FI87626B - Axial-flow-generating stirring member and process for production thereof - Google Patents
Axial-flow-generating stirring member and process for production thereof Download PDFInfo
- Publication number
- FI87626B FI87626B FI904069A FI904069A FI87626B FI 87626 B FI87626 B FI 87626B FI 904069 A FI904069 A FI 904069A FI 904069 A FI904069 A FI 904069A FI 87626 B FI87626 B FI 87626B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- cone
- blade
- tip
- hub
- blades
- Prior art date
Links
Description
8762687626
Aksiaalivirtauksen aiheuttava sekoitinelin sekä menetelmä sen valmistamiseksi Tämän keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen sekoitinelin, joka aiheuttaa aksiaalivirtauksen.The present invention relates to an agitating member according to the preamble of claim 1, which causes axial flow.
Keksintö koskee myös patenttivaatimuksen 5 johdannon mukaista menetelmää tällaisen sekoitinelimen valmistamiseksi.The invention also relates to a method according to the preamble of claim 5 for producing such a mixing element.
Aksiaalivirtauspotkureita ovat laivojen ja lentokoneiden potkurit ja useat sekoitinpotkurit. Potkureita suunniteltaessa pyritään sellaiseen konstruktioon, jolla saadaan pienimmällä pyöritysteholla aikaan suurin mahdollinen vir-tausmäärä. Tällöin potkurin lapoja muotoiltaessa joudutaan käyttämään satulapintoja, joiden valmistaminen vaatii aihion valamisen ja paljon monimutkaista työstöä. Satulapintoja sisältävät konstruktiot ovat tunnettuja mm. moderneista laiva-potkureista. Niillä saadaan aikaan virtauskuvio, joka nopeassa etenemisessä antaa mahdollisimman suuren taaksepäin suuntautuvan virtauksen ja aiheuttaa mahdollisimman vähän turbulenssia. Sekoitussäiliöissä neste virtaa hitaasti ja virtaustilanne on vastaava kuin esim. hinaajien potkurilta vaaditaan.Axial flow propellers include marine and aircraft propellers and several agitator propellers. When designing propellers, the aim is to achieve a construction that achieves the highest possible flow rate with the lowest rotational power. In this case, saddle surfaces have to be used when shaping the propeller blades, the manufacture of which requires the casting of a blank and a lot of complicated machining. Constructions containing saddle surfaces are known e.g. modern ship propellers. They provide a flow pattern that, when rapidly advancing, provides the greatest possible backflow and causes as little turbulence as possible. In the mixing tanks, the liquid flows slowly and the flow situation is similar to that required, for example, of a tug propeller.
Sekoittimen potkurit olisi konstruoitava mahdollisimman halvoiksi ja samalla tulisi täyttää vaatimukset alhaisesta voi-maluvusta ja suuresta virtausluvusta.Agitator propellers should be designed to be as inexpensive as possible while meeting the requirements for low power and high flow.
Potkurin voimaluku Np määritellään seuraavasti:The propeller power number Np is defined as follows:
Teho = Np x D5 x N3 x tiheys , jossa D = potkurin halkaisija N * potkurin kierroslukuPower = Np x D5 x N3 x density, where D = propeller diameter N * propeller speed
Virtausluku Nq määritellään vastaavasti: 2 87626The flow rate Nq is defined as follows: 2 87626
Aiheutettu virtaus * Nq x N x D3 Hyvä potkuri maksimoi tällöin suhteen: NC * Nq/NpInduced flow * Nq x N x D3 A good propeller then maximizes the ratio: NC * Nq / Np
On luonnollista, ettei läheskään kaikissa sekoitustapauksis-sa pyritä maksimoimaan Nq-lukua, vaan halutaan saada aikaan kulloiseenkin sekoitustapaukseen sopiva virtausmalli.It is natural that in almost all mixing cases the aim is not to maximize the Nq number, but to obtain a flow model suitable for the respective mixing case.
