<Desc/Clms Page number 1>
Verfahren zur Vermeidung der Ausbildung von Wirbeln im Grenzschichtbereich von umströmen Körpern, insbesondere an Schaufeln von Gebläseläufern
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Vermeidung der Ausbildung von den Wirkungsgrad von Strömungs-Arbeitsmaschinen beeinträchtigenden Wirbeln, im Grenzschichtbereich von umströmen Körpern, insbesondere an Schaufeln von Gebläseläufern.
Es ist bekannt, an umströmten Körpern Düsen, Spalte od. dgl. anzuordnen, welche die Grenzschicht am Körper und damit die sich im Grenzschichtbereich bildenden Wirbel durch Wegblasen oder Absaugen der Grenzschicht vermeiden sollen. Diese Massnahmen haben in den meisten Fällen den Nachteil, dass der Strömungswiderstand des umströmten Körpers vergrössert wird. Ausserdem sind sie bei kleinen Körpern, wie z. B. Schaufeln von Gebläseläufern, nicht oder nur bedingt anwendbar.
Diesen Nachteil vermeidet die Erfindung dadurch, dass die relative Geschwindigkeit zwischen umströmtem Körper und umströmendem Medium jeweils vor der Ausbildung von Wirbeln im Grenzschichtbereich bzw. vor deren Ablösung in ihrer Richtung und/oder Grösse verändert wird.
Durch diese'Änderung der Richtung bzw. Grösse der Strömung kann sich die im Grenzschichtbereich beginnende Wirbelbildung nicht bis zur Ablösung der Wirbel entwickeln, sondern es wird, bevor der energieverbrauchende Wirbel fertig entwickelt ist, bzw. bevor der Formwiderstand unwirtschaftlich hoch ansteigt, die Strömung umgekehrt oder in ihrer Grösse oder Richtung so stark geändert, dass die entstandene Grenzschicht gestört bzw. zerstört wird. Nach Einsetzen der neuen Strömung beginnt die neue Entwicklung einer Grenzschicht und die Tendenz zum Entstehen neuer Grenzschichtwirbel, die aber wieder vor ihrer Fertigentwicklung und damit schädlichen Ausbildung durch erneute Änderung, z. B. der Strömungsrichtung, unterbunden wird.
Vor der Entwicklung einer Grenzschicht ist der Einfluss des Formwiderstandes umströmter Körper unerheblich, so dass deren Berechnung weitgehend nach der Potentialtheorie erfolgen kann. Aus dem gleichen Grund können Schaufeln, z. B. für Gebläse, grob gefertigt werden, wodurch sich ein erheblicher wirtschaftlicher Vorteil ergibt.
Zur Änderung der auf einen umströmten Körper auffallenden Strömungsrichtung kann z. B. ein mit Schaufeln versehener Läufer an verschieden gerichteten Düsen vorbeilaufen, so dass die Läuferschaufeln nacheinander abwechselnd verschieden gerichteten Strömungen ausgesetzt sind, wodurch jedesmal die innerhalb einer Strömungsrichtung entstandene Grenzschicht mit ihrer Wirbelbildung entfernt wird.
Es kann auch die Unterbrechung der Grenzschicht- und Wirbelbildung dadurch erreicht werden, dass die umlaufenden Schaufeln abwechselnd durch durchströmte und strömungslose Zonen bewegt werden. Die hiebei an der Schaufel entstehende Strömung ist jeweils von gleicher Grösse und Richtung, jedoch in bestimmten Abständen unterbrochen, wodurch wieder die Grenzschichtausbildung abgebrochen wird und die Bildung der Grenzschicht erst beim Eintreffen der Schaufel in eine neue Strömungszone wieder einsetzen kann.
EMI1.1
treffender Strömung, kann ein Axialgebläse mit am Läufer radial angeordneten Schaufeln so ausgebildet werden, dass die Strömung durch den Schaufelkranz hindurchgeführt wird, hinter diesem umgelenkt wird
<Desc/Clms Page number 2>
und wieder durch den Schaufelkranz zurückgelangt.
