DE1276858B

DE1276858B - Centrifugal fan or pump

Info

Publication number: DE1276858B
Application number: DEP18131A
Authority: DE
Inventors: Leonhard Bommes
Original assignee: Paul Pollrich & Comp
Current assignee: Paul Pollrich & Comp
Priority date: 1957-03-12
Filing date: 1957-03-12
Publication date: 1968-09-05

Description

Radialventilator oder -pumpe Die Erfindung betrifft einen Radialventilator oder -pumpe mit einer Eintrittsdüse, die aus kreisförmig profilierten Flächen des Gehäuses und der Laufraddeckscheibe gebildet wird, sowie mit einem zwischen diesen Flächen liegenden Spalt für den Durchtritt der Gehäuserückströmung.Radial fan or pump The invention relates to a radial fan or pump with an inlet nozzle consisting of circularly profiled surfaces of the Housing and the impeller cover plate is formed, as well as with one between them Gap lying across the surface for the passage of the housing return flow.

Zur Erzielung eines hohen Wirkungsgrades bei Radialventilatoren oder -pumpen ist es neben anderen Maßnahmen besonders wichtig, die unvermeidbaren Strömungsverluste in dem Spalt zwischen der Eintrittsdüse des Mediums und dem rotierenden Laufraddeckel möglichst gering zu halten und die Störungen der Strömung im Laufrad zu verringern.To achieve a high degree of efficiency with centrifugal fans or In addition to other measures, it is particularly important to prevent unavoidable flow losses in the gap between the inlet nozzle of the medium and the rotating impeller cover to keep it as low as possible and to reduce the disturbance of the flow in the impeller.

Es ist bekannt, zu diesem Zweck den Spalt in verschiedener Weise, z. B. durch Labyrinthdichtungen, abzudichten. Dies ist fertigungstechnisch umständlich und teuer.It is known to open the gap in various ways for this purpose, z. B. by labyrinth seals to seal. This is cumbersome in terms of production technology and expensive.

Es ist auch bekannt, in der Außenrandzone des Einlaufstroms durch einen Vorsprung einen Druckstau am Spalt zu erzeugen, der dem durch den Spalt fließenden Leckstrom entgegenwirkt und dadurch den Strömungsverlust verringert. Jedoch beeinflussen die dabei entstehenden Wirbel den Wirkungsgrad des Laufrades ungünstig.It is also known to pass through in the outer edge zone of the inlet flow a protrusion to create a pressure build-up at the gap, which corresponds to the one flowing through the gap Counteracts leakage current and thereby reduces the flow loss. However affect the resulting eddies adversely affect the efficiency of the impeller.

Es ist weiter bekannt, die Energie des im Gehäuse rückströmenden, durch den Spalt eintretenden Luftanteiles durch entsprechende Gestaltung des Spaltes zur Beschleunigung der Grenzschichten am Laufraddeckel zu benutzen. Das verbessert zwar die Füllung des Laufrades, hat aber den Nachteil, daß die Profile der Meridiangeschwindigkeiten im Laufrad durch den Leckstrom ungleichmäßig werden, und zwar derart, daß an der entscheidenden Stelle, wo die Strömung das Laufrad verläßt und auf die Gehäuseströmung trifft, Strömungsschubkräfte auftreten, die ein Aufrollen und eine Verwirbelung der Gehäuseströmung, und damit Strömungsverluste, zur Folge haben.It is also known that the energy of the flowing back in the housing, Air fraction entering through the gap by appropriate design of the gap to be used to accelerate the boundary layers on the impeller cover. That improves although the filling of the impeller has the disadvantage that the profiles of the meridian velocities become uneven in the impeller by the leakage current, in such a way that at the decisive point where the flow leaves the impeller and on the casing flow hits, flow thrust forces occur, which cause a rolling up and turbulence the housing flow, and thus flow losses.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile der bekannten Spaltabdichtungen zu vermeiden.The invention is based on these disadvantages of the known Avoid gap seals.

Erfindungsgemäß schneidet die Tangente am stromabgelegenen Endpunkt des Kreisbogens des Gehäuses das Kreisbogenprofil der Laufraddeckscheibe, und ferner verläuft die Tangente an den an der engsten Spaltstelle gelegenen Punkt des Kreisbogens der Laufraddeckscheibe annähernd parallel zur Laufradachse, und beide Tangenten schneiden sich in einem stumpfen Winkel von 135 bis 155°.According to the invention, the tangent intersects at the downstream end point of the circular arc of the housing, the circular arc profile of the impeller cover disk, and further the tangent runs to the point of the circular arc located at the narrowest cleavage point of the impeller cover disk approximately parallel to the impeller axis, and both tangents intersect at an obtuse angle of 135 to 155 °.

Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 5 gekennzeichnet.Further features of the invention are characterized in claims 2 to 5.

Durch Gestaltung der Spaltdüse wird in der Grenzschichtströmung, und zwar hinter der Eintrittsdüse, mit möglichst geringen Wirbelverlusten kinetische Energie in statische Energie umgesetzt, um dadurch einen Druckanstieg zu erzeugen und einen guten Spaltabschlüß zur Verminderung der Spaltverluste zu erreichen.By designing the slotted nozzle, the boundary layer flow, and behind the inlet nozzle, with the lowest possible kinetic eddy losses Energy converted into static energy in order to generate an increase in pressure and to achieve a good gap closure to reduce gap losses.

Ferner wird durch die erfindungsgemäße Anordnung der Düse am Laufraddeckel zur Eintrittsdüse am Gehäuse ein Zusammenstoß zwischen Leckstrom und der verzögerten Grenzschichtströmung erzielt, ohne daß die Grenzschichtströmung im Laufrad durch den Leckstrom beschleunigt wird. Dadurch wird eine vorteilhafte Glättung der örtlichen Profile der Meridiangeschwindigkeiten im Laufrad erzielt. -Für den wirbelfreien Druckanstieg hinter der Eintrittsdüse macht die Erfindung von der bekannten Erkenntnis Gebrauch, daß bei Anströmung einer Kugel im turbulenten, überkritischen Bereich die Strömung am Äquator nicht abreißt und daß sich auf der Rückseite der Kugel ein Druckanstieg ergibt.Furthermore, the inventive arrangement of the nozzle on the impeller cover to the inlet nozzle on the housing a collision between leakage current and the delayed Boundary layer flow achieved without the boundary layer flow in the impeller through the leakage current is accelerated. This is an advantageous smoothing of the local Profile of the meridian velocities achieved in the impeller. -For the invertebrate Pressure rise behind the inlet nozzle makes the invention of the known knowledge Uses that when a ball is approached by a flow in the turbulent, supercritical area the flow does not stop at the equator and that is on the back of the sphere Pressure increase results.

Diese Erkenntnis wird bei der Erfindung auf die Anströmung einer Kreisringfläche angewendet, indem der Eintrittsdüse eine ganz bestimmte Kreisringform gegeben wird, die die Durchdringung der Kreisringfläche mit einem koaxialen Zylinder ist. Stromabwärts ist die Düse so begrenzt, daß ohne Abreißen der Strömung, ebenso wie bei der Anströmung einer Kugel, ein Druckanstieg entsteht.In the case of the invention, this knowledge is applied to the flow onto a circular ring surface applied by giving the inlet nozzle a very specific circular ring shape, which is the penetration of the circular ring surface with a coaxial cylinder. Downstream the nozzle is limited in such a way that the flow does not break off, just as with the oncoming flow a ball, a pressure increase occurs.

Voraussetzung für die zu erzielende Wirkung ist eine turbulente Grenzschichtströmung in der Eintrittsdüse. -Dieser Fall liegt bekanntlich meistens vor. Die Erzeugung einer turbulenten Grenzschichtströmung kann aber - wenn nicht vorhanden - durch Anordnung eines Reifens an der Eintrittsdüse des Mantels unterstützt werden. Der Reifen kann als ein Drahtreifen oder als eine Schweißraupe oder in ähnlicher Weise ausgeführt sein.The prerequisite for the effect to be achieved is a turbulent boundary layer flow in the inlet nozzle. - As is well known, this is the case most of the time. The production a turbulent boundary layer flow can - if not present - through Arrangement of a tire at the inlet nozzle of the jacket are supported. Of the Tire can be used as a clincher or as a weld bead or the like be executed.

