SE441916B - Rotor for insats i ett stromningsmedium - Google Patents

Description

_ i _ PÛDR rs nyss 4f~1 i uugALn-y; med mantlar en ytterligare genomströmningsökning eller effektökning och är mer ekonomisk samt tillförlitligare ur dríftssynpunkt.

Uppgiften enligt föreliggande uppfinning löses genom att mantelprofilens utströmsände sträcker sig huvudsakligen tvärs rotorakeln utat bort fràn densamma.

I relation till teknikens standpunkt har rotorn enligt före- liggande uppfinning stora fördelar. Ringmantelns profil pa rotorn enligt föreliggande uppfinning, som resulterar i den genom rotoraxeln sig sträckande ytan liggande tvärsnittsytan kan betecknas som “geometrisk profil". Denna geometriska profil bestämmer strömningsförhàllandena kring rotorns ring- mantel_sä länge som rotorn är i vila och strömningen kommer axiellt framifrån. Dm rotorn enligt föreliggande uppfinning bringas att rotera, utför den en rörelse tvärs strömninge- riktningen pä det genomströmmande mediet, varigenom relativ- rörelsen mellan strömningen och rotorns ringmantel icke sker längs axialparallella mantellinjer utan i beroende av rota- tionshastigheten och strömningshastigheten snett mot ring- mantelns akiellt sig sträckande mantellinjer, varvid den huvudsakliga rörelseriktningen ligger i riktningen pà has- tighetsvektorn, som är resultatet av en vektoraddition av strömningens hastighetsvektor framför rotorn och en gentemot rotationshastighetsvektorn motsatt lika stor vektor. Dessa pä detta sätt erhallna strömningsförhällanden kan även be- traktas sä som om strömningen (vid stillastående ringmantell inte träffar ringmanteln vinkelrätt mot rotorplanet utan snett mot ringmantelns mantellinjer. Denna effektivt sig inställande snedströmning kan ocksa benämnas “effektiv tillströmning", som träffar ringmanteln pä rotorns inlopps- sida. Sa snart som strömningen inkommer i omradet av rotor- bladen kommer strömningen, när det gäller en driven turbin- rotor, tillföras rörelseenergi eller, om det gäller en rotor kopplad till en generator (t ex ett vindhjul), att frantagas energi. I vart och ett av dessa fall ändras strömningens rörelseriktning, sa att den bakom rotorbladen fran rotorn utgaende strömningen har en annan effektiv strömningsrikt- ning än tillströmningen. Förutom de tre tidigare nämnda pa 7909994-1 POOR i i auAuTv den effektiva strömningsriktningen inverkande storheterna, nämligen aniell ti1lströmningshastighetsvektor, rotorns rotationshastighet och rörelseenergiomsättning i rotorns rotorplan, kan ytterligare storheter päverka den effektiva strömningen, t ek da en med ringmanteln försedd helikopter~ rotor vid flygning framät ställs snett mot flygriktningen, uppträder en osymmetri i strömningen mellan rotorns inlopps- och utloppsormade. I övrigt paverkas den i ringmantelns omràde rädande effektiva strömningen med hänsyn till dess homogenitet omkring rotorns omkrets ocksa därav, om rotorn är sa utformad, att ett och samma strömningsförhallande rader i omradet kring rotoromkretsen. Detta uppnäs med säkerhet hos en rotor med ett relativt stort antal rotorblad i rotorkransen, som är sä anordnade och placerade, att strömningstekniskt sätt föreligger det en gallerstrómning.

