Wynalazek dotyczy wirnika (kola lo¬ patkowego), lecz niektóre jego cechy moz¬ na równiez zastosowac w innych kolach, jak np. w wirnikach turbin i pomp, smi- gach wiatraków i t. d,, a pod okresleniem wirnika pojmuje sie kolo z lopatkami lub skrzydlami, smigi, smigla, sruby.Aby wirnik mógl dzialac mozliwie jak najsprawniej trzeba, by wzdluz calej jego powierzchni panowalo stale cisnienie wla¬ sciwe, t. j. stosunek wielkosci naporu, spo¬ wodowany obrotami wirnika, do jego po¬ wierzchni roboczej.Rozwazania teoretyczne wykazuja, iz gdy cisnienie wlasciwe jest stale, to wte¬ dy stala jest równiez predkosc odplywu srodowiska (gazu lub plynu) w kierunku osi pod wplywem obrotów wirnika. Glówna trudnosc przeciwstawiajaca sie osiagnieciu stalego cisnienia wlasciwego wywolana jest tern, iz lopatki wirnika posiadaja niejed¬ nakowe predkosci obwodowe na róznych promieniach, przyozem aby przezwyciezyc te trudnosc, próbowano stosowac rozmaite polaczenia zmian szerokosci i skoku geo¬ metrycznego lopatki wirnika wzdluz jej dlugosci.Pod okresleniem skok geometryczny lopatki po stronie naporowej pojmuje sie tu odleglosc pomiedzy nitkami sruby, czy¬ li wielkosc przesuniecia osiowego, wyko¬ nanego bez poslizgu, podczas jednego ob-rotu przez pewna powierzchnie pochyla wzgledem plaszczyzny jej obwodu. Skok geoJpSTf^Z^^STely równiez od odleglo¬ sci powierzchni plchylej od jej srodka obrotu, co sie wyraza przez 2 II r tg B gidzije f jest o^c^&scia tej powierzchni od osi piasty ^ftliika, a 0—katem nachy¬ lenia tej powierzchni do plaszczyzny ob¬ rotu.Sposoby, zapomoca których starano sie dotychczas osiagnac stale cisnienie wlasciwe, czyli staly napór lub ciagnienie na calej dlugosci lopatki, mozna podzie¬ lic na piec klas, a mianowicie: 1) Zmniejszano szerokosc lopatek od piasty ku ich wierzcholkowi, gdy skok ge¬ ometryczny powierzchni kazdej lopatki byl staly wzdluz calej jej dlugosci, lub gdy wzrastal od piasty ku wierzcholkowi. 2) Stosowano lopatki o grubosci stalej lub zjmieninfej i o skoku geometrycznym ma¬ lejacym od piasty ku ich wierzcholkom, gdy szerokosc lopatek byla stala na calej ich dlugosci, lub gdy wzrastala od piasty ku ich wierzcholkom. 3) Stosowano lopatki, podobne do smi¬ giel nowoczesnych samolotów i o szeroko¬ sci malejacej od piasty ku wierzcholkowi, gdy skok geometryczny strony naporowej tych lopatek wzrastal od piasty ku wierz¬ cholkowi. 4) Stosowano lopatki o przekroju po¬ przecznym, wykreslonym wedlug nowo¬ czesnych zasad (aeroprofilów), gdy sze¬ rokosc lopatek byla stala na calej ich dlu¬ gosci, a krzywizna lopatek malala od pia¬ sty ku wierzcholkom, w celu zrównowaze¬ nia wiekszej sily unoszacej wierzcholków lopatek, spowodowanej ich wieksza pred¬ koscia obwodowa. 5)' Stosowano lopatki o przekrojach poprzecznych, wykreslonych wedlug no¬ woczesnych zasad, które to lopatki wspól¬ dzialaly z kierownica, wykonana w ten sposób, iz predkosci srodowiska (gazu lub plynu),, wzgledem wirujacych lopatek, zmienialy sie w poszczególnych punktach dlugosci lopatek, celem wyrównania po¬ szczególnych predkosci obwodowych.Próbowano równiez stosowac lopatki, podobne do sruby okretowej lub smigla samolotu, której poszczególne przekroje posiadaly szerokosc i kat pochylenia, zwiekszajace sie ku piascie.Przekonano sie jednak zapomoca prób, ze wedlug powyzszych sposobów budowa¬ ne wirniki nie posiadaly wszystkich wa¬ runków koniecznych do otrzymiania stale¬ go cisnienia wlasciwego i