DE2322599A1 - Paddle wheel or propeller - Google Patents
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Description
GENERAL SIGNAL CORPORATIONGENERAL SIGNAL CORPORATION
280 Park Avenue, New York, New York, V.St.A.280 Park Avenue, New York, New York, V.St.A.
Schaufelrad oder PropellerPaddle wheel or 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.The invention relates to a paddle wheel or a propeller. The constructive development of paddle wheels or propellers is well developed and known and has hardly changed for many years. For example, in the case of axial impellers or propellers used helical blades, which have the lower linear velocity of the blade Balance near the hub by adjusting the slope or angle of attack relative to the fluid near the hub has been enlarged so that the blade ends lying on the hub work together with the blade tips at the same time. Such helical blade designs have the highest efficiency and have formed the basis for many years the design of axial impellers or propellers, which are used, for example, in mixing machines or ships.
Diese Schaufelräder oder Propeller wurden z.T. wegen der schrau-These paddle wheels or propellers were partly due to the
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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.Ben-shaped surfaces for optimal performance made from one-piece castings, in particular from bronze. This manufacture has been relatively expensive and has many problems brought with it, especially when casting, with post-treatment, with balancing, etc. Also, the casting processes are only Then economically feasible if the paddle wheels or propellers are manufactured in large quantities during the casting a small number of the same design is unreasonably expensive.
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.The invention proposes, like a paddle wheel or a propeller, in a much simpler and more economical way Can be made by proposing a somewhat modified construction that does not have a helical configuration the blade surfaces requires. When executing the by the construction proposed by the invention, the optimal construction of paddle wheels or propellers is only slightly while at the same time substantial savings in construction and operation can be achieved and a paddle wheel or propeller with considerable advantages over the previously known cast paddle wheels or propellers can be produced.
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-The invention consists in that in the case of the paddle wheel or the propeller a hub and several independently produced, blades attached to the hub are used, which by means of two opposing outer surfaces as a hollow body are formed, each outer surface is formed from a developable, conical surface, which from a flat Sheet metal material is cut into a conical surface and the outer surfaces are joined together and the blades are arranged and oriented on the hub in such a way that they have an increasing pitch from the blade tip
" 2 " 309846/0520 " 2 " 309846/0520
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.point in the direction of the hub. This can be advantageous Embodiment of the invention can be provided that the blades with an internal reinforcement frame or without a reinforcement frame are provided.
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.The separate manufacture of the blades has many advantages in terms of economical construction. Major advantages consist, for example, in that the hollow blades are lighter in weight, especially in the case of relatively large impellers and propellers is important. Another essential advantage is that the blade surfaces can be developed as developable, Can produce conical surfaces with economically working facilities and that the blade surfaces from flat Sheet metal material can be cut out and bent into conical surfaces without upsetting, bending or Stretching or some cold working must be carried out. The paddle wheel manufactured according to the invention or the Propeller has such significant advantages in operation that the paddle wheel or the propeller are used much more economically can be called a cast paddle wheel or a cast propeller.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Darin zeigen: Further features, details and advantages of the invention result from the following description of an exemplary embodiment with reference to the drawing. Show in it:
Fig. 1 eine Draufsicht auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schaufelrades oder Propellers; Fig. 1 is a plan view of a preferred embodiment of the paddle wheel or propeller according to the invention;
Fig.2 eine Seitenansicht des Schaufelrades oder Propellers nach Fig.l;Fig. 2 is a side view of the paddle wheel or propeller according to Fig.l;
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Fig.3 einen Schnitt durch eine Schaufel des Schaufelrades nach Fig.l entlang der Linie 2-2 und3 shows a section through a blade of the impeller according to Fig.l along the line 2-2 and
Fig.4 eine schematische Ansicht eines Verstärkungsrahmens für den inneren Aufbaueiner Schaufel des erfindungsgemäßen Schaufelrades oder Propellers.Figure 4 is a schematic view of a reinforcement frame for the internal structure of a blade of the impeller or propeller according to the invention.
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.The paddle wheel shown in the drawing or the propeller 10 is relatively large and for large mixing machines or Ships determined. Such paddle wheels and propellers can reach several feet in diameter and are heavy enough to be many Construction problems in terms of the forces acting on them, which they can withstand, and in terms of the required Pose storage. The biggest benefit of this according to The paddle wheels or propellers manufactured according to the invention lies in the lighter weight of their construction by the Blades 11 are each designed as a hollow body.
