DE19909899A1 - Schaufeln mit veränderbarer Profilgeometrie - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaufel 2 mit veränderbarer Profilgeometrie zum Einsatz in einer Strömungsmaschine. Die Veränderung der Profilgeometrie erfolgt durch elastische Verformung der Schaufel mittels Aktuatoren, die in die Schaufel integriert sind. Die Schaufel wird insbesondere in einem Fan oder einem Verdichter einer Strömungsmaschine eingesetzt.
Description
Die Erfindung betrifft Schaufeln, deren Profilgeometrie veränderbar ist. Die
Schaufeln kommen vorzugsweise in einer Strömungsmaschine, insbesondere in
einem Industrieventilator, zum Einsatz.
Strömungsmaschinen werden in der Regel über einen großen Betriebsbereich von
Leerlauf bis Vollast betrieben. In den unterschiedlichen Betriebsbereichen stellen
sich jeweils auch extrem unterschiedliche Betriebszustände ein. Insbesondere
verändern sich die Strömungszustände eines durch die Strömungsmaschine
strömenden Fluides. Die Strömungsmaschine und insbesondere die Beschaufelung
der Strömungsmaschine ist dabei aber nur für einen Betriebszustand, den
sogenannten Auslegungspunkt, optimiert. Als Auslegungspunkt wird in der Regel
der Vollastbetriebspunkt gewählt. Um den Betrieb der Strömungsmaschine auch
bei Abweichen des Betriebspunktes von dem optimalen Betriebspunkt zu
gewährleisten, ist es somit erforderlich, insbesondere die Beschaufelung der
Strömungsmaschine so auszulegen, daß die Strömungsmaschine unter sich stark
ändernden und somit vom optimalen Betriebspunkt abweichenden
Strömungsbedingungen betrieben werden kann. Dies trifft sowohl auf die
Beschaufelung eines Verdichters als auch einer Turbine zu. Diese Problematik tritt
insbesondere auch bei sogenannten Fans (als Fan wird in der Regel eine
Verdichterstufe mit sehr großen Schaufellängenabmessungen bezeichnet) auf, da
sich die Strömung in unterschiedlichen Betriebsbereichen hier bereits innerhalb der
einzelnen Schaufelreihe stark ändert. Die Geometrie der Schaufel kann jedoch
bisher nur für einen Auslegungspunkt optimiert werden. Derartige Fans werden
beispielsweise als vordere Schaufelreihen in mehrstufigen Verdichtern oder auch in
Industrieventilatoren eingesetzt. Industrieventilatoren bestehen oftmals aus nur
einer Schaufelreihe und finden in einem sehr breiten Leistungsspektrum, das sich
von Kleinanlagen bis hinauf in den Leistungsbereich über 5 MW und darüber
erstreckt, für sehr unterschiedliche Aufgaben und Einsatzzwecke beispielsweise in
der Kraftwerkstechnik, der Zementherstellung, der Zellstoff und Papierherstellung
oder auch der Ventilationstechnik ihre Verwendung.
Maßgebliche, die Strömung um eine Schaufel bestimmende Parameter sind hierbei
insbesondere die Relativgeschwindigkeit der anströmenden Fluidströmung sowie
der Anströmwinkel der die Schaufel anströmenden Fluidströmung. In einer
Strömungsmaschine ergeben sich diese die Anströmung bestimmenden Parameter
im wesentlichen aus dem Massendurchsatz durch die Strömungsmaschine, der
Drehzahl, dem Druck des Fluides und der Temperatur des Fluides.
Darüber hinaus von besonderer Bedeutung ist auch die Umlenkung des Fluides,
die sich bei der Umströmung einer Schaufel erzielen läßt. Die Umlenkung ist hierbei
die Differenz zwischen dem Abströmwinkel des Fluides an der Schaufelhinterkante
einer Schaufel und dem Anströmwinkel des Fluides an der Schaufelvorderkante.
