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JPH04227042A - 広範囲の粘度を有する液体及び液体懸濁物を混合及び配合するための羽根車及び羽根車装置 - Google Patents

広範囲の粘度を有する液体及び液体懸濁物を混合及び配合するための羽根車及び羽根車装置

Info

Publication number
JPH04227042A
JPH04227042A JP3179678A JP17967891A JPH04227042A JP H04227042 A JPH04227042 A JP H04227042A JP 3179678 A JP3179678 A JP 3179678A JP 17967891 A JP17967891 A JP 17967891A JP H04227042 A JPH04227042 A JP H04227042A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
impeller
blade
tip
blades
axis
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP3179678A
Other languages
English (en)
Inventor
Ronald J Weetman
ロナルド　ジェイ　ウィートマン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SPX Technologies Inc
Original Assignee
General Signal Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Signal Corp filed Critical General Signal Corp
Publication of JPH04227042A publication Critical patent/JPH04227042A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/38—Blades
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F27/00—Mixers with rotary stirring devices in fixed receptacles; Kneaders
    • B01F27/05—Stirrers
    • B01F27/11—Stirrers characterised by the configuration of the stirrers
    • B01F27/113—Propeller-shaped stirrers for producing an axial flow, e.g. shaped like a ship or aircraft propeller
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B33—ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGY
    • B33Y—ADDITIVE MANUFACTURING, i.e. MANUFACTURING OF THREE-DIMENSIONAL [3-D] OBJECTS BY ADDITIVE DEPOSITION, ADDITIVE AGGLOMERATION OR ADDITIVE LAYERING, e.g. BY 3-D PRINTING, STEREOLITHOGRAPHY OR SELECTIVE LASER SINTERING
    • B33Y80/00—Products made by additive manufacturing
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S416/00—Fluid reaction surfaces, i.e. impellers
    • Y10S416/02—Formulas of curves

