DE1403032A1 - Zentrifugalgeblaese - Google Patents

Description

E 451
Lei/Kl

Die Erfindung betrifft Zentrifugalgebläse, insbesondere mehrstufige Turbogebläse, die beispielsweise in Staubsaugern Verwendung finden. Bei Gebläsen dieser Art ist es erforderlich, die vom Ausgang der ersten Stufe austretende Luft dem Eingang der nächsten Stufe zuzuführen, lerner ist es erwünscht, dabei die Geschwindigkeit der austretenden Luft in Druck umzuwandeln, bevor sie in die nächste Stufe eingelassen wird. TJm dieses zu erreichen, werden stillstehende Zwischenstufen-Leitschaufeln verwendet, welche Durchlässe mit wachsendem Querschnitt bilden, sodaß sie eine Verringerung der Geschwindigkeit der hindurchgehenden Luft erlauben. Da die Luft am Umfang des Schleuderrads der . ersten Stufe austritt und radial nach innen geleitet werden muß, sodaß sie in den in der Mitte liegenden

Einlaß

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Einlaß des Schleuderrads der zweiten Stufe eintritt, wurden gerade· Leit3chaufein oder -flügel für die Zwischenstufen-Leitschaufeln eine Verringerung des Querschnitts der dazwischen gebildeten Durchlässe ergeben. Jedoch kann durch Anwendung von in geeigneter Weise spiralig ausgeführten Leitachaufeln die gewünschte Diffusion erzielt werden.

Bisher wurden Diffusions-Leitschaufeln dieser Art mit Erfolg zur Führung der aus dem Rotor eines einstufigen Gebläses in den freien Eauin austretenden Luft verwendet, jedoch war der Wirkungsgrad des Gebläses überraschend niedrig, wenn die gleichen spiralförmigen Leitschaufeln als Zwischenstufen-Leitschaufeln verwendet wurden.

Es wurde nun festgestellt, daß der Wirkungsgrad beträchtlich verbessert werden kann, wenn jeder Flügel der Zwischenstufen-Leitschaufeln, anstatt mit einem glatten spiralförmigen Profil versehen zu werden, an seinem inneren Ende unmittelbar im Anschluß an den Einlaß der folgenden Stufe so umgebogen wird, daß sich ein im wesentlichen radiales Profil ergibt.

Ferner wurde festgestellt, daß, falls die aus der letzten Stufe des Gebläses austretende Luft so

geleitet

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geleitet v/ird, daß sie in.axialer Richtung nahe der Drehachse des Gebläses fließt, wie es z.B. der Pail ist, wenn sie in das Gehäuse eines das Gebläse treibenden Elektromotors zum Zweck der Kühlung eingeführt ,viri, es vorteilhaft ist, die gleiche Art von Hügeln su versendjn, wie sie oben in Verbindung mit den Zv;d.33lienstufen-leitschaüfein beschrieben wurde,

Eine beispielsweise Ausführung der Erfindung ist in der biigoxügten Zeichnung dargestellt* Darin sind:

1?±3. 1 ein Schnitt durch ein gemäß der Erfindung ausgeführtes zweistufiges Zentrifugalgebläse nit einem zum Antrieb des Gebläses dienenden Elektromotor, -

Pi^j. 2 ein Schnitt durch das Schleuderrad der ersten Stufe nach Linie 2-2 von Pig. T,

Pi j. 3 ein Schnitt ciuroh die Z^ischenstufen-Leitschaufeln nach Linie 3—3 von Pig« 1,

Pig. 4 ein Schnitt durch die -Auslaß-Leitschaufelii nach Linie 4-4 von Pig. 1 und

. 5 ein im verringerten Maßstab gehaltener Schnitt durch einen Staubsauger, in welchem das er-•findungsgemäße Gebläse eingebaut ist.

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Die BAD

I H U Ö U O /L

-A-

Die Zeichnung zeigt das Gehäuse oder den Rahmen eines Elektromotora mit einer feststehenden Erregsrwicklung 12 und einer .Ankerwicklung 14» die von einer mittels der Lager 18 und 20 drehbar im Rahmen 10 gelagerten Welle 16 getragen wird. Die Ankerwelle -16 rs.gt durch das Lager 20 und trägt ein Schleuderrad der ersten Stufe und ein Schleuderrad 24 der zweiten Stufe. Das Schleuderrad der zweiten Stufe ist in einem Gehäuse mit einer zylindrischen Wand 2β und einer Querwand 28 untergebracht, und das Schleuderrad 22 der ersten Stufe ist ebenfalls in einem Gehäuse mit einer zylindrischen Wand 50 und einer Querwand 52 angeordnet. Die beiden .Gehäuse sind miteinander und mit dem Motorrahmen 10 durch Zugschrauben 34 verbunden, von denen eine in Fig. 1 zu erkennen ist.