Hiebei ist es aber erforderlich, die Schaufeln im Gebläseläufer um ihre Längsachse schwenkbar auszubilden und ihren Anstellwinkel jeweils der durchlaufenden Strömungsrichtung entsprechend einzustellen. Zur Steuerung der Schaufelschwenkung kann ein an sich bekanntes kinematisches Getriebe Verwendung finden. Bei dieser schwenkbaren Ausbildung der Schaufeln ist es auch möglich, dass diese von der Strömung in die jeweils entsprechende Lage eingestellt werden.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens liegt darin, dass umströmte Profile, wie z. B. Gebläseschaufeln, im Zeitraum vor der abgeschlossenen Grenzschicht- und Wirbelbildung in hohem Masse unempfindlich gegen Winkeländerungen der auftreffenden Strömungsrichtung sind, so dass nachdem erfindungsgemässen Verfahren arbeitende Maschinen in weiten Drehzahl- bzw. Strömungsgeschwindigkeits- grenzen mit gutem Wirkungsgrad arbeiten. Auch das Hindurchführen von Schaufeln durch Strömungen verschiedener Richtungen ist auf Grund dieser Tatsache mit gutem Wirkungsgrad möglich, weil praktisch nur der Wandreibungseinfluss vorhanden ist, nicht aber der bedeutend grössere Formwiderstandseinfluss.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Hiebei zeigen Fig. l einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäss ausgebildetes Axialgebläse mit Teilabdeckung und Fig. 2 das gleiche Gebläse in Vorderansicht ; in Fig. 3 ist ein anderes Ausführungsbeispiel veranschaulicht, bei dem die Läuferschaufeln eines Axialgebläses nacheinander verschieden gerichtete Strömungen durcheilen, und Fig. 4 zeigt eine Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 mit geschnittenem Gehäuse.
Nach Fig. l und 2 läuft das Schaufelrad 1 in einem Gehäuse 2 und ist bei dem dargestellten Beispiel vierflügelig ausgebildet. In Strömungsrichtung vor dem Schaufelrad 1 ist ein Körper 3 angeordnet, der eine Teilung des Schaufelrades 1 abdeckt. Dadurch wird erreicht, dass die Schaufeln des Schaufelrades 1 bei jeder Umdrehung durch einen nicht durchströmten Bereich laufen, so dass ein Abbau der inzwischen in der Entwicklung begriffenen Grenzschicht erfolgt. Es kann sich also bei dem. erfindungsgemäss ausgebildeten Gebläse an den Schaufeln des Schaufelrades lkeine Grenzschicht mit den damit verbundenen Grenzschichtwirbeln ausbilden.
Der Wirkungsgrad der Schaufeln wird dadurch so weit erhöht, dass die Verkleinerung des Strömungsquerschnittes durch die Anordnung des Abdeckkörpers 3 mehr als aufgehoben wird. Darüber hinaus sind die Schaufeln bei dem erfindungsgemäss ausgebildeten Gebläse weitgehend unempfindlich gegen Änderungen der Anströmrichtung, d. h. das Gebläse wird über einen weiten Drehzahlbereich mit sehr gutem Wirkungsgrad arbeiten. Auch die Formgebung der Schaufeln braucht nicht mit sonst üblicher hoher Präzision ausgeführt zu sein.
Die erfindungsgemässe Ausbildung des Axialgebläses lässt sich besonders vorteilhaft bei Gebläsen mit einer Vielzahl von relativ kleinen Schaufeln anwenden, weil hiebei der abzudeckende Bereich relativ klein ist und anderseits die Vielzahl von Schaufeln nicht mit hoher Präzision ausgeführt zu sein braucht.
Bei dem in Fig. 3 und 4 dargestellten Gebläse läuft ein Gebläseläufer 4 in einem Gehäuse 6 um, das in axialer Richtung durch eine Wand 7 unterteilt ist. Die Schaufeln 5 des Gebläseläufers 4 sind um ihre Längsachsen schwenkbar angeordnet und werden durch ein an sich bekanntes, z. B. eine Steuerkurve aufweisendes Getriebe jeweils beim Passieren der Trennwand 7 derart verstellt, dass in den beiden durch die Trennwand 7 im Gehäuse 6 gebildeten Kanälen gegenläufige Förderströme entstehen.
Jede Schaufel 5 durchläuft demnach bei jeder Umdrehung des Gebläseläufers 4 zwei verschieden gerichtete Strömungen. Die Zeitdauer, innerhalb welcher sich jede Schaufel in gleichbleibender Strömung befindet, ist so gering, dass sich keine Grenzschicht mit entsprechender Wirbelbildung und Ablösung ausbilden kann. Es ist hiedurch möglich, eine grobe Profilierung der Schaufeln vorzusehen, die für beide durchlaufenen Förderrichtungen gleich wirkungsvoll ist.
Die beiden Förderströme können durch entsprechende Kanalführung hinter dem Gebläse vereinigt werden. Es ist auch möglich, den Förderstrom nach dem ersten Durchtritt durch das Gebläserad umzulenken und auf der anderen Seite ein zweites Mal, d. h. zweistufig, durch das Gebläserad zu führen.
PATENTANSPRÜCHE : 1. Verfahren zur Vermeidung der Ausbildung von den Wirkungsgrad von Strömungs-Arbeitsmaschinen beeinträchtigenden Wirbeln im Grenzschichtbereich von umströmten Körpern, insbesondere an Schaufeln von Gebläseläufern, dadurch gekennzeichnet, dass die relative Geschwindigkeit zwischen umströmtem Körper und umströmendem Medium jeweils vor der Ausbildung von Wirbeln im Grenzschichtbereich bzw. vor deren Ablösung in ihrer Richtung und/oder Grösse geändert wird.