DE102015213549A1

DE102015213549A1 - Seitenkanal-Maschine

Info

Publication number: DE102015213549A1
Application number: DE102015213549.7A
Authority: DE
Inventors: Rudi Dittmar; Peter Fischer
Original assignee: Gardner Denver Deutschland GmbH
Current assignee: Gardner Denver Deutschland GmbH
Priority date: 2015-07-17
Filing date: 2015-07-17
Publication date: 2017-01-19
Also published as: WO2017013021A1; EP3325812A1; EP3325812B1; CA2992672A1; US20180202447A1; US11248615B2; US10767654B2; JP2018520295A; US20210095677A1; CN108138785A; EP3792495A1; US11536281B2; US20230193907A1; ES2846857T3; US20220228595A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Seitenkanal-Maschine, die ein Gehäuse (4a), einen in dem Gehäuse (4a) befindlichen Seitenkanal (28) zur Führung eines Gases und mindestens eine, mit dem Seitenkanal (28) in Strömungsverbindung stehende, in dem Gehäuse (4a) ausgebildete Gas-Einlassöffnung (34) aufweist. Ferner hat die Seitenkanal-Maschine mindestens einen, sich an die mindestens eine Gas-Einlassöffnung (34) anschließenden Gas-Einlassstutzen (29a). Die Seitenkanal-Maschine umfasst außerdem mindestens eine Gas-Auslassöffnung (33) und mindestens einen, sich an die mindestens eine Gas-Auslassöffnung (33) anschließenden Gas-Auslassstutzen (31a). Ferner weist die Seitenkanal-Maschine ein in dem Gehäuse (4a) drehbares Laufrad mit in dem Seitenkanal (28) angeordneten, Laufrad-Zellen begrenzenden Laufrad-Schaufeln zur Förderung des sich in den Laufrad-Zellen befindlichen Gases von der mindestens einen Gas-Einlassöffnung (34) zu der mindestens einen Gas-Auslassöffnung (33) auf. Die Seitenkanal-Maschine weist ferner mindestens einen zwischen der mindestens einen Gas-Einlassöffnung (34) und der mindestens einen Gas-Auslassöffnung (33) angeordneten Unterbrecher (39) auf.

Description

Die Erfindung betrifft eine Seitenkanal-Maschine.
Seitenkanal-Maschinen sind aus dem Stand der Technik allgemein bekannt. Seitenkanal-Maschinen sind imstande, Gas zu fördern bzw. zu verdichten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Seitenkanal-Maschine bereitzustellen, die einen besonders hohen Wirkungsgrad hat und äußerst geräuscharm arbeitet. Ferner soll die Seitenkanal-Maschine eine sehr hohe Leistungsdichte haben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in dem unabhängigen Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Geometrieoptimierung und gezielte Strömungsführung der Seitenkanal-Maschine bewirken eine Verbesserung von mindestens einem Leistungsparameter derselben. Vorteilhafterweise ist die Leistungsdichte, der Wirkungsgrad und/oder die Geräuschentwicklung der Seitenkanal-Maschine gegenüber herkömmlicher Seitenkanal-Maschinen verbessert. Bei dem zu fördernden Gas handelt es sich vorzugsweise um Luft oder um ein technisches Gas. Die Seitenkanal-Maschine ist vorzugsweise als Seitenkanal-Gebläse oder Seitenkanal-Verdichter ausgeführt. Es ist von Vorteil, wenn die Seitenkanal-Maschine im Stande ist, im Vakuum- und/oder Kompressor-Betrieb zu arbeiten.
Die Seitenkanal-Maschine ist ein- oder mehrstufig ausgebildet.
Die mindestens eine Gas-Einlassöffnung und die mindestens eine Gas-Auslassöffnung sind in Strömungsrichtung des Gases um die Rotationsachse beabstandet zueinander angeordnet. Es ist von Vorteil, wenn zwischen diesen ein Winkel um die Rotationsachse von mindestens 170° vorliegt.
Das Laufrad steht günstigerweise mit einem Motor bzw. Antrieb in direkter oder indirekter Antriebsverbindung.
Der mindestens eine Unterbrecher ist vorzugsweise an dem Gehäuse montiert oder integraler Bestandteil desselben.
Der mindestens eine Gas-Einlassstutzen und/oder der mindestens eine Gas-Auslassstutzen ist/sind vorzugsweise an dem Gehäuse montiert oder integraler Bestandteil desselben.
Im Betrieb der Seitenkanal-Maschine wird das Gas von der mindestens einen Gas-Einlassöffnung in einer Strömungsrichtung um die Rotationsachse zu der mindestens einen Gas-Auslassöffnung gefördert, die stromabwärts zu der mindestens einen Gas-Einlassöffnung angeordnet ist. Das Gas ist so im Wesentlichen ringartig in dem Seitenkanal geführt. Es wird dabei vorzugsweise in dem Seitenkanal durch die auftretende Zentrifugalkraft nach radial außen gedrückt und anschließend wieder zum radial innenliegenden Bereich des Seitenkanals in Bezug auf die Rotationsachse geführt, wo es wieder in Laufrad-Zellen zwischen benachbarten Laufrad-Schaufeln eintritt und der Zentrifugalkraft erneut unterliegt.
Es ist von Vorteil, wenn zwei, günstigerweise nebeneinander angeordnete, Gas-Einlassöffnungen und genau eine Gas-Auslassöffnung sowie genau ein Unterbrecher vorhanden sind. Alternativ sind mehr als zwei Gas-Einlassöffnungen, mehrere Gas-Auslassöffnungen und/oder Unterbrecher vorgesehen.