Kuitenkin, koska monissa sekoitustapauksissa tarvitaan pelkästään virtauksen kehitystä, olisi edullista että saatavilla on halpa ja hyvä sekoituselin näihin tarkoituksiin. Yleensä nämä sekoitinelimet pyritään valmistamaan levystä taivuttamalla, koska sarjat ovat pieniä ja tehot ovat laivan potkureihin verrattuna suhteellisen pieniä. Levyrakenne on halpa ja kestää kohtuullisen hyvin sekoittimissa käytettävät tehot.However, since in many cases of mixing only flow development is required, it would be advantageous to have a cheap and good mixing member available for these purposes. Generally, these agitator members are sought to be made from sheet metal by bending because the kits are small and the powers are relatively small compared to the ship's propellers. The plate structure is inexpensive and withstands reasonably well the powers used in mixers.
Yksi hukkatehoa aiheuttava piirre sekoitinpotkureissa on ns. kärkipyörteen muodostuminen. On tunnettua, että 30 % sekoit-timen ottamasta tehosta kuluu kärkipyörteen muodostumiseen sekoitinelimen lavan kärjessä. Samantapainen ilmiö esiintyy myös esim. lentokoneen siiven kärjessä, jossa kärkipyörre lisää tehonkulutusta 5 - 15 %.One feature that causes wasted power in agitator propellers is the so-called peak vortex formation. It is known that 30% of the power absorbed by the mixer is used to form a tip vortex at the tip of the blade of the mixer member. A similar phenomenon also occurs, for example, at the tip of an aircraft wing, where the tip vortex increases power consumption by 5 to 15%.
Mixing Equipment Co., USA, on tuonut markkinoille yhden hyd-rodynaamisesti parhaista sekoituselimistä, nimittäin mallin A 6000, jonka Np = 0,23 ja Nq = 0,59 (6th European Conference on Mixing, Italy 24 - 26 May 198Θ, Weetman & Oldshue). Tässä sekoitinelimessä on lapojen kärjissä kärkipyörrettä ehkäisevät virtausohjaimet, jollaisia käytetään mm. lentokoneiden siivissä (engl. winglets). Samainen sekoitinelin on muotoiltu valamalla hyvin edulliseen muotoon, jossa jatkuva nousun muutos takaa sen, että virtausprofiili navasta kärkeen on jatkuvasti tasaisesti laskeva, kuten säiliösekoitti-melta vaaditaankin.Mixing Equipment Co., USA, has launched one of the best hydrodynamically mixing devices, namely the A 6000 with Np = 0.23 and Nq = 0.59 (6th European Conference on Mixing, Italy 24-26 May 198Θ, Weetman & Oldshue). This agitator member has flow guides at the tips of the blades to prevent tip vortices, such as are used e.g. in the wings of aircraft. The same agitator member is shaped by casting in a very advantageous shape, where the continuous change of rise ensures that the flow profile from pole to tip is continuously evenly decreasing, as is required for a tank mixer.
i 3 87626and 3,87626
Suomalaisessa kuulutusjulkaisussa 55125 käsittellään aksiaa-livirtauspotkurin valmistamista metallilevystä. Tässä ratkaisussa lavat on leikattu lieriöstä niin, että lavan etu-reuna muodostaa 10 - 20 asteen kulman sanotun lieriövaippa-pinnan emäviivan kanssa ja että lavan nousu on 0,65 - 1,00 ja että lavan käyristyssäde on enintään lavan pituus.Finnish publication 55125 deals with the manufacture of an axial-flow propeller from sheet metal. In this solution, the blades are cut from a cylinder so that the front edge of the blade forms an angle of 10 to 20 degrees with the base line of said cylindrical shell surface and that the pitch of the blade is 0.65 to 1.00 and that the radius of curvature of the blade is at most the length of the blade.
Toisessa suomalaisessa kuulutusjulkaisussa 53665 käsitellään vastaavaa aihetta hieman eri tavalla. Kuulutusjulkaisun mukainen ratkaisu koskee potkuria, jonka jokainen siipi muodostuu lieriö- tai kartiopinnasta siten, että siiven keskiviiva, joka kulkee navan keskiöstä lavan kärkeen, muodostaa vähitellen suurenevan kulman emäviivaan nähden.Another Finnish advertisement 53665 deals with a similar topic in a slightly different way. The solution according to the publication relates to a propeller, each wing of which is formed by a cylindrical or conical surface so that the center line of the wing, which runs from the center of the hub to the tip of the blade, forms a gradually increasing angle with respect to the base line.
