AT116300B - Schaufelrad. - Google Patents

Schaufelrad.

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AT116300B
AT116300B AT116300DA AT116300B AT 116300 B AT116300 B AT 116300B AT 116300D A AT116300D A AT 116300DA AT 116300 B AT116300 B AT 116300B
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AT
Austria
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wheel
blades
blade
curvature
flow
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English (en)
Inventor
Hans Ing Dr Kreitner
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Voith J M Fa
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  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description


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  Schaufelrad. 



   Die Erfindung bezieht sich auf   Schaufelräder,   deren Schaufeln während der Umdrehung des Rades sich relativ zu diesem um Achsen bewegen, die parallel oder annähernd parallel zur Radachse liegen, und alle stets von dem Medium, in welchem sie arbeiten, vorwiegend in einer Richtung beaufschlagt werden, die senkrecht zur Radaehse verläuft. Solehe   Schaufelräder   können als Antriebsmittel für Wasseroder Luftfahrzeuge, als Wasser-oder Windkraftmasehinen, Pumpen, Ventilatoren, Gebläse od. dgl. verwendet werden. 



   Zur Erläuterung des Wesens der Erfindung soll vor allem an dem in Fig. 1 im Aufriss und in Fig. 2 im Grundriss dargestellten Ausführungsbeispiel die Art der   Schaufelräder   gezeigt werden, auf die sich die Erfindung bezieht. 



   Die Hauptwelle 1 trägt den Radkörper   2,   in welchem die Schaufeln 3 um Achsen 4 drehbar gelagert sind. Das Rad als Ganzes rotiert um die Achse 1 im Sinne des Pfeiles   u   und vollführt gleichzeitig eine Translationsbewegung relativ zu dem die Schaufeln umgebenden Medium (z. B. Wasser), so dass dieses 
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 Schaufeln 3 bei dieser   Ausführungsform   um ihre Achsen 4 derart, dass ihre Eintrittskante auf dem Halbkreis ABC (also auf der vorderen Radhälfte) ausserhalb, auf dem Halbkreis CDA (also auf der hinteren Radhälfte) innerhalb des von den Schaufeldrehachsen durchlaufenden Kreises liegt. Der Antrieb der 
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 die mittels der Lenker 7 die Achsen der Schaufeln 3 antreiben. 



   Bei einem Schaufelrad dieser Art eilt stets eine und dieselbe Kante jeder Schaufel gegen die Relativströmung voran und kommt mit dem Medium als Eintrittskante in Eingriff. Dieser Umstand   ermöglicht   es, der Schaufel ein im Sinne der modernen   Strömungslehre   entwickeltes günstiges Tropfenprofil zu geben. Eine bedeutende Schwierigkeit liegt jedoch darin, dass der Einfallswinkel, den die Relativgeschwindigkeit zwischen Schaufel und Medium mit der Sehne der Schaufel bildet, beim Durchlaufen der vorderen bzw. der hinteren Radhälfte auf zwei verschiedenen Seiten der Schaufelsehne liegt und dass die   Relativbewegung der Teilehen   des Mediums gegen die ruhend gedachte Schaufel nicht geradlinig, sondern in krummen Bahnen erfolgt. 



   Aus diesen Gründen muss die Form der Schaufel und namentlich die Krümmung ihrer   Mittelfläche   dem Bewegungsgesetz sorgfältig angepasst werden, wenn der bei solehen Schaufelrädern mögliche, sehr hohe Wirkungsgrad auch tatsächlich erreicht werden soll. Wegen der   Rückenbeaufschlagung   der Schaufeln in der hinteren Radhälfte (siehe die Verschiedenheit der Beaufschlagung in den   Sehaufelstellungen I   und 11 in Fig. 6. auf welche später genauer eingegangen wird), bedingen schon verhältnismässig geringe Formfehler eine ungleichmässige Verteilung der hydraulischen Belastung der beiden Radhälften und dadurch empfindliche Einbussen an Wirkungsgrad. 



   Die vorliegende Erfindung besteht nun darin, dass die Krümmung der   Mittelfläche   der Schaufel in einem solchen Masse bestimmt wird, dass, wie theoretische Erwägungen erkennen lassen und versuchsmässige   Narhprüfungen   bestätigen, die Erzielung eines sehr hohen Wirkungsgrades ermöglicht wird. 



  Dabei wird von der Erkenntnis ausgegangen, dass die Relativbewegung des Mediums gegen die ruhend gedachte Schaufel sich für jeden Betriebszustand und jede Schaufelstellung auf eine Drehung um ein Momentanzentrum zurückfahren lässt. Die Erkenntnis, dass das Medium der Schaufel in krummen 

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  Für den dargestellten Kurvenseheibenantrieb ergibt sich gemäss Fig. 3 das Momentanzentrum MI als Schnittpunkt des durch die Drehachse der Schaufel gezogenen Durchmessers PO mit der Normalen   Q-M1   auf der Kurvenbahn 5 in dem augenblicklichen Berührungspunkt der Rolle. Um aber die vollständige Relativbewegung der Schaufel gegen das Medium zu finden, ist die Drehung um das Momentanzentrum MI noch mit der Translationsgeschwindigkeit t'zusammenzusetzen, die in einiger Entfernung vor der Schaufel 
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 bedeutet. 



