DE2209886A1 - Axialstromstufengeblaese - Google Patents

Description

nwälto Licht . a_r, schmidt Hansmann · Herrmann 8 MÖNCHEN2.Thereilenstr.33

1. März 1972 Ke/vL

HUDSON PRODUCTS CORPORATION HOUSTON, TEXAS 77036 P.O.BOX 36100
V.St.A«, .

Axialstromstufengebläse

Die Erfindung betrifft Axialstromgebläseanordnungen für Luftkühler und andere industrielle Zwecke. Sie befaßt sich insbesondere mit Verbesserungen an Gebläseanordnungen, bei denen zwei oder mehr Gebläse in Reihe hintereinander gelagert sind, so daß in einem einzigen Gebläsering auf« einanderfolgende Stufen entstehen.

Wenn die Gebläseanordnungen bei Luftkühlern verwendet werden, werden sie entweder über oder unter dem Rohrbündel angebracht und dienen dann dazu, Luft über die Rohre aus Rohrbündels zu schicken. Bei diesen und anderen industriellen

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Anwendungsmöglichkeiten können die Gebläse relativ groß sein, wobei ihr Durchmesser zwischen etwa i,80 und 9 m liegt. Die von einem Gebläse zu leistende Arbeit ist annähernd eine Funktion der dritten Potenz seiner Schaufelspitzengeschwindigkeit. Gleichzeitig ist das von einem Gebläse erzeugte Geräusch eine Funktion der fünften Potenz seiner Schaufelspitzengeschwindigkeit. Demzufolge wird das Problem einer zu starken Geräuschentwicklung aufgeworfen, sobald die an das Gebläse gestellten Leistungeanforderungen steigen. Gleichzeitig haben natürlich die gesetzgebenden Körperschaften im öffentlichen Interesse für die Regulierung von Geräuschpegeln schärfere Vorschriften erlassen. Der Zweck für das Inreiheschalten von Gebläsen ist seit jeher gewesen, eine Möglichkeit dafür zu öffnen, einem vorhandenen Ausrüstungegegenstand mehr Luftbewegungsenergie zuzuführen, als sie auf nur eine einzige Gebläsestufe übertragen werden kann. Mit anderen Worten, Reihengebläse, oder Stufengebläse, deren Gebläseschaufeln oder -flügel mit etwas geringeren Geschwindigkeiten rotieren, sind bereits bekannt, wobei die gleiche Menge Luft wie bei einem einstufigen Gebläse gefördert wird, jedoch mit weniger Geräusch.

Bei den bekannten Axialstromstufengebläsen der letztgenannten -Art sind jedoch die aufeinanderfolgenden Gebläsestufen identisch gebaut und mit beträchtlichem axialen Abstand nebeneinander angeordnet, der in einigen Fällen bis zu drei Gebläsedurchmessern betragen kann; denn es hat sich gezeigt, daß dann_{ wenn solche Stufen nicht weit genug auseinanderliegenj ihre effektive Leistung geringer ist, sie also mit einem geringeren Wirkungsgrad arbeiten. Diese Erscheinung läßt sieb durch mancherlei Theorien erklären. Die eine Theorie besagt, daß syrischen den Stufen ein bestimmter Abstand erforderlich ist» damit die kinetische Entrgie, die den LuftmolekUlen von dem anstromseitigen Gebläse erteilt wird, in eine Druckerhöhung und da?nit in nutzbare Arbeit umgesetzt werden kann. Eine fachliche Autorität auf diesem Gebiet, nämlich William G» Osborne, sagt in seinem Buch "Gebläse" daß dann, wenn die einzelnen Stufen nicht weit

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genug auseinanderliegen, die Rotationsgeschwindigkeit der die anstromseitige Stufe verlassenden Luft die Betriebsweise der folgenden Stufe oder Stufen verändert.

Unabhängig von der Theorie, die für die obige Konstruktion maßgebend ist, wird durch den großen Abstand zwischen den Stufen dieser Gebläseanordnungen die Konstruktion mit erheblichen Kosten belastet, und in gewissen Fällen läßt sich eine solche

Konstruktion aufgrund des fehlenden zur Verfügung stehenden Kopfraums nicht verwirklichen. Somit tragen die lange Welle, auf der die Gebläse^agert sind, die großen Abmessungen und oder die große Zahl der zur Lagerung der Welle erforderlichen Lager und die beträchtliche Höhe des Gebläseringes wesentlich zu einer großen Kapitalinvestition bei.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, ein Axialstromstufengebläse zu schaffen, das sich mit einem erheblich geringeren Kostenaufwand bauen läßt und dennoch im wesentlichen dieselbe nutzbare Arbeit bei im wesentlichen demselben Geräuschpegel leisten kann wie die oben beschriebenen bekannten Stufengebläse.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Stufengebläse gelöst, das eine erheblich engere Anordnung der Gebläsestufen, vorzugsweise im wesentlichen nebeneinander erlaubt, als sie bisher für möglich gehalten wurde, und zwar dadurch, daß die Gebläseschaufeln,des abstromseitigen Gebläses mit einem größeren durchschnittlichen Neigungs- oder Anstellwinkel versehen werden als die Schaufeln des zustromse.itigen Gebiases„ Es wurde festgestellt, daß ein Stufengebläse dieser Bauart im wesentlichen ohne erhebliche Wirknngsgradmimäerung oder Leistungspotentialverlust arbeitet, wenn man dieses Gebläse mit den oben beschriebenen bekannten Stufengebläse vergleicht. Gleichzeitig weist das erfindungsgemäße Gebläse, wenn es mit derselben Drehzahl läuft wie die bekannten

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Gebläse, auch denselben vorteilhaften niedrigen Geräusohpegel auf, den die bekannten Gebläse besitzen. Natürlich/ist auch aufgrund des geringen Abstands der Stufen die Gesamtkonstruktion mit geringeren Kosten herzustellen, und wegen der kürzeren Welle, der kleineren Lager und/oder der geringeren Lageranzahl und wegen des dementsprechend kürzeren Gebläserings beansprucht sie auch weniger Platz.

