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Axialverdichter, Gebläse oder Ventilator
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Durchflussbahn. Die Energieverluste, die von der Bahnlänge abhängen, vergrössern sich darum auch mit abnehmender Steigung der absoluten Bahn.
Aus dieser Analyse geht deutlich hervor, dass das Bestreben nach der Herabsetzung der Verluste durch die Verkürzung der Bahn des strömenden Mediums in bezug auf das Gehäuse mit einer beträchtlichen Verlängerung der Bahn relativ zum Läufer verbunden ist. Diese Tatsache hat zur Folge, dass nur eine geringe Vergrösserung des Wirkungsgrades der Maschine durch die Wahl eines höheren Reaktionsgrades erreicht werden kann. Dadurch wird auch klar, warum verschiedene Lösungen beim Entwurf von Axialverdichtern sich-solange es sich um den erreichbaren Wirkungsgrad handelt-voneinander nur unwesentlich unterscheiden und warum alle in dieser Richtung unternommenen Massnahmen nur zu unbedeutenden Resultaten führten.
Die Bauart des Axialverdichters, Gebläses oder Ventilators, welche den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet, stellt eine durchaus neue Lösung des eben erörterten Problems dar, durch welche die Nachteile der bisher üblichen Konstruktionen restlos beseitigt werden. Bei dem erfindungsgemässen Verdichter wird die Bahn des strömenden Mediums in bezug auf das Gehäuse und relativ zum Läufer dadurch gekürzt, dass der Wert der Ablenkung der Durchflussgeschwindigkeit in dem Raume zwischen den Leitund Laufradschaufeln von der Axialrichtung höchstens auf 45"begrenzt wird.
Diese Massnahme an sich würde jedoch zu einer unangemessenen Verkürzung der Schaufeln führen, und der durch die Verminderung der Reibungsverluste infolge Verkürzung der Bahn erreichte Gewinn an Wirkungsgrad würde durch die erhöhten Randverluste aufgehoben. Die Verbesserung wird daher gemäss der vorliegenden Erfindung erst dadurch erzielt, dass die Abmessungen des Verdichters zugleich einer besonderen Bedingung entsprechen müssen, nämlich, dass das Produkt der dritten Potenz des Aussendurchmessers D"und der Umdrehungen, dividiert durch das Durchflussvolumen, höchstens den numerischen Wert 50 annehmen kann.
Diese Bedingung kann mathematisch in Form der folgenden Gleichung ausgedrückt werden :
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dichters, Gebläses oder Ventilators, der die oben erwähnten Bedingungen berücksichtigt, gewährleistet gleichzeitig eine genügende Länge der Schaufeln und damit auch einen angemessenen Wert der Randverluste.
Aber auch diese Kombination der Bedingungen sichert noch nicht die Erreichung der bestmöglichen Resultate. Das Wesen der vorliegenden Erfindung besteht darum in der Verbindung der beiden oben erwähnten Bedingungen mit der dritten Bedingung, die darin besteht, dass die Leitrad-und Laufradschaufeln aus Profilen bestehen müssen, deren Dicke 12 o der Profilsehne nicht übersteigt.
Die Kombination aller dieser Bedingungen führt zur Verringerung der Abmessungen der Maschine, zur Erhöhung ihres Wirkungsgrades und zugleich zur Herabsetzung der Umfangsgeschwindigkeit, die für die gewünschte Stufenverdichtung nötig ist. Die erfindungsgemässe Ausführung des Axialverdichters ergibt eine Herabsetzung des für die Verdichtung nötigen Energieverbrauchs, wodurch gleichzeitig die Anschaffungskosten der Maschine erniedrigt werden und der von der Maschine samt Antrieb eingenommene Raum verringert wird.
Das Wesen der vorliegenden Erfindung, das in den vorherigen Abschnitten prinzipiell erklärt wurde, soll nun an Hand des in den Fig. 3 a, 3 b, 3 c schematisch dargestellten Beispiels noch näher und ausführlicher erläutert werden.
In Fig. 3 a ist ein Geschwindigkeitsdreieck gezeigt, das für die erfindungsgemässe Verdichteranordnung charakteristisch ist. Fig. 3 b zeigt einen Schnitt durch die Beschaufelung und die Fig. 3 c veranschaulicht
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Aus der Zeichnung ist ersichtlich, dass die erfindungsgemässe Anordnung eine wesentliche Verkürzung der Strombahn sowohl relativ zum Läufer als auch in bezug auf das Gehäuse gewährleistet. In engem Zusammenhang mit diesem Tatbestand ist die Erniedrigung der Verluste, die von der Grösse des umströmten Profils abhängen. Gleichzeitig zeigt das Geschwindigkeitsdreieck deutlich, dass für eine gewisse axiale Durchflussgeschwindigkeit Wa die Umfangsgeschwindigkeit klein ist, so dass bei kleinerem Durchmesser der Maschine und bei niedrigen Umdrehungen hohe Durchflussgeschwindigkeiten erzielt werden können.
Dank dem grossen Wert der Lieferzahl ist die von dem Läufer auf das strömende Medium übertragene Arbeit auch bei kleinen Umfangsgeschwindigkeiten sehr gross, wodurch eine beträchtliche Stufen-
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verdichtung erzielt werden kann. Die erreichbaren Werte der Druckzahl übersteigen wesentlich diejenigen Werte, die bei den jetzigen Ausführungen der Axialverdichter üblich sind.
Der Grundgedanke der vorliegenden Erfindung kann natürlich auch in einer Reihe anderer Anordnungen der Geschwindigkeitsdreiecke als in den in Fig. 3 a, 3 b, 3 c gezeigten realisiert werden. So z. B. kann man durch die Veränderung des Reaktionsgrades die Grösse der Stufenverdichtung und die Form der Charakteristik beeinflussen.
Wird in diesem Falle die erfindungsgemässe Kombination der drei Bedingungen eingehalten, d. h. die Begrenzung der Ablenkung der Stromrichtung von der axialen Richtung auf Werte, die 45'nicht übersteigen, die Gültigkeit der Grenzgleichung für die Abmessungen des Verdichters und die Begrenzung der Dicke der Schaufelprofile auf höchstens 12% der Profilsehne, wird auch dann eine solche Herabsetzung des Energieverbrauchs, Erniedrigung der Anschaffungskosten und Verminderung der Abmessungen der Maschine samt Antrieb erreicht, die bei dem heutigen Stand der Technik auf diesem Gebiete nicht üblich sind.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Axialverdichter, Gebläse oder Ventilator, bestehend aus Lauf- und Leiträdern, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung der Durchflussgeschwindigkeit in dem Raume zwischen den Schaufelgittern des Laufrades und des Leitrades von der Axialrichtung höchstens um 450 abweicht, wobei zugleich die Abmessungen des Verdichters die Bedingung erfüllen, dass das Verhältnis des Produktes der Umdrehungen und der dritten Potenz des Läuferdurchmessers, gemessen an den Spitzen der Laufschaufeln, zu dem von dem Verdichter in einer Sekunde durchgesetzten Volumen höchstens 50 beträgt und die Leitrad- und Laufradschaufeln aus Profilen gebildet sind, deren Dicke 12% der Profilsehne nicht übersteigt.