DK157147B - Ventilator med vinger, der er svingelige om deres laengdeakser til undgaaelse af uoenskede omdrejningstal - Google Patents

Description

- 1 -

DK 157147 B

Opfindelsen angâr en ventilator med viager, der er svingelige om deres længdeakser, under pâvirkning af centrifugallodder, til undgâelse af u0nskede omdrejningstal. En sâdan ventilator kendes fra DE-patent-skrift 862 280 og FR-patentskrift 1 553 046.

5 Ved den fra DE-patentskrift 862 280 kendte ventilator indstilles vingerne til særlig enkel opnâelse af en startindstilling omdrejnings-talafhængigt ved hjælp af centrifugalregulatorer sâledes, at de ved stilstand og meget smâ omdrejningstal bringes til en stejlere stilling og sâledes til en mindre vinkel i forhold til vindretningen. Centrifu-10 galkræfterne arbejder herunder via overf0ringsorganer pâ den enkelte vingeakse. If01ge en udformning af opfindelsen skal centrifugalkraft-indretningen bâde anvendes til indstillingen i startomrâdet og i ar-bejdsomrâdet. Den kendte indretning anses for særlig fordelagtig til . anvendelse ved vindkraftmotorer ti.l smâ anlæg, da propellen dels kan 15 starte med store momenter, og dels kan indstilles automati.sk i afhæn-gighed af omdrejningstallet soin hurti.gl0ber i det egentlige arbejdsom-râde for ventilatorvingen sâledes, at der fremkommer en regulering til tilnærmelsesvis konstant omdrejningstal eller konstant effekt.

I ti.lfældet med FR-patentskrift 1 553 046 skal det opnâs, at der 20 over en bestemt vindhastighed ikke tilf0res yderligere energi til en generator, som er forbundet med en vindm011e. Til effektbegrænsning af vindm011er, som varigt arbejder i turbinedrift, trækkes disse i begyn-delsen ved hjælp af en fjeder mod et anslag. Afhængigt af vindhastighe-den og især af indstillingen eller fjederkraften 10ftes vingen under 25 drift fri fra anslaget, sâledes at den aerodynamiske stigvinkel for0-ges. En pâ læsiden af vi ngen anbragt vaegt anvendes til at mindske stig-vinklen ved hjælp af særlige inerti.effekter.

Til grund for den foreliggende opfindelse ligger den opgave med enkle midler at beskytte ventilatoren mod en skadelig omdrejningstals-30 for0gelse i forstyrrelsestilfælde ved en ekstern trykb01ge, som driver ventilatoren under bibeholdelse af dens omdrejningsretning efter prin-cippet for en vindturbine, ved hjælp af de i trykb01gen forekommende str0mningskræfter. Et sâdant forstyrrelsestilfælde er især muligt, hvis den sikrede sidek01ekreds i en kraftværksblok, bestâende af cellek01ere 35 med ventilator, ogsâ skal dimensioneres mod belastningstilfælde "ydre - 2 -

DK 157147 B

eksplosion". I£01ge forskrifterne fra godkendelsesmyndighederne ideali-seres eksplosionstrykb01gen ved hjælp af en tryk-tid-funktion, som bl. a. er kendetegnet ved en kortvarig/ men roeget h0j trykstigning eller hastighedsstigning ved begyndelsen af den indkoramende trykb01ge. Hvis 5 en sikkerhedskonstruktion af ventilatoren if01ge opfindelsen ikke fand-tes, ville den indkonunende trykb01ge evt. lade driftsomdrejningstallet for ventilatoren stige til et sâdant spidsomdrejningstal, at selv mate-rialer raed stor trækstyrke ikke ville kunne raodstâ denne belastning.

