DE2113019C3 - Gebläseschaufel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gebläseschaufel mit einer Außenhaut aus glasfaserverstärktem Kunstharz, insbesondere Polyesterharz oder Epoxydharz, einer Füllung aus einem starren Schaum, insbesondere Polyurethanschaum, und einem in der Füllung eingebetteten Verankerungsteü, das über das innere Schaufeiende vorspringt und an einer Laufradnabe befestigbar ist.

Eine derartige Gebläseschaufel ist bereits bekannt (schweizerische Patentschrift 324 300). Sie läßt sich im Gegensatz zu den metallischen Schaufeln mit einer dem theoretischen Flügelprofil weitgehend entsprechenden Form und mit großer Flügellänge entsprechend einem großen Gebläsedurchmesser herstellen, wobei ebenfalls ein hoher Oberflächenwiderstand gegen Korrosion, Erosion und Grübchenbildung erreicht wird. Ein Nachteil ergibt sich jedoch aus der vergleichsweise geringen Festigkeit der Gebläseschaufel, so daß die bekannte Gebläseschaufel mit großer Schaufelstärke ausgeführt werden muß und selbst dann noch aus Festigkeitsgründen nur begrenzt verwendbar ist. Dabei ist zu berücksichtigen, daß sich das Verankerungsteü nur innerhalb des dem inneren Schaufelende benachbarten Bereichs erstreckt und daher auf die Schaufel wirkende Biege- und Torsionskräfte von der Schaumfüllung aufgenommen und übertragen werden müssen. Je stärker bzw. Uicker aber eine Gebläseschaufel ausgeführt wird, um so größer wird auch der aerodynamische Widerstand, wodurch die erforderliche Antriebskraft für das Gebläse ansteigt.

Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannte Gebläseschaufel so auszubilden, daß sie bei erhöhter Festigkeit dünner ausgeführt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Gebläseschaufel erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß das Verankerungsteü sich im wesentlichen über die ganze Länge der Schaufel erstreckt und einen H-förmigen Querschnitt besitzt.

Es ist zwar bereits eine Gebläseschaufel bekannt, die einen der Befestigung dienenden zentralen Holm aufweist, der sich über die gesamte Schaufellänge erstreckt (deutsche Patentschrift 1077369). Diese Schaufel ist jedoch nicht mit einer Füllung versehen, sondern unter Verwendung von Spanten und mit einer Außenhaut überzogenen Profilstäben hohl aufgebaut Deswegen ist die Verwendung eines sich über die ganze Schaufellänge erstreckenden Holms eine

ίο durch die Konstruktion notwendig bedingte Maßnahme. Dabei ist es nachteilig, daß die von der Schaufel aufzunehmenden Kräfte nur an den Verbindungspunkten zwischen den Spanten und dem Holm in diesen eingeleitet werden, was zu hohen örtlichen

Beanspruchungen führt Im übrigen besitzt der Holm ein rundes Vollprofi!, das zur Aufnahme von Biegekräften wenig geeignet ist Schließlich läßt sich auch durch die Konstruktion mit einem zentralen Holm und mit Spanten keine dünne Gehäuseschaufel erreichen.

Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung dient das Verankeiungsteil nicht bloß der Verankerung an der Laufradnabe, sondern insbesondere einer wesentlichen Erhöhung der Festigkeit der Schaufel. Das

as Querschnittsprofil des Verankerungstcüs sowie dessen Erstickung über die ganze Schaufellänge führt zu einer erheblichen Versteifung der Schaufel, wobei das Profil des Verankerungsteils eine hohe Festigkeit sowohl gegen Biegebeanspruchungen wie gegen Tor-

sionsbeanspruchungen bewirkt. Ferner wird erreicht, daß die Belastungen nicht direkt von der Außenhaut auf das Verankerungsteil, sondern jeweils unter Zwischenschaltung der Füllung übertragen werden, wodurch eine im Interesse erhöhter Festigkeit liegende punktförmige Belastung des Verankerungsteils vermieden wird. Dementsprechend kann die Gebläseschaufel besonders dünn ausgeführt werden, was neben Materialeinsparungen auch zu verminderten Betriebskosten führt.

Es hat sich eine Ausführungsform bewährt, bei der die vom Mittelsieg des H-förmigen Verankerungsteils sich zur selben Seite erstreckenden Schenkel aufeinander zu geneigt sind. Dieses Profil sichert eine hohe Festigkeit und läßt sich im übrigen auch innerhalb

einer dünnen Gebläseschaufel gut anordnen.

Ferner ist es zweckmäßig, wenn das Verankerungsteü sich vom inneren zum äußeren Schaufelende verjüngt. Diese Formgebung berücksichtigt die unterschiedliche Beanspruchung des Verankerungsteils über seine Länge.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand einer schematischen Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
F i g. 1 zeigt in einem teilweise weggebrochen ge-

zeichneten Grundriß einen Teil einer erfindungsgemäßen Kühlturmgebläse-Baugruppe;

F i g. 2 ist ein vergrößerter Teüschnitt, der die erfindungsgemäße Verbindung zwischen einer Läuferschaufel und der Läufernabe zeigt;

F i g. 3 ist eine einem Teil von F i g. 1 entsprechende, teilweise weggebrochen gezeichnete Grundrißdarsteilung einer erfindungsgemäßen Gebläseschaufel;
F i g. 4 ist ein vergrößerter Schnitt längs der Linie 4-4 in F i g. 3.

