DE208145C - - Google Patents

Description

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KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

-Mi 208145-KLASSE 27c. GRUPPE

Zentrifugal-Ventilator oder -Pumpe. Patentiert im Deutschen Reiche vom 10. Januar 1905 ab.

Die Erfindung bezweckt, den Wirkungsgrad besonders solcher Zentrifugal-Ventilatoren oder -Pumpen (welche im folgenden als Ventilatoren bezeichnet werden sollen) zu verbessern, bei denen die in Bewegung gesetzte Flüssigkeit (welche gasförmig, wie Luft, oder flüssig, wie Wasser, sein kann und im folgenden kurz mit Luft bezeichnet werden soll) im Mittelpunkt des Ventilators achsial ein- und im Sinne des

ίο Umfanges entgegen einem beträchtlichen Gegendruck oder Saugwiderstand austritt; Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf· die Ausführungsform eines Zentrifugal-Ventilators mit trömmelförmigem Laufrad. Ein derartiges

15, .Laufrad trägt bekanntlich Schaufeln, deren ·■'■ achsiale Länge im . Verhältnis zur radialen Breite sehr groß ist, und der innere Durchmesser des Schaufelkranzes beträgt mindestens ²/₃ des Durchmessers des äußeren.

Es hat sich bei Zentrifugal-Ventilatoren jener besonderen Trommelform gezeigt, daß eine Rückwirbelung oder ein Rückströmen der Luft von außen nach innen durch die Schaufeln des Rades hindurch auftritt. Diese Rückwirbelung tritt sowohl bei Ventilatoren mit als auch ohne Gehäuse auf. Die eigentümlichen Merkmale dieser Erscheinung sind aus den schematischen Darstellungen der Fig, i und 2 der Zeichnungen ersichtlich, wobei die Luftströmungen durch Pfeile bezeichnet sind. Das trommeiförmige, von keinem Gehäuse umschlossene Ventilatorrad a (Fig. 1), dessen Schaufeln a¹ an den Enden, wo sie an der Scheibe α² befestigt sind, geschlossen sind, saugt Luft durch eine in einer Scheidewand c angeordnete Eintrittsöffnung b, welche denselben Durchmesser wie der Umfang des Ventilatorrades besitzt. Bei einem derartigen Ventilator erfolgt der Austritt hauptsächlich gleichmäßig rings um den Umfang des Ventilatorrades in der Nähe der Schaufelenden, welche von der Wand am entferntesten liegen und an der Scheibe«² angebracht sind, wie dies durch die Pfeile d angedeutet ist. An dem anderen Ende e (welches im folgenden Eintrittsende genannt werden soll) tritt, sobald sich irgendein Widerstand gegen den freien Austritt aus dem Ventilator vorfindet, ein Rückströmen der Luft durch die Öffnungen zwischen. den Schaufeln gleichmäßig ringsherum nach dem Irinern des Ventilatorrades auf. Diese, einwärts gerichtete Strömung, ist am stärksten an den Eintrittsenden der Schaufeln, d. h. an den vordersten Enden derselben, welche der Wand c am nächsten liegen. Ein Teil dieses einwärts gerichteten Rückstromes ^;: entweicht nach außen dicht am Umfang der Einlaßöffnung b, während ein anderer Teil dem Innern des Ventilatorrades mit verhältnismäßig hoher Umfangsgeschwindigkeit zuströmt, wobei er gleichzeitig eine geneigte oder Winkelbewegung (welche ' annähernd durch den großen Pfeil f angedeutet ist) in Richtung auf die Scheibe a² besitzt und sich allmählich bei seiner Annäherung mit der durch den Einlaß b eintretenden Luft mischt und dann mit

dieser zusammen ungefähr in der Mitte der Schaufeln nach der Scheibe a^a . zu austritt, wo das Ausströmen aus dem Ventilatorrade am stärksten ist.

