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Radialventilator oder-pumpe
Zur Erzielung eines hohen Wirkungsgrades bei Radialventilatoren oder -pumpen ist es neben andern Massnahmen besonders wichtig, die unvermeidbaren Strömungsverluste in dem Spalt zwischen der Eintrittsdüse des Mediums und dem rotierenden Laufraddeckel möglichst gering zu halten.
Es ist zu diesem Zweck vorgeschlagen worden, den Spalt in verschiedener Weise, z. B. durch Labyrinthdichtungen, abzudichten. Dies ist fertigungstechnisch umständlich und teuer.
Es ist weiter vorgeschlagen worden, die Energie des im Gehäuse rückströmenden, durch den Spalt eintretenden Luftanteil durch entsprechende Gestaltung des Spaltes zur Beschleunigung der Grenzschichten am Laufraddeckel zu benutzen. Das verbessert zwar die Füllung des Laufrades, hat aber den Nachteil, dass das Profil der Meridiangeschwindigkeiten quer zum Laufrad ungleichmässig wird, u. zw. derart, dass an der entscheidenden Stelle, wo die Strömung das Laufrad verlässt und auf die Gehäuseströmung trifft, Strömungsschubkräfte auftreten, die eine Verwirbelung der Gehäuseströmung und damit Strömungsverluste zur Folge haben.
Die Erfindung bezweckt, zur Vermeidung dieses Nachteils hinter der Düse am Spalt durch Umwandlung der kinetischen Energie in statische Energie einen Druckanstieg zu erzeugen, u. zw. durch eine solche Formgebung der Düse, dass die Strömung in Wandnähe verzögert wird. Dieser Druckanstieg ergibt einen guten Spaltabschluss uud vermindert so die Spaltverluste. Durch den Druckanstieg mit verzögerter Grenzschichtgeschwindigkeit ist es erreichbar, ein vom Laufradboden zum Laufraddeckel gleichmässig abnehmendes Profil der Meridiangeschwindigkeiten zu erzielen, so dass im Laufradaustritt ein guter Übergang der Strömung in die koaxial zur Eintrittsdüse gleichmässig kreisende Gehäuseströmung erfolgt, also ein Aufrollen der Gehäuseströmung vermieden wird.
Die Erfindung macht dabei von der bekannten Erkenntnis Gebrauch, dass bei Anströmung einer Kugel im turbulenten, UberkritischenBereich die Strömung am Äquator nicht abreisst, und dass sich auf der Rückseite der Kugel ein Druckanstieg ergibt.
Nicht bekannt ist es, diese Erkenntnis auf die Anströmung einer Kreisringfläche anzuwenden und der Eintrittsdüse die Form einer Umdrehungsfläche zu geben, die sich aus der Durchdringung einer Kreisringfläche mit einem koaxialen Zylinder ergibt.
Nach kreisbogenförmigen Umdrehungsflächen gestaltete EintrittsdUsen sind an sich bekannt.
Fiir die Zwecke der Erfindung muss die Eintrittsdüse am Laufradspalt durch einen zur VentilatorDrehachse normalen Schnitt begrenzt sein, der kurz vor der zu erwartenden Grenzschichtablösung liegt.
Der beabsichtigte Druckanstieg würde zu gering sein, wenn dieser Schnitt zu weit vor der Ablöselinie liegt, anderseits muss er aber vor der Ablöselinie liegen, um Grenzschichtablösungen zu vermeiden. Gemäss den Untersuchungen,-die zu der Erfindung geführt haben, lässt sich die Lage dieses Schnittes durch das Verhältnis der Höhe h zur Sehne s des Kreisbogens ausdrücken, mit dem die Eintrittsdüse endet.
Erfindungsgemäss bildet an der engsten Stelle des Spaltes die Tangente an den Kreisbogen des Laufraddeckels mit der Tangente des von der Gehäuseführung gebildeten kreisbogenförmigen Düsenteils einen stumpfen Winkel und der letztgenannte Kreisbogen besitzt ein Verhältnis Höhe h zu Sehne s zwischen
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einem bisher üblichen Spaltwert von 0,55 bis 0,65.
In den Zeichnungen zeigen Fig. 1 die laminare Anströmung einer Kugel, Fig. 2 die turbulente Anströmung einer Kugel, Fig. 3 den Axialschnitt durch eine Kreisringfläche, Fig. 4 schematisch einen Axialschnitt durch ein Ventilatorgehäuse mit der erfindungsgemässen Anordnung von Eintrittsdüse und Laufrad, Fig. 5 eine weitere Ausführungsart nach Fig. 4.
