DE2322599A1

DE2322599A1 - Schaufelrad oder propeller

Info

Publication number: DE2322599A1
Application number: DE2322599A
Authority: DE
Inventors: George Gustaf Landberg; Marlin Dean Schutte; James Lawrence Stanton
Original assignee: General Signal Corp
Current assignee: SPX Corp
Priority date: 1972-05-12
Filing date: 1973-05-04
Publication date: 1973-11-15
Also published as: FR2184660A1; IT988182B; JPS4941908A

Description

GENERAL SIGNAL CORPORATION

280 Park Avenue, New York, New York, V.St.A.

Schaufelrad oder Propeller

Die Erfindung betrifft ein Schaufelrad oder einen Propeller. Die konstruktive Durchbildung von Schaufelrädern oder Propellern ist weit entwickelt und bekannt und hat sich viele Jahre hindurch kaum verändert. Zum Beispiel werden bei Axialschaufelrädern oder Propellern schraubenförmig ausgebildete Schaufeln verwendet, die die kleinere Lineargeschwindigkeit der Schaufel in der Nähe der Nabe ausgleichen, indem die Steigung oder der Angriffswinkel relativ zur Flüssigkeit in der Nähe der Nabe vergrößert wurde, so daß die an der Nabe liegenden Schaufelenden gleichzeitig mit den Schaufelspitzen zusammenarbeiten. Solche schraubenförmigen Schaufelausgestaltungen haben den höchsten Wirkungsgrad und bildeten Jahre hindurch die Grundlage für den Entwurf von Axialschaufelrädern oder Propellern, die z.B. bei Mischmaschinen oder bei Schiffen Verwendung finden.

Diese Schaufelräder oder Propeller wurden z.T. wegen der schrau-

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benförmigen Flächen für die Erzielung einer optimalen Leistung aus einstückigen Gußteilen hergestellt, insbesondere aus Bronze. Diese Herstellung ist relativ teuer gewesen und hat viele Probleme mit sich gebracht, insbesondere beim Gießen, bei der Nachbe- handlung, beim Auswuchten usw. Auch sind die Gießverfahren nur dann wirtschaftlich durchführbar, wenn, die Schaufelräder oder Propeller in großen Mengen hergestellt werden, während das Giessen einer kleinen Anzahl der gleichen Ausgestaltung unzumutbar teuer ist.

Durch die Erfindung wird vorgeschlagen, wie ein Schaufelrad oder ein Propeller in wesentlich einfacherer und wirtschaftlichei-er Weise hergestellt werden kann, indem eine etwas abgeänderte Konstruktion vorgeschlagen wird, die keine schraubenförmige Ausgestaltung der Schaufelflächen erfordert. Bei der Ausführung der durch die Erfindung vorgeschlagenen Konstruktion wird die optimale Konstruktion von Schaufelrädemoder Propellern nur geringfügig verlassen, während gleichzeitig wesentliche Einsparungen in der Konstruktion und im Betrieb erzielt werden können und ein Schaufelrad oder Propeller mit erheblichen Vorteilen gegenüber den bisher bekannten gegossenen Schaufelrädern oder Propellern hergestellt werden können.

Die Erfindung besteht darin, daß bei dem Schaufelrad oder dem Propeller eine Nabe und mehrere unabhängig voneinander hergestellte, an der Nabe befestigte Schaufeln verwendet werden, die mittels zweier gegenüberliegender Außenflächen als Hohlkörper ausgebildet sind, wobei jede Außenfläche aus einer abwickelbaren, konischen Fläche gebildet wird, die aus einem flachen Blechmaterial besteht, das zu einer konischen Fläche zugeschnitten ist, und wobei die Außenflächen miteinander verbunden sind und die Schaufeln derart auf der Nabe angeordnet und ausgerichtet sind, daß sie eine zunehmende Steigung von den Schaufelspit-

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zen in Richtung auf die Nabe hinaufweisen. Dabei kann in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, daß die Schaufeln mit einem innenliegenden Verstärkungsrahmen oder ohne Verstärkungsrahmen versehen sind.

Die getrennte Herstellung der Schaufeln hat hinsichtlich einer wirtschaftlichen Konstruktion viele Vorteile. Wesentliche Vorteile bestehen z.B. darin, daß die hohlen Schaufeln ein leichteres Gewicht haben, was insbesondere bei relativ großen Schaufelrädern und Propellern von Bedeutung ist. Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, daß sich die Schaufelflächen als abwickelbare, konische Flächen mit wirtschaftlich arbeitenden Einrichtungen herstellen lassen und daß die Schaufelflächen aus flachem Blechmaterial ausgeschnitten und zu konischen Flächen umgebogen werden können, ohne daß ein StauchVorgang, eine Biegung oder eine Streckung oder irgendeine Kaltverformung durchgeführt werden müssen. Das gemäß der Erfindung hergestellte Schaufelrad oder der Propeller hat im Betrieb derart wesentliche Vorteile, daß das Schaufelrad oder der Propeller wesentlich v/irtschaftlicher eingesetzt werden können als ein gegossenes Schaufelrad oder ein gegossener Propeller.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Darin zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schaufelrades oder Propellers;

Fig.2 eine Seitenansicht des Schaufelrades oder Propellers nach Fig.l;

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Fig.3 einen Schnitt durch eine Schaufel des Schaufelrades nach Fig.l entlang der Linie 2-2 und

Fig.4 eine schematische Ansicht eines Verstärkungsrahmens für den inneren Aufbaueiner Schaufel des erfindungsgemäßen Schaufelrades oder Propellers.