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mixers Of The Rotary Stirring Type (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Fluid-Damping Devices (AREA)

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】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、混合及び配合用の、特
に、作られる流れが乱流状態、遷移流状態及び層流状態
にあるように、広範囲の粘度をもつ液体及び液体懸濁物
を混合及び配合するための羽根車及び羽根車装置に関す
る。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題及び解決するための手段
】本発明は、比較的小さく（例えば４０．６４ｃｍ（１
６インチ）の直径及びそれ以下）、携帯用ミキサーに用
いられるようになった羽根車を作る際に用いるのに特に
適している。このようなミキサーは、種々の粘度の液体
及び液体懸濁物に遭遇し、サイズが小さいために、遷移
流及び層流状態に遭遇し易い。発明の羽根車及び羽根車
装置は、動力の要件を最小にし、且つ携帯性を制限する
ような大きなモータの必要性を回避するように効率的な
混合及び配合を行う。乱流状態から遷移流状態を経て層
流状態まで及ぶ広範囲の流れ状態にわたって効率的な流
れをつくる本発明の特徴及び羽根車及び羽根車装置の効
率により、より大きいサイズが望ましいような他の用途
この羽根車及び羽根車装置を適用することができる。敷
かしながら、本発明は、同様な流れ状態で用いられる在
来の大きな羽根車による配合時間で迅速にかつこの様な
羽根車と比較して小さい動力入力で完全な混合及び配合
を行うように、広範囲の流れ状態（混合すべき媒体の粘
度）にわたって効果な混合を提供する。
【０００３】混合用羽根車について流れを作る流れ状態
は、媒体（タンク又は容器の中に入れた液体又は液体懸
濁物）中の慣性力と粘性力との比で決まる。この比は混
合レイノルズ数として表され、次のように計算される。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　１０．７６ＮＲ
ＰＭ　　Ｄ２　ｉｎ（ＳＧ）　　　　　　　　　　ＮＲ
ｅ＝────────────────────　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　μｃ
ｐｓここにＳＧは媒体の比重、μｃｐｓは粘度（センチ
ポイズ）である。レイノルズ数は、乱流範囲では２×１
０５　程度である。レイノルズ数は遷移流状態では１０
乃至１０００である。１０以下のレイノルズ数では、羽
根車は層流状態の流れを作る。通常、水及び低粘度の同
様な物質の流れは乱流状態である。軽油の粘度の液体は
、羽根車を駆動したとき、遷移流状態で流れさせる。も
っと粘性の液体、例えばグリセリンの粘度を有する液体
は通常は、遷移流状態の低い端の流れ及び層流状態への
流れに相当する混合レイノルズ数を生ずるように駆動さ
れる。
【０００４】比重、羽根車の直径及び速度は慣性力に影
響を及ぼし、一方媒体の粘度は粘性力に影響を及ぼす。 しかしながら、小さな容器で小さい羽根車を使用したと
きには、たとえ軽油のような低粘度の液体でも、混合レ
イノルズ数は、遷移流状態に及ぶことがある。かくして
、直径の小さい、例えば、直径７．５２ｃｍ（３インチ
）の羽根車では、たとえわずかに粘性の媒体であっても
レイノルズ数は遷移流状態にあり、層流状態に及ぶかも
しれない。かくして、直径の小さい羽根車を使用すると
きに、遷移流及び層流状態での混合及び配合の問題を悪
化させる。
【０００５】羽根車が軸流を生じさせることは、効率的
な混合及び急速な配合にとって望ましい。レイノルズ数
が減少するにつれて、媒体の流れ抵抗は増大し、軸流の
羽根車の吐出はもっと半径方向になる。層流状態では、
羽根車からの吐出流は半径方向である。一方の側（下向
きポンプ作用における羽根車より下）の流れは逆転して
、効率的に混合または配合されない領域を残す。さらに
、渦が作られ、これは、あっても緩慢に移動し、これに
より配合時間を増大させる。１９８９年１１月５日から
１０日、米国カリフオルニア州サンフランシスコ、ＡＩ
ＣＨＥ会合で提出された「粘性混合用途における流体ホ
イル羽根車の使用」と称するアール．ジェイ．ウイート