Ju färre blad rotorn uppvisar desto ohomogenare blir ström~ ningsförhallandena kring rotorns omkrets och desto större blir de kring omkretsen uppkomna avvikelserna hos den effek~ tiva strömningsriktningen fran den i omradet av rotorbladen uppkomna effektiva strömningsriktningen. Vid betraktande av strömningsförhallandet i omradet av ringmanteln pa rotorn enligt uppfinningen vid rotation av rotorn har i vilket fall som helst inte den i den genom rotorakeln sig sträckande ytan liggande geometriska profilen pä ringmanteln nagon inverkan utan varje profil hos ringmanteln, som erhalles vid skärning av ringmanteln längs en det effektiva strömnings- förloppet motsvarande linje längs ringmanteln. Beroende pa rotorns rotationshastighet och den av antal. konstruktion, och position pa rotorbladen uppkomna strömningen i rotorn kommer den effektiva strümningen att upptrade mer eller mindre snett mot ringmantelns mantellinje. Den "effektiva profilen", som bestämmer strömningen, kommer därmed att vara längre än den längs en mantellinje uppmätta längden pä ring- manteln och den blir därmed ocksa "sträcktare" än den gemr metriska profilen. Üm den geometriska profilen är välvd eller vinkelformig, blir välvningen eller bockningen hos den effektiva profil, som erhälles fràn den geometriska profilen vid drifts-strömningsförhallanden, betydligt svagare. Även lutningar pà den geometriska profilen relativt rotoranel~ riktningen (och den akiella tillströmningsriktningen) inver~ 7909994-*2121 PÛOR ' QUALITY _ ' kar inte i dessa avseenden med deras absoluta geometriska dimensioner utan reduceras avsevärt med avseende pa den effektiva strömningsriktningen. Detta betyder att ringman- telns geometriska profil, som med avseende pà dess form och/eller inställning mot den axiella strömningsriktningen med en anfallsvinkel, vilen är lika stor som eller större än den kritiska (avlösnings-) anfallsvinkeln, vid rotorns rota- tion i omradet kan ge fullständigt effektiva profiler, vilka gentemot den effektiva strömningen är sa belägna och sä ins- tällda, att den kritiska anfallsvinkeln gentemot den effek- tiva strömningen inte uppnäs. Hos rotorn enligt föreliggande uppfinning framgär det salunda att det vid rotorns stilla- staende och vid axiell strömning kring ringmantelns tvär- snitt inte uppträder nagon cirkulation, eftersom det uppträ- 'der en för tidig avlösning av strömningen kring ringmanteln men at det vid rotorns drift erhalles en effektiv profil och en effektiv-strömningsriktning, vid vilka det sker en cirku- lation kring ringmanteln (vilken uppträder snett mot rotor- axeln). En sädan cirkulation har emellertid till följd att det i de av ringmanteln omslutna rotorytorna införes betyd- ligt mer strömningsmedium per tidsenhet än om rotorn saknar ringmantel. Ringmanteln verkar sa att säga som en sugpump, som inför ytterligare medium i rotorplanet fran den utanför rotorns periferi framför densamma belägna omgivningen. Hos rotorn enligt föreliggande uppfinning kan den geometriska profilen pa ringmanteln vara starkt välvd eller starkt boc- kad och den kan speciellt i sitt utloppsomrade sträcka sig starkt radiellt utat, t en i ändomradet löpa utät vinkelrätt mot rotoraxeln. Trots en sadan formgivning kommer det vid stillastaende rotor och akiell motströmning p g a överskri- dande av den geometriska profilens kritiska anfallsvinkel inte att ske nagon cirkulation kring ringmanteln, ger rotorn enligt föreliggande uppfinning vid drift, d v s vid lämplig rotationshastighet pa rotorn, en cirkulation kring ringman- Vteln. Den erhallna effektiva profilen är sedan "underkr1- tiskt" formad och inställd och det erhalls sedan p g a _utformningen av profilens nedströmssida en strömningsrikt- ning pa den fran rotorn utgaende strömningen, som lämnar rotorn i motsvarighet till rotorprofilens utströmning med en stor vinkel relativt rotoraxeln, vilken vinkel är 90 grader 7909994-1 eller mer eller mindre. Pa detta sätt nas en enorm genom- gangsökning gentemot tidigare föreslagna eller kända roto~ rer. Genom den närmast paradoxalt förmodade möjligheten att inte lata utströmningen ga ut i en huvudsakligen rotorameln följande stràle utan i form av ett starkt ”utbrett” i de yttre begränsningsytorna i huvudsak snett mot rotorameln skeende förlopp, möjliggöres en kraftig utbredning av den fran rotorn utgående strälen, vilken är till stor fördel. om stràlen användes sasom stödstràle, t en för att bära och lyfta ett luftfartyg, sasom en helikopter eller autogiro. eftersom det sker en avsevärd stabilisering genom stralens utbredning. Det av den saväl radiellt som ocksa konformigt sig utbredande. roterande utströmningen genomströmmade rum~ met bakom rotorn enligt föreliggande uppfinning, vilket ökar med det akiella avståndet fran rotorplanet, medför en avse~ värd ökning av den genom rotorplanet strömmande mängden gen~ temot hittills föreslagna eller kända rotorer. Rotorn enligt uppfinningen är synnerligen effektiv, har enkel konstruktion och lämpar sig speciellt som saväl rotor i en drivanläggning som rotor pa en arbetsmaskin, t en en helikopter.

En förmanlig utformning pa rotorn enligt föreliggande upp- finning erhalles genom att profilen uppvisar ett utloppsomr rade, som ligger bakom den genom rotorbladens utströmskanter definierade ytan och som med avseende pa strömningsriktning~ en sträcker sig bakat bort fran rotoraueln. Vid denna utformning ligger rotormantelns bakkant inte i ytan pa rotorbladens utströmskanter utan sett i strömningsriktning pa avstand bakom, sa att den fran rotorn utgaende strömming- en fortfarande förs nedströms ett stycke i rotormantelns utloppsomràde, innan den träder ut i den fria omgivningen.

Detta ger en synnerligen verksam styrning av utströmningen och speciellt en synnerligen verksam avböjning av utström~ ningen i en riktning i huvudsak tvärs rotorakeln.

En fördelaktig konstruktiv utformning erhalles genom att profilen uppvisar ett i huvudsak rätlinjigt omrade, som i omradet av rotorbladens yttre ändar sträcker sig parallellt med rotoraxeln. Genom denna utformning blir rotormanteln i rotorbladens omräde i huvudsak cirkelcylindisk, varigenom ß_,H »(5 i av) ÅUTY 7909994r1 det bakom rotorbladens utströmskanter ansluter sig ett starkt utbredande utloppsomràde nedströms fran motoraxeln.