Fig. 1 zeigt den bekannten Verlauf der Grenzschicht bei laminarer Anströmung einer Kugel mit der Ablöselinie 1 und Fig. 2 die durch Anbringung eines Drahtreifens 2 verursachte Umwandlung der lamina ren in eine turbulente Grenzschichtströmung mit der Ablöselinie 1', wobei sich hinter der Kugel ein Druckanstieg ergibt. Aus Fig. 3 ergibt sich, dass bei Anströmung einer Kreisringfläche 3 und Anordnung eihesDrahtreifens 2 das Verhalten der Grenzschichtströmung ähnlich ist wie bei der Kugelanströmung. Die Düse wird dargestellt durch eine Umdrehungsfläche 5, die sich aus der Durchdringung der Kreisringfläche 3 mit einem Zylinder 4 ergibt. Dieser Ausschnitt ist identisch mit der Umdrehungsfl iche ùes Kreisbogens 5 als Erzeugende um die gemeinsame Drehachse.
Mit 1 ist die Linie des Abreissens der Grenzschichtströmung bezeichnet. Der Drahtreifen 2 bewirkt die Umwandlung von laminarer in eine turbulente Grenzschichtströmung.
Gemäss Fig. 4 endet die an der Gehäusewandung 11 befestigte Eintrittsdüse 6 in einer inneren Abrundung, die die Umdrehungsfläche eines Kreisbogens 5 mit der Höhe h und der Sehne s ist. Der Kreisbogen 5 erstreckt sich so weit bis zu dem Laufradspalt 7, dass an dem Spalt ein Anstieg des statischen Druckes ohne Grenzschichtablösung erreicht wird. Die Grenzen des Verhältnisses von Höhe h zu Sehne s liegen erfindungsgemäss in einer Zone, die sich von dem Verhältnis h : s = 1 : 6 bis zu dem Verhältnis 1 : 8 erstreckt. Mit 13 ist die Tangente an dem Kreisbogen 14 des Laufraddeckels 8 an der engsten Stelle des Spaltes 7 bezeichnet, mit 15 die Tangente am Ende des Kreisbogens 5. Die Tangenten 13,15 bilden erfindungsgemäss einen stumpfen Winkel.
Die Darstellung der Profile der Meridiangeschwindigkeiten cm zeigt, wie durch die Form der Abrundung 5 der Einlaufdüse zuerst bis zum Laufradspalt 7 eine Verzögerung der Grenzschichtgeschwindigkeit eintritt, und dann nach dem Übergang zum rotierenden Laufraddeckel 8 das sich ergebende Profil der Meridiangeschwindigkeiten in seiner Struktur bis zum Austritt aus der Laufradschaufel 9 erhalten bleibt.
Der Verlauf der Meridiangeschwindigkeiten cm ist also auch an der Austrittskante der Laufradschaufel 9 von dem Laufradboden 10 bis zum Laufraddeckel 8 gleichmässig abnehmend, d. h. ohne Zunahme der Meridiangeschwindigkeit in der Grenzschicht am Laufraddeckel 8. Es werden dadurch Schubkräfte zwischen dem aus dem Laufrad austretenden Luftstrom und dem im Gehause 11 rotierenden Gehäusestrom, wie sie bei höherer Meridiangeschwindigkeit in der Grenzschicht am Laufraddeckel 8 auftreten wurden, und damit eine Störung bzw. ein Aufrollen des Gehäusestromes vermieden. Der Strömungsverlust im Gehäuse wird dadurch geringer.
Voraussetzung für die zu erzielende Wirkung ist eine turbulente Grenzschichtströmung in der Eintrittsdüse. Dieser Fall liegt bekanntlich meistens vor. Die Erzeugung einer turbulenten Grenzschichtströmung kann aber - wenn nicht vorhanden-durch Anordnung eines Reifens 2 an der Eintrittsdüse des Mantels 5 unterstützt werden. Der Reifen 2 kann als ein Drahtreifen oder als eine Schweissraupe oder in ähnlicher Weise ausgeführt sein.
Fig. 5 zeigt einen einfachen und leicht zu fertigenden teilweisen Abschluss 12 des Laufradspaltes, der zusätzlich eine weitere Herabsetzung des Spaltverlustes ermöglicht. Dieser Abschluss kann durch axiale Verschiebung der Düse beliebig eingestellt werden.
Die Anwendung der Erfindung ist sowohl bei Radialuentilatoren als auch bei Pumpen jeder Bauart möglich, da die Voraussetzung turbulenter Grenzschichtströmung in den meisten Fallen vorliegt, und wo sie nicht gegeben ist, leicht erzeugt werden kann.
Die Anwendung der Erfindung verringert nicht nur den Spaltverlust, sondern auch die Gehäusever - luste.
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