eksempelvis indtager kompositmaterialer en fejltilstand, når de overbelastes. En overbelastning kan fremkomme ved koncentrerede punktbelastninger. Ved metaller (der er det almindelige materiale til pro-30 peller) resulterer sådanne punktbelastninger i lokal deformationshærdning. Kompositmaterialer reagerer ikke over for en punktbelastninq ved at blive hårde, men fejler.

Problemet er ifølge opfindelsen blevet angrebet på flere, DK 166862 B1 2 hinanden komplementerende måder. Det har vist sig, at ved bestemte udformninger af propelbladene og ved benyttelsen af bestemte nav- og aksel-udformninger og organer til at forbinde propellen med akselen vil reaktionsbelastningerne på propellen 5 blive fordelt til akselen på en sådan måde, at spændingskoncentrationer, der kan initiere fejl, undgås. Det har også vist sig, at strømfeltet kan gøres i hovedsagen aksialt, og strømhvirvlerne ved spidsen reduceres kraftigt, hvilket giver en højere pumpevirkning, ved benyttelsen af en passende bladud-10 formning og ved at benytte særlige små vinger på bladene. Ved det nyudviklede propelaggregat og på grund af anbringelsen af det fibrøse materiale, som danner kernen i kompositmaterialet, forøges propelaggregatets styrke og stivhed væsentligt. Tilsammen muliggør de forbedrede strukturelle karakteristika, de 15 strømstyrende karakteristika og de strukturelle egenskaber fremkaldt af udformningen af fiberkernen en tilfredsstillende implementering af et kommercielt og industrielt blandeapparat fremstillet af kompositmateriale af fiber og plast. Blandeapparat et kan da drage nytte af sådanne materialers egenskaber, 20 såsom deres lave vægt, hvorved propellen kan rotere med højere hastighed eller alternativt ved samme hastighed have en væsentligt længere aksel end med en metalaksel og metalpropel uden at komme op på akselens kritiske hastighed. Blandepro-cessen kan derfor gennemføres på kortere tid og med større 25 effektivitet end ved en metalpropel med samme kapacitet, hvorved behandlingsomkostningerne reduceres.

Foreliggende opfindelse tilvejebringer et apparat til blanding af en væske eller en flydende suspension omfattende en beholder, en drejelig aksel, der strækker sig ned i beholderen og 30 en på akselen monteret propel med et antal blade med bæreplanform og således på modstående sider har en højtryks- og en lavtryksoverflade. Det nye og ejendommelige ved dette apparat er ifølge opfindelsen, at tykkelsen, vridningen (kortevinklen målt mellem korden og et korden skærende plan vinkelret på 35 akselen) og bredden af propellens bæreplansformede blade aftager fra foden mod spidsen over en væsentlig del af bladlæng- 3 DK 166862 B1 den, at der for hvert blad er tilvejebragt en separat navsektion, og at der mellem hver navsektion og et monteringsområde på akselen er tilvejebragt drejningsmoment- og aksial-kraftoverføringsorganer, og at propellen og fortrinsvis også 5 akselen er dannet af et komposittnateriale af fiber og plast, som muliggjort af apparatets ovennævnte opbygning.

Propellen kan have en til brug ved industrielle og kommercielle blandeprocesser passende diameter. Bladene har en stivhed, der vokser fra spidserne mod foden for at modvirke udbøj -10 ningen på grund af mediets reaktionskræfter mod bladene, når propellen roterer. Det foretrækkes, at bladene har bæreplanform med konveksiter (eng.: camber) og vridning (geometrisk kordevinkel) og en tykkelse, der sammen med den geometriske vinkel aftager over en væsentlig del af bladene i radial ret-15 ning mod disses spidser. Navet er anbragt på et monteringsområde af akselen. Der forefindes et organ til at forbinde navet med akselen og fastlåse navet til akselen under overvindelse af aksialkraften i akselens akseretning og vridningsmomentet eller drejningsmomentet i akselens periferiretning, samtidig 20 med at aksialkraften og vridningsmomentet fordeles over monteringsområdet på en sådan måde, at der undgås spændingskoncentrationer, som kan bevirke, at kompositmaterialet fejler. Med henblik på at styre strømfeltet har bladene, der på modstående sider har en højtryks- og en lavtryksoverflade, små vinger, 25 som i deres helhed strækker sig op over lavtryksoverfladen. Disse små vinger styrer strømfeltet således, at tilløbsstrømmen til propellen i blandebeholderen i hovedsagen er aksial og derfor fremkalder reaktionsbelastninger, som i hovedsagen er jævnt fordelt over propellens blade. De små vinger modvirker 30 også hvirvelstrømme ved spidserne, hvilket reducerer energitabet ved pumpning af væsken.