En fördelaktig utformning pa rotorn enligt föreliggande upp- finning uppnas genom att profilens utloppsomrade har ett rätlinjigt förlopp. En sadan utformning är bade konstruktivt och tillverkningstekniskt enkel. Därvid kan profilens utloppsomrade stracka sig vinkelrätt mot rotoraxeln och bil- dar da formen av en radiellt utatstaende fläns. Profilens utloppsomrade kan emellertid ocksa sträcka sig i en stor spetsig vinkel mot rotoraxeln, varvid utloppsomradet vidgar \ sig koniskt.

En strömningstekniskt fördelaktig utformning pa rotorn enligt föreliggande uppfinning, vilken uppvisar ett rätlin- jigt omrade i omradet av rotorbladen, erhalles genom att profilens övergàngsomrade är bàgformigt fran det ratlinJiga omradet till utloppsomradet. Pa detta sätt undvikes skarpa strömningsbrytningar, motstand och virvelalstrande kanter.

Det är emellertid ocksa möjligt att utforma rotorn enligt föreliggande uppfinning sa, att profilens övergangsomrade fràn det rätlinjiga omradet till utloppsomradet har skarpa hörn. En sadan utformning blir verksam och enkel.

Med fördel utformas rotorn enligt föreliggande uppfinning sa, att profilen uppvisar ett inloppsomrade, som ligger framför det av rotorbladens inloppskanter definierade pla- net. Ett sadant framför rotorbladskransen liggande inlopps- omrâde pa ringmanteln bidrar pa ett fördelaktigt sätt till att paverka och leda det i rotorn införda strömningsmediet redan pa väg framför rotorkransen.

Vid en säden utformning pa rotorn enligt föreliggande upp- finning är det fördelaktigt om profilens inloppsomrade har ett rätlinjigt förlopp och bildar en spetsig vinkel mot rotoraxeln. Detta ger en enkel konstruktion pà ringmanteln i inloppsomradet.

PÛOR QUALITY 7909994-1 Hos rotorer enligt föreliggande uppfinning, vid vilka ring- mantelns profil uppvisar ett rätlinjigt omrade, erhalles en speciellt strömningsfördelaktig utformning, da profilens övergangsomrade är bagformigt fran inloppsomradet till det rätlinjiga omradet. Detta leder ater till en synnerligen enkel konstruktion.

En speciellt fördelahtig utformning pa profilen enligt före- liggande uppfinning uppnas genom att ringmantelns profil utformas som aerodynamiskt formad profil med tillströmsnäsa och nedströmskant. Pa detta vis blir ringmantelns ström- ningsmotstand_sa litet som möjligt och dessutom uppnas en speciellt vlttgaende strömningsstyrning och genomgangsök- ning.

En annan fördelaktig utformning erhalles genom att den inre ringmantelns profil är sa utformad, att den under den effeL~ tiva motströmningen är lämpad att alstra en lyftkraft, och sa orienterad, att dess sugsida bildar den radiella yttre sidan pa den inre ringmanteln. Pa detta sätt far den inre ringmanteln ocksa en ökande effekt pa genomströmningsmäng~ den.

En rotor enligt föreliggande uppfinning, som pa avstand innanför en yttre ringmantel har en inre ringmantel, alstrar en divergerande och virvlande nedströmning, vilken inte bara uppvisar en exakt begränsad yttre yta pa nedströmningen utan ocksa en exakt begränsad inre yta pa nedströmningen, varigefl nom den yttre och inre ytan relativt sett löper fran varand~ ra, varvid den inre ytan divergerar mindre fran rotoraxeln än den yttre ytan. Till följd härav ökar den av nedström~ ningen omgivna ringformiga ytan tvärs rotoraxeln proportio~ nellt med ökande avstand fran rotorhuvudytan. I motsats till en rotor utan ringmantel och med stralsammandragning bakom rotorn ger rotorn enligt föreliggande uppfinning en stral- ningsvidgning i en storleksordning, som aldring skulle kunna uppnas med en hittills känd mantelrotor. Samtidigt erhalles en motsvarande stor hastighetsreducering pa strömningen bakom rotorn, vilket leder till en motsvarande ökning av framdrivningsverkningsgraden.

QUALI/”fy . _ V .. ___.,_í._._. 7909994-1 Rotorn enligt föreliggande uppfinning. speciellt rotorn med en ytterligare inre ringmantel jämte den yttre ringmanteln, är emellertid ocksa p g a den genom manteln ökade nedström- ningen synnerligen förmanlig för en användning i vindkraft- verk för vindhjul, som utan vidare har ett större nedst'üm~ ningsrum bakom rotorytan.

Medelst rotorn enligt föreliggande uppfinning astadkommes en (inàtriktad) centripetalkraft p g a den vidvinkliga konfor~ men pa den virvlande eller roterande nedströmmen. Härigenom blir trycket inat större än utàt och därigenom blir ned- strömshastigheten inat mindre än utat. Den resulterande effekten kan jämföras med den medelst en helikopter alstrade markeffekten, visserligen med den anmärkningsvärda skillna- den, att den medelst rotorn enligt föreliggande uppfinning erhallna effekten uppnàs i ett fritt rum utan marknärhet.