Die Schleuderräder 22 und 24 können im wesentlichen gleich ausgeführt sein, und deshalb soll nur das Schleuderrad 22 der ersten Stufe, welches in Pig. 2 näher dargestellt ist, im einzelnen erläutert werden. Es besteht aus einer Scheibe 36, die auf einer an der Ankerwelle 16 befestigten Habe 38 angebracht ist. An der Vorderseite der Scheibe 36 ist eine Anzahl von spiralförmigen Flügeln 40 befestigt. Jeder Hügel kann mit einer Anzahl Laschen 42 versehen sein, welche durch entsprechend angeordnete Schlitze in der Scheibe 36

gesteckt ■809801/0028

gesteckt und an der Rückseite der Scheibe umgebogen sind. Die entgegengesetzten Kanten der Flügel sind mit ähnlichen laschen 44 versehen, welche durch Schlitze in einer Scheibe 46 ragen. Diese "besitzt eine Einlaßöffnung 48. Die Scheiben 36 und 46 werden somit durch die Flügel 40 zusammengehalten, und diese Anordnung bildet das Schleuderrad, welches sich mit der Ankerwelle dreht. Die Querwand - 32des Gehäuses der ersten Stufe ist mit einer Einlaßöffnung 50 versehen, welche im wesentlichen mit der Einlaßöffnung in der vorderen Scheibe 46 des Schleuderrads fluchtet.

An der Außenseite der Querwand 28 des Gehäuses.der zweiten Stufe ist eine Anzahl von Flügeln 52 so befestigt, daß sie im Innern des Gehäuses der ersten Stufe liegen, v/ie in Fig. 3 dargestellt ist. Jeder Flügel ist mit einer Anzahl von laschen 54 versehen, welche durch entsprechend angebrachte Schlitze in der Viand 26 gesteckt und gegen, die Innenseite der Wand umgebogen sind. Der größere Teil jedes Flügels 52 besitzt ζ,νο,ν ein glattes spiralförmiges Profil, doch ist zu erkennen, daß das innere Ende nach innen umgebogen ist, wie bei 56 in Fig. 3 angedeutet ist, sodaß es im Anschluß an die.in der Wand 28 gebildete Mittel-Öffnung 58 ein im wesentlichen radiales Profil besitzt.

Die

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Die Vorderkanten der Flügel 52 tragen eine Scheibe 60, die eine Mittelöffnung 62 "besitzt, deren Umfang nahe an der Habe 38 liegt. Die Scheibe 60 liegt in geringem Abstand von der Scheibe 36 des Schleuderrads der ersten Stufe. Da die Flügel 52 an der feststehenden Wand 28 des Gehäuses der zweiten Stufe befestigt sind, sind diese Flügel und die Scheibe 60 feststehend. Sie bilden die Zwischenstufen-Leitschaufeln, welche die am Umfang der ersten Stufe austretende Luft auf den Einlaß 64 des Schleuderrads 24 der zweiten Stufe hinleiten. Wie oben angegeben wurde, ist dieses Schleuderrad in jeder Hinsicht dem Schleuderrad 22 der ersten Stufe ähnlich. ■

Die Auslaß-Leitschaufeln im -Anschluß an die zweite Stufe sind an dem Teil 66 gebildet, welches den vorderen Lagerschild des Motorrahmens 10 darstellt. Wie besonders in Fig. 4 zu erkennen ist, sind eine Anzahl von Flügeln 68 auf der Außenseite des Teils 66 gebildet. Da dieses Teil gewöhnlich ein Gußteil ist, werden am einfachsten die Flügel 68 aus einem Stück mit diesem gegossen. Wie bei den Zwischenstufen-Leitschaufeln 52 besitzen auch diese Flügel über den größten Teil ihrer Länge ein spiralförmiges Profil, welches sich unmittelbar im Anschluß an die im Teil 66 gebildeten Öffnungen in ein im wesentlichen radiales Profil 70 ändert. Die

öffnungen

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Öffnungen 72 führen, in das Innere des Motors, sodaß die durch sie hindurchtretende Luft an den Erregerwicklungen. 12 und den Ankerwicklungen. 14 vorbeistreiohen und diese kühlen kann, bevor sie durch die an der Rückseite des Motorrahmens 10 gebildeten Öffnungen austritt.