Es ist zweckmäßig, wenn die Seitenkanal-Maschine zwei Laufrad-Fluten hat. Beispielsweise ist genau ein Gas-Einlassstutzen vorhanden, der ausgebildet ist, das Gas, insbesondere gleichmäßig, auf die zwei Laufrad-Fluten aufzuteilen. Alternativ ist beispielsweise jeder Laufrad-Flut ein Gas-Einlassstutzen zugeordnet.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Durch die im Wesentlichen tangentiale Anordnung des mindestens einen Gas-Auslassstutzens an dem Seitenkanal gemäß dem Unteranspruch 2 sind Druckverluste reduzierbar, was zu einer Verbesserung des Wirkungsgrads der Seitenkanal-Maschine führt. Es ist von Vorteil, wenn sich der mindestens eine Gas-Auslassstutzen absolut tangential an den Seitenkanal zum tangentialen Abführen des Gases aus dem Seitenkanal anschließt.
Auch die Ausgestaltung gemäß dem Unteranspruch 3 ergibt eine Reduzierung der Druckverluste.
Durch die Ausgestaltung gemäß dem Unteranspruch 4 sind Wirbelablösungen an den Laufrad-Schaufeln und an dem mindestens einen Gas-Auslassstutzen reduzierbar, wodurch Kennlinien-Einbußen bzw. Druckverluste vermeidbar sind. Ferner sind so Betriebsgeräusche der Seitenkanal-Maschine reduzierbar. Es ist von Vorteil, wenn sich der mindestens eine Gas-Auslassstutzen absolut übergangslos und tangential an eine den Seitenkanal nach radial außen begrenzende Decke anschließt.
Die Ausführungen zu dem Unteranspruch 4 gelten im Wesentlichen analog zu dem Unteranspruch 5. Es ist von Vorteil, wenn sich der mindestens eine Gas-Auslassstutzen absolut übergangslos und tangential an einen den Seitenkanal nach radial innen begrenzenden Bodem anschließt.
Bei der Seitenkanal-Maschine gemäß Unteranspruch 7 sind Auftreffgeräusche des Gases auf den mindestens einen Unterbrecher verhinderbar, was einen besonders geräuscharmen Betrieb der Seitenkanal-Maschine gewährleistet. Das Gas streicht so günstigerweise an der mindestens einen Wand des mindestens einen Gas-Auslassstutzens entlang. Es ist von Vorteil, wenn diese mindestens eine Wand an dem mindestens einen Unterbrecher vorliegt. Es ist zweckmäßig, wenn die mindestens eine Wand absolut parallel zu einem Absolutgeschwindigkeitsvektor des in dem Seitenkanal benachbart stromaufwärts zu dem mindestens einen Unterbrecher strömenden Gases verläuft.
Bei der Seitenkanal-Maschine gemäß dem Unteranspruch 8 ist ein Unterbrecher-Gas-Massenstrom unschädlich in den mindestens einen Gas-Auslassstutzen abführbar. Der mindestens eine Abführkanal ist günstigerweise im Querschnitt kreisförmig und verläuft vorzugsweise radial in Bezug auf die Rotationsachse. Er erstreckt sich insbesondere gerade.
Die Ausgestaltung des Unteranspruchs 9 verhindert, dass bei bestimmten Betriebspunkten der Seitenkanal-Maschine Gas ungewollt aus dem mindestens einen Gas-Auslassstutzen in den Seitenkanal bzw. den mindestens einen Unterbrecher zurückströmt, was in Bezug auf Wirkungsgrad und Geräuschentwicklung ungünstig wäre. Es ist von Vorteil, wenn das mindestens eine Ventil im Wesentlichen ausgangsseitig in Bezug auf die Strömung des Gases an dem mindestens einen Unterbrecher angeordnet ist.
Durch die Ausgestaltung gemäß dem Unteranspruch 10 ist auf einfache Art und Weise das Gas aus mindestens einer der, zu dem mindestens einen Abführkanal benachbarten Laufrad-Zellen funktionssicher absaugbar. Es ist von Vorteil, wenn die zur Bildung der Venturi-Anordnung notwendige Querschnittsverengung in dem mindestens einen Gas-Auslassstutzen vorliegt.
Durch die Ausgestaltung gemäß dem Unteranspruch 11 ist auf einfache Art und Weise das Gas aus mindestens einer der, zu dem mindestens einen Abführkanal benachbarten Laufrad-Zellen funktionssicher absaugbar.
Durch die Ausgestaltung gemäß dem Unteranspruch 12 ist auf einfache Art und Weise das Gas aus mindestens einer der, zu dem mindestens einen Abführkanal benachbarten Laufrad-Zellen funktionssicher absaugbar.
Durch die in dem Unteranspruch 14 angegebene Beabstandung zwischen der stromabwärtigen Eintrittsöffnung des mindestens einen Absaugkanals in den Seitenkanal und einem stromaufwärtigen Beginn des mindestens einen Absaugkanals sind Beeinträchtigungen des Ansaugens des Gases in den mindestens einen Absaugkanal verhinderbar.
Gemäß dem Unteranspruch 15 ist in dem mindestens einen Unterbrecher mindestens eine, von dem Seitenkanal ausgehende Entspannungsnut angeordnet. Durch die mindestens eine Entspannungsnut ist das Entspannungsgeräusch des Gases, das im Betrieb der Seitenkanal-Maschine durch den aus den Laufrad-Zellen austretenden, gespannten Unterbrecher-Gas-Massenstrom entsteht, reduzierbar. Ferner sind Nutz-Volumenströme durch Blockieren eines Einströmquerschnitts reduzierbar.
Durch die Ausgestaltung gemäß dem Unteranspruch 16 sind Einflüsse der Zellenentspannung in dem mindestens einen Gas-Einlassstutzen vermeidbar, sodass der Nutz-Ansaug-Volumenstrom unbeeinflusst bleibt.
