Zentrifugalfördermaschine.
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Vorliegende <SEP> Erfindung <SEP> betrifft <SEP> Zentri fugalförderma:schinen, <SEP> wie <SEP> Verdichter <SEP> und
<tb> Pumpen, <SEP> und <SEP> bezweckt <SEP> eine <SEP> weitgehende <SEP> Ver grösserung <SEP> d.er <SEP> Förderleistung <SEP> solcher <SEP> Ma schinen.
<tb> Es <SEP> soll <SEP> hier <SEP> darauf <SEP> hingewiesen <SEP> werden,
<tb> dass, <SEP> obschon <SEP> die <SEP> Erfindung <SEP> nachfolgend <SEP> im
<tb> Zusammenhang <SEP> -mit <SEP> der <SEP> Verdichtung <SEP> von
<tb> Luft <SEP> beschrieben:
<SEP> wird, <SEP> sie <SEP> auch <SEP> für <SEP> andere
<tb> Fluida. <SEP> verwendet <SEP> werden <SEP> kann.
<tb> Es <SEP> sind <SEP> schon <SEP> früher <SEP> eine <SEP> Reihe <SEP> von <SEP> Vor schlägen <SEP> betreffend <SEP> Zentrifuga:Iverdichter <SEP> be kanntgeworden. <SEP> Bei <SEP> einem <SEP> Verdichter <SEP> mit
<tb> beidseitigem <SEP> Luftzutritt, <SEP> .dessen <SEP> radial <SEP> ange ordnete <SEP> Laufschaufeln <SEP> bis <SEP> zum <SEP> axialen <SEP> Ein tritt <SEP> ins <SEP> Laufrad <SEP> verlängert <SEP> sind, <SEP> ist <SEP> vorge .chla.gen <SEP> worden, <SEP> .dem <SEP> axial <SEP> zuströmenden
<tb> Luftstrom <SEP> mittels- <SEP> ortsfester <SEP> Eintritt-Leit schaufeln <SEP> eine <SEP> Drallbewegung <SEP> zu <SEP> erteilen,
<tb> und <SEP> zwar <SEP> so, <SEP> dass,
<SEP> unter <SEP> Berücksichtigung
<tb> der <SEP> mit <SEP> dem <SEP> Radius <SEP> zunehmenden <SEP> Umfangs geschwindigkeit <SEP> am <SEP> Eintritt <SEP> ins. <SEP> Laufrad, <SEP> die
<tb> Drallkomponente <SEP> proportional <SEP> mit <SEP> dem <SEP> Ra dius <SEP> wächst. <SEP> Andere <SEP> Vorschläge <SEP> bezweckten,
<tb> eine <SEP> radial <SEP> einwärtsgerichtete <SEP> (zentripetale)
<tb> Strömung <SEP> in <SEP> Spiralform <SEP> überzuführen, <SEP> wozu
<tb> rotierende <SEP> Schaufeln <SEP> vorgesehen <SEP> waren, <SEP> die
<tb> als <SEP> Verlängerungen <SEP> der <SEP> Zentrifugalschaiüeln
<tb> im <SEP> axialen <SEP> Abstand <SEP> von <SEP> denselben <SEP> angeord net <SEP> waren..
<SEP> In <SEP> Verbindung <SEP> mit <SEP> solch <SEP> einem
<tb> letzteren <SEP> Vorschlag <SEP> wurde <SEP> die <SEP> Verwendung
<tb> solcher <SEP> Verlängerungen <SEP> selbst <SEP> als <SEP> rotierende
<tb> Schaufeln <SEP> unberücksichtigt <SEP> gelassen <SEP> oder übergangen, ebenso wie die Verwendung ro tierender Schaufeln mit radial variierendem Einströmwinkel. Die Tatsache, dass die orts festen Schaufeln einen Drall hervorrufen müssen, derart, dass sich die Drallkompo nente umgekehrt proportional zum Radius ändert, und dass daher die Laufschaufeln an ihrem Eintritt dieser Änderung angepasst sein müssen, ebenso wie der Vergrösserung der Umfangsgeschwindigkeit proportional zum Radius, scheint somit in solch früheren Vor schlägen unbeachtet geblieben zu sein.
