WO2007111532A1 - Hélice de shpadi (et variantes) et développante de ces pales - Google Patents

Hélice de shpadi (et variantes) et développante de ces pales Download PDF

Info

Publication number
WO2007111532A1
WO2007111532A1 PCT/RU2007/000121 RU2007000121W WO2007111532A1 WO 2007111532 A1 WO2007111532 A1 WO 2007111532A1 RU 2007000121 W RU2007000121 W RU 2007000121W WO 2007111532 A1 WO2007111532 A1 WO 2007111532A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
propeller
blades
blade
rotation
respect
Prior art date
Application number
PCT/RU2007/000121
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andrei Leonidovich Shpadi
Vladimir Fedorovich Timofeev
Aleksandr Borisovich Ushkov
Aleksandr Aleksandrovich Talov
Original Assignee
Zakrytoe Aktzionernoe Obshcestvo 'aviastroitel'naya Korporatziya 'rusich'
Obshcestvo S Ogranichennoi Otvetstvennost'yu 'multikar'
Zakrytoe Aktzionernoe Obshcestvo 'aviatroitel'naya Korporatziya 'aviator'
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zakrytoe Aktzionernoe Obshcestvo 'aviastroitel'naya Korporatziya 'rusich', Obshcestvo S Ogranichennoi Otvetstvennost'yu 'multikar', Zakrytoe Aktzionernoe Obshcestvo 'aviatroitel'naya Korporatziya 'aviator' filed Critical Zakrytoe Aktzionernoe Obshcestvo 'aviastroitel'naya Korporatziya 'rusich'
Priority to EP20070747852 priority Critical patent/EP2028102A4/de
Priority to CN2007800198006A priority patent/CN101772453B/zh
Priority to JP2009502712A priority patent/JP2009531227A/ja
Publication of WO2007111532A1 publication Critical patent/WO2007111532A1/ru

