DE1403050A1 - Querstromgeblaese - Google Patents

Description

• Qusretromgeblitee

  DR. 1. M. MAAä

  0R. W; G 'FEIFFER

  PATEN TANWIILTE

  am oNCof i":3

  uNGEtEE:TaAUE ts

  Die Erfindung betrifft ein Querstrongeblgte zur FörderuuW

  von Gasen im Bereich kleiner Reynolds-Z'ehlepo

  Es ist ein Ziel der Erfindung, den Lentungeuoaatz und den

  Wirkungsgrad von Kreiralarbei,teeasohnsn im Bereich klei-

  ner Reynolde-Zahlen (Re) zu verbessern.

  Die Re-Zahl stellt des Verbannte 4-er Tshetsm1ilte

  zu den Zäbigkeit®kräften dar. `Die frägreitehratet -

  wie allgemein bekannt - der G4eohwi4dateit den sten

  Msäues und den Aöaeesen der das Duroheateeedim bs.

  sohleungenden Nasohnenteile preporteo;.__

  !Ur eine Strö1r atit lll*t

  wobei:

  d eine charakterigtieche Längenabmeoaung der Na-

  achinenteile, die die Beschleunigung den Durch-

  satzmediuma bewirken,

  c eine eharakterietisehe Geschwindigkeit des

  Purehäatzmodiums und

  die kinematische Zähigkeit des Durchsatzmediume

  into

  Hei einer Strömungemaschine nach der Erfindung, bei der

  der die Beschleunigung verursachende Maschinenteil ein zy-

  lindrischen Schaufelgitter ist, ist d die Schaufeltiere

  in radialer Richtung.

  Die oharakterietiaohe ßeeohwindigkstt o ist ganz allge*ein

  die örtliche Relativgeschwindigkeit zwischen dem Durch-

  eatzmedlum und den diesen Dureheatsmedium beschleunigen-

  den Maschinenteil. Hei Kreinelmauchinen wird jedoch defi-

  nitonegemäa die Umfangegeschwindigkeit des Läufern als

  ohacakteriatische ßeaohwindigkeit -in die Re-Zahl eingesetzt.

  Die Erfindung betrifft die Verbesserung von Strdmungema-

  ech;nenr bei denen de dieser letzteren Definition ent-

  sgrechende Reynolds@Zahl kleinor als 5 x 104 ieto

  Da die ite-Zahl im Zähler die Ahmeeeung der die Beschleunigung bewirkenden Maschinenteile sowie die charakterioteche Geschwindigkeit und im Nenner die kinematioche Zähigkeit, die gleich dem. Quotienten aus dynamischer Zähigkeit und der Dichte des Durchsatzmedume ist, aufweist, bezieht sich die Erfindung also 'speziell auf Strömungsmaschinen, die entweder kleine Abmessungen oder mit geringer Umfangegeechwindgkeit laufende Täufer besitzen oder deren Durchestzmedium eine hohe Viekoeität bzw, eine geringe Dichte aufweist, zum Beispiel verdUnnte Gase.

