DE1503617A1

DE1503617A1 - Turbomaschine mit axialer Stroemung

Info

Publication number: DE1503617A1
Application number: DE19661503617
Authority: DE
Inventors: Walter Fieni
Original assignee: Francaise du Ferodo SA
Current assignee: Valeo SE
Priority date: 1965-03-18
Filing date: 1966-03-11
Publication date: 1970-07-09
Also published as: ES323620A1; FR1436794A; DE1938752U

Description

DlPL-ING. HORST ROSE DIPL-INO. PiTER KOSEL PATINTANWXLTi

3353 MOfMdtniMiiR, 13. Juni 1969

wwdiiflfrrttea TtWmi (SS3H) »43

i Swdpotont Bod Gand.rah.im

Socilte Anonyme Francaise du IERODO

Turbomaschine mit axialer Strömung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Turbomaschine mit axialer Strömung, insbesondere Schraubenflächenventilator oder Pumpe, deren Habe, auf deren Außenseite die Schaufeln oder Flügel angeordnet sind, mit einem Durchlaß versehen ist, der die stromaufwärts liegende Seite mit der stromabwärts liegenden-Seite verbindet, j - '

Es ist bereits ein Ventilator für ein Kraftfahr- j zeug bekannt geworden, dessen Habe, auf deren Außenseite die Ventilatorflügel angeordnet sind, mit einem Durchlaß versehen ist, der die stromaufwärts liegende Seite mit der stromabwärts liegenden Seite verbindet. Bei diesem bekannten Ventilator dienen die Durchlässe in der Nabe lediglich zur Kühlung des den Ventilator antreibenden Elektromotors, Die bekannte durchbrochene Habe gestattet aber keine besondere Luftförderung, wenn der Ventilator stillgesetzt-ist. Vor allem aber ist es mit den bekannten Durchlässen nicht möglich, an ihrem Ausgang einen Gegendruck zu erzeugen, der einem stromaufwärtigen Rückstrom der vom Ventilator geförderten Luft entgegenwirken.könnte, wenn der Ventilator in Drehung versetzt wird. Wie sich aus dem folgenden noch ergibt, sind hierin entscheidende Naohteile für die v/irkungsweise des Ventilatora^zu sehen«

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• - 2 ~

Im allgemeinen wird eine tfurbomaschine, die dazu bestimmt ist, ein Medium mit Energie zu beaufschlagen, um eine bestimmte Fördermenge zu gewährleisten, durch eine geeignete Einrichtung angetrieben, z.B. durch einen Elektromotor, ein ausschaltbares Getriebe o.dgl. Wenn eine solche Maschine in der.Strömung eines Mediuoaangeordnet . ist, dessen Umlauf durch eine andere Einrichtung gesichert wird, und wenn diese Maschine nicht durch ihre zugehörige Einrichtung angetrieben wird und daher entweder stillsteht oder sich wie ein Windrad dreht, erzeugt sie einen erheblichen Druckverlust der Strömung des Mediums, der von Machteil sein kann. Dies ist beispielsweise bei den Ventilatoren der Fall, die in den Heizvorrichtungen von Kräftfahrzeugen verwendet werden, Jenn das Fahrzeug stillsteht, sichert ein Ventilator eine Durchgangsmenge um das Innere des Fahrzeugs- mit Luft zu versorgen, ./enn sich das Fahrzeug bewegt, könnte der Druck·der Luft ausreichend sein, um diese Durchgangsmenge zu sichern« Die Flügel des Ventilators erzeugen jedoch einen Druekverlust der Luftströmung, der die Strömung verlangsamt. Der Ventilatoir muß daher unxer-den Bedingungen angetrieben werden, ijn denen an sich die Luftströmung ausreichen \ würde, weinn der Ventilator nicht vorhanden wäre. ·

Die gleichen ITachteile ergeben sich bei der Anbringung'von Absaugeinrichtungen für Bunst In V/chnräumen, Der Ventilator saugt den Dunst richtig an, wenn sein Motor angetrieben wird, bremst jedoch die natürliche Ventilation, wenn der Motor nicht angetrieben wird, Eine sogenannte Beschleunigungspumpe, beispielsweise in einer , Zentralheizungsanlage, erzeugt ebenfalls einen Druckverlust, welcher die Verteilung bremst, ?fenn Ihr Motor nicht angetrieben wird.