Eine geringe Umlenkung der Fluidströmung in den Laufschaufeln führt zu einem
geringen Enthalpieumsatz in einem Laufrad (Rotor). Eine zu große Umlenkung des
Fluides führt hingegen zu Ablösungen der Strömung auf der Saugseite der
Schaufeln, wodurch im Mindesten die Strömungsverluste deutlich ansteigen. Ferner
ist es möglich, daß als Folge derartiger Strömungsablösungen der stabile
Betriebsbereich der Strömungsmaschine begrenzt wird.
Um die Beschaufelung an geänderte Strömungsbedingungen anzupassen, werden
deshalb seit längerem insbesondere in axialen Strömungsmaschinen Leitschaufeln
verwendet, die am Leitrad (Stator) über eine mechanische Verstelleinrichtung und
Gestänge in ihrem Anstellwinkel verstellbar sind. D. h., die gesamte Leitschaufel
wird je nach Betriebszustand der Strömungsmaschine an ihrem Fuß um die eigene
Achse zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung und auch in
Zwischenpositionen gedreht.
Wegen der sehr aufwendigen mechanischen bzw. hydromechanischen
Verstellvorrichtung bleibt diese Anpassungsmöglichkeit zumeist auf die
Leitschaufeln und hier in der Regel auf die erste Leitschaufelreihe beschränkt. Die
am Laufrad (Rotor) angeordneten Laufschaufeln, die neben den Strömungskräften
auch hohen Fliehkräften ausgesetzt sind, sind zumeist nicht verstellbar angeordnet.
Eine weitere Möglichkeit, die Anströmung zu verbessern, besteht in der
Verwendung von Profilen mit variabler Geometrie. Auch hier sind beispielsweise
aus der US 5 314 301, mechanische Lösungen bekannt, die insbesondere
mehrteilige Leitschaufeln betreffen, deren Komponenten über eine komplizierte
Gestängeeinrichtung ähnlich wie ein Klappenmechanismus bei einem
Flugzeugprofil ausfahrbar sind.
Weiter beschreibt die US 4 235 397 eine mehrteilige Schaufel für eine
Strömungsmaschine, die mittels einer eingebauten Blattfeder verstellbar ist. Das
Mittelteil der Schaufel besteht dabei aus flexiblem Gummi, der die Blattfeder
einschließt.
Die bekannten Lösungen haben den Nachteil, daß sie komplizierte mechanische
Ansteuerungen bzw. einen störanfälligen und strömungsungünstigen mehrteiligen
Aufbau aufweisen. Ferner ist der Einsatz derartiger Schaufeln im Rotor oder
Heißgasbereich zumeist nicht möglich.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die
eine Anpassung an geänderte Betriebszustände einer Strömungsmaschine und
somit geänderte Strömungsparameter des Fluides in einer einfach
durchzuführenden Weise und im Wesentlichen ohne komplizierte mechanische
Verstellmechanismen erlaubt. Insbesondere soll eine Lösung geboten werden, die
insbesondere in einem Industrieventilator einfach, kompakt und kostengünstig
einsetzbar ist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen
beschrieben.
Erfindungsgemäß ist in einer Schaufel integriert zumindest ein Aktuator,
vorzugsweise eine Vielzahl von Aktuatoren, angeordnet. Mittels des Aktuators kann
die Profilgeometrie der Schaufel in zumindest einem Teilbereich über der
Schaufelhöhe elastisch verformt werden. Mit Hilfe einer solchen elastischen
Verformung der Schaufel ist es im Falle sich ändernder Strömungsverhältnisse
jeweils möglich, die Profilgeometrie der Schaufel den geänderten
Strömungsverhältnissen in der Strömungsmaschine anzupassen. Diese Anpassung
betrifft insbesondere einerseits den relativen Anströmwinkel sowie die Umlenkung
der Strömung beim Überströmen der Schaufel. Infolge der Integration der
Aktuatoren in der Schaufel ergibt sich kein zusätzlicher Bauraumbedarf, so daß
sich hierdurch eine sehr kompakte Bauweise der Strömungsmaschine realisieren
läßt. Ferner ist es nicht mehr erforderlich, einen aufwendigen
Gestängemechanismus oder anderweitige mechanische Übertragungsglieder
außerhalb der Schaufel vorzusehen, um eine Verstellung der Schaufel oder eine
Veränderung der Schaufelgeometrie zu ermöglichen. Es ist aber auch möglich, die
Änderung der Profilgeometrie durch elastische Verformung mittels
erfindungsgemäß integriert angeordneter Aktuatoren mit einer herkömmlichen
Schaufelverstellung zu kombinieren, und somit einen nochmals deutlich erweiterten
Wirkbereich im Vergleich zu einer einfachen Verstellmöglichkeit zu realisieren.