  ?,s ist bekannt, daß auf der Saugseite einer Schaufel zu-

  erst eine Beschleunigung und danach eine Verzögerung der

  Strömung erfolgt Auch auf der Druf®eite wirken beatimte

  Zonen beschleunigend j andere Verzögernd. Je größer die

  Zähigkeitskräfte im Verhältnis zu den Trägheitakräften im

  Bereich kleiner Re-Zahlen werden, desto stärker wird die

  wandnahe Strömung-in den

  dbr- Sohaufeln

  verlangsamt. Sobald dieoe wandnahe Schicht der Strömung in

  den Verzögerungsgebieten so stark verlangsamt wird, daß nie das Ende der Schaufeln nicht mehr erreicht, treten die un- ter dem Begriff "Ablösung" bekannten Erscheinungen auf.- Die Stelle, ab welcher dieStrömung nicht mehr der Sohau-.felkontur folgt, wird mit "Ablösungspunkt" bezeichnet. Die- ser Ablösungspunkt rückt umso weiter gegen die Strömunge-.richtung nach vorne, je stärker die Auswirkung der Zähigkeitskräfte gegenüber den Trägheitekräften, je kleiner also die Relativgeschwindigkeit zwischen Strömung und Schaufel ist. In der Ablösungszone entsteht eine mit einem "Totwassergebiet".xergleiohbare Verwirbelungseone, in welcher Strömungsenergie in Wärmeenergie umgesetzt wird. Hierauf ist im wesentlichen die Wirkungsgradverschlechterung zurückzuführen. Dadurch, daß die Strömung nicht dem Profil auf ganzer Inge folgt, sondern sich ablöst, wird die Umlenkung kleiner. Das Maß der Umlenkung im Schaufelkanal aber be- stimmt den Druckgewinn in der Maschine. Deshalb verringert eich mit abnehmender Re-Zahl-der Druckgewinn. Sohließlioh versperren die Ablörungesonen.ainen Teil des Querschnitts der Schaufelkanüle, so daß auch der Durohnats der Strömungemaschine geringer wird. .
• Da im Bereich kleiner Re-Zahl-en arbeitende Gebläse eine außerordentliche wirtschaftliche Bedeutung besitzen, wur- den bereits viele Versuche unternommen, um diese Maschinen zu verbessern. Einerseits wurde versucht, die Anntrömgeachwindigkeit bei gegebener Umfangsgeschwindigkeit den Läufers insgesamt zu erhöhen, indem bei meridianbesahleunigten Axialgebläsen die gesamte Durchsatzetrömung mittels einer dem Läufer vorgeachalteten-Düse beschleunigt wurde, bevor sie die umlaufende Beschaufelung den Läufers erreich- te. Hierdurch wurden zwar die Relativgeschwindigkeiten er- höht, der dem Geschwindigkeitszuwachs zugeordnete Druckverlust mußte aber durch einen nachgeschalteten Diffusor wie= der ausgeglichen werden. Dieser Diffusor führte aber seinerseite wiederum zu umso schlechteren Umaetsungewirkungsgraden, je kleiner die Re-Zahlen waren.
• Ein anderer Weg bestand darin, daa' die Schaufeltiefe ton Axialventilatoren außerordentlich groß gemacht wurde, wodurch - ohne Xnderung der Umfanaaaeeohwindgket-- die Re-Zahl vergrößert wurde. Der erwartete Wirkungegcadsuwaohe blieb jedoch aus, da gleichzeitig das Verhältnis von SchaufellUge zu Schaufeltiefe ao ungünstig wurde, daß der iaduzierte Widerstand stark - sunahm. $o schienen die Vsobteile im Bereich, kleiner 1.Rtm-Zahlen naturgesetetlich bedingt. zu 86in. - . Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Kreiselgebläse für Gase, zu schaffen, die im Bereich kleiner Re-Zahlen, insbesondere bei Re-Zahlen unter 5 x104 noch mit hohen Wirkungsgraden betrieben werden können. und die darüber hin- aus gegenüber den bisherigen Konstruktionen leiser lau- fen und eine wesentlich geringere Baugröße zulassen.
• Be ist bereits ein Gebläse bekannt, bei dem eine das Schau- felgitter umgebende Zeitwand zwischen dem Ansaug- und dem Druckbereich so angeordnet ist, daß zwischen dieser Leit- wand und dem Schaufelgitter ein in Laufrichtung desselben konvergierender Kanal entsteht. Durch diese Maßnahme wurde für eine hervorragende Laufruhe erzielt. Es hat sich auch herausgestellt, daß diese Gebläse eine be- stimmte Leistungssteigerung gegenüber den früher bekannten beeagena Die vorliegende Erfindung neigt ein übergeordneten Prinzip auf, das tu einer Leistungssteigerung bei gleichzeitiger wirkungegradverbeneerung relativ nu den bekannten Strönungstasohi.apn in Gebiet kleiner Re-tahlen führt..
• Dieses Prinzip @threibt ertindungsgen18 vor, eine Erhöhung! der Relativgeschwindigkeit zwischen dem Durcheatzmedium und dem Schaufelgitter in nur begrenzten Zonen dadurch zu erzielen, daB der Durcheatzetrömung ein GeBohwindigkeiteprofil mit einem ausgeprägten Maximum aufgezwungen wird. -In denjenigen Zonen, in denen die schnellen, dem Geschwindigkeitsmaximum zugeordneten Stromröhren vom Schaufelgitter geschnitten werden, :herrschen örtlich entsprechend hohe Relativgeaahwindigkeiten zwischen dem Durcheatzmedium und den umlautenden Schaufeln, so d.aß sich in diesen Zonen Umeetzungewirkungegrade ergeben, wie sie sonst nur bei Ma-sähinen erreicht werden können, die bei entsprechend viel höheren Re-Zahlen betrieben werden. Zwar fuhrt die erfndunaegemäße "Durcheatzverechiebung" in anderen Durcheatzzonen des Schaufelgittern zu Geechwindigketen, die unterhalb der mittleren Geschwindigkeit liegen, da aber der Leietungeinhalt-einer aus dem goheufelgitter austretenden Stromröhre mit der dritten Potenz der strömungegeeohwindig-_ keit_aneteigt, konzentriert sich die umgesetzte Leistung gehend auf die Zotten hoher Geeohwndigkeiteng so daß die Umsetzungswirkun^egrade in den Zonen langsamer Durahetrö- -mutig auf den Ge®amtwirkungegrad aller Zonen den. Schaufel- gitters fast ohne E,nfluß: bleiben. Die Erfindung lehrt also, der Durehsatsetrömung jeweils vor Durchsetzung des lei- stungsaustauschenden Schaufelgitters ein Geschwindigkeitecprofil.mit ausgeprägtem Maximum aufzuzwingen, während es bisher im Strömungsmaschinenbau als Regel galt, eine möglichst gleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung der Durch-Satzströmung anzustreben, um das-Schaufelgitter möglichst gleichmäßig zu belasten.
• Erfindungsgemäß wurde weiter gefunden, daß Sich die ge- nannte Durchsatzverschiebung mit einer solchen Einetelluhg der Schaufelwinkel und einer solchen Krümmung der Schau- feln erreichen läßt, daß der Durcheatzetrömung die Geeehwindigkeitsverteilung annähernd eines Potentialwirbelfeldee aufgezwungen wird, dessen Zentrum möglichst nahe an der Peripherie des Schaufelgitters liegt, und die dem.Wirbelkerngebiet nahen Stromröhren in etwa gegensinniger Richttag umgelenkt werden.
