DE890698C - Axially or conically flowed through blower or axially or conically flowed through pump for conveying gases or liquids with a negative degree of reaction - Google Patents

Description

Es sind Axialgebläse bekannt, bei welchen im Laufrad keinerlei Drucksteigerung auftritt, vielmehr ausschließlich Geschwindigkeit erzeugt wird, die dann hinterher im Diffusor in Druck umgesetzt wird und wobei die Relativgeschwindigkeiten entlang der Schaufel in Strömungsrichtung konstant bleiben.Axial fans are known in which no pressure increase occurs in the impeller, rather exclusively Speed is generated, which is then converted into pressure in the diffuser afterwards and the relative velocities along the blade remain constant in the direction of flow.

Während diese bekannten Gebläse ein als Gleichdruckrad ausgebildetes Laufrad besitzen, also theoretisch den Reaktionsgrad Null aufweisen, weisen die Pumpen oder Gebläse. gemäß der Erfindung einen Reaktionsgrad auf, der unterhalb von ο,οο liegt. Unter Reaktionsgrad wird das Verhältnis des in einem Laufrad erzeugten statischen Enddruckes zu dem gesamten, im Laufrad erzeugten Enddruck verstanden.While these known blowers have an impeller designed as a constant pressure wheel, so theoretically show a reaction degree of zero, show the pumps or fans. according to the invention a Degree of reaction that is below ο, οο. The degree of reaction is the ratio of the in an impeller generated static final pressure understood to the total final pressure generated in the impeller.

Gleichdruckgebläse oder Gleichdruckpumpen kann man mit bestem Wirkungsgrad für alle Bedarfsfälle bauen, wenn man in der Wahl der Konstruktionsdaten, wie z. B. Durchmesser, Drehzahlen od. dgl., nicht beschränkt ist. Eine wirtschaftliche Fertigung erfordert aber eine möglichst weitgehende Normung von Abmessungen, Drehzahlen od. dgl. Um trotz dieser Beschränkungen ohne nennenswerte Minderung des Wirkungsgrades oder der Vorteile von Gleichdruckgebläsen oder Gleichdruckpumpen alle Bedarfsfälle decken zu können, kann man erfindungsgemäß von dem Reaktionsgrad ο,οο nach unten hin abweichen. Eingehende Versuche des Erfinders haben gezeigt, daß man unter diesen Voraussetzungen das gesamte praktisch in Betracht kommende Gebiet der'Gleichdruckgebläse bzw. Gleichdruckpumpen lückenlos beherrscht.Equal pressure blowers or equal pressure pumps can be used with the best efficiency for all cases of need build if you choose the design data, such as B. diameter, speeds or the like. Is not limited. An economical production requires but the most extensive possible standardization of dimensions, speeds or the like. To despite these restrictions without any significant reduction in the efficiency or the advantages of constant pressure fans or equal pressure pumps to be able to cover all cases of need, according to the invention one can deviate from the degree of reaction ο, οο downwards. Incoming Experiments by the inventor have shown that, under these conditions, everything can be practically taken into account Coming area of the equal pressure blower or equal pressure pumps completely mastered.

Durch passende Wahl des Reaktionsgrades kann man bei solchen Maschinen ohne oder ohne nennens-With a suitable choice of the degree of reaction one can with such machines without or without noteworthy

werte Minderung des .Wirkungsgrades die Schaufelanzahl, Laufrädtiefe, gesamte Baulänge, Spaltgrößen od. dgl. so bemessen, daß sie etwaigen besonderen Betriebsbedingungen entsprechen. Soll z. B. die Baulänge der Maschine verkürzt werden, so geht man auf einen höheren Reaktionsgrad, der sich also dem Gleichdruck nähert, wobei dann eine verhältnismäßig . große Schaufelanzahl in Kauf genommen werden muß, während man deren Anzahl verringern kann, wenn man ίο den Reaktionsgrad niedrig wählt, wodurch sich etwaiger Schaufelverschleiß entsprechend weniger auswirkt. Durch Erniedrigung des Reaktionsgrades läßt sich eine größere axiale Laufradlänge erreichen. Solche Laufräder haben gegenüber den axial weniger langen u. a. den Vorteil, daß bei ihnen die Abnutzung der Schaufeleintritts- und Schaufelaustrittskanten im Verhältnis zur gesamten Schaufelfläche eine geringere Rolle spielt, so daß sie langer benutzt werden können. In entsprechender Weise können auch noch andere besondere Betriebsbedingungen die Wahl des Reaktionsgrades beeinflussen.value reduction in efficiency the number of blades, Impeller depth, overall length, gap sizes or the like. Dimensioned so that they any special Correspond to the operating conditions. Should z. B. the length of the machine can be shortened, so you go on a higher degree of reaction, which thus approaches the constant pressure, with a proportional then . large number of blades must be accepted, while you can reduce their number if you ίο selects the degree of reaction to be low, thereby reducing yourself any blade wear has a correspondingly less effect. By lowering the degree of reaction can a greater axial impeller length can be achieved. Such impellers have less axial length than the axles i.a. the advantage that with them the wear and tear of the The blade leading and trailing edges are smaller in relation to the total area of the blade Plays a role so that they can be used longer. Others can also do the same special operating conditions influence the choice of the degree of reaction.

