NO145212B - Patrontilfoerselsinnretning for et automatisk ildvaapen - Google Patents

Description

Trommelvifte med tverrstrømning.

Den foreliggende oppfinnelse angår trommelvifter med tverrstrømning.

Trommelvifter med tverrstrømning ad-

skiller seg fra andre typer vifter ved det faktum at luftstrømmen gjennom roto-

ren beveger seg på tvers av dennes akse.

Denne type vifte er spesielt egnet for man-

ge formål. Utstrakt benyttelse av slike vif-

ter er imidlertid begrenset av trykkvolum-

kurvens karakteristikk, idet det maksimale trykk forekommer ved en midlere beford-

ret mengde, mens trykket avtar med øken-

de befordret mengde, og særlig også ved avtagende befordret mengde.

Det forhold at trykket faller med øken-

de befordret mengde, er et fenomen som er felles for alle turboblåsere og må aksepte-

res, mens store trykkfall med avtagende befordret mengde, dvs. i området under den befordrede mengde som tilsvarer mak-

simalt trykk, er en vesentlig mangel, idet trykket blir borte ved økende mottrykk og ved en tilsvarende avtagning i befordret mengde. I aksielle vifter, såkalte Sirocco-

vifter, øker trykket konstant mot null be-

fordret mengde, og dette er en egenskap som det er meget ønskelig å ha også ved trommelvifter, men som hittil ikke har vært oppnådd.

Karakteristikken for trommelvifter

gjør at det er umulig å anbringe to eller flere slike vifter i parallell inn i et felles trykk-kammer, da trykket i en av viftene kan bli borte og luftstrømmen gjennom denne vifte reversere ved befordringsmeng-

der som er mindre enn ved det maksimale trykk.

Det har allerede vært foreslått flere utførelser ved små befordringsmengder,

hvor trykket ikke er stort lavere enn ved maksimalt trykk og således har en aksep-

tabel verdi.

Det er en kjent sak at det i trommel-

vifter eksisterer en hvirvel som har sitt senter eksentrisk inne i vifterotoren, og som roterer på samme måte som rotoren.

For å øke trykket ved små befordringsmengder, har det vært gjort forsøk på å stabilisere stillingen av denne hvirvel ved hjelp av en eller flere lommer, utbulnin-

ger eller hull i veggen i nærheten av det sted hvor rotoren passerer fra høytrykks-

siden og inn i lavtrykkssiden.

For å oppnå dette på en annen måte,

har det vært forsøkt å påvirke hvirvelen ved å føre luft fra høytrykkssiden, til det sted hvor rotoren passerer fra høytrykks-

siden til lavtrykkssiden, ved hjelp av spe-

sielle utførelser av viftehusets utbulnin-

ger eller på høytrykkssiden.

Tidligere forsøk på å eliminere fallet

i trykkvolumskurven til venstre for trykkmaksimum har imidlertid ikke vært til-fredsstillende. Bruken av de nevnte anordninger har riktignok redusert trykkfal-

let med små befordringsmengder, men på bekostning av det trykknivå som kan opp-

nås. På den andre side vil utbulninger i huset bety en komplisering av dette og dets fremstilling, såvel som en unødig kom-

plisering av hele viften. Slike utførelser har også vist seg å være meget støyende på grunn av luften som gjeninnføres i rotoren.

Det har også vært foreslått å fordele lavtrykkssiden over en større del av rotoren enn høytrykkssiden for å oppnå en øk-ning av trykket ved små befordringsmengder, men slike utførelser har imidlertid heller ikke ført til noen forbedring av trykket.

Den foreliggende oppfinnelse angår en trommelvifte med tverrstrømning, omfattende et hus og en rotor, hvis indre fortrinnsvis er fri for luftstrømstyrende anordninger og hvis omkrets er fri for nærliggende utstående deler.

Det vesentligste særtrekk ved oppfinnelsen er at den åpne bue av rotorens periferi som vender mot høytrykkssiden og ligger mellom begrensningskantene, som er felles for lav- og høytrykkssiden, er stør-re enn 180°, og at en del av huset som omfatter høytrykkssiden av viften har en slik spiralform at den gjennomsnittlige strømningslinje i ethvert plan perpendikulært på rotorens akse og som begynner i senter av inngangen på lavtrykkssiden og fortsetter gjennom rotoraksen til senter av utgangen på høytrykkssiden, er avbøyet med mer enn 130°, idet huset også omfatter en vegg som strekker seg mot utgangen av høytrykkssiden.