Die Ausgestaltung gemäß dem Unteranspruch 17 verhindert wirksam die Entstehung von Geräuschen und Turbulenzen.
Durch die im Wesentlichen tangentiale Anordnung des mindestens einen Gas-Einlassstutzens an den Seitenkanal gemäß dem Unteranspruch 18 sind Druckverluste reduzierbar, was zu einer Verbesserung des Wirkungsgrads der Seitenkanal-Maschine führt. Es ist von Vorteil, wenn sich der mindestens eine Gas-Einlassstutzen absolut tangential an den Seitenkanal zum tangentialen Einführen des Gases in den Seitenkanal anschließt.
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielhaft beschrieben. Dabei zeigen:
1 eine Ansicht einer herkömmlichen Seitenkanal-Maschine und eines an diese angeflanschten Antriebs, wobei die Seitenkanal-Maschine im Längsschnitt dargestellt ist,
2 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Seitenkanal-Maschine gemäß einer ersten Ausführungsform,
3 eine der 2 entsprechende Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Seitenkanal-Maschine gemäß einer zweiten Ausführungsform,
4 eine der 2 entsprechende Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Seitenkanal-Maschine gemäß einer dritten Ausführungsform,
5 eine vereinfachte Ansicht, die im Wesentlichen einen Gas-Auslassstutzen, einen Teil eines Laufrads und einen Teil eines Unterbrechers einer erfindungsgemäßen Seitenkanal-Maschine gemäß einer vierten Ausführungsform veranschaulicht,
6 eine der 5 entsprechende vereinfachte Ansicht, die im Wesentlichen einen Gas-Auslassstutzen, einen Teil eines Laufrads und einen Teil eines Unterbrechers einer erfindungsgemäßen Seitenkanal-Maschine gemäß einer fünften Ausführungsform veranschaulicht,
7 eine der 5 entsprechende vereinfachte Ansicht, die im Wesentlichen einen Gas-Auslassstutzen, einen Teil eines Laufrads und einen Teil eines Unterbrechers einer erfindungsgemäßen Seitenkanal-Maschine gemäß einer sechsten Ausführungsform veranschaulicht, und
8 eine der 5 entsprechende vereinfachte Ansicht, die im Wesentlichen einen Gas-Auslassstutzen, einen Teil eines Laufrads und einen Teil eines Unterbrechers einer erfindungsgemäßen Seitenkanal-Maschine gemäß einer siebten Ausführungsform veranschaulicht.
Zunächst Bezug nehmend auf 1, die zur allgemeinen Erläuterung dient, umfasst ein herkömmliches Seitenkanal-Gebläse 1 ein mit Laufrad-Schaufeln 2 versehenes Laufrad 3, das in einem Gehäuse 4 um eine Längsmittelachse bzw. Rotationsachse 5 drehbar gelagert ist. Zum Drehantrieb des Laufrads 3 dient ein herkömmlicher Antrieb 7. Das Gas wird so entsprechend in dem Gehäuse 4 gefördert.
Das Gehäuse 4 umfasst ein erstes Gehäuseteil 8 und ein zweites Gehäuseteil 9. Das erste Gehäuseteil 8 und das zweite Gehäuseteil 9 sind gemäß 1 zusammengefügt und umschließen gemeinsam das auf einer Antriebswelle 10 drehfest angeordnete, drehantreibbare Laufrad 3 mit den Laufrad-Schaufeln 2.
Das Laufrad 3 ist scheibenartig ausgebildet. Es umfasst eine innere Laufrad-Nabe 11 mit einer zentralen, kreisförmigen Nabenbohrung 12. Die Laufrad-Nabe 11 ist durch einen inneren, die Nabenbohrung 12 radial nach außen begrenzenden Nabenfuß 13 sowie eine sich an diesen anschließende, radiale, kreisringförmige Nabenscheibe 14 gebildet. Ferner umfasst das Laufrad 3 einen radial äußeren Tragring 15, der sich außenseitig an die Nabenscheibe 14 anschließt und diese in Richtung der Längsmittelachse 5 beidseitig überlappt. Der Tragring 15 trägt in Umfangsrichtung verteilt eine Vielzahl der Laufrad-Schaufeln 2, die von dem Tragring 15 radial abstehen. Insbesondere sind die Laufrad-Schaufeln 2 äquidistant zueinander angeordnet. Durch die Laufrad-Schaufeln 2 sind Laufrad-Zellen 50 in Umfangsrichtung begrenzt.
Die zentrale Nabenbohrung 12 dient zur Aufnahme der Antriebswelle 10. Zur Übertragung eines von der Antriebswelle 10 aufgebrachten Drehmoments auf die Laufrad-Nabe 11 zur Rotation des Laufrads 3 ist eine herkömmliche Passfeder-Verbindung zwischen der Antriebswelle 10 und dem Nabenfuß 13 vorgesehen.
Das erste Gehäuseteil 8 hat einen zentralen Nabenabschnitt 16, der einen Teil-Naben-Aufnahme-Raum 17 radial und axial begrenzt. Der Nabenabschnitt 16 ist von einer zentralen Wellenbohrung 18 durchsetzt, die in den Teil-Naben-Aufnahme-Raum 17 mündet. An den Nabenabschnitt 16 schließt sich eine ringförmige Seitenwand 19 an, die von dem Nabenabschnitt 16 radial nach außen verläuft. An die Seitenwand 19 grenzt außenseitig ein umlaufender Kanalabschnitt 20 an. Der Nabenabschnitt 16, die Seitenwand 19 und der Kanalabschnitt 20 sind als einstückiges Gußteil ausgebildet und bilden das erste Gehäuseteil 8.