   Die Relativbewegung des Mediums gegen die Schaufel erfolgt so, als ob die ruhend gedachte Schaufel von einer Strömung beaufschlagt werden würde, die um den Strömungspol M2 bogenförmig im Sinne der Pfeile   10   verläuft. Die in Fig. 3 strichpunktiert gezeichnete Strecke r gibt daher ein zahlenmässig genau bestimmbares Mass der Krümmung der Relativströmung an, der die Schaufelform anzupassen ist. 
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 Die   Krümmung   der Relativströmung und die ihr angepasste Krümmung der Schaufeln wird daher bei einem und demselben Rad verschieden sein, je nachdem es beispielsweise als Antriebsorgan für einen schnellen leichten Kreuzer oder aber für einen schwer belasteten Schlepper dienen soll. 



   Die Krümmung der Relativströmung ist an verschiedenen Punkten des Laufkreises   ABCD   (Fig. 2) verschieden. Als massgebend für die Wahl der richtigen Sehaufelform erweist sich aber in erster Linie die Krümmung   f bzw.   der Relativströmung in den beiden Punkten   dz   und C, die auf dem zur Translation senkrechten Durchmesser liegen.

   Gemäss der Erfindung soll nun die Krümmung der Mittelfläche der Schaufel, was sowohl theoretische Erwägungen als auch praktische Versuche als richtig erwiesen haben, zwischen dem arithmetischen Mittel und dem geometrischen Mittel der beiden   Strömung-   krümmungen in A und in 0 liegen ; mit andern Worten : der Radius   R   der Mittelschnittfläche (Fig. 4) der Schaufel soll kleiner sein als die halbe Summe   r1   und   r2   (Fig. 7) und grösser als die Quadratwurzel aus dem Produkt von r1 und   fa.   



   Die Fig. 5, 6 und 7 zeigen die   Strömungs-und Kraftpläne   bei etwa für den Schiffsantrieb dienenden   Schaufelrädern,   bei denen beispielsweise das Bewegungsgesetz der Schaufeln ein derartiges ist, dass die Radiusvektoren, die senkrecht auf der   Schaufelfläche   stehen und von dem Drehpunkt der Schaufeln ausgehen, alle einander stets in einem Punkt schneiden. Die Schaufeln sind in diesen drei Figuren verschieden gekrümmt und die   dargestellten Strömungs-und Kraftpläne   lassen erkennen, in welcher Weise eine Über- bzw. Unterschreitung der oben angegebenen Grenzen für die Krümmung der   Mittelfläche   der Schaufeln die hydraulischen Wirkungen des Rades nachteilig beeinflusst.

   Bei dem Rad nach Fig. 5 ist der Krümmungsradius   der Mittelfläche   der Schaufeln grösser und bei dem Rad nach Fig. 6 ist der Krümmungsradius der Mittelfläche der Schaufeln kleiner als er im Sinne der vorliegenden Erfindung 
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 sprechend der Erfindung bemessen ist. Alle andern Abmessungen und auch die   Betriebsverhältnisse   sind bei allen drei Rädern ganz gleich angenommen. 



   Die Scharen der Pfeile   w   stellen die um die Strömungspole M (diese sind der Einfachheit halber nur in Fig. 7   eingezeichnet) gekrümmte   relative Anströmung der Schaufeln dar,   während die Pfeile It   die auf die Schaufeln in ihren einzelnen Stellungen wirkenden hydraulischen Kräfte nach Grösse und Richtung wiedergeben, wie sie aus den Anströmungsversuchen von Tragflächenprofilen bei rechnerischer Berücksichtigung der krummen Anströmung und der Propulsionswirkung der Schaufeln gefunden wurden. 



   Fig. 5 zeigt, dass bei geraden oder zu wenig gekrümmten Schaufeln der Hauptanteil des   hydrau-   lischen Schubes auf der hinteren Radhälfte liegt, während die vordere   Radhälfte   nur wenig oder gar nicht arbeitet, ja selbst das Wasser zurückstauen kann. Fig. 6 zeigt, dass bei zu starker Krümmung der Schaufeln die vordere   Radhälfte   den Hauptanteil des hydraulischen Sehubes   übernimmt,   während die 

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 bunden sind. 



   Die obigen, aus theoretischen Erwägungen gezogenen Folgerungen haben durch versuchsmässige Nachprüfung ihre volle Bestätigung gefunden. 



