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Die Erfindung betrifft ein Laufrad für hydrodynamische Pumpen und Ventilatoren, das mit untereinander gleichen Schaufeln versehen ist, wobei die Anstellwinkel der Profillinie auf der Saug- und Druckseite von der
Eintrittskante bis zur Austrittskante sich allmählich ändern, wobei die Profillinie sowohl auf der Saug- als auch auf der Druckseite einen Wendepunkt im Winkelverlauf aufweist.
Solche Laufräder sind z. B. aus der Schweizer Patentschrift Nr. 306750 bzw. der brit. Patentschrift Nr. 4, 810 aus 1906 oder der USA-Patentschrift Nr. 1, 167, 241 bekannt.
Gegenwärtig werden bei den Laufrädern hydrodynamischer Pumpen und Ventilatoren Schaufeln solcher
Formen verwendet, bei denen sich die Winkel allmählich in einer Richtung ändern, u. zw. sich entweder vergrössern oder gleich bleiben. Dabei vergrössert sich der durch die Beziehung M = p. Q (r. cu) ausgedrückte
Drehimpuls, worin M = der Drehimpuls, p = die Dichte des geförderten Mediums, Q-die in einer Zeiteinheit geförderte Menge, r-der allgemeine Halbmesser und cu-die Komponente der absoluten Geschwindigkeit ist, von dem Eintritt zum Austritt allmählich so, dass er am Austritt den höchsten Wert erreicht. Die so konstruierten Schaufeln erscheinen nach der Verebnung als einfach gekrümmt oder als gerade (in Form einer logarithmischen Spirale). Die erwähnte Lösung wird allgemein als eine optimale Lösung angesehen.
Die hydraulischen Eigenschaften der auf diese Weise konstruierten Schaufeln können kaum weiter verbessert werden.
Ziel der Erfindung ist es, ein Laufrad für hydrodynamische Pumpen und Ventilatoren zu schaffen, deren bedeutendste hydraulischen Eigenschaften, d. h. der Wirkungsgrad und die Kavitationseigenschaften bei gleichzeitiger Einschränkung der Pulsationen und des Geräuschpegels wesentlich besser als bei den bekannten
Pumpen sind.
Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass der Anstellwinkel auf der Druckseite von der
Eintrittskante bis zum Wendepunkt B zu- und von diesem bis zur Austrittskante abnimmt und auf der Saugseite von der Eintrittskante bis zum Wendepunkt A ab- und von diesem bis zur Austrittskante zunimmt, dass sowohl der druckseitige als auch der saugseitige Wendepunkt A in der Profillinie im Schnittpunkt einer durch die Austrittskante bzw.
Eintrittskante der der jeweiligen Profillinie benachbarten Schaufel gehenden logarithmischen
Spirale mit der jeweiligen Profillinie angeordnet ist, wobei der Neigungswinkel der Spiralen gegenüber zur Rotationsachse des Laufrades konzentrischen Kreisen zwischen 10 bis 40 beträgt, dass der Anstellwinkel am druckseitigen Wendepunkt B um 10 bis 60 grösser ist als der druckseitige Eintrittswinkel und der Anstellwinkel am druckseitigen Austritt um 5 bis 50 kleiner ist als der Anstellwinkel am druckseitigen Wendepunkt B und dass der Anstellwinkel am saugseitigen Wendepunkt A um 1 bis 200 kleiner ist als der saugseitige Eintrittswinkel und am saugseitigen Austritt um 10 bis 60 grösser ist als der Anstellwinkel am saugseitigen Wendepunkt A.
Durch die erfindungsgemässe Schaufelform werden die in den Schaufelkanälen des Laufrades auftretenden Sekundärströmungen, die Ungleichmässigkeiten in der Druck- und Geschwindigkeitsverteilung in den einzelnen Kanälen zur Folge haben, wesentlich verringert. Die Ungleichmässigkeiten der Druckverteilung führen zu lokalen Unterdruckspitzen, welche die Kavitationseigenschaften der Pumpe verschlechtern. Der Grund für das Auftreten dieser sekundären Strömungen ist die ungleichmässige Energieverteilung im Bereich des Schaufelkanals. Die Änderung der Bewegungsgrösse, welche die Saug- und die Druckoberfläche der Schaufeln dem geförderten Medium auf dem Wege vom Eintritt zum Austritt erteilt, hängt direkt mit der Verteilung der spezifischen Energie im Kanal zusammen.
