NO742996L - - Google Patents

Description

Rotor som er tilpasset til å rotere omkring en roterende aksel.

Rotor som er avpasset til å rotere omkring en roterende aksel.

Nærværende oppfinnelse vedrører en rotor som er avpasset til å rotere omkring en roterende aksel, og som det tilsiktes å anvende for fortrengning av væsker. En slik rotor kan anvendes både for fremdrift av fartøyer og for omrøring av væsker, hvorved rotoren er anordnet stasjonært.

Det mest konvensjonelle fremdriftselement for et fartøy utgjøres av den klassiske båtpropellen, som nå har vært i bruk i mange decennier, og som utgjøres av flere vinger som strekker seg ut og bort fra en sentrumsdel.

Rotoren ifølge nærværende oppfinnelse derimot er forsynt med

i det minste to forhøyninger, som er anordnet spiralformet rundt en kjernedel, slik at et snitt vinkelrett på aksen omfatter i det minste to avrundede fremspring med mellomliggende fordypninger. Fordypningens dybde, målt mellom kjernedelen og en tangentiell linje til de to avrundede fremspringene på hver side av nevnte fordypning, er lik minst en tredjedel av avstanden mellom kjernedelen og sirkelen som beskrives av punktet til et avrundet fremspring lengst bort fra rotasjonsaksen.

Det er funnet at når en slik rotor som den ifølge oppfinnelsen bringes til å rotere i en væske, så fås en hvirvelstrøm på le-siden til forhøyningenes eller de avrundede fremspringenes kanter. Denne hvirvelstrøm vil ikke kunne bringes til opphør ved å velge en bestemt form på forhøyningene eller de avrundede fremspringene,slik at fordypningen mellom to etter hverandre følgende avrundede fremspring er fylt med en sammenhengende og roterende væskemengde.

Fremdriftseffekten av rotoren ifølge nærværende oppfinnelse skyldes den spiralformede anordningen av forhøyningene rundt rotorens rotasjonsaksel, slik at væsken fortrenges eller forflyttes i aksiell retning mellom fremspringene, og slik at det avstedkommes et antall hvirvelstrømmer, som i alt vesentlig forløper parallelt med rotasjonsaksen til rotoren, og som tilsvarer antallet fordypninger. Resultetet er at rotoren blir gjenstand for en kraft som virker i aksiell retning, mens væsken blir gjenstand for en reaksjons-kraft som virker i motsatt retning. Væsken akselerer på grunn av kraften som virker på denne i aksiell retning. Væsken suges inn i fordypningene i radiell retning, og væsken skyves bort fra rotoren i aksiell retning. Det erholdte strømnings-mønsteret er derfor helt forskjellig fra det som erholdes med en kovensjonell skips-propell, og av denne grunn ønsker man i nærværende tilfelle normalt ikke å anvende et rør som omgir rotoren, og som anvendes for å øke effekten til den vanlige skips-propellen. Det er videre funnet at hvirvlene opptrer med svært forskjellige periferi-hastigheter, mens det er de meget høye periferi-hastigheter som effektiv^ kan utnyttes uten risiko for eventuell skadelig kavitasjon.

Rotoren ifølge oppfinnelsen kan effektivt anvendes ikke bare

som et fremdriftselement for et fartøy, men kan også effektivt anvendes som et spesielt element for å tilføre en gass, f.eks. luft, til en væske. Herved muliggjøres det å erholde en meget god blanding av store mengder gass med væsken. Gassen suges inn av undertrykket som fås på grunn av jet-virkningen bak rotoren, slik at innføringen av gass ikke krever ytterligere energi.

Oppfinnelsen skal i det følgende nærmere beskrives under henvisning til en utførelsesform av en rotor som stemmer overens med den illustrering av oppfinnelsen som fremgår av de ledsagende tegninger, hvor det også vises noen få anvendelsesmuligheter for en slik rotor. Fig.l er et oppriss av en rotor ifølge nærværende oppfinnelse.

Fig.2 er et forstørret snitt av rotoren som er vist i fig.l.