   Wie ohne weiteres einzusehen ist, bedeutet schon jede ungleiche Belastung der beiden Radhälften eine Einbusse an Wirkungsgrad, wozu noch die Leistungsverluste durch die   Stauwirkung   und die stellenweise ungünstige Kraftwirkung kommt. 



   Bei einem Schaufelrad, bei welchem die   Krümmung   der   Mittelfläehe   der Schaufeln im Sinne der Erfindung bemessen ist, fallen, wie Fig. 7 zeigt, diese Nachteile weg, indem sich die hydraulische Belastung 
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   Als Beispiel für die Bemessung der   Schaufelkrümmung   sei ein Schaufelrad angeführt, welches in einem geschlossenen Kanal von rechteckigem Querschnitt als Förderpumpe arbeitet. Es sei dabei angenommen, dass der Durchmesser des   Sehauf elkreises   3   ?   betrage und dass das Rad bei 125 Umdrehungen in der Minute eine Wassermenge fördern   bols, dise   im Radquerschnitt eine Translationsgeschwindigkeit v von   2'50 m/sec   bedingt. Das Bewegungsgesetz der Schaufeln sei wie das schon oben erwähnte derart, dass die auf den   Sehaufelflächen   senkrechten, von den Drehachsen ausgehenden Radiusvektoren sich stets in einem Punkt schneiden, der auf dem durch C (Fig. 2) gehenden Durchmesser in einem Abstand von   0#36 m   vom Radmittelpunkt liegt.

   Die nach dem geschilderten Verfahren ermittelten Krümmungen 
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 Radius r2 = 1 m. Das arithmetische Mittel dieser beiden Werte beträgt   1'55 m,   das geometrische Mittel   1-45 m.   Gemäss der Erfindung soll daher die   Mittelfläche   der Schaufeln dieses Rades   eine Krümmung   aufweisen, deren Radius grösser ist als   1#45   m und kleiner ist als   1'55   m. 



   Die Mittellinie der Schaufel muss nicht stets ein Kreisbogen sein, sondern kann je nach der'Art des angewendeten Profiles auch eine andere Kurve bilden, die einem Kreisbogen ähnlich ist. Als Schaufelkrümmung wird dabei im Sinne der Fig. 4 stets der Halbmesser R jenes Kreises verstanden, der durch die Eintrittskante, die Austrittskante und die Mitte der Schaufeldicke in der Mitte der Längenausdehnung T des Profiles (Punkt S) bestimmt ist. Als Eintrittskante ist bei stark gerundetem Profilkopf die Schnittlinie der Oberfläche der Schaufel mit der Mittelfläche der Schaufel zu verstehen, also mit jener Fläche, die an allen Punkten die Sehaufeldieke halbiert. 



   Die Erfindung erstreckt sich nicht nur auf   Schaufelräder,   deren Schaufeln eine zylindrische Mittelfläche besitzen. In manchen Fällen, z. B. bei Schaufeln, die mit einem Ende frei in das Medium hineinragen, kann es vorteilhaft sein, die Krümmung der   Mittelfläche   in verschiedenen Querschnitten verschieden zu wählen, ähnlich wie dies bei den   Tragflächen   von Flugzeugen der Fall ist.

   Gemäss der Erfindung soll dann die Krümmung der   Mittelfläche   wenigstens in dem hauptsächlich arbeitenden Teil der Schaufeln innerhalb der angegebenen Grenseii liegen :
Das Bewegungsgesetz der Schaufeln kann verschieden sein ; die Schaufeln können relativ zum Rad schwingen oder mit   ungleichförmiger Winkelgeschwindigkeit umlaufen.   Massgebend für das Bewegungs- 
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   ''silt   und als Eintrittskante wirkt.

Claims (1)

  1. PATENT-ANSPRUCH : Schaufelrad, dessen Schaufeln während der Umdrehung des Rades sich relativ zu diesem um Achsen bewegen, die parallel oder nahezu parallel zur Radachse liegen, und alle stets von dem Mittel, in welchem sie arbeiten, vorwiegend in einer Richtung beaufschlagt werden, die senkrecht zur Radaehse verläuft, dadurch gekennzeichnet, dass der Krümmungshalbmesser (R) der Mittelsehnittfläehe der im gleichen Sinn wie die Krümmung der Relativströmung gekrümmten Schaufeln kleiner ist als das arithme- EMI3.5
AT116300D 1927-09-28 1927-09-28 Schaufelrad. AT116300B (de)

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AT116300T 1927-09-28

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ID=3629801

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AT116300D AT116300B (de) 1927-09-28 1927-09-28 Schaufelrad.

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202014100589U1 (de) * 2014-02-11 2015-05-12 Rolf Rohden Zykloidalantrieb und Schiff

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202014100589U1 (de) * 2014-02-11 2015-05-12 Rolf Rohden Zykloidalantrieb und Schiff

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