Schaufelung für mit Fliehkraft wirkende Fördermaschinen Die Erfindung bezieht sieh auf eine Schau- Felung für mit Fliehkraft wirkende Förder- mascbinen, bei welcher benachbarte Kanäle durch Schaufeln gegeneinander abgegrenzt sind. Die Schaufelung kann feststehen oder umlaufen. Die Erfindung ist dadurch gekenn zeichnet, dass die Schaufeln mindestens in zwei in der Strömung aufeinanderfolgende, durch Abstand voneinander getrennte Teil schaufeln geteilt sind.
Die einzelnen Teile der Schaufeln können eben sein, sie können in einer Ebene liegen oder einen Winkel miteinander bilden. In man chen Fällen empfiehlt es sieh, aufeinander folgende Teile einer Schaufel quer zur Strö mungsrichtung gegeneinander zu versetzen, vorzugsweise derart, dass der nachfolgende Teil einer Schaufel in Richtung der Über druckseite versetzt ist. Mindestens einer der Teile einer Schaufel kann auch gebogen sein, insbesoncdere so, dass die Strömungsrichtung gegen die Radialrichtung aufgerichtet wird. Ausserdem kann mindestens einer der Teile einer Schaufel ein Strömungsprofil aufweisen. Weiterhin ist es günstig, dem innern Schaufel teil eine grössere Länge zu geben als dem äussern Schaufelteil.
Ferner kann jeweils zwi schen den äussern Teilen der Schaufeln zweier benachbarter Schaufeln mindestens eine wei tere Schaufel eingesetzt sein.
Mit demn erfindungsgemässen Vorschlag ist es möglich, die Verluste in einer Pumpe, einem Verdichter, einem Kompressor oder derglei- chen, welche die Zentrifugalkraft mur Erzeu gung einer Druckerhöhung ausnutzen, herab zusetzen und dadurch den Wirkungsgrad der Anlage zu erhöhen. Insbesondere erhält man die guten Wirkungsgrade über einen weiten Arbeitsbereich. Die Massnahmen sind von be sonderer Bedeutung, wenn die Maschinen einen grossen Regelbereich der Fördermenge haben sollen.
In der Zeichnung sind vier Ausführungs beispiele. des Erfindungsgegenstandes Schema- tiseh dargestellt, an Hand deren die Wir kungsweise der erfindungsgemässen Anord nung näher erläutert wird.
In den Fig. 1 bis 4 ist jeweils die Rotor welle mit. 1 bezeichnet. Zwischen dem durch die Schaufeln 2 gebildeten Schaufelkranz des Laufrades 3 und der Welle 1 befindet sich ein Ringraum 4, durch den das Arbeitsmittel in die Sehaufelruig des Laufrades 3 eintreten kann. Der Pfeil 5 gibt. die Drehrichtung dies Laufrades an. Nur die als Diffusar wirken den, aus Schaiüelrä.dern bestehenden Leiträder 6 sind in den einzelnen Beispielen unterschied lieh ausgeführt.
In Fig, 1 besitzt das Leitrad 6 ebene Schaufeln 7, die jeweils aus einer innern Teil schauTel 8 und einer äussern Teilschaufel 9 bestehen und durch einen Spalt 10 vonein ander getrennt sind. Das Gehäuse 11 umgibt die gesamte Anordnung.
Die Richtung der Teilschaufel 8 und da mit auch die der Teidsehaufel 9 bildet mit der Tangente an demn innern Umfang des Leit- rades 6 den Winkel a, der in bestimmten Betriebspunkten mit der Eintrittsrichtung des strömenden Mediums in das Leitrad überein stimmt. Das Arbeitsmittel würde sich, wenn keine Schaufeln vorhanden wären, in der Bahn einer logarithmischen Spirale weiter bewegen. Durch das Schaufelgitter kann die Strömung in eine andere Richtung gezwungen werden. Die ursprüngliche Tendenz macht sich aber auch noch in dem Kanal zwischen zwei Schaufeln bemerkbar. Aus diesem Grunde versucht die Strömung, sich von der Seite 12 der Schaufel 7 abzulösen.