De foregående og yderligere formål, træk og fordele ved opfindelsen fremgår nedenfor, hvor opfindelsen forklares nærmere under henvisning til tegningen, og hvor 4 DK 166862 Bl fig. 1 viser set i perspektiv en udførelsesform for blande-apparatet omfattende en tank, der er delvis gennemskåret for at vise en til apparatet hørende propel og en del af en til apparatet hørende aksel, 5 fig. 1A i perspektiv et blad hørende til den i fig. 1 viste propel, fig. 2 en sektion af propellen omfattende bladet, navet og en lille vinge set bagfra, dvs. set i retning mod bladets bageste kant, 10 fig. 3 det i fig. 2 viste blad set ovenfra, fig. 2A den i fig. 2 og 3 viste navsektion set fra højre i fig. 2, fig. 3A i større målestok et delsnit efter linien 3A-3A i fig.

2A, 15 fig. 4 set fra siden propelnavet med tilhørende blade monteret på akselen, fig. 5 et snit efter linien 5-5 i fig. 4, fig. 4Ά og 5A henholdsvis et lodret delsnit og et snit efter linien 5A-5A i fig. 4A gennem en anden udførelsesform for 20 opfindelsen, og hvoraf organer til at forbinde propellen med akselen fremgår, fig. 6 et delsnit gennem den i fig. 2 og 3 viste propels spidsdel og vinge, idet snittet er taget efter linien 6-6 i fig. 3, 25 fig. 7 den i fig. 2 og 3 viste propelsektion set efter ret ningen 7-7 i fig. 2, 5 DK 166862 B1 fig. 8 den i fig. 1 viste aksel set fra siden, fig. 9 set ovenfra en navring, som udgør en del af organet til monterinq af navet på akselen, fig. 10 et snit efter linien 10-10 i fig. 9, 5 fig. 11 for en anden udførelsesform for opfindelsen et delsnit gennem en del af akselen og et område af denne, hvor propellen kan monteres, fig. 12,13 og 14 kurver, der illustrerer de for tiden foretrukne variationer af tykkelsen, bredden og bladenes vridning 10 for den propel, der er vist i fig. 1, la, 2 og 3.

Fig. 1 viser en beholder, som kan være en tank 10 med sidevægge 11 og en bund 16. Tanken kan i toppen være åben eller lukket . Tanken er fyldt med en væske eller et flydende suspensionsmedium afhængig af den blandeproces, der skal udføres.

15 Blandingen af mediet i tanken gennemføres ved hjælp af et propelaggregat 18. Dette aggregat omfatter en aksel 10, som drives ved hjælp af en passende motor gennem en transmission (et gear) , således at akselens 20 rotationshastighed kan indstilles eller styres i afhængighed af blandeprocessen. Akselen 20 har et ophøjet monteringsområde 22, på hvilket en propel 24 er samlet og monteret. Propellen har tre blade 26,28 og 30 og et nav 32, som forbinder og fastlåser bladene til akselens 20 monteringsområde 22. Navet har tre sektioner 34,35 og 36, dvs. en sektion for hvert blad. To af disse sektioner 34 og 36 er 25 vist i fig. 1. Navringe 38 og 41 er i gevindindgreb med nav-sektionerne og klemmer disse mod akselens 20 monteringsområde 22. For enden af bladenes spidser er der små vinger 40,42 og 44.

Akselen 20, dennes monteringsområde 22, propellen 24 indbefat-30 tende bladene 26,28 og 30, navet 32 og de små vinger 40,42 og 44 er alle fremstillet af en blanding af fiber og plast, dvs.

DK 166862 B1 6 et såkaldt fiberarmeret plast (FRP). Propellen 24 og det ophøjede monteringsområde 22 kan fremstilles ved pressestøbning eller sprøjtepresning. Ved at benytte FRP opnås i forhold til almindelige propelaggregater, der er fremstillet af metal, en 5 væsentlig vægtreduktion. Den lavere vægt tillader højere hastigheder af aggregatet 18, inden den kritiske hastighed nås, hvorved det er muligt at benytte et gear eller en anden transmission med højere hastighed og lavere drejningsmoment (lettere og billigere) . Letvægtsakselen og -propellen gør det 10 muligt at benytte større aksellængder, hvilket er en væsentlig fordel ved store tanke og andre beholdere.

Alle disse fordele opnås ved en konstruktion ifølge opfindelsen, som gør det muligt at benytte kompositmaterialer til trods for disses strukturelle egenskaber. Selv om disse mate-15 rialers trækstyrke og (kemiske) korrosionsmodstand er høj og sammenlignelig med eller endog i visse henseende bedre end metallers tilsvarende egenskaber, er deres strukturelle stivhed lav. De bliver også udsat for accelererede kemiske angreb og forskellige fejlmåder, når de bliver overbelastet, især med 20 lokale belastninger. En sådan overbelastning fremkalder i lokale områder spændingskoncentrationer, som breder sig og derved fremkalder et brud eller en fejl.

Belastningen af propelaggregatet 18 styres ifølge opfindelsen ved hjælp af bladenes 26,28 og 30 form, formen af navet, som 25 fordeler reaktionskræfterne til akselen, akselens udvidede monteringsområde 22 og den indre strukturelle opbygning af bladene, navet, de små vinger, akselen og akselens monterings-område. De små vinger 40,42 og 44 hjælper med til at styre strømfeltet.

