DE1428071C3 - Gehäuse für Querstromgebläse - Google Patents

Description

tig durch Schwenken des Gehäuses ganz zu schließen, um Energieverluste durch die Gebläsewirkung zu vermeiden.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Querstromgebläse der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welches eine im Gebiet kleiner Fördermengen gesteigerte Leistung und insbesondere im Druck-Volumen-Diagramm eine der Kurve IV in F i g. I entsprechende Charakteristik aufweist, und das gleichzeitig einen geringen Raumbedarf aufweist und billig herzustellen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der druckseitig offene Rotorbogen zwischen den beiden Gehäusestellen, zwischen denen am Rotorumfang der den Rotor durchsetzende Gasstrom in den Austrittskanal gefördert wird, mehr als 180° beträgt, und daß das Gehäuse einen Wandteil aufweist, welcher die Saugseite von der Druckseite trennt und vor dem Rotor als Kante endet, wobei die an das Ende dieses Wandteüs gelegte Tangentialebene mit dem Rotorumfang an letzteren gelegten Tangentialebene druckseitig einen stumpfen Winkel einschließen.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen vor allem darin, daß das Gebläse eine insbesondere bei kleinen Fördermengen erhöhte absolute Leistung aufweist, daß es eine Charakteristik besitzt, gemäß welcher gegen die Förderleistung Null hin der Druck stetig zunimmt ohne daß irgendwelche Instabilitäten auftreten, und daß es einen geringen Raumbedarf aufweist und in der Fertigung billig ist.

Im folgenden wird die Erfindung und weitere Vorteile an Hand der ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert.

Es zeigt

F i g. 1 verschiedene Druck-Volumen-Kurven,

F i g. 2 eine schematische Darstellung eines Schnittes durch ein erfindungsgemäßes Querstromgebläse,

F i g. 3 eine weitere Erfindungseinzelheit,

Fig.4 einen Querschnitt senkrecht zur Achse des Querstromgebläses in einer Ausführungsform dargestellt, in der die Stromlinien schematisch eingetragen sind,

F i g. 5 ein Diagramm der Zuströmgeschwindigkeit längs der Rotorobertläche, wobei die Abszisse den im Drehsinn des Rotors abgewickelten Rotorumfang darstellt und auf der Ordinate die Geschwindigkeiten aufgetragen sind,

F i g. 6 und 7 zwei weitere Ausführungsformen eines Querstromgebläses nach der Erfindung.

In F i g. 1 stellt die Kurve I die Druck-Volumen-Kurve eines herkömmlichen Querstromgebläses dar. Diese Kurve zeigt ein Druckmaximum bei einem bestimmten Fördervolumen. Die Kurve zeigt deutlich den Abfall des Druckes bei einem Fördervolumen, das kleiner ist als dasjenige des Druckmaximums und zeigt, daß der Druck bei abnehmendem Fördervolumen auf einen sehr niedrigen Wert absinkt.

Die Kurve H zeigt die Verhältnisse bei einem Axial-Radial-Gebläse, einem sogenannten Sirocco-Gebläse, bei dem der Druck vom Druckmaximum bei abnehmendem Fördervolumen annähernd konstant bleibt.

Die Kurve III zeigt die Verhältnisse, wie sie nach dem Vorschlag der französischen Patentschrift 12 50 046, F i g. 8, erreichbar sind.

Kurve IV zeigt die Verhältnisse bei einem Querstromgebläse mit dem erfindungsgemäßen Gehäuse. Auch hier bleibt bei abnehmendem Fördervolumen der Druck zuerst konstant, um dann gegen das Fördervolumen Null hin anzusteigen.

In Fig.2 ist ein schematischer Querschnitt durch eine erste Ausführungsform eines Querstromgebläses mit einem erfindungsgemäßen Gehäuse dargestellt.

