Turbomaschine Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine druckerzeugende Turbomaschine, und insbesondere auf ein Querstromgebläse, bei welchem ein Raum durch einen Förderrotor in einer Oberdruck- und eine Unterdruckkammer aufgeteilt ist. Die Erfindung be zweckt, bei Turbomaschinen der genannten Art eine Verbesserung des Wirkungsgrades und eine Erhöhung des spezifischen Förderdrucks, insbesondere bei klei nen spezifischen Liefermengen.
Es ist bekannt, dass Querstromgebläse einen relativ hohen Wirkungsgrad bei grossen Liefermengen errei chen. Druck und Wirkungsgrad sinken jedoch bei kleineren Liefermengen stark ab. Massgebend ist die dimensionslose Volumenziffer
EMI0001.0004
in der<I>Q</I> die Liefermenge,<I>D</I> den Rotordurchmesser, <I>b</I> die Rotorbreite in axialer Richtung und<I>u</I> die Um fangsgeschwindigkeit der Rotorperipherie bedeuten. Kleine Kennziffern<B>99</B> sind vielfach erwünscht, bei spielsweise bei Ventilatoren, bei denen möglichst ge ringe Strömungsgeschwindigkeiten vorkommen sollen, oder bei Gebläsen und Pumpen für im Verhältnis zum Förderdruck kleine Fördermengen.
Ein Zweck der vorliegenden Erfindung besteht somit in der Verbesserung des Wirkungsgrades bei Turbomaschinen, welche bei kleinen Volumenziffern <B>99</B> arbeiten sollen.
Die Turbomaschine gemäss der vorliegenden Er findung ist nun dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorhanden sind, welche an der Rotorperipherie an der übergangsstelle der Rotorschaufeln von der Unter druckkammer in die Oberdruckkammer einen Unter druck gegenüber der ersteren erzeugen.
In den beiliegenden Zeichnungen sind einige Aus führungsbeispiele der erfindungsgemässen Turbo- maschine dargestellt, wobei die Fig. 1 bis 4 Quer schnitte durch Turbomaschinen darstellen und Fig. 5 ein Diagramm.
Die in Fig. 1 im Querschnitt dargestellte Turbo maschine besteht aus einem Gehäuse 1, in welchem sich ein Rotor 2 befindet. Dieser Rotor besitzt in regelmässigen Abständen am Umfang verteilte Schau feln 3. Der Gebläserotor wird von dem zu fördern den Medium quer durchströmt, wie dies durch die Stromlinien 4 schematisch angedeutet ist.
Der Rotor 2 teilt den Innenraum des Gehäuses in eine Oberdruck kammer 6 und eine Unterdruckkammer 5, wobei das Gehäuse an den Stellen 7 und 8 bis nahe an die äussere Begrenzung des Rotors herangeführt ist. In der Oberdruckkammer 6 kann ferner ein Abdeckkör- per 9 vorgesehen sein, welcher bereits eine Verbes serung des Wirkungsgrades der Turbomaschine zur Folge hat.
Die Wirkung dieses Abdeckkörpers sowie seine Dimensionierung ist in der schweizerischen Pa tentschrift Nr. 344170 näher beschrieben. Das zu för dernde Medium kann senkrecht zu der Achsrichtung des Rotors in die Unterdruckkammer 5 einströmen bzw. aus der Oberdruckkammer 6 ausströmen; es be steht jedoch auch die Möglichkeit, das Medium durch achsparallele Kanäle, welche in Fig. 1 schematisch bei 10 und 11 angedeutet sind, zu- bzw. abzuführen.
Es hat sich nun herausgestellt, dass sich eine we sentliche Verbesserung des Wirkungsgrades der Ma schinen der genannten Art dann ergibt, wenn, in Drehrichtung gesehen, unmittelbar vor dem Vorsprung 7 der inneren Gehäusewandung, das heisst der über trittsstelle der Schaufeln des Rotors von der Unter druck- in die Oberdruckkammer, ein Unterdruck er zeugt wird. Ein an dieser Stelle erzeugter Unterdruck wirkt beschleunigend auf die den Rotor in Drehrich tung gesehen nach 7 verlassende Strömung, wodurch die Strömungsverluste im Rotor stark vermindert und gleichzeitig der im Rotor erzeugte Gesamtdruck we sentlich erhöht wird.
