FI87626C - Axialstroemningsalstrande omroeringsorgan samt foerfarande foer framstaellning daerav - Google Patents

Description

87626

Aksiaalivirtauksen aiheuttava sekoitinelin sekä menetelmä sen valmistamiseksi Tämän keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen sekoitinelin, joka aiheuttaa aksiaalivirtauksen.

Keksintö koskee myös patenttivaatimuksen 5 johdannon mukaista menetelmää tällaisen sekoitinelimen valmistamiseksi.

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.

Sekoittimen potkurit olisi konstruoitava mahdollisimman halvoiksi ja samalla tulisi täyttää vaatimukset alhaisesta voi-maluvusta ja suuresta virtausluvusta.

Potkurin voimaluku Np määritellään seuraavasti:

Teho = Np x D5 x N3 x tiheys , jossa D = potkurin halkaisija N * potkurin kierrosluku

Virtausluku Nq määritellään vastaavasti: 2 87626

Aiheutettu virtaus * Nq x N x D3 Hyvä potkuri maksimoi tällöin suhteen: NC * Nq/Np

On luonnollista, ettei läheskään kaikissa sekoitustapauksis-sa pyritä maksimoimaan Nq-lukua, vaan halutaan saada aikaan kulloiseenkin sekoitustapaukseen sopiva virtausmalli.

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.

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 %.

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.

i 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.

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.

Kummassakaan patentissa ei ole kuitenkaan luotu sellaista konstruktiota, jossa olisi saavutettu hyvä Nc~luku ja jossa olisi olennaisesti vältytty kärkipyörteen turhalta syntymiseltä.

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.

Tämän keksinnön tarkoituksena on saadaa aikaan rakenteeltaan yksinkertainen sekoitinelin, jonka lapojen kärjissä syntyy mahdollisimman vähän kärkipyörrettä.

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.

Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle sekoitineli-melle on tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaati-; muksen 1 tunnusmerkkiosassa.

4 87626

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on puolestaan tunnusomaista se, mitä on esitetty patenttivaatimuksen 5 tunnusmerkkio-sassa.

Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja.

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.

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.

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.

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.

Tällä rakenteella saadaan lisäksi se etu, että lapa kiinnittyy napaan pitkältä matkalta ja että lavassa akselin suun- s 'i 7 626 täinen taivutusmomentti kohdistuu kartiomaiseen pintaan, jolloin sen lujuus esim. lommahtamista vastaan on suurempi kuin sylinteripinnasta leikatulla lavalla.

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.

Keksintöä tarkastellaan seuraavassa lähemmin oheisten piirustusten avulla.

Kuvio 1 esittää kartiota, jonka sivulle on keksinnön mukaisesti kuvattu siipiaihio.

Kuvio 2 esittää yhtä keksinnön mukaisen sekoitinpotkurin suoritusmuotoa.

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.

6 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.

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.

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.

Claims (8)

1. 7 87 626
2. 1. Sekoitinelin aksiaalivirtauksen aikaansaamiseksi, joka käsittää ainakin kaksi levystä taivutetun kartion (3) vaipasta leikattua lapaa (12), jotka on sovitettu toisesta päästään napaan, tunnettu siitä, että - lavat (12) on muodostettu kartion (3) vaipasta siten, että lavan (12) sekoitinelimen napaan (1) kiinnittyvä pää (8) on sovitettu kohti kartion (1) kärkeä, ja - lavan (12) keskiviiva (4), eli sekoitinelimen navasta (1) lavan (12) etureunan (6) ja lavan kärjen (9) väliseen kulmaan (10) piirretty suora, ja kartion emäviivat (2) ovat 15 - 45 asteen kulmassa siten, että kukin kartion (1) kärjestä lähtevä emä-viiva (2) leikkaa ensin lavan (12) etureunan (6) ja sitten lavan (12) keskiviivan (4).
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sekoitinelin, tunnettu siitä, että kartion (1) kartiokulma (β) on 45 -65 astetta.
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sekoitinelin, joka käsittää kolme lapaa (12), tunnettu siitä, että lavan (12) kärjen (9) etukulmaan (10) piirretty tangentti (5) leikkaa lavan (12) takareunan (7) kuvitellun jatkeen samassa pisteessä (13) kuin viereisen lavan (12) kärjen (9) etukulmaan (10) piirretty tangentti (5).
5. 4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen sekoitinelin, tunnettu siitä, että lavan (12) kärjen (9) muoto vastaa sekoitinelimen ulkokehän piirtävän ympyrän (11) kaarta.
6. 5. Menetelmä aksiaalivirtauksen aikaansaavan sekoitinelimen valmistamiseksi joka elin koostuu ainakin kahdesta napaan 8 87626 kiinnitetystä lavasta (12), jotka lavat (12) valmistetaan levystä, joka taivutetaan ensin aihiokartioksi (3), tunnettu siitä, että - lavat (12) leikataan kartion (3) vaipasta siten, että lavan (12) seko!tinelimen napaan (1) kiinnittyvä pää (8) osoittaa kohti kartion (1) kärkeä ja lavan (12) keskiviiva (4), eli sekoitine-limen navasta (1) lavan (12) etureunan (6) ja lavan kärjen (9) väliseen kulmaan (10) piirretty suora ja kartion emäviivat (2) ovat 15 - 45 asteen kulmassa siten, että kukin kartion (1) kärjestä lähtevä emä-viiva (2) leikkaa ensin lavan (12) etureunan (6) ja sitten lavan (12) keskiviivan (4).
7. 6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että aihiokartio (3) taivutetaan kartioksi, jonka kartiokulma (β) on 45 - 65 astetta. >
8. 9 S 7 6 26