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Blechschaufelrad für Radialgebläse und ineridianbeschleunigte Axialgebläse
Die Erfindung bezieht sich auf ein Blechschaufelrad für Radialgebläse und meridianbeschleunigte
Axialgebläse.
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Zur Erreichung hoher Wirkungsgrade bei derartigen Gebläsen ist es
eines der wichtigsten Erfordernisse, alle Strömungsablösungen in den Schaufelkanälen
zu vermeiden. Dies geschieht bei Radialgebläsen durch richtige Auslegung der Schaufeln,
einer Aufgabe, die bei diesen Gebläsen unter Uriständen bereits eine schwierige
Aufgabe darstellt, die aber grundsätzlich bekannt ist.
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Um die dann noch verbleibenden Flächenreibungsverluste zu vermeiden,
müssen die Schaufelflächen weitgehend geglättet und eventuell profiliert werden.
Im Bereich hoher Re-Zahlen bietet die Profilierung bekanntlich noch einige Vorteile.
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Trotz genauester Beachtung dieser Maßnahmen kommt man bei Radialgebläsen
über bestimmte Wirkungsgrade (80 bis 85%) nicht hinaus. Es wurde nun festgestellt,
daß erhebliche Störungen an den Stellen übrigbleiben, wo, die Schaufeln in die Deckscheiben
einmünden. Die hier vorhandenen Ecken erzeugen Grenzschichtstörungen, die zu erheblichen
Verlusten der an den Deckscheiben vorbeiströmenden Schichten führen. Es ergeben
sich je nach der Beeinflusseng dieser Grenzschichten durch die Zentrifugalkräfte
Teilablösungen oder auch starke Richtungsänderungen gegenüber der gesunden Strömung,
in jedem Fall aber zusätzliche Verluste.
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Gemäß der Erfindung gehen die Schaufelflächen in die Flächen der Scheiben
bzw. Naben in an sich bekannter Weise mit allseitiger, stetig verlaufender und gut
geglätteter Abrundung von großem Radius über.
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Es ist zwar bekanntgeworden, Profilschaufeln schnell laufender Kreiselmaschinen
am Fuß mit abgerundeten Übergängen zu versehen, jedoch ist für Blechschaufeln die
erfindungsgemäße Ausführung, nämlich, daß die Schaufelflächen in die Flächen der
Scheiben bzw. -Naben mit allseitiger, stetig verlaufender und gut geglätteter Abrundung
von großem Radius übergehen, bisher nicht verwendet worden.
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Auch ist eine derartige Ausführung nicht naheliegend. Denn die Umströmungsverhältnisse,
insbesondere die Empfindlichkeit in bezug auf die Anströmrichtung. sind bei den
Profilschaufeln und den Blechschaufeln sehr voneinander verschieden.
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Während bei einer Profilschaufel - je nach dem Abrundungsradius am
Schaufeleintritt - eine gewisse Abweichung von der Anströmrichtung stoßfreien Eintritts
vertragen wird, ohne daß Ablösungserscheinungen auftreten, ergibt sich bei einer
Blechschaufel bei der geringsten Abweichung von der Richtung stoßfreien Eintritts
sofort eine Ablösung der Strömung. Bei kleiner Abweichung von der Richtung stoßfreie
Eintritts spielt sich folgendes ab: Es bildet sich ein kleiner Wirbel, der unter
Um ständen imstande ist, die Strömung wieder einzüroller Dieser Wirbel wird deshalb
als »Einrollwirbel« be zeichnet. Bei unprofilierten Tragflügeln ist diese Er scheineng
bekannt.
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-Diese gesunde Wirkung des Ablösungswirbels is aber nur möglich, wenn
die Struktur dieses Wirbel auch erhalten bleibt. Sie bleibt nicht erhalten, wem
dieser Wirbel auf Seitenwände aufsetzt, wie sie be Blechschaufelrädern unvermeidlich
sind, weil dann di. Kernenergie durch direkte Wandreibung verlorengeht Ist aber
seitlich der erfindungsgemäß stark abgerundet Übergang vorhanden, so wird der Wirbel
mit der Seitenflächen nur mit Geschwindigkeiten in Be rühreng kommen, die bedeutend
kleiner sind als ohne Abrundung, da gemäß dem Drallsatz die Dreh geschwindigkeiten
mit der Entfernung vom Wirbel kern stark abnehmen.