Das zweite Gehäuseteil 9, das mittels mehrerer Verbindungsschrauben 21 mit dem ersten Gehäuseteil 8 verschraubt ist, weist wieder einen zentralen Nabenabschnitt 22 auf, der einen Teil-Naben-Aufnahme-Raum 23 radial und axial begrenzt. An den Nabenabschnitt 22 schließt sich eine ringförmige Seitenwand 24 an, die radial nach außen verläuft. Mit der Seitenwand 24 ist außenseitig ein umlaufender Kanalabschnitt 25 verbunden. In dem Nabenabschnitt 22 ist ein Wälzlager 26 für die Antriebswelle 10 angeordnet. Der Nabenabschnitt 22, die Seitenwand 24 und der Kanalabschnitt 25 sind als einstückiges Gußteil ausgebildet und bilden zusammen das zweite Gehäuseteil 9.
Das erste Gehäuseteil 8 und das zweite Gehäuseteil 9 sind in zusammengesetztem Zustand so miteinander verbunden, dass die beiden Teil-Naben-Aufnahme-Räume 17, 23 gemeinsam einen Naben-Aufnahme-Raum 27 begrenzen und die beiden Kanalabschnitte 20, 25 gemeinsam einen Seitenkanal 28 zur Förderung des Gases begrenzen. Die beiden Seitenwände 19, 24 verlaufen dabei beabstandet parallel zueinander. Der Seitenkanal 28 erstreckt sich ringförmig um die Längsmittelachse 5.
Günstigerweise ist das zweite Gehäuseteil 9 als Gehäusedeckel ausgeführt, der von dem ersten Gehäuseteil 8 abnehmbar ist. Eine umgekehrte Ausgestaltung ist alternativ möglich.
Das Seitenkanal-Gebläse 1 hat zwei Gas-Einlassstutzen 29. An jedem Gehäuseteil 8, 9 ist ein Gas-Einlassstutzen 29 angeordnet. Jeder Gas-Einlassstutzen 29 versorgt eine Flut des Seitenkanals 28. Über die Gas-Einlassstutzen 29 ist im Betrieb des Seitenkanal-Gebläses 1 das zu fördernde Gas in einer Strömungsrichtung 30 in das Seitenkanal-Gebläse 1 einführbar.
Ferner hat das Seitenkanal-Gebläse 1 einen Gas-Auslassstutzen (nicht dargestellt), der durch die beiden Gehäuseteile 8, 9 gebildet ist. Der Gas-Auslassstutzen steht mit dem Seitenkanal 28 in Strömungsverbindung. Über den Gas-Auslassstutzen ist das Gas aus dem Seitenkanal-Gebläse 1 in einer Strömungsrichtung 32 abführbar. Die Gas-Einlassstutzen 29 und der Gas-Auslassstutzen erstrecken sich im Wesentlichen senkrecht zueinander.
In dem durch die Nabenabschnitte 16, 22 begrenzten Naben-Aufnahme-Raum 27 ist in zusammengesetztem Zustand des Seitenkanal-Gebläses 1 der Nabenfuß 13 des Laufrads 3 angeordnet, wobei die Nabenbohrung 12 von der Antriebswelle 10 durchdrungen ist. Zwischen den zueinander beabstandeten Seitenwänden 18, 24 des Gehäuses 4 erstreckt sich die Nabenscheibe 14 des Laufrads 3 von dem Nabenfuß 13 radial nach außen. Der Tragring 15 und die Laufrad-Schaufeln 2 befinden sich dabei in dem umlaufenden Seitenkanal 28.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 2 eine erste Ausführungsform der Erfindung beschrieben, die wie die nachfolgenden Ausführungsformen bei dem Seitenkanal-Gebläse 1 gemäß 1 Anwendung finden kann. Auf die Ausführungen zu dem Seitenkanal-Gebläse 1 gemäß 1 wird verwiesen. Identische Bauteile erhalten nachfolgend dieselben Bezugszeichen wie bei dem Seitenkanal-Gebläse 1 gemäß 1. Funktionell identische, jedoch konstruktiv unterschiedliche Bauteile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgeordneten „a“.
Bei dem Seitenkanal-Gebläse 1a ist der Seitenkanal 28 durch einen Boden 35 nach radial innen und durch eine Decke 36 nach radial außen in Bezug auf die Längsmittelachse 5 räumlich begrenzt. Der Boden 35 und die Decke 36 liegen einander gegenüber und verlaufen unter Begrenzung des Seitenkanals 28 beabstandet zueinander. Sie sind an dem Gehäuse 4a gebildet.
Bei dem Seitenkanal-Gebläse 1a gemäß 2 ist ein Gas-Auslassstutzen 31a im Wesentlichen tangential an den Seitenkanal 28 angeschlossen, sodass in einer Förderrichtung 6 gefördertes Gas den Seitenkanal 28 über eine Gas-Auslassöffnung 33 in dem Gehäuse 4a im Wesentlichen tangential verlässt. Zwischen dem Seitenkanal 28 und dem Gas-Auslassstutzen 31a liegt benachbart zu der Gas-Auslassöffnung 33 eine Gas-Umlenkstelle vor, bei der das geförderte Gas geringfügig radial nach außen in Bezug auf die Längsmittelachse 5 umgelenkt wird. Das geförderte Gas wird dabei sowohl im Bereich des Bodens 35 als auch im Bereich der Decke 36 geringfügig umgelenkt.
Der Gas-Auslassstutzen 31a erweitert sich im Wesentlichen gleichmäßig in der Strömungsrichtung 32 des Gases.
Wie außerdem aus 2 hervorgeht, ist der mindestens eine Gas-Einlassstutzen 29a im Wesentlichen tangential an den Seitenkanal 28 angeschlossen, sodass das geförderte Gas im Wesentlichen tangential über mindestens eine Gas-Einlassöffnung 34 in dem Gehäuse 4a in den Seitenkanal 28 eintritt.