Es bildet sich eine Grenzschicht, die bei einer einteiligen Schaufel 7 nach aussen hin so stark anwachsen kann, dass die von ihr hervorgerufenen Verluste den Wirkungsrad der Fördermaschine beträcht lich herabsetzen können. Die Ablenkung der Strömung aus ihrer Eintrittsriehtung hat ausser dem Unterdruck auf der Seite 12 einen Überdruck auf der Seite 13 der Schaufel 7 zur Folge.
Teilt man nun die Schaufeln in die beiden Teilschaufeln 8 und 9 auf, wie es in der Zeichnung dargestellt ist, dann bewirkt der Unterdruck auf der Seite 12 und der Über druck auf der Seite 13, dass ein Teil des Ar beitsmittels von der Überdruckseite 13 der Teilschaufel 8 auf die Unterdruckseite 12 der Teilschaufel 9 hinüberwechselt und dabei die Grenzschicht, die sich auf der Unterdruckseite 12 der Teilschaufel 8 gebildet hat, von dieser Seite abstösst. Eine neue, verlustbringende Grenzschicht kann sich erst wieder langsam im Verlauf der Strömung längs der Seite 12 der Teilschaufel 9 bilden.
Wenn nun aus einem beliebigen Grund, beispielsweise infolge einer erhöhten Durch flussmenge durch die Fördermaschine, der Eintrittswinkel des Mediums in das Leitrad lieht mehr mit dem Winkel a zwischen der Schaufel 7 und der Tangente an den innern Umfang des Leitrades übereinstimmt, wirkt die Anordnung trotzdem in der gewünschten Weise. Wenn zum Beispiel der Eintrittswinkel grösser ist als der Winkel a, so würde sich auf der Seite 13 ein Unterdruck und eine Grenz- sehicht bilden, während auf der Seite 12 ein Überdruck herrschen würde.
In diesem Falle würde Arbeitsmittel von der Seite 12 der Teil schaufel 8 auf die Seite 13 der Teilsehaufel 9 hinüberwechseln und dort die Grenzschicht von dieser Seite abstossen. Selbstverständlich gibt es einen Zwischenwert des Eintrittswin kels des Arbeitsmittels, bei dem der Druck auf der Seite 12 und der Druck auf der Seite 13 in Höhe des Spaltes 10 einander gleich sind, so dass kein Arbeitsmittel von der einen auf die andere Seite übertritt.
Die Trennstelle 10 zwischen den Teilschau feln 8 und 9 soll so angeordnet sein, dass die geringsten Verluste infolge Grenzsehichtbil- dung auftreten. Der Spalt 10 muss also mög lichst weit innen liegen, damit an der Teil schaufel 8 keine zu starke Grenzschicht ent steht, er muss aber anderseits möglichst weit aussen liegen, damit sieh nicht nach dem Ab stossen der ersten Grenzschicht an der Teil- sehaufel 9 eine starke zweite Grenzschicht aus bilden kann.
Da im Normalbetrieb dlas Arbeits mittel unter dem Winkel a in das Leitrad ein tritt und eine Ablenkeng aus dieser Riehtung und damit die Tendenz zur Grenzsehiehtbil- dung erst während der Strömung zwisehen den Schaufeln 7 nach aussen hin grösser wird, ist es erklärlich, dass man vorteilhaft die Teil schaufel 8 länger ausführt als die Teilschaufel 9. Es ist klar, dass für andere Einströmrieh- tungen eine andere Aufteilung der Schaufeln notwendig sein kann.
Die bisherigen Überlegun gen gelten nur, wenn die Teilschaufeln in der Strömung auf einanderfolgen und durch einen Abstand von einander getrennt sind. Unter dieser Voraus setzung kann noch eine weitere Verhesserung dadurch erzielt werden, dass aufeinanderfol gende Teile einer Sehanfel quer zur Strö- mungsriehtung - also etwa. quer zur Resultie renden der Strömungsriehtungen in den bei den Naehba.rkanälen - gegeneinander ver setzt sind, insbesondere, wenn der naehfol- gende Teil in Richtung der Überdruckseite versetzt ist.