Kummassakaan patentissa ei ole kuitenkaan luotu sellaista konstruktiota, jossa olisi saavutettu hyvä Nc~luku ja jossa olisi olennaisesti vältytty kärkipyörteen turhalta syntymiseltä.However, neither patent has created a construction that achieves a good Nc number and substantially avoids unnecessary tip vortexing.
Näissä kummassakin edellä mainitussa julkaisussa emäviivalla tarkoitetaan sylinterin vaipan reunojen tai kartion kärjen ja vaipan reunan välistä suoraa viivaa. Tätä määritelmää käytetään myös seuraavassa selityksessä ja patenttivaatimuksissa.In both of the above publications, the base line refers to the straight line between the edges of the cylinder shell or the tip of the cone and the edge of the shell. This definition is also used in the following description and claims.
Tämän keksinnön tarkoituksena on saadaa aikaan rakenteeltaan yksinkertainen sekoitinelin, jonka lapojen kärjissä syntyy mahdollisimman vähän kärkipyörrettä.The object of the present invention is to provide a stirrer member of simple construction, in which the tips of the blades generate as little tip vortex as possible.
Keksintö perustuu siihen, että sekoittimen lapa valmistetaan levystä taivutetusta suorasta kartiopinnasta leikkaamalla siten, että kartion emäviiva on 15 - 45 astetta vinossa sekoittimen navan ja sekoittimen lavan kärjen etukulman kautta kulkevaan viivaan nähden.The invention is based on the fact that the agitator blade is made of a straight conical surface bent from the plate by cutting so that the base line of the cone is 15 to 45 degrees oblique to the line passing through the front corner of the agitator hub and the agitator blade tip.
Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle sekoitineli-melle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaati-; muksen 1 tunnusmerkkiosassa.More specifically, the mixer member according to the invention is characterized by what is stated in the claims; in the characterizing part of Agreement 1.
4 876264,87626
Keksinnön mukaiselle menetelmälle on puolestaan tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 5 tunnusmerkkio-sassa.The method according to the invention, in turn, is characterized by what is stated in the characterizing part of claim 5.
Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja.The invention provides considerable advantages.
Tässä keksinnössä on ratkaistu sekä yksikertainen valmistaminen että kärkipyörteen minimointi, jolloin on saatu aikaan potkuri, jonka N^-luku on yli 2,0, eräissä mittauksissamme jopa 2,5 - 2,6.The present invention solves both simple fabrication and minimization of tip vortex, thereby providing a propeller with an N 2 number greater than 2.0 in some of our measurements up to 2.5 to 2.6.
Mittaukset tehtiin eri kierrosluvuilla potkurilla, jonka halkaisija oli 0,6 m ja virtaukset mitattiin pitot-putkella pyörähdysalueen säteen eri kohdissa. Teho mitattiin moottorin ottaman käyntivirran avulla, jolloin saadusta tehosta vähennettiin moottorin ilmoitetut tyhjäkäyntihäviöt ja kii-lahihnan häviötehot.Measurements were made at different speeds with a propeller with a diameter of 0.6 m and the flows were measured with a pitot tube at different points in the radius of the rotation range. The power was measured by the running current taken by the motor, whereby the declared idling losses of the motor and the loss power of the ki-belt were deducted from the obtained power.
Keksinnön mukaisen valmistusmenetelmän avulla saadaan aikaan potkuri, jolla on lähellä ideaalista oleva jatkuva nousu käyttämättä satulapintaa tai vastaavaa monimutkaista, kalliimmissa valetuissa potkureissa käytettävää muotoa. Edelleen lavan nestettä kohtaava reuna on pyörimisuunnassa siten kaareva, että lavan kärjen tangentti on sama viiva joka yhtyisi lavan suipossa kärjessä nesteen kohtausreunaa vastakkaisen reunan tangenttiin, jos kärkeä ei olisi katkaistu.The manufacturing method according to the invention provides a propeller with a near-ideal continuous pitch without the use of a saddle surface or a similar complex shape used in more expensive cast propellers. Furthermore, the edge of the blade facing the liquid is curved in the direction of rotation so that the tangent of the blade tip is the same line that would coincide with the tangent of the opposite edge of the liquid at the tapered tip of the blade if the tip were not cut.