Durch die im Wesentlichen tangentiale Anordnung der Stutzen 29a, 31a an den Seitenkanal 28 sind Druckverluste in dem Seitenkanal-Gebläse 1a wirksam reduzierbar.
Zwischen der Gas-Auslassöffnung 33 und der mindestens einen Gas-Einlassöffnung 34 ist ein Unterbrecher 39 in dem Seitenkanal 28 angeordnet. Der Unterbrecher 39 hat eine der Gas-Auslassöffnung 33 benachbarte Seitenwand 40. Ferner weist der Unterbrecher 39 eine in Bezug auf die Längsmittelachse 5 radial innere Innenwand 41 und eine der Innenwand 41 gegenüberliegende, radial äußere Außenwand 42.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 3 eine zweite Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Konstruktiv identische Bauteile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei den Seitenkanal-Gebläsen 1, 1a gemäß 1 bzw. 2. Funktionell gleichartige, jedoch konstruktiv unterschiedliche Bauteile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgeordneten „b“.
Bei dem Seitenkanal-Gebläse 1b schließt sich der mindestens eine Gas-Einlassstutzen 29a wieder im Wesentlichen tangential an den Seitenkanal 28 an.
Der Gas-Auslassstutzen 31b schließt sich absolut bzw. vollkommen tangential an den Seitenkanal 28 an. Gemäß 3 ist der Anschluss zwischen dem Seitenkanal 28 und dem Gas-Auslassstutzen 31b übergangslos. Dies gilt sowohl für die radial innere als auch die radial äußere Führung des Gases in Bezug auf die Längsmittelachse 5.
Es ist von Vorteil, wenn sich der Gas-Auslassstutzen 31b stromabwärts zu der Gas-Auslassöffnung 33 erweitert. Besonders bevorzugt weicht eine innere, sich an den Boden 35 anschließende Strömungsführungswand 37 des Gas-Auslassstutzens 31b um einen Winkel b von einer Parallelen zu einer gegenüberliegenden äußeren Strömungsführungswand 38 des Gas-Auslassstutzens 31b ab, wie in 3 gestrichelt dargestellt ist. Der Winkel b beträgt höchstens 9°.
Zwischen einem Anschluss 55 des Gas-Auslassstutzens 31b an den Seitenkanal 28 und der radial inneren Strömungsführungswand 37 bei dem Auslass des Seitenkanal-Gebläses 1b liegt günstigerweise ein Anschlusswinkel c um die Längsmittelachse 5 vor, der zwischen 290° und 310° liegt.
Nachfolgend Bezug nehmend auf 4 wird eine dritte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei den vorherigen Ausführungsformen. Konstruktiv unterschiedliche, jedoch funktionell gleichartige Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgeordneten „c“.
Bei dem Seitenkanal-Gebläse 1c gemäß 4 ist der Unterbrecher 39c von einem Abführkanal 43 durchsetzt, der sich zwischen der Innenwand 41 des Unterbrechers 39c und der Außenwand 42 des Unterbrechers 39c radial in Bezug auf die Längsmittelachse 5 erstreckt. Der Abführkanal 43 hat eine Querschnittsfläche A.
An den Abführkanal 43 schließt sich abstromseitig, radial innen ein Absaugkanal 44 an, der beabstandet zu dem Abführkanal 43 in den Seitenkanal 28 mündet. Die Mündungsstelle bzw. Eintrittsöffnung 45 des Absaugkanals 44 in den Seitenkanal 28 befindet sich in etwa gegenüberliegend zu dem Abführkanal 43. Die Eintrittsöffnung 45 ist um einen Winkel d um die Längsmittelachse 5 zu dem Abführkanal 43 beabstandet, der zwischen 120° und 140° liegt. Der Absaugkanal 44 hat eine größere, insbesondere wesentlich größere, Querschnittsfläche B als der Abführkanal 43.
Über den Abführkanal 43 wird Gas aus einer Laufrad-Zelle 50 des rotierenden Laufrads 3 gesaugt, die sich gerade benachbart zu einer in den Seitenkanal 28 mündenden Einlassöffnung 56 des Abführkanals 43 befindet. Der Gastransport ist beispielsweise durch entsprechende Druckunterschiede, insbesondere zwischen Einlassöffnung 56 und Eintrittsöffnung 45, erzielbar. Insbesondere ist der herrschende Druck bei der Eintrittsöffnung 45 kleiner als bei der Einlassöffnung 56. Die Laufrad-Zellen 50 sind in Umfangsrichtung des Seitenkanals 28 durch benachbart angeordnete Laufrad-Schaufeln 2 räumlich begrenzt. Das Gas strömt dann in dem Absaugkanal 44 und tritt über die Eintrittsöffnung 45 wieder in den Seitenkanal 28 ein.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 5 eine vierte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei den vorherigen Ausführungsformen. Konstruktiv unterschiedliche, jedoch funktionell gleichartige Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgeordneten „d“.
Bei dem Seitenkanal-Gebläse 1d gemäß 5 erstreckt sich die Außenwand 42d des Unterbrechers 39d, die auch die Strömungsführungswand 37 bildet, parallel zu einem Absolutgeschwindigkeitsvektor bzw. zu einer Absolutgeschwindigkeitsrichtung 46 des unmittelbar stromaufwärts zu dem Unterbrecher 39d strömenden Gases bei dem Strömungspunkt P. Der Absolutgeschwindigkeitsvektor 46 ist durch die Addition der Umfangsgeschwindigkeit des Laufrads 3 um die Längsmittelachse 5 und der Relativgeschwindigkeit des Gases nach radial außen in Bezug auf die Längsmittelachse 5 erhalten.