30 Et typisk blad 28 er vist i fig. la, 2, 2A og 3. Bladet 28 strækker sig fra sin fod 46 ved navsektionen 36 frem til sin spids 48 (se også fig. 6). Bladet har en forreste kant 50 og en bageste kant 52. En linie 54, der strækker sig radialt ud fra akselens center 56, udgør bladets akse, hvor reaktions- 7 DK 166862 B1 kraften på bladet i hovedsagen befinder sig, når propellen roterer. Denne linie befinder sig målt langs korden (linien 58 mellem skæringen mellem middellinien gennem bladets tværsnit og den forreste og bageste kant 50 og 52 (se fig. 2A)) 40% af 5 kordelænqden fra den forreste kant 50 og 60% af kordelængden fra den bageste kant 52. Middellinien gennem bladet er vist ved hjælp af henvisningstallet 60 i fig. 2A.

Bladet 28 er et bæreplan eller vinge med konstant konveksitet (eng.: camber). Bredden af bladet (afstanden mellem den bage-10 ste og den forreste kant målt langs korden) aftager fra foden 46 til spidsen 48 over en væsentlig del af bladet, hvilket er den i fig. 3 viste del mellem foddelen 60, der ender i en afstand, der er lig med X/D = 0,2, regnet langs bladaksen 54, og begyndelsen af spidsdelen 62, som begynder i en afstand, 15 der er lig med X/D = 0,45, regnet langs bladaksen 54. Denne væsentlige del har henvisningstallet 64. I det foregående udtryk X/D er D to gange afstanden mellem den lille vinges 40 middellinie 68 til aksens center 56 målt langs bladaksen. Afstanden X afhænger af propellens diameter D. Propellen iføl-20 ge opfindelsen kan have forskellige størrelser, således at den er tilpasset efter forskellige industrielle og kommercielle anvendelser. F.eks. kan propellen have diametre fra 61 til 305 cm. Bladet 26 har endvidere en vridning, som kan måles som vinklen mellem korden 58 og et plan vinkelret på akselens 25 akse. Vridningen er i hovedsagen konstant over foddelen 60 og over spidsdelen 62. Vridningen aftager i retning fra foden mod spidsen (udad i forhold til propelbladet) over hele den væsentlige del 64.

Fig. 12, 13 og 14 viser foretrukne variationer i henholdsvis 30 tykkelse, bredde og vridning. Som det fremgår er der ingen brat ændring mellem foddelen 60 og den væsentlige mellemliggende del 64 og mellem den mellemliggende del 64 og spidsdelen 62, hvorved der tilvejebringes en glat overflade. Tykkelsesvariationen forløber i bagudgående retning ind i foddelen, 35 hvor X/D tilnærmelsesvis er lig med 0,1. Bladets tykkelse DK 166862 B1 8 varierer over den væsentlige del fra T/D (tykkelsesforholdet) = 3,2% nær ved navet og ned til T/D = 1, 26% ved spidsen. I forholdet T/D er T tykkelsen og D diameteren af propellen. Tilsvarende begynder breddevariationen ved i hovedsagen X/D = 5 0,15. Bladets bredde varierer udtrykt ved forholdet mellem kordelængden og propellens diameter (C/D) fra 15,5% nær navet og ned til 9,5% ved spidsen. Det fremgår endvidere, at vridningen varierer i hovedsagen 13% over den væsentlige mellemliggende del 64. For en familie af propeller kan fordelingen 10 af bladvinklen og korde-længdeforholdet i hovedsagen være den samme for forskellige diametre af propellerne. Bladtykkelses-forholdet kan tilpasses i afhængighed af belastningerne og den tilladelige udbøjning. Tykkelsesforholdet kan i meget ekstreme tilfælde forøges med en faktor 2, eksempelvis ved propeller 15 med meget stor diameter.

Det skal bemærkes, at bladets forreste kant 50 forløber let bagover (i hovedsagen 4,5°) over den væsentlige mellemliggende del 64 og spidsdelen 62, medens den over foddelen 60 i hovedsagen er parallel med bladaksen 54. Den bageste kant 52 for-20 løber fremad over den væsentlige mellemliggende del 64 og forløber let bagud (4,5 i forhold til bladaksen 54) over spidsdelen 62. Det bagudgående forløb bevirker, at bladaksen forbliver i 40% og 60% positionen som vist i fig. 3. Den bageste kant er over foddelen 60 i hovedsagen parallel med bladak-25 sen 54.

Denne strukturelle udformning tilvejebringer en forøget stivhed af bladet mellem spidsen 48 og foden 46. Denne forøgede stivhed fremmer modstandsdygtigheden over for udbøj ning fremkaldt af reaktionskræfter. Kompositmaterialets stivhed kan 30 ligge i området fra 3 til 15% (typisk 6,7%) af ståls stivhed (en elasticitetsmodul på 210.000 N/mm2 for stål sammenlignet med 14.000 N/mm2 for kompositmaterialer) . Udformningen er således væsentlig med henblik på at tilvejebringe stiv-hedskarakteristika, som fremmer fordelingen af reak-35 tionskræfterne og minimere lokale spændingskoncentrationer 9 DK 166862 B1 over bladets længde og især ved overgangen mellem navet og bladet.