Gemäß F i g. 1 umfaßt die erfindungsgemäße, insgesamt mit 10 bezeichnete Gebläsebaugruppe eine Gebläsenabe 30. die an einer antreibbaren Welle 35

befestigt ist, mehrere Schaufeltragarme 40 und mehrere mit den Tragarmen fest verbundene Gebläseschaufeln 50. Bei der Welle 35 handelt es sich um die auf bekannte Weise ausgebildete Kraftabgabewelle eines nicht dargestellten Elektromotors, eines Untersetzungsgetriebes, eines Getriebemotors oder einer ähnlichen Antriebsmaschine.

Die Formgebung einer Gebläseschaufel richtet sich nach der gewünschten Luftförderleistung. Theoretisch soll die Breite einer solchen Schaufel von äußeren Ende aus in Richtung auf die Nabe zunehmen. Hierbei müßten die Leitkante und die Schleppkante zwei hyperbolischen Hüllkurven ähneln, die sich an der Drehachse des Läufers unendlich weit in axialer Richtung erstrecken. Auch der Anstellwinkel der Schaufel nimmt von einem relativ kleinen Wert am äußeren Ende der Schaufel in Richtung auf die Drehachse bis auf einen größeren Winkel zu. Über die ganze Länge der Schaufel sieht man ein bestimmtes Tragflügelprofil «der eine Schar von Tragflügelprofilen in der Weise vor, daß man bei gegebener Leistung die gewünschten Auftriebs- und Widerstandscharakteristiken erhält, wobei sich jedoch fur die verschiedenen Flügelquerschnitte geometrische Formen ergeben, die es ermöglichen, dem Flügel eine ausreichende Festigkeit zu verleihen, damit der Flügel die zu erwartenden Belastungen aufnehmen kann, ohne daß bestimmte maximale Beanspruchungen überschritten werden. Die Erfindung ermöglicht die Verwendung optimaler Tragflügelprofile über die ganze Länge der Schaufel, so daß sich praktisch kaum irgendwelche Beschränkungen ergeben, wie sie bei den gebräuchlichen Gieß- oder Formgebungsverfahren nicht zu vermeiden sind.

Die Erfindung befaßt sich daher in erster Linie mit der Herstellung der Gebläseschaufeln 50. Gemäß F i g. 3 und 4 setzt sich jede Schaufel 50 aus einer äußeren Haut 52, einer Füllmasse 54 und einem Verstärkungsholm 56 zusammen. Die äußere Haut 52, die einen oberen Abschnitt 57 und einen unteren Abchnitt 58 umfaßt, ist als mit Glasfasern verstärktes Tragflügelprofil aus einem Kunstharzlaminat unter Verwendung eines Polyester- oder Epoxyharzes hergestellt und umfaßt einen äußeren Gelüberzug aus einem Polyesterharz mit einem hohen Gehalt an Füllmaterial und Pigmenten sowie eine Matte aus Kunstharz und Glasfasern. Die Glasfasern bieten den Vorteil, daß sie auch bei hoher Beanspruchung in einem Kühlturm eine außergewöhnlich große Widerstandsfähigkeit gegen Korrosion und Abnutzung zeigen. Die beim Verarbeiten von Glasfasern anwendbaren Verfahren ermöglichen es außerdem, den Schaufeln mit hoher Genauigkeit die berechnete Form zu geben. Der Innenraum der äußeren Haut 52 ist mit einem starren Po'yurethanschaum von hoher Dichte ausgefüllt, dessen spezifisches Gewicht zwischen etwa 0,08 und 0,24 liegt. Dieses Schaummaterial erhöht die Steifigkeit der Schaufel und verstärkt das Tragflügelprofil über die ganze Länge der Schaufel.

Jede Schaufel ist mit einem Holm 56 verstärkt, der aus einem legierten Stahl von hoher Festigkeit besteht. Der Holm 56 hat einen H-förmigen Querschnitt und verjüngt sich vom inneren Ende der Schaufel aus in Richtung auf ihr äußeres Ende. Gemäß F i g. 3 und 4 sind die einander benachbarten Schenkel des Η-Profils aufeinander zu geneigt, und sie verjüngen sich von der Nabe aus nach außen bezüglich ihrer Breite und Dicke in der Weise, daß der Holm innerhalb der äußeren Haut an allen Punkten eine möglichst große Querschnittsfläche hat. Sämtliche kombinierten Belastungen werden durch den Holm über die ganze Länge der Schaufel aufgenommen. Der Holm 56 kann an der Füllung 54 aus dem Schaummaterial sowohl mechanisch verankert als auch chemisch mit ihr verbunden sein, damit der Verstärkungshohn aus Stahl mechanisch mit der Haut 52 zusammenarbeitet. Der H-förmige Querschnitt des Holms gewährleistet eine maximale Festigkeit und Steifigkeit gegenüber Biegemomenten, die auf Luftkräfte und das Schaufelgewicht zurückzuführen sind, und gleichzeitig gewährleistet diese Querschnittsform das einwandfreie Aufnehmen von Flieh- und Torsionskräfte η. Dieser H-förmige Querschnitt ermöglicht es, dünne Tragflügelprofile von hohem Wirkungsgrad zu verwenden, da es nicht erforderlich ist, die Dicke der Schaufel zu vergrößern, um das Unterbringen des Holms zu ermöglichen.