Edellä kuvatulla konstruktiolla saadaan aikaan se, että lapa kohtaa nesteen kärjen kohdalla niin loivassa kulmassa, ettei kärkipyörrettä juurikaan synny, varsinkaan kun lavan kärki katkaistaan siten, että katkaisupinta noudattaa potkurin pyörähdysympyrän ulkokehän mukaista viivaa. Samalla vino kohtaaminen saa aikaan yhdessä kartiomuodon kanssa sen, että lavan nousu jatkuvasti jyrkkenee kuljettaessa lavan kärjestä potkurin napaa kohti.The construction described above ensures that the blade meets the liquid tip at such a gentle angle that little tip vortex is generated, especially when the blade tip is cut so that the cutting surface follows the line along the outer circumference of the propeller's circle of rotation. At the same time, the oblique encounter, together with the conical shape, causes the pitch of the blade to continuously steepen as it travels from the tip of the blade towards the propeller hub.
Tällä rakenteella saadaan lisäksi se etu, että lapa kiinnittyy napaan pitkältä matkalta ja että lavassa akselin suun- I.This structure also has the advantage that the blade is attached to the hub over a long distance and that in the platform the axis direction I.
5 '7626 täinen taivutusmomentti kohdistuu kartiomaiseen pintaan, jolloin sen lujuus esim. lommahtamista vastaan on suurempi kuin sylinteripinnasta leikatulla lavalla.The bending moment of 5 '7626 is applied to the conical surface, whereby its strength, e.g. against buckling, is greater than on a pallet cut from the cylinder surface.
Eri käyttötarkoituksia varten voidaan lavan peruskulmaa luonnollisesti navan kiinnityspistessä muuttaa, sekoitussäi-liön itsensä virtauksille aiheuttaman painehäviön mukaan. Tyypillisesti tämä nousukulma navan lähellä voi olla 15 -60 astetta, edullisesti normaalitapauksessa noin 22 - 35 astetta.For different applications, the basic angle of the blade can, of course, be changed at the point of attachment of the hub, depending on the pressure drop caused by the mixing tank itself to the flows. Typically, this angle of inclination near the hub may be 15 to 60 degrees, preferably about 22 to 35 degrees in the normal case.
Keksintöä tarkastellaan seuraavassa lähemmin oheisten piirustusten avulla.The invention will now be examined in more detail with the aid of the accompanying drawings.
Kuvio 1 esittää kartiota, jonka sivulle on keksinnön mukaisesti kuvattu siipiaihio.Figure 1 shows a cone with a wing blank described on the side according to the invention.
Kuvio 2 esittää yhtä keksinnön mukaisen sekoitinpotkurin suoritusmuotoa.Figure 2 shows one embodiment of a mixer propeller according to the invention.