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H1/00—Propulsive elements directly acting on water
    • B63H1/02—Propulsive elements directly acting on water of rotary type
    • B63H1/12—Propulsive elements directly acting on water of rotary type with rotation axis substantially in propulsive direction
    • B63H1/14—Propellers
    • B63H1/26—Blades
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H1/00—Propulsive elements directly acting on water
    • B63H1/02—Propulsive elements directly acting on water of rotary type
    • B63H1/12—Propulsive elements directly acting on water of rotary type with rotation axis substantially in propulsive direction
    • B63H1/14—Propellers
    • B63H1/26—Blades
    • B63H1/265—Blades each blade being constituted by a surface enclosing an empty space, e.g. forming a closed loop
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64B—LIGHTER-THAN AIR AIRCRAFT
    • B64B1/00—Lighter-than-air aircraft
    • B64B1/06—Rigid airships; Semi-rigid airships
    • B64B1/24—Arrangement of propulsion plant
    • B64B1/30—Arrangement of propellers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C11/00—Propellers, e.g. of ducted type; Features common to propellers and rotors for rotorcraft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/06—Rotors
    • F03D1/0608—Rotors characterised by their aerodynamic shape
    • F03D1/0633—Rotors characterised by their aerodynamic shape of the blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/06—Rotors
    • F03D3/061—Rotors characterised by their aerodynamic shape, e.g. aerofoil profiles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/20—Rotors
    • F05B2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2250/00—Geometry
    • F05B2250/20—Geometry three-dimensional
    • F05B2250/25—Geometry three-dimensional helical
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the invention relates to devices for converting mechanical energy in a fluid medium, in particular liquid and gas, and can be used as propellers and propellers of engines and propulsors of ships, aircraft (airships), wind turbines, domestic fans and other household appliances: toys and other items.
  • Multiblade screws with saber-shaped blades fixed cantilever are currently considered the most effective.
  • the loose ends of the blades are bent back with respect to the direction of rotation and with respect to rotation planes [Copyright certificate N ° 1711664, IPC
  • the technical result is to simplify the manufacturing technology of the propeller blades, reduce the size of the blades and, accordingly, their metal consumption while increasing the thrust created by them without reducing strength and efficiency.
  • the propeller (option 1) containing saber-shaped blades, the initial sections of which are fixed on the hub of the drive shaft, it is new that the propeller has at least two blades, the initial section of each blade has a direct saber, in which the front the blade edge is bent backward with respect to the direction of rotation and with respect to the plane of rotation, and smoothly passes into the final section of reverse saber, in which the front edge of the blade is bent forward with respect to the direction of rotation and with respect to the plane of rotation, while the blades are located along the axis propeller and fastened with end sections to form an axisymmetric figure.
  • the propeller In the propeller (option 2) containing saber-shaped blades, the initial sections of which are fixed on the hub of the drive shaft, it is new that the propeller has three or more blades, the initial section of each blade has a direct saber, in which the front edge of the blade is bent back relative to the direction of rotation and with respect to the plane of rotation, and smoothly passes into the final section of the reverse saber, in which the front edge of the blade is bent forward with respect to the direction of rotation and with respect to the plane of rotation, the blades are located along the axis of the propeller and are fastened with end sections to form an axisymmetric figure , while the initial and final sections of each blade are fixed at predetermined angles of attack.
  • the final sections of the blades are connected to each other by means of an annular nozzle.
  • the angle of attack of the initial section of each blade is greater than the angle of attack of the final section of the corresponding blade, and for the mover, the angle of attack of the initial section of each blade is smaller than the angle of attack of the final section of the corresponding blade.
  • the set of trajectories of the outer edges of the blades forms a swept surface, mainly oval, elongated along the axis of the propeller.
  • a propeller (option 3) containing saber-shaped blades, the initial sections of which are fixed on the hub of the drive shaft, it is new that the propeller has two blades, the initial section of each blade has a straight saber, in which the front edge of the blade is bent back with respect to the direction of rotation and with respect to the plane of rotation, and smoothly passes into the final section of the reverse saber, in which the front edge of the blade is bent forward with respect to the direction of rotation and with respect to the plane of rotation, the blades are located along the axis of the propeller and are fastened with end sections with the formation of an axisymmetric figure, while the end sections of the blades are conjugated as a whole to ensure a smooth transition between the surfaces of both blades so that both blades form a single one-sided surface with a single bend, while the surfaces of the initial and final sections of each blade at the attachment points are deployed with respect to 90 degrees to each other, and the axis of the propeller and the surface of the end sections of both blade
  • the set of trajectories of the outer edges of the blades forms a swept surface, mainly of an oval rotation, elongated along the axis of the propeller.
  • the end portions of the blades are connected to each other directly, or the end portions of the blades are connected to each other by means of an annular nozzle or drive shaft.
  • the development of the propeller blades is characterized in that the set of propeller blades is a single, solid, flat figure, consisting of at least two spiral elements, forming a symmetrical figure with one or more holes for the landing size of the hub of the propeller drive shaft.
  • Spiral elements have axial holes for the landing size of the hub of the propeller drive shaft. Spiral elements have openings at open ends for the landing size of the hub of the propeller drive shaft.
  • a scan consisting of two spiral elements is a two-focal spiral symmetrical with respect to a line perpendicular to the tangent to the edge of a flat figure in its middle part, with openings at open ends for the landing size of the hub of the propeller drive shaft.
  • figure 1 shows a three-bladed propeller
  • figure 2 is a view of a three-bladed propeller along the axis.