In einem Gehäuse, dessen äußere Wand 1 im Schnitt die Form einer Spirale aufweist, ist der Rotor 2 untergebracht. Die Gehäusestellen 3 und 4, welche am Rotorumfang den Druckraum 7 bestimmen, liegen so, daß der druckseitig offene Rotorbogen <x sich über mehr als 180° erstreckt. In der Zeichnung beträgt der Winkel etwa 220° und der Rotorbogen auf der Saugraumseite dementsprechend etwa 140°. Der Rotorbogen auf der Druckraumseite muß also immer größer sein als der Rotorbogen auf der Saugraumseite. Der optimale Rotorbogen auf der Druckseite beträgt etwa 220 bis 270°.

Der Druckraum 7 ist vom Saugraum durch den Wandteil 3' getrennt, der vor dem Rotor 2 als Kante 3 endet, wobei die an das Ende dieses Wandteils 3' gelegte Tangentialebene B und die durch die Schnittlinie dieser Tangentialebene E¹ mit dem Rotorumfang an letzteren gelegten Tangentialebene E² druckseitig einen stumpfen Winkel β einschließen.

Bei der dargestellten Ausführungsform liegt der Wirbel, der in der Zeichnung mit dem Mittelpunkt 6 angedeutet ist, mit seinem Zentrum im Innern des Rotors und ist nicht, wie bei gewissen bekannten, mit Ausbuchtungen versehenen Gehäusen, in irgendeiner Gehäusepartie gefangen, sondern kann sich im Druckraum 7 bewegen und sich in Größe und Lage den im Druckraum 7 herrschenden Strömungsverhältnissen anpassen.

Die beschriebene Gehäuseform ergibt nicht nur die in der Kurve IV der F i g. 1 dargestellte Charakteristik, sondern dazu noch wesentlich höhere Luftleistungsbeiwerte als ein entsprechendes Siroccogebläse. Es hat sich auch gezeigt, daß auf der Gehäuseaustrittsseite die Verwendung eines Diffusors überflüssig ist, was das Ausmaß des Gehäuses verkleinert. Ferner wurde festgestellt, daß die Geschwindigkeitsverteilung am Druckraumaustritt gleichmäßiger ist als bisher. Die durch gewisse bekannte Reinjektionsanordnungen verursachte Lärmentwicklung ist weitgehend unterbunden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der Querschnitt des Druckraums von der am Rotorumfang liegenden, dem Druckraum und dem Saugraum gemeinsam angehörenden Kante des Gehäuses aus sich gegen die Austrittsöffnung hin verengt.

In F i g. 3 ist ein Ausführungsbeispiel dieses Teils des Erfindungsgegenstandes dargestellt.

In einem Gehäuse, dessen äußere Wand 1 im Querschnitt wiederum die Form einer Spirale aufweist, ist der Rotor 2 angeordnet. Die Gehäusekanten 3 und 4, welche am Rotorumfang den Druckraum bestimmen, liegen ebenfalls so, daß der druckseitige offene Rotorbogen « sich über einen Winkel von mehr als 180° erstreckt.

Mit Vorteil ist die von der Gehäusekante 3 zum Druckraum-Austritt hin führende Gehäusewand 3' derart ausgebildet, daß sie gegen den Druckraum 7 hin und gegen den Druckraum-Austritt hin ansteigt. Dadurch wird der Querschnitt des Druckraums 7 von der Kante 3 aus nach außen verengt.

Dadurch ergibt sich im Bereich 3 der Gehäusewand 3' eine stabile Aufteilung der Strömung in der in F i g. 4 näher dargestellten Weise, nämlich in eine Rotorwirbelströmung und die ungestört zum Austritt gelangen-

de Nutzströmung.

Die Wand 3' kann eben sein, sie bildet aber zweckmäßigerweise eine Fläche, die im Querschnitt eine flache S-Kurve darstellt, wie dies in der Zeichnung dargestellt ist.

Zur Führung der Strömung kann im Druckraum ferner ein Leitorgan 10. z. B. eine Leitschaufel, angeordnet sein, welche die Strömung gegen die Kante 3 und damit gegen den Rotor 2 hin leitet, was ebenfalls zur Stabilisierung der Wirbellage dient.