Fig.5 viser anordningen av en rotor ved lufttilførsel til en væske. Fig.4 viser anordningen av en rotor i forbindelse med midler for oppvarming av væsken hvori motoren er anordnet.

Rotoren ifølge oppfinnelsen, og som er vist i fig.l og fig.2, består av en sylinderformet kjernedel 1, som utgjør ett stykke sammen med tre opphøyninger 2, som spiralformet omgir kjernedelen. Opphøyningene er avrundet ved toppen samt ved overgangene til kjernen 1, slik at rotoren i snitt (fig.2) oppviser en kontinuerlig og jevnt rundet periferi eller omkrets, og rotorens snittflate oppviser kjernedelen 1 og tre med jevn avstand frahverandre liggende avrundede fremspring 3 , som stikker frem og radielt utover. Grenselinjene til fordypningene og til kantene på de avrundede fremspringene 3 dannes i alt vesentlig av sirkulære linjer. Dybden av en fordypning, som befinner seg mellom to avrundede fremspring J>, det vil si avstanden A mellom tangential-linjen a og de avrundede fremspringene 3 på hver side av fordypningen, er i det minste stort sett lik en tredjedel av avstanden B mellom kjernedelen 1 og sirkelen som er beskrevet av et punkt

på et avrundet fremspring 2, og som befinner seg lengst bort fra rotasjonsaksen. Radien til bøyningen (buen) av grenselinjen for kanten til et avrundet fremspring er fortrinnsvis minst en tredjedel av avstanden B, slik at man får en jevn: barie for det avrundede fremspring, og som er nødvendig for dannelsen av den tilsiktede hvirvelstrøm. Radien til grenselinjen til en fordypning er fortrinnsvis omtrent lik radien for buen til grenselinjen for de avrundede fremspringene som befinner seg på hver sin side av de

aktuell fordypning.

En fordelaktig utførelsesform erholdes ved å anvende tre for-høyninger med en dybde A for fordypningen som er omtrent lik halvparten av den tidligere nevnte avstand B.

Fig. 2 viser skjematisk strømningsmønsteret som dannes i en av fordypningene når rotoren roterer i pilen P's retning. Dette strømningsmønster erkarakterisert veden sammenhengende hvirvel 5, hvis sentrum er ekssentrisk plassert i forhold til fordypningens sentrum. Når man betrakter rotorens rotasjonsretning, så får man en relativ høy hastighet og et relativt lavt trykk på baksiden til hvert avrundet fremspring i nærheten av dets overflate, mens derimot væsken på fremsiden av det avrundede fremspring har en lav hastighet samtidig som trykket på den relevante overflaten til fremspringet er høyere.

Man har i praksis funnet at når det anvendes en rotor ifølge oppfinnelsen som fremdriftselement for et fartøy, så er fremdriftseffekten med sikkerhet i alt vesentlig minst lik med, hvis ikke høyere enn fremdriftseffekten som fås med en skips-propell. Dessuten har rotoren ifølge nærværende oppfinnelse noen få men viktige fordeler sammenlignet med en konvensjonell skips-propell. Det er f.eks. vanlig kjent at en konvensjonell skips-propell kan forårsake alvorlig skade hvis noen kommer i kontakt med en slik

■ propell. Denne fare er praktisk talt eliminert ved anvendelse av en rotor ifølge nærværende oppfinnelse.

En ytterligere fordel består i at rotorens bremseeffekt ved reversering av dens omdreiningsretning er vesentlig bedre enn den bremseeffekt som erholdes med en konvensjonell propell mens fremdriftskraften i begge retninger i alt vesentlig er den samme.

Selv om rotoren ifølge nærværende oppfinnelse kan fremstilles

med sylindrisk form, så er det spesielt fordelaktig å tilvirke rotoren med konisk form slik som vist i fig.l. Med en slik konisk form er det praktisk talt ingen risiko for at fremmedlegemer vil feste seg til rotoren, og rotoren kan således anvendes i meget forurensede væsker uten at man får problemer. Den normale bevegelsesretningen til rotoren ved fremdrift av fartøy,hvor rotoren ifølge nærværende oppfinnelse anvendes som fremdriftselement, er A's pilretning.