In Betrieb wird der Anker des Motors, gesehen in der Darstellung von Pig. 2, gegen den Uhrzeigersinn gedreht, sodaß die beiden. Schleuderrader 22 und 24 in dieser Richtung rotieren. Durch die Drehung des Schleuderrads 22 wird Luft über den Einlaß 50 in der Wand 32 des Gehäuses und über den Einlaß 48 in der Scheibe 46 des Schleuderrads angesaugt» Diese Luft wird' der Wirkung der rotierenden Schaufeln 40 ausgesetzt und am Umfang ausgestoßen, wo sie eine hohe Geschwindigkeit besitzt. Diese rotierende Luft tritt zwischen die äußeren Enden der feststehenden Flügel der Zwisehenstufen-Leitschaufeln ein und fließt in der Richtung der in Pig. 3 dargestellten Pfeile nach innen auf den Mittelpunkt hin. Damit die Luft aus.den zwischen den Schaufeln 52 gebildeten Durchlässen in den Einlaß 64 des Schleuderrads der zweiten Stufe eintritt, muß sie"ihre radiale Strömungsrichtung in eine axiale Strömuhgsrichtung ändern. Es wurde festgestellt,

daß

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dais dies durch die Anbringung des im wesentlichen radial verlaufenden Profils 56 der Flügel sehr erleichtert wird.

Während des Durchgangs durch die Zwischenstufen-Leitschaufeln wird infolge des wachsenden Querschnitts der Durchlässe zwischen den Schaufeln ein Teil der Geschwindigkeit der Luft in Druck umgewandelt, sodaß sie beim Eintritt in die zweite Stufe einen höheren Druck, als beim Verlassen der ersten Stufe hat.. Das Laufrad der zweiten Stufe zwingt die Luft nach außen, wie zuvor in Verbindung mit der ersten Stufe erläutert wurde, und die am Umfang der zweiten Stufe austretende Luft besitzt wiederum eine hohe Geschwindigkeit. Diese' Luft geht durch die gekrümmten Flügel 68 der Auslaß-Leitschaufeln, wobei sie im allgemeinen radial nach innen geleitet wird. Da sich der Querschnitt der zwischen den Flügeln 68 gebildeten Durchlässe vergrößert, wird ein Teil der Geschwindigkeit der Luft während des Durchgangs in Druck umgewandelt. Dann wird die Richtung der Luft geändert, sodaß sie durch die öffnungen 72 strömt. Dieser Sichtungswechsel wird durch die Profiländerung der Flügel erleichtert. Die Luft, fließt dann in allgemein axialer Richtung durch das Motorgehäuse, wo sie zur Kühlung des Motors dient, bevor sie durch die öffnung ina Freie austritt.

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Die Verbesserung des Wirkungsgrads eines Gebläses dieser .Art kann durch Luft-PS ausgedrückt werden. Um die durch die Erfindung erzielte Verbesserung zu messen, vrarde ein genau nach der vorstehenden Beschreibung ausgeführtes Motorgebläse, im folgenden als Anordnung I bezeichnet, zur Feststellung der geleisteten Luft-PS geprüft. Dieser Wert wurde dann mit einem entsprechenden Wert verglichen, der durch Prüfung der gleichen Anordnung erhalten wurde, wobei jedoch die Flügel 52 der in Fig« 5 gezeigten Zwisehenstufen-Leitschaufeln durch Flügel ersetzt wurden, v/eiche über ihre gesamte Länge ein glattes spiralförmiges Profil besaßen und am Umfang .der Mittelöffnung 58 endeten. Diese zweite Anordnung wird im folgenden als Anordnung II bezeichnet.

Die Formel zur Ermittlung der Luft-PS lautet:

Vi .H
Luft-PS = J

Dabei ist W die Strömungsmenge der Luft in lbs pro Sekunde und H der Druck der Luft in Fuß. Wenn die Strömung in Kubikfuß pro Minute und der Druck in Zoll Wa3serhöhe angegeben werden, was leichter zu messen ist, lautet die Formel:

Luft-PS=

wobei q die Strömungsmenge und h der Druck- ist.