  • figures 3 to 6 two-bladed propellers of different types of combining the ends of the blades are shown.
  • figure 7 is a view of a two-bladed propeller on the axis.
  • Figures 8 to 12 show examples of flat reamers of propeller blades in both of its variants.
  • the proposed propeller for engines and propulsors of a fluid medium contains a hub 1 with a drive shaft 2, a fixing screw 3 and a saber-shaped blade 4.
  • a hub 1 or blade 4 with an axial bore 5 is mounted on the shaft 2 with direct saber-shaped shape at the initial section 6 of the blade 4 and the angle of attack ⁇ .
  • Direct saber is characterized by the fact that the front edge 7 of the blade 4 is bent back with respect to the direction of rotation and with respect to the plane of rotation and corresponds to the traditional manufacture of saber-shaped blades.
  • the initial straight saber section 6 smoothly transitions to the final reverse saber section 8, that is, by providing a shape of the blade 4 in which the leading edge 7 of the blade 4 is bent forward with respect to the direction of rotation and with respect to the plane of rotation (figures 1 and 2) .
  • the blades 4 with their final sections 8 are rigidly connected to each other in any known manner, providing an angle of attack ⁇ of the final sections of the blades not equal to the angle of attack ⁇ .
  • the initial sections of the blades based on technological capabilities (threaded connection through holes 9 at the ends of the blades 4; welding; riveting; using an auxiliary ring nozzle 10).
  • the initial sections 6 of the blade 4 with holes 5 are mounted on the hub 1 and secured with a screw 3.
  • the surfaces 12 of the blades 4 at the attachment point on the hub are perpendicular to the axis of the propeller.
  • the surfaces 13 of the blades 4 at the point of attachment between them are rotated 90 degrees with respect to surfaces 12, are in the same plane with the axis of the propeller and are rigidly connected to each other with the formation of an axisymmetric figure.
  • the surface 13 of the blades 4 are superimposed and interconnected by spot welding (figures 3, 7).
  • the bonding of the end sections of the 8 blades 4 provides a rigid and durable structure, including the use of thin steel sheet material, plastic, composite materials.
  • the shape of the blades 4 with a smooth transition between their surfaces smoothly changes the angle of attack and resistance of the incoming fluid flow from maximum to minimum at the ends of the blades 4. This redistribution of the flow provides an increase in efficiency over a wide range of speeds in comparison with known devices of the same purpose.
  • the end sections 8 of the blades 4 can be fixed using an annular nozzle 10 or an extension of the shaft 11 along the axis of the propeller, which facilitate access to the fastening of the blades 4 on the hub 1.
  • the size of the fasteners does not change the aerodynamics of the blades (figures 4, 5).
  • both propeller blades 4 can be obtained by bending one flat spiral part with holes at the ends to fix the part on the hub 1 with the formation of two blades 4 (figure 6).
  • a clear explanation of the design of such a blade 4 is a flat scan in figures 8 and 9.
  • the flat figure consists of two spiral-shaped elements forming an axisymmetric figure with holes 5 at the open ends of the spiral-shaped elements for the landing size of the hub 1 of the propeller drive shaft 2.
  • the figure 9 shows a flat scan of a two-bladed propeller, consisting of two spiral-shaped elements of the two-focus spiral type, symmetrical about a line perpendicular to the tangent to the edge of the flat figure in its middle part, with holes 5 at the open ends of the spiral-shaped elements for the fit size of the hub 1 of the drive shaft 2 of the propeller .
  • a similar propeller design can be obtained from a flat part having a scan shown in figure 10.
  • the scan consists of two spiral-shaped elements forming an axisymmetric figure with axial holes 5 for the mounting size of the hub 1 of the drive shaft 2 of the propeller, and the holes 9 at the ends of the figures serve for fastening the final sections of the blades 4 with each other.
  • the spiral surface of the blade 4 provides: the shape of the blades with a smooth change in the angle of attack; structural strength of the blades; reducing the dimensions and mass of the propeller while significantly increasing the efficiency and ensuring virtually silent operation; the diameter of the swept surface decreases.
  • the end sections of the blades 4 are also combined coaxially near the axis of the propeller by means of an annular nozzle 10, which, on the one hand, facilitates access to the fastening means of the hub 1 (figure 2), on the other hand, its application does not practically change the aerodynamics blades 4, and also allows you to fix the end sections of 8 blades 4 at a certain angle of attack, the choice of which is in accordance with generally accepted practice.
  • a three-bladed propeller taking into account the type of energy conversion, for example, from a blade 4 to a shaft 2 like a wind turbine or when transmitting rotation to a blade 4, can have an angle of attack ⁇ > ⁇ or ⁇ > ⁇ , where ⁇ is the angle of attack of the initial section 6 of the blade, and ⁇ is the angle of attack of the final section 8 of the blade 4.
  • the propeller works as follows.
  • the sections 6 of the direct sweep of the blades 4 begin to interact with the fluid, in which the angle of attack is less than that of the sections 8 of the reverse sweep ( ⁇ ⁇ ). Due to this, a smooth acceleration of the surrounding fluid takes place, which gains maximum speed only at the outlet of the device at the ends of the blades 4.
  • the set of trajectories of the outer edges of the blades 4 forms, mainly, an oval figure elongated along the axis of the propeller. The greater the elongation of the propeller along the axis, the more smooth acceleration of the medium is carried out by the propeller.
  • the design is quite light and rigid, despite the large elongation along the axis of rotation O-O ', which provides a small distributed pressure gradient in the fluid medium, and, consequently, a small level of noise, cavitation and turbulence, which significantly increases the efficiency and positively affects the overall technical efficiency of the proposed device.
  • Propellers can be made by any known technological method, for example, casting, forging.
  • a lightweight three-blade propeller can be bent from a flat thin sheet material, for example, steel (figures 11, 12), in the form of a part, which is a single, solid, flat figure consisting of spiral elements, forming an axisymmetric figure, with one axial hole 5 for the landing size of the hub of the propeller drive shaft and mounting holes 9.
  • the Archimedean spiral As forming spirals, the Archimedean spiral, hyperbolic and logarithmic spirals, involutes, cycloids, and other suitable curves can be used, which are selected depending on the specific purpose of the proposed device.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)