Der koaxial eintretende Leckstrom kollidiert mit der schräg auftreffenden stark verzögerten Grenzschichtströmung des stark divergierenden Eintrittsstromes in der Weise, daß sich- eine resultierende Grenzschichtströmung bildet, die zur rotierenden Laufraddüse hin gerichtet ist und deren Geschwindigkeit gegenüber der des Leckstromes verzögert ist. Diese Grenzschichtströmung gleitet auf die rotierende Laufraddüse und erfährt dort durch Zentrifugalkraft eine zunehmende Energiezufuhr, die Ablösungen und Wirbel in der Grenzschichtströmung -verhindert.The leakage current entering coaxially collides with the one incident at an angle strongly delayed boundary layer flow of the strongly diverging inlet flow in such a way that- a resulting Boundary layer flow which is directed towards the rotating impeller nozzle and its speed compared to that of the leakage current is delayed. This boundary layer flow slides on the rotating impeller nozzle, where it experiences an increase due to centrifugal force Energy supply that prevents separation and eddies in the boundary layer flow.

Durch die Kollision der beiden Ströme wird einerseits erreicht, daß der axial eintretende Leckstrom abgelenkt wird und das Profil der Meridiangeschwindigkeiten im Laufradeintritt nicht durch Wirbel stört. Es ergibt sich dadurch eine gute Füllung und ein guter Wirkungsgrad des Laufrades.The collision of the two streams achieves on the one hand that the axially entering leakage current is deflected and the profile of the meridian velocities does not interfere with vortices in the impeller inlet. This results in a good filling and good impeller efficiency.

_ - Andererseits wird durch die im stumpfen Winkel auftretende Kollision erreicht, daß auch im Laufradaustritt das Profil der Meridiangeschwindigkeiten nicht durch zu hohe Grenzschichtströmung gestört wird, sondern von der Laufradscheibe zum Laufraddeckel hin gleichmäßig abnimmt. Hierfür ist im wesentlichen die Größe des Kollisionswinkels bestimmend, und es hat sich gezeigt, daß das Optimum des stumpfen Kollisionswinkels, den die beiden Tangenten bilden, in den Grenzen zwischen 135 und 155° liegt._ - On the other hand, the collision occurring at an obtuse angle achieves that the profile of the meridian velocities also does not exist in the impeller outlet is disturbed by excessive boundary layer flow, but by the impeller disc decreases evenly towards the impeller cover. This is essentially based on size determining the collision angle, and it has been shown that the optimum of the obtuse The collision angle formed by the two tangents is between 135 and 155 °.

_ Das im Laufradaustritt von der Laufradscheibe zum Laufraddeckel gleichmäßig abnehmende Profil der meridionalen Geschwindigkeiten ist deshalb besonders wertvoll, weil eine erhöhte Grenzschichtgeschwindigkeit am Laufraddeckel die im Gehäuse koaxial gleichmäßig rotierende Gehäuseströmung aufrollt und verwirbelt und damit erhöhte Gehäuseverluste verursacht. Dies wird nach der Erfindung vermieden._ That in the impeller outlet from the impeller disc to the impeller cover The evenly decreasing profile of the meridional velocities is therefore special valuable because an increased boundary layer speed at the impeller cover Housing coaxially evenly rotating housing flow rolls up and swirls and thus causing increased housing losses. This is avoided according to the invention.

Für das Maß des erzielbaren Druckanstiegs ist das Verhältnis von Höhe zur Sehne des Kreisbogens der Gehäuseführung wichtig. Untersuchungen haben ergeben, daß das günstigste Verhältnis von Höhe h zur Sehne s zwischen 1: 6 und 1: 8 liegt (1: 6 < h : s 1: 8). Bei einer solchen Formgebung ergab sich ein Spaltbeiwert von 0,325 gegenüber, bisher üblichen Spaltwerten zwischen 0,55 und 0,65.The ratio of the height to the chord of the circular arc of the housing guide is important for the extent to which the pressure increase can be achieved. Investigations have shown that the best ratio of height h to chord s is between 1: 6 and 1: 8 (1: 6 <h: s 1: 8). Such a shape resulted in a gap coefficient of 0.325 compared to previously common gap values between 0.55 and 0.65.

