DE1086558B - Rotationsstroemungsmaschine mit Kurzschlussregelung - Google Patents

Rotationsstroemungsmaschine mit Kurzschlussregelung

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DE1086558B
DE1086558B DED27243A DED0027243A DE1086558B DE 1086558 B DE1086558 B DE 1086558B DE D27243 A DED27243 A DE D27243A DE D0027243 A DED0027243 A DE D0027243A DE 1086558 B DE1086558 B DE 1086558B
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DE
Germany
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short
circuited
machine
rotation
pressure
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DED27243A
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English (en)
Inventor
Wiebe Draijer
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D27/00Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
    • F04D27/009Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids by bleeding, by passing or recycling fluid

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

  • Rotationsströmungsmaschine mit Kurzschlußregelung Die Erfindung betrifft eine Rotationsströmungsmaschine, z. B. Pumpen, Ventilatoren u. a., deren Leistungsregelung rnntteils Kurzschluß zwischen Druck-und Ansaugeöffnung stattfindet.
  • Es sind mehrere Verfahren und Mittel zur Regelung derLeistungbei derartigen Maschinenbekannt, nämlich: 1. Drosselregelung, wobei ein Ventil in der Ansauge- oder Druckleitung vorgesehen ist. Der nicht benötigte Druck wird einfach weggedrosselt. Diese Ausführung hat einen sehr ungünstigen Wirkungsgrad, kann aber billig hergestellt werden.
  • 1. a) Eine Variante dieser Drosselregelung ist die Kurzschlußregelung, bei der dasjenige, welches nicht benötigt wird, kurzgeschlossen wird.
  • 2. Ein halbelliptisches Ventil in dem Ansaugerohr. Dieses Verfahren der Zurückregelung isst nur sehr beschränkt brauchbar. Für eine größere Zurückregelung ist sie gleich schlecih.t wie die Drosselregelung und etwas teurer, weil die Welle schwerer ausgeführt werden muß.
  • 3. Verstellbare Einlaßschaufel. Für einen mäßigen Regelbereich ist dieses Verfahren sehr gut brauchbar. Bei einer Leistung gleich Null ist der Kraftverbrauch derselbe wie bei der Drosselregelung. Die Ausführung ist aber teuer wegen der kinematisch verwickelten Verhältnisse. Es gibt bei dieser Ausführung viele Drehpunkte und Hebel. Die Anwendung ist nicht für alle Pumpen und Gebläse möglich. Bei niedrigen Leistungswerten ist die Nutzwirkung gering.
  • 4, Verstellbare Schaufel. Diese können in der Hauptsache für Axialmaschinen benutzt werden und #:ind dann in einem großen Bereich sehr wirksam. Der Verstellmechanismus ist kinematisch, aber sehr verwickelt, also kostspielig in der Ausführung. Der Mechanismus ist verletzbar, wenn das zu fördernde Medium Verunreinigungen enthält.
  • 5. Ansaugekammer mit parallel verstellbaren Einlaßschaufeln. Dieses Verfahren ist etwas weniger wirksam als das unter 3 genannte Verfahren. Die Konstruktion ist aber viel einfacher und verhältnismäßig nicht viel teurer als, bei einer Maschine mit nur einer Ansaugekammer. Dieses Verfahren ist vor allem gut für z. B. Saugzugventilatoren.
  • b. Verstellbarer Radboden. Dieses Verfahren ist nur geeignet für Zentrifugalmaschinen und ist dann sehr wirksam in einem großen Bereich. Die Konstruktion ist verhältnismäßig teuer und kinematisch nicht verwickelt. Sie ist aber nur geeignet für mäßige Umdrehungszahlen.
  • 7. Regelbare Umdrehungszahl. Dieses Verfahren ist für die Strömungsmaschine außerordentlich wirtschaftlich, für die Antriebsmaschine meistens aber nicht. In der Reihenfolge des sinkenden Kostenpreises können als Antriebsmaschinen benutzt werden: a) Dampf- oder Wasserturbinen, b) Elektromotoren mit Ward-Leonard-Schaltung, c) Reihenmotoren (nur für Gleichstrom), d) Drehstromkommutatormotoren, e) Schleif ringankermotoren, f) Kurzschlußankermotoren mit vorgeschaltetem Widerstand.
  • d) hat eine sehr günstige Nutzwirkung. e) und f) beruhen auf Sch.lupfregelung. Für e) ist der Verlust etwa proportional dem Schlupf, für f) wesentlich größer.
  • Weiterhin können zwischengeschaltet werden: g) ein stufenloser Drehzahlregler; dieser ist nicht brauchbar, weil das größte Drehmoment geliefert werden muß bei der niedrigsten Drehzahl, während dies für Strömungsmaschinen gerade umgekehrt ist, h) eine regelbare hydraulische Kupplung, i) eine regelbare elektrodynamische Kupplung.
  • h) und i) stimmen, was den Nutzeffekt und Preis anbetrifft, nahezu überein. Auch die Zuverlässigkeit liegt bei gurten Ausführungen nahezu in derselben Höhe. Sie sind ziemlich -teuer, für mäßigen Regelbereich aber sehr gut brauchbar.
  • Der Verlauf des Kraftverbrauches bei der Regelung der Leistung für einen quadratisch abnehmenden Widerstand ist für die obengenannten Regelverfahren in Fg. 1 grafisch dargestellt; worin die Ziffern 1 bis 7 mit den vorbeschriebenen Regelverfahren übereinstimmen, während mit 8 die Kurve der theoretischen verlustfreien Drehzathlregelung angedeutet wird.
