DE2163011B2

DE2163011B2 - Seitenkanalarbeitsmaschine

Info

Publication number: DE2163011B2
Application number: DE19712163011
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl.-Ing. 5160 Dueren Rohs
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-12-18
Filing date: 1971-12-18
Publication date: 1976-04-08
Also published as: DE2163011A1; JPS5717195B2; NL7216962A; CH564693A5; NL174288B; DD100314A5; AU4998172A; GB1371540A; AU467988B2; CA997729A; JPS4869111A; AT320128B; DE2163011C3; BE792751A; NL174288C; SU663326A3; FR2165570A5; IT972478B; AT322718B; SE388464B

Description

Die Erfindung betrifft eine Seitenkanalarbeitsmaschine mit einem Laufrad, dessen Schaufeln in einem im wesentlichen als Torus ausgebildeten Förderraum eines Gehäuses umlaufen, das einen Einlaß- und einen Auslaßkanal und einen dazwischen angeordneten Torusunterbrecher aufweist.

Durch die DT-OS 19 21 945 ist eine Seitenkanalpumpe bekanntgeworden, die mit einer Axialströmung arbeitet. Danach wurden Seitenkanalverdichter mit Axialströmungen bisher deshalb bevorzugt, weil sie sich einfacher berechnen lassen. Seitenkanalverdichter mit radialer Beschallung lassen sich nach herrschender Meinung nicht berechnen, so daß man zur Ermittlung des Zusammenhanges zwischen Volumendurchsatz und wegen der komplexen Strömung auf empirische Werte angewiesen ist.

Ein weiteres Seitenkanalgebläse zeigt die DT-OS 17 430. Dieses bekannte Gebläse besitzt lediglich ebene, angestellte Laufradschaufeln, mit denen sich erfahrungsgemäß weder ein ausreichender Wirkungsgrad noch ein guter Druckaufbau erzielen lassen.

Ähnlich verhält es sich auch mit einem Verdichter, der in der US-PS 16 19 286 beschrieben ist und ebenfalls ebene, angestellte Schaufeln aufweist.

Soweit bisher bekannt, wurden gekrümmte Schaufeln bei Seitenkanalverdichtern, d. h. solchen Verdichtern, die nur mit einem Fördermedium arbeiten, noch nicht verwendet

Lediglich bei sogenannten Verdrängerpumpen, bei denen ein gasförmiges Medium, z. B. Luft, mit Hilfe eines in einem Leit- oder Hilfskanal befindlichen Wasserringes verdichtet wird, hat man, wie bei anderen turbinenartigen Maschinen, gekrümmte Schaufeln verwendet. So ist durch die DT-PS 5 81 808 eine Wasserringpumpe bekannt, d. h. eine Kreiselpumpe mit einem umlaufenden, der Zentrifugalkraft unterworfenen Wasserring, der die Änderung des Kammervolumens bewirkt Eine solche Pumpe erfordert stets eine gewisse Wasserfüllung und in aller Regel eine entsprechende Wasserzuführung und Steuerung. Sie ist nur begrenzt einsatzfähig und ist nicht in der Lage ein trockenes Medium zu fördern, da dies stets Feuchtigkeit aus dem Wasserring aufnehmen würde.

Die bei der bekannten Wasserringpumpe genannten Außenanstellwinkel sind nach rückwärts gestellt und zeigen somit die schlechteste Möglichkeit für einen Verdichter überhaupt Die bei den bekannten Wasserringpumpen auftretenden Bedingungen und ihre Lösungsmöglichkeiten lassen sich nicht auf Seitenkanalverdichter übertragen, wie dies auch die bisherige technische Entwicklung gezeigt hat

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache, zuverlässige und robuste Bauform eines radiale Strömungen erzeugenden Seitenkanalverdichter zu schaffen, dessen Schaufelstellung und Schaufelform bestmögliche Verhältnisse von Volumendurchsatz und Druck, sowie einen stoßfreien Strömungseintritt in den Schaufelkranz gewährleistet.