Zwischen der Innenwand 41 und der Außenwand 42d liegt ein Winkel e vor, der vorzugsweise zwischen 15° und 40°, bevorzugter zwischen 20° und 30°, liegt.
Der Gas-Auslassstutzen 31 kann sich in Strömungsrichtung 32 erweitern.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 6 eine fünfte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei den vorherigen Ausführungsformen. Konstruktiv unterschiedliche, jedoch funktionell gleichartige Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgeordneten „e“.
Im Gegensatz zu der Ausführungsform gemäß 5 befindet sich bei dem Seitenkanal-Gebläse 1e in dem Unterbrecher 39e der Abführkanal 43e, der eine Strömungsverbindung zwischen dem Seitenkanal 28 und dem Gas-Auslassstutzen 31 herstellt. Der Abführkanal 43e erstreckt sich in Bezug auf die Längsmittelachse 5 radial bzw. im Wesentlichen radial.
Für eine funktionssichere Absaugung gilt insbesondere: p_U > p_T, wobei p_U der herrschende Druck in der Laufrad-Zelle 50 bei dem Abführkanal 43e und p_T der herrschende Druck stromabwärts des Abführkanals 43e in dem Gas-Auslassstutzen 31 ist.
Eine Abführung des Gases über den Abführkanal 43e von dem Seitenkanal 28 zu dem Gas-Auslassstutzen 31 erfolgt besonders funktionssicher, wenn auch die nachfolgend aufgeführte Bedingung erfüllt ist:

V₁:: Ansaugvolumenstrom bzw. Absaugvolumenstrom in dem Abführkanal 43e
u:: Umfangsgeschwindigkeit des Laufrads
A_K:: Querschnittsfläche des Seitenkanals 28 auf Druckseite
p₂/p₁:: Druckverhältnis über dem Seitenkanal-Gebläse 1e
D_i:: Durchmesser des Laufrads am Laufrad-Schaufel-Fuß
D_a:: Außendurchmesser des Laufrads

Der Ansaugvolumenstrom ist somit von der Umfangsgeschwindigkeit des Laufrads, der Querschnittsfläche des Seitenkanals auf Druckseite, dem Druckverhältnis über dem Seitenkanal-Gebläse und dem Durchmesser des Laufrads am Laufrad-Schaufel-Fuß sowie dem Außendurchmesser des Laufrads abhängig.
Von dem Gas-Auslassstutzen 31 bzw. der Außenwand 42e des Unterbrechers 39e geht gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eine Totraum-Mulde 47 aus. Der Abführkanal 43e mündet in die Totraum-Mulde 47.
In der Totraum-Mulde 47 ist über mindestens ein Befestigungsmittel 48 eine selbsttätige Ventilplatte 49 an dem Unterbrecher 39e befestigt, die in ihrer Schließstellung den Abführkanal 43e an dessen stromabwärtigen Endbereich gegenüber zu dessen Einlassöffnung 56 verschließt. In der Offenstellung ist die Ventilplatte 49 von dem Unterbrecher 39e zumindest bereichsweise abgehoben und gibt so den Abführkanal 43e zumindest bereichsweise für das Gas frei.
Im Bereich der Totraum-Mulde 47 hat der Gas-Auslassstutzen 31 somit eine erweiterte Querschnittsfläche. In der Totraum-Mulde 47 entsteht im Betrieb des Seitenkanal-Gebläses 1e ein Gas-Totraum-Gebiet. In der Totraum-Mulde 47 liegt dann somit ein reduzierter Druck des Gases vor, sodass Gas bei geöffneter Ventilplatte 49 aus der Laufrad-Zelle 50 gesaugt wird, die gerade benachbart zu dem Abführkanal 43e ist. Die Ventilplatte 49 verhindert in ihrer Schließstellung ein ungewolltes Rückströmen des Gases aus dem Gas-Auslassstutzen 31 bzw. der Totraum-Mulde 47 in den Abführkanal 43e bzw. den Seitenkanal 28.
Eine Ausgestaltung ohne Ventilplatte 49 ist alternativ möglich. Die Ventilplatte 49 kann auch bei der Ausgestaltung gemäß 6 ohne Totraum-Mulde 47 vorhanden sein.
Eine Abführung des Gases über den Abführkanal 43e von dem Seitenkanal 28 zu dem Gas-Auslassstutzen 31 erfolgt besonders funktionssicher, wenn die nachfolgend aufgeführte Bedingung erfüllt ist:

A_v:: Querschnittsfläche der Vena Contracta der Venturidüse in dem Gas-Auslassstutzen 31

Der Ansaugvolumenstrom ist somit von der Umfangsgeschwindigkeit des Laufrads, der Querschnittsfläche des Seitenkanals auf Druckseite, dem Druckverhältnis über dem Seitenkanal-Gebläse, dem Durchmesser des Laufrads am Laufrad-Schaufel-Fuß und dem Außendurchmesser des Laufrads sowie der Querschnittsfläche der Vena Contracta der Venturidüse in dem Gas-Auslassstutzen abhängig.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 7 eine sechste Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei den vorherigen Ausführungsformen. Konstruktiv unterschiedliche, jedoch funktionell gleichartige Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgeordneten „f“.
Das Seitenkanal-Gebläse 1f hat anstelle der Totraum-Mulde 47 an dem Unterbrecher 39f einen Strömungsreduzierungs-Vorsprung 51, der in den Gas-Auslassstutzen 31 springt. Der Abführkanal 43f durchsetzt auch den Strömungsreduzierungs-Vorsprung 51. Vorzugsweise ist an dem Strömungsreduzierungs-Vorsprung 51 wieder über mindestens ein Befestigungsmittel 48 eine Ventilplatte 49 angeordnet.
