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Radialgebläse zur Förderung staubhaltiger Gase
Wenn Radialgebläse, z. B. Saugzuggebläse od. dgl., zur Förderung stark staubhaltiger Gase benutzt werden, besteht die Gefahr, dass Staub im Laufrad hängen bleibt. Durch die Wirkung von Zentrifugalkräften wird der Staub dort festgehalten, so dass es zu grossen und störenden Ablagerungen von Staub an den Schaufeln kommen kann. Es sind bereits Gebläse bekannt geworden, bei denen Staubablagerungen im Laufrad dadurch vermieden weiden, dass die Schaufeln radial oder ungefähr radial verlaufend angeordnet sind. Dadurch ergeben sich aber zwangläufig niedrigere Wirkungsgrade der Gebläse, die mangels einer besseren Lösung als unvermeidbare Nachteile in Kauf genommen werden mussten.
Zum. Verständnis des der Erfindung zu Grunde liegenden Problems sei zunächst auf die Fig. 1 verwiesen, die einen Ausschnitt aus dem Laufrad eines Radialgebläses zeigt. In dieser Figur ist das Gleichgewicht der Kräfte dargestellt, die bei rotierendem Laufrad an einem Staubkorn A angreifen.
Auf das Staubkorn A wirkt zunächst die durch die Rotation entstehende Zentrifugalkraft Z. In der Figur ist die Zentrifugalkraft Z zerlegt in eine Normalkraft N senkrecht zur Schaufel und in eine Tangentialkraft T in Richtung der Schaufel. Die Normalkraft N ist Ursache zu einer Reibungskraft R, die der Tangentialkraft T entgegenwirkt. Ein Haften des Staubkornes A an der Schaufelfläche tritt dann ein, wenn das für die Reibungskraft R kritische Produkt N. J. L (Normalkraft. Reibungszahl) gleich oder grösser als die Tangentialkraft T ist. Durch das derart bewirkte Haften von Staub an den Schaufelflächen können die erwähnten störenden Ablagerungen im Laufrad entstehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die nachteiligen Staubablagerungen durch eine neuartige, aber gut regulierbare Konstruktion zu vermeiden, ohne dass dabei die bei den schon bekannt gewordenen Ausführungen sich ergebenden niedrigen Wirkungsgrade in Kauf genommen werden müssen.
Bei dem Versuch, die Probleme der Erfindung zu lösen, gelangte der Erfinder in langwierigen Untersuchungen zu den Erkenntnissen, die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegen :
Die Ausbildung der Schaufeln des Laufrades muss so sein, dass der Schaufelwinkel an jeder Stelle der Schaufel grösser als der Reibungswinkel des Staubes ist. Jedoch ergibt die Forderung nach einem guten Wirkungsgrad des Gebläses die Notwendigkeit, die Schaufelwinkel klein zu halten. Staubablagerungen an den Übergangskanten von den Schaufeln zum Laufrad sollen gleichfalls vermieden werden, u. zw. dadurch, dass die Übergangskanten nicht rechtwinkelig, sondern schräg oder rund ausgeführt werden.
Zur Vergrösserung des Wirkungsgrades erwies sich einerseits eine bestimmte, in engen Grenzen liegenden Dimensionierung des Laufrades als besonders günstig, sowie anderseits, dass der angesaugten Luft, die den Staub enthält, ein Vordrall erteilt wird. Dabei sollen vermeidbare Wirbelverluste vermieden werden und, wenn möglich, die Luft nach Erteilung des Vordralles keine unnötig langen Wege durchströmen müssen.
Schliesslich entwickelte der Erfinder zur Regulierung der Gebläse sehr einfache Vorrichtungen, die eine gute Regelung durch Änderung der Beaufschlagung ermöglichen.
Auf Grund der Untersuchungen wird das Erfindungsproblem u. a. dadurch gelöst, dass die Schaufeln des Gebläses überall den gleichen bzw. ungefähr gleichen Winkel aufweisen, der, gemessen gegen den Umfang des Laufrades, etwas grösser als der Reibungswinkel des Staubmaterials ist. Das Ergebnis der er- wähnten langwierigen Untersuchungen im Hinblick auf den üblicherweise vorkommenden Industriestaub bzw. Körner ergab, dass der Schaufelwinkel gemäss einem Merkmal der Erfindung zwischen 38 und 580 liegen mules, wenn bei einem Saugzuggebläse bei möglichst grossem Wirkungsgrad Staubablagerungen an
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In Fig. 2 ist der Antriebsmotor 1 gezeigt, der über die Welle 2 das in dem Spiralgehäuse 3 angeordnete Laufrad 4 antreibt. Das Laufrad 4 trägt auf der Vorderseite die Schaufeln 5. Das Spiralgehäuse 3 und der Motor 1 sind auf den Böcken 6 und 7 gelagert.