Rotoren ifølge oppfinnelsen er ikke bare spesielt godt egnet

for fremdrift av fartøy, og den kan effektivt anvendes for omrøring av en væskemengde, f.eks. ved omrøringsprosesser hvor f.eks. samtidig gass, f.eks. luft, innføres i væsken. Dette siste kan være av særskilt interesse i vannrensings-systemer og lignende. En spesiell effektiv anordning for dette formål er vist i fig.3*

I denne utførelsesform er rotorens kjerne hul, og en hul aksel 4 er festet til den hule kjernen. Den nevnte aksel er forsynt med åpninger over væskenivået. Det vil være åpenbart at selv om rotasjonsaksen til rotoren i fig. 3 er vist i vertikal stilling,

så kan rotasjonsaksen anordnes med en viss vinkel i forhold til horisontalplanet i avhengighet av det system hvori rotoren er anordnet samt anvendelsesformål. Herved må man passe på den hule akselen 4, som er forbundet med den hule kjernen til rotoren,

og som befinner seg i kontakt med atmosfæren eller gasskilden som skal innføres i væsken.

Når rotoren blir brakt til rotasjon, vil det ovenfor beskrevne strømnings-mønsteret erholdes. Herved vil ved vannets bevegelse luft innsuges via akselen 4, og luften blir findelt og omhyggelig blandet med vannet ved hjelp av hvirvlene som dannes i rotorens fordypninger. Ved vertikal anordning i en beholder eller lignende blir luften skjøvet ned til stort dyp i den væske som befinner seg i beholderen. Når man betrakter væskens strømningsretning vil tilførsélsstedet for luft være bak rotoren, og lufttilførselen vil ikke skadelig påvirke driften av fremdriftselementet.

Istedenfor å tilføre luft gjennom den hule kjernen til rotoren

kan en eller flere kanaler 6, som vist i fig.4, og som befinner seg i åpen forbindelse med den frie luften eller med en annen gasskilde, anordnes slik at enden til kanalen 6, som befinner seg under vann-nivået, er anbrakt, og da betraktet i den retning som vannet tvinges å strømme,av rotoren, bak rotoren og fortrinnsvis litt ekssentrisk i forhold til rotorens sentrumslinje. Det av rotoren fortrengte vannet vil avstedkomme et underatmosfærisk trykk ved kanalens (rørets) ende, slik at luft eller noen annen gass innsuges og føres videre av de dannede hvirvler, og hvorved det finner sted en omhyggelig blanding av gass i findelt tilstand med vann. Ved å anordne brennere 7 i nærheten av tilførselsåpningene til kanalene 6, kan gassen (luften), som suges inn, oppvarmes, slik at også væsken kan oppvarmes ved hjelp av den varme gassen. Det er spesielt fordelaktig å anordne en gassbrenner slik at flammen dannes i eller foran åpningen til lufttilførselskanalen 6, slik at den tilførte varmeenergien fullstendig overføres til vannet. En effektiv anvendelse har man f.eks;; funnet ved oppvarming av "swimming pools", hvor varmluft innføres i vannet som således oppvarmes mens rotoren samtidig avstedkommer sirkulasjon i vannet. Vannet, som oppvarmes i nærheten av rotoren, blir herved skjøvet rundt i badet.

Selvfølgelig kan tilførselen av den ovenfor beskrevne luft ikke bare foretas ved hjelp av en stasjonær anordning av rotoren, som f.eks. ved luftningskanalen i et vannrensings-system, men denne lufttilførsel kan også anvendes når rotoren anvendes for fremdrift av et fartøy uten at rotorens fremdriftskraft påvirkes i skadelig retning. Det er således mulig å oppnå luftning av vann-overflaten ved hjelp av fartøy som passerer gjennom vannet.