Stivheden af bladet 28 forbedres også ved hjælp af dettes indre opbygning. Bladet 28 og dettes navsektion 36 er støbt 5 som en integreret enhed, fortrinsvis ved pressestøbning eller sprøjtepresning. Ved sprøjtepresning konstrueres der et formværktøj, der har en form svarende til bladet 28 og dettes navsektion 36. Formværktøjet har to formparter. I en af disse formparter oplægges der på bunden en dækmåtte af sammen-10 filtrede glasfibertråde. Sådanne dækmåtter er tynde og er kommercielt tilgængelige. På dækmåtten anbringes der dernæst en måtte indeholdende overskårne glasfibertråde eller glas-fiberrovings, som er vævet til en måtte. Denne eller en tilsvarende opbygning udgør korrosionsbarrieren. Dernæst lægges 15 der et antal strukturelle lag, f.eks. tre lag, der består af i hovedsagen uniaksiale kontinuerlige glasfibertråde, således at trådene forløber radialt langs med bladaksen 54. Måtterne og de uniaksiale lag strækker sig ud over bladets foddel og er herefter foldet i retning mod den ene ende af navsektionen.

20 Yderligere et antal uniaksiale glasfiberlag lægges, og disse foldes mod den modsatte ende af navsektionen. For at oprethol de forbindelse mellem den anden gruppe uniaksiale lag og for at forhindre disse i af bevæge sig, når harpiksen sprøjtes ind i formværktøjet, indlægges der et antal lag, som kan være 25 biaksiale lag eller væv af et fibrøst materiale, for at udfylde de områder af bladene som har stor tykkelse, og for at fylde formværktøjet i det område, som vil danne navsektionen.

De uniaksiale lag, som foldes opad og nedad mod modsat hinanden liggende ender af navsektionen, dækkes med yderligere 30 måtter og en dækmåtte.

Plader, som indeholder uniaksiale eller biaksiale fibre, er ligesom dækmåtterne og andre måtter kommercielt tilgængelige. Pladerne eller måtterne udskæres til en passende størrelse og indlægges i formværktøjet. Formværktøjet lukkes og opvarmes 35 herefter. Dernæst indsprøjtes en termohærdende harpiks. Denne DK 166862 B1 10 harpiks kan være epoxy, polyester eller fortrinsvis en vinyl-esterharpiks med passende additiver (katalysatorer). Sådanne harpikser kan leveres af The Dow Chemical Company, Midland, Michigan (Derakane®, vinylesterharpikser) eller af andre. De 5 fibrøse materialelag tilvejebringer både en korrosionsbarriere og en strukturel stivhed og styrke i bladet og navsektionen.

Den resulterende sammensatte struktur og opbygning af bladet og dettes nav er en stiv struktur, som kan bøje let ud under belastning, men som ikke bøjer så meget ud, at der opstår 10 store spændingskoncentrationer. Strukturen er tilstrækkelig stiv, når bladets udbøjning er mindre end 1% af propellens diameter ved den tilsigtede belastning. Propellens struktur kan tilvejebringes ved benyttelsen af en pressestøbeproces.

Den her i detaljer beskrevne proces og konstruktion foretræk-15 kes for tiden.

Hvert af navets 36 navsektioner optager omkring akselens monteringsområde et cirkeludsnit, som fortrinsvis er lidt mindre end 120°, f.eks. 118°. Det er klart, at bladene kan være bredere eller smallere end vist på tegningen, dvs. optage mere 20 eller mindre af navsektionen. I det tilfælde, hvor bladet er bredere ved foden, kan det forløbe let skråt indad for at komme i berøring med dets navsektion og for at gå fri af det ved siden af liggende blads kant.

Bladene har en lavtryksoverflade, som udgøres af den øvre 25 overflade, og som set i tværsnit er krummet konvekst udad. Bladene har også en højtryksoverflade, som ligger modsat lavtryksoverfladen. Væsken eller den flydende suspension må bevæge sig et længere stykke hen over lavtryksoverfladen end hen over højtryksoverfladen, hvorved der tilvejebringes løfte- og 30 pumpekræfter i mediet. Bladene pumper, når de er monteret som vist i fig. 1, nedad, hvorved der fremkaldes en aksial strøm i retning mod tankens 10 bund 16. Højtryksoverfladen er vist ved hjælp af henvisningstallet 70 i fig. 2A og ved hjælp af henvisningstallet 72 i fig. 7. Lavtryksoverfladen er vist ved 35 hjælp af henvisningstallet 74 i fig. 2A og henvisningstallet 11 DK 166862 B1 76 i fig. 7. Det skal bemærkes, at fig. 2A viser projektionen af tværsnittet af bladets fod 46, medens fig. 7 viser projektionen af tværsnittet af bladets spids. Hovedkræfterne på propellen, når denne roterer, danner en vinkel på 20 til 30 5 med akselens akse og virker i retning mod den lille vinge. Disse kræfter opløses i en aksialkraftkomponent (der virker i retning af at løfte propellen)og en vridningsmomentkomponent. Styringen af nævnte strøm og frembringelsen af en forbedret drifteffektivitet har vist sig at afhænge kritisk af pla-10 ceringen af de små vinger i forhold til bladenes trykoverflader. Dette vil blive beskrevet herunder.