Gâende ud fra den erkendelse, at en ekstern trykb01ge, som driver 10 ventilatoren if01ge vindkraftraaskineprincippet, ved det antagede for-styrrelsestilfælde fremkalder et fortegnsskifte i den pâ hver ventila-torvinge indvirkende resulterende luftkraft, og sâledes at denne luft-kraft derpâ pâvirker ventilatorvingen i modsat retning, kan den stille-de opgave ved en ventilator af den indledningsvis nævnte art 10ses ved 15 hjælp af de i den kendetegnende del af patentkrav 1 eller patentkrav 3 angivne ejendommeligheder. Hensigtsraæssige udformninger af opfindelsen er genstand for underkravene 2 og 4. Ved hjælp af raodvægtene opnâs der i samarbejde raed de om deres specielle længdeakser drejelige vinger og de resulterende luft- og centrifugalkræfter, at de indstilleli.ge vinger 20 dels ikke af centrifugalkraften drejes i slutsti.llj.ngen med ombrent vinkelret pâ ventilatoraksen forl0bende vingekorder under normaldrift ved konstruktionen if01ge ejendommelighederne i krav 1, men trykkes raod det f0rste anslag eller ved konstruktionen if01ge ejendommelighederne i krav 3 trykkes raed en modérât og i forstyrrelsestilfælde overvindelig 25 kraft raod det f0rste anslag, og dels i forstyrrelsestilfælde tipper fra sin f0rste driftstilling til den anden forstyrrelsestilfældestilling ved hjælp af det udl0sende kriterium for den resulterende luftkrafts karakteristiske vendi.ng ved overgangen fra en purape- til en turbine-drift og holdes i denne stilling, som forhindrer en u0nsket for0gelse 30 af omdrejningstallet, enten ved hjælp af det andet anslag eller i stil-standsdrift-ligevægtstillingen uden særskilte anslag.

Ved konstruktionen if01ge ejendommeli.ghederne i krav 1 skal kun omkring halvdelen af det samlede antal vinger, som er anbragt ved ven-tilatornavets omkreds, udformes automati.sk indstillelige, da det andet 35 anslag pâ hensigtsmæssig mâde bevirker en sâdan vingestilling, at driv-

DK 157147 B

- 3 - momentet af den indstillede vinge svarer til drivmoraentet for den ikke indstillede vinge i dens absolutte st0rrelse, men i sin vektorielle virkeretning imidlertid er modsat rettet sâledes, at omkredskomposanten af luftkræfterne netop ophæves eller mindst tillader et sâdant resulte-5 rende drivmoment, at det ikke bevirker utilladelige for0gelser af om-drejningstallet for ventilatorhjulet.

Opfindelsen forklares i det f01gende nærmere ved hjælp af to, ske-matisk gengivne udf0relseseksempler pâ tegningen. Tegningen viser pâ: fig. 1 en radial gengivelse af en del af ventj.latorhjulnavet 10 med en i snit gengivet svingelig vinge og derpâ virkende luftkræfter ved normal driftsstilling/ fig. 2 en gengivelse if01ge fig. 1 dog med de resulterende luftkræfter umiddelbart efter forekomsten af forstyrrel-sestrykb01gen/ 15 fig. 3 gengivelsen if01ge fig. 1 dog med vinger, som er dre jet ud i forstyrrelsesstilling, og derpâ virkende luftkræfter, fig. 4 i formindsket gengivelse en del af det afviklede vinge-hjulnav med fire viste vinger, at hvilke hveranden er 20 drejet til forstyrrelsesmodstilling i forhold til de 0vrige vinger, fig. 5 en radial gengivelse af en del af det afviklede ventila-torhjulnav med en i snit gengivet vinge, som kan dreje omkring en længdeakse, som befinder sig i den f0rste 25 fjerdedel af vingedybden, og derpâ virkende luftkræfter i normal driftsstilling, fig. 6 gengivelsen if01ge fig. 5 dog med vinger drejet ud til forstyrrelsesstilling og derpâ virkende luftkræfter, fig. 7 i formindsket gengivelse en del af det afviklede venti-30 latorhjulnav med fire i drifsstilling viste vinger, som hver er drejelig omkring en længdeakse i den f0rste fjerdedel af vingedybden, fig. 8 samme del af ventilatorhjulnavet som i fig. 7 dog med vinger, som er drejet ud i forstyrrelsesstilling.