Utföringsformer av föreliggande uppfinning kommer 1 det föl~ jande att beskrivas närmare under hänvisning till bifogade ritningar. Fig 1 visar delvis i tvärsektion en perspekt1v~ delvy av en första utföringsform av en rotor enligt förelig- gande uppfinning. Fig 2 visar delvis i sektion en delvy av en annan utföringsform av en rotor enligt uppfinningen. Fig 3 visar delvis i tvärsektion en delvy av en ytterligare utföringsform av en rotor enligt föreliggande uppfinning.

Fig 4 visar delvis i sektion en delvy av ännu en utförings- form av en rotor enligt föreliggande uppfinning. Fig 5 visar en schematisk sektion av en under den effektiva strömningen inställd effektiv profil pà den yttre ringmanteln hos rotorn enligt fig 1. Fig 6 visar en schematisk sektion av en under den effektiva strömningen erhallen effektiv profil av den yttre ringmanteln hos rotorn enligt fig 2. Fig 7 visar en schematisk sektion av en under den effektiva strömningen erhallen effektiv profil av den yttre ringmanteln hos rotorn enligt fig 3. Fig B visar en schematisk sektion av en under den effektiva strömningen erhallen profil av den yttre ring- manteln hos rotorn enligt fig 4. Fig 9 visar en schematisk sidovy av ännu en utföringsform av en rotor enligt förelig~ gande uppfinning. Fig 10 visar en schematisk sidovy av en g PÛÛR i QUALITY 7909994-1 ytterligare utföringsform av en rotor enligt föreliggande uppfinning.

I fig 1 visas en perspektivdelvy av en första utförings+orm av en rotor enligt +öreliggande uppfinning. Rotorn har en vertikal rotoranel 1 och kan med denna ställning användas som exempelvis fläkthjul, vilket drives av en av tydlig~ hetsskäl icke visad elmotor, ehuru en säden rotor även kan ha horisontell axel. Rotorn uppvisar en yttre ringmantel E, som sitter iast pä rotorbladens 3 yttre ändar, t ex med skruvar eller nitar. Ringmanteln E är axialsymmetrisk och roterar med rotorn. I ett snitt genom ett genom rotoraxeln ett sig sträckande ideellt plan uppvisar ringmanteln 1 en protil E51, som i det töljande benämnes "geometrisk profil".

Enligt utföringsformen i fig 1 bestar profilen G51 av 2 rät- linjiga avsnitt 4” och 4", vilka bildar rät vinkel mot varandra, varvid avsnittet 4” sträcker sig parallellt med axeln 1 och avsnittet 4" sträcker sig utanför vinkelrätt mot axeln 1. Den allmänna tillströmningsriktningen pa det till rotorn i tig 1 strömmande mediet betecknas med pilen Z och är i huvudsak parallell med rotoraxeln 1. Det rätlinjiga omradet 4” pä pro¥ilen GH1 sträcker sig sett i strömnings~ riktningen bakat törbi den av rotorbladens 3 utströmskanter deiinierade ytan och sträcker sig ocksa i strömningsrikt~ K ningen sett framät ut över den av rotorbladens 3 motströms~ kanter detinierade ytan. Det rätlinjiga omradet 4" pa pro- filen GB1 bildar proiilens utloppsomräde. övergången pa pro~ filens GH1 rätlinjiga omrâde 4” till utloppsomradet 4" är utformad som ett skarpt hörn.

Rotorn i fig 1 har totalt 24 rotorblad fördelade runt rotorns omkrets. Rotorbladen är anordnade relativt tätt och sa, att strömningen mellan dem kan betraktas som "galler- strömning" i strömningslärans mening. Fä ett radiellt avstånd innanför den yttre ringmanteln 2 har rotorn enligt tig 1 en inre ringmantel 5, som är iäst pä rotorbladens 3 inre ändar. Innanför ringmanteln 5 finns radiella stag ó. vilka är fästa med sina inre ändar i ett nav 7 som i sin ttw _är fäst pä rotoraxeln 7, sä att hela rotorn roterar med z: axeln 1. Strömningsmediet uppträder kring den inre manteln u 00 UALIçv 79099941-1 lo hos rotorn i fig 1 saväl pa dess radiellt yttre sida som pà dess radiellt inre sida, eftersom ringen mellan den inre ringmanteln och navet inte är helt utfylld och därmed genomströmningsbar. Den inre ringmanteln 5 pà rotorn enligt fig 1 har en rätlinjíg rektangulär profil i ett i rotoraueln 1 liggande ideellt plan sig sträckande snitt, vilken är parallell med rotorakeln och har därmed samma riktning som den allmänna tillströmningen. I fig 1 är punktstreckat inri- tade nagra strömningslinjer pä den radiellt inre ytan av den yttre ringmanteln E, som skall föreställa "strömningstradar" och Visa den effektiva strömningsvägen längs ringmanteln vid rotorns rotation i den med pilen U angivna rotationsrikt- ningen. I ett sadant fall adderas det tillströmmande mediets relativrörelse fran tillströmningshastigheten och jämfört med rotationshastigheten till en lika stor hastighetsvektor.