Die angesaugte Luft tritt durch den Ansaugstutzen 8 in das Spiralgehäuse 3 ein, strömt durch die Vorleitvorrichtung 9, die in der Mitte die hohle Nabe 10 trägt, und wird durch die Wirkung der rotierenden
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und auf einer Nabe 13 befestigt ist, die auf der Welle 2 axial verschoben werden kann. Vor dem Laufrad 4 mit den Schaufeln 5 liegt die Deckscheibe 29 {Fig. 4).
Gemäss demMelkmal der Erfindung müssen dieSchaufelwinkel an jeder Stelle der Schaufeln 5 gleich oder ungefähr gleich und zwischen 38 und 580 gross sein. Die Schaufelwinkel, um die es sich hier handelt, sind in der Fig. l mit ss bezeichnet und auch in der Fig. 2 deutlich zu erkennen.
Fig. 3 zeigt, wie der Schaufelquerschnitt von der Schaufel 5 erfindungsgemäss über schräge Leisten 6 in die Laufradscheibe 4 übergeht.
Die Fig. 4 zeigt u. a. die Einlaufabrundung der Deckscheibe 29, wobei in der erwähnten Einlaufab- rundung der Radius r angegeben ist. Erfindungsgemäss wird gefordert, dass der kleinste Winkel cx, den irgendeine Stelle der Einlaufabrundung mit der Gebläseachse bildet, zwischen 380 und 580 liegt.
Aus der Fig. 4 sind die Masse ersichtlich, die gemäss der Erfindung in bestimmten Verhältnissen stehen müssen, wenn ein guter, bisher nicht erreichter Wirkungsgrad des Gebläses erreicht werden soll.
Für den Krümmungsradius r erweist sich nach diesem Merkmal der Erfindung folgende Beziehung als günstig :
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desgleichen für die Breite b1 des Laufrades :
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und weiter für das Durchmesserverhältnis die Beziehung :
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Im Hinblick auf den Vordrall, welcher der angesaugten Luft gemäss der Erfindung erteilt werden soll, wurde gefunden, dass es vorteilhaft ist, die Nabe 10 der Vorleitvorrichtung 9 (Fig. 2) hohl auszubilden.
Dadurch wird erreicht, dass ein drallfreier kleiner Kernstrahl die Mitte ausfüllt. Durch diese Anordnung wird die Entstehung eines Wirbelkernes vermieden, mit dessen Entstehen bei der notwendigen starken Drallertellung sonst gerechnet werden müsste. Die hohle Ausführung der Nabe stellt ein Merkmal der Erfindung dar. Eine Regulierung des Gebläses kann erfolgen, indem die Schaufeln der Vorleitvorrichtung 9 oder Teile derselben (z. B. bei unterteilter Ausführung) in an sich bekannter Weise verdreht werden oder indem eine elastische Verformung eintritt. Im Gegensatz zu den bekannten Ausführungen von regulier-
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starkein Gegendrall benötigt wird. Gegendrall benötigt wird.
In der Fig. 2 sind die Schaufeln der Vorleitvorrichtung 9 feststehend, also nicht verdrehbar gezeichnet wegen der Übersichtlichkeit der Darstellung. Dies wurde für zulässig erachtet, weil Regeleinrichtungen für Vorleitvorrichtungen in verschiedener Art bereits bekannt sind.
Ein Ausführungsbeispiel, bei welchem der angesaugten Luft ein Vordrall erteilt wird, ohne dass Vorleitschaufeln notwendig sind, z. B. bei stark angreifendem Staub, ist in Fig. 5 dargestellt. Das Ansaugrohr 8 ist von einem Ringkanal bzw. Schneckenkanal 33 umgeben, der mit dem spiralförmigen Ringka- nal des Spiralgehäuses 3 in Verbindung steht. An einer oder mehreren Stellen befinden sich beispielsweise Klappen 30, durch die Druckluft tangential in die Ansaugleitung eintritt. In der Figur sind zwei Klappen 30 in offener Stellung gezeichnet. Die Klappen sind um Scharniere 31 drehbar angeordnet und können durch Hebel 32, beispielsweise von Hand, geöffnet oder geschlossen werden. Durch Ausbildung des Ringkanals bzw.