Die Bedingung, daß der Reaktionsgrad negativ wird, läßt sich dadurch erreichen, daß nach Festlegung der Schaufelwinkel der Laufradkanalquerschnitt radial verjüngt wird. Das Maß der Verjüngung errechnet sich nach der nachstehend entwickelten Formel, wobei die Formelzeichen die untenstehende Bedeutung haben und die den Formelzeichen beigefügten Indizes 0,1, 2,3 angeben, ob die betreffenden Formelzeichen Quer- _ 30 schnitten am Anfang oder am Ende der Laufschaufeloder Leitschaufelkanäle angehören, während Formelzeichen ohne Index angeben, daß es sich um Querschnitte an beliebigen Stellen von Lauf- oder Leitschaufelkanal handelt.The condition that the degree of reaction becomes negative can be achieved by being determined the blade angle of the impeller duct cross-section is tapered radially. The amount of taper is calculated according to the formula developed below, where the symbols have the meanings given below and the indices 0, 1, 2, 3 added to the symbols indicate whether the relevant symbol cross-section _ 30 at the beginning or at the end of the blade or Belong to guide vane channels, while symbols without an index indicate that they are cross-sections is at any point of the rotor or guide vane channel.

f = Druck in kg/m², γ = Gewicht der Fördermenge in kg/m³, u = Umfangsgeschwindigkeit in m/sec, w = Relativgeschwindigkeit in m/sec, c = Absolutgeschwindigkeit in m/sec, R = Reaktionsgrad, H ='Förderhöhe in Meter, Q = Fördermenge in m³/sec, F = Kanalquerschnitt senkrecht zur Kanalmittellinie in Quadratmeter, α = Winkel, unter welchem eine Tangente an eine Schaufel in Strömungsrichtung (Richtung der Relativgeschwindigkeit w) die Ebene trifft, welche durch die Achse des Laufrades und den betreffenden Querschnitt geht, F' = Kanalquerschnitt senkrecht zur Laufradachse in Quadratmeter. Nach der Eulerschen Turbinengleichung ergibt.sich f = pressure in kg / m ² , γ = weight of the delivery rate in kg / m ³ , u = circumferential speed in m / sec, w = relative speed in m / sec, c = absolute speed in m / sec, R = degree of reaction, H = '' Delivery head in meters, Q = delivery rate in m ³ / sec, F = duct cross-section perpendicular to the duct center line in square meters, α = angle at which a tangent to a blade in the direction of flow (direction of the relative speed w) meets the plane passing through the axis of the impeller and the relevant cross-section goes, F ' = duct cross-section perpendicular to the impeller axis in square meters. According to Euler's turbine equation, results

-w-w

= R-s, (i)= Rs, (i)

fernerfurther

w =w =

und-and-

bzw. F = or F =

bzw. F₀ =or F ₀ =

Q_Q_

W_n W _n

aus Formel (ι) und (2)from formula (ι) and (2)

λ/u*-λ / u * -

FlFl

Da bei theoretisch exaktem Gleichdruck (Reaktionsgrad 0,00) der Druckanstieg Because with theoretically exact constant pressure (degree of reaction 0.00) the pressure increase

P-Po = OP-Po = O (5)(5)

ist, wird für diesen Fallis will for this case

Qleichdruck — Equal pressure -

(6)(6)

Zur Erfüllung der erfindungsgemäßen Bedingung To fulfill the condition according to the invention

R<oR <o (7)(7)

ergibt sich, daß der Querschnitt F unterhalb des sich aus der Formel (6) ergebenden Wertes liegen muß.it follows that the cross-section F must be below the value resulting from the formula (6).