Den effektiva rörelsen pa strömningen längs ringmanteln E är inte parallell med rotoraaeln 1 utan sned mot denna. Sa snart som strömningen kommer in i rotorbladens 3 omräde, kommer den där, om rotorn arbetar som ett turbinhjul, d v s drives av en motor, att förses med ytterligare rörelseener~ gi, och om rotorn är ett vindhjul (rotorbladens orientering och tvärsnitt maste i sa fall vara annorlunda), skulle strömningen berövas rörelseenergi i omradet av rotorbladen.

I bada fallen sker en bestämd avlänkning av strömningens rörelse i omradet av rotorbladen, sa att strömningen pà rotorns utströmssída fran den av rotorbladens utströmskanter 3 definierade ytan har en förändrad rörelseriktning. Detta beror pa strömningsträdarna pa ringmantelns 2 radíellt inre vägg. Med den inneboende rörelseenergin gar strömningen sedan runt övergängsomradet mellan de bada rätlinjiga omra- dena 4* och 4" pa profilen GB1 och (alltid relativt rotorn och ríngmanteln 2) i spiralformiga banor till ett plan huvudsakligen tvärs rotorameln 1. Den längs de radiellt inat respektive nedat visade ytorna pa profilen GB1 uppträdande strömningen bildar efter avgàng fran rotorn gränsytor gente- mot omgivningen. Dessa yttre gränsytor pà utströmningen sträcker sig huvudsakligen tvärs rotoraxeln 1. En sadan i det närmaste rätvinklig avlänkning av strömningen pa dess väg fran rotorns inlopp till dess utlopp kring den i huvud- sak rätvinkliga profilen GB1 pa ringmanteln 2 är möjlig och í ÛÛR (XWÅJTV H 7909994-1 sker faktiskt, fastän profilen G51 vid stillastaende rotor med hänsyn till en i rotoraxeln löpande tillströmning i sitt rätlinjiga omrade 4" uppvisar ett stort motstand alstrande ett studsplan och vid en tillströmning parallellt med roto~ raueln aldrig skulle kunna omströmmas rätvinkligt utan skul~ le leda till avlösning av strömningen och vlrvelbildning vid den hörnformiga övergången fràn det rätlinjiga omradet 4" till det rätlinjiga omradet 4" och beror pa att vid en rotar tion av rotorn uppträder inte nagon auiell strömning i omraw det av ringmanteln utan längs de i fig 1 punktstreckat visa~ de strömningslinjerna. Vid et sådant snett strömningsförlopp reagerar strömningen inte för en rätvinklig profil utan för en i motsvarighet till det sneda strömningsförloppet "sträckt" profil, som kan betecknas som “effektiv" profil EP1, och som visas schematiskt i fig 5. I fig 5 framgar klart, att en sadan effektiv profil EPI, som beroende pa de vid rotation av rotorn uppträdande strömningsförhallandena skall tillströmmas framifrän och kan betraktas som ström- ningsprofil, vilken i sin helhet gentemot t.1lstrbmningen uppträder kring en vinkel. som ligger under den kritiska (avlösnings-) vinkeln pa en sadan sträckt profil, sa att en avlösning av strömningen i omradet av det i profilen EPI befintliga hörnet icke sker. kring profilen EP1 kan därför vid rotorns drift uppträda en cirkulation pa det i fig 5 schematiskt visade sättet. sä att den effektiva profilen EPI verkar som aerodynamisk vingprofil, vars sugsida ar den radiellt inàt visade sidan. Genom denna cirkulation förs den effektiva strömningen genom rotorn längs profilen GH1 (eller egentligen längs den effektiva profilen EPI), utan att avlü~ sas. Strömningen lämnar rotorn längs utloppsomradet 4” pa profilen GE1, varvid de enstaka strömningstradarna visserl1~ gen sträcker sig i ett plan huvudsakligen tvärs rotorakeln 1 dock inte radiellt mot akeln 1 utan snett mot denna med en periferihastighetskomponent. Strömningen avlänkas emellertid i en riktning i huvudsak vinkelrätt mot rotoraxeln och där~ med erhalles en hos kända rotorer fullständigt obekant utbredning av utgangsstralen efter rotorn.

Den inre ringmanteln 5 paverkar inte den yttre ringmantelns 2 effekt eftersom den är parallell med rotorakeln 1 och i 'Pound uuAmv 7ane9e4f1 12. följaktligen astadkommes inte nagon cirkulation kring den inre ringmanteln 5, vilken cirkulation skulle motverka cir- kulationsströmningen kring den yttre ringmanteln 2. Det visar sig att nedströmningen hos den sig inställande ström- ningen pa gränsplanet hos den inre ringmanteln sträcker sig nagot utat bort fràn utloppsänden, varvid den exakta rikt~ ningen pa nedströmningens inre gränsplan liksom den exakta riktningen pa nedströmningens yttre gransplan beror pa detaljer i rotorns konstruktion liksom pa nedströmningsomra~ dets längd bakom rotorbladens nedströmningskanter, inlopps~ omradets längd framför rotorbladens motströmningskanter, själva rotorbladens form samt rotorns rotationshastighet.