• Vorzugsweise wird zur Trennung dieser wirbelkernaaüen schnellen Stromröhren zwischen Aneaug- und Druckbereich ein sich nur über einen kleinen Schaufelgitterbereich eretrek- r kender und die Lage des Potentialwirbels stabilisierender Leitkörper so angeordnet, daß zwischen der Peripherie des Schaufelgitters und dienen Leitkörper ein Kanal gebildet wird. Wenn dieser Zeitkörper gemäß der Erfindung als Plat- te ausgebildet ist, die mit ihrer Sehmalseite der Periphe- rie des Läufers zugekehrt ist, dann kann sich in dem Läu- fer ein nahezu ungestörter Wirbel ausbilden und die ganze Läuferperipherie an der Förderung teilnehmen, wodurch sich der-Wirkungsgrad wesentlich steigern lä@ßt.
• Die Strömungegeschwind-igkeit in einem Potentislwrbeleld ist umgekehrt proportional dem Abstand vom Wirbelzentrum. Das Geeehwindgkeiteprofl einer Wirbelströmung besitzt in der Nähe den eich um das Zentrum dieser Wirbelströmung zwangweiee ausbildenden Wirbelkerne ein Maximum. Dm eine Duroheatzverechiebung.mit: einem ausgeprägten Maximum $u erhalten, ist es gemäß der Erfindung erforderlich, deß ein großer hurcheatzantel das Schaufelgitter möglichst nahe am Wirbelzentrum durohatröat. Dies tann erfirduggsg«W8 durch die Ausbildung des Leitkörpers erfolgen. Dia Zahl der Anwendungsmöglichkeiten der erfindungegemäßeri Lehre ist außerordentlich groß. Es hat sich geseigt, daß diejenige Einstellung der Schaufelwinkel und diejenige Wehl der Schaufelkrümmung, die zur. Erzielang einer optimalen Duroheatsvereahiebung erforderlich sind ,. unter anderem-von folgenden ,Parametern abhängig sind: Dem . Durohmeseer des Schaufelgit- tera, der Erstreckung der Schaufeln in radialer Richtung, der Dichte und Zähigkeit den Durcheatzmediums, der Wahl der äußeren Leitwandanordnungen und der äußeren Leitkörper, die eine Stabilisierung der Zage des Wirbelfeldes bewirken; der Drehzahl des Schaufelgitters sowie dem,Verhältnie von Gesamtdruck zu Gegendruck: Da diene zuletzt genannten Parameter den jeweiligen Arbeitsbedingungen angepaßt werden müssen, ist die erfindungsgemäße Lehre nicht auf eine besondere Anwendung beschränkt, sondern sie bein-haltet ganz allgemein die Forderung, eine Dureheatzverschiebung durch eine ganz bestimmte Einstellung des Schaufelwinkels und eine ganz bestimmte Wahl der Schaufelkrümmung zu bewirken. Unter Sobaufelkrümung wird dabei nicht nur die Krümmung einer Schaufel, die an jeder Stelle gleich dick ist, verstanden, sondern auch die Krümmungen der Konturen von profiliertem Schaufeln. Das Kriterium der Erfüllung der erfndungegemäßen Bedingungen ist, daß die dem Wirbelkerngebiet nahen ßtromröbren in annähernd geaensinntger Riehtung umgelenkt werden,. was mit einen Leitkörper bewirkt wird, der sich in Umfengeriohtung den ufere geneben -nur über einen kleinen Bereich erstreckt und vorzugsweise als Platte ausgebildet ist, die mit ihrer Schmaleeiteder häu ferperipherie sugekehrt ist. Es wurde weiter gefunden,, daß für-den Zeitkörper, der den Saugbereich von dem Druckbereich trennt und der das Wirbel- feld stabilisiert, in Beziehung zu eventuell anderen vorhandenen Leitflächen, wie zeB. Gehäuseteilen oodgl., eine günstigste Lage sowie optimale-Abmessungen gefunden wer- den können a Dieser Zeitkörper muß dabei relativ zu dem Umfang den Schaufelgitters so und angeordnet sein, daß ein Teil der aruekeeitigen Strömung durch einen im Druckbereich beginnenden Kanal außerhalb den Schaufelgittern in dasselbe zurückströmen kann und damit einen Teil der Wirbelkernetrömung bildet. -Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung soll die Durohnatzströmung so stark umgelenkt werden., daß der größere Teil des Durchsatzes diejenigen Zonen den Schaufelgittern durchsetzt, in denen die Umlaufrichtung der Schaufeln eine Komponente-besit$t, die der Hauptetrömungsriohtmg entgegengesetzt ist. Unter üauptetrömungerichtung soll dabei die Richtung in der jeder Geechrrndigkeitssektor des Wirbelfeldes im inneren den Sohaufelsylin-. Gere eine Komponente größer Null aufweist. -Sowohl. die letstgehsnnte Forderung als auoh.die-,inölge der Durohnatzverechiebung reaulti:erende ßeenhwindgkciterer- teilurig mit ausgeprägtem Maximum stellt im Strömungsmauchinenbau ein absolutes Novum dar,.da der Strömungsmaschinenbauer bisher bemüht war, die impulsübertragenden Maschinen- teile einer Strömungsmaschine mdglichet-gleichräßig zu be- lasten. Vorzugsweise wird gemäß der Urfindung die Krümmung der Schaufelprofile und die Schaufelwinkel sowie das Leitkörperprofil und insbesondere der Abstand des Leitkbrpere von dem umlaufenden Schaufelgitter eo ausgebildet bzwe bemes- . een, dafl der-Wirbelkern von den Schaufeln so geschnitten wird, daß die Geschwindigkeit derjenigen Isotaohe den Wir- belkerns, die die Schaufelnnenkanten berührt, annähernd gleich der Umfangsgeschwindigkeit dieser Sehaufelinnenkanten ist. Iiierduroh werden die Verluste im Kernbereich auf ein Minimum reduziert. . Besondere Merkmale d&r etindung betreffen die Ausbildung den den Wirbelkern stabilisierenden und den Saugbereich von dem Druckbereich trennenden Leitkörpers. Die Möglichkeiten,, die durch eine :besondere ,Ausbildung den genannten Leitkörperzur Beeinflussung der ßtr8mungsverhältneue in dem Wirbelfeld gegeben ei-ndwerden näher anhand der bei&OUg- ten Figuren. erläutert. Dieser Zeitkörper, der zwischen den in dem Saugbereich und dem Druckbereich in beinahe gegenenniger Richtung strömenden Stromröhren angeordnet ist, wird weiterhin als der das Wirbelfeld.atabilieierende Leitkör- per bezeichnet.
• In vielen Fällen, insbesondere da, wo das Gebläse von einen Gehäuse umgeben wird, ist eine zweite Leitwand vorgesehen. Diese Leitwand ist jedoch nicht unbedingt f'unktionenotwendig, um das-erfiadungegemäße Prinzip der Durcheatzversohiebung in einer Strömungsmaschine zu verwirklichen, sie kann also, wenn erforderlich, weggelassen werden.
• Diese zweite Leitwand wird, wenn sie vorhanden ist, vorzugs- weise dem das Wirbelfeld stabilisierenden Leitkörper gegen- über angeordnet und so ausgebildet, daß sich zwischen ihr und dem Schaufelgitter ein in Drehrichtung den Sohaufelsitters divergierender Kanal ergibt. Das gegenüber dem das Wirbelfeld stabilisierenden Leitkörper angeordnete Endie dieser Letwandanordnung wird zweckmäßigerweiee:in einem