Es sind daher zwei Fälle der Wirkungsweise in Betracht zi|-ziehen. Es ist wünschenswert, daß die Luftschraube Oder das Laufrad eine große Durchlässigkeit für das Medium aufweist, wenn es. nicht durch seinen Motor inDrehung versetzt wird« Wenn das Laufrad hingegen durch den

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Motor angetrieben v/ird, um eine bestimmte Fördermenge zu liefern, muB eine Rückströmung des geförderten Mediums nach der strosaufwärts liegenden Seite vermieden werden.

Die Erfindung ermöglicht es, beide Voraussetzungen gleichzeitig zu erfüllen, indem der Turbomaschine eine gewisse üurehlüssigkeit in der Hiclitung von stromaufwärts nach stromaoTfErts gegeben wird, zumindest wenn sie durch den Motor nlcüt angetrieben wird, wobei jedoch eine gute './irkungsiseise gewährleistet ist, wenn die llaschine angetrieben ..irl» and insbesondere eine Rückströnung des Mediums vernieten wird.

Dies wird nach der ürfindung dadurori erraicht, dai.* der Durciilsfi¹ der Habe aus Xan/älen bestellt, die dem Medium einen *nzsreicüenien Jurchgangsauersohnitt dafür bieten, in der itichtim_tx von stromaufwärts nacii stromabwärts in einer fcetr icMliclien lienge hiiiiiirchauströnen, wenn die Maschine stillsteht oder sich wie ein Windrad dreht, und daii diese !Kanäle so eingestellt nind, aal; sie beim Antrieb der I-Iasaiiine eine Jrr.ölmne des jrucks erzeugen, welcher ier itiiokstrrrauii^: des durch die Schaufeln oder ϊΊϋ.:β1η aiisetriebenen lleäiums durch die Kanäle na.cü der strouHufiTOrtE liefr-enden Seite /iderstfciia leistet.

Dirse Jxuarale verlaufen vor^u^svieise im Y?e3e.nt2.Ichei: so in 4er Liin^rsricatunc, daJ; sie in der Dichtung von stronaufwiirts^nt.ai: «;Trc:.v.ii:-.v"rts durohlässic sind. Die Schwerpunkte irrer AüatrittaauersonniTte auf aar stronabwärts liegenden -Seite sind von aer Achse der Habe 'weiter entfernt als ii-3 ^^nVierpunkte ii.rer J)ir.trittsqU:r£2h.:it^e auf der srrr-nfiuivrtrts iiegenäea oeite,. so dai? eine Druckerhöhung a'-ireh ?li*?iikraftv.*ir.-..ung erzeugt v/ird.

i-ei =i::er A-a-^:i'iüirun_f-i-i"?x\Ti der Erfindung sind die flügel ~i:iee Laufrades des dcar'racenfl^chenventil^.'sors in ücli^iii.-r .leise auf ic-': vfntY.::/· ier ;if?.':e Befestigt und ist die "Z.vce ::it einer 5Iv^r.rIeror.ien riii<rf-örr^i-;eii üus— =::, lie dv.rch ra;-i-^:Ia ; ;„ei lav/^nie in

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■ ■ -4-

Nachstehend werden zwei AusfÜhrungsbeispiele der. Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben« Se «eigen!

Pig* 1 das Laufrad «ines Sühraubenfläcfrenventilatotfe gemäß der Erfindung im Iiängs schnitt naoh der linie I-I.

der Fig. 2, « '

Pig. 2 eine Endansioht und

Fig. 3 eine Seitenansicht des Laufrades naoh Pig. ί#

Fig. 4 eine graphische Darstellung zur Erläuterung ■* der Vorteile dieses Ventilators,

