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Axialströmungsmaschine mit Strahlklappe
Die Erfindung betrifft eine Axialströmungsmaschine, d. h. ein Axialgebläse oder eine Axialpumpe, deren Schaufelhinterkanten mit dem Inneren der Schaufeln in Verbindung stehende Düsen aufweisen, aus denen Strömungsmedium ausgestossen wird, um die Auftriebsbeiwerte der Schaufelprofile zu beeinflussen. Das aus derartigen Düsen austretende Strömungsmedium stellt eine sogenannte Strahlklappe dar, welche auf die Zirkulationsströmung um das Schaufelprofil und damit auf den Auftriebsbeiwert des Profils eine ähnliche Wirkung ausübt wie eine an der Hinterkante der Schaufel mit einer bestimmten Neigung gegenüber der Schaufelprofilmittellinie befestigte Klappe.
Es sind Axialgebläse bekannt, bei denen sich die genannten Düsen etwa über die gesamte Schaufellänge erstrecken und der Winkel zwischen der Austrittsrichtung aus der Düse und der Tangente an das hintere Ende der Schaufelprofilmittellinie unterhalb dieser Tangente liegt und über die ganze Düsenlänge gleich gross ist, wodurch der Auftriebsbeiwert über die ganze Schaufellänge vergrössert wird. Eine in bezug auf die Schaufelprofilmittellinien nach unten gerichtete Strahlklappe verstärkt die durch das Schaufelprofil erzeugte Zirkulation um dasselbe, indem sie ein Abreissen der Strömung auf der Profiloberseite vor der Schaufelhinterkante und damit eine Verwirbelung der Strömung weitgehend vermeidet.
Infolge der grossen Verschiedenheit der Umfangsgeschwindigkeiten des inneren, der Läufernabe nahegelegenen, und des äusseren, der Schaufelspitze zu gelegenen Schaufelbereiches sind die Strömungsverhältnisse in diesen beiden Schaufelbereichen stark verschieden. Bei starker Drosselung des Durchsatzes durch die Strömungsmaschine ist die Anströmgeschwindigkeit des Strömungsmediums gering, was sich besonders in den inneren Schaufelbereichen in grossen Strömungsverlusten infolge Ablösung der Strömung vom Schaufelprofil bemerkbar macht. Die Kontinuität des Strömungsgeschehens zwischen äusseren und inneren Schaufelbereichen ist bei starker Drosselung nicht gewahrt.
Zur Behebung dieser Schwierigkeit schlägt die Erfindung bei einer Axialströmungsmaschine, deren Schaufelhinterkanten mit dem Inneren der Schaufeln in Verbindung stehende Düsen aufweisen, aus denen zur Beeinflussung der Auftriebsbeiwerte der Schaufelprofile Strömungsmedium ausströmen kann, vor, dass die Düsen so angeordnet und gerichtet sind, dass mit zunehmender Drosselung des Durchsatzes der Axialströmungsmaschine das Verhältnis der Auftriebsbeiwerte der äusseren Schaufelbereiche zu den Auftriebsbeiwerten der inneren Schaufelbereiche verkleinert wird.
Durch die Erfindung wird die Kontinuität des Strömungsgeschehens zwischen äusseren und inneren Schaufelbereichen auch bei starker Drosselung der Strömungsmaschine hergestellt. Die erfinderische Aufgabe kann gelöst werden, indem in den inneren Schaufelbereichen mit zunehmender Drosselung in steigendem Masse wirksam werdende Strahlklappen zur Vergrösserung des Auftriebsbeiwertes und/oder in den äusseren Schaufelbereichen Strahlklappen zur Verminderung des Auftriebsbeiwertes angeordnet werden.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, den Übergang von stark auftriebsvergrössernden Strahlklappen in den inneren Schaufelbereichen zu stark auftriebsvermindernden Strahlklappen in den äusseren Schaufelbereichen kontinuierlich zu gestalten, wodurch eine ideale Kontinuität des Strömungsgeschehens an den Schaufeln erzielt wird. Gemäss vereinfachten Ausführungsformen der Erfindung ist es jedoch auch möglich, lediglich in den inneren Schaufelbereichen auftriebsvergrössernde Strahlklappen oder alternativ dazu in den äusseren Schaufelbereichen auftriebsvermindernde Strahlklappen anzuordnen.
Im Gegensatz zu den auftriebsvergrössernden Strahlklappen, bei denen die Winkel zwischen den Austrittsrichtungen aus den Düsen und den Tangenten an die hinteren Enden der Schaufelprofilmittellinien unterhalb dieser Tangenten liegen, was eine Vergrösserung der Zirkulation um das Schaufelprofil ergibt, liegen die genannten Winkel bei auftriebsvermindernden Strahlklappen oberhalb der genannten Tangenten, was eine Verminderung der Zirkulation um das Schaufelprofil ergibt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die aus den Düsen austretenden Mengen an Strömungsmedium im äusseren und inneren Schaufelbereich unabhängig voneinander regelbar sind. Vorzugsweise geschieht diese Regelung selbsttätig in Abhängigkeit vom Drosselgrad der Maschine. Durch diese Massnahme ist die Erfindung jedem beliebigen Schaufelprofil, jedem beliebigen Anstellwinkel der Schaufeln, jeder beliebigen Länge der Schaufeln, jedem beliebigen Drosselgrad der Maschine und jeder beliebigen Umdrehungsgeschwindigkeit des Läufers der Maschine ideal anzupassen.