35 - 4 -

DK 157147 B

Ved det pâ fig. 1-4 gengivne udf0relseseksempel er skiftevis hveranden vinge 2 udforraet som automatisk svingelig vinge 3, medens de 0vrige vinger 2 er fast anbragt ved omkredsen af ventilatorhjulnavet 1.

Fig. 4 viser i et detailudsnit af et afviklet ventilatorhjulnav 1 to 5 ved omkredsen af dette ventilatorhjulnav fast anbragte vinger 2 og to om deres længâeakse 31 svingelige vinger 30. De svingelige vinger 3 er pâ fig. 4 indtegnet i forstyrrelsestilfældestillingen, i hvilken de med deres modstr0msender ligger an mod anslag 7. I start- og i norraal-driftsstilling er de svingelige vinger 3 drejet sâledes om deres læng-10 eakse 31, at de med deres fra str0mningen vendende ender ligger an mod anslaget 6 og indtager en med de fast anbragte vinger 2 ækvivalent vin-gestilling. De pâ de svingelige vinger 3 if01ge opfindelsen fast anbragte centrifugallodder er ikke tegnet i.nd pâ fig. 4.

Ved hjaalp af figurerne 1-3 skal den svingning, som automatisk 15 indstiller sig pâ grund af de under normal drift eller i forstyrrelses-tilfælde virkende luft- og centrifugalkræfter, af de vinger 3, som er lejret svingeligt i deres tyngdepunktakse 31, forklares naermere:

Til dette formai viser fig. 1 i snit en enkelt vinge 3, som i normal driftsstilling trykkes mod det f0rste anslag 6 med sin bort fra 20 str0mmen vendende ende pâ grund af den antagede omdrejningsretning: n eller indstr0mningsretning: L for luften, lejringen i tyngdepunktaksen 31 og den viste modvægt 5.

Med modvægtene 5 kompenseres dels indflydelse fra centrifugalkræf-terne, som ellers ville fors0ge at dreje den svingelige vinge i lukke-25 stillingen (vingekorden vinkelret pâ ventilatorhjulaksen), og dels ppnâs det, at den drejelige vinge ogsâ ved start af ventilatorhjulet trykkes med et veldifineret tryk mod anslaget 6. I overensstemmelse med den fore liggende opfindelse er modvægtene derfor anbragt i kvadranten i et koordinatsystem hvis origo i fig. 1 ligger i tyngdepunktet for laengde-30 aksen 31, og hvis abcisse x er rettet i oindrejningsretningen n for ven-t5 latorhjulet eller hvis ordinat y er rettet i retningen L for luft-str0mningen.

Pâ fig. 1 er der yderligere indtegnet den ved normal ventilât or-drift pâ vingen 3 angribende, resulterende luftkraft F^, som fremkommer 35 af den indtegnede hastighedstrekant med de antagede hastigheder: gen-

DK 157147B

- 5 - nemgangshastighed cm, omkredshastighed u samt relativ- eller indstr0m-ningshastigheden w (ved udeladelse af den bag ventilatorhjulet tilste-devaarende hvirvelkomponent) i det vingefaste koordinatsystem.

