DE897616C - Axial oder konisch durchstroemtes Geblaese oder axial oder konisch durchstroemte Pumpe zur Foerderung von Gasen oder Fluessigkeiten mit positivem Reaktionsgrad - Google Patents

Description

• Axial oder konisch durchströmtes Gebläse oder axial oder konisch durchströmte Pumpe zur Förderung von Gasen oder Flüssigkeiten mit positivem Reaktionsgrad 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.
• 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 zwischen o,oo und 1-- 0,25 .liegt. Unter Reaktionsgrad wird das Verhältnis des in einem Laufrad erzeugten statischen Enddruckes zu dem gesamten im Latfrad erzeugten Enddruck verstanden. 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 o,oo nach oben hin bis zu dem Wert + 0,25 abweichen. Eingehende Versuche des Erfinders haben gezeigt, daß man unter diesen Voraussetzengen das gesamte praktisch in Betracht kommende Gebiet der Gleichdruckgebläse bzw. Gleichdruckpumpen lückenlos beherrscht.
• Weiter kann man die Schaufelzahl, Laufradtiefe, 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, wobei dann eine verhältnismäßig große Schaufelanzahl in Kauf genommen werden muß, während man deren Anzahl verringern kann, wenn man 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 länger benutzt werden können. In entsprechender Weise können auch noch andere besondere Betriebsbedingungen die Wahl des Reaktionsgrades innerhalb- der angegebenen Grenzen beeinflussen.
• Die Bedingung, daß der Reaktionsgrad zwischen o,oo und + o,25 liegt, 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 entenstehende Bedeutung haben und die den Formelzeichen beigefügten Indizes o, _, 2, 3 angeben, ob die betreffenden Formelzeichen Querschnitten am Anfang oder am Ende der Laufschaufel- oder Leitschaufelkanäle angehören, während Formelzeichen ohne Index angeben, daß es sich um Querschnitte an beliebigen Stellen von Lauf- oder Leitschaufelkanal handelt.
• Druck in kg/m2, y = Gewicht des Fördermediums 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 Qudratmeter, a =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 Da bei theoretisch exaktem Gleichdruck (Reaktionsgrad o,oo) der Druckanstieg P - Po = 0 (5) ist, wird für diesen Fall Für Überdruck (R > o,oo) wird P - Po > o,oo (7) also FtJberdruck > £' gleichdruck . ( Ferner ist Aus den bekannten Geschwindigkeitsdreiecken ergibt sich c2 = w2 + u2 - 2wu cos (go° - a) (zo) und daraus c2 = w2 -f- U2-9 wu sin a (Ir) bzw.
• . cö = wä -f- uö - 2w, u. sin a.. (z2) Aus. Formel (z) und (g) ergibt sich und hieraus Von den beiden Wurzeln dieser Gleichung ist nur die positive verwendbar. Bei einem Überdruck R = -i- 0,25 ergibt sich unter Beachtung der Formel (3) Zur Erfüllung der erfindungsgemäßen Bedingung 0 < R < + 0,225 (z6) ergibt sich, daß der Querschnitt F zwischen den sich aus den Formeln (6) und (z5) ergebenden Werten liegen muß. Benutzt man an Stelle der Kanalquerschnitte F, welche rechtwinklig zur Kanalmittellinie liegen, Schnitte F', welche die Laufradschaufelkanäle rechtwinkelig zur Laufradachse schneiden, so ergibt sich eine vereinfachte Näherungslösung des Erfindungsproblems nach der Formel 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 davorliegenden Querschnitte, so daß also die Bedingung F3 < F <F, (i8) erfüllt ist.
• In der Zeichnung sind in den Abb. i und z Gebläse gemäß der Erfindung im Längsschnitt dargestellt, während die Abb. 3 und 4 zur Erläuterung der Formeln dienen.
• Das Gebläse nach der Abb. i 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 Schaufeln 7 besetzten Nabe 8 besteht. Diese dient dazu, das durchströmende Medium ganz oder nahezu drallfrei in den Diffusorraum g eintreten zu lassen.
• Der Querschnitt F1' am Laufradaustritt ist kleiner als der Querschnitt F,' am Laufradeintritt. Während die Abb. i ein axial durchströmtes Gebläse zeigt, zeigt die Abb. z ein konisch durchströmtes Gebläse, bei welchem grundsätzlich die gleichen Verhältnisse auftreten.
• Die Abb. 3 zeigt einen abgewickelten Zylinderschnitt durch zwei Schaufeln b1, b2 des Laufrades, die Abb. 4 einen ähnlichen Schnitt durch zwei Schaufeln dl, d2 der Leitvorrichtung.
• Bei Gebläsen oder Pumpen gemäß der Erfindung empfiehlt sich die Anordnung einer Leitvorrichtung hinter dem Laufräd, 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 (i8) entwickelt. Trotz der aus Abb. 4 ersichtlichen Verbreiterung des Kanals findet wegen der 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.
• Konisch durchströmte Gebläse oder Pumpen mit einem Reaktionsgrad zwischen o,oo und + o,25 haben den Vorteil, daß gröbere Spalten vorgesehen werden können, die keine so präzise Bearbeitung erfordern.
• 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.
• 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. im 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.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. 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 zwischen o,oo und ;- o,25 gebracht wird.
2. 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, zwischen den durch die Formel gegebenen Grenzen liegt.
3. 3. Gebläse oder Pumpe nach den Ansprüchen i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel a an einem beliebigen Querschnitt durch das Laufrad und der Winkel a, am Laufradeintritt mit den Schnittflächen F' und Fö, welche die Laufradschaufelkanäle mit den jeweils zugehörigen Schnittebenen rechtwinklig zur Laufradachse aufweisen, in folgender Beziehung stehen
4. 4. Gebläse oder Pumpe nach den Ansprüchen i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt F der Leitschaufelkanäle (Abb. 4) rechtwinklig zur Kanalmittellinie an einem beliebigen Querschnitt durch die Leitvorrichtung, insbesondere Querschnitt F3 am Austritt aus der Leitvorrichtung durch entsprechende Verjüngung seiner radialen Höhe kleiner bemessen wird als der entsprechende Querschnitt F2 am Eintritt in die Leitvorrichtung, daB also Fs<F<FZ ist und somit der Kanalquerschnitt in der Leitvorrichtung stetig abnimmt.