Pig« 5 eine Fig. 2 entsprechende Ansioht einer abgeänderten Ausführungsform und

Fig« 6 einen Längsschnitt nach der Linie VI±VI der . 5« ,

Der in den Figuren I₁ 2 und 3 dargestellte Ventilator ist der Ventilator einer Heiz- oder Klimatisierungsvorrichtung eines Kraftfahrzeuges. Die Flügel 1 sind auf dem Umfang einer Nabe 2 befestigt, die mit einer mittleren Bohrung 3 versehen ist, die die Anbringung der Welle eines (nicht dargestellten) Elektromotors ermöglicht. Die Flügel und die äußere Form der Nabe entsprechen denen eines üblichen Ventilator*, dessen Eigenschaften ihn für den beabsichtigten Zweck- geeignet machen«

Die Nabe 2 weist eine ringförmige Ausnehmung 4 auf, die zwischen einer Felge 5 und einen^rofilierten mittleren Kern 6 liegt, der mit der Führung 3 versehen ist. Die ringförmige Ausnehmung 4 ist in mehrere Kanäle 7."unter*·" teilt mittels radialer Scheidewände 8, die auch zur Befestigung der Felge 5 auf dem Kern 6 dienen« ·

der Ventilator, der in der durch die Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeuges erzeugten Luftströmung ange- _v ordnet ist, durch seinen (nicht dargestellten) Motor in Drehung versetzt wird, beschleunigen die Flügel 1 die , scliematisch durch die.J?feile 9 angedeutete Luftströmung ' und erzeugen auf der sttomabwärts liegenden Seite'bei

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einen Überdruck, Andererseits werden die- Luftströmungen, die in der 'Richtung der Pfeile 11 durch die Kanäle 7 hindurchgehen, durch die Scheidewände 8 bei ihrer Drehung mit genommen und erzeugen infolge ihrer Einstellung auf der stromabwärts liegenden Seite bei 12 einen Überdruck, der der Rückstromung der aus dem Bereich 10 kommenden Luft durch die Kanäle 7 nach der stromabwärts liegenden Seite Widerstand leistet.

Außerdem rufen die Kanäle 7 eine Luftströmung hervor, die, da sie der Achse X-X' viel näher liegt als die durch die Flügel 1 angetriebene Luftströmung, in vorteilhafter weise eine Kühlung des Elektromotors herbeiführt, wenn dieser wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel auf der stromabwärts liegenden Seite angeordnet ist. Die Vorrichtung mit- einer durchbrochenen Habe kann zweckmäßig in Kombination mit einem Kranz von Ausrichtschaufeln verwendet werden.

Wenn der Ventilator in Drehung versetzt wird, wahrend das Fahrzeug stillsteht,- erzeugen die Kanäle 7 bei 12 noch immer einen Überdruck, der der Rückstromung der Luft aus dem .Bereich 10 nach der' stromaufwärts liegenden Seite Widerstand leistet. Dem an der Sintrittskante liegenden !'eil 8a (Fif··. 3) der Scheidewände 8 wird vorteilhaft eine nach vorne gekrümmte Form gegeben, die in der- durch den Pfeil 13 in Fig. 2 angedeuteten Richtung der Drehung des Ventilators geneigt ist. Dadurch wird die stromaufwärts von den Kanälen 7 aufgenommene Luftmenge vergrößert.

Wenn der in.der Luftströmung angeordnete Ventilator stillsteht oder sich wie ein Windrad dreht, setzen die Flügel 1 der in der Richtung der Pfeile 9 strömenden Luft einen starken Widerstand entgegen. Im Gegensatz hierzu bieten die Kanäle .7, da sie im wesentlichen in der Längsrichtung eingestellt sind, der in der Richtung der Pfeile' 11 strömenden Luft einen großen Durchgangsquerschnitt und verringert den Druckverlust, Durch die Kanäle 7 strömt eine

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beträchtliche iJenge hindurch, die zu der zwischen den Flügeln 1 hindurchgehenden Ilonge hinzukommt.