マン等による刊行物参照。１９８４年８月２８日発行の
米国特許第４４６８１３０号（米国ニューヨーク州ロチ
ェスターのミキシングエクイップメント社（ＭＩＸＣＯ
）ーゼネラル　　シグナル社の一団によって販売された
タイプＡ３１０）、米国特許第４７２２６０８号（ＭＩ
ＸＣＯによって販売されたＡ６０００）、米国特許第４
８０２７７１号（ＭＩＸＣＯによって販売されたＣ１０
４）及び米国特許第４８９６９７１号（ＭＩＸＣＯによ
って販売されたＡ３１５及びＡ３２０）に記載された羽
根車のような、乱流状態で効果的かつ効率的な混合及び
配合を行う軸流羽根車はほぼ一定のピッチを有し、ある
いは、実質的に一定な作動角度（流体の速度ベクトルが
ブレードの弦とともに作る角度）を維持するためにアン
ダーピッチになっている。このような軸流羽根車では、
そしてたとえピッチブレードタービン（例えば、ＭＩＸ
ＣＯ　　Ａ２００）ですら、羽根車の流れ方向は、遷移
流状態で半径方向になり、層流状態で半径方向である。 このような羽根車は効率的に作動する（流量と入力動力
との比は高い）。しかしながら、逆流及び渦の発生によ
り、羽根車を長時間（例えば、一時間程度）連続的に作
動したときでも、配合時間は増大し、配合は緩慢になり
、或いは全く起こらない。
【０００６】羽根車又は羽根車装置と普通の羽根車とを
、効果的な配合時間を測定する目的で比較することが合
理的である。長いこと使用されているあるかかる軸流羽
根車は、１２０°隔てて３つのブレードを有する一定ピ
ッチの流体ホイル（反り及び捩じれについて）である。 この羽根車の形状は在来の船用推進プロペラのげいじょ
うと同様である。このような普通の羽根車はＭＩＸＣＯ
から入手できるタイプＡ１００である。
【０００７】流体ホイルの捩じれはそのピッチ比（ＰＲ
）によって特徴づけられる。ピッチは、羽根車のブレー
ドが　　羽根車の回転の軸線にそってねじをねじこむよ
うに動く点の距離で、その点は羽根車が１回転する間に
軸線の廻りに動く。ＰＲは、ブレードの翼直径である、
羽根車の直径Ｄに対するピッチの比として定義される。 数学的には、 ＰＲ＝Ｐｉｔｃｈ／Ｄであり、 幾何学的には、 ＰＲ＝（ｙπ／Ｒ）ｔａｎ（βｒ／Ｒ）ここに、ｒは羽
根車の回転軸からＰＲを決定するブレードの断面までの
半径で、Ｒは軸から先端（羽根車最大直径）までの半径
で、βは、ピッチ角度或いはブレード角度である。
【０００８】ピッチ角度或いはブレード角度は、翼弦が
羽根車の回転軸に垂直な平面へ作る角度により定義され
る。ピッチ角度は、ピッチ比を、πとピッチ比が測定さ
れる位置の半径比との積で割ったものの逆正接である。 ピッチが一定の羽根車では、ピッチ角度は、ピッチ及び
ピッチ比は、先端部から、ブレードが駆動軸に連結した
基礎（或いはハブ）の近くの点まで一定である。軸の軸
線は、羽根車が駆動する回転軸線である。直径は、軸線
からピッチ比が測定される点までの翼直径である。先端
部では、直径は、羽根車全体の翼直径である。典型的な
軸流羽根車では、一定のピッチ或いはハブの近く（例え
ば０．４Ｒの位置、Ｒは羽根車の半径或いは翼直径の１
／２）のピッチ比は、先端部のピッチ比より小さい。
【０００９】本発明によれば、乱流状態で効率的な軸流
を提供し、遷移状態で半径方向流を抑制（一方遷移状態
で効率的な作動を維持する）する羽根車の形態が発見さ
れている。本発明の羽根車のブレードは、オーバピッチ
状態をなす捩れを有する。この状態は、先端部のピッチ
比より大きいハブ（０．４Ｒにおける）近くのブレード
のピッチ比により明らかにされる。さらに、本発明によ
れば、遷移状態から層流状態で羽根車の半径方向流れを
抑制する特質は、従来の軸流羽根車より大きく、好まし
くは１８度から３０度の範囲の先端部のブレード角度を
用いることにより増大する。本発明のさらなる特徴は、
従属性のある（一対を駆動するのに必要な全動力は、同
じ状態でそれぞれの羽根車を個々に駆動する動力の合計
より小さい程度に依存している）一対の羽根車を使用す
ることである。このような従属関係は、一対の羽根車の
うち直径の大きい方より小さいスペースに、羽根車を配
置することにより得られることが好ましい。この配置は
、軸方向流を増大し、さらに遷移状態及び層流状態で半
径方向流を抑制する。さらなる特徴は、先端で異なるブ
レード角度の羽根車のブレードを提供することである。 したがって、羽根車は、正反対に位置するブレードの２