stalej predkosci osiowej.Rozwazania teoretyczne wykazuja, ze oddzialywanie kazdej czesci lopatki na srodowisko (gaz lub plyn), lub odwrotnie srodowiska na kazda czesc lopatki, zale¬ zy od predkosci osiowej srodowiska, geo¬ metrycznego skoku powierzchni lopatki, szerokosci poprzecznej lopatki oraz cha¬ rakterystyk zastosowanego przekroju, przyczem warunki te dotycza odpowiada¬ jacych sobie czesci lopatki.Aby wykonac lopatke, wytwarzajaca stale cisnienie wlasciwe i stala predkosc osiowa, na calej powierzchni roboczej wir¬ nika, wypróbowano jak najdokladniej wplyw tych wszystkich czynników, nieza¬ leznie jeden od drugiego i w rozmaitych polaczeniach, na kazda czesc kilku lopa¬ tek róznego ksztaltu, a to pod wzgledem zmian szerokosci i skoku geometrycznego wzdluz ich dlugosci, oraz róznych szero¬ kosci tych lopatek.Podczas tych prób wykryto, iz nie moz¬ na zupelnie uniknac spadku cisnienia wipoblizu piasty, gdy lopatka posiada sze¬ rokosc stala (ze wzgledu na wielkosc tej szerokosci) i staly skok geometryczny na calej dlugosci.Skok geometryczny lopatek powinien byc: staly na calej dlugosci, a szerokosc lopatek powinna byc nieco wieksza wpo- blizu piasty tak, aby lopatki w tern miej¬ scu zachodzily w znacznym stopniu jedna — 2 —za druga, lecz nawet przy zastosowaniu wpoblizu piasty zarysów o bardzo duzym wspólczynniku unoszenia, nie mozna osia¬ gnac zupelnie stalego cisnienia wlasci¬ wego.Podczas badania predkosci w poszcze¬ gólnych punktach powierzchni roboczej lo¬ patek wirników, a mianowicie wirników o cisnieniu wlasciwem, zmieniajacem sie w granicach 20% wzdluz lopatki, stwierdzo¬ no, ze predkosci srodowiska nie odpowia¬ daja predkosciom obwodowym lopatki, a mianowicie predkosci obwodowe srodowi¬ ska róznia sie o wielkosc prawie stala od predkosci obwodowych lopatki, przyczem róznice maleja nieco w miare zblizania sie do piasty.Z powyzszego wynika, ze kierunki predkosci wzglednych srodowiska nie od¬ powiadaja predkosciom wzglednym, za¬ leznym od predkosci obwodowych lopatki i predkosci osiowej srodowiska, przyczem wiadomo, iz w tym ostatnim przypadku kierunki predkosci wzglednych zaleza od powierzchni srubowej o stalym skoku geo¬ metrycznym, jezeli przyjac, ze predkosci osiowe sa stale.Wobec tego, iz rzeczywiste predkosci obwodowe srodowiska sa mniejsze od predkosci lopatki w punktach, znajduja¬ cych sie na odpowiednim promieniu i ze predkosci te róznia sie od siebie o wiel¬ kosc prawie stala, malejaca nieco w mia¬ re zblizania sie do piasty, rzeczywiste predkosci wzgledne zaleza od powierzch- hi srubowej o zmiennym skoku geome¬ trycznym, wzrastajacym stopniowo od szczytu ku piascie lopatki.Podczas próbowania lopatek o stalym skoku geometrycznym, przekonano se, ze katy naporu sa w rzeczywistosci bardzo male, a nawet ujemne wpoblizu piasty, wobec czego zwiekszono katy naporu wpo¬ blizu piasty w takim stopniu, ze uniknieto zupelnie zachodzenia lopatek za siebie.Osiagnieto wkoncu stale cisnienie wlasci¬ we i stala predkosc osiowa, nadajac wiel¬ kosc katów naporu wpoblizu piasty dwa do trzech razy wieksza, anizeli katom na¬ poru posrodku piasty, poczem wypróbowa¬ no róznice wzglednych predkosci srodowi¬ ska i lopatki, stwierdzajac, iz ta róznica jest prawie stala na calej dlugosci lopat¬ ki. Z powyzszego wynika, ze wzrost sko¬ ku geometrycznego lopatki, w miare zbli¬ zania sie do piasty, zalezy od wzrostu sko¬ ku geometrycznego predkosci wzglednych i od katów naporu w