Spaltflügelrad für axiale Strömungsmaschinen sowie dessen Verwendung für Lüfter und Gebläse Die Erfindung betrifft ein Spaltflügelrad für axiale Strömungsmaschinen, das als Lauf- und/oder Leitrad arbeitet, sowie eine Verwendung des Spaltflügelrades für Lüfter und Gebläse, die als ein- oder mehrstufige Ma schinen ausgebildet sein können.
Es ist bekannt, Spaltflügelgitter für einen bestimm ten Zweck zu berechnen und für die gefundene Lösung der Schaufelanordnung die Schaufeln feststehend auszu führen. Die Umlenkeigenschaften der Spaltflügelgitter und damit im engsten Zusammenhang stehend die Kenn linien, verstanden als Abhängigkeit des Druckes von der Fördermenge, und der Wirkungsgrad von axialen Strö mungsmaschinen, die mit derartigen Gittern ausgestattet sind, werden in sehr weitem Masse von der gegenseitigen Lage von Eintrittsschaufel, Austrittsschaufel und Spalt beeinflusst.
Eine starre Anordnung der Schaufeln ist für die Erzielung günstigster Verhältnisse nachteilig, weil erfahrungsgemäss zwischen dem Betriebspunkt, der bei der Berechnung zugrundegelegt wurde und dem sich in einer Anlage tatsächlich einstellenden Betriebspunkt Ab weichungen vorhanden sind, die nachträglich infolge Fehlens der Verstellmöglichkeit nicht mehr korrigiert werden können.
Es ist weiterhin eine Anordnung bekannt, bei der die Austrittsschaufel unmittelbar an der Eintrittsschaufel schwenkbar befestigt ist, ähnlich wie bei Flugzeugtrag flügeln. Eine solche Ähnlichkeit besteht auch bei der Ausbildung der Austrittsschaufel als Hilfsschaufel. Die Austrittsschaufel ist in ganz geringem Abstand hinter der Eintrittsschaufel schwenkbar angeordnet, und die Verstellung wird mechanisch oder hydraulisch vorge nommen.
Es ist auch bekannt, Eintrittsschaufel und/oder Aus trittsschaufel wie bei normalen Axialrädern drehbar an zuordnen. Ebenso ist auch die Anordnung von Schaufeln in zur Umfangsrichtung geneigten, schraubenlinienför migen Nuten bekannt, deren Steigung meist dem Gitter staffelungswinkel entspricht. Dadurch ist neben der Schaufeldrehung auch eine Änderung des axialen Ab standes von Eintrittsschaufel und Austrittsschaufel mög- lich, jedoch nur nach Massgabe der unveränderlichen Neigung der Nuten.
Den bekannt gewordenen Verstellanordnungen haf tet der Mangel an, dass eine Möglichkeit zur umfassen den Beeinflussung von Druck- und Lieferziffer sowie des Wirkungsgrades durch die Veränderung der Umlenk- eigenschaften des Spaltflügelgitters nicht vorhanden ist.
Sofern Eintritts- und/oder Austrittsschaufel nur drehbar ausgeführt sind, so ist die Staffelung durch Dre hen derselben möglich. Der axiale Abstand von der Pro filhinterkante der Eintrittsschaufel zur Profilnase der Austrittsschaufel wlird zwangsläufig mit verändert, ohne dass die Möglichkeit gegeben ist, diesen nach strömungs technischen Erfordernissen beeinflussen zu können.
Wenn die Austrittsschaufel unmittelbar an der Ein trittsschaufel drehbar befestigt ist, so können beide nur unter Beibehaltung der vorgegebenen Neigungswinkel gegeneinander verstellt werden.
Die bekannten Spaltflügelräder können besonders bei sich ändernden Verhältnissen hinsichtlich der Förder menge und des Druckes, wie diese zum Beispiel in einer Grube vorkommen, wenn die Grubenweite infolge fort schreitenden Abbaues zunimmt, nicht den neuen Bedin gungen optimal angepasst werden.
Der Zweck der Erfindung besteht darin, die den be kannten Ausführungen anhaftenden Nachteile weitge- hendst zu beseitigen und die Spaltflügelräder so zu ge stalten,- dass diese sich ändernden Bedingungen laufend angepasst werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Spalt flügelrad für axiale Strömungsmaschinen, insbesondere für Lüfter und Gebläse, zu schaffen, das mittels einer Änderung der Gittergeometrie durch Verstellung von Eintritts- und/oder Austrittsschaufel ermöglicht, opti male Gittereigenschaften zu erreichen und die bei axialen Strömungsmaschinen sehr günstigen Regeleigenschaften durch Schaufelverstellung zu erzielen.
Erfindungsgemäss wird das nun dadurch erreicht, dass Eintrittsschaufeln und/oder Austrittsschaufeln um eine radial gerichtete Achse, die durch einen Punkt des Profilschnittes verläuft, drehbar sind und ein Austritts schaufeltragkörper gegenüber einem Eintrittsschaufel- tragkörper in Umfangsrichtung drehbar und parallel zur Antriebsachse verschiebbar ausgebildet ist.
Die Eintrittsschaufeln und/oder Austrittsschaufeln können einzeln oder mittels eines Verstellungsmechanis- mus gleichzeitig drehbar sein. Die Verdrehbarkeit des Tragringes gegenüber dem Nabenkörper in Umfangs richtung ist dabei vorteilhaft auf eine Schaufelteilung be schränkt.