Die einwärts gerichtete Rückwirbelung oder der einwärts gerichtete Luftstrom, welcher rings am Umfang des Einlasses b in der oben beschriebenen Weise entweicht, stellt einen Verlust an der dem Ventilatorrade zugeführten

ίο Kraft dar, weil die ihm durch das Ventilatorrad erteilte Geschwindigkeit auf diese Weise verschwendet wird. Dieses Rückwirbeln und die dadurch bedingte Kraftverschwendung soll durch vorliegende Erfindung vermieden werden.

Ist ein ähnliches Ventilatorrad in ein Schneckengehäuse g in der in Fig. 2 angedeuteten Weise eingeschlossen, dann tritt eine ganz andere Rückwirbelung der ausstfömenden Luft ein. Der einwärts auf das Innere des Ventilatorrades zu gerichtete Strom tritt nur von dem erweiterten Raum zwischen Ventilatorrad und Gehäuse auf, welcher. sich gegenüber dem Auslaß befindet. Beim Vorüberstreichen an der Austrittsöffnung befindet sich eine Beschränkung dieses Raumes (welche im folgenden als Abschlußstelle bezeichnet werden soll), wodurch die Umlaufbewegung der Luft im Gehäuse gehemmt wird. Da nun das Ventilatorrad beständig eintretende Luft in diesen erweiterten Raum treibt und diese infolge eines dem Austritt entgegenwirkenden Widerstandes in den Raum gegenüber der Austrittsöffnung strömt, da ferner demgemäß die in diesen Raum getriebene Menge größer als die Austrittsmenge ist, wird der Überschuß bei seinem Anlangen an der Abschlußstelle zurück auf das Innere des Ventilators zu durch die Öffnungen zwischen den Schau fein gedrückt, welche gerade sich der Abschlußstelle nähern. Bei Ventilatoren mit tiefen Schaufeln, wie sie bisher gewöhnlich gebaut wurden, wird dieser Überschuß in noch größerem Maße durch die Einlaßöffnung wieder ausgeschleudert und dadurch eine entsprechende Kraftvergeudung herbeigeführt, was ebenfalls durch die Erfindung vermieden werden soll.

Bei Trommel ventilatoren der erwähnten Art hat man. der Einlaßöffnung oder dem Auge des Ventilatorrades den gleichen Durchmesser wie diesem oder keinen kleineren als dem durch die inneren Ränder der Schaufeln beschriebenen Kreise gegeben. Aber selbst im letzteren Falle wurde die seitlich innerhalb der Begrenzung des Auges offen zurückgewirbelte Luft durch das Auge ausgeschleudert. Infolgedessen mußte das Ventilatorrad eine entsprechende Menge frisch angesaugter Luft fördern, welche an der der stärksten Ausschleuderung gegenüberliegenden Seite des Auges eingesogen wird, und der dann die .gleiche Geschwindigkeit zu erteilen war wie. der aus dem Auge ausgeschleuderten.

Gemäß vorliegender Erfindung sollen nun diese Übelstände auf folgende Weise behoben werden: Das spiralförmige Gehäuse wird so eingerichtet, daß die Stelle des geringsten Abstandes zwischen der inneren Umfläche des Gehäuses und der äußeren Umfläche des Flügelrades (die »Abschlußstelle«) von der Auäströmungsöffnung des Ventilators. weg weiter um das Flügelrad herum in ■ der Drehungsrichtung verlegt ist, so daß der dadurch zwischen Flügelrad und Gehäuse geschaffene Zwischenraüm sich von der' Ausströmungsöffnung nach jener Abschlußstelle zu fortlaufend verjüngt nach Art eines Keiles, dessen breiteres Ende nach der Ausströmungsöffnung und dessen schmaleres Ende nach jeher Abschlußstelle zu gerichtet ist. Hierdurch wird erreicht, daß die überschüssige. Luft aus dem vor der Ausströmungsöffnung gelegenen Räume mehr allmählich und auf einer größeren Fläche des Radumfanges nach dem Innern des Flügelrades zu abgelenkt wird als bisher; so daß die Anfangsgeschwindigkeit, mit der die Luft in den Raum vor der Ausströmungsöffnung getrieben wird, besser aufrechterhalten bleibt, ohne daß dabei der Luftstrom zu weit nach der Radmitte (wie in Fig. 2) gedrängt oder gestoßen wird, wobei gleichzeitig die schädlichen Wirkungen plötzlich auftretender Stöße auf ein Mindestmaß zurückgeführt und ein größerer Wirkungsgrad bei Aufwendung einer gegebenen Kraft erreicht wird.