Den beskrevne tilførselen av luft kan naturligvis også avstedkommes ved hjelp av konvensjonelle propeller, men rotoren ifølge nærværende oppfinnelse vil bevirke en betydelig bedre blanding med luft på grunn av hvirvelstrømmene som dannes i vannet ved hjelp av rotoren.

Hvis nødvendig, kan gassen (luften) tilføres ved et høyere trykk ved f.eks. å anordne en blåsemaskin i sugekanalen, slik at en ennå større gassmengde (luftmengde) kan innføres i væsken.

Rotoren er ikke bare spesielt egnet for innføring av en gass i

en væske, men kan også med fordel anvendes for jevn blanding av to eller flere væsker, eller for blanding av en eller flere væsker med et pulver eller granulært materiale. Når væskene som skal blandes, eller når væsken(e) som skal blandes med pulveret og/eller det granulære materialet tilføres en beholder, og når deretter beholderens innhold omrøres ved hjelp av rotoren, eller når en eller flere av stoffene innføres i en beholder som allerede inneholder en væske på den ovenfor beskrevne måte for innføring av en gass i en væske under rotering av rotoren, så vil den dannede hvirvelstrømmene avstedkomme en høyst intensiv og jevn blanding av de forskjellige bestanddelene i beholderen eller lignende.

Claims (12)

1. Rotor avpasset til å rotere omkring en roterende aksel, og som det tilsiktes å anvende for fortrengning av væsker, karakterisert ved at den omfatter minst to forhøyninger som er anordnet spiralformet rundt en kjernedel, slik at en snittflate vinkelrett på rotasjonsaksen omfatter minst to avrundede fremspring med mellomliggende fordypninger, hvorved dybden til fordypningen, målt mellom kjernedelen og en tangential-linje til de to avrundede fremspringene på hver side av den aktuelle fordypning, er minst lik en tredjedel av avstanden mellom kjernedelen og sirkelbuen som beskrives av punktet til et avrundet fremspring lengst bort fra rotasjonsaksen.

2. Rotor ifølge krav 1, karakterisert ved at dybden til fordypningen er omtrent lik halve avstanden mellom kjernedelen og sirkelbuen som beskrives av punktet på et avrundet.- fremspring lengst bort fra rotasjonsaksen.

3. Rotor ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at rotoren omfatter tre spiralformede forhøyninger.

4. Rotor ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at rotoren har en konisk form.

5. Rotor ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at de frie kantene til de avrundede fremspringene er avgrenset ved i alt vesentlig sirkulære linjer, som jevnt ender i hovedsaklig sirkulære linjer som danner grenselinjene til fordypningene.

6. Rotor ifølge krav 5* karakterisert ved at radien til buen for en grenselinje til et avrundet fremspring er minst en tredjedel av avstanden mellom kjernedelen og sirkelbuen som beskrives av punktet til et avrundet fremspring lengst bort fra rotasjonsaksen.

7- Rotor ifølge krav 5 eller 6, karakterisert ved at radien til buen for grenselinjene til de avrundede fremspringenes frie kanter er i alt vesentlig lik hverandre.

8. Anordning bestående av en rotor ifølge et av de foregående krav, hvilken rotor er nedsenkt under drift i en væske, karakterisert ved at kanalens munning, sett i retningen for væskeforskyvningen som rotoren forårsaker,og som står i forbindelse med en gasskilde, en væske eller et granulært og/eller pulver-materiale, er anordnet nær rotorens bakside.

9. Anordning ifølge krav 8, karakterisert ved at kanalen går gjennom rotorens kjernedel.

10. Anordning ifølge krav 8, karakterisert ved at kanalen er anordnet utenfor rotoren, og at enden av kanalen er plassert nær rotorens bakside og litt ekssentrisk i forhold til rotorens sentrumslinje.

11. Anordning ifølge et av kravene 8-10, karakterisert ved at oppvarmingsmidlene er anordnet for oppvarming av gassen som suges inn gjennom kanalen.

12. Anordning ifølge et av de foregående kravene 8-11, karakterisert ved at kanalen står i åpen forbindelse den frie luften.