Die erfindungsgemässe Schaufelform sichert eine möglichst gleichmässige Energieverteilung quer durch den Schaufelkanal am Ein- und Austritt, vor allem in den unüberdeckten Teilen des Kanals am Ein- und Austritt. Infolge der auf die Flüssigkeitsteilchen im rotierenden Schaufelraum wirkenden Trägheitskräfte sind die Bedingungen für die Erteilung einer Änderung der Bewegungsgrösse an jeder der beiden Schaufelwände verschieden. Auf Grund der Lösung von Differentialgleichungen für die Strömung einer inkompressiblen Flüssigkeit unter Geltendmachung optimierender Bedingungen für die Verteilung von Druck und Geschwindigkeit am Ein- und Austritt des Laufrades gelangte der Erfinder zu der erfindungsgemässen Schaufelform.
Die erfindungsgemässe Schaufelform hat ausser der genannten Verringerung der Pulsationen und der Unterdruckspitzen noch den Vorteil, dass der hydraulische Wirkungsgrad erhöht wurde, da die sekundären Strömungen den Charakter parasitärer Mittel tragen, in denen ein Teil der Energie vernichtet wird. Bei Durchsatzmengen, die geringer sind als die nominale, wird bei der erfindungsgemässen Schaufelform die Strömung im Laufrad dadurch stabilisiert, dass die Intensität der sekundären Strömungen geringer ist. Das hat auf die Stabilität der Pumpencharakteristik einen günstigen Einfluss.
Die Erfindung wird an Hand der ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnungen näher erläutert. Es
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: Fig. 1Verlauf durch den Neigungswinkel gegenüber der Drehrichtung wie in Fig. 3 abgewickelt veranschaulicht gegeben ist. Gemäss Fig. 3 vergrössert sich der Winkel der Schaufel--11--auf der Druckseite der Schaufel--11--
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zwischen der druckseitigen Profillinie und einer logarithmischen Spirale--16--, wobei die sich verkleinernde logarithmische Spirale--16--von der Austrittskante --14-- der benachbarten Schaufel--11--ausgeht
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und quer durch den Schaufelkanal verläuft.
Auf der Saugseite der Schaufel --11-- verkleinert sich der
Neigungswinkel der Schaufel allmählich von der Eintrittskante --13-- bis zum Wendepunkt--A--, welcher im Schnittpunkt zwischen der saugseitigen Profillinie und einer logarithmischen Spirale--17--liegt, wobei die sich vergrössernde logarithmische Spirale--17--von der Eintrittskante --13'-- der benachbarten Schaufel ausgeht und quer durch den Schaufelkanal verläuft. Angefangen von dem Wendepunkt--A--bis zur Austrittskante--14--vergrössert sich der Winkel der Schaufel --11-- auf der Saugseite allmählich.
Die Form der logarithmischen Spirale--16, 17--und somit auch die Lage der Wendepunkte--A und B-wird durch die nach einer analytischen Methode angestellte Berechnung bestimmt. Ähnlich bestimmt die analytische Berechnung den Verlauf der Winkel in den genannten Abschnitten in Abhängigkeit von der Reaktionsstufe des Laufrades und der vorgegebenen Parameter.
Grundsätzlich sind die Werte der Winkel folgende : auf der Druckseite ist der Wert des Winkels im Punkt--B--um 10 bis 300 grösser als der Eintrittswinkel, der Neigungswinkel der sich verkleinernden logarithmischen Spirale-16--gegenüber zur Rotationsachse konzentrischen Kreisen beträgt zwischen 10 bis 400 und der Schaufelwinkel am Austritt um 5 bis 500 kleiner ist als der Winkel im Wendepunkt--B-- ; auf der Saugseite verkleinert sich der Schaufelwinkel im Wendepunkt--A--gegenüber dem Eintrittswinkel um 1 bis 200, der Neigungswinkel der sich vergrössernden logarithmischen Spirale --17-- gegenüber zur Rotationsachse konzentrischen Kreisen beträgt zwischen 10 und 400 und am Austritt der Schaufelwinkel um 10 bis 600 grösser ist als der Winkel im Wendepunkt--A--.