Derartige "aktive" Schaufeln ermöglichen eine Anpassung der Profilgeometrie an
nahezu alle Betriebszustände, wodurch über einen großen Betriebsbereich ein sehr
guter Wirkungsgrad erzielt werden kann. Infolge der Integration der Aktuatoren in
der Schaufel ist ein Einsatz solcher Schaufeln nicht nur in Leiträdern sondern
insbesondere auch in Laufrädern möglich.
In einer zu bevorzugenden Ausgestaltung der Strömungsmaschine sind in allen
Schaufeln eines Leit- oder Laufrades Aktuatoren integriert, so daß demgemäß alle
Schaufeln dieses Leit- oder Laufrades in ihrer Profilgeometrie veränderbar sind.
Somit kann die Profilgeometrie aller am Umfang des Leit- oder Laufrades
angeordneter Schaufeln während des Betriebs der Strömungsmaschine den
jeweiligen Strömungsverhältnissen angepaßt werden. Hierdurch läßt sich die
Strömung durch die Strömungsmaschine optimieren, wodurch sich deutlich
reduzierte Strömungsverluste der Strömung durch die Strömungsmaschine
ergeben.
Vorteilhaft ist die Schaufel in voneinander getrennte Teilbereiche unterteilt, wobei
die Profilgeometrie der Schaufel in den Teilbereichen getrennt voneinander
verformt werden kann. Die Unterteilung der Schaufel erfolgt hierbei zweckmäßig
sowohl in Schaufelhöhenrichtung als auch in Schaufellängsrichtung bzw.
Profilskelettlinienrichtung. Ebenso kann die Unterteilung der Schaufel aber auch nur
in eine Richtung erfolgen. Zweckmäßig können die einzelnen Teilbereiche hierbei
getrennt voneinander angesteuert werden, wodurch infolgedessen auch die
Profilgeometrie der Schaufel in den einzelnen Teilbereichen getrennt voneinander
verformbar ist. So ist es hierdurch beispielsweise möglich, die Profilgeometrie einer
Schaufel so zu verformen, daß die Strömung in Bereichen des freien
Schaufelkanals (d. h. in Schaufelhöhenrichtung der mittlere Bereich der Schaufel)
eine jeweils dem Betriebspunkt angepaßte, stärkere Umlenkung der Strömung
erfährt als in den Randbereichen des Schaufelkanals (Naben- und
Gehäusebereiche der Schaufel). Als Schaufelkanal wird der Strömungskanal
zwischen zwei nebeneinander angeordneten Schaufeln, der in radialer Richtung
durch die Naben- und Gehäuseseitenwand begrenzt wird, bezeichnet.
Vorzugsweise sind die Aktuatoren hierbei elektrisch ansteuerbar. Die elektrische
Ansteuerung kann somit in einfacher Weise beispielsweise mittels eines
Rechnersystems und elektrischen Steuereinrichtungen erfolgen.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß in der Schaufel eine
oder mehrere Piezoelemente als Aktuatoren zur Änderung der Profilgeometrie
aufgenommen sind. Diese werden durch einen elektrischen Strom, der an die
Piezoelemente angelegt wird, betätigt. Durch die Längenänderung des
Piezoelements auf einer Profilseite läßt sich beispielsweise die Schaufelkrümmung
verändern.
