JPH05501902A - ロータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ロータ 本発明は、流れている流体からエネルギを吸収するため及び／又は流れている流 体にエネルギを放出するためのロータに関し、このロータは、ハブと少なくとも 一つのロータブレードから成る。

このようなロータは技術において広範に使用されている。例えば、流れている流 体からエネルギが風車で吸収され、近づいてくる風のエネルギはこの風車によっ て回転エネルギに変換され、これは発電機で電力に変換される。流れている流体 のエネルギは、例えばカブランタービンで回転エネルギに変換される。最後に、 ガスタービンが知られている。このガスタービンは多数のブレードを有し、これ らのブレードによって、膨張するガス流のエネルギが回転エネルギに変換される 。

他方、ロータはエネルギを流れている流体に放出するのにも使用される。これは 、例えば、乗り物を駆動するために行われる。例としては船舶用スクリュープロ ペラ及び航空機のプロペラが挙げられる。エネルギを流れている流体に放出する ためのロータの他の機能は、流体を混合することである。このような場合、ロー タはいわゆる撹拌部材を構成する。

上述の全ての分野において、ロータの形状を適正にすることによってロータの有 効性を改善するための努力が長い間材われてきた。

本発明の目的は、冒頭に記載した種類のロータを、ロータが流れている流体から エネルギを吸収するために使用されるものであるか或いは流れている流体にエネ ルギを放出するために使用されるものであるかに関わらず、ロータの効率が更に 改善されるように改良することである。

本発明によれば、この目的は請求項１の特徴部分によって達成される。請求項Ｉ の特徴部分によれば、少なくとも一つのロータブレードは少なくとも一つの空気 力学的及び／又は流体動力学的波形を有し、この波形はロータブレードの平らな 部分とともに二つの縁部を構成し、半径方向流が近づく縁部はロータブレードの 縁部の垂線から角度αだけ傾斜しており、そのため、前記縁部は回転方向にある ロータブレードの縁部から外方に延び、他方の縁部はロータブレードの縁部に直 角である。

本発明によるロータの効率の増大は、以下の通りに物理的に説明することができ る。この目的について、一方ではエネルギ製造システムを、他方ではエネルギ放 出システムを考えなければならない。エネルギ製造システムには、例えば風ター ビンが含まれる。エネルギ放出システムは、例えば船舶用スクリュープロペラ及 び空気推進プロペラを含む。エネルギ吸収システムでは、ａ−タブレード上を通 って外方に流れ去る空気又は流体要素に加わる遠心力により外方に流れ去る水が 波形により形成された障害物に衝突する。波形の前縁が適切に傾斜させであるた め、流体の半径方向流の一部がこの縫に沿って流れ去り、かくして追加の駆動成 分をつくりだす。本発明に従って設計したロータは、このましい圧力状態、即ち 過圧及び減圧、を生じ、これらもまた好ましい方法で駆動運動に変換される。

エネルギ放出システムでは、波形が構成する障害物は、これらが実際に流れを集 中させる点で有効である。これは、流れの半径方向外方に差し向けられた成分が 単に流れ去ることのないようにし、この成分を連続性により軸線方向及び接線方 向に差し向けられると理解することができる。その結果、本発明の存在を確認し 、かくして効率もまた改善されるような方法で軸線方向成分が強化される。近づ いて（る流体が接触する面積及び周囲流体と接触した面積は約１０％増大するが 、これに対し、流れ面積はこれと同時に増大されない。

本発明によりつくりだされる特に望ましい結果は、ロータが液体流体中で回転す ることにより生じるキャビテーションが太き（減じられ、はぼ完全になくされる ということである。気体流体中で回転するロータでは、邪魔な騒音の発生もまた 実質的に減じられる。このような場合、流れがブレードの縁部で砕けることは本 発明が提供する空気力学的及び／又は流体動力学的波形を持たないロータよりも 遥かに高速で起こる。

本発明の所望の特徴によれば、空気力学的及び／又は流体動力学的波形及び残り のロータブレードには段が付加的に設けられている。こうした段は、適切には、 ロータの目的に応じて形成されている。例えば、ガス流の場合、これらの段は比 較的細かいのがよいが、水流の場合、これに相応して粗くなっている。ガス流の 場合でも、流速に応じて更に粗い段を備えるのが望ましい。

本発明の更に他の所望の特徴は、ロータブレードの半径方向内方に配置された部 分が平らなままであるのに対し、ロータブレードの外側部分に本発明に従って形 成された空気力学的及び／又は流体動力学的シャフトが設けられているというこ とである。このような場合、半径が増大する場合にのみ強い遠心力が作用し、ロ ータブレードの半径方向内側領域には遠心力が生じないという事実が１酌されて いる。