  Abstand von dem Schaufelgitter angeordnet, der-dem Ahetand

  des -das Wirbelfeld stabilisierenden Leitkörpers von des

  etwa -

  Schaufelgitterfiglech ist. Dieser Abstand kann jedoch auch

  größer oder kleiner sein.
• Da das Geschwindigkeitsprofil der Strömung durch die Grös= se und die Zage des sich im Zentrum des Wirbelfeldes ausbil- denden Wirbelkerrtee bestirmt--iat, - läßt sich die neuartige Strömungsmaschine durch Maßnahmen regeln, die die Konfiguration des-Wirbelfeldes beeinflussen.
• Insbesondere wirkt sich jede Änderung im Bereich des Ker- nes und im Bereich der kernnahen Stromröhren sehr wirkungsvoll aus. Die- Erfindung betrifft deshalb auch neue;Maßnahmen, mit denen sich die erfindungsgemäßen Strömungemtechinen regeln lassen.
• Anhand der Figuren soll die Erfindung bei®pielsweise näher erläutert werden.
• Figur 1 zeigt.eine graphische Darstellung der Abhängigkeit des Wirkungsgrades Jt von der Lieferziffer. Re von Strömungsmaschinen nach dem Stande der Technik, für verschiedene Reynolde-Zahlen.
• Figur 2a zeigt schematisch die Geschwindigkeitsverteilung in einer Strömungsmaschine nach dem Stande der Technik und Figur 2b zeigt schematisch die Geschwindigkeitsverteilung in einer Strömungsmaschine nach der vorliegenden Erfindung. Figur 3a zeigt einen Querschnitt durch ein zylindrisches Schaufelgitter, wobei schematisch die Isotachen im Inneren des Schaufelgitters und die Geschwindigkeitsdreiecke nach der zweiten Durchgtrümung des Schaufelgitters eingezeichnet sind. Figur 3b zeigt diese Geschwindigkeitsverteilung im Inneren-den Schaufelgitters noch einmal in graphischer Darstellung.
• Figur 4 zeigt einen Querschnitt durch ein zylindrisches Schaufelgitter und einen Leitkörper. In Figur 4 sind eben- falls die Isota-chen im Inneren des Schgufe'lgitters und ihre Lage relativ zu dem Leitkörper schematisch dargestellt.. Figur 5 zeigt einen Querschnitt durch zwein entgegengesetzter Richtung sich drehende das.Durch-. satzmedium durch einen gemeinsamen-durch Leitkörper begrenzten Austrittskanal fördern.
• Die Figuren 6 -bis 10 zeigen verschedene. Letkörpertnordnun-_gen, die teilweise versteilbar ausgebildet sind, : Die Figuren 11 und 12 zeigen Zuordnungen von plattenförmigen Leitkörpern zuerfindungsgemäßen Queretromgebläsen.
• In Figur 1 ist die Abhängigkeit des Umsetzungswirkungsgraden vtin der mit-der Reynolds-Zahl multiplizierten Lieferziffer fUr aerodynamisch gleichwertige Strömungsmaschinen nach dem Stande der Technik, die bei verschiedenen Re-Zahlen arbeiten, aufgetragen. Die Einhüllende dieser Kurven,gibt die Abhängigkeit der maximal erreichbaren Wirkungsgrade bei verschiedenen Re-Zahlen mit diesen herkömmlichen Kreiselmaschinen wieder. Wie deutlich zu sehen ist, fällt der Wirkungsgrad im Bereich-von Re-Zahlen kleiner 84 000 annähernd linear mit der ge-Zahl ab, während sich der Wirkungsgrad bei Re-Zahlen größer 84 000 wenig ändert.
• Die Erfindung betrifft die Verbesserung von Kreiselmaschinen in diesem Bereich kleiner Reynolds-Zahlen, in dem der Wirkumgegrad mit kleiner werdenden Re-Zahlen wesentlich schlechter wird. Anhand der Figuren 2a und"2b soll das erfindungegemUt Prinzip erläutert werden. In der Figur 2a ist schematisch die Gen ehwindigkeitsverteilung des Durcheatzmediums vor seinem Durchtritt durch die Beschaufelung einer. herkömmlichen Stränura:emaaehine aufgetragen. Dieses Geschwindigkeitsprofil entspricht dew einer Kanalströmung. Der Strömungsmaschinenbauer war bisher