Ved beskrivelsen af navet henvises der til fig. 2, 2A, 3, 4 og 5. Der forefindes tre navsektioner 34,35 og 36, som er forbundet med og fastlåst til akselens monteringsområde 22. Hver 15 sektion har en central del 80, som udgør et udsnit af en hul cylinder. Sektionen har en indre overflade 82 og en ydre overflade, hvortil bladets fod 46 er tilsluttet. For fastlåsning af navsektionen til akselens monteringsområde 22 over for både vridningsmoment og aksialkraft fremkaldt af reak-20 tionsbelastningen på bladene og for at overføre aksialbelast-ningen og vridningsmomentet til akselens monteringsområde forefindes der områder, der strækker sig udad fra den indre overflade i både aksial og rundtgående retning. Disse områder på navsektionerne udgøres af fedre 84 og 86. Disse fedre har 25 et halvcirkelformet tværsnit for herved at forhindre påtrykningen af punktbelastninger og overbelastning af federne eller den del af navet, hvorfra de rager ud. De aksiale eller vertikale fedre 84 optager vridningsmomentbelastningerne, og de betegnes vridningsmomentfedre. De horisontale eller rundtgåen-30 de fedre 86 optager de aksiale belastninger og betegnes ak-sialkraftfedre.

Det forstørrede billede i fig. 3A viser disse fedres 84 og 86 tværsnit. Vridningsmomentfedrene er, som det fremgår af fig.

4, centreret omkring bladaksen 54. Aksialkraftfedrene 86 er 35 beliggende oven over bladaksen og fortrinsvis oven over bla- DK 166862 B1 12 dets lavtryksoverflade. Aksialkraftfedrene 86 er beliggende nær ved navenes øvre ende. Når navsektionerne er forbundet med hinanden, ligger aksialkraftfedrene 84 langs den samme cirkel omkring navsektionernes indre overflade 82. Da aksialkraft-5 fedrene er beliggende oven over bladaksen, vil reaktionskraften forsøge at presse federen ind i stedet for ud af den not på monteringsområdet, hvormed den samvirker. Fedrene fordeler reaktionsbelastningerne ud over monteringsområdet 22.

Monteringsområdet 22 har, som det fremgår af fig. 1 og fig. 8, 10 et antal aksiale områder i form af spor, som udgør vridnings-momentoptagende noter 90. Monteringsområdet har en eller flere i aksial retning med indbyrdes afstand anbragte områder i form af spor, som udgør aksialkraftoptagende notgange 92 og 94. Benyttelsen af et antal aksialkraftnotgange gør det muligt at 15 anbringe propellen 24 i forskellige afstande fra bunden af tanken 16 (fig. 1) . Såfremt det er nødvendigt med større fleksibilitet i anbringelsen af propellen, kan monteringsområdet 22 forøges, og der kan benyttes yderligere aksialkraftnoter.

Det fremgår endvidere, at ved at navsektionerne kan fjernes og 20 udskiftes med andre sektioner, kan propellen udskiftes uden at udskifte akselen 20. Der kan således benyttes propeller med større eller mindre diameter for at imødekomme de krav, der stilles af den blandeproces, som skal gennemføres.

Navringene 38 og 41 sammenklemmer navsektionerne, når de skru-25 es på regionerne 96 og 98 ved navsektionernes modstående ender. Hver af disse enderegioner har et enkelt gevindspor 100, som spiralformet snor sig hen over enderegionerne og frem til trin 102 og 104 på modstående ender af navsektionens centrale område 80. Gevindene 100 på af hver af de modstående enderegi-3 0 oner 96 og 98 er ens, således at ringene kan udskiftes frit mellem top- og bundregionerne. Navringene er også vist i fig.

9 og 10, der viser den øvre navring 38. Denne navring har tre gevindrygge 106, 108 og 110. Disse tre gevindrygge indgriber i hver sit i navsektionerne 34,35 og 36 værende gevindspor.

35 Regionerne 96 og ,98 og navringenes indre overflader, som har 13 DK 166862 B1 en tilsvarende konusitet, tillader inden for tolerancerne af monteringsområdets 22 diameter og tykkelsen af navsektionerne en stram sammenpresning. Når navringene er skruet ned, påfører den koniske grænseflade trykbelastning mellem ringen og navet, 5 og denne trykbelastning klemmer navet mod akselen. Vridnings-momentfederne 86 og vridningsmomentnoterne 90 samt aksial-kraftfederen 84 og den valgte aksialkraftnot 92 eller 94 sættes ind i hinanden. Da belastningen af navringene blot er en spændebelastning, og de herpå påførte reaktionsbelastninger er 10 minimale, kræver navringene ikke nogen yderligere forbindelse til navsektionerne eller monteringsområderne. Imidlertid kan det være ønskeligt at tilvejebringe et hul, såsom vist ved henvisningstallet 112 i fig. 10, gennem hvilket en stift kan føres ind i navsektionen for at forhindre gevindene i at gå 15 løse.