本発明によるロータの好ましい使用は実施態様項から明らかになるであろう。

本発明のこれ以上の詳細及び利点を添付図面に示された例示の実施例を参照して 以下に説明する。

第１図は、本発明によるロータブレードの一部を示す概略斜視図であり、第２図 は、第１図のＡ−Ａ線での断面図であり、第３図は、本発明によるロータアーム の一部を示す斜視図であり、第４図は、本発明によるロータアームを示す側面図 であり、第５図は、本発明によるロータが使用された風力エネルギ変換器の第１ 実施例を示す図であり、 第６図は、本発明によるロータが使用された風力エネルギ変換器の第２実施例を 示す図であり、 第７図は、ヘリコプタ−のロータを構成する本発明によるロータの一部を示す斜 視図であり、 第８図は、本発明によるロータを具体化する船舶用スクリュープロペラを示す斜 視図であり、 第９図は、本発明によるロータを具体化したカブランタービンを示す斜視図であ り、 第１０図は、第９図の細部を示す正面図であり、第１１ａ図及び第１１ｂ図は、 本発明によるロータを具体化したファンホイールを示す正面図及び側面図であり 、 第１２図は、本発明によるロータを具体化したターボチャージャーのコンプレッ サーのホイールを示す斜視図であり、第１３図は、復水タービンに設けられた、 本発明を具体化する最終段ブレードを示す拡大斜視図である。

本発明によるロータの作動の改良された基本モードを第１図を参照して説明する 。第１図に一部だけを示すロータブレードはほぼ平らである。波形１２が平面か ら突出し、二つの縁部１４及び１６を構成する。誤解を避けるため、更に、この 波形を空気力学的及び／又は流体動力学的波形１２を構成するものとして説明す る。第１図に一部を示すロータブレードは接線方向に回転し、これを第１図に矢 印Ｂで示す。ロータブレード１０を取り囲む流体の流速は流れの三つの速度成分 、即ち半径方向成分、接線方向成分、及び軸線方向成分に分解することができる 。半径方向流れはロータブレードの内側からロータブレードの外端（第１図には 図示せず）への矢印Ａの方向に進む。流れの接線方向を矢印Ｂで示す。流れの軸 線方向は紙面に直角である。

ロータブレードｌＯの縁部１４は、ロータブレードの縁部２２．２４の垂線２０ から角度αだけ傾いている。他方、空気力学的及び／又は流体動力学的波形及び 平らなロータブレードが構成する縁部１６はロータブレードの縁部２２及び２４ に直角に延びている。矢印Ａが示すように半径方向外方に流れる流体が波形１２ により構成される傷害物に衝突すると、流体の一部が直ちに矢印の方向に逸らさ れ、そのため駆動力の追加の成分がロータに及ぼされる。流れの逸らされなかっ た残りの部分は、波形に亘って矢印すの方向に流れ、次いで、前記流れが次の波 形に衝突するまで矢印Ｃの方向にブレードに亘って半径方向に流れ続ける。

第２図は、ロータブレード１０を示す横方向断面である。第３図に示す実施例で は、空気力学的及び／又は流体動力学的波形１２が互いに近接している。第４図 では、ロータブレードの内側部分は滑らかであり、ロータブレードの外側部分で 波形Ｉ２が互いに近接している。

第５図及び第６図は、横軸風車を示し、これらの風車は本発明によるロータを有 し、このロータはロータブレードＩＯを有する。ロータのハブには参照番号１１ が附しである。横軸風車３０は対称に配置された二つのロータブレード１０を有 する。第６図に示す横軸風車３５は対称であり、そのハブ１１は対称なロータブ レードＩＯの重心に配置されている。第７図は、ヘリコプタ−のロータ２０の細 部、更に詳細には、ヘリコプタ−のロータのブレードＩＯを示し、半径方向内側 部分１３が従来の滑らかな外形を有するのに対し半径方向外側部分には本発明に 従って空気力学的波形１２が形成されている。

第８図は、本発明に従って設計された四枚のロータブレードを有する船舶用スク リュープロペラを示す。この船舶用スクリュープロペラは、所望の他の数のブレ ードを有してもよいということは理解されよう。全てのブレードは本発明による 波形１２を有するということが重要である。前記ブレードはそれらの半径方向内 側部分が平らになっていてもよい。これはここには詳細には図示してない。船舶 用スクリュープロペラ５０のブレード形状の外形及び本明細書中で例として言及 した他のロータの外形は変えられていない。

第９図はカブランタービン６０を示し、このタービンのロータブレードＩＯには 本発明に従って波形Ｉ２が形成されている。ハブには参照番号１１が附しである 。第１Ｏ図は、カブランタービン６０のロータブレードｌＯのうちの一つのロー タブレードの細部を示す。