miare zblizania sie do piasity.Zapomoca tych prób osiagnieto znacz¬ ny wzrost sprawnosci wirnika i to nietyl- ko w smiglach, lecz i srubach, oraz skrzy¬ dlach wiatraków i wirnikach pomp. Wir¬ niki sprezajace lub tloczace powietrze, wykonane na podstawie powyzszych za¬ sad, osiagaja sprawnosc wynoszaca 85%, wobec -^35%, uwazanej dotychczas za najwyzsza, osiagana przez wirniki niepo- siadajace kierownic.Zapomoca wirnika 'niniejszego osiaga sie stale cisnienie wlasciwe i stala pred¬ kosc osiowa srodowiska na calej po¬ wierzchni roboczej lopatki, nawet przy zmiennych warunkach obciazenia i pred¬ kosci, bez wzgledu na ksztalt przekroju poprzecznego lopatki i niezaleznie od sto¬ sunku promienia piasty do promienia wir¬ nika, który nazwac mozna stosunkiem pia¬ sty.W niniejszym wirniku unika sie wirów wzdluz lopatki, oraz przepuszczania sro¬ dowiska, czyli powstawania cisnienia wstecznego wpoblizu piasty, dzieki czemu wirnik posiada rozlegle zastosowanie.Przy stosowaniu wirnika w wentylato¬ rach szerokosc lopatek powinna wzrastac ku piascie, a skok geometryczny jego po¬ wierzchni po stronie naporowej powinien wzrastac stopniowo ku piascie w taki spo¬ sób, aby szerokosc i skok geometryczny byly najwieksze w stosunku do przekro¬ jów poprzecznych czesci lopatek wpobli- — 3 -zta samej piasty. Aby jednak len skok geometryczny wzrastal ku piascie, ko¬ niecznie jest, aby styczna kata nachylenia wzrastala predzej anizeli maleje promien, a wtedy w miejscu najmniejszych pred¬ kosci obwodowych lopatki srodowisko znajduje sie pod lacznym wplywem sze¬ rokosci i skoku geometrycznego, który to wplyw góruje nad takiemi czynnikami, jak wielkosc krzywizny oraz wspólczyn¬ niki unoszenia i ciagnienia, wlasciwie uzy¬ tego aeroprofilu.W wirnikach wogóle szerokosc i skok geometryczny, a mianowicie 2 II r tg 0 po stronie naporowej lopatki, wzrastaja stopniowo prawie od punktu srodkowego jej dlugosci ku piascie w taki sposób, iz sze¬ rokosc i skok geometryczny sa najwieksze w przekroju poprzecznym lopatki, znajdu* jacym sie na samej piascie, a skok geome¬ tryczny fest staly lub stopniowo wzrasta, poczynajac prawie od srodka dlugosci lo¬ patki ku jej wierzcholkowi, czyli ze skok ten jest najmniejszy okolo srodka dlugo¬ sci lopatki. Szerokosc zas lopatki, poczy¬ najac prawie od srodka jej dlugosci ku wierzcholkowi, moze byc stala, lecz wtedy skok lopatki musi bardzo zmniejszac sie, celem przeciwdzialania wplywowi, wywie¬ ranemu na wierzcholek lopatki, przez wzrost predkosci osiowych srodowiska.Nadmierne zmniejszanie sie skoku geometrycznego od srodka dlugosci lopat¬ ki ku fej wierzcholkowi wywoluje maly, a nawet ujemny kat naporowy i aby tego uniknac szerokosc lopatek powinna stop¬ niowo, lecz dosc szybko malec od ich srod¬ ka ku wierzcholkowi, wskutek czego skok geometryczny lopatki jest staly lub wzra¬ sta w tej czesci lopatki.Wybór ksztaltu krzywizn skoku geo¬ metrycznego zalezy od warunków pracy wirnika. Jezeli wirnik obraca sie powoli, to wtedy krzywizna skoku moze stopnio¬ wo malec, poczynajac od piasty ku wierz¬ cholkowi lopatki Jezeli jednak wirnik obraca sie szyb¬ ko, to wtedy nalezy uzyc krzywizne sko¬ ku; malejaca stopniowo od piasty ku srodkowi lopatki, skad nastepnie ta krzy¬ wizna nie zmienia sie az do wierzcholka lopatki; jezeli zas wirnik obraca sie bar¬ dzo szybko, nalezy stosowac krzywizne skoku, malejaca stopniowo, poczynajac od piasty, az prawie do srodka dlugosci lopatki, skad