Description

ПРОПЕЛЛЕР ШПАДИ (варианты) И РАЗВЕРТКА ЛОПАСТЕЙ ПРОПЕЛЛЕРА
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к устройствам преобразования механической энергии в текучей среде, в частности жидкости и газа, и может быть использовано в качестве гребных и воздушных винтов двигателей и движителей кораблей, летательных аппаратов (дирижаблей), ветроустановок, бытовых вентиляторов и других бытовых приборов: игрушек и прочих предметов.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известно рабочее колесо двигателя текучей среды, содержащее упругую ленточную лопасть с односторонней поверхностью Мёбиуса, закрепленной на радиальных стержнях перпендикулярно приводному валу [Авторское свидетельство СССР JfelЗO543O, МПК FОЗD 1/06, опубл. 30.09.85 г.].
Однако, такому устройству присуща сложность конструкции, недостаточно высокий коэффициент полезного действия (КПД) и шум, обусловленный наличием радиальных стержней, которые не участвуют в создании полезных аэродинамических усилий.
Наиболее эффективным в настоящее время считаются многолопастные винты с саблевидными лопастями, закрепленными консольно. Незакрепленные концы лопастей отогнуты назад по отношению к направлению вращения и по отношению к плоскости вращения [Авторское свидетельство N° 1711664, МПК
B64C 11/00, опубл. 24.10.86г.]. Однако такие винты отличаются недостаточной надежностью и сложностью изготовления, что обусловлено односторонним консольным креплением саблевидных лопастей с большим удлинением и кривизной, значительным уровнем шума при работе, низким КПД на единицу площади лопасти, а также большой массой и габаритами конструкции.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в упрощении технологии изготовления лопастей пропеллера, уменьшение размеров лопастей и соответственно их металлоемкости при одновременном увеличении создаваемой ими тяги без снижения прочности и эффективности.
Технический результат достигается тем, что в пропеллере (вариант 1), содержащем саблевидные лопасти, начальные участки которых закреплены на ступице приводного вала, новым является то, что пропеллер имеет по меньшей мере две лопасти, начальный участок каждой лопасти имеет прямую саблевидность, при которой передняя кромка лопасти отогнута назад по отношению к направлению вращения и по отношению к плоскости вращения, и плавно переходит в конечный участок обратной саблевидности, при которой передняя кромка лопасти отогнута вперед по отношению к направлению вращения и по отношению к плоскости вращения, при этом лопасти расположены вдоль оси пропеллера и скреплены конечными участками с образованием осесимметричной фигуры. В пропеллере (вариант 2), содержащем саблевидные лопасти, начальные участки которых закреплены на ступице приводного вала, новым является то, что пропеллер имеет три и более лопастей, начальный участок каждой лопасти имеет прямую саблевидность, при которой передняя кромка лопасти отогнута назад по отношению к направлению вращения и по отношению к плоскости вращения, и плавно переходит в конечный участок обратной саблевидности, при которой передняя кромка лопасти отогнута вперед по отношению к направлению вращения и по отношению к плоскости вращения, лопасти расположены вдоль оси пропеллера и скреплены конечными участками с образованием осесимметричной фигуры, при этом начальные и конечные участки каждой лопасти закреплены под заданными углами атаки.
Конечные участки лопастей соединены друг с другом посредством кольцевой насадки.
Для двигателя угол атаки начального участка каждой лопасти больше угла атаки конечного участка соответствующей лопасти, а для движителя угол атаки начального участка каждой лопасти меньше угла атаки конечного участка соответствующей лопасти.
Совокупность траекторий наружных кромок лопастей образует ометаемую поверхность, преимущественно, овальной формы, вытянутую вдоль оси пропеллера.
В пропеллере (вариант 3), содержащем саблевидные лопасти, начальные участки которых закреплены на ступице приводного вала, новым является то, что пропеллер имеет две лопасти, начальный участок каждой лопасти имеет прямую саблевидность, при которой передняя кромка лопасти отогнута назад по отношению к направлению вращения и по отношению к плоскости вращения, и плавно переходит в конечный участок обратной саблевидности, при которой передняя кромка лопасти отогнута вперед по отношению к направлению вращения и по отношению к плоскости вращения, лопасти расположены вдоль оси пропеллера и скреплены конечными участками с образованием осесимметричной фигуры, при этом конечные участки лопастей сопряжены в единое целое с обеспечением плавного перехода между поверхностями обеих лопастей так, что обе лопасти образуют единую одностороннюю поверхность с однократным перегибом, при этом поверхности начального и конечного участков каждой лопасти в местах крепления развернуты по отношению друг к другу на 90 градусов, а ось пропеллера и поверхность конечных участков обеих лопастей находятся в одной плоскости.
Совокупность траекторий наружных кромок лопастей образует ометаемую поверхность, преимущественно, овальной формы вращения, вытянутую вдоль оси пропеллера.
Конечные участки лопастей соединены друг с другом непосредственно, или конечные участки лопастей соединены друг с другом посредством кольцевой насадки или приводного вала.
Развертка лопастей пропеллера характеризуется тем, что совокупность лопастей пропеллера представляет собой единую цельную плоскую фигуру, состоящую, по меньшей мере, из двух спиралевидных элементов, образующих симметричную фигуру с одним и более отверстиями под посадочный размер ступицы приводного вала пропеллера.
Спиралевидные элементы имеют осевые отверстия под посадочный размер ступицы приводного вала пропеллера. Спиралевидные элементы имеют отверстия на незамкнутых концах под посадочный размер ступицы приводного вала пропеллера.
Развертка состоящая из двух спиралевидных элементов представляет собой двухфокусную спираль, симметричную относительно линии, перпендикулярной касательной к кромке плоской фигуры в ее средней части, с отверстиями на незамкнутых концах под посадочный размер ступицы приводного вала пропеллера.
ЛУЧШИЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Сущность изобретения поясняется фигурами 1 - 12.
