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Schaufelrad mit beweglichen Schaufeln.
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die Naben 9 verbunden. Um. ein seitliches Bewegen der Arme ? zu verhindern, sind die schrägen
Streben 10 vorgesehen.
Das Schaufelprofil ist der Fig. 3 (in einem grösseren Massstab) zu entnehmen. Das Rad dreht sich mit der Umfangsgeschwindigkeit u um die Welle 2 und schreitet mit der Geschwindigkeit ve vorwärts. Die beiden Geschwindigkeiten sind bei der nach oben gehenden Schaufel nach Grösse und Richtung in Fig. 1 eingetragen ; aus beiden ergibt sich die resultierende Anströmrichtung vo, die die Schaufel unter einem kleinen Winkel trifft. An dieser tritt eine Kraft in der Richtung von vo und eine zweite Kraft senkrecht hiezu auf. Bezeichnet man diese Kräfte wie im Flugzeugbau mit Widerstand W und Auftrieb A, so zeigt sich, dass A in der Fahrtrichtung liegt.
Die Fig. 1 zeigt, dass die Schaufel beim Austritt günstig angeströmt wird und dass sie sich infolge der geringen Breite fast bis zum vollständigen Austritt unter Wasser befindet, so dass die Vorderkante dauernd umspült wird.
Um eine lange Umspülung zu erreichen, müssen die Schaufeln so schmal wie möglich gemacht werden, gegebenenfalls sind einige Schaufeln mehr vorzusehen, um keine zu grosse Schaufelbelastung zu bekommen.
In Fig. 1 ist ferner in gestrichelten Linien dargestellt, wie dagegen bei einem Rad normaler Konstruktion die Schaufeln 11 etwa im Wasser stehen würden. Es zeigte sich, dass die Oberkante nur kurze Zeit unter Wasser liegt und dass bei normaler Belastung vollständiger Lufteinbruch während des ganzen Weges durch das Wasser unvermeidlich ist ; eine Zirkulationsströmung kann bei Schaufeln alter Konstruktion nicht eintreten und somit auch keine Auftriebswirkung im Sinne der Tragflächentheorie ; die Schubwirkung während des Austrittes entsteht bei ausserordentlich schlechten Wirkungsgraden nur dadurch, dass das an der schräge austretenden Schaufel ablaufende"lose"Wasser nach hinten und oben geworfen wird.
Hinter der in tiefster Stellung stehenden Schaufel ist in gestrichelten Linien eine Stange 12 angedeutet, wie sie bei der Konstruktion von Schaufelrädern aus Festigkeitgründen bislang notwendig war. Bei solchen Rädern befindet sich aus Festigkeitsgründen ein System von Stangen zwischen den beiden Radarmen 7. Eine nachteilige Wirkung durch diese Stangen ist beim Rad alter Konstruktion nicht vorhanden, da diese im Gebiet des Lufteinbruches hinter der Schaufel liegen.
Die Verwendung der in den Fig. 1 und 2 angedeuteten Stange 12 oder ähnlicher Konstruktionsteile hinter einer schmalen Schaufel vernichtet jedoch vollständig den besseren Wirkungsgrad des neuen Rades, weil durch diese Teile Luft in das Unterdruckgebiet hinter der Schaufel gelangt und ausserdem die Zirkulationsströmung gestört wird. Um eine Verschlechterung des Wirkungsgrades zu vermeiden, müssen bei den schmalen Schaufeln daher störende Teile im Bereich der Schaufeln vermieden werden.
Es besteht weiter eine grosse Abhängigkeit des Wirkungsgrades von der Schaufelform. Um eine gute Tragflächenwirkung beim Austritt der Schaufel aus dem Wasser zu erhalten, liegt es nahe, geeignete Profile mit abgerundeter Vorderkante aus dem Flugzeugbau zu benutzen. Es hat sich aber gezeigt, dass derartige Profile durch die dicke Kante, die beim Eintritt hinten liegen muss, so viel Luft mit in das Wasser reissen, dass der Wirkungsgrad nicht besser wird als bei den alten Rädern. Die besten Erfolge sind dagegen mit Schaufeln, ähnlich wie in Fig. 3 dargestellt, erzielt worden und haben für diese Sonderanwendung gute Auftriebswerte und sehr gute Radwirkungsgrade gebracht. Es handelt sich um einfache symmetrische Profile in Form eines Kreisabschnittes.