Hed rotorn enligt fig 1 är det följaktligen möjligt att fram- ställa en nedatriktad strale, som i motsats till den i huvudsak akiella inströmningen breder ut sig koniskt till nästan skivformigt utat bort fran rotoraxeln. Till följd av cirkulatíonen kring den effektiva profilen EPI far rotorn inte bara tag i det i rotorringytans pelare befintliga mediet för insugning utan ocksa en betydligt större mängd framför och radiellt utanför rotorn. I fig 9 och 10 visas schematiskt strömningsförhallanden för andra utföringsformer av rotorn men det föreligger i huvudsak samma principiella strömningsförlopp hos rotorn i fig 1.

I fig 2 visas en delsektion av en andra utföringsform av rotorn, varvid sektionen sträcker sig_genom rotorn i ett genom rotorakeln löpande ideellt plan. I den man rotorn 1 fig 2 överensstämmer principiellt med rotorn i fig 1 har samma delar i fig 2 samma hänvisningsbeteckning och enbart avvikelserna kommer att beskrivas. Den yttre ringmanteln 2 har en geometrisk profil GP2, som i inloppsomradet skiljer sig fran profilen GP1 i fig 1. Frofilens GP3 inloppsomrade är rätlinjigt men bildar spetsig vinkel mot rotoraxeln. var~ vid profilens GPS övergàngsomrade fran inloppsomradet till det rätlinjiga omradet är ett skarpt hörn. Hos profilen GP2 sträcker sig det rätlinjiga omradet inte väsentligt bakat 7:- förbi rotorbladens 3 nedströmskanter a utan övergar i nedströmskanternas omrade via ett hörn mot det rätlinjiga utloppsomradet, som gar radiellt utat. Strömningsförhallan- dena hos denna utföringsform överensstämmer i huvudsak med -- - . .. ... ___... . ____.__.._..._.._.,..._ 1 _ ._ POÛR QUALITYWW 7909994-1 strömningsförhallandena hos utföringsformen i fig 1. Vid rotation av rotorn i fig 2 träffar den effektiva strömningen en genom sträckning av den geometriska profilen GPS erhallen effektiv profil E'2, som visas schematiskt i fig 6. I fig 6 framgar att den effektiva profilen EPL är en helt och hallet aerodynamisk profil. som träffas framifran av den effektiva strömningen och strömningen icke avlöses i de kantiga över~ gangsomradena. Den effektiva profilen EPE bildar i det när- maste en vingprofil, som gentemot strömningen är ställd i relativt liten vinkel, som med säkerhet ligger under den kritiska (avlösnings~) vinkeln pa en sadan profil, sa att det sker en cirkulation runt denna profil, Varpa funktionen är densamma som hos rotorn i fig 1. D v s den yttre ytans nedströmning pa rotorns nedströmssida föres utat i huvudsak tvärs rotoraxeln och i strömningens inre omrade koniskt utat. Det bildas därmed ett i strömningsriktningen större tvärsnitt pa nedströmsomradet.

I fig 3 visas en tredje utföringsform av rotorn enligt före~ liggande uppfinning och det tillämpas samma hänvisningspe- teckningar pa principiellt samma delar som i fig 1 och 2. I fig 3 visas en delsektion genom rotorn i ett genom rotor- axeln sig sträckande ideellt snitt. Den yttre ringmanteln 2 har en geometrisk profil GP3 med cirkelbagform. Profilen GPS uppvisar ett förbi rotorbladens 3 motströmskant framat framskjutande inloppsomrade och ett förbi rotorbladens nedströmskanter 3” bakat utskjutande utloppsomrade. Utlopps- omradet sträcker sig utat vid änden i huvudsak tvärs rotor- axeln och är spetsigt. Pa den främre änden är profilen GP3 avrundad. Strömningsförhallandena hos rotorn i fig 3 är principiellt likadan som hos rotorerna i fig l och 2. P g a den effektiva strömningen ger sträckningen av den geometris- ka profilen EFS en effektiv profil EPS längs den effektiva strömningsvägen, vilken profil visas schematiskt 1 fig I och har samma form som en vingprofil, som träffas framifran av den effektiva strömningen och star enbart i en liten anfallsvinkel, som är mindre än den kritiska (avlösnings-I vinkeln. Även med denna effektiva profil gar strömningen utan avlösning längs hela profilen till nedströmskanten och gar utat fran denna i motsvarighet till utloppsomradets form i I=obR~o UALITv 7909994111 14 i huvudsak tvärs rotoraxeln. I fig 3 visas detta med den punktstreckade linjen.

Rotorn i fig 3 är försedd med en inre ringmantel 5, som i motsats till de i fig 1 och 2 visade rotorernas ringmantlar har en geometrisk profil i form av en vingprofil, vars sug- sida är den radiellt yttre sidan. Profilens korda löper i huvudsak parallellt med rotoraueln, sa att det kring denna profil bildas vid strömning, även om profilen i sin längd "sträckes" genom den effektiva snedströmningen, en cirkula~ tion, som dock inte motverkar cirkulationen kring den effek- tiva profilen EP3, utan förstärker denna och också i rotorns inre omrâde för in strömningsmedium i rotortvärsnittet, vilf ket kommer fran områden, som befinner sig utanför den fram- för rotorytan belägna pelaren. Till följd av den kring den inre ringmanteln bildade cirkulationen sker nedströmningen i rotorns inre omrade inte längs den likaledes koniskt utät sig vidgande gränsyta utan längs en inre gränsyta, som kan vara riktad i viss män mot rotorakeln. Det exakta förloppet och den exakta riktningen pa utströmsstralens gränsytor beror anyo pä detaljdimensioner och relationerna mellan rotorns enskilda delar.