Ferner sieht eine vorteilhafte Weiterbildung vor, daß die Schaufel zumindest in
einem Teilbereich oder einem Teilelement oder einer Schicht aus Legierungen mit
Memoryeffekt (Shape Memory Alloys) zur Änderung der Profilgeometrie hergestellt
ist. Dabei läßt sich beispielsweise die Schaufelkrümmung durch
Temperaturänderung mittels eines angelegten Stroms ähnlich einem Bimetall
verändern. Entsprechende Legierungen und Beschichtungen können bereits bei
der Schaufelherstellung eingearbeitet werden. Die Verwendung der Legierungen
mit Memoryeffekt kann beispielsweise in Form von in einer Schaufel eingelegten
Zugstreifen oder Drähten erfolgen, die quasi wie ein Muskel die Schaufel biegen
können.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung sind zur Änderung der
Profilgeometrie der Schaufel in der Schaufel in Profilskelettlinienrichtung
Torsionsaktuatoren eingebaut. Infolge des durch die Torsionsaktuatoren auf die
Schaufel ausgeübten Torsionsmoments läßt sich die Wölbung des Schaufelprofils
verändern. Dabei werden die Torsionsaktuatoren, ähnlich wie Hitzdrähte, elektrisch
angesteuert.
In einer besonders zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist die
erfindungsgemäße Schaufel als Fan-Schaufel ausgeführt und bevorzugt in einem
Industrieventilator angeordnet. Fan-Schaufeln bieten in der Regel große
Platzverhältnisse, so daß die Aktuatoren hier in einfacher Weise integriert werden
können. Insbesondere bei Industrieventilatoren, bei denen zweckmäßig alle
Schaufeln zumindest einer Schaufelreihe gemäß der Erfindung ausgeführt sind,
kann der Wirkungsgrad der Strömungsmaschine insbesondere auch im
Teillastbereich hierdurch deutlich verbessert werden. Des Weiteren ergibt sich
hieraus auch ein vergrößerter Betriebsbereich der Strömungsmaschine.
In weiteren vorteilhaften Ausbildungen der Erfindung ist es darüber hinaus aber
auch möglich, die erfindungsgemäße Schaufel in einem Verdichter sowohl in einem
Leitrad als auch in einem Laufrad einzusetzen. Mittels einer solchen Anordnung
kann sowohl der Wirkungsgrad der Strömungsmaschine über den gesamten
Betriebsbereich verbessert werden als auch der Betriebsbereich der
Strömungsmaschine erweitert werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Schaufel
als Turbinenschaufel eingesetzt wird. Hierdurch kann insbesondere die Umlenkung
und somit der Enthalpieumsatz dem jeweiligen Betriebspunkt angepaßt werden.
Bevorzugt läßt sich die Profilwölbung insbesondere bei Industrieventilatoren um bis
zu 15° und besonders bevorzugt um bis zu 20° verformen. Durch einen derart
weiten Wölbungsbereich kann die Anströmung in allen Betriebsbereichen, die
außerhalb des Auslegungspunktes liegen, verbessert werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß der Profilkörper
der Schaufel einteilig ausgebildet ist. Hierdurch ergeben sich keine Übergänge in
der Profilkontur, die zu weiteren Strömungsverlusten führen würden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaufel sieht vor, daß die
Schaufel aus einem elastischen Werkstoff hergestellt ist. Der Werkstoff ist dabei
zwar formstabil, läßt aber eine Verformung der Profilgeometrie im gewünschten
Bereich zu.
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaufel sieht vor,
daß die Schaufel aus Faserverbundwerkstoff hergestellt ist. Dies ist insbesondere
bei Fan-Schaufeln möglich, wo kohlefaser- oder kevlarverstärkte Kunststoffe
Verwendung finden können.
Zweckmäßig ist die erfindungsgemäße Schaufel in Sandwichbauweise hergestellt.
Dabei können je nach Verwendung der Schaufeln im kalten oder im heißen
Fluidstrom die einzelnen Lagen entsprechend ausgelegt und teilweise auch mit
Kühlung versorgt werden.