つは、第１ピッチ角度で、他の２つのブレード（最初の
２つのブレードと９０度をなす）は、先端で異なるピッ
チ角度をなす４つのブレードの羽根車とすることもでき
る。
【００１０】本発明をいかなる作動理論に制限すること
なく、オーバピッチ状態及び羽根車の先端で異なるブレ
ード角度を使用することは、流速に振動を生じる非対称
により、これは乱流状態で固有に生じやすいが、半径方
向流を抑制し、軸方向流を増大させると考えられている
。このような振動は、１９８８年５月２４日から２６日
、伊国パヴィア、混合に関する第６回ヨーロッパ会議で
提出された「混合羽根車の流体動力と剪断特性」と称す
るロナルド．ジェイ．ウイートマン等による刊行物に提
示されたデータに示されている。
【００１１】したがって、本発明の主要な目的は、乱流
状態だけでなく遷移状態及び層流状態においても、従来
の軸流羽根車よりよく混合し、より迅速で効果的に配合
できる改良羽根車及び羽根車装置を提供することである
。本発明のさらなる目的は、広範囲の流れ状態にわたっ
て効率よく混合及び配合でき、従来の軸流羽根車のサイ
ズの範囲より限られた範囲の改良羽根車及び羽根車装置
を提供することである。
【００１２】
【実施例】図１乃至図５を参照すると、ハブ１８に１２
０°隔てて３つのブレード１２、１４、１６を組付けた
混合用羽根車１０が示してあり、ハブ１８は軸２０に取
付けられている。ブレードは、これらが金属で作られて
いるときにはボルトとブラケットによりハブに取付けら
れるのがよい。ブレードとハブは、例えば、繊維とプラ
スチック樹脂を含有する混合物の射出成形または圧縮成
形によって、繊維強化プラスチックのような複合材料で
複雑に成形されるのが好ましい。従って、型はブレード
及びハブの形状を構成する。ハブは軸２０に取り付けら
れ、軸２０は直接モータまで、或いは駆動歯車を介して
モータまで延びる。モータ及び軸は、混合すべき液体又
は液体懸濁物を入れているタンクの壁に緊締される携帯
ミキサーの組立体の部品である。変形例としては、モー
タ及びその駆動組立体とそこから垂下する軸はスタンド
又は他の支持機構で支持される。ブレード１２、１４、
１６の各々は等しい。ブレードは先端２４を有し、この
先端は、羽根車の翼直径を構成する円の円周にそって位
置する。ブレードはまた、前縁２６及び後縁２８を有す
る。ブレードは流体ホイルであり、先端に隣接したブレ
ードの半径方向長さの約１０％を除いて、反り及び捩じ
れを有する（図６参照）。これにより、ブレードの先端
を所望ならば羽根車の直径を短くするように切り詰める
ことができ、これにより成形しなければならない羽根車
のサイズの数を減らすことができる。一定のピッチ角を
もってブレードをそれらの公称半径長さＲを越えて（例
えば１０％）延ばしてもよい。流体ホイルのブレードは
、ブレードの低圧面及び高圧面である上面３０及び下面
３２を有する。ブレードの高圧面即ち圧力面は、流体を
駆動する方向に面している面である。従って、羽根車を
軸線３４を中心に時計方向に回転させるときには、軸流
がタンクの中の媒体に下向き方向（下向きのポンプ作用
）に作られる。線３６は軸の中心から半径方向に延びる
。これらの線３６は、弦４０上の最大反り箇所がほぼ位
置するブレードの軸線をなす。最大の反りは、弦（図５
）のほぼ４０％の箇所（前縁から）に位置する。弦は、
ブレードの横断面を通る平均線が前縁及び後縁と交差す
るような点間に引かれる（図５においてホイル４８の平
均線５３を参照）。ブレード又はピッチ角は、弦と、ブ
レードの軸線と垂直な平面との間の角度である。 図５の線４２はこの平面内にある。図５に示す３つのホ
イルの形状は、図２に示すようにＲ、０．７Ｒ、０．４
Ｒの翼半径における前縁２６の点と後縁２８の点を通る
横断面を表している。先端におけるホイルを４４で示す
。０．７Ｒにおけるホイルを４６で示し、０．４Ｒにお
けるホイルを４８で示す。先端における弦を４０で示し
、０．７Ｒにおけるホイル４６、０．４Ｒにおけるホイ
ル４８の弦５０及び５２を示す。羽根車を製造するため
の型を形成するパターンは、ホイル４４、４６、４８間
の移行部を含む形状の一連のホイルを積層し或いは重ね
ることにより、或いは立体リトグラフ技術を使って構成
される。
【００１３】ブレードの幅は、先端から０．４Ｒまで増
大し、次いで減少してブレードとハブ１８との間の移行
部を形成する。ブレードの主な作動面は先端から０．４