На фигуре 1 изображен трехлопастной пропеллер, на фигуре 2 - вид трехлопастного пропеллера по оси. На фигурах 3 - 6 показаны двухлопастные пропеллеры разного типа объединения окончаний лопастей. На фигуре 7 - вид двухлопастного пропеллера по оси. На фигурах 8 - 12 показаны примеры плоских разверток лопастей пропеллера по его обоим вариантам.
Предлагаемый пропеллер для двигателей и движителей текучей среды содержит ступицу 1 с приводным валом 2, крепежным винтом 3 и саблевидными лопастями 4. Ступица 1 или лопасти 4 осевым отверстием 5 установлены на валу 2 с обеспечением прямой саблевидности на начальном участке 6 лопасти 4 и угла атаки α. Прямая саблевидность характеризуется тем, что передняя кромка 7 лопасти 4 отогнута назад по отношению к направлению вращения и по отношению к плоскости вращения и соответствует традиционному изготовлению саблевидных лопастей. Начальный участок 6 прямой саблевидности плавно переходит к конечному участку 8 обратной саблевидности, то есть, с обеспечением такой формы лопасти 4, при которой передняя кромка 7 лопасти 4 отогнута вперед по отношению к направлению вращения и по отношению к плоскости вращения (фигуры 1 и 2). Лопасти 4 своими конечными участками 8 жестко соединены друг с другом любым известным способом с обеспечением угла атаки β конечных участков лопастей, не равного углу атаки α. начальных участков лопастей, исходя из технологических возможностей (резьбовое соединение посредством отверстий 9 на концах лопастей 4; сварка; клепка; с помощью вспомогательной кольцевой насадки 10).
В двухлопастном пропеллере начальные участки 6 лопасти 4 отверстиями 5 насажены на ступицу 1 и закреплены винтом 3. Поверхности 12 лопастей 4 по месту крепления на ступице расположены перпендикулярно оси пропеллера. Поверхности 13 лопастей 4 по месту крепления их между собой развернуты на 90 градусов по отношению к поверхностям 12, находятся в одной плоскости с осью пропеллера и жестко соединены друг с другом с образованием осесимметричной фигуры. Например, поверхности 13 лопастей 4 накладываются и соединяются между собой точечной сваркой (фигуры 3, 7).
Скрепление конечных участков 8 лопастей 4 обеспечивает жесткую и прочную конструкцию, в том числе с применением тонкого стального листового материала, пластмассы, композиционных материалов. Форма лопастей 4 с плавным переходом между их поверхностями плавно изменяет угол атаки и сопротивление набегающего потока текучей среды от максимума до минимума на окончаниях лопастей 4. Такое перераспределение потока обеспечивает повышение КПД в широком диапазоне скоростей по сравнению с известными устройствами того же назначения.
При сборке двухлопастного пропеллера конечные участки 8 лопастей 4 могут быть закреплены с помощью кольцевой насадки 10 или удлинителя вала 11 по оси пропеллера, которые облегчают доступ к креплению лопастей 4 на ступице 1. Размер крепежных элементов не изменяет аэродинамику лопастей (фигуры 4, 5).
При непосредственном скреплении конечных участков 8 обеих лопастей 4 заявленного пропеллера лопасти образуют поверхность Мёбиуса. Исходя из этого, обе лопасти 4 пропеллера могут быть получены путем однократного изгиба одной плоской спиралевидной детали с отверстиями на концах для закрепления детали на ступице 1 с образованием двух лопастей 4 (фигура 6). Наглядным пояснением конструкции такой лопасти 4 служит плоская развертка на фигурах 8 и 9. На фигуре 8 плоская фигура состоит из двух спиралевидных элементов, образующих осесимметричную фигуру с отверстиями 5 на незамкнутых концах спиралевидных элементов под посадочный размер ступицы 1 приводного вала 2 пропеллера. На фигуре 9 представлена плоская развертка двухлопастного пропеллера, состоящая их двух спиралевидных элементов вида двухфокусной спирали, симметричную относительно линии, перпендикулярной касательной к кромке плоской фигуры в ее средней части, с отверстиями 5 на незамкнутых концах спиралевидных элементов под посадочный размер ступицы 1 приводного вала 2 пропеллера. Аналогичная конструкция пропеллера может быть получена, из плоской детали, имеющей развертку, показанную на фигуре 10. Развертка состоит из двух спиралевидных элементов, образующих осесимметричную фигуру с осевыми отверстиями 5 под посадочный размер ступицы 1 приводного вала 2 пропеллера, а отверстия 9 на концах фигуры служат для скрепления конечных участков лопастей 4 друг с другом.
Спиралевидная поверхность лопасти 4 обеспечивает: форму лопастей с плавным изменением угла атаки; конструктивную прочность лопастей; уменьшение габаритов и массы пропеллера при одновременном значительном повышении КПД и обеспечении практически бесшумной работы; уменьшается диаметр ометаемой поверхности.
В трехлопастном пропеллере (фигура 1) конечные участки лопастей 4 также объединяются коаксиально вблизи оси пропеллера посредством кольцевой насадки 10, которая, с одной стороны, облегчает доступ к средствам крепления ступицы 1 (фигура 2), с другой стороны, ее применение практически не изменяет аэродинамику лопастей 4, а также позволяет закреплять конечные участки 8 лопастей 4 под определенным углом атаки, выбор которого соответствует общепринятой практике. Трехлопастной пропеллер с учетом вида преобразования энергии, например, от лопасти 4 на вал 2 как у ветродвигателя или при передаче вращения на лопасти 4, может иметь угол атаки α > β или β > α , где α - угол атаки начального участка 6 лопасти, а β - угол атаки конечного участка 8 лопасти 4. Пропеллер работает следующим образом.
При вращении приводного вала 2 и ступицы 1 с текучей средой начинают взаимодействовать участки 6 прямой стреловидности лопастей 4, у которых угол атаки меньше, чем у участков 8 обратной стреловидности (α <β). Благодаря этому происходит плавное ускорение окружающей текучей среды, которая набирает максимальную скорость только на выходе из устройства на концах лопастей 4. Совокупность траекторий наружных кромок лопастей 4 образует, преимущественно, овальную фигуру, вытянутую вдоль оси пропеллера. Чем больше удлинение пропеллера вдоль оси, тем более плавное ускорение среды осуществляется пропеллером. Поскольку лопасти 4 закреплены с обоих концов: начальными участками 6 на ступице 1 и конечными участками 8 друг с другом, то конструкция получается довольно легкой и жесткой, несмотря на большое удлинение вдоль оси вращения О-О', которое обеспечивает небольшой распределенный градиент давлений в текучей среде, а, следовательно, небольшой уровень шума, кавитации и турбулентности, что существенно увеличивает КПД и положительно влияет на общую техническую эффективность предложенного устройства.