I fig 4 visas en fjärde utföringsform av rotorn. Denna utfö~ ringsform àskädliggöres medelst en schematisk axialdelvy delvis i sektion och utgör en rotor i form av ett vindhjul för ett vindkraftverk. I denna utfäringsform är rotorbladen 3 inte fästa pá en inre ringmantel vid de inre ändarna utan omedelbart pà ett centralt strömningsförmänligt kapslat nav B. Rotorn och navet är roterbart lagrade i ett till navet anslutande strömningsförmänligt utformat hus 9. I huset 9 är anordnad en icke visad generator, som drives medelst rotorn.

Fä rotorbladens 3 yttre ändar är fäst en yttre ringmantel E, som 1 ett genom ett i rotoraneln sig sträckande ideellt plan gjort snitt uppvisar en geometrisk profil BP4, vilken 1 rotorbladsspetsarnas omräde har ett rätlinjigt omräde unge~ fär parallellt med rotoraxeln. Profilen GP4 uppvisar i 'övrigt framför motströmskanterna pä rotorbladen 3 ett inloppsomrade, som har en rätlinjig yttre del och övergär bägformigt i den rätlinjigt med de yttre bladspetsarna för- P00 flUÅllïYo, 7909994-1 bundna delen pa profilen. Profilen GP4 uppvisar ocksa ett rätlinjigt utloppsomrade, som sträcker sig utat med en stor spetsig vinkel mot rotorakeln och pa insidan ansluter via ett bagformigt bvergangsomrade i det rätlinjiga omradet. Även hos denna rotor uppträder principiellt samma ström~ ningsförhallanden som hos de tidigare beskrivna rotorerna, med avseende pa den effektiva strömningen ger den geometri- ska profilen EP4 hos den yttre ringmanteln en effektiv pro- fil EP4, som visas i fig B och som ater visar sig vara en profil med den effektiva strömningen i huvudsak framifran och i en vinkel, som ligger under den kritiska (avlösnings~) vinkeln, sa att den effektiva strömningen utan avlösning uppträder längs hela den effektiva profilen EP4 till dess nedströmskant. Genom denna utföringsform av rotorn uppkommer en yttre gränsyta pa nedströmsstralen, som vidgar sig komiskt bakat. I omradet av rotorbladens 3 inre ändar sker strömningen hos rotorn längs navet 8 och husets 9 vtor, sa att de inre gränsytorna pà nedströmsstralen är i huvudsak parallella med rotoraxeln. Det uppstar en nedströmsstrale, som vidgar sig koniskt bort fran rotorn med en mycket stor öppningsvinkel. Detta är av stor fördel hos vindkraftmaski~ ner, hos vilka strömningen skall avge den mesta mojliga energin i vindhjulet. Rotorn i fig 4 ger ocksa en färbätt~ ring av strömningsförhallandena och en ökning av genomflö~ desmängden genom att det pà radiellt avstand fran den yttre ringmanteln finns en inre ringmantel med strömming pa bada sidor och genom att omradet mellan den inre ringmanteln och navet B inte överbrvggas av rotorbladens delar utan av tunna stag. I ett sadant fall kan den inre ringmanteln öka den genom rotorn gaende flödesmängden och därmed förbattra effekten.

I fig 9 visas en ytterligare utföringsform av rotorn i sidoyv. I denna utfüringsform är utloppsomradet pa den yttre ringmantelns geometriska profil ratlinjigt och koniskt utat i en stor vinkel mot rotorakeln. En inre ringmantel bildas av cirkelcylindermanteln och är koakiell med rotorakeln. I denna utföringsform av rotorn uppstar en nedströmning i form av en bort fran rotorhuvudplanet bakat starkt utvidgande konisk skal. Vid rotorns inlopp är medelst pilar utmärkt att r ~~ -- - ------_-.-_._._..__._......,__._._.... ._,__.___.,å_ 19o9994-1 lb till följd av den kring den yttre ringmanteln i den effekti- va strömningen uppträdande cirkulationen uppnàs en ström- ningsledning, genom vilken en större strömningsmängd förs genom rotorn än den som motsvarar den framför rotorplanet befintliga ideella strömningsmediepelaren. Rotorn i fig 9 är t ex fördelaktig vid användning som rotor pä en helikopter.

Den med denna rotor alstrade nedatriktade strälen stryps inte smaningom in mot rotorameln utan vidgar sig i stället starkt utat i form av en konisk skal. Härigenom uppnas en uppstödning av rotorn pà den konformiga stralen med mycket bred bas och därmed en hög stabiliseringsverkan. Därutöver har en sadan rotor en mycket hög genomflödeseffekt och där- med ocksä en hög lyft- och dragkraft.