Die Verschiebung parallel zur Antriebsachse von Nabenkörper und Tragring des Spaltflügelrades gegen einander ist zweckmässig so gewählt, dass sich in Um fangsrichtung gesehen Eintrittsschaufeln und Austritts schaufeln axial überdecken oder durch einen Spalt ge trennt sind. Eine Relativbewegung des Tragringes gegen über dem Nabenkörper kann durch Schraubenbolzen am Tragring und Gewindebüchsen bewirkt sein, die drehbar im Nabenkörper angebracht sein und über Zahnräder gleichmässig gedreht werden können. Es können aber auch hydraulisch oder pneumatisch betätigte Servomoto ren zur axialen Verstellung benutzt werden.
Sämtliche Verstellbewegungen können je nach Aus führungsplan wahlweise im Stillstand oder bei Rotation durchführbar sein.
Bei Anwendung eines Spaltflügelrades können die Druck- und Lieferzahl wesentlich, nämlich um das Zwei bis Dreifache gesteigert werden. Die Umlenkeigenschaf- ten der Spaltflügelgitter und damit verbunden die Kenn linien der axialen Strömungsmaschinen sind in sehr weit gehendem Masse durch die gegenseitige Lage von Ein gangs- und Ausgangsschaufel und dem vorhandenen Spalt beeinflussbar. Auch der Wirkungsgrad der axialen Strömungsmaschine kann durch die Lage der Schaufeln zueinander günstig beeinflusst werden.
Einen grossen Vorteil bieten die Verstellmöglichkeiten für die Gestal tung eines regelbaren Lüfters oder Bebläses.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausfüh rungsbeispiel näher erläutert werden: In der zugehörigen Zeichnung zeigen: Fig. 1 die Möglichkeiten einer Schaufelverstellung, Fig. 2 die Ansicht eines Spaltflügelrades als Laufrad entgegen der Durchströmungsrichtung mit im Stillstand verstellbaren Elementen, Fig. 3 die Ansicht des Spaltflügelrades in der Durch strömungsrichtung, Fig. 4 den Schnitt A-A Fig. 2.
In Fig. 1 sind die einzelnen Verstelhnöglichkeiten, und zwar die Drehung von Eingangs- und Ausgangs schaufel um eine radial. gerichtete Achse, die Drehung in Umfangsrichtung und die axiale Verschiebung von Ein gangs- und Ausgangsschaufel gegeneinander dargestellt.
Das auf der Antriebswelle 1 sitzende Spaltflügelrad ist in der Weise aufgebaut, dass die Schaufeln auf zwei Tragkörpern angeordnet sind, von denen der Eingangs schaufeltragkörper 2 mit der Nabe 2a auf der Welle 1 befestigt ist. Der Ausgangsschaufeltragkörper 3 ist über die Nabe 3a mit einer zweckentsprechend gewählten Passung auf dem Eingangsschaufeltragkörper 2 gelagert. Die Eingangsschaufeln 4 sind durch Tragzapfen 5 und Muttern 6 mit dem Eingangsschaufeltragkörper 2 leicht lösbar verbunden.
Analog sind die Ausgangsschaufeln 7 über Tragzapfen 8 und Muttern 9 mit dem Ausgangs schaufeltragkörper 3 leicht lösbar verbunden. Im Aus- gangsschaufeltragkörper 3 sind Bolzen 10 so befestigt, dass der Bund 11 der Bolzen 10 an diesem anliegt. Mit den Muttern 12 wird der Ausgangsschaufeltragkörper 3 auf dem Schaft 13 der Bolzen 10, welche durch Verstell schlitze 14 gesteckt sind, befestigt.
Die mit Gewinde 15 versehene Seite der Bolzen 10 steht mit den Gewinde büchsen 16, die im Eingangsschaufeltragkörper 2 dreh bar gelagert sind, im Eingriff. Die Gewindebüchsen 16 sind mit den Zahnrädern 17 fest verbunden und stehen mit dem Ritzel 18 im Eingriff, das an seinem Umfang Nuten 19 besitzt. In der Praxis wird man in der Regel drei Bolzen 10, Verstellschlitze 14, Gewindebüchsen 16 und Zahnräder 17 wählen, die gleichmässig auf einem Teilkreis angeordnet sind.
Die Verstellung der Eingangsschaufeln 4 und der Ausgangsschaufeln 7 erfolgt durch das Lösen der Mutter 6 und 9, die gegen das Lockern unter dem Einfluss der Flieh- und Strömungskräfte durch an sich bekannte Massnahmen gesichert sind. Danach werden die Ein- gangsschaufeln 4 und Ausgangsschaufeln 6 mit einer Lehre um die Tragzapfen 5 und 8 in die gewünschte Gitterstaffelung gedreht und die Muttern 6 und 9 wieder angezogen und gesichert. Sollen die Eingangsschaufeln 4 und Ausgangsschaufeln 7 in Umfangsrichtung gegenein ander verstellt werden, so sind die Muttern 12 zu lösen.
Der Ausgangsschaufeltragkörper 3 kann gegen den Ein gangsschaufeltragkörper 2 nach Massgabe der Länge der Verstellschlitze 14, die in Umfangsrichtung betrach tet, so lang sind, dass sie die Drehung um das Mass einer Schaufelteilung gestatten, gedreht werden.
Nach dem Lösen einer nicht gezeigten Sicherung des Ritzels 18 gegen Drehung ist es möglich, dieses mit Hilfe eines Hakenschlüssels, der in die Nuten 19 eingreift, auf dem Eingangsschaufeltragkörper 2 zu drehen. Dadurch geraten auch die Gewindebüchsen 16 über die Zahn räder 17 in Drehung. Die Bolzen 10 werden dadurch in axialer Richtung verschoben, und es erfolgt gleichzeitig auch die axiale Verschiebung des Ausgangsschaufeltrag- körpers 3 gegen den Eingangsschaufeltragkörper 2.