Пропеллеры могут быть изготовлены любым известным технологическим приемом, например, литьем, ковкой. Технологически легко трехлопастной пропеллер может быть согнут из плоского тонкого листового материала, например, стали (фигуры 11, 12), в виде детали, представляющей собой единую цельную плоскую фигуру, состоящую из спиралевидных элементов, образующих осесимметричную фигуру, с одним осевым отверстием 5 под посадочный размер ступицы приводного вала пропеллера и крепежными отверстиями 9.
В качестве образующих спиралей могут использоваться Архимедова спираль, гиперболическая и логарифмическая спирали, эвольвенты, циклоиды и другие подходящие кривые, которые выбираются в зависимости от конкретного назначения предложенного устройства.
ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Приведенные данные были подтверждены натурными испытаниями опытных образцов бытовых вентиляторов на основе плоских разверток (фигуры 9, 10, И), которые обеспечивали узко фокусированную воздушную струю с низким уровнем шума вплоть до 6000 об/мин и небольшими производственными затратами, доступными любой частной мастерской, а, следовательно, и заводам, занимающимся производством малошумящих гребных винтов подводных лодок, ветроэнергетических установок, самолетов и т.п.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Пропеллер, содержащий саблевидные лопасти, начальные участки которых закреплены на ступице приводного вала, отличающийся тем, что пропеллер имеет по меньшей мере две лопасти, начальный участок каждой лопасти имеет прямую саблевидность, при которой передняя кромка лопасти отогнута назад по отношению к направлению вращения и по отношению к плоскости вращения, и плавно переходит в конечный участок обратной саблевидности, при которой передняя кромка лопасти отогнута вперед по отношению к направлению вращения и по отношению к плоскости вращения, при этом лопасти расположены вдоль оси пропеллера и скреплены конечными участками с образованием осесимметричной фигуры.
2. Пропеллер, содержащий саблевидные лопасти, начальные участки которых закреплены на ступице приводного вала, отличающийся тем, что пропеллер имеет три и более лопастей, начальный участок каждой лопасти имеет прямую саблевидность, при которой передняя кромка лопасти отогнута назад по отношению к направлению вращения и по отношению к плоскости вращения, и плавно переходит в конечный участок обратной саблевидности, при которой передняя кромка лопасти отогнута вперед по отношению к направлению вращения и по отношению к плоскости вращения, лопасти расположены вдоль оси пропеллера и скреплены конечными участками с образованием осесимметричной фигуры, при этом начальные и конечные участки закреплены под заданными углами атаки.
3. Пропеллер по п. 2, отличающийся тем, что конечные участки лопастей соединены друг с другом посредством кольцевой насадки.
4. Пропеллер по п. 2, отличающийся тем, что для двигателя угол атаки начального участка каждой лопасти больше угла атаки конечного участка соответствующей лопасти.
5. Пропеллер по п. 2, отличающийся тем, что для движителя угол атаки начального участка каждой лопасти меньше угла атаки конечного участка соответствующей лопасти.
6. Пропеллер по п. 2, отличающийся тем, что совокупность траекторий наружных кромок лопастей образует ометаемую поверхность, преимущественно, овальной формы, вытянутую вдоль оси пропеллера.
7. Пропеллер, содержащий саблевидные лопасти, начальные участки которых закреплены на ступице приводного вала, отличающийся тем, что пропеллер имеет две лопасти, начальный участок каждой лопасти имеет прямую саблевидность, при которой передняя кромка лопасти отогнута назад по отношению к направлению вращения и по отношению к плоскости вращения, и плавно переходит в конечный участок обратной саблевидности, при которой передняя кромка лопасти отогнута вперед по отношению к направлению вращения и по отношению к плоскости вращения, лопасти расположены вдоль оси пропеллера и закреплены конечными участками с образованием осесимметричной фигуры, при этом конечные участки лопастей сопряжены в единое целое с обеспечением плавного перехода между поверхностями обеих лопастей так, что обе лопасти образуют единую одностороннюю поверхность с однократным перегибом, при этом поверхности начального и конечного участков каждой лопасти в местах крепления развернуты по отношению друг к другу на 90 градусов, а ось пропеллера и поверхность конечных участков обеих лопастей находятся в одной плоскости.
8. Пропеллер по п.7, отличающийся тем, что совокупность траекторий наружных кромок лопастей образует ометаемую поверхность, преимущественно, овальной формы вращения, вытянутую вдоль оси пропеллера.
9. Пропеллер по п.7, отличающийся тем, что конечные участки лопастей соединены друг с другом непосредственно.
10. Пропеллер по п.7, отличающийся тем, что конечные участки лопастей соединены друг с другом посредством кольцевой насадки или приводного вала.
11. Развертка лопастей пропеллера, характеризующаяся тем, что совокупность лопастей пропеллера представляет собой единую цельную плоскую фигуру, состоящую из, по меньшей мере, двух спиралевидных элементов, образующих симметричную фигуру с одним и более отверстиями под посадочный размер ступицы приводного вала пропеллера.
12. Развертка по п.11, отличающийся тем, что спиралевидные элементы имеют осевые отверстия под посадочный размер ступицы приводного вала пропеллера.
13. Развертка по п.l l, отличающийся тем, что спиралевидные элементы имеют отверстия на незамкнутых концах спиралевидных элементов под посадочный размер ступицы приводного вала.
14. Развертка по п.11, отличающийся тем, что поверхность из двух спиралевидных элементов представляет собой двухфокусную спираль, симметричную относительно линии, перпендикулярной касательной к кромке плоской фигуры в ее средней части, с отверстиями на незамкнутых концах под посадочный размер ступицы приводного вала пропеллера.
PCT/RU2007/000121 2006-03-28 2007-03-09 Hélice de shpadi (et variantes) et développante de ces pales WO2007111532A1 (fr)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP20070747852 EP2028102A4 (de) 2006-03-28 2007-03-09 Shpadi-propeller (varianten) und die evolvente seiner schaufeln
CN2007800198006A CN101772453B (zh) 2006-03-28 2007-03-09 螺旋桨
JP2009502712A JP2009531227A (ja) 2006-03-28 2007-03-09 スクリュープロペラ及びスクリュープロペラの羽根のインボリュート