Ｒまでである。この作動面では、オーバーピッチ状態を
なす捩じれが起こる。捩じれは、先端及び０．４Ｒにお
けるブレード角の間の差として定義され、また次の式に
よって定義される。
【００１４】 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　ＰＲ１　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
ＰＲ　　　　　　　　Δβ＝ｔａｎ−１　　─────
─　　−ｔａｎー１─────　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　０．４π　　　　
　　　　　　　　　　　　πここにＰＲ１　は０．４Ｒ
におけるピッチ比、ＰＲは先端におけるピッチ比である
。０．４Ｒにおけるピッチ比は、オーバーピッチ状態を
与えるために先端におけるピッチ比よりも大きい。捩じ
れ、Δβは３４°と３８°の間であるのが好ましい。捩
じれは、３０°乃至４５°の範囲にあるのがよい。先端
の弦の角度として知られる、先端におけるブレード角は
２０°であるのが好ましく、１８°乃至３０°の範囲に
あるのが良い。
【００１５】ブレードの幅は、先端から０．４Ｒまで滑
らかに増大する。幅のこの滑らかな増大は、乱流状態で
の羽根車の効率を改善することが分かった。先端におけ
る弦の長さと羽根車の直径との比に関して、幅の変化は
先端で０．２５から０．４Ｒで０．３３までであるのが
好ましい。これは、ほぼ３０％の幅の変化である。幅の
変化は先端で０．１５から０．４Ｒで０．４０までの範
囲にあるのがよい。
【００１６】ブレードの厚さは、また先端からハブ１８
におけるブレードの基部まで増大するのがよい。低圧面
３０と高圧面３２との間の最大距離と弦の長さとの比は
先端で０．１、０．４Ｒで０．１４であるのが好ましい
。しかしながら、ブレードはその長さ全体にわたってほ
ぼ等しい厚さであるのがよい。ブレードの厚さは、ブレ
ードとハブとの連結を強めることが望まれる場合には、
ハブまでのブレードの残りの長さについて、圧力面３０
と３２との間の最大距離と０．４Ｒにおける弦との比で
０．２２まで増大するのがよい。このような強化は、モ
ータが、羽根車を駆動する軸を直接駆動するような状態
で望ましい。３つのブレードを示したがブレードの数に
制限はない。
【００１７】平均線（例示として図５にホイル４８を通
る線５３として示す）から弦までの最大距離と弦の長さ
との比として表されるようなブレードの反りは好ましく
は一定であり、好ましい実施例では、ほぼ６％である。 ブレードの角度Δは捩じれに従って変化する。変化は、
図１乃至ず５に示す好ましい実施例では、図６に示すよ
うになだらかである。
【００１８】オーバーピッチ状態をなすのに十分なピッ
チの使用によって得られた優れた結果を図１５に示す。 そこで、配合時間を船用プロペラ型羽根車、Ａ１００と
比較する。捩じれが増大すると、配合時間の割合が劇的
に減少することが分かる。この結果は、粘性混合の応用
についてのウイートマン等の文献に記載されている実験
と同様な実験を使って観察される。カラートレーサは、
流れが、タンクの中の遷移層流状態にも係わらず、在来
の羽根車よりも軸線方向に維持され、その結果、配合が
緩慢でない様子を示す。
【００１９】図７、８及び９を参照すると、第１の一対
のブレード６２、６４を互いに直径方向に対向して配置
し、第２の一対のブレード６６、６８を互いに直径方向
に対向して配置した混合用羽根車６０が示してある。こ
れらのブレードの形状は、ブレード１２、１４、１６の
形状と同様である。第１の一対のブレード６０、６２は
ブレード６６、６８から９０°隔てられている。しかし
ながら、それらの先端の弦の角度は異なる。ブレード６
６について図８に示すように、一対のブレード６６、６
８は、ブレード６２、６４よりも小さい先端の弦の角度
を有している。この角度は、例えば、ブレード６６、６
８の場合には２０°、ブレード６２、６４の場合には２
５°である。直径方向に対向したブレードは、羽根車の
軸７０を曲げるように作用する流体力を減ずるために、
同じ先端の弦の角度を有する。異なる角度の向きは、羽
根車６０によって作られる流れパターンを非対象にし、
さらに遷移流及び層流の状態で渦が出来ないようにする
。
【００２０】非対象の導入により、混合タンクの中の遷