Kuviossa 1 on esitetty kartio 3, jonka vaipasta siipiaihio 12 leikataan. Kartio 3 on taivutettu levymäisestä materiaa-lista, esimerkiksi teräslevystä. Sen kartiokulma β on 45 -65 astetta. Tästä kartiosta 3 leikataan 3-4 kpl lapa-aihiota 12 siten, että lavan 12 kärki 9 on poispäin kartion 1 kärjestä. Aihio 12 leikataan kartiosta 3 siten, että lapa-aihion 12 keskiviiva 4, joka kulkee potkurin kuvitteellisesta navasta 1 lavan 12 kärjen 9 ja etureunan 6 väliseen kulmaan 10, ja emäviiva 2 ovat vinossa asennossa toistensa suhteen 15 - 45 astetta (kulma a) siten, että emäviiva 2 on edellä keskiviivaan 4 nähden potkurin pyörimissuunnassa. Tällöin kukin kartion 1 kärjestä lähtevä emäviiva 2 leikkaa ensin lavan 12 etureunan 6 ja sitten lavan 12 keskiviivan 4. Emäviivojen 2 ja lavan keskiviivan 4 välinen kulma a kasvaa lavan kärkeä kohti kuljettaessa. Näin saadaan tarvittava suuri nousu aikaan lähellä potkurin keskiötä ja pieni nousu aikaan lähellä kartion 3 juurta eli lavan 12 kärkeä 9, jossa pientä nousua tarvitaan.Figure 1 shows a cone 3 from the casing of which the wing blank 12 is cut. The cone 3 is bent from a plate-like material strip, for example a steel plate. Its cone angle β is 45 -65 degrees. 3-4 blade blanks 12 are cut from this cone 3 so that the tip 9 of the blade 12 is away from the tip of the cone 1. The blank 12 is cut from the cone 3 so that the center line 4 of the blade blank 12 running from the imaginary hub 1 of the propeller to the angle 10 between the tip 9 and the leading edge 6 of the blade 12 and the base line 2 are inclined 15-45 degrees to each other (angle α), that the base line 2 is above the center line 4 in the direction of rotation of the propeller. In this case, each parent line 2 emanating from the tip of the cone 1 intersects first the leading edge 6 of the pallet 12 and then the center line 4 of the pallet 12. The angle α between the baselines 2 and the center line 4 of the pallet increases as it travels towards the tip of the pallet. This provides the required high rise near the center of the propeller and a small rise near the root of the cone 3, i.e. the tip 9 of the blade 12, where a small rise is required.
6 876266 87626
Sekoittimen lavan 12 suhteellista nousua voidaan säätää muuttamalla aihiokartion 3 kartiokulmaa β 45 - 65 asteen välillä. Oikea lavan 12 suhteellinen noususuhde potkurin navan 1 ja ulkokehän 11 välillä riippuu myös potkurin ja sekoitus-säiliön halkaisijoiden suhteesta. Mitä suurempi on sekoitin-potkurin halkaisija suhteessa säiliön halkaisijaan sitä pienempi on oltava lavan 12 nousu kärjessä 9.The relative pitch of the agitator blade 12 can be adjusted by changing the cone angle β of the blank cone 3 between 45 and 65 degrees. The correct relative pitch ratio of the blade 12 between the propeller hub 1 and the outer circumference 11 also depends on the ratio of the diameters of the propeller and the mixing tank. The larger the diameter of the agitator-propeller relative to the diameter of the tank, the smaller the pitch of the blade 12 at the tip 9 must be.
Kuviossa 2 on esitetty kolmilapsinen sekoitinpotkuri potkurin aksiaalisuunnasta katsottuna. Kunkin potkurin lavan 12 keskiviiva 4 on piirretty ehyellä viivalla ja kartion 3 emä-viivat katkoviivoilla. Lavat 12 kiinnitetään potkurin napaan esim. hitsaamalla kaarevasta kiinnityspinnasta 8, jonka muoto vastaa potkurin akselin halkaisijaa. Lapojen 12 etureuna 6 kaareutuu potkurin pyörimisssuunnassa taaksepäin ja lavan jättöreuna 7 seuraa etureunan muotoa. Etureunan 6 kaarevuus määräytyy siten, että lavan 12 kärjen 9 etukulmaan 10 piirretty tangentti 5 leikkaa lavan takareunan 7 kuvitellun jatkeen samassa pisteessä 13 kuin viereisen lavan 12 kärjen 9 etukulmaan piirretty tangentti 5. Tällöin lavan 12 etureunan 6 tangentti 5 ja takareunan 7 jatke muodostavat lavan 12 kärkeen 9 kolmion. Lavan 12 kärki 9 on kuitenkin katkaistu tylpäksi siten, että kärjen 9 muoto vastaa potkurin ulkokehän 11 kaarta. Tällä lavan 12 muodolla saadaan kärkipyörrettä vähennettyä huomattavasti.Figure 2 shows a three-child agitator propeller as seen from the axial direction of the propeller. The center line 4 of each propeller blade 12 is drawn with a solid line and the base lines of the cone 3 with dashed lines. The blades 12 are attached to the propeller hub, e.g. by welding, from a curved mounting surface 8, the shape of which corresponds to the diameter of the propeller shaft. The leading edge 6 of the blades 12 curves backwards in the direction of rotation of the propeller and the trailing edge 7 of the blade follows the shape of the leading edge. The curvature of the leading edge 6 is determined such that the tangent 5 drawn on the leading edge 10 of the tip 12 of the pallet 12 intersects the imaginary extension of the trailing edge 7 at the same point 13 as the tangent 5 drawn on the leading edge at the apex of the 9 triangle. However, the tip 9 of the blade 12 is cut off so that the shape of the tip 9 corresponds to the arc of the outer circumference 11 of the propeller. With this shape of the blade 12, the tip vortex can be significantly reduced.