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.When such large paddle wheels or propellers are formed as individual castings, they are quite heavy and stressful lots of space, and they are likely to have cracks and pits, as happens with such large metal castings. The most common metal used for such castings is bronze, but this material is subject to galvanic attack exposed when a bronze propeller is mounted on the preferred steel shaft. In addition, the shipping, the handling, polishing, finishing and balancing of such large impellers or propellers are expensive and difficult to perform. The blades cannot be interchanged if vibration resonances occur, and cracks in a single blade require an entirely new cast. These problems result in large paddle wheels and propellers are very expensive.
3Cc^ 8 46/05203Cc ^ 8 46/0520
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.It is well known that a propeller or a paddle wheel are cheaper to manufacture with independently manufactured blades attached to a hub, but it is not known how to get accurate helical paddle wheel flats manufactures that are necessary to achieve optimal efficiency. After the cost went up for years add the excessive expense of producing large impeller blades in a single cast to the invention out, in which namely individually manufacturable blade constructions are used, with which an optimal Efficiency can be achieved and which can also be produced more easily and cheaply. The savings in construction and in the operation of a lighter paddle wheel or propeller allow an increase in the work output that the Structural concessions in the blade construction more than outweigh, with the surprising result that the Blade wheels according to the invention and propellers with blades 11 produced independently of one another are much more economical are as comparable paddle wheels and propellers, which consist of a single cast.
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-As already mentioned, the construction is a paddle wheel or propellers well developed and generally known, so that the structure (intracasies) is not described in detail here needs to become. In general, however, there is the shape of a blade 11, which can be individually manufactured according to FIG the invention makes it possible that the opposite outer faces 12 and 13 of the blade 11 develop conical surfaces have so that they can be cut out of a flat strip material and only need to be bent or to be fitted to the correct conical surface to obtain the desired shape. This will make the Formation of blades 11 by simply bending flat
- 5 " 309846/0520- 5 "309846/0520
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. chem material allows, without a stretching process, a Upsetting or other cold flow would be required. The conical surface shape of the surfaces is preferably different 12 and 13 a little apart, so that the blades 11 get a platform. Once a pair of conical stencils for the surfaces 12 and 13 are made, the shape can be cut out of a flat strip of material and tapered to such Templates can be adapted. The term "conical surface" as used herein also applies to a cylinder which is in the End position is formed by a conical surface when its apex moves to infinity. It follows that cylindrical designed scoop shapes also under the scoop shapes should be understood that have conically cut surfaces.
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.The surfaces 12 and 13 can be simply any of any Material, such as steel or stainless steel. The surfaces 12 and 13 are connected to each other, for example by a Weld, and if so desired, a tip 14 and a mounting foot 15 may also be provided. The shovels 11 can e.g. be screwed or welded to a hub 16. As shown schematically in Figure 4, For example, a reinforcement frame 17 may be provided within each blade to stiffen and support surfaces 12 and 13. In addition, the blades can preferably be filled with a foamed plastic material 18, so that this prevents becomes that a scoop fills with a liquid when a leak occurs in the clothing. This would become a Imbalance in the paddle wheel or in the propeller could result in damage.
Die an der Nabe angeordneten Enden der Schaufeln 11 befindenThe ends of the blades 11 arranged on the hub are located
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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.preferably on a part of a conical surface that
has a smaller curvature than the part which forms the tip end of the blades 11, and the blades 11 are preferably arranged at such an angle on the hub 16 that their pitch increases from the tips of the blades inward towards the hub 16. The inwardly increasing pitch achieved with this design differs somewhat from the increasing pitch on a vane with a helical surface, but when appropriate conical surfaces are selected and the vanes 11 are appropriately positioned on the hub 16
are aligned, then the achievable performance is only something
less than the optimum and the overall benefit is substantial
increased considering the lighter weight and lower cost of construction.
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.Any number of blades 11 can be used,
and the blades 11 can be attached to the hub in any desired manner. Many blade and hub shapes and designs are known to those skilled in the art which utilize the use of developable conical surfaces as suggested by the invention, and many suitable
Materials are useful for the construction of propellers and paddle wheels according to the invention for various purposes. For example, the lighter construction according to the invention is very useful for adjustable paddle wheels or propellers or for paddle wheels or propellers, their pitch
can be changed.
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