  • Der Zweck der Erfindung ist, eine Rotationsströmungsmaschine zu schaffen, deren Leistungsregelung mittels eines Kurzschlusses zwischen der Druck-und Ansaugeöffnung stattfindet und welche die Vorteile einer Regelung mit verstellbaren Einlaßschaufeln und die Einfachheit und Zuverlässigkeit der Drosselregelung hat.
  • Dieses Ziel wird dadurch erreicht, daß gemäß der Erfindung die kurzgeschlossene Strömung so in die Ansaugeöffnung geführt wird, daß eine Rotation des Hauptstromes erzeugt wird. Diese Rotation kann gemäß der Erfindung durch die Zuführung der kurzgeschlossenen Strömung über ein Schneckengehäuse oder über einen Satz Leitschaufeln erzeugt werden. Die Regelung der Größe des kurzgeschlossenen Stromes kann dabei gemäß der Erfindung durch ein oder mehrere Organe, wie Klappen. Schieber u. dgl., vorgenommen werden.
  • Nach einer Ausführungsform gemäß der Erfindung wird eine zylindrische Büchse verwendet, welche zwecks Regelung des kurzgeschlossenen Stromes in der Ansaugeöffnung verschoben werden kann.
  • Der Platzbedarf für eine derartige Rotationsströmungsmaschine ist nicht größer als der der Maschine mit einer der obengenannten Regelvorrichtungen: Der Kostenaufwand ist sehr niedrig, weil einfache Gußstücke oder Blechplattenkonstruktionen schon genügen. Durch die Anwendung von mehreren gekuppelten Ventilen kann der Nutzeffekt der Maschine bei Volleistung ebenso günstig sein wie bei der Ausführung ohne jede Regelung.
  • Der Verlauf des Kraftverbrauches der Maschine gemäß der Erfindung- ist in Fig. 1 mit der dick ausgezogenen Linie 10 angedeutet.
  • Ausführungsformen der Maschine gemäß der Erfindung sind beispielsweise in den Zeichungen dargestellt.
  • Fig.2 zeigt grafisch den Effekt der Regelung gemäß der Erfindung; Fig.3 zeigt eine Ausführungsform mit Teilschnitt von der Seite gemäß der Linie III in Fig. 4; Fig.4 zeigt eine Seitenansicht derselben Ausführung; Fig.5 zeigt eine Ausführungsform einer Radialmaschine mit teilweisem Schnitt gemäß der Linie V-V in Fig. 6; Fig. 6 zeigt einen Schnitt der Radialmaschine nach Fig. 5 gemäß der Line VI-VI; Fig. 7 zeigt einen Schnitt einer Axialmasch.ine. Zwischen der Druck- und Ansaugeöffnung einer Rotationsströmungsmaschine, z. B. einer Pumpe oder eines Gebläses, befindet sich eine KurzschluBleitung 1, durch welche ein Teil der durch den Rotor 2. strömenden Fördermenge zurückgeführt wird und sich also in einem Dauerkreislauf befindet. Diese Ausführung ist als Regelverfahren bekannt. Es befindet sich dann in der Kurzschlußleitung eine Drosselklappe oder ein Drosselschieber, mit welchem der kurzgeschlossene Teil der Fördermenge eingestellt werden kann.
  • Nach der Erfindung wird nun eine derartige Zurückführung des kurzgeschlossenen Teiles der Fördermenge vorgenommen, daß die in die Ansaugeleitung 3 kommende Strömung eine Rotation des angesaugten Mediums hervorruft. Die Charakteristik der Strömungsmaschine wird von dieser Rotation stark bee influßt. Die Maschine wird sich für eine Drehrichtung der induzierten Strömung in der Richtung des. Rotors verhalten, als ob sie mit einer niedrigeren Drehzahl liefe, .im Falle einer entgegengesetzten Drehrichtung, als ob sie mit einer höheren Drehzahl liefe. Für die Anwendung als Regelung wird hauptsächlich die erstgenannte Ausführung in Frage kommen, wobei die induzierte Strömung sich mit der Bewegung des Rotors mitbewegt.
  • Durch die Regelung der kurzgeschlossenen Meng e mi t einer Klappe, einer Zunge oder einer Schiebebüchse kann ein großer Bereich der Fördermengen von der Strömungsmaschine eingestellt werden. Die einfachste, aber naturgemäß am wenigsten wirksame Regelung der kurzgeschlossenen Drehströmung ist die mittels einer Drosselklappe in der Kurzschlußleitung.
  • Besser ist eine Zungenklappe 4 oder ein Schieber, welcher ein Volumen durchlassen wird, das für einen bestimmten Druckunterschied nahezu proportional der freigegebenen Öffnung ist. Der Schieber kann vorzugsweise als ringförmiger Schieber in die Ansaugeleitung der Maschine eingesetzt werden. Die Kurzschlußleitung 1 wird über ein Schneckengehäuse 5 um die Ansaugeleitung 3 herumgeführt. Die kurzgeschlossene Menge kann geregelt werden mittels Verstellung -der Zungenklappe 4.
  • Die induzierte Drehung des Hauptstromes wird noch beschleunigt in der verlustfreien Düse. In Fig. 2 ist die Charakteristik der Maschine bei geschlossener Klappe 4 durch den Verlauf der Kurve A gezeigt. Der Arbeitspunkt wird bestimmt durch den Schnitt von A mit der Kurve C, welche den Zusammenhang zwischen der durch ein System strömenden Menge L' und dem dafür benötigten Druck p zeigt. In sehr vielen Fällen wird diese Kurve C wie eine nahezu quadratische Parabel verlaufen. In dem Arbeitspunkt 1 wird eine Menge h1 geliefert gegen einen Druck p1.