Ved forekomsten eller gennemgangen af en antaget defineret tryk-5 b01ge (belastningstilfælde: "ydre eksplosion") £or0ges gennemgangs- eller meridianhastigheden cm pludseligt - soin antydet pâ fig. 2 - fx. med det tidobbelte til en værdi cm'. Soin f01ge deraf for0ges ogsâ relativ-eller indstr0raningshastigheden W4 til W', medens hastighedskomposanten u for orakredshastigheden kun ændrer sig lidt. Denne overgang fra pumpe-10 drift til en turbinedrift under bibeholdelse af omdrejningsretningen er kendetegnet ved et skift i fortegnet for den resulterende luftkraft pi vingen, sâledes at luftkraften ' i forstyrrelsestilfælde angriber i modsat retning i forhold til luftkraften F-j under normal driftstilfælde pâ vingen 3. Fortegnsskiftet for den resulterende luftkraft og den der-15 af fremkomne modsat rettede pâvirkning for den resulterende luftkraft benyttes nu til at dreje den svingelige vinge 3 fra den normale drifts-stilling med anlæg ved det f0rste anslag 6 til den pâ fig. 3 viste for-styrrelsesstilling med anlæg mod det andet anslag 7.

Ved den skiftevise anbringelse af en fast anbragt og en svingeligt 20 anbragt vinge langs omkredsen af ventilatorhjulnavet 1 fremkommer der derpâ den pâ fig. 4 i afviklingen af en del af ventilatorhjulnavet 1 viste sammenhæng mellem de forskellige vinger 2 eller 3. Ved valget af positionen for anslaget 7 kan der cirages omsorg for, at summen af de pâ vingerne 2, 3 virkende omkredskomposanter af luftkræfterne netop ophæ-25 ves eller mindst kun tillader et sâdant resulterende drivmoment, at det ikke f0rer til en skadelig omdrejningstalsfor0gelse for ventilatorhju-let.

Fig. 5-8 viser en videre udformning af en trykfast aksialventi-lator, som er udformet if01ge opfindelsen, atter med en antaget omdrej-30 ningsretning; n samt indstr0mningsretning: L for luften. Yderligere er samtlige langs omkredsen af ventilatorhjulnavet 1 anbragte vinger 4 lejret svingeligt. Drejningen sker omkring en længdeakse 41 i den f0r-ste fjerdedel af vingetværsnittet. Hver vinge er atter fast forbundet med en modvasgt 5, som er anbragt if0lge fig. 5 eller 6 i det modstr0ms-35 liggende omrâde for ventilatorhjulnavet 1. Modvægtene 5 er ikke indteg-

DK 157147 B

- 6 - nede pâ den skematiske afvikling af ventilatorhjulnavet 1 if0lge fig. 7 eller fig. 8.

Ligesom ved udf0relseseksemplet if01ge fig. 1 - 4 er hver vinge 4 ogsâ i. det foreliggende udf0relseseksempel if01ge fig. 3 - 8 i den nor-5 male ventilatordrift med sin bortvendende ende i start- eller drifts-stillingen trykket mod et f0rste anslag 8 pâ grund af samvirkningen mellem luft- og centrifugalkræfter. Hver enkelt vinge vil med den til-stedeværende lejring indstille sig i nulopdriftsretningen, sâfremt luftkraften F2 efter indfaldet af trykb01gen aandrer sit fortegn og an-10 griber vingen if01ge fig. 6. I normaldrift, dvs. f0r forekomsten af en trykb01ge, bevirker luftkraften et anlæg af hver vinge mod dens anslag 8. Det under driften som f01ge af centrifugalkræfter pâ vingen virkende u0nskede indstillingsmoment kompenseres atter ved hjælp af raodvægte 5.

Herved er modvægten if01ge opfindelsen atter anbragt i kvadrant III i 15 et koordinatsystem, hvis origo ligger i længdeaksepunktet 41 og hvis abcisse x forl0ber i omdrejningsretningen n samt hvis ordinat forl0ber i retningen af luftstr0mningen. Modvægten 5 er if01ge opfindelsen di-mensioneret sâledes, at dels et vingeanlæg er sikret med et defineret tryk mod anslaget 8 i normaldrift, især i startdrift, og at den rela-20 tivt lille luftkraft formâr at tippe vingen til nulopdriftsstilling i fors ty rre ls es t j.lfælde.