nastepnie ta krzywizna wzrasta ku wierzcholkowi. , Lopatka niniejsza posiada te wade*w razie uzycia jej w wirnikach obracajacych sie powoli lub dzialajacych przy wiekszej róznicy cisnien, a w szczególnosci posia¬ dajacych niski stosunek piafcty, iz dlugosc piasty w kierunku osi jest nadmierna, a przez to nieosiagana praktycznie.Jezeli szerokosc lopatki = p, a kat jej nachylenia do plaszczyzny- obrótm=0, to wtedy dlugosc piasty w kierunku osi rów¬ na sie lub jest nieco wieksza od p sin © jezeli wielkosci p i © dotycza przekroju poprzecznego lopatki w miejscu jej lacze¬ nia sie z piasta.Wady tej mozna jednak z latwoscia u- niknac zapomoca podwojenia ilosci lopa¬ tek, co zmniejsza dlugosc osiowa piasty prawie do polowy, lecz wtedy wierzcholki lopatek beda zbyt waskie, wiec lepiej jest uzyc w wirniku lopatki rozmaitej dluigo- sci, rozmieszczone naprzemian, przez co osiaga sie te korzysc, iz wirnik beidizie lzejszy. - Suma szerokosci lopatek dlugich i krót¬ kich w obrebie okregu kola, zakreslonego przez wierzcholki krótkich lopatek, naale- je wtedy stopniowo, stosownie do ogólnych zasad wykonania lopatki, od okregu kola ku piascie, gdzie suma ta jest najwiek¬ sza.Próbowano juz stosowac sruby wodne i smigla, skladajace sie z iopatek dlugich i krótkich, rozmieszczone naprzemian, a to w celu przezwyciezeniaOporu, lecz w tych srubach suma szerokosci powierzchni — 4 —lopatek byla najwieksza nie przy piascie, lecz w innych punktach dlugosci lopatki.W wirnikach, skladajacych sie z dlu¬ gich i krótkich lopatek, rozmieszczonych naprzemian, nietylko wzrasta suma szero¬ kosci powierzchni lopatek, lecz równiez wzrasta stopniowo skok geometryczny lo¬ patki prawie od srodka jej dlugosci lub od okregu kola, zakreslonego przez wierz¬ cholki krótkich lopatek, ku piascie i to za¬ równo wszystkich lopatek, lub tylko dlu¬ gich albo krótkich.Sume szerokosci lopatek mozna po¬ dzielic miedzy lopatki dlugie i krótkie, w zaleznosci od danych wymagan konstruk¬ cyjnych.Na rysunkach uwidoczniono przyklad wykonania wynalazku; fig. 1 daje wykres, wskazujacy stosunek stalej predkosci o- siowej srodowiska do róznic pomiedzy predkosciami wzglednemi srodowiska i lo¬ patki, które to róznice przy duzym sto¬ sunku piasty sa prawie stale, a przy ma¬ lym stosunku piasty maleja ku piascie; fig. 2 — wykres, uwidoczniajacy zmiany szerokosci i skoku geometrycznego wzdluz lopatki, wirnika o lopatkach jednakowej dlugosci; fig. 3 — wykres zmian szeroko¬ sci i skoku wzdluz lopatki wirnika, skla¬ dajacego sie z lopatek krótkich i dlugich; fig. 4 — widok zboku wirnika z lopatkami w przekroju, skladajacego sie z lopatek jednakowej dlugosci; fig. 5 — widok zgó- ry tego wirnika, fig. 6 — widok zboku lo¬ patek wirnika, skladajacego sie z lopatek róznej dlugosci, fig. 7 — widok zgóry te- gnz wirnika.W wykresach, uwidocznionych na fig. 1, 2 i 3, na osi poziomej oznaczono odle¬ glosci poszczególnych przekrojów po¬ przecznych lopatki od osi piasty, wyraza* jac je procentowo w stosunku do calej dlugosci lopatki.Na fig. 1 odleglosc O—A jest propor¬ cjonalna do predkosci osiowej srodowiska, która to predkosc jest stala na calej dlugo¬ sci lopatki. Predkosci obwodowe lopatki sa proporcjonalne do odpowiednich pro¬ mieni, wobec czego oznaczono je na1 osi po¬ ziomej liczbami 20—100. Kierunki predko¬ sci obwodowych lopatki sa styczne do ob¬ wodów obrotu.Pochylemi linjami przerywanemi ozna¬ czono kierunki predkosci wzglednych