Bevorzugt läßt sich die Schaufel in den einzelnen Verformungszuständen mittels
einer Arretiervorrichtung arretieren. Dies kann hierbei beispielsweise mittels eines
oder zweier verstellbarer Zapfen erfolgen, die bevorzugt an den Schaufelenden in
die Schaufel eingreifen und diese in verformter Stellung arretieren. Ebenso kann
dies aber auch mittels eines verstellbaren Spannfutters, das ebenso bevorzugt an
den Schaufelenden angeordnet ist und ähnlich dem Spannfutter einer Drehbank
stufenlos an die Biegelinie der Schaufel anpassbar ist, erfolgen. Mittels einer
solchen Arretiervorrichtung kann die Schaufel in einem verformten Zustand arretiert
werden, so daß die Aktuatoren im Weiteren nicht aktiviert bleiben müssen, um die
Verformung der Schaufel zu erhalten.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im
Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen
Ausführungsform einer axialen Strömungsmaschine von vorne;
Fig. 2 eine Draufsicht auf eine schematisch dargestellte Leitschaufel gemäß
der Ausführungsform in Fig. 1 in zwei Stellungen;
Fig. 3 eine schematische Ansicht einer bekannten Ausführungsform einer
axialen Strömungsmaschine;
Fig. 4 eine Draufsicht auf eine schematisch dargestellte Leitschaufel gemäß
der Ausführungsform in Fig. 3;
Fig. 5 ein Diagramm, in dem der effektive Krümmungswinkel und die
Nasenkrümmung über der Stromstärke aufgetragen sind;
Fig. 6 ein Diagramm, in dem die Wirkungsgrade eines herkömmlichen Fans
und eines erfindungsgemäßen Fans über dem Massenstrom
aufgetragen sind.
Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt.
Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen
Ausführungsform einer axialen Strömungsmaschine 1 von vorne.
Dargestellt ist eine gehäuseseitige Seitenwand 8 sowie eine nabenseitige
Seitenwand 5, die einen im Querschnitt lochkreisförmigen Strömungskanal 4
einschließen. Im Strömungskanal 4 sind in Umfangsrichtung sternförmig
nebeneinander Leitschaufeln 3 angeordnet. Die Leitschaufeln sind hierbei sowohl
an der gehäuseseitigen Seitenwand 8 als auch an der nabenseitigen Seitenwand 5
befestigt. In der schematisierten Darstellung erfolgt die Befestigung der
Leitschaufeln mit den Seitenwänden jeweils an den Mittelachsen 2. Zudem können
die Leitschaufeln in herkömmlicher Weise in einem gewissen Winkelbereich um die
Mittelachsen 2 verdreht werden. Diese herkömmliche Verstellung wird hierbei
beispielsweise mittels kleiner Elektromotoren realisiert, die aber in Fig. 1 nicht
dargestellt sind.
In den in Fig. 1 dargestellten Leitschaufeln 3 sind erfindungsgemäß Aktuatoren
integriert, die eine elastische Verformung der Schaufeln und somit eine
Veränderung der Profilgeometrien der Schaufeln bewirken. Diese Aktuatoren
werden beispielsweise aus einer oder mehreren geschichteten Lagen oder aus
Drähten gebildet, die jeweils aus Legierungen mit Memoryeffekt (Shape Memory
Alloys) bestehen und die auf der Druck- und der Saugseite der Schaufel appliziert
sind. Im Falle einer Erwärmung nur einer Seite der Schaufel, durch beispielsweise
einen Stromfluß durch die Lagen oder den Draht, und einer Abkühlung der anderen
Seite der Schaufel kommt es zu einer Verformung der Schaufel entsprechend dem
Formgedächtnis der Legierung auf der erwärmten Seite der Schaufel. Die
Verformung kann durch eine Erwärmung der zweiten Seite bei gleichzeitiger
Abkühlung der ersten Seite wieder rückgängig gemacht werden. Eine solche
elastische Verformung ist in Fig. 2 dargestellt und wird im Detail unten
beschrieben. Alternativ zu dem direkten Erwärmen der Lagen oder des Drahtes
mittels eines Stromflußes können auch Heizfolien auf den Oberseiten der Schaufel
oder auch als Zwischentage in der Schaufel appliziert sein.
Weiterhin ist in Fig. 1 eine Steuerung 6 dargestellt, die über Steuerleitungen 7 mit
den Leitschaufeln 3 verbunden ist. Bei der dargestellten Steuerung handelt es sich
um eine elektrische Steuerung, beispielsweise eine Prozessorsteuerung. Die
Steuerleitungen sind demgemäß als elektrische Signalleitungen ausgeführt. Mittels
dieser Steuerung wird einerseits sowohl die Drehverstellung der Leitschaufeln
geregelt als auch andererseits die in den Schaufeln integriert angeordneten
Aktuatoren aktiviert.
Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf eine schematisch dargestellte Leitschaufel gemäß
der Ausführungsform aus Fig. 1 in zwei Stellungen, nämlich in einer ersten
Stellung 20 und einer zweiten Stellung 21. Es sind in Abhängigkeit der eingesetzten
Aktuatoren auch Zwischenstellungen und kleinere Änderungen der Profilkrümmung
möglich, die hier nicht wiedergegeben sind.
Die Verstellung der Leitschaufel von der ersten Stellung 20 in die zweite Stellung
21 kann hier gemäß Fig. 2 einerseits mittels einer mechanischen Drehung der
Leitschaufel um die Schaufelachse 2 und zusätzlich einer Krümmung
zusammengesetzt werden. Diese Krümmung der Schaufel im Hinterkantenbereich
sowie im Nasenbereich der Schaufel ist hierbei das Ergebnis der
erfindungsgemäßen elastischen Verformung der Schaufel mittels in der Schaufel
integrierter Aktuatoren. In der ersten Stellung 20 ist die Schaufel im
Hinterkantenbereich gekrümmt. In der zweiten Stellung 21 ist die Schaufel im
Nasen- und Hinterkantenbereich gekrümmt. Mittels Strichlinie ist in Fig. 2 die
neutrale Linie 23 gekennzeichnet. Alternativ zu einer Kombination aus einer
mechanischen Verdrehung der Schaufel und zusätzlich einer erfindungsgemäßen
elastischen Verformung im Nasen- und Hinterkantenbereich kann die in Fig. 2
dargestellte Verstellung der Leitschaufel auch allein auf einer erfindungsgemäßen
elastischen Verformung der Schaufel beruhen. Hierzu wäre es in dem dargestellten
Fall dann erforderlich, die Aktuatoren in einzelnen Bereichen der Schaufel getrennt
voneinander ansteuern zu können.
Die Fig. 3 und 4 zeigen eine schematische Ansicht einer bekannten
Ausführungsform einer axialen Strömungsmaschine und eine Draufsicht auf eine
schematisch dargestellte Leitschaufel 3 gemäß der Ausführungsform in Fig. 3, wie
sie bereits in der Beschreibung zum Stand der Technik erläutert wurden. Die
Leitschaufeln 3 können mittels mechanischen Verstelleinheiten 30, die über das
Gestänge 31 angetrieben werden, verdreht werden. In Fig. 4 sind die zwei
Extrempositionen (20,21) der Verdrehung einer Leitschaufel 3 dargestellt.
Fig. 5 zeigt ein Diagramm, in dem der effektive Krümmungswinkel KW und die
Nasenkrümmung über der Stromstärke einer Schaufel aufgetragen sind. Die
dargestellten Kurven sind dabei aus Versuchen ermittelte Meßergebnisse. Dabei
wurde für eine Kunststoffplatte, die mittels an der Kunststoffplatte angeordneter
Drähte, die aus Formgedächtnis-Legierungen bestanden, elastisch verformt werden
konnte, ein maximaler Krümmungswinkel KW von etwa 16° bei einer Stromstärke
von 1,5 A erreicht. Die Nasenkrümmung der an der Hinterkante eingespannten
Kunststoffplatte betrug 60 mm.
Fig. 6 zeigt ein Diagramm, in dem der Wirkungsgrad von Fan-Stufen über dem
Massenstrom aufgetragen ist. Bei dem hier dargestellten Verlauf des
Wirkungsgrades handelt es sich jedoch nicht um einen meßtechnisch ermittelten
Verlauf, sondern vielmehr um eine Vorabschätzung. Die in dem Diagramm
gestrichelt gezeichnete und mit K bezeichnete Kurve kennzeichnet hierbei den
Wirkungsgrad einer konventionellen Fan-Stufe, d. h. ohne veränderbare
Profilgeometrie. Die durchgezogene Kurve hingegen stellt den Wirkungsgradverlauf
einer erfindungsgemäßen Fan-Stufe dar und ist mit E gekennzeichnet. Während die
Kurve K für die konventionelle Fan-Stufe einen parabelförmigen Verlauf aufweist,
bei dem der maximale Wirkungsgrad im Auslegungspunkt erreicht wird, weist die
Kurve E für die erfindungsgemäße Fan-Stufe einen Verlauf auf, bei dem ein
optimaler Wirkungsgrad nahezu über den gesamten Betriebsbereich gegeben ist.