Schneckenkanals 33 nach bekannten strömungstechnischen Regeln, wie sie aus der Konstruktion der Spiralgehäuse bekannt geworden sind, kann dafür gesorgt werden, dass die kinetische Energie der aus dem Spiralgehäuse abgezweigten Druckluft grösstenteils erhalten bleibt.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird eine gute Regulierung des Gebläses dadurch erreicht, dass, wie in den Fig. 2 und 6 erkennbar ist, eine Scheibe 12 angeordnet ist, die im Laufrad verschiebbar ist und alle Schaufeln leicht umschliesst. Die Scheibe 12 hat einen grösseren Durchmesser als das Laufrad und ist im äusseren Bereich ihres Umfanges ringförmig geschlossen ausgebildet, was sich aus Festigkeitsgründen empfiehlt. Es besteht die Möglichkeit, zur Erhöhung der Festigkeit der Scheibe 12 den äusseren Bereich ihres Umfanges als verstärkten Ring auszubilden. Auch kann man, um die Gefahren des Ausknickens und Verwindens zu vermindern, die Scheibe als Hohlkasten aus Blech vorsehen, wie es z. B. in der Fig. 7 gezeigt ist.
Die Scheibe 12 ist an einer Nabe 13 befestigt, die auf der hohl ausgeführten Welle 2 verschiebbar ist. Die Welle 2 hat eine Ausnehmung 14 (Fig. 6), durch die ein Stift 15, der in der Nabe 13 sitzt, in die Bohrung der Welle 2 hineinragt und dort in eine Nut an einem Ende des Schiebers 16 eingreift. Am andern Ende des Schiebers 16 befindet sich eine weitere Nut, in die der Stift 18 eingreift, der in einem auf der Welle 2 verschiebbaren Ring 17 sitzt. Ein Hebel 19, der in einem Lagerbock 20 am Spiralgehäuse 3 angeordnet ist, greift mit seinem gabelförmigen Ende über den Ring 17.
Durch die beschriebene Konstruktion wird es ermöglicht, durch Verstellung des Hebels 19 eine Verschiebung der Scheibe 12 auf der Welle 2 zu bewirken. Diese Verschiebung bedingt eine Änderung in der Beaufschlagung des Laufrades. Die beschriebene Verstellung kann zusätzlich neben der schon erwähnten Verstellung der Vorleitvorrichtung vorgesehen werden.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann die verschiebbare Scheibe ajch mit der Leitvorrichtung vereinigt sein, wie Fig. 8 zeigt. Die Schaufeln 21 der Teitvorrichtung sind nahe an die Schaufeln 5 des Laufrades 4 herangebracht, damit die mit starkem Drall behaftete Luft von der Leitvorrichtung bis zu den Schaufeln 5 keine unnötig langen Wege zurückzulegen hat. Bei einer Anordnung gemäss diesem Merkmal der Erfindung ist eine hohle Nabe, wie in den Fig. 2 und 3, nicht notwendig. Die Vorleitschaufeln 21 sind beispielsweise an einem Körper 22 befestigt, welcher der Scheibe 12 der Fig. 6 entspricht.
Der Körper 22 ist auf der Nabe 23 angeordnet, die auf der Welle 24 verschiebbar angeordnet ist. Die Welle 24 wird durch kreuzartig angeordnete Stege 25, die im Ansaugstutzen 8 befestigt sind, getragen.
Die Nabe 23 und damit die ganze Vorleitvorrichtung kann über Hebel 26 und den Hebel 27, der im Bock 28 gelagert ist, axial verschoben werden. Die Anordnung nach diesem Merkmal der Erfindung gestattet, durch Verschiebung der ganzen Leitvorrichtung im Saugrohr eine verlustarm, günstige Regulierung vorzunehmen.
Weiter kann gemäss der Erfindung, wie in Fig. 9 und 10 dargestellt, die Regulierscheibe 12, ähnlich einer Scheibe gleicher Festigkeit, mit vom Rande zur Nabe hin zunehmender Dicke ausgeführt sein. Gemäss Fig. 9 ist eine derartig geformte Regulierscheibe aus vollem Material hergestellt, wobei am Rande eine ringförmige Versteifung 12a zum Schutz gegen Verbiegung uns Ausknicken vorgesehen ist. Gemäss Fig. 10 ist die Regulierscheibe 12 aus mehleren Blechen mit abgestuften Durchmessern hergestellt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Radialgebläse zur Förderung staubhaltiger Gase mit Schaufeln gleicher Dicke, deren Schaufel-
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