Edellä esitetyn suoritusesimerkin lisäksi tällä keksinnöllä on muitakin suoritusmuotoja. Sekoitinpotkurin lapojen 12 lukumäärä voi vaihdella. Lavan 12 muotoa ja sen kiinnitys-tapaa potkurin akseliin voidaan muuttaa.In addition to the above embodiment, the present invention has other embodiments. The number of agitator propeller blades 12 may vary. The shape of the blade 12 and the way it is attached to the propeller shaft can be changed.
Claims (8)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI904069A FI87626C (en) | 1990-08-17 | 1990-08-17 | Axial flow generating agitator and method of manufacture thereof |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI904069 | 1990-08-17 | ||
| FI904069A FI87626C (en) | 1990-08-17 | 1990-08-17 | Axial flow generating agitator and method of manufacture thereof |
Publications (4)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FI904069A0 FI904069A0 (en) | 1990-08-17 |
| FI904069A FI904069A (en) | 1992-02-18 |
| FI87626B true FI87626B (en) | 1992-10-30 |
| FI87626C FI87626C (en) | 1993-02-10 |
Family
ID=8530941
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FI904069A FI87626C (en) | 1990-08-17 | 1990-08-17 | Axial flow generating agitator and method of manufacture thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FI (1) | FI87626C (en) |
-
1990
- 1990-08-17 FI FI904069A patent/FI87626C/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FI904069A0 (en) | 1990-08-17 |
| FI87626C (en) | 1993-02-10 |
| FI904069A (en) | 1992-02-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4468130A (en) | Mixing apparatus | |
| JP2931256B2 (en) | Axial flow type stirring blade | |
| US4147437A (en) | Mixer blade | |
| KR101466991B1 (en) | Rudder arrangement for ships with higher speeds with a cavitation reducing twisted rudder, in particular with a full-balanced rudder | |
| EP0236409B1 (en) | Foil | |
| US4265596A (en) | Axial flow fan with auxiliary blades | |
| US7798875B1 (en) | Helical marine strut | |
| KR20130052505A (en) | Device for reducing the drive power requirements of a watercraft | |
| CA2911459C (en) | Device for reducing the drive power requirement of a watercraft | |
| EP0465636B1 (en) | High efficiency mixer impeller | |
| CN112960092A (en) | Arrangement for a multi-propeller vessel comprising an outer propeller shaft and method for producing such an arrangement | |
| US5595475A (en) | Agitating element | |
| US4293280A (en) | Transcavitating propeller | |
| FI87626B (en) | Axial-flow-generating stirring member and process for production thereof | |
| JPS63154494A (en) | Propeller boss cap provided with fin | |
| US4137709A (en) | Turbomachinery and method of operation | |
| JP6589234B2 (en) | Propulsion performance improvement device | |
| JP3188128B2 (en) | Stator of vehicle torque converter | |
| JP2014156193A (en) | Propeller back stream rectifier | |
| WO1990008061A1 (en) | Marine propulsion apparatus | |
| GB2027132A (en) | Propeller | |
| JPH07196084A (en) | Propeller for ship | |
| DE202015004925U1 (en) | propeller | |
| JP6811629B2 (en) | Duct equipment and ships | |
| CN113244809B (en) | Novel energy-saving stirrer |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM | Patent lapsed |
Owner name: TANKKI OY |