1
Strömungsmaschine
2
Mittelachse einer Leitschaufel
3
Leitschaufel
4
Strömungskanal
5
nabenseitige Seitenwand
6
Steuerung
7
Steuerleitung
8
gehäuseseitige Seitenwand
20
erste Stellung der Leitschaufel
21
zweite Stellung der Leitschaufel
23
Mittelachse der Strömungsmaschine
30
mechanische Verstelleinheit
31
Gestänge
KW effektiver Krümmungswinkel
NK Nasenkrümmung
E erfindungsgemäßer Fan
K konventioneller Fan
KW effektiver Krümmungswinkel
NK Nasenkrümmung
E erfindungsgemäßer Fan
K konventioneller Fan
Claims (13)
1. Schaufel mit veränderbarer Profilgeometrie zum Einsatz in einer
Strömungsmaschine,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Schaufel zur Anpassung an unterschiedliche Strömungszustände in
zumindest einem Teilbereich über der Schaufelhöhe eine durch elastische
Verformung der Schaufel veränderbare Profilgeometrie aufweist, wobei die
elastische Verformung der Schaufel mit Hilfe zumindest eines Aktuators
erfolgt und der Aktuator in der Schaufel integriert angeordnet ist.
2. Schaufel nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Profilgeometrie einzelner Teilbereiche getrennt voneinander veränderbar
ist.
3. Schaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet, daß
in der Schaufel Piezoelemente als Aktuatoren angeordnet sind.
4. Schaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Schaufel in zumindest einem Teilbereich oder einem Teilelement oder
einer Schicht aus einer Legierung mit Memoryeffekt (Shape Memory Alloy)
hergestellt ist, wobei die Legierung mit Memoryeffekt als Aktuator wirkt.
5. Schaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet, daß
innerhalb der Schaufel in Profilskelettlinienrichtung zumindest ein
Torsionsaktuator angeordnet ist.
6. Schaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet, daß
innerhalb der Schaufel in Schaufelhöhenrichtung zumindest ein
Torsionsaktuator zur Veränderung der Schaufelverwindung angeordnet ist.
7. Schaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Profilkörper der Schaufel einteilig aufgebaut ist.
8. Schaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Schaufel aus einem elastischen Werkstoff hergestellt ist.
9. Schaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Schaufel in zumindest einem Teilbereich aus Faserverbundwerkstoff
hergestellt ist.
10. Schaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüchen,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Schaufel in Sandwichbauweise hergestellt ist.
11. Schaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
bevorzugt an zumindest einem Ende der Schaufel eine Arretiervorrichtung
zur Arretierung der verformten Schaufel angeordnet ist.
12. Schaufel nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Schaufel in einem Fan der Strömungsmaschine eingesetzt wird, wobei
die Strömungsmaschine vorzugsweise ein Industrieventilator ist.
13. Industrieventilator,
mit zumindest einem Fan
dadurch gekennzeichnet, daß
zumindest eine Schaufel des Fan, bevorzugt alle Schaufeln des Fan, eine
veränderbare Profilgeometrie gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 aufweist.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
DE19909899A DE19909899A1 (de) | 1999-03-06 | 1999-03-06 | Schaufeln mit veränderbarer Profilgeometrie |
Applications Claiming Priority (1)
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DE19909899A DE19909899A1 (de) | 1999-03-06 | 1999-03-06 | Schaufeln mit veränderbarer Profilgeometrie |
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DE19909899A1 true DE19909899A1 (de) | 2000-09-07 |
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DE19909899A Withdrawn DE19909899A1 (de) | 1999-03-06 | 1999-03-06 | Schaufeln mit veränderbarer Profilgeometrie |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
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