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006109976 2006-03-28
RU2006109976/11A RU2330791C2 (ru) 2006-03-28 2006-03-28 Пропеллер шпади (варианты) и развертка его лопастей

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2007111532A1 true WO2007111532A1 (fr) 2007-10-04

Family

ID=36830607

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2007/000121 WO2007111532A1 (fr) 2006-03-28 2007-03-09 Hélice de shpadi (et variantes) et développante de ces pales

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP2028102A4 (ru)
JP (1) JP2009531227A (ru)
CN (1) CN101772453B (ru)
RU (1) RU2330791C2 (ru)
WO (1) WO2007111532A1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008145991A3 (en) * 2007-05-30 2009-04-23 Isis Innovation Water turbine
GB2495285A (en) * 2011-10-03 2013-04-10 Michael Charles Gilbert Axial flow helical water or wind turbine
DE102020131271A1 (de) 2020-11-25 2022-05-25 Daniela Neldner Wasserkraftturbine

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2946096B1 (fr) * 2009-05-26 2011-09-23 Roty Et Fils Ets Eolienne.
GB2474080B (en) * 2009-10-05 2015-09-02 Elemental Engineering Ag Generator
ES1073831Y (es) * 2010-10-01 2011-05-17 Jecsalis Dissenys I Patents S L Helice de turbina acuatica
RU2509683C2 (ru) * 2012-02-27 2014-03-20 Андрей Леонидович Шпади Пропеллер (варианты)
DE102012203138A1 (de) 2012-02-29 2013-08-29 Josef Moser Rotor für vertikale Windkraftanlage
SE539772C2 (sv) * 2013-07-23 2017-11-28 Kullander Thomas Ändupphängd spiralrotor
DE202014104399U1 (de) 2014-09-16 2014-11-20 Jürgen Vogel Windkraftanlagen mit Spiralflügeln
CN106043640A (zh) * 2016-06-22 2016-10-26 陈立 3d曲线形螺旋桨桨叶
CN106184716A (zh) * 2016-08-22 2016-12-07 陈立 同轴曲斜桨推进器
WO2018085986A1 (zh) * 2016-11-08 2018-05-17 刘作华 一种强化流体混沌混合的刚柔组合式搅拌桨
CN108506160A (zh) * 2017-02-24 2018-09-07 关隆股份有限公司 流体驱动的动力装置
WO2018194105A1 (ja) * 2017-04-19 2018-10-25 株式会社ドリームバード 垂直軸型タービン
DE102018100511A1 (de) * 2018-01-11 2019-07-11 Mehmet Güncü Rotorblatt für Windkraftanlagen
JP7131871B1 (ja) * 2021-05-10 2022-09-06 明久 松園 対称流線翼渦巻式風車
CN114215675B (zh) * 2021-11-25 2022-12-02 清华大学 二阶扭转的Darrieus叶轮及水轮机
CN114104266A (zh) * 2021-12-17 2022-03-01 亿航智能设备（广州）有限公司 一种螺旋桨、动力组件和飞行器