  • Soll nun eine Menge h,, durch dasselbe System strömen, dann wird der dafür benötigte Druck p, betragen.
  • Der neue Arbeitspunkt kann mit der Klappe 4 der Ausführung gemäß Fig. 3 und 4 eingestellt werden. Diese wird so weit geöffnet, daß eine Menge h,k kurzgeschlossen wird. Die durch die kurzgeschlossene Strömung induzierte Drehung des Hauptstromes verursacht eine Veränderung der Charakteristik im Sinne. einer verringerten Drehzahl. Die neue Charakteristik wird dann einen Verlauf B bekommen. Der Rotor der Maschine nimmt diese Veränderung so auf, als ob er auf den Arbeitspunkt 2 eingestellt wäre. Die Leistung, welche die Strömungsmaschine in diesem neuen Ar-. beitspunkt aufnehmen wird, wird bestimmt durch das Produkt der totalen von dem Rotor verdrängten Menge L', und des Druckes p, dividiert durch den Nutzeffekt der Maschine im Arbeitspunkt 2. Letzterer unterscheidet sich nur wenig von dem Nutzeffekt hei Vollast, weil die Wirkung der Mitdrehung ja verglichen werden kann mit einer Verringerung der Drehzahl, welche strömungstechnisch nahezu ganz. ohne Verluste stattfinden würde. Nur die relative Verschiebung des Arbeitspunktes nach links auf der Kennlinie verursacht einige Änderung in dem Nutzeffekt, aber es hängt von dem Arbeitspunkt 1 ab, ob dies eine Verbesserung oder eine Verschlechterung sein wird. Abgesehen von diesen Feinheiten wird der einzige Verlust in dem Arbeitspunkt also bestehen aus der Pumparbeit für die Kurzschließung des Stromes h,k. In Abhängigkeit von der Ausführung wird diese Kurzschließung geringer zu sein brauchen. je nachdem die Induktion der Rotation der Hauptströmung besser versorgt wird. Das abgebildete Schneckengehäuse ist dazu sehr geeignet. Es können al:er mit nahezu demselben Erfolg feste Leitschaufeln benutzt werden. Die Ausführung wird dadurch etwas teurer werden, jedoch weniger Platz bedürfen. Diese Ausführung kommt sowohl für Radialmaschinen (Fig. 3, 5 und 6) wie für Axialmaschinen (Fig. 7) in Frage.
  • Für einen bestimmten Vodlastarbeitspunkt ist in Fig. 1 durch die Kurve 10 angedeutet, wie der Kraftverbrauch bei der Regelung gemäß der Erfindung verlaufen wird.
  • Der Querschnitt der Kurzschlußleitung und die Form des Schneckengehäuses müssen naturgemäß angepaßt werden an die Maschinen, für welche sie benutzt werden sollen. So wird für eine Niederdruckmaschine die Kurzschlußleitung größer sein müssen als für eine Hochdruckmaschine. Die Verluste durch eine Regelung gemäß der Erfindung werden denn auch bei Hochdruckmaschinen geringer sein als bei Niederdruckmaschinen.
  • In den Fig. 5 und 6 ist das Gehäuse der Strömungsmaschine mit 7 bezeichnet. Das Schaufelrad 2 ist auf der Triebwelle 8 angeordnet, welche sich in dem Lager 9 drehen kann und mittels einer geeigneten Kraftquelle angetrieben wird. Der Regelschieber 10 ist büchsenförmig ausgeführt und kann mittels Handgriffe 11, welche in schraubenlinienförmigen Öffnungen 12 in der Ansaugeleitung 13 verschiebbar sind, mehr oder weniger nach innen geschoben werden, derart, daß der Kurzschlußstrom größer oder kleiner gemacht werden kann. Die Leitschaufeln sind mit 14 angedeutet, und die Bahn des kurzgeschlossenen Luftstromes ist mit Pfeilen angedeutet worden.
  • Bei der Axialströmungsmasoh@ine nach Fig. 7 befindet sich das Schaufelrad 2 im Herzen des Gehäuses wie der Antriebsmotor 15, auf dessen Welle das Schaufelrad angeordnet ist. Der Motor 15 ist mittels Stützen 16 mit der Innenwand des Gehäuses 7 verbunden. In der Gehäusewand sind Öffnungen 21 angebracht, an welche sich ein ringförmiger Umkehrkanal 17 anschließt, in welchem verschiebbare Büchsen 18, 19 angeordnet sind. Die äußere Büchse 19 ist bei 20 an der Seite des Maschineneinlasses nach innen umgebogen. Die zwei Büchsen sind gekuppelt, so daß in der einen Stellung (in Fig. 7 an der Unterseite) die Öffnungen 21 frei sind und das Medium durch den Kanal 17 an den Leitschaufeln 22 und den umgebogenen Enden 20 entlang in der Pfeilrichtung drehend zum Einlaß der Maschine zurückgeführt wird. In der anderen Stellung (Fig. 7 an der Oberseite) sind die Büchsen 18, 19 nach innen geschoben, wobei alle Durchgänge, also auch der ringförmige Kanal 17, abgeschlossen sind.
  • Die Konstruktion gemäß der Erfindung kann angewendet werden bei Pumpen und Ventilatoren, sowohl in der radialen (zentrifugalen) wie in der axialen Ausführung, ebenso bei den möglichen Zwischenformen (Franci,s-Laufräder, Eck-Axialventilatorel, Gleichdruckventilatoren nach Schicht us.w.). Insbesondere kommt die Regelung gemäß der Erfindung in Frage bei Saugzugventilatoren für Kessel und bei Maschinen, die verunreinigte oder aggressive Media fördern, weil nur ein sehr einfach bewegtes Teil, z. B. in der Form einer Klappe oder eines Schiebers, benutzt wird, weshalb die Zuverlässigkeit im Vergleich zu anderen Regelkonstruktionen maximal ist.