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- το -

* ι

Die oben erläuterten Anordnungen I und II wurden in einem Staubsauger der in J?ig. 5 dargestellten Art geprüft, und zwar jede Anordnung mit Ansaugöffnungen von zwei verschiedenen Durchmessern. Dabei ergaben sich die in der folgenden Tabelle aufgeführten

	Ansaug öffnung	5 5	h	q	Iuft-PS	Leistungs aufnahme des Motors
Anordnung	1-3/8" 1-3/8"	37 36	,95 ,60	60,5 58,7	0,0565 0,0517	Watt
I II	5/8" 5/8,"		,80 ,90	30,90 30,55	0,184 0,177	580 580
I II				540 540

In dieser Tabelle wurden die Werte für Luft-PS in jedem Pail unter Verwendung der obigen Formel abgeleitet, wobei die bei den Untersuchungen festgestellten Werte für h und q. eingesetzt wurden. Der Anstieg des Wirkungsgrads der Anordnung I über die Anordnung II wird dadurch ermittelt, daß die Luft-PS-Werte dividiert werden. Bei einer Ansaugöffnung von 1-3/8" erhält man also = 1,09, d.h. einen Anstieg von 9 #.

Bei einer Ansaugöffnung von' 5/8" ergibt sich

1,04, oder ein Ansteigen des Wirkungsgrads

Es

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Es ist festzustellen, daß die Verbesserung des
Wirkungsgrads umso größer wird, je größer die Luftströmung ist. Bei einer Ansaugöffnung von 1-3/8"
ist die Luftströmung etwa zweimal so groß als bei einer Ansaugöffnung von 5/8", und der Anstieg des Wirkungsgrads ist etwas mehr als doppelt so groß.

Patentansprüche

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Claims (5)

PATEHTANSPE Ü. CHE

1) Zentrifugalgebläse mit einem Gehäuse, einem drehbar im Gehäuse angebrachten Schleuderrad, welches mit Schaufeln zum Ausstoß von Luft an seinem Umfang versehen ist, wobei das Gehäuse mit einer axial angeordneten Auslaßöffnung versehen ist, die in radialer Richtung innerhalb von dem Umfang des Schleuderrads liegt, und wobei zwischen dem Umfang des Schleuderrads und der Auslaßöffnung in dem Gehäuse feststehende Leitschaufeln angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Leitschaufeln vom äuße-

. ren Ende an über den größten Teil ihrer Länge ein spiralförmiges Profil besitzt, welches sich am inneren Ende der Leitschaufel zu einem im wesentlichen radialen Profil ändert. '

2) Zentrifugalgebläse gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln so angeordnet sind, daß zwischen ihnen Durchlässe gebildet werden," deren Querschnitte sich auf die Auslaßöffnung hin vergrößern.

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3) Zentrifugalgebläse gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Gebläsestufen vorgesehen sind, von denen jede ein in einem getrennten Gehäuse untergebrachtes Schleuderrad aufweist, daß eine Mittelöffnung die beiden Gehäuse verbindet, und daß die Leitschaufeln so angeordnet sind, daß sie die aus dem Schaufelrad dar ersten Stufe kommende Luft in das Gehäuse der zweiten Stufe leiten.

4) Zentrifugalgebläse gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse der zweiten Stufe ebenfalls mit einer Mittelöffnung versehen ist, welche als AusIaIJÖffnung dient» und daß auch im zweiten Gehäuse leitachaufsln angebracht sind, .velche die luft zu der Auslaßöffnung leiten und von. äußeren Ende an üb-or den größten Teil ihrer Länge ein spiralförmiges Profil besitzen, welches sich ai;· inneren Ende jeder leitschaufel au einem in v/esentlichen radialen Profil ändert*

5) Zentrifugalgebläse gemäii -Aruäpruch 4, dadurch gekennzeichnet, ululL· aicii an d_.ö Gehäuse dor zweiten Stufe sin Elektromotor ü-nachlieüt, welcher zum Intrieb der Gabläsovollaufolrcider dient, und daß lie aus der AuslaiJcffiiun.j des zweiten Gebläses austretende Luft zum Zv/ecfc dei- Kühlung durch den Motor geleitet wird.

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