In den Zeichnungen zeigt F i g. 1 die laminare Anströmung einer Kugel, F i g. 2 die turbulente Anströmung einer Kugel, F i g. 3 den Axialschnitt durch eine Kreisririgfläche, F i g. 4 schematisch einen Axialschnitt durch ein Ventilatorgehäuse mit der erfindungsgemäßen Anordnung von Eintrittsdüse und Laufrad, F i g. 5 eine weitere Ausführungsart nach F i g. 4. F i g. 1 zeigt den bekannten Verlauf der Grenzschicht bei laminarer Anströmung einer Kugel mit der Ablöselinie 1 und F i g. 2 die durch Anbringung eines Drahtreifens 2 verursachte Umwandlung der laminaren in eine turbulente Grenzschichtströmung mit der Ablöselinie 1', wobei sich hinter der Kugel ein Druckanstieg ergibt. Aus- F i g. 3 ergibt sich, daß bei Anströmung einer Kreisringfläche 3 und Anordnung eines Drahtstreifens 2 das Verlzalten-def-Grenzschichtströmung ähnlich ist wie` bei der Kugelanströmung. Die Düse wird dargestellt als der Ausschnitt 5 einer aus der Durchdringung der Kreisringfläche 3 mit einem Zylinder 4 entstehenden Kreisringfläche. Dieser Ausschnitt ist identisch mit der Umdrehungsfläche des Kreisbogens 5 als Erzeugende um die gemeinsame Drehachse. Mit 1 ist die Linie des Abreißens der Grenzschichtströxnung bezeichnet. Der Drahtreifen 2 bewirkt die Umwandlung von laminarer in eine turbulente Grenzschichtströmung. ' Gemäß F.i g.'4 endet der an der Gehäusewandung 11 befestigte Teil der Eintrittsdüse in einer inneren Abrundung 5, die die Ümdrehungsfläche eines Kreisbogens mit der Höhe h und der Sehne s ist. Der Kreisbogen.5 erstreckt sich so weit bis zu dem Laufradspalt7, daß an-dem Spalt ein Anstieg des-statischeu Druckes ohne Grenzschichtablösung erreicht wird.. Die Grenzen des Verhältnisses von Höhe h zu Sehne s liegen zweckmäßig in einem Bereich h : s von 1: 6 bis 1: B. Mit 13 ist die Tangente an den Kreisbogen 14 des Laufraddeckels 8 an der engsten Stelle des Spaltes 7 bezeichnet, mit 15 die Tangente am inneren Endpunkt des Kreisbogens 5. Die Tangente 15 schneidet erfindungsgemäß den Kreisbogen 14 des Laufraddeckels B.In the drawings, F i g. 1 the laminar flow towards a sphere, FIG. 2 the turbulent flow towards a sphere, FIG. 3 shows the axial section through a circular surface, FIG. 4 schematically shows an axial section through a fan housing with the inventive arrangement of inlet nozzle and impeller, FIG. 5 shows a further embodiment according to FIG. 4. Fig. 1 shows the known course of the boundary layer with a laminar flow against a sphere with the separation line 1 and F i g. 2 the conversion of the laminar into a turbulent boundary layer flow with the separation line 1 'caused by the attachment of a clincher tire 2, with a pressure rise behind the ball. Exit F i g. 3 it follows that when the flow is incident on a circular ring surface 3 and a wire strip 2 is arranged, the interlaced-def boundary-layer flow is similar to that of the flow on spheres. The nozzle is shown as the section 5 of a circular ring surface resulting from the penetration of the circular ring surface 3 with a cylinder 4. This section is identical to the surface of revolution of the circular arc 5 as the generating line around the common axis of rotation. With 1 the line of tearing off the Grenzschichtströmxnung is referred to. The clincher 2 causes the conversion from laminar to turbulent boundary layer flow. According to FIG. 4, the part of the inlet nozzle which is fastened to the housing wall 11 ends in an inner rounding 5, which is the turning surface of a circular arc with the height h and the chord s. The Kreisbogen.5 extends so far up to the Laufradspalt7 that an increase in the gap-statischeu pressure is achieved without boundary layer separation on the borders-.. The ratio of the height h to chord s are expediently in a range of h: s of 1 : 6 to 1: B. 13 denotes the tangent to the circular arc 14 of the impeller cover 8 at the narrowest point of the gap 7, and 15 the tangent to the inner end point of the circular arc 5. The tangent 15 intersects the circular arc 14 of the impeller cover B according to the invention .