Auf diese Weise steht. auch bei geringerem Diniekunterschied zwischen beiden Seiten der Sehaldel eine ausreichende Arbeits- mitteImenge zum Abstossen der Crreniseltiel)t zur Verfügung. Ausserdem wird die Punmp- grenze erst bei geringerer Last erreicht.
Das Versetzen der Teilschaufeln gegeneinander darf aber einen zulässigen Wert nicht über schreiten, da sonst die erzielten Vorteile wie der aufgehoben werden; vor allem wäre es nicht mehr möglich, für unterschiedliehe Ein st römrichtungen, also beispielsweise bei wech selnder Belastung, einen durchwegs giünstigen Wirkungsgrad zu erhalten.
Im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 1. sind etwa doppelt soviel Leitschaufeln 7 wie Lauf schaufeln 2 vorhanden. Das Arbeitsmittel erhält hierdurch eine gute Führung und die Pumpgrenze wird erst bei kleinen Förder tmengen erreicht. Trotz der Erhöhung des Strömungswviderstandes ergibt sieb bei der dargestellten Aufteilung der Leitschaufeln 7 ein wesentlich besserer Wirkungsmrad als bei bekannten Diffusoren dieser Art.
Mit Hilfe der Anordnung naeh Fig. 2 kann der Wirkungsgrad für einen weiten Arbeitsbereich noch verbessert werden. Die Zahl der Leitschaufeln 7 entspricht ungefähr der der Laufschaufeln 2. Zwischen zwei äussern Teilschaufeln 9 - also an der Stelle, wo das strömende Medium am stärksten aus seiner Richtung abgelenkt würde - sind Schaufeln 14 eingesetzt. Gegenüber der in Fig. 1. dargestellten Anordnung ist die Zahl der innern Teilschaufeln auf die Hälfte her abgesetzt worden, so dass auch die Strömungs verluste, die clean Quadrat der Geschwindigkeit proportional sind und deshalb am innern Unm- fang des Leitrades ihren höchsten Wert be sitzen, wesentlich vermindert sind.
Die Verluste im Leitrad können weiterhin verkleinert werden, werin mindestens eine der Teilschaufeln ein Strömungsprofil aufweist. Vorzugsweise wird dies jeweils die innere Teilschaufel 8' sein, da sieh bei ihr die Strö mungsverluste wegen der dort vorhandenen grösseren Geschwindigkeit am stärkten be- nmerkbar machen (Fig. 3).
Die Teilschaufeln können eben sein und in einer Ebene liegen. In vielen Fällen soll alter das austretende Arbeitsmittel eine andere Richtung erhalten, als es in den vorstehend beschriebenen Anordnungen der Fall ist. Dies ist möglich, indem man eine ebene, äussere Teilschaufel 9 winklig zu einer ebenen, innern Teilschaufel 8 stellt. Besser ist es jedoch, wenn wenigstens eine der Teilschaufeln gebogen ist.
Vorzugsweise sind die Schaufelteile dann derart gekrümmt, dass sie die Strömungsrich tung gegen die Radialriehtung aufrichten, da man oftmals bestrebt ist, das Arbeitsmittel mögliehst radial aus dem Leitrad austreten zu lassen, unm beispielsweise für die Umlen kung in eine nachgeschaltete Verdichtungs stufe oder in die axiale Richtung einen mög lichst kurzen Weg zu erhalten. Derartige Teil schaufeln 9' sind in Fig. 4 dargestellt. Zwi- sehen zwei benachbarten Teilschaufeln 9' sind Schaufeln 14' eingesetzt.
Weiterhin ergibt sich aus dieser Figur, dass man ohne Sehwie- rigk eiten zur Verminderung der Strömungs verluste einen Teil der Schaufeln 7 am Ein trittsende kürzen kann.