Die erfindungsgemässe ZentrifugaIförder- maschine mit wenigstens einseitig angeord netem Eintritt-Leitkanal, in dem das Flui dum anfänglich radial und dann axial strömt, ist dadurch ausgezeichnet, dass an letzterem ortsfeste Eintritt-Leitschaufeln sol cher Bauart angeordnet sind, dass dem ein strömenden Medium eine Drallbewegung im Umlaufsinn des Laufrades erteilt wird, wo bei sieh die Geschwindigkeit dieser Bewe gung in der Eintrittsebene zum Läufer um gekehrt proportional zum Radialabstand von der Maschinenachse ändert, und dass der Läufer Laufschaufeln aufweist, deren Vor derkanten an den Wurzelenden gegenüber einer Aalebene die kleinste Neigung und mit wachsenlem Radialabstand einen fort schreitend wach enden Neigungswinkel auf weisen, so,
dass das Medium bei den der Kon struktion zugrundebelegten Betriel3sbedin- g-ungen stossfrei in die Laufschaufeln ein tritt. Die Erfindung ist hauptsächlich auf Ver dichter mit beiedseitigem Lufteintritt an- wenclbar, bei denen die Lufteintritte in Form eines ringförmigen, zur Drehachse des Ver dichters koaxialen und zur Laufrad-Rota tionsebene symmetrischen Einlaufkanals an geordnet sind.
In Fällen, wo der Eintrittsteil der Lauf schaufeln durch Abbiegen derselben aus der Axialebene gebildet werden, kann es sich aus Gründen der Spannungsverteilung und der Fabrikation als notwendig erweisen, die Schaufeln an ihrer Wurzel nicht abzubiegen. Sie können dann an ihren Wurzeln, das heisst auf dem kleinsten Radius, axial verlaufen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbei spiel der Erfindung, angewendet auf einen Zentrifugal-Luftverdichter mit beidseitigem Luftzutritt, dargestellt, und zwar zeigt: Fig. 1 einen Axialschnitt durch ein sol ches Laufrad mit den Lufteinlasskanälen, und Fig. 2 einen Querschnitt nach Linie A-B von Fig. 1, mit typischen Leitschau- feln.
Das Laufrad 1 besitzt Radialschaufeln 2 beidseitig der Trennscheibe 3 in seiner Sym metrie- und Rotationsebene. Das Laufrad ro tiert in einem Gehäuse mit gegen die Axe zunächst konisch auseinanderlaufenden und dann axia1 abgebogenen Wandungen 4 resp. 4A. Die Schaufeln 2 weisen ein Stück mit ihnen bildende, axial verlaufende Verlänge rungen 2A auf, die die Eintrittsteile der Schaufeln darstellen und so gekrümmt sind, dass die einströmende Luft axial beschleu nigt wird, d.h. sie besitzen, bezogen auf eine Axialebene, einen mit dem Radius wach senden Neigungswinkel. Die Lufteinlässe des Verdichters weisen durch Wandungen 5, 6 gebildete Kanäle auf, die dem ortsfesten Ge häuse angehören, wobei die Wandungen 5 ausgesteifte Verlängerungen der Wandteile 4A darstellen.
Die Wandungen 6 können Teile der das Laufrad 1 abstützenden Trä ger oder mit diesen testverbunden sein.
In den so gebildeten ringförmigen Luft kanälen der Einlässe sind mehrere ringför mige Umlenikflächen 7 untergebracht, die zwecks Erleichterung des Einbaues in Um fangsrichtung unterteilt sein können und die in die unterteilten Kanäle radial einströ mende Luft in die axiale Richtung über führen. Diese Ringe 7 sind mittels an ihren Eintrittskanten vorgesehener Einschnitte 7A (Fig. 2) auf an ihren Innen-Randkanten ent sprechende Einschnitte aufweisenden orts festen Eintritt-Leitschaufeln 8 abgestützt. Letztere sind mittels Nieten oder derglei chen, die durch an den Aussen- und Innen rändern der Leitschaufeln angebrachte An sätze 8A hindurchgeführt sind, mit den Wandungen 5 und 6 festverbunden.
Die Leitschaufeln 8, die gegenseitig einen Ab stand von etwa<B>25</B> mm aufweisen, stützen somit die ringförmigen Umlenkflächen 7, von denen auf jeder Eintrittsseite drei vorgesehen sind, genügend mittels der genannten Ein schnitte. Die Eintrittskanten der Schaufeln 8 liegen in einer Axialebene. (s. Fig. 2) und ihre Austrittskanten schliessen mit der an einen um die Laufradachse geschlagenen Kreis ge legten Tangente einen Winkel von z. B. 42 ein. Zwischen diesen genannten Kanten sind die Schaufeln 8 kreisbogenförmig gekrümmt, und die Kanten verlaufen parallel zur Lauf radachse, wie aus Fig. 1 ersichtlich.