Claims (5)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Rotationsströmungsmaschine, deren Mengenleistungsregelung mittels eines Kurzschlusses zwischen Druck- und Ansaugeöffnung stattfindet, dadurch gekennzeichnet, daß der kurzgeschlossene Strom derart in die Ansaugeöffnung geführt wird, daß dort eine Rotation des Hauptstromes erzeugt wird.
  2. 2. Rotationsströmungsmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotation durch die Führung des kurzgeschlossenen Stromes durch ein Schneckengehäuse oder einen Satz Leitschaufeln erzeugt wird.
  3. 3. Rotationsströmungsmasahine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung der Größe des kurzgeschlossenen Stromes eine oder mehrere Klappen oder Schieber verwendet werden.
  4. 4. Rotationss-trömungs.masahine nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung der Größe des kurzgeschlossenen Stromes eine zylindrische, in der Ansaugeöffnung verschiebbare Büchse angeordnet ist.
  5. 5. Rotationss.trömungsmaschine der axialen Gattung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein axialverschiebbares Organ, mit welchem das Medium von der Druckseite des Schaufelrades her konzentrisch zur Ansaugeseite geführt werden kann. In Betracht gezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschrift Nr. 232 981; USA.-Patentschrift Nr. 2 798 658. Bei der Bekanntmachung der Anmeldung ist ein Prioritätsbeleg ausgelegt worden.
DED27243A 1957-01-24 1958-01-22 Rotationsstroemungsmaschine mit Kurzschlussregelung Pending DE1086558B (de)

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WO2010071487A1 (en) * 2008-12-17 2010-06-24 Volvo Lastvagnar Ab Vehicle fan and vehicle comprising a fan

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