移流状態で混合及び配合の改善がなされる。これは、羽
根車の直ぐ近くの流れが遷移流の状態であるときには、
タンクの他の部分が層流状態になるからである。タンク
の部分に層流があるときには、不動の渦又は循環パター
ンが作られて、混合、特に配合を抑制し、これらの領域
では混合が起こらず、または大変緩慢に生ずる。この効
果は、アール．ジェイ．ウイートマン等の上記刊行物に
示されている。従って、不動の循環パターン即ち渦を分
布させるために、流れの場に非対象を導入することは重
要である。改良形羽根車はオーバーピッチであり、図７
乃至９の実施例では、この重要な機能を得るために異な
る先端の弦の角度を有する。流れの場における非対象は
また、数対のブレードに異なる捩じれ、反り及び長さを
持たせることによっても導入される。その違いは、図７
乃至９に示すように同じ程度の大きさであり、一方の一
対のブレード６２、６４の先端の弦の角度は、対６２、
６４の駆動動力を他方の一対のブレード６６、６８を駆
動するための動力よりも２５％乃至５０％増大させる。 以上、対向した対のブレードについての同様なブレード
特性を論じたけれども、各対の各ブレードは、流体力が
羽根車の作動を制限しない限り、（例えば先端の弦の角
度又はその他の特性が）異なってもよい。
【００２１】図１０、１２及び１３Ａは、図１乃至５に
示す羽根車と同様な設計の羽根車を示し、同じ部分は同
じ参照符号で指示してある。軸２０の回転軸線に中心を
もつ円にそって位置する複数のリブ７２、７４は流れガ
イドを構成する。下面即ち高圧面３２のリブ７４は、ブ
レードの軸線３６の両側に延びている。これらのリブは
、遷移流の状態でハブの近くに起こる強い半径方向流を
抑制する。ブレードの上面のリブ７２は、ブレードの軸
線とブレードの後縁との間実質的に全体にある。これら
のガイドはさらに、乱流状態での半径方向流及び分離を
抑制する。
【００２２】図１１及び１３Ｂは、図１乃至５に示す羽
根車と同様な羽根車を示し、同じ部分は同じ参照番号で
指示されている。ブレードの上側即ち低圧側には複数の
乱流発生用ウエッジ又は突出部７６が配置してある。こ
れらの突出部は流れの分離の機会を減じ、乱流を発生さ
せ、これは乱流状態での混合を高める。ウエッジの代わ
りに、リブレットを使用してもよい。ウエッジを、図１
２に示す流れガイドと組合せてもよい。流れガイドは、
高圧面３２の複数のリブ７４によって提供される。乱流
発生用ウエッジ７６は図１１及び１３Ｂに示すように、
低圧面３０に設けられている。
【００２３】図１４を参照すると、共通の駆動軸８４に
同軸的に設けられた大きい直径の羽根車８０と小さい直
径の羽根車８２が示してある。これらの羽根車はそれぞ
れ３つのブレードを有し、ブレードは互いに整合してい
る。ブレードの形状は好ましくは、図１乃至５と関連し
て説明したごときものである。ブレードは、従属するよ
うに、軸８４に沿って軸方向に離した状態で十分近接さ
れる。第２の羽根車の追加が、両羽根車を回転させるた
めに、駆動動力の著しい増大を必要としないときに作動
の従属を示す。例えば、羽根車が、大きい方の羽根車の
直径以上に間隔を隔てられたとしたら、両羽根車を駆動
するのに要する動力の量は、各々を別々に駆動するのに
要する動力のほぼ合計になる。従属の羽根車は、同じ流
速では、単一の羽根車単独に対して必要とされるのと同
じまたはそれよりも少ない動力でたれる。流出流中の羽
根車（図１４の下側の小さい方の羽根車８２）は上側の
羽根車の流れパターンを変える。上側の羽根車８０の高
圧面８６で作られる吐出し流が、下側の小さい方の羽根
車によって作られる流れパターンの変化のために、半径
方向流に変化する傾向があるような遷移流及び層流状態
では、この半径方向流は抑制さる。全体の流れパターン
は、羽根車８０、８２単独の場合よりも長い軸線方向距
離軸線方向のままである。従って、小さい方の羽根車の
使用は、羽根車装置の特性を一層高める。
【００２４】好ましい実施例では、上側の羽根車の直径
は１７．７８ｃｍ（７インチ）、下側の羽根車の直径は
１２．７０ｃｍ（５インチ）であり、両羽根車は、図１
４で見て下向き方向に軸線方向流出流を作る。羽根車間
の間隔は上側の羽根車の直径のほぼ半分（８．８８ｃｍ
（３．５インチ））である。複羽根車装置はほぼ６０％
の流れ数ＮＱ　及び動力数ＮＰ　の減少を提供する。Ｎ
Ｑ　及びＮＰ　の定義については、粘性混合応用につい