I det følgende vil endel utførelser av oppfinnelsen bli detaljert beskrevet under henvisning til tegningene, hvor

fig. 1 viser forskjellige trykkvolumkur-ver,

fig. 2 viser et skjematisk tverrsnitt gjennom viften ifølge den foreliggende oppfinnelse,

fig. 3 viser en annen utførelse av viften ifølge oppfinnelsen,

fig. 4 viser et tverrsnitt av aksen på en trommelvifte hvor den gjennomsnittlige strømningslinjen er vist,

fig. 5 viser den gjennomsnittlige strøm - ningshastigheten inne i rotoren langs endel av dennes periferi, idet absiciccen rep-resenterer rotorens periferi økende i retning av rotorens rotasjon og ordinaten rep-resenterer gjennomstrømningshastighe-ten, og

fig. 6 viser en annen utførelse av en trommelvifte ifølge oppfinnelsen.

Den kurven som er merket I i fig. 1, angir trykkvolumkurven for en trommelvifte av tidligere utførelse. Denne kurven har et trykkmaksimum ved en viss befordret mengde. Kurven viser klart trykkfallet ved en befordret mengde som er mindre enn ved maksimalt trykk. Den viser også at ved redusert befordret mengde vil trykket falle til en meget lav verdi.

Kurven II viser karakteristikken av trykkvolumkurven for en radiell vifte (Sirocco-vifte), hvor trykket ikke faller med avtagende befordret mengde, men forblir konstant og endog har en tendens til å øke mot null befordret mengde.

Kurven III viser karakteristikken av en trommelvifte ifølge den foreliggende oppfinnelse. Her faller heller ikke trykket ved liten befordret mengde, men øker heller mot null befordret mengde.

Pig. 2 viser et tverrsnitt av en trommelvifte ifølge den foreliggende oppfinnelse. Rotoren 2 er anbragt inne i huset 1, hvor den ytre vegg er formet som en spiral. Punktene 3 og 4 på huset som begrenser høytrykksområdet 7, er slik avbragt at de omfatter en bue på mer enn 180° på rotorens periferi. I denne figur er buen mer enn 220°, og lavtrykkssiden av rotoren omfatter således en bue på omkring 140°. Den delen av rotorens omkrets som ligger på høytrykkssiden er alltid større enn den del av rotorens omkrets som ligger på lavtrykkssiden Den optimale verdi for den del av rotoren som ligger på høytrykkssiden er mellom 220° og 270°. Det spiralformede huset kan f. eks. formes som en logaritmisk spiral.

Et annet viktig trekk ved huset er føl-gende: Den gjennomsnittlige strømnings-linje 5 er definert som den linje som, 1 plan perpendikulært på rotorens akse, starter i senter av inntaksåpningen på lavtrykkssiden, passerer gjennom rotoraksen og derfra fortsetter gjennom senterlinjen for høytrykkskanalen 7 til senter av utgangen av høytrykkskanalen. Denne gjennomsnittlige strømningslinje 5 avbøyes mer

énn 130° fra sin inngang i rotoren til utgangen på høytrykkssiden. I denne tegning er det vist en vinkel på omkring 180°.

I den viste utførelse ligger senter av hvirvelen 6 inne i rotoren, og i motsetning til eldre typer av hus med utbulninger. er den ikke bestemt til en spesiell del av huset, men kan bevege seg fritt inne i høy-trykkskanalen 7 og innstille seg med hensyn til sin intensitet og stilling efter den gjennomstrømning som til enhver tid er tilstede i høytrykkskanalen 7.

Det viftehus som her er beskrevet, re-sulterer ikke bare i en viftekarakteristikk som er vist i kurven III i fig. 1, men gir også en vesentlig høyere virkningsgrad enn en tilsvarende Sirocco-vifte. Slike dempnings-anordninger som tidligere har vært benyt-tet på høytrykkssiden kan utelates, og stør-reisen av huset kan derved reduseres. Videre vil hastighetsfordelingen på høytrykk - siden også være jevnere fordelt. Den ekstra støy som tidligere forekom ved gjeninn-føring av luft er også meget redusert.

Det har videre også vist seg at høyden av viftens utløpsåpning kan være 80 pst. av rotorens diameter. I vanlige trommelvifter og i Sirocco-vifter kan denne høyde bare være 60 pst. av rotorens diameter.