Im Bereich des Strömungsreduzierungs-Vorsprungs 51 hat der Gas-Auslassstutzen 31 einen reduzierten Strömungsquerschnitt, sodass dort eine besonders hohe Strömungsgeschwindigkeit des geförderten Gases vorliegt. Umgekehrt herrscht dort folglich ein reduzierter Druck, sodass Gas aus der zu dem Abführkanal 43f gerade benachbarten Laufrad-Zelle 50 über den Abführkanal 43f in den Gas-Auslassstutzen 31 abgesaugt wird. Es ist so quasi eine Venturi-Düse bzw. -Anordnung geschaffen.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf 8 eine siebte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Identische Teile erhalten dieselben Bezugszeichen wie bei den vorherigen Ausführungsformen. Konstruktiv unterschiedliche, jedoch funktionell gleichartige Teile erhalten dieselben Bezugszeichen mit einem nachgeordneten „g“.
In dem Unterbrecher 39g befindet sich mindestens eine Entspannungsnut 52, die von dem Seitenkanal 28 ausgeht. Zwischen einem stromaufwärtigen Anfangspunkt 53 der Entspannungsnut 52 und einer axialen bzw. umfangsseitigen Laufrad-Zellen-Öffnung 54 liegt vorzugsweise ein Abstand x vor, der mindestens dem 1,5-fachen Abstand r benachbarter Laufrad-Schaufeln 2 um die Längsmittelachse 5 zueinander entspricht. In Förderrichtung 6 nimmt die radiale Tiefe t der Entspannungsnut 52 in Bezug auf die Längsmittelachse 5 allmählich zu. Der Winkel e der Entspannungsnut 52 richtet sich günstigerweise nach dem Druckverhältnis p_Z/p₁ und der Umfangsgeschwindigkeit u des Laufrads, wobei p_Z der herrschende Druck in den Laufrad-Zellen 50 ist und p₁ der Ansaugdruck des Seitenkanal-Gebläses ist. Bei der Entspannung der Laufrad-Zellen 50 überlagern sich die Umfangsgeschwindigkeit des Laufrads 3 und die Strömungsgeschwindigkeit, sodass es auch zu transsonischen oder sogar supersonischen Strömungen kommen kann. Eine Abschätzung zum Auftreten von Überschallströmungen gibt die Gleichung:
Bei M·u > M·u_krit tritt Überschall auf. Die mindestens eine Entspannungsnut 52 kann dann nach den bekannten Gesetzmäßigkeiten der „Prandtl-Meyer-Eckenströmung“ dimensioniert werden.
Kombinationen der unterschiedlichen Ausführungsformen sind möglich, insbesondere in Bezug auf die verschiedenen Stutzen und Unterbrecher.

Claims

Seitenkanal-Maschine, umfassend a) ein Gehäuse (4), b) einen in dem Gehäuse (4; 4a; 4b; 4c) befindlichen, im Wesentlichen ringartigen Seitenkanal (28) zur Führung eines Gases, c) mindestens einen Gas-Einlassstutzen (29; 29a), d) mindestens eine, mit dem Seitenkanal (28) in Strömungsverbindung stehende, in dem Gehäuse (4; 4a; 4b; 4c) ausgebildete Gas-Einlassöffnung (34) zur Führung des Gases aus dem mindestens einen Gas-Einlassstutzen (29; 29a) in den Seitenkanal (28), e) mindestens eine, in dem Gehäuse (4; 4a; 4b; 4c) angeordnete Gas-Auslassöffnung (33) zur Abführung des Gases aus dem Seitenkanal (28), f) mindestens einen, sich an die mindestens eine Gas-Auslassöffnung (33) anschließenden Gas-Auslassstutzen (31; 31a; 31b; 31c), g) ein in dem Gehäuse (4) um eine Rotationsachse (5) drehbares Laufrad (3) mit in dem Seitenkanal (28) angeordneten, Laufrad-Zellen (50) begrenzenden Laufrad-Schaufeln (2) zur Förderung des sich in den Laufrad-Zellen (50) befindlichen Gases in dem Seitenkanal (28) von der mindestens einen Gas-Einlassöffnung (34) zu der mindestens einen Gas-Auslassöffnung (33), und h) mindestens einen zwischen der mindestens einen Gas-Einlassöffnung (34) und der mindestens einen Gas-Auslassöffnung (33) angeordneten Unterbrecher (39; 39c; 39d; 39e; 39f; 39g) zum Verhindern eines Transports des Gases von der mindestens einen Gas-Auslassöffnung (33) zu der mindestens einen Gas-Einlassöffnung (34).
Seitenkanal-Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der mindestens eine Gas-Auslassstutzen (31; 31a; 31b; 31c) im Wesentlichen tangential an den Seitenkanal (28) zum im Wesentlichen tangentialen Abführen des Gases aus dem Seitenkanal (28) anschließt.
Seitenkanal-Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem stromaufwärtigen Anschluss (55) des mindestens einen Gas-Auslassstutzens (31b) an den Seitenkanal (28) und einem stromabwärtigen Auslass dieses Gas-Auslassstutzens (31b) ein Winkel (c) um die Rotationsachse zwischen 280° und 320°, bevorzugter zwischen 290° und 310°, vorliegt.
Seitenkanal-Maschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Seitenkanal (28) durch eine in Bezug auf die Rotationsachse (5) radial äußere Decke (36) begrenzt ist, wobei sich der mindestens eine Gas-Auslassstutzen (31; 31a; 31b; 31c) im Wesentlichen übergangslos und im Wesentlichen tangential an die Decke (36) anschließt.