Die Schaufeln auf beiden Eintrittsseiten sind in derselben Richtung gekrümmt, und zwar vorwärts, das heisst in der Umlaufrichtung de- Laufrades (Pfeil in Fig.,2).
Die in :den Verdichter radial eintretende Luft wird durch die Schaufeln 8 abgelenkt, und verlässt letztere mit einer Drallkompo- nente,deren Richtung mit der Drehrichtung des Läufers übereinstimmt, um die durch .die Wandungen 5, 6 und die Ringe 7 .gebil deten Kanäle zu durchfliessen.
In letzteren wird .der Luft eine Axialkomponente erteilt, -so d.ass sie sich schraubenlinienförmig gegen .die Axialverlängeruugen 2,1 der radialen Läuferschaufeln 2 vorwärtsbewegt Die Formgebung der Schaufeln, 8, -das heisst deren Sehnenlänge und Krümmung, isst so festgelegt, dass .die Drallkomponente der Luftgeschwindigkeit umgekehrt :proportional zum Radius ist.
Die Eintrittskanten 2B der Verlängerungen 2A der Laufschaufeln 2 sind unter einem solchen Winkel angesetzt, dass die Luft bei den der Konstruktion zu grunde gelegten Betriebsbedingungen und im Hinblick auf die in der Strömung vor ihrem Auftreffen auf die Kanten 2B herrschende Drallbewegung, auf allen Radien stossfrei eintritt.
Im beschriebenen Falle, wo die Ein trittsteile 2A durch Abbiegen der axialen Verlängerungen der radialen Laufschaufeln 2 gebildet sind und wo es aus Gründen der Spannungsverteilung notwendig ist, den Wurzelteil 2C der Eintrittsteile 2A nicht ab zubiegen, ist der durch die ortsfesten Leit- schaufeln 8 hervorgerufene Drall von solcher Grösse, dass die Drallkomponente an der Wur zel der Schaufel gleich oder nur wenig ver schieden von der Umfungsgeschwindigkeit an dieser Stelle ist.
Die Relativgeschwindig keit an der Wurzel der Schaufel ist dann praktisch axial geriohtet, und die Bedingung des stossfreien Eintritts in die Laufsehaufel- verlängerungen 2A ist sogar an den Wurzeln erfüllt, wo die Schaufeln keine Neigung auf weisen, gleich wie auf allen andern Radien.
Man ist zur Annahmeberechtigt, dass ein mit der beschriebenen Einrichtung versehe- ner Verdichter mit beidseitigem Luftzutritt einen Wert von
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aufweisen könnte für ein Druckverhältnis von etwa 2,5, und = 0,4 für ein solches von etwa 5,0, wobei Q das Schluckvermögen von Luft in Kubikmeter pro Sekunde, N die sekundliche Umlaufzahl und D der Impellerdurchmesser in Meter ist. Diese Werte werden auf etwa 60% mehr geschätzt, als die beim Fehlen der erfindungsgemässen Einrichtung, und ohne in Kompressibilitäts-Schwierigkeiten am Eintritt zu geraten, erzielbaren Werte.
Vorliegende Erfindung eignet sich beson ders zur Verwendung in Masehinentypen, wie sie in den britischen Patentschriften Nr. 456980, 461887 und 471368 beschrieben sind, bei welchen es wichtig ist, den im Verhält nis zu Grösse und Gewicht grösstmöglichen Ausstoss zu erhalten. Die gewünschte Bedingung, dass sich die Drallkomponente umgekehrt proportional zum Radius verändert, kann auch durch die Verwendung von Schaufeln befriedigt wer den, die den Schaufeln 8 ähnlich, aber mit ihren Kanten geneigt zur Laufradachse an geordnet sind, wenn solche Schaufeln mit einer Verdrehung versehen werden, das heisst mit über die Schaufellänge veränderlichen Einfallwinkeln.
Indem wir uns aber des Mit tels bedienen, die Schaufelkanten parallel zur Laufradachse anzuordnen und die Strö mung in den Luftkanälen allgemein aus einer zentripetalen in die axiale Richtung überzuführen, können die Schaufeln über ihre freitragende Länge mit konstantem Querschnitt versehen sein, was natürlich praktisch ein grosser Vorteil darstellt. Aus diesem Grunde wird die beschriebene Form gebung für die ortsfesten Eintritt-Leitschau- feln bevorzugt, aber es können auch andere Formen in Betracht kommen.