Ved fremkomsten af en trykb0lge (belastningstilfælde: "ydre eks-plosion") mod vingen 4 aandres retningen af relativ- eller indstr0m-ningshastigheden Wg if01ge fig. 5 til en negativ indstillingsvinkel 25 som w’oo if01ge fig. 6. Med fortegnsskiftet for den resulterende luftkraft F2 if01ge fig. 5 til F2“ if01ge fig. 6 10ftes vingen 4 fra det f0rste anslag 8 og drejes til nulopdriftsretning og sâledes til for-styrrelsestilfældestillingen if01ge fig. 6. Sâ snart nulopdriftsretnin-gen overskrides, pâvirkes vingen af indstillingskræfter, med hvilke den 30 atter drejes tilbage i retning mod en stabil ligevægtsstilli.ng i nær-heden af nulopdriftsretningen. I denne ligevægtsstilling forbliver de pâ vingen virkende kræfter relativt smâ, sâledes at en skadelig omdrej-ningstalfor0gelse for ventilatorhjulet med sikkerhed kan undgâs.

Fig. 7 viser i en delafvikling af ventilatorhjulnavet 1 drifts-35 stillingen for vingen 4 ved den indtegnede antagede omdrejningsretning - 7 -

DK 157147 B

n for ventilatorhjulet og indstr0mningsretningen L for trykb01gen. Fig.

8 viser den samme afvikling af vingehjulnavet dog med viager 4, sont er drejet cati deres respektive omdrejningsakser 41 til nulopdriftsretnxiî” gen, og ved ubetydelig lejefriktion.

5

Claims (4)

1. Ventilator med vinger, der er svingelige om deres længdeakser, under pâvirkning af centrifugallodder, til undgâelse af u0nskede om-drejningstal, kendetegnet ved f01gende ejendommeligheder: 5 a) en de! af vingerne (2), fortrinsvis halvdelen, er fast anbragt pâ ventilatorhjulet, og de 0vrige vinger (3) er lejret frit svinge-ligt om deres tyngdepunktakse (31), b) de svingelige vinger (3) samvirker med et f0rste anslag (6), der 10 svarer til normal driftsstilling, og et andet anslag (7), mod hvilket vingerne (3) i tilfælde af pâvirkning af luftkræfter for-fra ligger an i modstilling til de f0rste vinger (2), c) hver af de svingelige vinger (3) er ved opstr0mssiden fast forbun-det med en kontravægt (5), 15 d) de svingelige vinger (3) holdes ved lave startomdrejningstal ude-lukkende ved kontravægten (5) og ved normalt driftsomdrejningstal ogsâ ved hjælp af luftkræfteme i en til stillingen af de faste vinger (2) ækvivalent driftsstilling (fig. 1-4).

2. Ventilator if01ge krav 1, kendetegnet ved, at skiftevis hver anden vinge er udformet som automatisk svingelig vinge (3).

3. Ventilator med vinger, der er svingelige om deres længdeakser, under pâvirkning af centrifugallodder, til undgâelse af u0nskede omdrej-ningstal, samt mindst ét anslag, som begrænser startstillingen for vin-25 gerne, kendetegnet ved f01gende ejendommeligheder: a) længdeaksen (41) pâ den svingelige vinge ligger i den f0rste fjer-dedel af dens vingedybde, b) de svingelige vinger (4) er ved opstr0mssiden fast forbundet med 30 en modvaagt (5), ^ c) De svingelige vinger (4) trykkes under normal ventilatordrift mod anslaget (8) og svinges i forstyrrelsestilfælde til deres nulop-driftsretning (fig. 5 - 8). - 9 - DK 157147 B

4» Ventilator if01ge ethvert af kravene 1-3, kendetegnet vedj at samtlige, ved omkredsen af venti.latorhjulnavet (1) anbragta viager i deres aerodynamiske del har den samme konstruktionsform. 5