Das in der Zeichnung dargestellte Schaufelrad oder der Propeller 10 ist verhältnismäßig groß und für große Mischmaschinen oder Schiffe bestimmt. Solche Schaufelräder und Propeller erreichen Durchmesser von mehreren Fuß und sind so schwer, daß sie viele Konstruktionsprobleme hinsichtlich der auf sie einwirkenden Kräfte, denen sie standhalten können, und hinsichtlich der erforderlichen Lagerung aufwerfen. Der größte Vorteil dieser gemäß der Erfindung hergestellten Schaufelräder oder Propeller liegt in dem leichteren Gewicht ihrer Konstruktion, indem die Schaufeln 11 jeweils als Hohlkörper ausgebildet sind.

Wenn solche großen Schaufelräder oder Propeller als einzelne Gußstücke ausgebildet sind, sind sie ziemlich schwer und beanspruchen viel Platz, und sie haben wahrscheinlich Risse und Vertiefungen, wie dies bei solch großen Metallgußstücken vorkommt. Das am meisten verwendete Metall für solche Gußstücke ist Bronze, aber dieser Werkstoff ist einem galvanischen Angriff ausgesetzt, wenn ein Bronzepropeller auf der bevorzugt verwendeten Stahlwelle montiert wird. Außerdem sind der Versand, die Handhabung, das Polieren, die Nachbearbeitung und das Auswuchten von solch großen Schaufelrädern oder Propellern teuer und schwer durchzuführen. Die Schaufeln können nicht gegeneinander ausgetauscht werden, falls Schwingungsresonanzen auftreten, und Risse in einer einzigen Schaufel erfordern einen vollständig neuen Guß. Diese Probleme führen dazu, daß große Schaufelräder und Propeller sehr teuer sind.

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Es ist allgemein bekannt, daß ein Propeller öder ein Schaufelrad mit unabhängig voneinander hergestellten Schaufeln, die an einer Nabe befestigt sind, billiger herzustellen sind, aber es ist nicht bekannt, wie man genaue schraubenförmige Schaufelradflachen herstellt, die für die Erzielung eines optimalen Wirkungsgrades notwendig sind. Nachdem die Kosten jahrelang angestiegen sind, haben die übermäßigen Ausgaben für die Herstellung von großen Schaufelradschaufeln in einem einzigen Guß zu der Erfindung geführt, bei welcher nämlich einzeln herstellbare Schaufelblattkonstruktionen Verwendung finden, mit denen ein optimaler Wirkungsgrad erzielbar ist und die außerdem leichter und billiger hergestellt werden können. Die Einsparungen in der Konstruktion und im Betrieb eines leichteren Schaufelrades oder Propellers ermöglichen eine Steigerung der Arbeitsleistung, die die baulichen Zugeständnisse bei der Schaufelkonstruktion mehr als aufwiegen, wobei das überraschende Resultat auftritt, daß die erfindungsgemäßen Schaufelräder und Propeller mit unabhängig voneinander hergestellten Schaufeln 11 weitaus wirtschaftlicher sind als vergleichbare Schaufelräder und Propeller, die aus einem einzigen Guß bestehen.

Wie bereits erwähnt wurde, ist die Konstruktion eines Schaufelrades oder Propellers weit entwickelt und im allgemeinen bekannt, so daß der Aufbau (intracasies) hier nicht näher beschrieben zu werden braucht. Allgemein besteht jedoch die Gestalt einer Schaufel 11, die eine einzelne Herstellung gemäß der Erfindung ermöglicht darin, daß die gegenüberliegenden Aussenf lachen 12 und 13 der Schaufel 11 abwickelbare konische Flächen aufweisen, so daß sie aus einem flachen Bandmaterial herausgeschnitten werden können und bloß umgebogen zu werden brauchen oder an die korrekte konische Fläche eingepaßt zu werden brauchen, um die gewünschte Gestalt zu erhalten. Hierdurch wird die Bildung von Schaufeln 11 durch ein einfaches Umbiegen von fla-

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chem Material ermöglicht, ohne daß ein Streckvorgang, eine Stauchung oder ein anderes Kaltfließen erforderlich wäre. Vorzugsweise unterscheidet sich die konische Flächenform der Flächen 12 und 13 etwas voneinander, damit die Schaufeln 11 eine Plattform erhalten. Sobald ein Paar konische Schablonen für die Flächen 12 und 13 hergestellt sind,, kann die Form aus einem flachen Bandmaterial ausgeschnitten werden und an solche konischen Schablonen angepaßt werden. Der Ausdruck "konische Fläche", der hier benutzt wird, gilt auch für einen Zylinder, der in der Endlage von einer konischen Fläche gebildet wird, wenn sich deren Scheitel ins Unendliche bewegt. Daraus folgt, daß zylindrisch ausgestaltete Scnaufelformen ebenfalls unter den Schaufelformen verstanden werden sollen, die konisch zugeschnittene Flächen aufweisen.