てのウイートマン等による上記文献を参照のこと。ブレ
ードが整列した羽根車を示したけれども、所望ならば、
ブレードを互い違いにしてもよい。小さい方の羽根車を
大きい方の羽根車の上に置くことは有利である。これら
の利点はまた図示した上向きのポンプ作用の場合のみな
らず下向きのポンプ作用の場合にも得られる。
【００２５】以上の説明から、乱流状態、遷移流の状態
でかつ層流状態へ効率的な作動をもたらす改良混合用羽
根車及び羽根車装置を提供していることが明らかであろ
う。発明の範囲内でここに説明した羽根車及び羽根車装
置の変形及び変更は当業者が示唆することは疑いもない
。従って、本文の説明は例示であって限定する意味のも
のではない。
【００２６】
【発明の効果】本発明により、乱流状態だけでなく遷移
状態及び層流状態においても、従来の軸流羽根車よりよ
く混合し、より迅速で効果的に配合できる改良羽根車及
び羽根車装置を提供することができ、さらに、広範囲の
流れ状態にわたって効率よく混合及び配合でき、従来の
軸流羽根車のサイズの範囲より限られた範囲の改良羽根
車及び羽根車装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を具体化した混合用羽根車の斜視図であ
る。
【図２】図１に示す羽根車の平面図である。
【図３】図１と図２に示す羽根車の立面図であり、羽根
車の１つのブレードに沿った図２の線３−３についての
部分断面である。
【図４】図１から図３に示す羽根車の端面図である。
【図５】羽根車の軸から異なる半径方向距離、即ち０．
７Ｒ（Ｒは、先端から軸線までの半径方向距離、即ち羽
根車の直径Ｄ７　を２分したもの）及び０．４Ｒにおけ
る種々の羽根車のホイルを貫通する断面、羽根車の捩じ
れを示す図である。
【図６】ブレード或いはピッチ角度（半径方向断面の弦
の角度）に関する羽根車の捩じれを示すグラフである
【
図７】本発明の別の具体例による混合用羽根車の平面図
である。
【図８】図８は、図７に示す羽根車の一対のブレード先
端部における異なるの角度を示す端面図である。
【図９】図９は、図７に示す羽根車の一対のブレード先
端部における異なるの角度を示す端面図である。
【図１０】ブレードの低圧表面上に流れガイドを備えた
図１から図４に示す羽根車と同様の羽根車を示す平面図
である。
【図１１】ブレードの低圧側に乱流発生用ウエッジを使
用した図１０と同様の図である。
【図１２】ブレードの高圧側又は底面に流れガイドを備
えた図１０に示す羽根車の底面図である。
【図１３】図１０と図１２に示す羽根車の端面図及び図
１１に示す羽根車の端面図である。
【図１４】本発明による羽根車装置、特に、図１から図
５に示す羽根車の形状と同様で互いに独立な大きい直径
と小さい直径の一対の羽根車の斜視図である。
【図１５】試験状態は、上述した１９８９年１１月提出
の「粘性混合用途における流体ホイル羽根車の使用」と
称するアール．ジェイ．ウイートマン等の刊行物で使用
され述べられたのと同様で、混合レイノルズ数が約２０
０で、図１から図５に示す７インチ羽根車で得られた混
合時間比を示す曲線である。（標準Ａ１００の羽根車と
比較したもの）
【符号の説明】
１０　　混合用羽根車 １２　　ブレード １４　　ブレード １６　　ブレード １８　　ハブ ２０　　軸 ２６　　前縁 ２８　　後縁 ３０　　上面 ３２　　下面 ３４　　軸線 ４０　　弦 ４４　　ホイル ４８　　ホイル

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　液体及び液体懸濁物域に乱流から層流
    までの流れを作り、液体及び液体懸濁物域を混合及び配
    合するのに効果的である羽根車であって、軸線を中心に
    回転できる複数のブレードを有し、ブレードは前記羽根
    車の半径（Ｒ）を定める先端を有し、前記ブレードは前
    記先端から前記軸線に向かって半径方向に延びている羽
    根車において、前記羽根車は、オーバーピッチ状態を作
    るために前記ブレードに沿って前記軸線に向かって滑ら
    かに増大する角度で前記軸線と垂直な平面に関してブレ
    ードの傾きで定められる捩じれを有し、前記軸線から０
    ．４Ｒ間隔をへだてた部分におけるブレードのピッチ比
    （ＰＲ）は、前記先端におけるＰＲよりも大きく、ここ