Der Unterdruck an dieser Stelle kann zum Beispiel dadurch erzeugt werden, dass eine schlitzförmige Öffnung 12 vorgesehen wird, durch welche eine entsprechende Menge des geförderten Mediums abgesaugt wird. Der Schlitz kann zu diesem Zweck beispielsweise an eine Pumpe angeschlossen werden. Der Schlitz kann sich jedoch auch diffusor- artig erweitern, wodurch ebenfalls eine Saugwirkung erzielt wird.
Daneben besteht auch die Möglichkeit, den Unterdruck durch eine entsprechende Ausbildung der Gehäusewand an der Übergangsstelle der Rotor schaufeln von der Unterdruck- in die Oberdruckkam mer zu erreichen. Beispiele hierfür sind in den Fig. 2 bis 4 dargestellt, wobei jeweils gleiche Teile mit glei chen Bezugsziffern bezeichnet sind.
Bei dem in Fig. 2 im Schnitt dargestellten Gebläse ist an der Übergangsstelle der Rotorschaufeln von der Unterdruckkammer in die Oberdruckkammer eine sackförmige Ausnehmung 15 in der Gehäusewandung vorgesehen. Diese Ausnehmung 15 wird zu der Un terdruckkammer hin durch einen zu dem Rotor ge richteten Vorsprung 17 begrenzt, welcher jedoch nicht bis an den Rotor heranreicht.
Der entsprechende Vor sprung 16 der Gehäuseinnenwand zwischen der Aus- nehmung 15 und der Oberdruckkammer 6 reicht hin gegen vorzugsweise bis dicht an den äusseren Umfang des Rotors heran.
Bei einer wie beschriebenen Ausbildung der Ge häusewandung an der genannten übertrittsstelle bil den sich in dieser Wirbel, wie dies durch den Pfeil 18 schematisch angedeutet ist. Dieser Wirbel bewirkt je doch - wie Messungen eindeutig ergeben haben den gewünschten Unterdruck. Es ist in jedem Fall dabei anzustreben, das Zentrum dieses Wirbels mög lichst nahe an den Rotorumfang heranzubringen.
Fig. 3 zeigt eine Verbesserung des in Fig. 2 dar gestellten Gebläses. Hier ist in der Ausnehmung 15 ein nierenförmiger Körper 20 vorgesehen, welcher mit seiner einen Längsseite an den Umfang des Rotors 2 nahezu anliegt. Dieser Körper kann sich der Form der Ausnehmung 15 anpassen; er bewirkt eine weitere Annäherung des Wirbels an den Rotorumfang.
Fig. 4 zeigt schliesslich eine weitere Verbesserung des Einsatzkörpers 20. Wie aus Fig. 4 zu ersehen ist, besitzt dieser eine Ausnehmung 21, welche ähnliche Form aufweist wie die Ausnehmung 15. In dieser Ausnehmung 21 ist ein weiterer, ovaler Körper 22 vorgesehen.
Aus Fig. 5 ist die durch die Erfindung erzielte Leistungsverbesserung zu ersehen. Auf der Abszisse ist die dimensionslose Volumen-Kennziffer
EMI0002.0050
aufgetragen, während auf der Ordinate die ebenfalls dimensionslose Druckzahl
EMI0002.0052
aufgetragen ist, wobei p,-pl die durch die Anlage erreichte Druckdifferenz ist, o die Dichte des geför derten Mediums und u die Umfangsgeschwindigkeit des Rotors.
Die Kurve a wurde mit einem Gebläse er mittelt, welches ähnlich wie das in Fig. 1 dargestellte ausgebildet ist, jedoch keine Mittel zur Erzeugung eines Unterdruckes an der Übergangsstelle der Rotor schaufeln von der Unterdruckkammer in die Ober druckkammer aufwies. Die Kurve b wurde bei einer Turbomaschine gemäss Fig. 3 aufgenommen. Wie ohne weiteres zu ersehen ist, sind die Werte der Kurve b um durchschnittlich 20 0/a grösser als diejenigen der Kurve a.
Lediglich beispielsweise sei angegeben, welche Druckverhältnisse zu guten Ergebnissen führen kön nen. Der Druck in der Unterdruckkammer sei p1, der Druck in der Oberdruckkammer p,, während der an der Übergangsstelle der Rotorschaufeln von der Unter druck- in die Oberdruckkammer p" sein soll. Die Dif ferenz pl-p" kann beispielsweise bei 0.7 liegen, wäh rend p,-pl - 3 sein kann.