Benutzt man an Stelle der Kanalquerschnitte F, welche rechtwinklig zur Kanalmittellinie liegen, Schnitte F', welche die Laufradschaufelkanäle rechtwinklig zur Laufradachse schneiden, so ergibt sich eine vereinfachte Näherungslösung des Erfindungsproblems nach der FormelIf, instead of the channel cross- sections F, which are at right angles to the channel center line, cuts F 'are used, which intersect the impeller blade channels at right angles to the impeller axis, a simplified approximate solution of the problem of the invention according to the formula results

COSaCOSa

cos a cos a

(8)(8th)

Die Leitschaufelkanäle werden erfindungsgemäß durch Verringerung ihrer radialen Höhe so bemessen, daß ihr Querschnitt in Strömungsrichtung abnimmt, insbesondere ihr Austrittsquerschnitt kleiner ist als die in Strömungsrichtung davor liegenden Querschnitte, so daß also die BedingungAccording to the invention, the guide vane channels are dimensioned by reducing their radial height so that that its cross-section decreases in the direction of flow, in particular its outlet cross-section is smaller than the cross-sections in front of it in the direction of flow, so that the condition

F₃ < F < F₂ F ₃ <F <F ₂

(9)(9)

erfüllt ist.is satisfied.

In der Zeichnung sind in den Abb. 1 und 2 Gebläse gemäß der Erfindung im Längsschnitt dargestellt, während die Abb. 3 und 4 zur Erläuterung der Formern dienen.In the drawing are shown in Figs. 1 and 2 blower according to the invention in longitudinal section, while Figs. 3 and 4 serve to explain the formers.

Das Gebläse nach der Abb. 1 besteht aus einem Laufrad 4, auf dem die Schaufeln 5 auswechselbar oder fest angebracht sind, wobei das Laufrad in einem Gehäuse 6 läuft. In diesem Gehäuse ist eine Leitvorrichtung angeordnet, die aus einer mit Schaufehl 7 besetzten Nabe 8 besteht. Diese dient dazu, das durchströmende Medium ganz oder nahezu drallfrei in den Diffusorraum 9 eintreten zu lassen.The fan according to Fig. 1 consists of an impeller 4 on which the blades 5 are exchangeable or are permanently attached, the impeller running in a housing 6. In this housing is a guide device arranged, which consists of a hub 8 occupied by blade 7. This serves to prevent the flowing through To allow the medium to enter the diffuser space 9 completely or almost without any swirl.

Der Querschnitt F[ am Laufradaustritt ist kleiner als der Querschnitt Fo am Laufradeintritt.The cross section F [ at the impeller outlet is smaller than the cross section Fo at the impeller inlet.

Während die Abb. 1 ein axial durchströmtes Ge- uo blase zeigt, zeigt die Abb. 2 ein konisch durchströmtes Gebläse, bei welchem grundsätzlich die gleichen Verhältnisse auftreten.While Fig. 1 shows an axially traversed Ge uo bubble shows, Fig. 2 shows a conical blower flow through which basically the same conditions appear.

Die Abb. 3 zeigt einen abgewickelten Zylinderschnitt durch zwei Schaufeln b_v b₂ des Laufrades, die Abb. 4 einen ähnlichen Schnitt durch zwei Schaufeln d_v d₂ der Leitvorrichtung.Fig. 3 shows a developed cylinder section through two blades b _v b _{2 of} the impeller, Fig. 4 shows a similar section through two blades d _v d _{2 of} the guide device.

Bei Gebläsen oder Pumpen gemäß der Erfindung empfiehlt sich die Anordnung einer Leitvorrichtung hinter dem Laufrad, in welcher die Umfangskomponente der Geschwindigkeit bei gleichzeitigem Druckabfall aufgehoben wird, in Verbindung mit einem hinter dieser Leitvorrichtung angeordneten Diffusor. Die Bemessungsvorschrift für die Leitvorrichtung ist in Formel (9) entwickelt. Trotz der aus Abb. 4 ersichtlichen Verbreiterung des Kanals findet wegen derIn the case of fans or pumps according to the invention, the arrangement of a guide device is recommended behind the impeller, in which the circumferential component of the speed with a simultaneous pressure drop is canceled, in connection with a diffuser arranged behind this guide device. The design specification for the guide device is developed in formula (9). Despite what can be seen in Fig. 4 Widening of the canal takes place because of the

in Abb. 2 dargestellten Verminderung seiner radialen Höhe die notwendige Querschnittsverminderung statt. Die dadurch erzielte Beschleunigung des Fördermediums in der Leitvorrichtung bewirkt eine Verbesserung des Wirkungsgrades des Diffusors.Reduction of its radial height shown in Fig. 2, the necessary cross-sectional reduction takes place. The acceleration of the delivery medium in the guide device achieved in this way brings about an improvement the efficiency of the diffuser.