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Gemäss einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung lässt sich der in den Schaufeln auftretende Rotorpumpendruck, welcher mit dem Abstand von der Läufernabe ansteigt, dadurch zur Ausstossung des Strömungsmediums aus den Düsen ausnützen, dass die Schaufeln hohl ausgebildet werden und ihr Innenraum mit den Düsen in Verbindung steht. Durch diese erfindungsgemässe Massnahme ist die Erfindung auf einfachste Art und Weise zu verwirklichen.
An Hand der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt Fig. l eine schematisch dargestellte Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemässen Strömungsmaschine senkrecht zur Drehachse der Maschine, die Fig. 2 bis 4 Schnitte gemäss den Linien II-II bzw. III-III bzw. IV-IV in Fig. l in grösserem Massstab, Fig. 5 und Fig. 6 je eine der Darstellung der Fig. l entsprechende Ansicht eines zweiten und dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Bei dem in den Fig. 1-4 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Nabe 1 einer Axialströmungsmaschine von einem Motor 2 angetrieben. Die Nabe 1 trägt mehrere Axialschaufeln 3, an deren Hinterkanten 4 über die ganze Schaufellänge sich erstreckende, mit dem Innenraum 5 der hohlen Schaufeln in Verbindung stehende Düsen 6 angeordnet sind. Aus den Düsen 6 austretendes Strömungsmedium, das entweder durch den auftretenden Rotorpumpendruck oder durch nicht dargestellte Einrichtungen zur Druckerzeugung im Inneren der Schaufeln ausgepresst werden kann, wirkt als die Zirkulation um die Schaufeln beeinflussende Strahlklappe.
Der Winkel 7 zwischen der Austrittsrichtung 8 aus der Düse 6 und der Tangente 9 an das hintere Ende der Schaufelprofilmittellinie 10 ist dabei in den inneren Schaufelbereichen sehr gross und liegt unterhalb der Tangente 9, wie in Fig. 2 dargestellt ist. Der entsprechende Winkel 7'zwischen der Austrittsrichtung 8' und der Tangente 9'in den mittleren Schaufelbereichen ist dagegen sehr klein, wie in Fig. 3 dargestellt, und verschwindet bei einem bestimmten Abstand von der Läufernabe 1. Der entsprechende Winkel 7" zwischen der Austrittsrichtung 8" und der Tangente 9" in den äusseren Schaufelbereichen liegt dagegen oberhalb der Tangente 9", wie in Fig. 4 dargestellt ist.
Die in Fig. 2 dargestellte Strahlklappe wirkt stark vergrössernd auf den Auftriebsbeiwert und die in Fig. 4 dargestellte Strahlklappe wirkt verkleinernd auf den Auftrittsbeiwert des Schaufelprofils. Die Schaufelprofilmittellinien sind in Fig. 3 bzw. Fig. 4 mit 10' bzw. 10" bezeichnet. Die Anströmrichtung des Strömungsmediums ist durch die Pfeile 11 bezeichnet.
In den Fig. 5 und 6 sind den Teilen des zuerst beschriebenen Ausführungsbeispiels analoge Teile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.
Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 5 erstrecken sich die Düsen 6 nur über den inneren, der Nabe 1 nahe gelegenen Bereich der Schaufeln 3, wobei die durch das austretende Medium gebildete Strahlklappe eine Vergrösserung der Zirkulation um das Schaufelprofil bzw. eine Vergrösserung desAuftriebsbeiwertes bewirkt. Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 6 erstrecken sich die Düsen 6 nur über einen äusseren, von der Nabe 1 entfernten Bereich der Schaufeln 3, wobei die Strahlklappen eine Verminderung der Zirkulation um die Schaufelprofile in den äusseren Schaufelbereichen bzw. eine Verminderung des Auftriebsbeiwertes bewirken.
Beide Ausführungsbeispiele gemäss Fig. 5 und Fig. 6 verkleinern somit das Verhältnis der Auftriebsbeiwerte der äusseren Schaufelbereiche zu den Auftriebsbeiwerten der inneren Schaufelbereiche. Dadurch wird das Strömungsgeschehen zwischen inneren und äusseren Schaufelbereichen ausgeglichen und die Kontinuitätsbedingung der Strömung in allen Schaufelbereichen erfüllt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Axialströmungsmaschine, deren Schaufelhinterkanten mit dem Inneren der Schaufeln in Verbindung stehende Düsen aufweisen, aus denen zur Beeinflussung der Auftriebsbeiwerte der Schaufelprofile Strömungsmedium ausströmen kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen so angeordnet und gerichtet sind, dass mit zunehmender Drosselung des Durchsatzes der Axialströmungsmaschine das Verhältnis der Auftriebsbeiwerte der äusseren Schaufelbereiche zu den Auftriebsbeiwerten der inneren Schaufelbereiche verkleinert wird.