Diese /iriarag wird durch die graphische Darstellung der Fig. 4 veranschaulicht, die auf der Ordinate die Druckvarluste-Ap in Abhängigkeit.von der auf der Abszisse aufgetragenen Fördermenge Q der Luftströmung durch den Ventilator gemäß den Fig. 1 bis 3 einerseits und einem Ventilator von identischer Form und identischen Abmessungen andererseits darstellt, der jedoch eine volle Nabe 2 aufy/eist. Me Kurven 14 und 15 stellen die Druckverluste dar, die bei den Versuchen mit dem Ventilator gemäJi den Fig. 1 bis 3 erhalten wurden (dargestellt im ii&astab dieser Fig., wobei der Maßstab durch den Sesamtdurchnesser gegeben ist, der 143 mm iietrrigt), v/änrend die Kurven 16 uni 17 die DrucKverluste darstellen, dia bei aen '/ers-acnen :.:it dem Ventilator mit voller ii'abe erhalten wurdeti, v/enn die Llotoren nicht angetrieben werden.

Bei geringen Fö'rdermengen Q drenen sich die Ventilatoren nicht, und die Druci'.verluste werden durch die -Snd-en 14a und 16a der Kurven 14 und 16 dargestellt. Hit unterbrochener Linie ist das -inde 16b dargestellt;, welches das Ende 16a verlängort und den Druckverlust darstellt, der durch den Ventilator mit voller Habe erzeugt vird, wenn man ihm bei zunehmenden Fördermengen Q unbeweglich hält,

• Wenn die Fördermenge Q bestimmte V/erte "übersa^reitet, beginnen die Ventilatoren, sich wie ein ,/indrsid zu drehen, Die dem entsprechenden Druckverluste sind durch lie Kurven 15 und 17 dargestellt, deren mit voller Linie angegebene I Teile nach den bei den Versuchen erhaltenen Ergebnissen gezeichnet wurden. Die mit unterbrochener Linie bezeichneten Teile dieser Kurven stellen die Puniite der Wirkungsweise dar, die erhalten werden können, v/enn entv/eder die Luftschraube.vorher angestoßen v/urde oder v/enn die Reibungen auf der Achse beträchtlich sind,

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·. / Diese Kurven zeigen einerseits, daß bei gleicher \ fördermenge die Druekverluste im Ventilator gemäß der j Erfindung geringer Bind ale la Ventilator mit voller Nabe_f und andererseits» daß sich der Ventilator gemäß der Erfindung bei einer wesentlich größeren luftmenge wi# ein Windrad zu drehen beginnt als der Ventilator mit voller Nabe« Aue der ersten Erscheinung ergibt «loh der oben erwähnte Vorteil, daß unter gleichen Bedingungen} ' insbesondere für einen gleichen Erzeugerdruck, die durch den Ventilator hindurchgehende Luftströmung viel stärker . ist» wenn seine Habe mit den Kanälen gemäß der Erfindung versehen 1st· Aue der «weiten Erscheinung ergibt sich der zusätzliche Vorteil, daß eich⁴der in einer veränderlichen Luftströmung angeordnete Ventilator gemäß der Erfindung weniger häufig wie ein Windrad dreht, wodurch die Abnützung seiner Antriebseinrichtung vermindert wird, insbesondere wenn diese ein Kollektormotor ist« Über dies ist zu bemerken, daß insbesondere bei einer Absaugvorrichtung für den Dunst in Wohnräumen die Tatsache, daß eich die Absaugvorrichtung weniger häufig wie ein Windrad dreht, den zusätzlichen Vorteil ergibt, daß die Seit verringert wird, in der sie die störenden Betriebsgeräusche erzeugt«

Die in den *ig# 2 und 5 dargestellten Scheidewände 8 liegen in Ebenen, die durch die Achse X-X¹ der Nabe hindurchgehen, mit Ausnahme der gekrümmten £eile 8a„ Die Scheidewände 8 können vorteilhaft in der gleichen Richtung wie äie flügel 1 etwas geneigt werden, so daß im Inneren der iJabe eine Art schraubenförmig-zentrifugaler Ventilator gebildet wird« Die Steigung dieses schraubenförmig-Zentrifugalen '•Ventilators muß jedoch viel geringer sein als die des durch die flügel 1 gebildeten Schraubenflächenventilatora, um den Druckverlust der Strömung im Inneren der Habe nicht wesentlich zu vergrößern, wenn das laufrad blockiert wird oder sich wie ein i/indrad dreht«