Bei nach außen konisch durchströmten Gebläsen oder Pumpen erreicht man mit schwacher konischer Durchströmung bereits Druckzahlen oder Fördermengen, die man bei Überdruckgebläsen oder Pumpen nur mit fast radialer Durchströmungsrichtung erzielt, wodurch die Durchmesser der Maschine und damit der Materialaufwand klein gehalten werden. Die konisch divergierende Durchströmungsrichtung läßt sich hinter dem Laufrad leicht in nahezu axiale Richtung konvergieren. In the case of blowers or pumps with a conical flow to the outside, a weaker conical is achieved Flow already pressures or flow rates, which one with overpressure blowers or pumps only achieved with an almost radial flow direction, which reduces the diameter of the machine and thus the Material costs can be kept small. The conically diverging direction of flow leaves behind converge slightly in the almost axial direction of the impeller.

Nach innen zu konisch durchströmte Gebläse haben den besonderen Vorteil, daß sie hinter dem Laufrad einen sehr geringen Durchmesser erhalten, so daß man bei Sonderzwecken, z. B. Schiffbau, diese Stelle dorthin verlegen kann, wo eine Wand oder ein Deck durchbrochen werden muß, so daß diese Durchbrechung nur sehr klein gehalten zu werden braucht.Inwardly too conical blowers have the particular advantage that they are behind the impeller obtained a very small diameter, so that you can use for special purposes, such. B. Shipbuilding, this point there can be laid where a wall or deck has to be broken through, so that this opening only needs to be kept very small.

Claims (4)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Axial oder konisch durchströmtes Gebläse oder axial oder konisch durchströmte Pumpe zur Förderung von Gasen oder Flüssigkeiten, dadurch gekennzeichnet, daß nach Festlegung der Schaufelwinkel durch radiale Verjüngung des Laufradkanalquerschnittes der Reaktionsgrad auf einen Wert kleiner als ο,οο gebracht wird.1. Axially or conically flowed through blower or axially or conically flowed through pump for Conveying gases or liquids, characterized in that after the blade angle has been determined by radial tapering of the impeller duct cross-section the degree of reaction to one Value less than ο, οο is brought. 2. Gebläse oder Pumpe nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Laufschaufelkanäle rechtwinklig zur Kanalmittellinie an einem beliebigen Querschnitt durch das Laufrad, insbesondere am Laufradaustritt, der Formel2. blower or pump according to claim i, characterized in that the cross section of the Blade channels at right angles to the channel centerline at any cross-section through the Impeller, especially at the impeller outlet, of the formula F<F < FlFl genügt.enough. 3. Gebläse oder Pumpe nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel α an einem beliebigen Querschnitt durch das Laufrad und der Winkel a₀ am Laufradeintritt mit den Schnittflächen F' und Fo, welche die Schaufelkanäle mit den jeweils zugehörigen Schnittebenen rechtwinklig zur Laufradachse aufweisen, in folgender Beziehung stehen:3. Blower or pump according to claims 1 and 2, characterized in that the angle α at any cross section through the impeller and the angle a ₀ at the impeller inlet with the cut surfaces F 'and Fo, which the blade channels with the respective cutting planes at right angles to the impeller axis have the following relationship: F' cos a₀ F 'cos a ₀ Jt<„ cos α Jt <" cos α 4. Gebläse oder Pumpe nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt F der Leitschaufelkanäle (Abb. 4) rechtwinklig zur Kanalmittellinie an einem beliebigen Querschnitt durch die Leitvorrichtung, insbesondere der Querschnitt F₃ am Austritt aus der Leitvorrichtung durch entsprechende Verringerung der radialen Kanalhöhe kleiner ist als der entsprechende Querschnitt F₂ am Eintritt in die Leitvorrichtung, daß also4. Blower or pump according to claims 1 to 3, characterized in that the cross section F of the guide vane channels (Fig. 4) at right angles to the channel center line at any cross section through the guide device, in particular the cross section F ₃ at the exit from the guide device by corresponding reduction the radial channel height is smaller than the corresponding cross section F ₂ at the entry into the guide device, that is, that F₃ < F < F₂ ^6s F ₃ <F <F ₂ ^6s ist und somit der Kanalquerschnitt in der Leitvorrichtung stetig abnimmt.is and thus the channel cross-section in the guide device is steadily decreasing. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings 5427 9.535427 9.53