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Radialgebläse Die Erfindung bezieht sich auf ein Radialgebläse. Ein
solches Gebläse hat bei geringer Druckziffer und großer Schluckfähigkeit kleine
Abmessungen. Die Herstellungskosten sind deshalb besonders niedrig. Jedoch besteht
der Nachteil, daß ein solches Gebläse einen sehr geringen Wirkungsgrad hat. Es konnte
deshalb nur für kleine Leistungen zur Anwendung kommen.
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Aufgabe der Erfindung war es, ein Radialgebläse mit kleinen Abmessungen,
das also den Vorteil niedriger Herstellungskosten hat, auf einen hohen Wirkungsgrad
zu bringen. Die günstigsten und billigsten Radialgebläse sind solche mit einfacher
Blechkonstruktion. Es wurde deshalb von einem derartigen Gebläse ausgegangen, um
den Vorteil der billigen Herstellungskosten im optimalen Grade zu erreichen.
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Der Erfinder ging von der Überlegung aus, daß in erster Linie die
Eintrittsbreite, der Eintrittsschaufelwinkel und die Eintrittskrümmungen den Wirkungsgrad
eines Gebläses bestimmen. Bei den bekannten Gebläsen und Ventilatoren wird die Innenbreite
meist so festgelegt, daß keine Verzögerung der Meridiangeschwindigkeit auftritt.
Dieses ist dann der Fall, wenn der vorausgehende, kreisförmige Ansaugquerschnitt
gleich der Zylinderfläche am Schaufelanfang ist.
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Wenn b1 die §chaufeleintrittsbreite und dl der Schaufeleintrittsdurchmesser
ist, so gilt folgende Beziehung:
Diese Forderung ist also dann erfüllt, wenn die Eintrittsbreite b, gleich einem
Viertel des Eintrittsdurchmessers ist. Deshalb wird bei den bekannten Gebläsen und
Ventilatoren allgemein
gewählt, um eine Verzögerung der Meridiangeschwindigkeit zu vermeiden.
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Diese bisher in der Literatur allgemein gültige Regel geht von der
Voraussetzung aus, daß bei einer Verzögerung der um 90° umgelenkten Strömung eine
.Ablösung der Strömung an der inneren Krümmung nicht zu vermeiden ist. Von dieser
Regel weicht man im Gebläsebau eigentlich nur bei Trommelläufern mit nach vorwärts
gekrümmten Schaufeln ab. Dieser Sonderfall wurde meist als Beweis dafür angesehen.
daß große Verzögerungen zu vermeiden sind, weil sich bei diesen Gebläsen außerordentlich
schlechte Wirkungsgrade ergaben.
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Eine starke Verzögerung der Meridiangeschwindigkeit, also beispielsweise
im Verhältnis 1 : 2 - was bedeuten würde, daß die Eintrittsbreite b, gleich dec
Hälfte des Eintrittsdurchmessers dl würde - mußte bereits beim schaufellosen Krümmer
eine sehr starke Ablösung an der Innenkrümmung zur Folge haben. Es wurde also hingenommen,
daß bei Gebläsen mit hohen Wirkungsgraden keine merkliche Verzögerung der meridianen
Durchtrittsgeschwindigkeit vorhanden sein darf. Um dieses zu ändern, war das Problem
zu lösen, wie man eine durch Verbreiterung der Schaufeleintrittsbreite stark verzögerte
Strömung um 90° umlenken könnte, ohne daß Ablösungen entstehen.
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Die Aufgabe der Erfindung, den Wirkungsgrad von Gebläsen mit kleinen
Abmessungen, die den Vorteil geringer Herstellungskosten und geringen Platzbedarfs
haben, zu verbessern, und zwar derart zu verbessern, daß diesen Gebläsen ein lohnendes
Anwendungsgebiet erschlossen werden konnten, stellte den Erfinder vor die Lösung
der Aufgabe, bei einer um 90° umgelenkten, durch Verbreiterung der Schaufeleintrittsbreite
verzögerten Strömung Ablösungen zu vermeiden.
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Auf der Suche zur Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe stellte der
Erfinder die Überlegung an, daß bei stark verzögerter Meridiangeschwindigkeit eine
Art Grenzschichtabsaugung erzielt werden und daß hierzu die geeignete Beschaufelung
und eine bestimmte Formgebung gefunden werden mußten. Die Feststellung, daß an der
gefährdeten umströmten Kante ein starker Unterdruck herrscht, führt bei der Erarbeitung
der Lösung zu der Folgerung, daß nur durch die Wahl sehr schwach belasteter Schaufeln
trotz des Unterdrucks infolge Umlenkung eine Ablösung vermieden und eine Energieübertragung
mit Absaugung erzielt werden könnte. Die Arbeit zur Lösung der gestellten Aufgabe
führte dahin, daß trotz einer großen Verzögerung der Meridiangeschwindigkeit eine
Ablösung vermieden werden kann, wenn
ganz bestimmte Beschaufelungen
gewählt werden. Dabei konnten nach den gefundenen Feststellungen Aussicht auf Erfolg
nur Schaufeln mit sehr kleinen Schaufelwinkeln haben, wobei auch der Krümmungsradius
einen gewissen Einfluß haben mußte.