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Es ergibt sich also die überraschende Wirkung, dal bei Verwendung
der erfindungsgemäßen Abrundunget bei Blechschaufeln ähnliche Strömungsverhältniss(
auftreten, als wenn die ganze Schaufel profiliert wäre daß nämlich die Kernlinien
links und rechts de: Punktes des besten Wirkungsgrades nicht so stark ab fallen
wie ohne diese Abrundungen.
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Die Erfindung ermöglicht also, die Vorteile dej profilierten Schaufeln
bei Verwendung von Blech schaufeln zu erreichen, ohne die großen \Tachteile dei
profilierten Schaufeln in Kauf nehmen zu müssen Diese bestehen insbesondere darin,
daß bei Radial schaufeln durch die Profilierung der Eintrittsquerschnitt in die
Schaufelkanäle sehr verengt wird.
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Nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung hat die Abrundung
allseitig den gleichen Kriirniungsradius.
Durch diese erfindungsgemäße
Ausihrung wird der günstige Strömungsablauf, der urch die Merkmale der Erfindung
erreicht wird, noch erbessert, der durch ungleichmäßige Abrundung beinträchtigt
werden könnte.
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Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung sind ie Abrundungen nur
auf den Schaufelhohiseiten voresehen. Durch diese Ausbildung wird eine Verinfachung
in der Herstellung erreicht, ohne eine nicht ragbare Verschlechterung der Strömungsverhältnisse
n Kauf nehmen zu müssen.
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Außerdem befindet sich hier die Schaufelsaugseite, eren Grenzschicht
bei stark nach rückwärts gerümmten Schaufeln nicht weggeschleudert werden ann.
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Der Übergang eines Tragflügels in den Flugzeugumpf wird durch einen
weiten Auslauf, wie ihn die :rfindung vorsieht, besonders vorteilhaft bewerksteligt.
Die dadurch erreichte Widerstandsverminderung 3t beachtlich.
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Die erfindungsgemäßen Maßnahmen sind am wirkamsten bei Gebläsen, bei
denen die Relativgeschwin-.igkeit in den Schaufelkanälen ungefähr gleich der 7mfangsgeschwindigkeit
ist. Bei Radialrädern mit elativ geringer radialer Schaufeltiefe und stark nach
ückwärts gekrümmten Schaufeln sind die Vorbedin--ungen am besten. Aber auch bei
meridianbeschleunigen Axialrädern sowie deren Leiträdern trifft dieses och zu.
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Der Erfolg der Erfindung erhellt aus der Tatsache, :aß Niederdruckradialgebläse
von nur 2 PS Leistung bereits Wirkungsgrade von 88°/o aufweisen. Bei größeen Ausführungen
werden Werte über 90°/o erreicht.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der ;eichnung dargestellt.
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Abb. 1 zeigt einen Laufradquerschnitt; Abb. 2 zeigt den Übergang der
Schaufelfläche in der )raufsicht; Abb. 3 zeigt eine perspektivische Darstellung
des Überganges.
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In Abb. 1 zeigt die mit 1 bezeichnete Schraffur die Begrenzung des
Überganges auf der Laufraddeckscheibe, während die Schraffur 2 die entsprechende
Anordnung auf der Laufradscheibe zeigt.
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In Abb.2 ist zu ersehen, daß der erkennbare Schaufelriß vom Umriß
3 weit umgeben wird, so daß ein langsam ansteigender, stetiger Übergang in die Schaufel
gewährleistet ist.
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Die Herstellung des Überganges gemäß der Erfindung ist mit bekannten
technischen Mitteln möglich. Auftragung von. dicken Schweißnähten, Spritzguß, Auftragung
von plastischem Material, Einfügung von besonderen Metall- oder Holzstücken usw.
sind einige Mittel, deren Beschreibung nicht zum Gegenstand der Erfindung gehört.