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL26818C (ru) *
GB234683A (en) * 1924-09-06 1925-06-04 Gudolf Poverud Improvements in and relating to propellors and the like for aerial and other propulsion, extracting or forcing liquids or gases
US2106928A (en) * 1937-06-30 1938-02-01 Charles M Lee Air or water craft propulsion
SU868103A1 (ru) * 1979-12-14 1981-09-30 Тюменское Специализированное Монтажное Управление Треста "Уралмонтажавтоматика" Ветроколесо
SU1305430A1 (ru) 1985-09-30 1987-04-23 В.В. Каминский и Г.Г. Исакаев Рабочее колесо двигател
US5405246A (en) * 1992-03-19 1995-04-11 Goldberg; Steven B. Vertical-axis wind turbine with a twisted blade configuration
US6106232A (en) * 1998-02-26 2000-08-22 Wagner; Thomas V. Propeller structure
EP1711664A1 (en) 2003-12-29 2006-10-18 Per Karlsson A construction board having a fastening means

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US527866A (en) * 1894-10-23 Windmill
GB130983A (ru) * 1900-01-01
US868220A (en) * 1907-04-04 1907-10-15 Julian Portelli Propeller.
FR1065181A (fr) * 1952-10-30 1954-05-20 Appareil utilisable dans un milieu fluide comme propulseur ou récepteur
US4445817A (en) * 1981-08-06 1984-05-01 Wethern Richard J Propeller construction
RU2042414C1 (ru) * 1992-04-28 1995-08-27 Малое предприятие "Двойная Спираль-АвиаПолис" Рабочий орган смесителя
WO2003021105A1 (de) * 2001-09-04 2003-03-13 Neue Spulentechnologie Beteiligungs Ag Strömungskraftmaschine

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL26818C (ru) *
GB234683A (en) * 1924-09-06 1925-06-04 Gudolf Poverud Improvements in and relating to propellors and the like for aerial and other propulsion, extracting or forcing liquids or gases
US2106928A (en) * 1937-06-30 1938-02-01 Charles M Lee Air or water craft propulsion
SU868103A1 (ru) * 1979-12-14 1981-09-30 Тюменское Специализированное Монтажное Управление Треста "Уралмонтажавтоматика" Ветроколесо
SU1305430A1 (ru) 1985-09-30 1987-04-23 В.В. Каминский и Г.Г. Исакаев Рабочее колесо двигател
US5405246A (en) * 1992-03-19 1995-04-11 Goldberg; Steven B. Vertical-axis wind turbine with a twisted blade configuration
US6106232A (en) * 1998-02-26 2000-08-22 Wagner; Thomas V. Propeller structure
EP1711664A1 (en) 2003-12-29 2006-10-18 Per Karlsson A construction board having a fastening means

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2028102A4 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008145991A3 (en) * 2007-05-30 2009-04-23 Isis Innovation Water turbine
US8870540B2 (en) 2007-05-30 2014-10-28 Isis Innovation Limited Water turbine
GB2495285A (en) * 2011-10-03 2013-04-10 Michael Charles Gilbert Axial flow helical water or wind turbine
GB2495285B (en) * 2011-10-03 2016-04-20 Michael Charles Gilbert Axial flow turbine impeller - hydrospinna
DE102020131271A1 (de) 2020-11-25 2022-05-25 Daniela Neldner Wasserkraftturbine

Also Published As

Publication number Publication date
EP2028102A4 (de) 2013-07-17
RU2330791C2 (ru) 2008-08-10
EP2028102A1 (de) 2009-02-25
CN101772453B (zh) 2013-05-01
CN101772453A (zh) 2010-07-07
RU2006109976A (ru) 2006-07-10
JP2009531227A (ja) 2009-09-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2007111532A1 (fr) Hélice de shpadi (et variantes) et développante de ces pales
KR100874046B1 (ko) 자유 흐름수 터빈
CN100353053C (zh) 垂直轴式风力涡轮机
US20110299991A1 (en) Screw propeller (variants) and the involute of the blades thereof
US8770941B2 (en) Blade orientation of an impeller or propeller
US20080075599A1 (en) Fluid energy converter
US8033794B2 (en) Wind turbine
US20130045107A1 (en) Propeller blade
JP2007529662A (ja) タービンおよびそのためのローター
WO2007148645A1 (ja) 空気調和機の室外機
US10690112B2 (en) Fluid turbine rotor blade with winglet design
NZ567673A (en) Rotor for a low speed wind turbine
WO2018194105A1 (ja) 垂直軸型タービン
CN112585350A (zh) 具有弧形锯齿的用于风力涡轮转子叶片的消音器
EP2258941A1 (en) Wind turbine
US9217332B2 (en) Uni-directional axial turbine blade assembly
AU2008235238A1 (en) Wind wheel
KR101028204B1 (ko) 파력 발전기
JP2023524843A (ja) 二次ロータを備えたタービン
US20130136613A1 (en) Propeller/impeller blade apparatus
JP2007016661A (ja) 貫流型風車
US6250978B1 (en) Steam phase change waterjet drive
CN210101969U (zh) 一种螺旋桨
WO2014105253A2 (en) Uni-directional axial turbine blade assembly
JP5780636B2 (ja) 曲板または円筒を前縁とする平板羽根の軸流タービン風車

Legal Events

Date Code Title Description
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 200780019800.6

Country of ref document: CN

DPE2 Request for preliminary examination filed before expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 07747852

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 7980/DELNP/2008

Country of ref document: IN

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2009502712

Country of ref document: JP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2007747852

Country of ref document: EP