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Die Erfindung besteht nun darin, daß die Schaufeleintrittsbreiten
die Hälfte bis ein Drittel des Laufradeintrittsdurchmessers und die Schaufeleintrittswinkel
10 bis 20° betragen. Es wurde festgestellt, daß bei dem erfindungsgemäßen Verhältnis
von Schaufeleintrittsbreite zum Laufraddurchmesser trotz der großen Verzögerung
der Meridiangeschwindigkeit bei der Wahl der Beschaufelungen gemäß der Erfindung
die Ablösungen der Strömung vermieden werden.
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Durch die Vermeidung der Ablösung wird die Schluckfähigkeit des Gebläses
erheblich vergrößert. Vor allen Dingen aber wird der Wirkungsgrad des Gebläses durch
das erfindungsgemäße Verhältnis von bi : di und die erfindungsgemäßen Beschaufelungen
wesentlich erhöht. Das trifft auch bei Verwendung verwundener Schaufeln zu. Durch
die große Eintrittsbreite und die Vermeidung der Ablösung werden bei den Schaufelrädern
die bisher unvermeidlichen Verluste an den Deckscheiben prozentual sehr klein. Auf
Grund der Erfindung können auch Grubenventilatoren in radialer Bauart ausgeführt
werden, die bisher wegen des erreichbaren besseren Wirkungsgrades meist als Axialgebläse
ausgeführt wurden.
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Durch die Erfindung werden also dem Radialgebläse neue Gebiete erschlossen.
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Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist das Verhältnis
zwischen Eintrittsquerschnitt F1 und Austrittsquerschnitt F2 am günstigsten bei
einem Wert von 0,8 bis 1,2. Außerdem ist für den Krümmungsradius an den Deckscheiben
der günstigste Wert '/K bis '/s.
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Messungen ergaben, daß nach Durchführung dieser weiteren Maßnahmen
gemäß der Erfindung am Austritt des Laufrades gleichmäßige Geschwindigkeitsverteilungen
beobachtet wurden. Dadurch kam eine zusätzliche Erhöhung des Wirkungsgrades zustande.
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Kleinere Verbesserungen des Wirkungsgrades konnten zusätzlich noch
erreicht werden dadurch, daß eine bestimmte Anzahl der Schaufeln gewählt wurde.
Am günstigsten war der Bereich von vier bis sieben Schaufeln.
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Schließlich wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, den Schaufelkrümmungsradius
in einem Bereich von 0,8 bis 1,2 des Laufradeintrittsdurchmessers zu wählen.
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Als letzte Verbesserung wurde dann noch erfindungsgemäß gefunden,
daß die Eintrittskrümmung durch eine nach innen liegende Überdeckung gebildet wird.
Durch diese nach innen ausgebildete C,berdeckung wird erreicht, daß der mit der
Obergeschwindigkeit bei der 90°-Umführung entstehende Unterdruck örtlich etwas zurückverlegt
wird, so daß beim Schaufeleintritt kleinere Übergeschwindigkeiten auftreten und
gleichzeitig die unvermeidliche Leckluftmenge zum Antreiben der Grenzschicht teilweise
nutzbringend verwertet wird.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt,
aus dem die einzelnen Werte, auf die sich die Ansprüche beziehen, zu entnehmen sind.
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Fig. 1 zeigt schematisch das Laufrad für ein Gebläse gemäß der Erfindung;
Fig. 2 zeigt die Schaufelwinkel des Laufrades.
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In Fig. 1 ist dl der Eintrittsdurchmesser und d2 der Austrittsdurchmesser
des Laufrades. b, ist die Eintrittsbreite und b, die Austrittsbreite. Die Eintrittskrümmung
mit der erfindungsgemäßen Überdeckung ist ebenfalls aus Fig. 1 zu entnehmen, wo
mit r der Krümmungsradius an der Deckscheibe bezeichnet ist. Mit S ist die Überdeckung
bezeichnet und mit b der zwischen den beiden sich überdeckenden Teilen befindliche
Abstand.
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Aus Fig. 2 sind die Schaufelwinkel zu entnehmen. Zum einfacheren Verständnis
sind in Fig. 1 die Punkte an der Laufradkrümmung mit A, B, C, D bezeichnet,
die in Fig. 2 übernommen worden sind. Die Schaufelwinkel sind mit @3 A und i)'
B bezeichnet.