Den økende effektivitet av trommelvif-ten ifølge den foreliggende oppfinnelse, gjør at den også kan benyttes utenfor dens vanlige anvendelsesområde. De vil således også kunne benyttes sammen med andre turbomaskiner 1 gassturbiner o. 1.

Et annet problem som oppfinnelsen tar seg av, er hvirvelens tendens i vanlige trommelvifter til å strekke seg mot utgangen av høytrykksiden. Denne tendens fø-rer til gjennomstrømningsreversering ved den indre vegg av huset, som er felles for lav- og høytrykksiden av viften, hvorved trykket, gjennomstrømningen og effektivi-teten av viften blir sterkt redusert.

Disse mangler reduseres ifølge et annet særtrekk ved oppfinnelsen, ved hjelp av en innsnevring av tverrsnittet ved en-den av den indre husvegg, nær rotorens omkrets, idet denne ende og den indre husvegg er felles for høytrykk- og lavtrykk - sidene av viften, og adskiller disse fra hverandre.

Fig. 3 viser en utførelse av viften ifølge dette særtrekk ved oppfinnelsen. Rotoren 2 er som før anbragt i huset 1 hvis ytre végg er formet som en spiral. Kantene 3 og 4 på huset, som langs rotorens omkrets definerer høytrykksiden, er slik anbragt at rotorens omkrets er åpen mot høytrykk-siden langs en vinkel på mer enn 180°. Den gjennomsnittlige strømningslinje 5 som begynner ved senter av lavtrykksinntaket, passerer gjennom rotorens akse og følger senterlinjen av høytrykksiden 7, til senter av utgangsseksjonen, avbøyes med en vinkel som er mer enn 130° fra inngangen og utgangen.

Hvirvelen 6 kan fritt tilpasse seg til de gjennomstrømningstllstander som til enhver tid er tilstede inne i høytrykkska-nalen 7. Det har imidlertid også vært fun-net at det kan forekomme en reversering av gjennomstrømningen i retningen mot kanten 3 på huset og mot rotoren 2.

For å hindre at dette fenomen forekommer, er veggen 8 på huset, som begynner ved kanten 3 og som går mot høy-trykksutgangen, slik utformet at tverrsnittet øker mot kanten 3 og avtar mot utgangen, slik at tverrsnittet av høytrykk-

siden 7 avtar fra kanten 3 mot utgangen.

Veggen 8 kan være rett, men det kan være hensiktsmessig at veggen 8 i tverrsnitt har en form som ligner en flat S som angitt på tegningen.

Det er videre hensiktsmessig å holde reduksjonen av tverrsnittets høyde fra kanten 3 mot utgangen innenfor 10—20 pst. av rotorens diameter.

Veggen 8 i huset, kan i tillegg til sin spesielle form, ha åpninger 9 eller være delvis gjennomhullet nær rotoren 2, for å redusere reverseringen av gjennomstrøm-ningen og stabilisere hvirvelen 6. Videre kan strømmen i høytrykkskanalen styres av en styrefinne 10 som styrer endel av strømmen mot kanten 3 og derved også mot rotoren 2, hvorved stillingen av hvirvelen blir ytterligere stabilisert. Alle disse anordninger tar sikte på å påvirke stillingen av stagnasjonspunktet i nærheten av veggen 8, dvs. mellom den del av hvirvel-strømmen som er rettet tilbake til rotoren 2, og utgangen fra høytrykksiden 7.

Istedenfor tverrsnittsinnsnevringer ved hjelp av en spesiell form av veggen 8 som vist på tegningen, og som ovenfor beskrevet, kan det anordnes andre anordninger med det samme formål, f. eks. ved å gi andre vegger spesielle former i nærheten av utgangen fra høytrykksiden.

Ved hjelp av de anordninger som er beskrevet ovenfor, vil trykket øke i viften, spesielt ved små befordringsmengder, hvor en alvorlig, trykkreduksjon ellers ville forekomme.

Med den økende intensitet av rotor-hvir<y>elen som er vesentlig øket-i forhold til hvirvelintensiteten av andre trommelvifter — i det minste som i fig. 3, hvor en indre vegg av huset er felles for både høy-trykk- og lavtrykksidene av viften og som, begynnende med den ende som ligger nær rotorperiferien, reduserer tverrsnittet på høytrykksiden av viftens hus mot viftens utgang — vil det oppstå den ulempe at det i området ved overgang fra høytrykk- til lavtrykkside, dvs. i det område hvor kanten av husveggen adskiller høytrykksiden fra lavtrykksiden nær rotorperiferien, vil oppstå sterke hastighetsgradienter i strømmen som er rettet mot rotoren på begge sider av den felles husvegg, slik at denne felles husvegg ligger i et tomrom. Konsekvensen av dette er at rotorbladene kontinuerlig beveger seg gjennom sterke hastighetsgradienter hvormed det tilveiebringes en støy som fra en sirene. Slik støy er selvsagt uønsket og begrenser vesentlig bruken av trommelvifter.