In Verbindung mit der oben erläuterten Anordnung des keilförmigen Raumes zwischen Flügelrad und Gehäuse ist nach vorliegender Erfindung bei einigen Ausführungsformen noch die weitere Anordnung getroffen, daß die zwischen den Flügeln liegende Kammer auf der Einlaßseite durch eine dicht an den. Eintrittsenden der Flügel a¹ anliegende Deckplatte begrenzt ist und eine kleinere Einlaßöffnung oder ein kleineres Auge 0 besitzt als der durch die inneren Flügelränder begrenzte Kreis, wodurch eine seitlich begrenzte, zylindrische Zone k, m, α², η gebildet wird, welche außen durch den kreisförmigen Weg, in dem die Flügel a¹ umlaufen, und seitlich an den Eintrittsenden der Flügel durch die Deckplatte k begrenzt wird. Innerhalb dieser zylindrischen Zone kann dann der zurückgewirbelte Luftstrom frei mit ungehemmter Geschwindigkeit und ohne die Gefahr, etwa durch das Ventilatorauge ausgeschleudert zu werden, fließen, während die frische einströmende Luft achsial in die Kammer des Flügelrades ein- und radial durch die zylindrische Zone sowie

zusammen mit der ausströmenden Luft durch die Radflügel austritt.

Die Fig. 3 und 4 der Zeichnungen zeigen zwei Ausführungsformen des Ventilatorrades gemäß vorliegender Erfindung. Ein Ring k ist an die Eintrittsenden der Schaufeln a¹ angenietet oder sonstwie befestigt und nach innen über die inneren Schaufelränder verlängert, so daß die ringförmige Zone /. entsteht, m bezeichnet den durch die inneren Ränder der Ventilatorschaufeln a\ beschriebenen Kreis und den äußeren Umfang der zylindrischen Zone I, während die punktierte Linie η den inneren Umfang dieser zylindrisehen Zone I andeutet. In Fig. 3 ist die radiale Tiefe der zylindrischen Zone verhältnismäßig klein im Vergleich zum Durchmesser der zentralen Eintrittsöffnung oder des Auges 0 im Ring k. Diese Ausführungsform ist für große Fördermengen (im Verhältnis zum Durchmesser des Ventilators) gegen einen niedrigen Gegendruck oder Saugwiderstand bestimmt. Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 ist das Auge 0 kleiner als in . Fig. 3 ■, so daß die radiale Tiefe der zylindrischen Zone I größer wird. Diese Ausführungsform ist für kleinere Fördermengen gegen hohen Gegendruck oder Saugwiderstand bestimmt. In Fig. 5 ist der Aufbau insofern geändert, als der Ring k einen

Teil des Gehäuses φ oder der Scheidewand ■bildet und aus einer besonderen Platte besteht, obgleich er auch einen Teil des Gehäuses φ bilden kann. In diesem Falle sind die Ventilatorschaufeln a¹ an den Eintrittsenden durch eine Ringplatte q geschlossen, welche so dicht wie möglich an dem Ring k angeordnet ist. Letzterer erstreckt sich wie in der vorher beschriebenen Weise nach innen, ' um die zylindrische Zone I zu bilden. In Fig. 6 ist eine der Fig. 5 ähnliche Ausführungsform gezeigt, nur ist hier der Ring k an den Schaufelenden, wie bei Fig. 3 und 4, und an der Öffnung der Scheidewand φ ein anderer Ring k¹ angebracht, welcher einen vorstehenden Rand besitzt und die Luft von der gegenüberliegenden Seite der Scheidewand in das Auge 0 des Ventilatorrades leitet. In dieser Figur ist die .Luftströmung durch den Ventilator sowie die' Rückwirbelung bei e durch Pfeile angedeutet. Auf der Ventilatorseite der Scheidewand kann vorteilhaft ein äußerer, nach außen abgeschrägter zylindrischer Ring s angebracht werden und ungefähr über die halbe Länge der Radflügel herüberreichen, so daß der Rückstrom der bei d ausgeschleuderten Luft ohne Verlust an seiner hohen Umfangsgeschwindigkeit nach den Eintrittsenden hei e übertreten kann und durch den Ring s von der Luft in dem Abteil getrennt wird, in welchem der Ventilator arbeitet.