Navringene er ligesom bladene og disses navsektioner fremstillet af et kompositmateriale bestående af et fibrøst materiale og plast. Lagene af glasfiberplader kan vikles (spiralformet) op, således at navringenes kerne dannes, hvorefter de anbrin-20 ges i et formværktøj, ind i hvilket der sprøjtes en ter-mohærdende harpiks, hvorved navringene fremstilles ved hjælp af sprøjtepresning på samme måde som beskrevet under henvisning til bladene og navet. Alternativt kan der benyttes en pressestøbning af harpiks-fiberblanding. For at lette udtag-25 ningen af navringene fra formværktøjet, kan der forefindes udtagninger 114, ind i hvilke der kan føres en skruenøgle med henblik på at dreje navringene og fjerne disse fra formværktøjet. Herved frigøres gevindene fra formværktøjet.

Det foretrækkes, at akselen 20 er et rør med et udvidet monte-30 ringsområde 22, som har større diameter end akselens yderdiameter. Akselens øvre ende er ved hjælp af et koblingsorgan 120 forbundet med propellens drivenhed, som kan være en på toppen af tanken 10 (fig. 1) monteret motor og tilhørende transmission, såsom et gear (ikke vist).

14 DK 166862 B1

Det foretrækkes, at akselen er fremstillet af samme materiale som propellen 24, dvs. fiberforstærket epoxy, polyester eller fortrinsvis vinylester. Akselen kan fremstilles ved at vikle plader af uniaksiale fibre omkring en dorn, efter at der er 5 blevet påført harpiks på pladerne. Der foretrækkes en aksial orientering af de kontinuerlige fibre for herved at maksimere akselens stivhed i aksialretningen. Der benyttes flere lag til at opbygge akselen. Tynde glasfibertråde vikles spiralformet rundt om dornen oven over glasfiberpladerne. Der benyttes 10 flere vindinger. Opviklingsvinklen kan være relativt stor, f.eks. 50 til 70°, i forhold til akselens akse for herved at forbedre overføringen af vridningsmomentet og forøge akselens styrke i periferiretningen. Akselen opbygges herefter med lag af uniaksiale fibre. Monteringsområdet bygges yderligere op .15 ved hjælp af harpiks imprægnerede fibermåtter, indtil det får den ønskede diameter. Aksialkraft- og vridningsmomentnoterne 90,92 og 94 kan ved maskinel bearbejdning tilvejebringes i monteringsområdet, når harpiksen er hærdet. Alternativt kan monteringsområdet støbes på en forud fremstillet aksel. Ved 20 støbningen formes aksialkraft- og vridningsmomentnoterne i monteringsområdet.

Som det især fremgår af fig. 2A og fig. 8, danner aksialkraft og vridningsmomentf ederne 86 og 84 på den indre overflade 82 af hver navsektion et kors med hinanden. De hinanden skærende 25 aksialkraft- og vridningsmomentnoter 92,94 og 90 danner i monteringsområdet et antal kors, der ligger i aksial afstand fra hinanden. Disse korsformede fedre og notgange sørger for en fordeling af belastningerne over monteringsområdet og udelukker en overbelastning» af det af fiber og plast sammensatte 30 materiale, hvoraf navsekt ionerne 34, 35 og 36 og monteringsområdet 22 er fremstillet.

Fig. 4A og 5A viser en udførelsesform, hvor propellen kan anbringes et meget stort antal steder på en drivaksels 132 monteringsområde 130. Navsektionerne 134,136 og 138 fasthol-35 des, ligesom det er tilfældet med propellen 24 i fig. 1 og i 15 DK 166862 B1 de øvrige beskrevne figurer, på monteringsområdet ved hjælp af navringe 140 og 142. Navsektionernes indre overflade er forsynet med fremspring og spor, som forløber bølgeformet, fortrinsvis sinusformet, i både aksial og rundtgående retning.

5 Monteringsområdets ydre overflade og navsektionernes indre overflade er således krydsbølgede. Disse krydsbølgede overflader kan indgribe i hinanden et stort antal steder, som ligger forskudt en bølgelængde fra hinanden. Propellen kan derfor anbringes og ved hjælp af navringene 140 og 142 fastgøres et 10 stort antal steder langs med akselen. Vridningsmomentet og aksialkraften bliver jævnt fordelt over bølgerne, uden at der opstår overbelastningstilstande. Det er klart, at der kan benyttes anderledes orienterede fedre og noter, som muliggør en fri aksial placering af propellen på akselen, og som op-15 tager både reaktionsmomenter og -kræfter uden at overbelaste navet eller monteringsområdet og derved modvirker fejl i det af et fibrøst materiale og plast sammensatte materiale. Det foretrækkes at benytte korsformede fedre og noter, idet disse giver fordele, både hvad angår fordelingen af belastningen og 20 i fremstillingsmæssig henseende.