Die Darstellung der Profile der Meridiangeschwindigkeit c," zeigt, wie durch die gegenseitige Lage und FörmderAbrundungen5 und14derEinlaufdüsezuerst bis zum Laufradspalt 7 eine Verzögerung der Grenzschichtgeschwindigkeit eintritt und dann nach dem 17bergang zum rotierenden Laufraddeckel 8 das sich ergebende Profil der Meridiangeschwindigkeiten in seiner Struktur bis zum Austritt aus der Laufradschaufel 9 erhalten bleibt. Der Verlauf der Meridiangeschwindigkeiten c," ist also auch an der Austrittskante der Laufradschaufel 9 von dem Laufradboden 10 bis zum Laufraddeckel 8 gleichmäßig abnehmend, d. h. ohne Zunahme der Meridiangeschwindigkeit in der Grenzschicht ani Laufraddeckel B. Es werden dadurch Schubkräfte zwischen dem aus dem Laufrad austretenden Luftstrom und dem im Gehäuse 11 rotierenden Gehäusestrom, wie sie bei höherer Meridiangeschwindigkeit in der Grenzschicht am Laufraddeckel 8 auftreten würden, und damit ein Aufrollen und eine Verwirbelung des. Gehäusestromes vermieden. Der Strömungsverlust im Gehäuse wird dadurch geringer.The representation of the profiles of the meridian velocity c, "shows how, due to the mutual position and shape of the rounded portions 5 and 14 of the inlet nozzle, a delay in the boundary layer velocity occurs first up to the impeller gap 7 and then after the transition to the rotating impeller cover 8 the resulting profile of the meridian velocities in its structure up to the outlet of the impeller blade 9 is retained. The course of the meridian velocities c, "is thus evenly decreasing at the trailing edge of the impeller blade 9 from the impeller bottom 10 to the impeller cover 8 , that is, without increasing the meridian velocity in the boundary layer at the impeller cover B. There are thrust forces between the air flow emerging from the impeller and the housing flow rotating in the housing 11, as would occur with a higher meridian velocity in the boundary layer on the impeller cover 8, thus avoiding a rolling up and turbulence of the housing flow. This reduces the flow loss in the housing.

F i g. 5 zeigt einen einfachen und leicht zu fertigenden teilweisen Abschluß 12 des Laufrädspaltes, der zusätzlich eine weitere Herabsetzung des Spaltverlustes ermöglicht. Dieser Abschluß kann durch eine axiale Verschiebung der Düse beliebig eingestellt werden.F i g. 5 shows a simple and easy to manufacture partial Completion 12 of the impeller gap, which additionally reduces the gap loss enables. This conclusion can be achieved by moving the nozzle axially can be set.

Die Anwendung der Erfindung ist sowohl bei Radialventilatoren als auch bei Pumpen jeder Bauart möglich, da die Voraussetzung turbulenter Grenzschichtströmung in den meisten Fällen vorliegt und - wo. sie nicht gegeben ist - leicht erzeugt werden kann.The application of the invention is both in radial fans Also possible with pumps of any type, as the prerequisite for a turbulent boundary layer flow in most cases is present and - where. it is not given - easily generated can be.

Claims

Claims: 1. Radial fan or pump with an inlet nozzle, which is formed from circular arc-shaped profiled surfaces of the housing and the impeller cover disk, as well as a gap between these surfaces for the passage of the backflow of the housing, characterized in that the tangent (15 ) at the downstream end point of the circular arc (5) of the housing (6) the circular arc profile (14) of the impeller cover disc (8) intersects that furthermore the tangent (13) at the point of the circular arc (14) of the impeller cover disc (14) located at the narrowest gap point ( 8) runs approximately parallel to the impeller axis and that both tangents intersect at an obtuse angle of 1.35 to 155 °: 2. Radial fan or pump according to claim 1, characterized in that the gap at which the housing return flow meets the impeller flow , is where the boundary layer separation begins on the circular arc (5) of the housing guide, or just before this point. 3. Radial fan or pump according to claim 1 or 2, characterized in that the circular arc (5) of the housing guide (6) has a ratio of height (h) to chord (s) between 1: 6 and 1: 8 (1: 6 <h: s < 1: 8). 4. Radial fan or pump according to one of claims 1 to 3, characterized in that in the front part of the circular arc (5) of the housing guide (6) on the inner surface of a turbulent boundary layer detachment generating projection (2), for example a wire od. Like., is attached. 5. Radial fan or pump according to one of claims 1 to 4, characterized in that the circular arc (5) of the housing guide (6) with a gap throttle disc (12) partially sealing the gap. The like. Is provided for the purpose of changing the gap passage can be moved axially. Documents considered: German Patent No. 592 528; German patent application K 11619 I c / 27c (published on March 19, 1953); British Patent No. 710,391; U.S. Patent No. 2166,276.