  bestrebt, die den Impulsaustausch bewirkende Beschaufelung

  so gleichmäßig zu belasten, daß am Austritt der Maschine eine

  nahezu rechteckige Geschwindigkeitsverteilung, wie sie durch

  das Rechteck A=H-C-D schematisch angedeutet wird, zu erhalten

  ist. .

  In Figur 2b ist eine Geschwindigkeitsverteilung dargestellt,

  wie sie gemäß der Erfindung angestrebt wird. Dabei entspricht

  der Querschnitt A' - E' dem in Figur 2a dargestellten Quer-

  schnitt. Ebenso ist das gleiche Rechteckprofl AIHICID' wie in

  Figur 2a angedeutet. Da; wie am Anfang der Beschreibung aus-

  geführt wurde und auch aussen in Figur l dargestellten ICur-

  ven hervorgeht, die Umsetzungswirkungsgrade in dem Bereich

  der Re-Zahlen unter 84 000 mit größer werdenden Relativge-

  schwindigkeiten zwischen dem Strömungsmedium und den diesen

  Stränungamedium beschleunigenden Nauchnenteilenstark zunehmen,

  ergeben sich für den Teil Et-Ft des Querschnitts.At-Bt !Ur die

  erfindungsgemäße Strömungsmaschine wesentlich höhere Umsetzunge-

  wirkungsgrade. Weil die Geschwindigkeiten in diesem Bereich

  -über EI-F$ wesentlich höher sind als in dem Bereich, dar über

  den Strecken A'-F' und F'-BI aufgetragen ist,..wird in diesem

  Bereich über E'-?! fast die ganze Leistung umgesetzt. Die

  ' geringe Wirkungsgradverschlechterung für den verlangsamten

  Durchsatzanteia, der sehr klein ist» fällt nioht-ina Gewicht.