Es können Steuervorrichtungen vorgesehen sein zur Änderung der Stellung des Wandstückes 3' und der Leitschaufel 10. Alle diese Maßnahmen bezwecken, die Lage des Staupunktes im Bereich der Wand 3', d. h. zwischen der Wirbelströmung, die zum Rotor 2 zurück- '5 führt, und der Strömung zum Gehäuseaustritt zu beeinflussen. : .■.-·..· , : Die Strömungsverhältnisse im Innern des Gehäuses sind in Fi g. 4 dargestellt. Das dargestellte Gehäuse entspricht im wesentlichen den in F i g. 2 und 3 gezeigten Gehäusen und ist daher auch mit den gleichen Bezugszeichen versehen. '

Bei der dargestellten Ausführungsform liegt der Wirbel, der durch Ringlinien mit dem Mittelpunkt 6 angedeutet ist, mit seinem Zentrum im Innern des Rotors 2 und ist nicht, wie bei den mit Ausbuchtungen versehenen Gehäusen in irgendeiner Gehäusepartie gefangen, sondern kann sich im Druckraum 7 bewegen und sich in Größe und Lage den im Druckraum 7 herrschenden Strömungsverhältnissen anpassen.

Die mit Pfeilen versehenen ausgezogenen Linien sollen die Stromlinien der Strömung veranschaulichen. Durch den verhältnismäßig stark tangentialen Einlauf der Trennwand 3' gegen die Umfangsfläche des Rotors 2 ist bedingt, daß sich in der Nähe der Kante 3, mit der die Trennwand 3' vor dem Rotor 2 endigt, und auch noch ein Stück längs beider Seiten der Trennwand 3' die Stromlinien stark zusammendrängen, was einen sehr steilen Gradienten der Geschwindigkeitsverteilung bedeutet. In der unmittelbaren Umgebung der Gehäusestelle 3 entsteht beidseitig ein Totwasserraum, in dem also die Geschwindigkeit sogar auf Null sinkt.

Durch die in den vorstehenden Beispielen erwähnten Maßnahmen wird die Druckleistung des Querstromgebläses erhöht, und zwar insbesondere bei kleinen Fordermengen, bei denen unter den sonst üblichen Bedingungen ein starker Druckabfall eintritt.

Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung besteht darin, daß der den Saugraum vom Druckraum trennende Wandteil zweiteilig ausgebildet ist und daß der zwischen den beiden Teilen liegende Kanal mindestens gegen den Rotor hin offen ist. Auf diese Weise kann ein Hilfsstrom zum Rotor gelangen, durch den das Totwasser im Gebiet der Trennwand aufgefüllt wird. Ferner wird der Geschwindigkeitsgradient in Drehrichtung des Rotors vermindert, ohne daß dabei die Förderleistung des Gebläses beeinträchtigt wird. Gleichzeitig tritt an dieser Stelle eine Energieverminderung ein und ein Sirenenton wird trotz der scharfen Kante der Leitwand vermieden. .

In F i g. 5 ist die Zuströmgeschwindigkeit G der einzelnen Stromfäden vor deren Eintritt in den Rotor längs der Rotoroberfläche R dargestellt, und zwar beidseitig zur Kante 3 im Druckraum 7 und im Saugraum T. Dabei zeigt die Kurve A die Verhältnisse bei der in F i g. 4 dargestellten Anordnung. Der schraffierte Teil a bezeichnet das Totwasser beidseitig der Gehäusestelle 3. wo die Kurve A eine erhebliche Absenkung nach unten aufweist. Ihrem Gesamtverlauf nach stellt die Kurve A einen durchwegs recht stark anwachsenden Verlauf der Geschwindigkeitskurve dar.

Die Kurve B zeigt einen viel flacheren Gesamtverlauf mit einem nur noch geringfügigen Totwasserraum b, wie er sich durch zweiteilige Ausbildung der den Saugraum vom Druckraum trennenden Gehäusewand, gemäß den Ausführungsformen nach F i g. 6 und 7, ergibt.