I fig 10 visas ännu en utföringsform av rotorn. Denna utfö- ringsform visas schematiskt delvis i axialvy och exemplifie- rar ett fläkthjul, t en för rumsventilation. Rotorn tillver- kas pa sä sätt att en platskiva djupdrages först för bildan- de av en yttre ringmantel med ett i huvudsak rätvinkligt tvärsnít. Rotorbladen-ästadkommes genom utstansning av blad i den djupdragna platskivan och bockning av bladen. Pa detta sätt erhalles en av en enda plätbít framställd rotor, vid vilken rotorbladens yttre ändar är förbundna med en yttre ringmantel endast medelst smala stag. Mellan ett delomrade pà rotorbldens yttre kanter och den yttre ringmantelns inre ytor är det ett mindre avständ. Vid en sadan rotor uppträder sa snart rotorn roterar en effektiv strömming, som alstrar en cirkulation kring den yttre ringmanteln i motsvarighet till den effektiva strömningsriktningen. Den effektiva pro- filen bestämmer strömningens form. Den yttre begränsningsy- tan pà luftsträlen som driver rotorn löper i huvudsak radiellt utät fran den yttre ringmantelns utloppsomrade.

Rotorn enligt fig 10 uppvisar ingen ringmantel vid de inre ändarna av rotorbladen. Det inre gränsomrädet pä luftström- ningen som driver rotorn löper likaledes utat bort fràn rotoraxeln i en stor vinkel. Strömningen vid de inre och yttre gränsytorna, som driver rotorn, visas i fig 10 med punktstreckade linjer.

Wiel;

Claims (10)

»,fl.f.-~,_......-. . 7909994-'3 \7 Uppfinningen är icke begränsad till de ovan beskrivna ut¥ö~ ringsformerna. Exempelvis kan den geometriska profilen pa den yttre ringmanteln utformas sa, att den i sitt främre omrade inte sträcker sig förbi rotorbladens motströmskanter. Samtliga kännetecken som framgar ur beskrivningen och rit- ningarna inklusive de konstruktiva detaljerna ligger inom ramen ¥ör uppiinningstanken i kombination med varandra eller var för sig. PATENTHRAV

1. företrädesvis en vind- kraftmaskin, för en av strömníngstvrande ort+asta hüljen Rotor för en strömningsmaskin, opaverkad användning i ett strömningsmedium. vilken rotor uppvisar en rotationsskalformig mantel (2), som är fäst pa (3) och som med avseende pa (GP1, GPS, GP3. vilken med avseende pa rotorawelns (1) riktning har en sadan utsidan av rotorns blad rotoraxelns (1) plan har en profil GP4), anfallsvinkel, att det vid rotation av rotorn under drift~ strömningen alstras en sadan kraft pa manteln (2), att pro~ ßilens (GP1. GP2, GP3, GP4), sugsida är belägen pa insidan . a d (BP1, GP4) utströmsände sträcker sig huvudsakligen tvars k ä n n e t e o k n därav, att mantelproiilens GP2, GP3, rotoraxeln (1) utat bort +ran densamma. Rotor enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d (EPI, GPE, GP4) har ett i huvudsak som i omradet av den yttre änden pa (1).

2. att proiilen rät- (4”), 3) sträcker sig parallellt med rotorafleln därav, linjigt omrade rotorbladen ä n n e t e c k ~. GP4) har ett

3. Rotor enligt patentkravet 1 och 2, k (GP1, GPS, EPI, utloppsomrade, som är beläget bakom den genom rotorblaüens n a d därav, att profilen (Z) strömskanter (3") definierade ytan som med avseende pa strömningsriktning sträcker sig utat bort +ran rotoraueln (1). POOR ämm uuALnv _ ,..c.,,_._--,....._..__...... 7909994-1 ' 18

4. Rotor enligt nagot av patentkraven 1-3, k ä n n e - t e c k n a d därav, att utloppsomradet (4") hos pro+ilen (GR1, GPS, EP4) har ett rätlinjigt iörlopp.

5. Rotor enligt nagot av patentkraven 1-4, E ä n n e - t e c E n a d därav, att ett övergangsomrade hos profilen (GP4) sträcker sig bagformigt Fran det rätlinjiga omradet till utloppsomradet.

6. Rotor enligt nagot av patentkraven 1-4, h ä n n e - t e c k n a d därav, att ett övergangsomrade hos pro¥ilen (GRI, GP2) har formen av ett skarpt hörn fran det rätlinjiga omradet (4*} till utloppsomradet (4").

7. Rotor enligt nagot av patentkraven 1 - 6, k ä n n e f t e c k n a dg därav, att profilen (GP2, GPS, Gp4) har ett inloppsomrade, som ligger ¥ram+ör det av rotorbladens (E) ínloppskanter definierade planet.

8. B. Rotor enligt patentkravet 7, H ä n n e t e c k n a'd därav, att inloppsomradet hos profilen (GP2) är rätlinjigt och bildar en spetsig vinkel mot rotoraxeln (1).

9. Rotor enligt patentkraven 7 eller 8,'k ä n n e t e c k- n a d därav, att ett övergangsomrade hos profilen (GP4) är bagformigt fran inloppsomradet till det rätlinjiga omradet.

10. Rotor enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att profilen (GP3) är utformad sasom en aerodynamisk pro¥il med tillströmningsnäsa och utströmningskant. P0