Die Erfindung ist nicht auf zwveiteilige Leitradschaufeln besehränkt, es können auch drei- und mehrteilige Schaufeln mit Erfolg verwendet werden. Auch Laufradschaufeln können in dieser Art ausgeführt werden. Die Anordnung der Laufradschaufeln und der verschiedenen Leitradsehaufeln ist nur bei spielsweise gewählt.. Sie muss selbstverständ lich mit Püeksieht auf die besonderen Be- triebsbedingungen abgewandelt werden.
Blading for conveying machines acting with centrifugal force The invention relates to a blading for conveying machines operating with centrifugal force, in which adjacent channels are delimited from one another by blades. The blades can be stationary or revolve. The invention is characterized in that the blades are divided into at least two blades which follow one another in the flow and are separated from one another by a distance.
The individual parts of the blades can be flat, they can lie in one plane or form an angle with one another. In some cases, it is advisable to offset successive parts of a vane transversely to the flow direction against each other, preferably in such a way that the following part of a vane is offset in the direction of the overpressure side. At least one of the parts of a blade can also be bent, in particular in such a way that the direction of flow is set up against the radial direction. In addition, at least one of the parts of a blade can have a flow profile. Furthermore, it is advantageous to give the inner blade part a greater length than the outer blade part.
Furthermore, at least one further blade can be used between the outer parts of the blades of two adjacent blades.
With the proposal according to the invention it is possible to reduce the losses in a pump, a compressor, a compressor or the like, which use the centrifugal force to generate a pressure increase, and thereby increase the efficiency of the system. In particular, the good efficiencies are obtained over a wide working range. The measures are particularly important if the machines are to have a large control range for the flow rate.
In the drawing there are four execution examples. of the subject matter of the invention is shown schematically, on the basis of which the mode of action of the arrangement according to the invention is explained in more detail.
In Figs. 1 to 4, the rotor is with each shaft. 1 designated. Between the blade ring of the impeller 3 formed by the blades 2 and the shaft 1 there is an annular space 4 through which the working medium can enter the blade ring of the impeller 3. The arrow 5 gives. the direction of rotation of this impeller. Only those acting as a diffuser, from Schaiüelrä.dern existing guide wheels 6 are carried out differently borrowed in the individual examples.
In Fig, 1, the stator 6 has flat blades 7, each of which consists of an inner part of the blade 8 and an outer part of the blade 9 and are separated from each other by a gap 10. The housing 11 surrounds the entire arrangement.
The direction of the partial blade 8 and therefore also that of the Teide blade 9 forms with the tangent on the inner circumference of the stator 6 the angle α which, at certain operating points, corresponds to the direction of entry of the flowing medium into the stator. If there were no blades, the working medium would continue to move in the path of a logarithmic spiral. The flow can be forced in a different direction through the blade grille. The original tendency is also noticeable in the channel between two blades. For this reason, the flow tries to detach itself from the side 12 of the blade 7.
A boundary layer is formed which, in the case of a one-piece blade 7, can grow so strongly towards the outside that the losses caused by it can considerably reduce the efficiency of the hoisting machine. The deflection of the flow out of its inlet direction results in an overpressure on the side 13 of the blade 7 in addition to the negative pressure on the side 12.
If you now divide the blades into the two partial blades 8 and 9, as shown in the drawing, then the negative pressure on side 12 and the overpressure on page 13 causes part of the working medium from the overpressure side 13 of the Partial blade 8 changes over to the negative pressure side 12 of partial blade 9 and in the process pushes off the boundary layer which has formed on the negative pressure side 12 of partial blade 8 from this side. A new, loss-making boundary layer can only slowly form again in the course of the flow along the side 12 of the partial blade 9.