Det foretrækkes at benytte en hul rørformet aksel, idet denne reducerer propelaggregatets vægt. Det er ønskeligt, at det medium, som skal blandes, ikke kommer ind i akselens indre.

Med henblik herpå kan der anbringes en prop 93 i akselens 20 25 nedre ende.

Fig. 11 viser en anden udførelsesform for akselen 150 og dennes monteringsområde 152. Akselen er ligesom akselen 20 en fortrinsvis hul aksel fremstillet af et kompositmateriale af fiber og plast. For at reducere vægten af akselen i monte-30 ringsområdet er dette fortrinsvis støbt med et lag af syntaktisk skum 154. Dette er et skumplastmateriale, som indeholder mikroballoner af enten glas eller plast. Det syntaktiske skum har derfor lav vægt. Skumlaget 154 kan befinde sig under et ydre lag 156 af et kompositmateriale af fiber og plast. Hele 35 monteringsområdet kan bygges op ved at anbringe det syntak- 16 DK 166862 B1 tiske skumlag 154 omkring akselen 150 og dække dette med glasfiberplade. Monteringsområdet støbes dernæst i et formværktøj, som danner de rundt gående cirkulære aksialkraftnoter 158 og 160 samt vridningsmomentnoterne, af hvilke 162 er vist i fig.

5 11.

Fig. 2,3,6 og 7 viser en typisk lille vinge 40. De små vinger 40 fremkalder en strøm ind i propellen (indløbsstrøm) og bevirker, at den strøm, der af propellen pumpes væk fra dennes højtryksoverflade, i det væsentlige er aksial. Tilvejebringel-10 sen af en sådan aksial strøm resulterer i en mere jævn hastighedsfordeling langs bladet og fremkalder en større pumpeeffektivitet. Endvidere reducerer vingerae hvirveldannelserne ved spidsen 48 af propellens blade. Vingerne giver også forbedret pumpeeffekt eller -virkningsgrad (større strøm for 15 tilført effekt), end det er tilfældet, når der ikke benyttes vinger.

For tilvejebringelsen af fordelene ved vingerne har det vist sig væsentligt, at disse monteres oven over bladenes lavtryksside. Som det fremgår, rager vingerne 40 ikke væsentligt ned 20 under bladenes lavtryksside. Vingerne strækker sig oven over bladets lavtryksside opad i hovedsagen vinkelret på bladaksen 54. Vingen har fortrinsvis en sådan højde, at dens projektion i retning af akselens akse strækker sig ud over bladets forreste kant samt også ud over den bageste kant. Også bredden af 25 vingen er væsentligt for opnåelsen af den ønskede styring af strømfeltet, reduktionen af hvirvler og forøgelsen af pum-pevirkningen. Vingen skal være mindst lige så bred som bladet ved fastgørelsespunktet. Med henblik herpå strækker vingen sig ud over bladets bageste kant ved bladets spids 48.

3 0 Det er endvidere væsentligt, at vingen er et bæreplan, der har neutralt løft. Med andre ord må vingens hvælvning (eng.: camber) være lig med dennes krumning ved den radius af propellen, hvor vingen er anbragt. Med henblik herpå befinder middellinien 68 sig på periferien af en cirkel med centrum i bladets 17 DK 166862 B1 akse.

Vingens forreste kant 160 forløber fortrinsvis bagud og danner ved spidsen 48 af bladet 28 en vinkel på 55o med propelbladets 28 korde. Den bageste kant 162 er også fortrinsvis forløbende 5 bagud og danner en vinkel på 81° med kordens forlængelse. Vinklen mellem den forreste kants forlængelse og den bageste kants forlængelse er fortrinsvis 26°. Vingens projicerede område har en gennemsnitsbredde og -højde, der i hovedsagen er lig med bladets bredde (i hovedsagen 10% af propellens diame-10 ter). Vingens sideforhold (forholdet mellem højden målt langs den forreste kant og bredden målt langs bladets korde) kan ved spidsen 48 være i hovedsagen 1:1.

Det er et karakteristisk træk ved denne opfindelse, at propellens diameter kan tilpasses efter forholdene. Dette træk 15 opnås ved at benytte en spidsdel 62, som har konstant tværsnit og vridning. Propellen kan tildeles den ønskede diameter blot ved at afkorte spidsdelen 62. Spidsdelen bliver optaget i en muffe 164 ved vingens fod 166. Vingen kan holdes på plads ved brug af stifter eller et bindemiddel, såsom epoxy eller ure-20 than.

Vingen er ligesom resten af propelaggregatet fortrinsvis fremstillet af et kompositmateriale af fiber og plast. Den kan støbes omkring en kerne af glasfiberplader, som omgives af måtter og en korrosionsbarriere-dannende dækmåtte ved hjælp af 25 sprøjtepresning, fortrinsvis ved brug af vinylharpiks. Vingen kan også fremstilles ved hjælp af pressestøbning af forbindelser indeholdende fiber og plast.