第１１Ａ図及び第１１ｂ図は、本発明に従ってシャフトＩ２を備えた大枚のロイ ザーリング７２を有する。

第１２図は、ターボチャージャーのコンプレッサーのホイールを示す。このホイ ールのロータブレードｌＯは、第１２図に実線で示す段２６に従って波形１２を 有する。

第１３図は、復水タービンの最終段ブレードを構成するロータブレードＩＯを示 す。これらのブレードはハブ１１に設けられている。この場合、波形１２の他に 非常に多くの細かな段２６が設けられている。

本願中に図示した例示の実施例と同様に、ガスタービンブレード、他の蒸気ター ビンのロータ並びにジェット推進式航空機等のジェットエンジンのエンジンブレ ードのロータをそれらの効率を高めるように設計してもよい。

、？−−−−−−Ｎ 要約書 本発明は、流れている流体からエネルギを吸収するため及び／又は流れている流 体にエネルギを放出するためのロータに関する。このロータはハブと少なくとも 一つのロータブレード（ｌＯ）から成る。この目的を達成するため、関連した種 類のロータを、流れている流体からのエネルギの吸収中及び流れている流体への エネルギの放出中のロータの効率が更に改善されるように設計し、少なくとも一 つのロータブレード（１０）が、少なくとも一つの空気力学的及び／又は流体動 力学的波形を有し、この波形はロータブレードの平らな部分とともに二つの縁部 （１４，１６）を構成し、半径方向流が近づ（縁部（１４）はロータブレードの 縁部（２２，２４）の垂線から角度αだけ傾斜しており、そのため、前記縁部は 回転方向にあるロータブレードの縁部から外方に延び、他方の縁部（１６）はロ ータブレードの縁部（２２，２４）に直角である。

国際調査報告 ＩＮＩ＠Ｔｌｌ１ｌｌｏｎｊｌ　Ａｌ１１ｌｌ（・ｌｌｅ＊Ｎａ、ＰＣＴ／ＥＰ ９１１０１７６１

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. １．流れている流体からエネルギを吸収するため及び／又は流れている流体にエ ネルギを放出するための、ハブと少なくとも一つのロータブレードから成るロー タにおいて、 ロータブレード（１０）が少なくとも一つの空気力学的及び／又は流体動力学的 波形（１２）を有し、この波形は、ロータブレード（１０）の平らな部分ととも に二つの縁部（１４、１６）を構成し、半径方向流が方向（Ａ）で近づく縁部は 、ロータブレードの縁部（２２、２４）の垂線から角度ａだけ傾いており、その ため、前記縁部は回転方向（Ｂ）にあるロータブレードの縁部（２２）から外方 に差し向けられており、他方の縁部（２０）はブレードの縁部（２２、２４）に 直角である、ことを特徴とする、ロータ。
2. ２．空気力学的及び／又は流体動力学的波形（１２）並びにロータブレードの残 りの部分に段（２０）が付加的に設けられていることを特徴とする、請求項１に 記載のロータ。
3. ３．　ロータブレード（１０）の半径方向内側部分（２８）が平らであり、その ため、ロータブレード（１０）には空気力学的及び／又は流体動力学的波形（１ ２）がその外側部分にだけ設けられていることを特徴とする、請求項１又は２に 記載のロータ。
4. ４．風力エネルギ変換器（３０）のロータとして使用されるようになっているこ とを特徴とする、請求項１乃至３のうちのいずれか一項に記載のロータ。
5. ５．ヘリコプターのロータ（４０）として使用されるようになっていることを特 徴とする、請求項１乃至３のうちのいずれか一項に記載のロータ。
6. ６．航空機のプロペラとして使用されるようになっていることを特徴とする、請 求項１乃至３のうちのいずれか一項に記載のロータ。
7. ７．船舶用スクリュープロペラ（５０）として使用されるようになっていること を特徴とする、請求項１乃至３のうちのいずれか一項に記載のロータ。
8. ８．撹拌部材として使用されるようになっていることを特徴とする、請求項１乃 至３のうちのいずれか一項に記載のロータ。
9. ９．　カプランタービン（６０）として使用されるようになっていることを特徴 とする、請求項１乃至３のうちのいずれか一項に記載のロータ。
10. １０．ファンホイール（７０）として使用されるようになっていることを特徴と する、請求項１乃至３のうちのいずれか一項に記載のロータ。
11. １１．ターボチャージャーのコンプレッサーのホイール（８０）として使用され るようになっていることを特徴とする、請求項１乃至３のうちのいずれか一項に 記載のロータ。
12. １２．復水タービン（９０）として使用されるようになっていることを特徴とす る、請求項１乃至３のうちのいずれか一項に記載のロータ。