  In Figur 3a ist ein Querschnitt durch ein zylindrischen Schau-

  felgitter dargestellt, mit dem die erfindungsgemäße Durehsatzverschiebung erreicht werden kann, @,;osei Isotachen a-f im Inneren des zylindrischen Schaufelgitters eingezeichnet sind. . In Figur 3b. sind die dem Querschnitt x-x in Figur 3a zugeordneten Geschwindigkeiten aufgetragen und zu dem Geschwindigkeitsur protil ergänzt.
• Das Schaufelgitter 1 weist eine Anzahl von Schaufeln 3 auf, deren äußere Kanten 4 in der äußeren Mantelfläche und deren innere Kanten 5 in der inneren Mantelfläche eines kreisförmigen Hohl- zylinders liegen. Die Schaufelkanten können parallel zur Dreh- achse des Schaufelzylinders oder auf Schraubenlinien um diese Drehachse verlaufen. Gemäß der Erfindung werden nun die Schaufelwinkel, d.h. die Winkel zwiechen.den Tangenten an die Schau- fel, an dem Ort der Schaufelkanten und die in Drehrichtung wei- senden Tangenten an die Mantelfläche in der in Figur 3a darge- stellten ruerschnittaebene, und die SchaufelkrUmung.ao gewählt, daß der Durchsatzstrianung die Oeschwindigkeitsverteilung einen Potentialwirbelreldea.deseen Zentrum möglichst nahe,an der Peripherie des Schaufelgitters liegt, aufgezwungen wird und die dem sich zwangsweise ausbildenden Wirbelkerngebiet V nahen Stromrdhren:zwi$chen den Ieotacben a und b in nahezu gegensinniger Richtung umgelenkt vrerden.
• Das durch den sich in dem umlaufenden Schaufelgitter ausbildenden Unterdruck von der Eintrittsselte her angesaugte Strömungsmedium hatcle Tendenz, an der Austrittßselte das Schaufelgitter möglichst ohne Stoßverluste zu verlassen. Durch die Wahl der Schaufelwinkel und der Schaufelkrismmung wird das Durchsatzmedium gezwungen, in einer Dralletrömung das Schaufelgitter zu durchsetzen, da nur dann der größte Teil des Durchsatzes das Schaufelgitter an der Austrittsseite ohne wesentliche Stoßverluste verlassen kann. Bekanntlich nimmt die Geschwindigkeit einer Drallströmung im umgekehrten Verhältnis zum Abstand vom Zentrum des Wirbels ab Die größte Geschwindigkeit ist in der Nähe des Wirbelzentrums, d.h. am Rande des sich zwangsweise ausbildenden Wrbelkerngebietes V. Dieses Wirbelkerngebiet V soll.'dabemögliehst klein gehalten werden, eo daß die wirbelkernnahe Stromröhre möglichst nahe am Kernzentrum verläuft und dieser Stromröhre entsprechend dem hyperbolischen Abfall der Geschwindigkeit vom Kernzentrums eine möglichst hohe Geschwindigkeit erteilt wird: Der.Isotaahe I, die die inneren Schaufelkanten der umlaufenden Beschnutelung berührt, ist dabei die-Umfangsgeschwindigkeit dieser inneren Schaufelkanten zugeordnet. In der Zeichnung ist das Eintritts-Geschwindigkeitsdreieck der Schaufelanetrömung der dem Wirbelkerngebiet V unmittelbar benachbarten Schaufel ? dargestellt. Der Vektor 8, der die Anströmrichtung und die Geschwindigkeit der Anatrömung relativ zu der sich in Richtung des Pfeils 2 umdrehenden Schaufel darstellt, setzt sich zusammen aus dem Vektor 9, der die Strömungsrichtung

  und. die Geschwindigkeit der dem Wirbelkerngebiet am nächsten

  gelegenen Stromröhre im Inneren den Schaufelzylinders angibt, -

  und dem Vektor 10, der die Umfangsgeschwindigkeit der,"8esohau-

  felung darstellt. Wie aus Figur 3a zu ersehen ist, erfolgt bei

  der entsprechenden Einstellung der Schaufelparameter eine

  stoßfreie Anströmung und eine Umströmung der Schaufelprofile

  in nahe beieinanderliegenden Bereichen den Schaufelgitters. -

  Dadurob wird Ausbildung des Potentialwirbels erzwungen» die

  zu den hohen Relativgeschwindigkeiten zwischen den umlaufenden

  Schaufeln des Schaufelgitters und dem Durchsatzmedium in den

  dem Wirbelkern nahen Bereichen führt. Hei einer anderen Ein-

  stellung der Schaufelparameter würde sich eine entsprechend-

  andere Geschwindigkeitsverteilung im Inneren des Schaufelgitters

  ergeben. Die erfindungsgemäße Lehre besteht darin, daß die

  Schaufelparameter so gewählt worden mttssein, daß dem das Schau-

  felgitter durchsetzenden Medium eine Drallströmung aufgeL1wun-

  gen wird. Es ist ganz klar, daß bei der Einstellung der 8ohautel-

  parameter noch andere dem Fachmann geläufige Grölen, wie z.8.