Af den forudgående beskrivelse fremgår det, at der er blevet tilvejebragt et forbedret blandeapparat, som gør det muligt at 30 fremstille blandepropelaggregatet af et kompositmateriale af fiber og plast. Da det uden tvivl er muligt for en fagmand på området at foreslå andre udformninger og andre materialer, kan opfindelsen ændres på mange måder, uden at der derved afviges

Claims (10)

18 DK 166862 B1 fra dens idé. Patentkrav .

1. Apparat til blanding af en væske eller en flydende suspen-5 sion omfattende en beholder (10), en drejelig aksel (20) , der strækker sig ned i beholderen (10) og en på akselen (20) monteret propel (29) med et antal blade (26, 28, 29) med bæreplansform og således på modstående side har en højtryks- og en lavtryksoverflade, kendetegnet ved, at tykkelsen, 10 vridningen (kordevinklen målt mellem korden og et korden skærende plan vinkelret på akselaksen) og bredden af propellens (24) bæreplansformede blade (26, 28, 30) aftager fra foden (46) mod spidsen (48) over en væsentlig del (64) af bladlængden, at der for hvert blad (26, 28, 30) er tilvejebragt en 15 separat navsektion. (34, 35, 36) , og at der mellem hver navsektion (34, 35, 36) og et monteringsområde (22) på akslen er tilvejebragt drejningsmoment- og aksialkraftoverføringsorganer (84, 86) , og at propellen (24) og fortrinsvis også akselen (20) er dannet af et kompositmateriale af fiber og plast, som 20 muliggjort af apparatets ovennævnte opbygning.

2. Apparat ifølge krav l, kendetegnet ved, at akslens (20) monteringsområde (22) har større diameter end selve akslen og aksialt strækker sig over en længde, der er mindst lige så stor som navsektionernes (34, 35, 36) aksiale længde, 25 og at drejningsmomentoverføringsorganerne (84) er tilvejebragt ved et antal steder, der er beliggende med indbyrdes afstand langs akselens omkreds.

3. Apparat ifølge krav 2, kendetegnet ved, at overføringsorganerne (84, 86) for hvert blad omfatter et på over- 30 fladen af akslens monteringsområde beliggende og i akslens akseretning forløbende drejningsmomentoverføringsorgan (84) og mindst et på monteringsområdets (22) overflade beliggende aksialkraftoverføringsorgan (86), der strækker sig rundt langs 19 DK 166862 B1 periferien af monteringsområdets overflade.

4. Apparat ifølge krav 2, kendetegnet ved, at de aksialkraft- og drejningsmomentoverførende område skæren hinanden og danner et antal ved periferien med indbyrdes afstand 5 beliggende kors.

5. Apparat ifølge krav l, kendetegnet ved, at hver af navsekt ionerne (34, 35, 36) er indeholdt i et tilgrænsende udsnit af en cirkel med centrum i akselens (20) akse, og ved hver af de modstående ender (96, 98) har et gevind (100), og 10 at der er tilvejebragt et par navringe (38, 41) med et gevindantal (106, 108, 110), der er lig med antallet af navsek-tioner, og som er indrettet til at indgribe i sektionernes gevind og forbinde sektionerne med monteringsområdet, og at navringene (38, 41) og overfladerne af sektionernes ender, som 15 kan bringes i indgreb med navringene er koniske.

6. Apparat ifølge krav l, kendetegnet ved, at bredden, vridningen og tværsnitsformen af bladene (26, 28, 30) er konstant over et radialt stykke forløbende fra den væsentlige del til spidsen for at muliggøre en justering af bladets dia- 20 meter ved at ændre længden af spidsdelen.

7. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at der til bladenes (26, 28, 30) spidser er forbundet små vinger (40, 42, 44) med en form, som fremkalder neutral løft, hvilke vinger (40, 42, 44) i akselens aksialretning kun rager ud over 25 bladene i retning væk fra højtryksoverfladerne.

8. Apparat ifølge krav 7, kendetegnet ved, at vingerne (40, 42, 44) fra anbringelsesstederne ved spidserne strækker sig længere væk fra bladenes lavtryksoverflade end tykkelsen af bladene.

9. Apparat ifølge krav 8, kendetegnet ved, at vingerne (40, 42, 44) har bageste kanter, der strækker sig op 20 DK 166862 B1 over lavtryksoverfladerne til et sted, hvor projektionen af vingernes spids ind på akselen strækker sig op over bladenes (26, 28, 30) forreste kant.

10. Apparat ifølge et eller flere af kravene 7-9, k e n d e t 5 egnet ved, at det omfatter organer til fastgørelse af vingerne (40, 42, 44) til bladene (26, 28, 30) ved et i radial retning forud fastlagt sted af bladene (26, 28, 30) med henblik på at tilvejebringe propeller med en forud fastlagt diameter, hvilke blade og vinger er fremstillet af komposit-10 materiale af fiber og plast.