Die Flächen 12 und 13 können einfach aus irgendeinem beliebigen Material hergestellt werden, wie z.B. aus Stahl oder rostfreiem Stahl. Die Flächen 12 und 13 werden miteinander z.B. durch eine Schweißung verbunden, und falls es erwünscht ist, können außerdem eine Spitze 14 und ein Montagefuß 15 vorgesehen sein. Die Schaufeln 11 können an einer Nabe 16 z.B. angeschraubt oder angeschweißt werden. Wie schematisch in der Fig.4 dargestellt ist, kann ein Verstärkungsrahmen 17 innerhalb einer jeden Schaufel vorgesehen sein, um die Flächen 12 und 13 zu versteifen und abzustützen. Außerdem können die Schaufeln vorzugsweise mit einem geschäumten Kunststoffmaterial 18 ausgefüllt sein, so daß verhindert wird, daß eine Schaufel sich mit einer Flüssigkeit füllt, wenn ein Leck in der Bespannung auftritt. Dies würde zu einer Unwucht im Schaufelrad oder im Propeller führen und könnte eine Beschädigung verursachen.

Die an der Nabe angeordneten Enden der Schaufeln 11 befinden

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sich vorzugsweise an einem Teil einer konischen Fläche, das
eine kleinere Krümmung besitzt, als das Teil, das das Spitzenende der Schaufeln 11 bildet, und die Schaufeln 11 sind vorzugsweise unter einem solchen V7inkel an der Nabe 16 angeordnet, daß ihre Blattsteigung von den Spitzen der Schaufeln nach innen zu der Nabe 16 hin zunimmt. Die bei dieser Konstruktion erzielte, nach innen zunehmende Steigung unterscheidet sich etwas von der zunehmenden Steigung an einer Schaufel mit einer schraubenförmigen Fläche, aber wenn geeignete konische Flächen ausgewählt sind und die Schaufeln 11 in geeigneter Weise auf der Habe 16
ausgerichtet sind, dann ist die erzielbare Leistung nur etwas
kleiner als das Optimum, und der Gesamtnutzen ist wesentlich
vergrößert, wenn man das geringere Gewicht und die niedrigeren Kosten der Konstruktion berücksichtigt.

Es kann eine beliebige Anzahl Schaufeln 11 verwendet v/erden,
und die Schaufeln 11 können in beliebiger Weise an der Nabe befestigt sein. Der Fachwelt sind viele Schaufel- und Nabenformen und Konstruktionen bekannt, bei denen die Verwendung von abwikkelbaren konischen Flächen, wie sie durch die Erfindung vorgeschlagen werden, verwendet werden können, und viele geeignete
Materialien sind für die Konstruktion von Propellern und Schaufelrädern gemäß der Erfindung für verschiedene Zwecke verwendbar. Zum Beispiel ist die leichtere Konstruktion gemäß der Erfindung sehr zweckmäßig für einstellbare Schaufelräder oder Propeller oder für Schaufelräder oder Propeller, deren Steigung
verändert werden kann.

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Claims

Patentansprüche

1. Schaufelrad oder Propeller, gekennzeichnet durch eine Nabe (16) und mehrere unabhängig voneinander hergestellte, an der Nabe befestigte Schaufeln (11) , die mittels zweier gegenüberliegender Außenflächen (12,13) als Hohlkörper ausgebildet sind, wobei jede Außenfläche aus einer abwickelbaren, konischen Fläche gebildet wird, die aus einem flachen Blechmaterial besteht, das zu einer konischen Fläche zugeschnitten ist, und wobei die Außenflächen miteinander verbunden sind und die Schaufeln derart auf der Nabe angeordnet und ausgerichtet sind, daß sie eine zunehmende Steigung von den Schaufelspitzen in Richtung auf die Nabe hin aufweisen.

2. Schaufelrad oder Propeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen den Außenflächen (12,13) der Schaufeln (11) ein innenliegender Verstärkungsrahmen (17) angeordnet ist.

3. Schaufelrad oder Propeller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Außenflächen (12,13) der Schaufeln (11) zwei unterschiedliche konische Flächen bilden.

4. Schaufelrad oder Propeller nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Schaufeln (11) mit Kunststoff ausgeschäumt sind.

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