  die Viskosität des Duroheatzmediums, die Unfangsgiohhnäiacmit

  des Schaufelgitters, die Zahl der Schaufeln und dsl., .1tie be-

  reite in der Besohreibungaeinleitung eruätszt wurde. berück-

  siohtigt werden mässen. Es ist deshalb auch nicht möglich, be#

  stimmte Werte fUr die Winkel und die 1CrUmmung ganz allein

  anzugeben. In Figur 3a sind weiter die OesehwindUkeitadreieoke

  an der Austrittsseite des Schaufelgitters dargestellt. Der

  Geschwindigkeitsvektor il setzt sioh.dabei aus dem Belatvge-

  sohwindigkeitsvektor 8e und dem Vektor .10, der viederuo die

  Umfangsgeschwindigkeit darstellt, zusammen. Mittels der in Figur 3b dargestellten Geschwindigkeitsverteilung im Inneren des Schaufelgitters können annähernd die Werte fUr die Ge- schwindigkeitsverteilung am Austritt- des Schaufelgitters an- gegeben werden. Die eingezeichneten Geschwindigkeitsdreiecke wurden erhalten, indem an entsprechenden Stellen des in R,igur 3b dargestellten Diagramms die Geschwindigkeiten abgegriffen und in Richtung der Tangenten an die Schaufeln an den Orten der äußeren Schaufelkanten aufgetragen-wurden und zu diesen Geschwindigkeiten jeweils die Umfangsgeschwindigkeit des Schaufelgitters vektoriell addiert wurde. In Figur 4 'ist ein Schaufelgitter 21 dargestellt, dessen Schaufeln 23 sich in Richtung des Pfeiles 22 drehen. Es ist wiederum der Strömungsverlauf im Schaufelgitter durch die Isotachen und die-Geschwindigkeitsverteilung an der Austrittsseite des Schaufelgitters schematisch angedeutet. Ebenso ist die eintrittsseitige . Geschwindigkeitsverteilung schematisch angedeutet. Die Schaufelparameter sind entsprechend den vorstehenden@Ausführungen gewählt. An der Peripherie des Schaufelgitters ist zur Trennung der wirbelkerrnnahen, den Geschwindigkeitsvektoren 25 und-.26 zugeordneten, schnellen Stromröhren zwischen Sauge und Druckseite ein sich nur Uber einen kleinen Umfangsbereich erstreckender und die Lage des Potentialwiirbelfeldes stabilisierender Leitkörper 24 angeordnet. WUrde bei der dargestellten Anordnung dieser Leitkörper 24 nicht vorhanden sein, dann würde die von dem umlaufenden Schaufelgitter erzeugte Drallstr&nung umlaufen und die Förderrichtung nicht bestimmt sein. Der größte Teil des Durchsatz- mediums durchströmt den im Inneren des Schaufelgitters schraffiert gezeichneten Bereich und strömt dadurch aus einem Umfangsbereich des Schaufelgitters aus, dessen Umlaufrichtung eine Komponente besitzt, die der eingangs definierten Hauptströmungsrichtung ent- gegengesetzt ist. Im Gegensatz hierzu wird bei den meisten bekannten Gebläsen mit quer durchströmten Lelufern der gemäß der Erfindung bevorzugt ausgenutzte Umfangsbereich durch Sperrkörper absichtlich blockiert. Der Leitkörper 24 ist in Figur 4 gemäß der Erfindung als einfache Trennwand dargestellt, deren schaufelgitterseitige Kante abgerundet ist. Dabei kann cler Spalt, der zwischen dem äußeren Umfang des Sehaulelgitters und der diesem Umfang gegenüber liegenden Begrenzung des Leitkörpers, der erforderlich ist, um eine störungsfreie Ausbildung des Wirbelkern- gebietes zu ermöglichen, sowohl in Drehrichtung konvergierend als auch divergierend als auch gleichmäßig breit ausgebildet werden. Wie weter unten noch näher beschrieben wird, können mit dem.Leitkörper verstellbare Einrichtungen kombiniert sein, die eine Beeinflussung des Wirbelkerngebietes undtcdamit des wesentlichen Strömungsverlaufes ermöglichen. Die in Figur 4 dargestellte schematische Anordnung kann für Gebläse der verschiedensten Verwendungsarten verwendet werden. Da- bei kann die gezeigte Anordnung in ein Gehäuse eingebracht wer- den, das so angeordnet werden muß, daß es den dargestellten Strömungsverlauf nicht beeinträchtigt. Im wesentlichen werden deshalb die Gehäusewandungen nur 3n den dem plattenförmigen Leitkörper 24 gegenüber liegenden Teilen des Schaufelgitterumtangs angeordnet und da vorzugsweise mit einem Abstand-von demselben. Es ist deutlich zu sehen, daß durch die geringe Abmessung des plattenförmigen Leitkörpers 24 in Wangrichtung des Läufers ge- sehen, eine geringst mögliche Störung des Wirbels- im Inneren des Läufers erreicht wird. Um die Vielseitigkeit der Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung anzudeuten, ist- in Figur 5 schematisch ein Querschnitt durch eine Vorrichtung gezeigt, die zwei zylindrische Schaufelgitter 31 und 31' besitzt, deren Beschaufelungen 33 und 331 sich in entgegengesetzter Richtung (Pfeile 32 und'321) drehen. Die diesen Schaufelgittern zugeordneten Leitkörper 34 und 34t sind apiegelsymmetrsoh zu einer von beiden Drehpunkten der Schaufelgitter 31 und 31e gleich weit entrerten Mittelebene angeordnet. Infolge der gegensinnigen Drehrichtung der Schaufel- gitter und der spiegelsymmetrischen Anordnung der Leitkörper befindet sieh die Druckseite im Mittelraum-der aus Leitkörpern und Schaufelgittern bestehenden Anor4ungwährend sieh die Saugseite im Außenraum dieser Anordnung bqfindet. Die Anordnung eignet sich besonders zum Antrieb kleiner, beispielsweise muskelangetriebener, Wasserfahrzeuge. Sie kann aber ebensogut als Antriebseinrichtung fUr kleine Flugmodelle Verwendung finden.-Daduroh, daß sich bei der in Figur 5 dargestellten Anordnung die Bereiche kleinerer Austrittsgeschwindigkeiten superponieren, während die Randzonen den durch die Leitkörper 34 und 349 gebildeten Kanals jeweils von den schnellsten Stromröhren der aus den Schaufelgittern 31 und 31t austretenden Strömung durchatr&mt werden, kann mit dieser Vorrichtung ein nahezu rechteckiges Austrittegesahwindigkeitsprofil erhalten werden. In den Figuren 6 bis 10 ist jeweils ein Leitkörper 24 dargestellt, der. mit- der innlaufenden Beschaufelung eine® Schaufelgitters 21 zusammenwirkt. Das Schaufelgitter ist so ausgebidet, wie in Zusammenhang mit den Figuren 3 und 4 beschrieben wurde. Weiter sind mit dem Leitkörper verbundene oder mit diesem und dem Schautelgitter-zusammenwirkende Einrichtungen bei den in den-Piguren 9 bis 13 dargestellten Anordnungen vor- gesehen, mit denen eine Reglung des Durchsatzes durch Beeinflussung des wirbelkernnahen Anteils der Zirkulationsströmung möglich ist. Die einfachste Möglichkeit ist in Figur 6 dargestellt, bei der zwischen dem Wang des Schaufelgitters 21 und dem Leitkörper 24 ein weiterer Leitkörper 94 vorgesehen ist, durch den ein Kanal 95 zwischen den Leitkörpern 24 und` 9# gebildet wird, der von der Druckseite-zu der Peripherie des Schaufelgitters -21 fUhrt. Durch diesen Kanal kann ein Toll der druckseitigen Strömung in das Innere des Schaufelgitters. zurUekgeleitet werden und so eine Potentialwirbel anfachende Wirkung erreicht werden. In Figur.? ist eine-ähnliche Anordnung wie in Figur 6 dargestellt, jedoch kann der Kanal 105 zwischen dem Leitkörper 24 und 104 durch eine verstellbare Klappe 106 verschlossen und geöffnet werden. Hiermit ist eine einfache Regelung des Durchsatzes gegeben. In Figur 8 ist eine Anordnung gezeigt, bei der die-Regelung mittels einer Klappe 114 erfolgt, die im saugseitigen Ram verstellt werden kann, so da® sich zwischen de® umlaufenden Schau.. felgitter und der Klappe jede Stellung zwischen einei stark in Drehrichtung konvergierenden und ginem stark divergierenden Kanal 115 ergibt. In Figur 9 ist eine zweiseitige Klappensteuerung dargestellt; bei der Klappen 124 sowie 1248 sowohl einzeln als such zusammen in den saugseitigen und/oder in den druckseitigen Raum hineingeklappt werden können und-so*eine Drosselung des Hauptdurohaatzanteils und damit bei völliger Aufklappung-der Klappen,-in etwa der in der Figur mit gestrichelten Linien dargestellten Lege, eine weitgehende Drosselung des Durcheatzee bewirken können. In Figur 10 ist eine andere Form der druckseitigen Durchsatzeteuerung durch einen 8oheber 134, der Mittels einer geeigaeten Anordnung 135 verstellt werden kann, gezeigt.-: In den Figuren 11 und 12 sind querdurchströmte Maschinen mit plattenförmigen Leitkörpern 150 und 151 dargestellt.