Fig.6 zeigt eine solche zweiteilige Ausführung der den Druckraum und den Saugraum trennenden Trennwand, bei welcher der zwischen diesen zwei Teilen gebildete Kanal K gegen den Rotor 2 hin geöffnet ist. Die beiden Trennwände sind mit 14' und 15' bezeichnet.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 7 ist ein feststehender Trennwandteil 15" vorgesehen, welcher in der Umgebung des Rotors 2 nur den Ansaugraum 7', in weiterer Entfernung jedoch sowohl den Ansaugraum T als auch den Druckraum 7 begrenzt. Ein anderer kürzerer Wandteil 14" ist im Punkt ßum eine zur Rotorachse A parallele Achse drehbar gelagert, so daß durch Veränderung seiner Stellung mittels einer Steuervorrichtung ebenfalls die Menge des zuströmenden Hilfsstromes geändert werden kann.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Gehäuse für Querstromgebläse, bei welchem das den Druckraum einschließende Gehäuse Spiralform aufweist, wobei sich diese spiralförmige Gehäusewand von der dem Rotorumfang am nächsten liegenden Mantellinie aus sofort und stetig vom Rotorumfang entfernt, die Mittelachse des Luftstroms vom Eintritt in den Saugraum durch die Rotorachse zum Austritt aus dem Druckraum um mehr als 130° umgelenkt wird, und das Rotorinnere frei ist von Führungsorganen und anderen Einbauten, d a durch gekennzeichnet, daß der druckseitige offene Rotorbogen (λ) zwischen den beiden Gehäusestellen (3,4), zwischen denen am Rotorumfang der den Rotor durchsetzende Gasstrom in den Austrittskanal (7) gefördert wird, mehr als 180° beträgt, und daß das Gehäuse einen Wandteil (3', 15', 15") aufweist, welcher die Saugseite von der Druckseite trennt und vor dem Rotor (2) als Kante (3) endet, vvobei die an das Ende dieses Wandteils gelegte Tangentialebene (F) und die durch die Schnittlinie dieser Tangentialebene (E?) mit dem Rotorumfang an letzteren gelegten Tangentialebene (E²) druckseitig einen stumpfen Winkel (j3) einschließen.

2. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der offene Rotorbogen (λ) 220 bis 270° beträgt.

3. Gehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Druckraumes von der am Rotorumfang liegenden Kante (3) des den Druckraum und den Saugraum gemeinsam angehörenden Wandteils (3', 15', 15") des Gehäuses aus sich gegen die Austrittsöffnung hin verengt (Fig. 3,4,6 und 7).

4. Gehäuse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der den Saugraum vom Druckraum trennende Wandteil (3') annähernd in einer S-Kurve ansteigt (F i g. 3).

5. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Druckraum ein Leitorgan (10) angeordnet ist, welches die Strömung gegen die am Rotorumfang liegende Kante (3) des den Saugraum vom Druckraum trennenden Wandteils (3') hin leitet (F i g. 3).

6. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der den Saugraum (7') vom Druckraum (7) trennende Wandteil zweiteilig (15', 14', 15", 14") ausgebildet ist und daß der zwischen den beiden Teilen liegende Kanal (K) mindestens gegen den Rotor (2) hin offen ist (Fig.6 und 7).

7. Gehäuse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Teil (14'; 14") des Wandteils als Leitorgan ausgebildet ist, das mit dem ersten Teil (15', 15") des Wandteils einen Kanal (K) bildet, der gegen den Rotor (2) und den Druckraum (7) hin offen ist und zur Rückführung eines Teiles des Luftstromes vom Druckraum (7) gegen den Rotor (2) und die Kante (3) der Trennwand (15', 15") dient (F i g. 6 und 7).

8. Gehäuse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuervorrichtung vorgesehen ist zur Veränderung der Lage des Leitorgans (14") (F ig. 7).

Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für Qucrstromge-' blase, bei welchem das den Druckraum einschließende Gehäuse Spiralform aufweist, wobei sich diese spiralförmige Gehäusewand von der dem Rotorumfang am nächsten liegenden Mantellinie aus sofort und stetig vom Rotorumfang entfernt, die Mittelachse des Luftstroms vom Eintritt in den Saugraum durch die Rotorachse zum Austritt aus dem Druckraum um mehr als 130° umgelenkt wird, und das Rotorinncre frei ist von Führungsorganen und anderen Einbauten.

Querstromgebläse weisen im allgemeinen im Druck-Volumen-Diagramm eine Charakteristik auf, wie sie in F i g. 1 durch die Kurve I dargestellt ist; bei einer mittleren Fördermenge tritt zwar ein Druckmaximum auf, bei größerer und vor allem bei kleinerer Fördermenge sinkt jedoch der Druck ab.

Das Absinken des Druckes, und damit der Förderhöhen, gegen größere Fördermengen hin ist eine allen Turbogebläsearten gemeinsame Erscheinung und muß in Kauf genommen werden. Dagegen ist der starke Druckabfall bei kleineren Fördermengen, d. h. bei Fördermengen, die unterhalb derjenigen beim Druckmaximum liegen, ein bedeutender Nachteil, indem bei star- ~> keren Gegendruck und entsprechender Abnahme der Fördermenge der Druck zusammenbricht. Bei Axial-Radial-Gebläsen, sogenannte Siroccogebläsen, dagegen bleibt der Druck vom Druckmaximum bei abnehmendem Fördervolumen annähernd konstant (Kurve Il in Fig. 1).

Es wurden schon verschiedene Vorschläge gemacht, um auch bei Querstromgebläse bei kleineren F'ördervolumen einen Druck zu erreichen, der von demjenigen des Druckmaximums nicht allzustark abweicht und noch als annehmbar betrachtet werden kann.

So ist es bekannt, bei einer nach dem Querstromprinzip arbeitenden Vakuumpumpe das den Druckraum einschließende Gehäuse so auszugestalten, daß es im wesentlichen Spiralform aufweist, wobei sich diese spiralförmige Gehäusewand von der dem Rotorumfang am nächsten liegenden Mantellinie aus sofort und stetig vom Rotorumfang entfernt, die Mittelachse des Luftstroms vom Eintritt in den Saugraum durch die Rotorachse zum Austritt aus dem Druckraum um mehr als 130" umgelenkt wird, und das Rotorinnere frei ist von V.

Führungsorganen und anderen Einbauten (französische Patentschrift 12 50 046. F i g. 8). Durch diese Maßnahmen war es zwar möglich, im Druck-Volumen-Diagramm eine Charakteristik zu erhalten, die etwa der Kurve III in F i g. 1 entspricht, bei der somit der Druck bei abnehmender Fördermenge, ähnlich wie bei sogenannten Siroccogebläsen, annähernd konstant bleibt. Ein eigentlicher Druckanstieg bei abnehmender Fördermenge war auf diese Weise allerdings nicht zu erreichen, die absolute Förderleistung war gering, und die vorgeschlagene Konstruktion war voluminös und in der Herstellung infolge der verhältnismäßig komplizierten Formgebung der Trennwand zwischen Saug- und Druckraum aufwendig.

Eine analoge Ausgestaltung des Gehäuses ist an sich auch für die Belüftung von Scheibenbremsen von Motorfahrzeugen bekannt, wobei die Bremsscheibe selbst nach Art eines Querstromgebläse-Rotors ausgebildet ist und durch den geförderten Luftstrom gekühlt wird (französische Patentschrift 1192 335, Fig. 19a). Ein

f>5 Absinken des Förderdruckes mit abnehmender Fördermenge wird dabei aber nicht verhindert, sondern ist im Gegenteil erwünscht, wird doch vorgeschlagen, das Aggregat, wenn die Bremse nicht in Betrieb ist, drucksei-