Seitenkanal-Maschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Seitenkanal (28) durch einen in Bezug auf die Rotationsachse (5) radial inneren Boden (35) begrenzt ist, wobei sich der mindestens eine Gas-Auslassstutzen (31; 31a; 31b; 31c) im Wesentlichen übergangslos und im Wesentlichen tangential an den Boden (35) anschließt.
Seitenkanal-Maschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Strömungsquerschnitt in dem mindestens einen Gas-Auslassstutzen (31; 31a; 31b; 31c) in Strömungsrichtung des Gases zumindest bereichsweise erweitert, wobei vorzugsweise zumindest in einem stromaufwärtigen Anfangsbereich des mindestens einen Gas-Auslassstutzens (31; 31a; 31b; 31c) einander gegenüberliegende Strömungsführungswände (37, 38) des mindestens einen Gas-Auslassstutzens (31; 31a; 31b; 31c) einen Erweiterungswinkel (b) von höchstens 11°, bevorzugter von höchstens 9°, zueinander einnehmen.
Seitenkanal-Maschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Gas-Auslassstutzen (31) mindestens eine, vorzugsweise in Bezug auf die Rotationsachse (5) radial innere, Wand (37, 42d; 42e; 42f; 42g) aufweist, die im Wesentlichen parallel zu einem Absolutgeschwindigkeitsvektor (46) des in dem Seitenkanal (28) benachbart stromaufwärts zu dem mindestens einen Unterbrecher (39d; 39e; 39f; 39g) strömenden Gases verläuft.
Seitenkanal-Maschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem mindestens einen Unterbrecher (39; 39c; 39e; 39f) mindestens ein Abführkanal (43; 43e; 43f) zum Abführen des in mindestens einer der, gerade zu dem mindestens einen Abführkanal (43; 43e; 43f) benachbarten Laufrad-Zellen (50) eingeschlossenen Gases aus dem Seitenkanal (28) in den mindestens einen Gas-Auslassstutzen (31; 31a; 31b; 31c) angeordnet ist.
Seitenkanal-Maschine nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch mindestens ein dem mindestens einen Abführkanal (43e; 43f) zugeordnetes Ventil (49), insbesondere Plattenventil, zum Verhindern einer Rückströmung des Gases aus dem mindestens einen Gas-Auslassstutzen (31; 31a; 31b; 31c) in den Seitenkanal (28).
Seitenkanal-Maschine nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch mindestens eine Venturi-Anordnung zum Saugen des in mindestens einer der, gerade zu dem mindestens einen Abführkanal (43e; 43f) benachbarten Laufrad-Zellen (50) eingeschlossenen Gases aus dem Seitenkanal (28) in den mindestens einen Gas-Auslassstutzen (31; 31a; 31b; 31c) über den mindestens einen Abführkanal (43e; 43f).
Seitenkanal-Maschine nach einem der Ansprüche 8 bis 10, gekennzeichnet durch mindestens eine an dem Unterbrecher (39e) angeordnete Totraum-Mulde (47) zum Saugen des in mindestens einer der, gerade zu dem mindestens einen Abführkanal (43e) benachbarten Laufrad-Zellen (50) eingeschlossenen Gases aus dem Seitenkanal (28) in den mindestens einen Gas-Auslassstutzen (31; 31a; 31b; 31c) über den mindestens Abführkanal (43e).
Seitenkanal-Maschine nach Anspruch 8 oder 9, gekennzeichnet durch mindestens einen, sich an den mindestens einen Abführkanal (43) anschließenden Absaugkanal (44) zum Saugen des in mindestens einer der, gerade zu dem mindestens einen Abführkanal (43) benachbarten Laufrad-Zellen (50) eingeschlossenen Gases aus dem Seitenkanal (28) in den Seitenkanal (28) beabstandet zu dem mindestens einen Abführkanal (43).
Seitenkanal-Maschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gesamt-Querschnittsfläche des mindestens einen Absaukanals (44) zwischen 0,001 x Gesamt-Volumen der Laufrad-Zellen (50) des Laufrads (3) und 0,006 x Gesamt-Volumen der Laufrad-Zellen (50) des Laufrads (3) liegt.
Seitenkanal-Maschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer stromabwärtigen Eintrittsöffnung (45) des mindestens einen Absaugkanals (44) in den Seitenkanal (28) und einem stromaufwärtigen Beginn des mindestens einen Absaugkanals (44) ein Winkel (d) um die Rotationsachse (5) zwischen 90° und 170°, bevorzugter zwischen 120° und 140°, vorliegt.
Seitenkanal-Maschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem mindestens einen Unterbrecher (39g) mindestens eine, von dem Seitenkanal (28) ausgehende Entspannungsnut (52) angeordnet ist.
Seitenkanal-Maschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem stromaufwärtigen Anfang (53) der mindestens einen Entspannungsnut (52) und einer Laufrad-Zellen-Öffnung (54) mindestens einer der, zu der mindestens einen Entspannungsnut (52) benachbarten Laufrad-Zellen (50) in Umfangsrichtung um die Längs-Mittel-Achse (5) ein Mindestabstand (x) von dem 1,1-fachen bis 2,0-fachen, bevorzugter von dem 1,4-fachen bis 1,6-fachen, Abstand (r) benachbarter Laufrad-Schaufeln (2) zueinander in Umfangsrichtung um die Rotationsachse (5) vorliegt.
Seitenkanal-Maschine nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Entspannungsnut (52) derart geformt ist, dass das Gas imstande ist, an der die mindestens eine Entspannungsnut (52) begrenzenden Wandung des Unterbrechers (39g) zumindest bereichsweise entlang zu streichen.
Seitenkanal-Maschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der mindestens eine Gas-Einlassstutzen (29; 29a) im Wesentlichen tangential an den Seitenkanal (28) zum im Wesentlichen tangentialen Einführen des Gases in den Seitenkanal (28) anschließt.