Claims (1)

1. P a t e n t a n a p r ti c h e Queretromgebläse, in dessen Innerem sich ein Wirbel mit zur Drehachse exzentrischem Zentrum ausbildet, dessen Lage durch eine in Drehrichtung den Läufers gesehen zwischen Druck- und Saugseite angeordnete Leitwand bestimmt wird, die von der Peripherie des Trommelläufers einen solchen Abstand einhält, daß ein Teil der druck- seifigen Strömung infolge des im Inneren den.Trommelläufers herrschenden Unterdrucks durch den zwischen dieser Leitwand und der Peripherie den Trommelläufern gebildeten Spalt in den Läufer zurttckgeführt wird und sich dadurch im Zentrum des Wirbels ein Wirbelkerngebiet ausbildet, dadurch gekennzeichnet, daß eine Umlenkung der wirbelnahen Strömung um nahezu 18Ö° ermöglicht wird, indes der der Peripherie den Tromme11Wers zugekehrte Teil der Leitwand sich maximal Uber etwa 1/9 den Trommelläuferumfangs erstreckt. 2. Querstromgebläne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitgrand, die die Saugseite von der Druckzelte trennt, als Platte ausgebildet ist,-deren Kante der Läuterperiphere.zugekehrt ist. 3Querstrcmgebläae nach Anspruch I, .dadurch gekenazeioh- net, daß die Leitwand mit der. Peripherie den Tromel- läuters einen in bekannter Weine konvergierenden., - parallelen, divergierenden oder im ersten Abschnitt konvergierenden-und Im-zweiten Abschnitt divergieren- den Spalt begrenzt-f #. Querstromgebläae nach eineu der AnaprUche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daßl die Leitwand relativ zu dem Schaufelgitter teilweise oder ganz verstellbar ist. 5. Querstromgebläne nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich- net, daß zur Veränderung von Lage und Größe -den Wirbelkerngebetes die Leitwand ganz oder teilweise zwischen einer Stellung, in der der Spalt in bekannter Weine in Drrehrlchtung konvergiert, tiber eine Stellung, in der der Spalt in Drehrichtung parallel ist-, bin zu . einer Stellung, in der der Spalt in Drehrichtung divergiert-und umgekehrt verschwankt werden kann.