sro¬ dowiska w poszczególnych punktach lo¬ patki, a linja O—A jest proporcjonalna do stalego skoku geometrycznego predko¬ sci wzglednych srodowiska wzgledem lo¬ patki.Przez O—B oznaczono stala róznice pomiedzy predkosciami obwodowemi lo¬ patki i srodowiska, która to róznice uzna¬ no, w celu uproszczenia, za stala, a wobec powyzszego odleglosci B—20, B—40, B— 60, B—80 i B—100 sa predkosciami obwo¬ dowemi srodowiska, przyczem ciagle li- nje pochyle wskazuja kierunki predkosci wzglednych tego srodowiska, a przedlu¬ zenie tych linij do osi O—A tworza linje proporcjonalne do skoku geometrycznego predkosci wzglednych srodowiska.Jezeli katy miedzy kierunkami predko¬ sci wzglednych srodowiska i plaszczyzna obrotu oznaczy sie przez £, katy naporu przez a, katy nachylenia lopatki do pla¬ szczyzny jej obrotu przez 8, to wtedy a -|- p = ©, Kierunki nachylenia lopatki sa oznaczone na fig. 1 linjami przerywane¬ mi. Zmiany skoku geometrycznego predko¬ sci wzglednych srodowiska na calej dlu¬ gosci lopatki wyrazone sa krzywa 1, a zmiany skoku geometrycznego samej po¬ wierzchni lopatki oznaczone sa krzywa 2.Krzywa skoku geometrycznego posia¬ da w tym przypadku swe minimum wpo- blizu srodka dlugosci lopatki i wzrasta ku jej wierzcholkowi i piascie.Krzywe 3 i 4 (fig. 2) wyrazaja odpo¬ wiednio szerokosci i skoki geometryczne w poszczególnych punktach dlugosci lo¬ patek, uwidocznione na fig. 4 wirnika po¬ danego na fig. 5* Szerokosc tej loipatki — 5 —zmienia sie wzdluz wedlug prawa linji prostej, gdy skok czesci lopatki, bedacej wpoblizu jej wierzcholka, jest staly i stop¬ niowo wzrasta od srodka lopatki ku pia¬ scie. Krzywe 5 i 6 uwidocznione na fig. 3 wskazuja odpowiednie szerokosci i skoki poszczególnych punktów dlugosci lopatki wirnika, skladajacego sie z lopatek róznej dlugosci (fig. 6 i 7). Krzywa 5 wyraza su¬ me szerokosci lopatek dlugich i krótkich, a krzywa 6 — jednakowy skok geome¬ tryczny w lopatkach dlugich i krótkich, która to krzywa podobna jest do krzywej 4 (fig. 2), lecz oczywiscie skok tych lopa¬ tek moze sie zmieniac w sposób wyrazony krzywa 2 (fig. 1) lub malec stopniowo ku wierzcholkowi.Linje 7 i 8 (fig. 4) sa odpowiedniemi kra¬ wedziami zprzodu i ztylu lopatki. Zarys piasty 9 moze byc równiez innego ksztal¬ tu. Przekrój poprzeczny 10 lopatki znaj¬ duje sie w plaszczyznie rysunku. Styczne 11 Ao strony naporowej lopatki tworza z plaszczyzna obrotu kat S.Styczne przecinaja sie z osia obrotu na wysokosciach CD, CE i CF w stosunku do skoku geometrycznego odpowiednich przekrojów poprzecznych lopatki i wzra¬ staja w miare zblizania sie do piasty, przy- czem jednoczesnie wzrasta szerokosc lo¬ patek.Na fig. 5 przednia krawedz 12 i kra¬ wedz tylna 13 lopatki pokazane sa w wi¬ doku zgóry.Wirnik pokazany na fig. 6 i 7 oklada sie z dlugich lopatek, posiadajacych przednie krawedzie 14 i tylne — 15, oraz z lopatek krótkich, posiadajacych krawe¬ dzie przednie 17 i krawedzie tylne 18, o- znaczone w widoku zgóry odpowiednio liczbami 20, 21, 22 i 23.Wzrost skoku geometrycznego w miare zblizania sie do piasty oznaczono na fig 6 stycznemi 19.W danym przykladzie lopatki dlugie i krótkie posiadaja w punktach, znajduja¬ cych sie w jednakowych odleglosciach pro¬ mieniowych, jednakowe skoki geometrycz¬ ne, lecz oczywiste skoki poszczególnych punktów dlugosci lopatki zaleza calko¬ wicie od rozdzialu obciazenia na lopatki dlugie i krótkie, który to rozdzial mozna wykonac w rozmaity sposób. PL