Die Erfindung stützt sich auf eine aufgefundene Berechnungsweise der Schaufelwinkel, die hier nur hinsichtlich ihres Optimalbereiches von Interesse ist.

Die Erfindung wird darin gesehen, daß die Schaufeln nach vorwärts gekrümmt sind, und daß die Außenanstellwinkel der Schaufeln kleiner sind als die Innenanstellwinkel. Sie ermöglicht die Einstellung optimaler Strömungszustände.

So liefert ein Seitenkanalverdichter gemäß der Erfindung im Verhältnis zu einem Seitenkanalverdichter herkömmlicher Bauart bei gleicher Leistungsaufnahme mehr als den doppelten Überdruck bzw. benötigt bei gleicher Druckhöhe nur eine Leistungsaufnahme von 10% des bekannten Verdichters. Auch die erzielbaren Wirkungsgrade erreichen mehr als das Doppelte der Wirkungsgrade von herkömmlichen Maschinen dieser Art.

Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß der Einlaßkanal für das Fördermedium entgegengesetzt der Strömungsrichtung, d. h. der Drehrichtung des Laufrades angeordnet iüt. Hierdurch wird ein stoßfreier Eintritt des Fördermediums in den Schaufelkranz erzielt.

Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

!n der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise wiedergegeben, und zwar zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Allgemeinansicht eines Seitenkanalverdichter, teilweise im Schnitt,

F i g. 2 einen Querschnitt durch den Einlaß- und Auslaßteil des Verdichters,

F i g. 3 eine perspektivische Darstellung eines Teiles der Beschaufelung des Laufrades und

Fig.4 eine schematische Darstellung der Schaufel-

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teilung über dem Umfang des Laufrades.

F i g. 1 zeigt in perspektivischer, teilweise aufgeschnittener Ansicht einen einer Föttinger-Kupplung ähnlichen Seitenkanalverdichter mit Gehäuseteilen J und 2, sowie einem in einer N idel 5 des Gehäuseteiles 1 gelagerten und in bekannter Weise mit einem Antriebsmotor 6 verbundenen Laufrad 3. Das Laufrad 3 weist einen endlosen, im Querschnitt halbkreisförmigen Kanal auf, mit dem ein hiermit deckungsgleicher Seitenkanal 4 im Gehäuseteil 1 zusammenwirkt. Beide Kanäle bilden einen Torus, der an einer Stelle, wo sich die Ein- und Auslaßkanäle 8, 9 befinden, durch einen Torusunterbrecher 10 (Fig.2) unterbrochen ist. Mit 11 ist in F i g. 1 die im Seitenkanal erzeugte Luftströmung schematisch dargestellt. Der Einlaßkanal 8 bildet mit der Ebene des Laufrades 3 einen Winkel e, der höchstens 45° betragen soll. Die Einströmrichtung des Einlaßkanals ist entgegengesetzt der Drehiichtung 14 des Laufrades 3.

Im endlosen Kanal des Laufrades 3 sind am Laufrad radiale Schaufeln 7 befestigt, bei denen es sich durchweg durch nach vorn gekrümmte und räumlich verwundene Schaufeln mit unterschiedlichem Innen- und Außenanstellwinkel χι und «2 handelt. Diese Schaufeln 7 bilden Teile von Zylinderflächen, die entsprechend schräg abgeschnitten sind. Schaufeln mit dieser Form lassen sich auf einfache Weise über einen zylindrischen Dorn biegen.

In dem Torus wird bei umlaufendem Laufrad 3 ein Zirkularwirbel erzeugt. Die Strömung muß stoßfrei in den Schaufelkranz eintreten. Dies wird durch entsprechende Anordnung und Gestaltung der Schaufeln 7 erreicht, indem die Außenanstellwinkel «2 kleiner gewählt sind als die Innenanstellwinkel αι, wobei letztere möglichst größer als 45° sein sollen.

Je nach der gewoilten Betriebsdrehzahl sind die optimalen Anstellwinkel verschieden. Mit zunehmender Drehzahl werden die Außenanstellwinkel <X2 kleiner und gegebenenfalls sogar negativ, während die Innenanstellwinkel <xi zunehmen {F i g. 3).