Bei allen Ausführungsformen der Fig. 3 bis 6 ist der innere Rand des Ringes gekrümmt, so daß der eintretenden Luft ein abgerundeter Rand dargeboten wird, welcher die einschnürende Wirkung verringert. Dieser abgerundete Rand gibt, falls der Ring unmittelbar auf die Enden der Ventilatorschaufeln aufgebracht ist, dem Ventilatorrad eine größere Steifigkeit und Stärke. Fig. 7 zeigt die Begrenzung der zylindrischen Zone in der Vorderansicht.

Fig. 8 erläutert schematisch ein von einem Gehäuse umschlossenes Ventilatorrad, bei welchem der zurückgewirbelte Strom h seitlich durch einen Ring k eingeschlossen ist, so daß dieser Strom h gezwungen wird, in die zwischen den inneren Ventilatorschaufelrändern bei m und der Begrenzung η des Auges 0. gebildete zylindrische Zone I ■ zu treten. Das Gehäuse verläuft vom Punkt i aus auf ein Stück seines Umfanges in der Drehungsrichtung parallel zum Ventilatorrade, wodurch die bei t in der Aüsführungsform gemäß Fig. 2 auftretenden Wirbelströme vermieden werden. Die Anordnung eines sich von der Austritts-Öffnung nach der Stelle, wo der Ventilator dem Gehäuse am nächsten kommt, spitz zulaufenden keilförmigen Raumes vermindert, wie bereits bemerkt, die Stoßwirkungen, ehe die Drehbewegung zum größeren Teil an dem Punkte gehemmt .wird, wo Gehäuse und Ventilatorrad einander am nächsten sind. Die innere, durch die punktierte Linie u angedeutete Begrenzung des zurückgewirbelten Stromes h ist nur eine angenäherte. -95

Fig. 9 zeigt' im Aufriß eine Ausführungsform eines die Merkmale gemäß Fig. 8 ent- haltenden eingeschlossenen Ventilators. Bei dieser Ausführungsform sind die Flügel gekrümmt, so daß sie auf der Vorderseite hohl und in bekannter Weise mit ihren äußeren Rändern leicht nach vorn geneigt sind.

Claims (2)

1. Patent-Ansprüche:

   i. Zentrifugal-Ventilator oder -Pumpe mit einem das Flügelrad umschließenden spiralförmigen Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschlußstelle, d. h. die Stelle des geringsten Abstandes zwischen der inneren Umfläche des Gehäuses und der äußeren Umfläche des Flügelrades von der Ausströmungsöffnung des Ventilators weg weiter um das Flügelrad herum in der Drehungsrichtung verlegt ist, so daß der dadurch zwischen Flügelrad und Gehäuse geschaffene Zwischenraum sich von der Ausströmungsöffnung nach jener Ab- schlußstelle zu fortlaufend verjüngt nach Art eines Keiles, dessen breiteres Ende nach der Ausströmungsöffnung und dessen

   schmaleres Ende nach jener Abschlußstelle zu gerichtet ist.
2. 2. Ausführungsform des Ventilators nach Anspruch ι mit einem trommeiförmigen Laufrade, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den Flügeln liegende Kammer zum Zwecke der Bildung einer zylindrischen Zone (k, m, a^%, n) auf der Rückseite durch die glattläufige Radscheibe, auf dem Umfang durch die inneren Kanten der to Schaufeln, auf der Eintrittsseite des geförderten Mittels durch eine ringförmige Deckplatte begrenzt wird, die in an sich bekannter Weise an den Eintrittsenden der Schaufeln (a¹) anliegt und dabei eine Einlaßöffnung besitzt, deren Durchmesser kleiner ist als der innere Durchmesser des. Laufradkranzes.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.