ao Allgemein ist festzustellen, daß der aerodynamische Widerstand um so größer wird, je größer die Dicke der Schaufel ist, und daß man bei dickeren Schaufeln für das Gebläse eine entsprechend größere Antriebsleistung benötigt. Somit wird die Verwendung des

«5 beschriebenen Holms zu Einsparungen bezüglich der Herstellungs- und Betriebskosten führen.

Mit dem inneren Ende des Holms 56 ist ein Flansch 44 verschweißt, der an der Nabe des Gebläseläufers befestigt werden kann. Von der Nabe 30 aus erstreckt sich ein Tragarm 40 radial nach außen; dieser Tragarm weist an seinem äußeren Ende einen Flansch 42 auf, so daß die Schaufel 50 beim Einbau des Gebläseläufers in einen Kühlturm mit dem Flansch 42 mit Hilfe des Flansches 44 verbunden werden kann. Gemäß F: g. 2 werden die Flansche 42 und 44 auf bekannte Weise mit Hilfe von Schrauben miteinander verbunden, um eine starre Verbindung zwischen der Schaufel 50 und der Nabe 30' zu schaffen. Man kann den Flansch 44 auf bekannte Weise mit in tangentialer Richtung geschlitzten Schraubenaufnahmeöffnungen (nicht dargestellt) verschen, damit die genannten Teile leicht zusammengebaut werden können und man den Anstellwinkel der Schaufel einstellen kann.

Gemäß F i g. 2 kann man eine stromlinienförmig gestaltete, aus mit Glasfasern verstärktem Polyesteroder Epoxyharz hergestellte Nabenabdeckung 20 an jedem Tragarm 40 auf bekannte Weise mit Hilfe von Winkelstücken 60 befestigten. Die Nabenabdeckung 20 verhindert das Durchströmen von Luft im Bereich der Gebläseachse, so daß die Verwendung der Nabenabdeckung zu einer Erhöhung der Gebläseleistung führt. Außerdem bildet die Abdeckung 20 eine glatte Verkleidung, die Luftverluste im Bereich des

breitesten inneren Teils der Läuferschaufel verhindert. Das mit Glasfasern verstärkte Material erweist sich bei seiner Verarbeitung als sehr anpassungsfähig, so daß es möglich ist, den Schaufeln genau die aerodynamisch richtige Form zu geben, und bei der Verwendung von Glasfasern läßt sich ein Auswuchten ohne Schwierigkeit durchführen.

Aus der vorstehenden Beschreibung ist ersichtlich, daß die Erfindung eine zweckmäßige Lösung für eine Aufgabe vorsieht, die bezüglich des Betriebs von

Kühltürmen bekannter Bauart seil langem bestanden hat. Gemäß der Erfindung ist es möglich, Schaufeln für Gebläse von großem Durchmesser herzustellen, deren Durchmesser z. B. etwa 3000 bis etwa

11 000 mm beträgt, ohne daß übermäßig hohe Anforderungen bezüglich der Unterstützung zu erfüllen sind, und ohne daß sich ein zu großer Bedarf an Antriebsleistung ergibt. Die erfindungsgemäßen Gebläseschaufeln sind gegen Korrosion, Spannungsrisse, Grübchenbildung und Erosion widerstandsfähig, und sie erreichen auch bei hoher Ermüdungsbeanspruchung eine lange Lebensdauer. Die erfindungsgemäßen, mit Glasfasern verstärkten Schaufeln sind nicht nur korrosionsfest, sondern sie ermöglichen es, ein damit ausgerüstetes Gebläse mit einer niedrigen Antriebsleistung zu betreiben, siie stellen nur minimale Anforderungen bezüglich der Wartung, und es ist nur selten erforderlich, die Schaufeln zu erneuern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Gebläseschaufel mit einer Außenhaut aus glasfaserverstärktem Kunstharz, insbesondere Polyesterharz oder Epoxyharz, einer Füllung aus einem starren Schaum, insbesondere Polyurethanschaum, und einem in der Füllung eingebetteten Verankerungsteü, das über das innere Schaufelende vorspringt und an einer Laufradnabe befestigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Verankerungsteü (56) sich im wesentlichen über die ganze Länge der Schaufel (50) erstreckt und einen H-förmigen Querschnitt besitzt.

2. Gebläseschaufel nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die vom Mittelsteg des H-förmigen Verankerungsteils (56) sich zur selben Seite erstreckenden Schenkel aufeinander zu geneigt sind.

3. Gebläseschaufel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verankerungsteü (56) sich vom inneren zum äußeren Schaufelende verjüngt.