If, for whatever reason, for example due to an increased flow rate through the conveyor machine, the entry angle of the medium into the stator lends more coincides with the angle a between the blade 7 and the tangent to the inner circumference of the stator, the arrangement still works in the way you want. If, for example, the entry angle is greater than the angle α, a negative pressure and a boundary layer would form on the side 13, while an overpressure would prevail on the side 12.
In this case, working fluid would change over from side 12 of partial blade 8 to side 13 of partial blade 9 and there repel the boundary layer from this side. Of course, there is an intermediate value for the inlet angle of the working fluid at which the pressure on side 12 and the pressure on side 13 at the level of gap 10 are equal to each other, so that no working fluid passes from one side to the other.
The separation point 10 between the partial blades 8 and 9 should be arranged in such a way that the lowest losses occur as a result of boundary layer formation. The gap 10 must therefore be as far inward as possible so that a boundary layer that is not too thick is formed on the partial blade 8, but on the other hand it must be as far outside as possible so that after the first boundary layer has been pushed off the partial blade 9 does not appear strong second boundary layer can form.
Since in normal operation the working medium enters the stator at the angle α and a deflection out of this direction and thus the tendency to form boundary lines only increase outwards during the flow between the blades 7, it can be explained that one is advantageous the partial blade 8 is longer than the partial blade 9. It is clear that a different division of the blades may be necessary for other inflow directions.
The previous considerations only apply if the partial blades follow one another in the flow and are separated from one another by a distance. With this assumption, a further improvement can be achieved in that successive parts of a field of vision are transverse to the direction of flow - that is, for example. transversely to the results of the flow directions in which the adjacent ducts are offset from one another, especially if the subsequent part is offset in the direction of the overpressure side.
That way stands. Even with a smaller difference in size between the two sides of the balance, a sufficient amount of work is available to push off the crrenisel. In addition, the puncture limit is only reached with a lower load.
The offsetting of the partial blades against each other must not exceed a permissible value, otherwise the advantages achieved are canceled out; Above all, it would no longer be possible to obtain a consistently favorable level of efficiency for different directions of installation, for example with changing loads.
In the embodiment according to FIG. 1, there are approximately twice as many guide vanes 7 as rotor blades 2. This gives the work equipment good guidance and the surge limit is only reached with small delivery volumes. Despite the increase in flow resistance, the division of guide vanes 7 shown results in a significantly better degree of effectiveness than in known diffusers of this type.
With the aid of the arrangement according to FIG. 2, the efficiency can be further improved for a wide working range. The number of guide blades 7 corresponds approximately to that of the rotor blades 2. Between two outer partial blades 9 - that is, at the point where the flowing medium would be most strongly deflected from its direction - blades 14 are used. Compared to the arrangement shown in FIG. 1, the number of inner partial blades has been reduced by half, so that the flow losses, which are proportional to the square of the speed, and therefore have their highest value at the inner circumference of the stator , are significantly reduced.
The losses in the stator can be further reduced if at least one of the partial blades has a flow profile. This will preferably be the inner partial blade 8 'in each case, since it is here that the flow losses are most noticeable because of the greater speed present there (FIG. 3).
The partial blades can be flat and lie in one plane. In many cases, the emerging work medium should be given a different direction than is the case in the arrangements described above. This is possible by placing a flat, outer partial blade 9 at an angle to a flat, inner partial blade 8. However, it is better if at least one of the partial blades is bent.
The blade parts are then preferably curved in such a way that they straighten the direction of flow against the radial direction, since efforts are often made to allow the working fluid to exit the stator as radially as possible, unm, for example, for the diversion into a downstream compression stage or into the axial one Direction to get as short a path as possible. Such part blades 9 'are shown in FIG. Blades 14 'are used between two adjacent partial blades 9'.
This figure also shows that part of the blades 7 at the inlet end can be shortened to reduce the flow losses without visual impairments.
The invention is not limited to two-part stator blades; three-part and multi-part blades can also be used with success. Impeller blades can also be designed in this way. The arrangement of the impeller blades and the various stator blades has only been chosen as an example. It must of course be modified with special attention to the operating conditions.