Die Druckseite dieses Kreisabschnittes kann natürlich auch etwas gekrümmt werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Schaufelrad mit schmalen beweglichen Schaufeln, deren Breite in radialer Richtung weniger als etwa 55% der Eintauchtiefe des Rades beträgt, wobei das Profil der Schaufeln in an sich bekannter Weise einen kreisabsehnittförmigen Querschnitt aufweist und die Schaufeln durch das Wasser unter einem kleinen Anstellwinkel zu der aus Umfangs- und Vorwärtsgeschwindigkeit resultierenden Anströmungsgeschwindigkeit geführt werden.
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Paddle wheel with moving blades.
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the hubs 9 connected. Around. sideways movement of the arms? the inclines are to be prevented
Struts 10 are provided.
The blade profile is shown in Fig. 3 (on a larger scale). The wheel rotates around shaft 2 at peripheral speed u and advances at speed ve. The two speeds of the upward moving blade are plotted according to size and direction in FIG. 1; the resulting flow direction vo, which hits the blade at a small angle, results from both. A force appears on this in the direction of vo and a second force perpendicular to it. If these forces are referred to as drag W and lift A, as in aircraft construction, it can be seen that A lies in the direction of travel.
Fig. 1 shows that the flow is favorable to the blade when it exits and that, due to the small width, it is under water almost until it exits completely, so that the leading edge is continuously washed.
In order to achieve a long flow around the blades, the blades must be made as narrow as possible; if necessary, a few more blades must be provided in order not to get too much load on the blades.
In Fig. 1 it is also shown in dashed lines how, on the other hand, the blades 11 would be in the water for a wheel of normal construction. It was found that the upper edge is only under water for a short time and that with normal exposure, complete ingress of air is inevitable all the way through the water; a circulation flow cannot occur with blades of an old construction and thus also no lift effect in the sense of the wing theory; the thrust effect during the exit occurs with extremely poor degrees of efficiency only in that the "loose" water running off the sloping blade is thrown backwards and upwards.
Behind the blade, which is in its lowest position, a rod 12 is indicated in dashed lines, as was previously necessary in the construction of blade wheels for reasons of strength. In such wheels, for reasons of strength, there is a system of rods between the two wheel arms 7. These rods do not have a disadvantageous effect on the wheel of the old design, since they are located in the area of the air ingress behind the blade.
The use of the rod 12 indicated in FIGS. 1 and 2 or similar structural parts behind a narrow blade completely destroys the better efficiency of the new wheel, because through these parts air gets into the negative pressure area behind the blade and the circulation flow is also disturbed. In order to avoid a deterioration in the degree of efficiency, disruptive parts in the area of the blades must therefore be avoided in the case of the narrow blades.
There is also a great dependency of the efficiency on the blade shape. In order to achieve a good wing effect when the blade emerges from the water, it makes sense to use suitable profiles with rounded leading edges from aircraft construction. However, it has been shown that such profiles, due to the thick edge, which must be at the rear when entering, pull so much air into the water that the efficiency is no better than with the old bikes. In contrast, the best successes have been achieved with blades, similar to that shown in FIG. 3, and have resulted in good lift values and very good wheel efficiencies for this special application. These are simple symmetrical profiles in the form of a segment of a circle.
The pressure side of this circular segment can of course also be slightly curved.
PATENT CLAIMS:
1. Paddle wheel with narrow movable blades, the width of which in the radial direction is less than about 55% of the immersion depth of the wheel, the profile of the blades having a circular section in a known manner and the blades through the water at a small angle to the the flow velocity resulting from the circumferential and forward speed.