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Die Scheidewände können auch relativ zu den Halbmessern der Nabe geneigt sein, wie bei 8b in Fig. 5 angegeben ist. * ■

Selbstverständlich sind die beschriebenen Ausführungsformen nur Beispiele., die abgeändert werden können, insbesondere durch die Substitution technischer Äquivalente, ohne den Rahmen der Erfindung zu veranlassen. Insbesondere die Kanäle 7 können in der .Richtung von stromaufwärts nach stromabwärts einen konstanten, abnehmenden oder zunehmenden vuerschnitt aufweisen, Ihre Wände müssen nicht profiliert sein. In Fig. 6 ist z.B. eine einfache.Ausführungsform dargestellt, bei der die Ausnehmung 4a der Habe zylindrisch ist und die F-elge, durch die Scheidewände 8 an einem mittleren Kern 6a befestigt ist, der eine Achse 6b aufweist. An dieser ist auf der stromabwärts liegenden Seite eine -Scheibe 6a angeschweißt. Diese entfernt den Austrittsquerschnitt von der Achse der Kanäle 7a,

Der Rahmen der Erfindung wird auch nicht verlassen, wenn die kontinuierlichen Scheidewände 8 oder 8b durch nicht dicht anschließende Scheidewandelemente ersetzt

■ »■

werden, wenn nur ihre Drehung die Erhöhung des Drucks bewirK-t, ■

Patentanwalt·

Dlpl.-Ing. Horst Röt· Olpl.-Ing. P«t«r Kocel

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Claims

Patentansprüche

1, Turbomaschine mit axialer Strömung, insbesondere Schraubenflachenventilator oder Pumpe, deren Nabe, auf deren Außenseite die Schaufeln oder Flügel angeordnet sind, mit einem Durchlaß versehen ist, der die stromaufwärts liegende Seite mit der stromabwärts liegenden Seite verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß 'dieser Durchlaß aus Kanälen besteht, die dem Medium einen ausreichenden Durchgangsquerschnitt dafür bieten, in der Richtung von stromaufwärts nach stromabwärts in einer beträchtlichen Menge hindurchzuströmen, wenn die Maschine stillsteht oder sich v/ie ein Windrad dreht, und daß diese Kanäle so eingestellt sind, daß sie beim Antrieb der Maschine eine Erhöhung des Drucks erzeugen, welcher der Rückströmung des durch die Schaufeln oder Flügel angetriebenen Mediums durch die Kanäle nach der stromaufwärts liegenden Seite widerstand leistet,
2. iiaschine nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle im wesentlichen in der Längsrichtung verlaufen und daß die Schwerpunkte ihrer Austrittsquerschnitte auf der stromabwärts liegenden Seite von der Achse der ilabo -weiter entfernt sind als jene der Üintrifc-fcsqueraohnifcte auf der stromaufwärts liegenden Seite,

Λ 2472/1 iAD ORIGINAL ^Rö/^ßl

. 4.3.
3. Maschine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die flügel (i).auf dein Umfang einer Nabe (2) gefestigt sind, die mit einer ringfömigen Ausnehmung (4) verseilen ist, welche durch radiale Scheidewände (8,8b) in Kanäle (7) unterteilt ist,
4. Maschine nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenwand der ringförmigen Ausnehmung (4) durch einen profilierten mittleren Kern (6) gebildet wird, der sich in der xiichtung von stromaufwärts nach stromabwärts verbreitert und an welchem die 3?elge "(5) der Habe (2) mittels der Scheidewände (6,8b) befestigt ist.
5. Maschine nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung· (4a) der Ifabe und der mittlere Kern (a) im wesentlichen zylindrisch, sind und daß der Austrittsquerschnitt von der Achse durch die scheibe (6a) entfernt ist (i'ig. 6), ·
6. Maschine nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch ge-.kennzeichnet, daß die in der Ifähe der Eintrittskante liegenden Teile (8a) der Scheidewände (8) nach vorne gekrümmt sind, '
7. Maschine nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheidewand« (8) im wesentlichen zur Achse parallel sind oder in der gleichen dichtung wie die I'lügel (1) etwas geneigt sind.

Dipl-Ing. Horst Rö··

8AD

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