Bei schnell laufenden Verdichtern mit einer Strömungsgeschwindigkeit von etwa 200 m/s und einer Umfangsgeschwindigkeit von etwa 70 m/s haben sich Außenanstellwinkel «2 von 0 bis 30° und Innenanstellwinkel αι von 50 bis 70° als optimal erwiesen. Die entsprechenden Winkel betragen 15 bis 45° bzw. 45 bis 60° für langsam laufende Verdichter mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 100 m/s und einer Umfangsgeschwindigkeit von etwa 40 m/s.

Gemäß F i g. 4 sind die Schaufeln 7 nicht gleichförmig sondern ungleichförmig über den Umfang des Laufrades 3 verteilt, wobei jeweils einander diametral gegenüberstehende Schaufelgruppen 16,17 18 bzw. 16', 17', 18' gebildet sind, die über verschiedene, untereinander nicht teilbare Sektorwinkel verteilt sind, wobei auch die Teilung innerhalb einer solchen Gruppe unterschiedlich ist. Mit dieser Anordnung sollen hochfrequente Resonanzgeräusche vermieden werden.

Wie F i g. 2 zeigt, ist der Torusunterbrecher 10 so ausgebildet, daß er laufradseitig eine sich in der Drehrichtung vergrößernde schnaupenförmige Ausnehmung 12 aufweist, die sich über mindestens eine, vorzugsweise über die größte von zwei Laufradschaufeln 7 gebildete Kammer 13 erstreckt.

In der Schnaupe 12 erfolgt eine Strömung durch das expandierende Fördermedium, das im Bereich des Torusunterbrechters 12 von der Druckseite zur Ansaugseite transportiert wird. Durch die Schnaupe 12 wird eine starke Unstetigkeit am Ende des Torusunterbrechers 10 in der Strömung vermieden, was direkt der Strömung im Seitenkanal 4 zugute kommt.

Der Einlaßkanal 8 mündet zweckmäßig in einer Düse, insbesondere einer konvergenten Düse 15, wie sie zur Erzeugung von Strömungsgeschwindigkeiten im Unterschallgeschwindigkeitsbereich bekannt sind. Hierdurch wird ein größerer Inipulsaustausch zwischen dem Fördermedium und dem Laufrad erzielt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche: 21

1. Seitenkanalarbeitsmaschine mit einem Laufrad, dessen Schaufeln in einem im wesentlichen als Torus ausgebildeten Förderraum eines Gehäuses umlaufen, das einen Einlaß- und einen Auslaßkanal und einen dazwischen angeordneten Torusunterbrecher aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (7) nach vorwärts gekrümmt sind, und vo daß die Außenanstellwinkel («2) der Schaufeln (7) kleiner sind als die Innenanstellwinkel («1).

2. Seitenkanalarbeitsmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außenanstellwinkel («2) kleiner als 45° ist, vorzugsweise 30 ± 15° beträgt, und daß der Innenanstellwinkel (αϊ) größer als 45° ist vorzugsweise 60 ± 15^C beträgt

3. Seitenkanalarbeitsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (7) Teile von Zylinderflächen sind.

4. Seitenkanalarbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßkanal (8) für das Fördermedium entgegengesetzt der Strömungsrichtung (14), d. h. der Drehrichtung des Laufrades (3) angeordnet ist.

5. Seitenkanalarbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (ε) zwischen dem Einlaßkanal (8) der Drehebene des Laufrades (3) <> 45° an der inneren Torushälfte ist.

6. Seitenkanalarbeitsmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßkanal (8) für das Fördermedium als Düse (15) ausgebildet ist.

7. Seitenkanalarbeitsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß am Torusunterbrecher zwischen dem Auslaß- und Einlaßkanal (9 bzw. 8) vor dem Einlaßkanal (8) eine Schnaupe (12) vorgesehen ist, deren Länge mindestens derjenigen der größten Schaufelkammer (13) entspricht.