    にＰＲは次のしきで定義され、 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｒ
    　　π　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｒ　　　
    　　　　　　　　　　　ＰＲ＝─────　　ｔａｎ　
    　β　　─────　　　　　　　　　　　　　　　　
    　　　　　　　　Ｒ　　　　　　　　　　　　　　　　
    　　　　　　Ｒここに、ｒは回転軸線から前記部分まで
    の半径であり、ＰＲは前記式により計算され、βは前記
    部分における傾き角度である、ことを特徴とする羽根車
    。
  2. 【請求項２】　　捩じれ（Δβ）は、 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
    　　　　　　　　　ＰＲ１　　　　　　　　　　　　　
    　　　　　　　　ＰＲ　　　　　　　　　　　　　　Δ
    β＝ｔａｎ−１　　───────　　−ｔａｎ−１　
    　─────　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
    　　　　　　　　　　　　　　　０．４π　　　　　　
    　　　　　　　　　　　　　　πで定義され、ここに、
    ＰＲ１　は約０．４Ｒの半径距離におけにるピッチ比で
    あり、ＰＲは先端におけるピッチ比であり、ＰＲはＰＲ
    よりも大きい、請求項１による羽根車。
  3. 【請求項３】　　Δβは３０°乃至４５°の範囲にある
    、請求項１または２による羽根車。
  4. 【請求項４】　　先端におけるブレードの傾きは１８°
    乃至３０°の範囲にある、請求項１乃至３の何れか１項
    による羽根車。
  5. 【請求項５】　　ブレードの傾きは、前記先端から前記
    軸線までの半径距離のほぼ１０％不変である、請求項１
    乃至４の何れか１項にによる羽根車。
  6. 【請求項６】　　前記ブレードは、前記捩じれのみなら
    ず反りも有している流体ホイルであり、ブレードの前記
    ピッチ角は、前記先端の箇所および０．４Ｒの箇所にみ
    けるブレードの弦の間で測定される、請求項１乃至５の
    何れか１項による羽根車。
  7. 【請求項７】　　前記先端における前記弦は、前記軸線
    からの長さＲの半径線の交点の箇所と前記前縁及び後縁
    との間に延び、０．４Ｒにおける前記弦は、前記軸線か
    ら長さ０．４Ｒの半径線の交点と前記前縁及び後縁との
    間に延びる、請求項６による羽根車。
  8. 【請求項８】　　ブレードの幅は、前記弦（Ｗ）の長さ
    と前記先端における前記羽根車の直径（Ｄ）との比（Ｗ
    ／Ｄ）で、先端では約０．２５であり、０．４Ｒでは約
    ０．３３である、請求項６または７による羽根車。
  9. 【請求項９】　　前記先端における厚さと前記弦の長さ
    との比は約０．１であり、０．４Ｒにおける前記厚さと
    前記弦との比は約０．１４乃至０．２２である、請求項
    ８による羽根車。
  10. 【請求項１０】　　前記触ブレードは、前記域に比較的
    高圧と比較的低圧を生じさせる面及び前記面に設けられ
    た流れガイドを構成する突出部を有する、請求項１乃至
    ９の何れか１項による羽根車。
  11. 【請求項１１】　　前記ブレードは、　　前記域に比較
    的高圧と比較的低圧を生じさせる面及び前記低圧面に配
    置された乱流発生用手段を有する、請求項１乃至１０の
    何れか１項による羽根車。
  12. 【請求項１２】　　第２の羽根車を有し、この羽根車は
    、第１の複数のブレードと同軸に回転自在に配置され、
    かつそれと従属関係に間隔をへだてた複数のブレードを
    有している、請求項１乃至１１の何れか１項による羽根
    車。
  13. 【請求項１３】　　第１の複数のブレード及び第２の羽
    根車のブレードは前記域に比較的高圧と比較的低圧を生
    じさせる面を有し、前記羽根車は、前記第２の羽根車の
    前記ブレードの低圧面を前記第１のブレードの前記高圧
    面に隣接させて配置される、請求項１２による羽根車。
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