Den foreliggende oppfinnelse angår imidlertid også anordninger for å under-trykke slik sirene-lignende støy der støyen oppstår. Dette kan .oppnås ved å benytte en indre husvegg som er felles for lavtrykk-og høytrykksidene og adskiller disse to, og som omfatter minst 2 deler, og med et mellomrom mellom de to deler som er åpent mot rotorens periferi og høytrykks-siden. Denne vegg av huset som adskiller høytr<y>kk- og lavtrykksidene, inneholder en kanal som fører mot roteren, og gjennom denne kanal vil en sekundær luft-strøm flyte hvorved tomrommet i området ved den adskillende vegg fylles opp. Videre vil hastighetsgradienten (se fig. 5) i rotorens rotasj onsretning avta uten å medføre noe reduksjon av viftens virkningsgrad. Samtidig vil energinivået i dette område avta. De nevnte anordninger er spesielt effektive dersom den del av huset som ad-, skiller lavtrykksiden fra høytrykkssiden, er slik innrettet at tverrsnittet på høytrykks-siden, begynnende ved kanten ved rotorens periferi, som er felles for både lavtrykkssiden og høytrykkssiden, avtar mot utgangen. En utførelsesform med dette formål av oppfinnelsen er vist i fig. 6.

Fig. 4 viser en vifte som i fig. 2 og 3, og har derfor de samme henvisningstall.

Veggene 3' og 4' definerer inntakska-nalen med veggen 3' som er felles for og adskiller lavtrykks- og høytrykkssidene. Punktene 3 og 4 på huset som ved rotorens periferi definerer høytrykkssiden 7 er her anbragt slik at de gir en åpen bue langs rotorens periferi som strekker seg gjennom noe mer enn 180°. På tegningen er denne vinkel omtrent 220°, og den bue av rotorens periferi som vender mot inntakssiden vil derfor være 140°. Den bue av rotorens periferi som vender mot høy-trykkssiden, vil derved bestandig være større enn den åpne bue av rotorens periferi som vender mot inntakssiden. Den optimale verdi av høytrykkssidens åpne bue av rotorens periferi er omtrent mellom. 220° og 270°.

Spiralformen av husets ytre vegg kan være en logaritmisk spiral.

De viktigste trekk av husets form er som følger: Den gjennomsnittlige strøm-ningslinje er definert som den linje som, i plan perpendikulært på rotorens akse, begynner ved senteret av lavtrykk-inntakssiden, så fortsetter gjennom rotoraksen Z og derfra går langs senterlinjen av høy-trykkskanalen 7 til senteret av utgangen fra høytrykkssiden. Denne gjennomsnittlige strømningslinje 5 blir avbøyet mer enn 130° mellom inntakssiden og uttakssiden. I tegningen er avbøyningen omtrent 180°.

I denne figur er hvirvelen som er angitt ved strømningslinjer forsynt med piler med sitt senter 6 inne i rotoren, og er i motsetning til hus med utbulninger ikke innesluttet i noen spesiell del av huset, men kan fritt bevege seg i høytrykkskana-len 7 og kan fritt tilpasse seg de eksiste-rende strømningstilstander der med hensyn til sin intensitet og stilling. De heltrukne linjer med piler viser strømningslin-jene. På grunn av den praktisk talt tangen - sielle orientering av flaten 3' med hensyn til periferien av rotoren 2, vil strømnings-linjene være konsentrert i nærheten av kanten 3 nær rotoren, og også en viss strekning langs begge sider av den adskillende vegg 3' hvorved en meget sterk gradient i hastighetsfordelingen (se fig. 5) tilveiebringes. I den umiddelbare nærhet av den adskillende vegg 3' vil det dannes et hulrom hvor hastigheten faller til null.

Fig. 5 er et hastighetsdiagram og viser gjennomstrømningshastigheetn G for forskjellige strømningslinjer umiddelbart før deres innføring i rotoren 2, langs rotorperiferien R. Kurven A indikerer tilstandene for en vifte ifølge fig. 4. Den skraverte del a mellom den strekede og heltrukne linje indikerer et hulrom på begge sider av den adskillende kant 3, hvor kurven A viser et vesentlig fall nedover. Dette hulrom oppstår på grunn av friksjon på begge sider av veggen 3'. Sett i sin helhet indikerer kurven A som et gjennomsnitt en sterk posi-tiv hastighetsgradient.

Kurven B indikerer tilstanden for en vifte ifølge fig. 6. En slik vifte har, som tidligere nevnt, en mye lavere gjennom-snittlig gradient med bare et ubetydelig hulrom b på begge sider av den adskillende kant 3.

Fig. 6 viser, som nevnt, en utførelse hvor den del av huset som adskiller høy-og lavtrykkssidene har dobbelt vegg. Kanalen K er åpen mot høytrykkssiden 7 og rotorperiferien, og de to vegger er merket .14' og 15'.

For å fylle det hulrom som tilveiebringes av de adskillende vegger mellom høytrykks- og lavtrykkssidene, kan gren-selagene på begge sider av den adskillende vegg, fjernes ved hjelp av det minste delvis perforerte veggflater gjennom hvilke gren-selagene kan suges inn i kanalen mellom veggene. Denne sugeprosess kan også fore-tas av en ytre anordning.

Når sugning benyttes, kan kanalen K kobles ved hjelp av slanger til området

ved senteret for hvirvelen. Da den sekun-dære strøm føres gjennom de doble vegger i rotoren, vil strømnmgsretningen være

praktisk talt tangensial i forhold til rotorens periferi.

Claims (9)

1. Trommelvifte med tverrstrømning, omfattende et hus (1) og en rotor (2), hvis indre fortrinnsvis er fri for luftstrømsty-rende anordninger og hvis omkrets er fri for nærliggende utstående deler, karakterisert ved at den åpne bue (a) av rotorens periferi som vender mot høy-trykkssiden og ligger mellom begrensningskantene (4, 3) som er felles for lav- og høytrykkssiden, er større enn 180°, og at den del av huset (1) som omfatter høy-trykkssiden av viften har en slik spiralform, at den gjennomsnittlige strømnings- linje (5) i ethvert plan perpendikulært på rotorens akse og som begynner i senter av inngangen på lavtrykkssiden og fortsetter gjennom rotoraksen til senter av utgangen på høytrykkssiden, er avbøyet med mer enn 130°, idet huset (1) også omfatter en vegg (8, 3', 15') som strekker seg mot utgangen av høytrykkssiden.

2. Trommelvifte ifølge påstand 1, karakterisert ved at den åpne bue (a) av rotoromkretsen som vender mot høy-trykkssiden (7) er mellom 220° og 270°.

3. Trommelvifte ifølge påstand 1 eller 2, karakterisert ved at den gjennomsnittlige strømningslinje (5) avbøyes med en vinkel som er omtrent 180°.

4. Trommelvifte ifølge påstand 1, 2 eller 3, karakterisert ved at avslutningen av høytrykkskanalen har et tverr snitt som avtar i retning fra begrensningskanten (3) som er felles for høytrykks- og lavtrykkssiden, mot utløpsåpningen.

5. Trommelvifte ifølge påstand 4, karakterisert ved at en lavere vegg (3', 8, 15') har form som en S-kurve.

6. Trommelvifte ifølge påstand 4 eller 5, karakterisert ved at høyden av høytrykkskanalen begrenset av husveggene (1) og (3', 8, 15') reduseres med tilnærmet 10—20 pst. av rotorens diameter i retning fra begrensningskanten (3) mot utløpsåp-ningen.

7. Trommelvifte ifølge en av påstan-dene 4—6, karakterisert ved at minst ett i og for seg kjent luftstrømsty-rende element (10) er anbragt i høytrykks-kanalen for å styre endel av strømmen mot nevnte kant (3).

8. Trommelvifte ifølge en av påstan-dene 1—3, karakterisert ved at den del av huset ved avslutningen av høy-trykkskanalen som adskiller høytrykkssi-den fra lavtrykkssiden omfatter minst 2 deler (14', 15'), og at rommet mellom disse to deler er åpent i det minste mot rotorperiferien.

9. Trommelvifte ifølge påstand 8, karakterisert ved at den del av huset som omfatter 2 vegger (14', 15') og et rom mellom disse, er åpen mot høytrykkssiden.