Es ist bekannte, daß die Schaufeln eines einzelnen Geblases unter vorliegenden Bedingungen zur Erreichung nutzbarer Arbeit eine optimale durchschnittliche Steigung bzw„ Neigung besitzen. Diese Durchschnittsneigung liegt gewöhnlich im Bereich zwischen etwa 10° und etwa 20°, bezogen auf die Horizontale, und wenn sie 20° wesentlich überschreitet, dann arbeitet das Gebläse im allgemeinen mit geringerem Wirkungsgrad, wobei eine nur geringe oder gar keine Zunahme des Luftdurchsatzes erfolgt. Es wurde jedoch festgestellt, daß bei dem erfindungsgemäßen Stufengebläse die Durchschnittsneigung der Schaufeln des abstromseitigen Gebläses 20? erheblich überschreiten darf, ohne daß bei dem Gesamtgebläse eine wesentliche Wirkungsgradminderung eintritt. Somit setzt die Durchschnittsneigung der Schaufeln des abstromseitigen Gebläses der Sohaufelneigung des zustromseitigen Gebläses keine ernsthafte Grenze, d.h. die Schaufelneigung oder der Anstellwinkel der Schaufeln des abstromseitigen Gebläses bildet keine praktische obere Grenze für die durchschnittliche Schaufelneigung des zustromseitigen Gebläses oder die Differenz der durchschnittlichen Schaufelneigung der beiden Gebläse,

Die eine Theorie, mit der sich die überraschenden Ergebnisse des Erfindungsvorschlags erklären lassen, besagt, daß der Luftstrom das zustromseitige Gebläse in Knotenjhoher und geringer Geschwindigkeit verläßt, und da er nicht die Entfernung zurückgelegt hat, die er bei den bekannten

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« 5 —

Gebläseanordnungen zurücklegen konnte, um ihm zu ermöglichen, seine kinetische Energie vollständig in Geschwindigkeitshöhe umzusetzen, besitzt er eine Geschwindigkeit, bei der er von den eine verhältnismäßig große Durohsohnittsneigung aufweisenden Schaufeln erfaßt werden kann. Unabhängig von dieser Theorie wurden jedoch die Ergebnisse fur verschiedene Betriebs— zustände dargestellt.

Es ist außerdem bekannt, daß jedes Gebläse der Luft einen gewissen Drall erteilt, so daß bei in Reihe geschalteten Gebläsen, die zwei Stufen bilden, der Drall am Austritt des abstromseitigen Gebläses die Summe der beiden Dralle ist. Es wurde bereits vorgeschlagen, den Wirkungsgrad bekannter Stufengebläse dadurch zu steigern, daß dieser Drall mit feststehenden Schaufeln zwischen den Gebläsen geglättet wird. Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, eine ähnliche oder größere ffirkungsgradsteigerung ohne die Verwendung feststehender Schaufeln und damit ahne Inkaufnahme deren Kosten und Kopfraum dadurch zu erreichen, daß die Durchschnittsneigung der Schaufeln des abstromseitigen Gebläses vergrößert wird. Ferner wurde gefunden, daß sich optimale Ergebnisse dann erhalten lassen, wenn die Schaufeln des abstromseitigen G_ebläses in bezug auf diejenigen des zustromseitigen Gebläses rund um den Umfang so angeordnet werden, daß der am stärksten turbulente Teil des von dem zustromseitigen Gebläse abgegebenen Luftstroms vermieden wird.

Obgleich sich die Durchschnittsneigung der Schaufeln der Gebläse zur Erzeugung optimaler Ergebnisse am besten durch Probieren bestimmen läßt, ein Verfahren, das in jedem Falle in der GeblaseIndustrie im großen und ganzen der üblichen Praxis entspricht, wurde festgestellt, daß sich solche Schaufelneigungen wenigstens annähernd nach gewissen Kon-

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struktionsgesichtspunkten bestimmen lassen, wie sie im folgenden erläutert werden. Des weiteren wurde ein zusätzliches Kriterium gefunden, das bei der Einstellung der Schaufeln der beiden Gebläse zur Erreichung einer optimalen Umfangsanordnung nützlich ist ο

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden genauer beschrieben. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Aufrißansicht eines Luftkühlers, wobei Teile weggebrochen sind, um ein Rohrbündel und eine Gebläseanordnung der erfindungsgemäßen Art zu zeigen, die über dem Rohrbündel getragen wird und dazu dient, Luft über die Rohre hinweg nach oben zu ziehen,

Pig, 2 eine Draufsicht des Gebläses, und

Fig. 3 eine graphische Darstellung in Form einer Kurve, die die Versuchsergebnisse darstellt, wobei Arbeit und ¥irkungsgrad eines Stufengebläses der genannten Bauart verglichen werden.

Der in Fig. i gezeigte Luftkühler ist in seiner Gesamtheit mit 10 bezeichnet und enthält ein Rohrbündel 11, das auf senkrechten Stützen 12 über der Oberfläche 13 befestigt ist, sowie ein Zwillings- oder zweistufiges Gebläse lk_t das mit Hilfe eines Übergangsstücks 15 über dem Rohrbündel gelagert ist» Wie durch den weggebrochenen Teil von Fig. 1 ersichtlich, weist das Rohrbündel 11 mehrere Warmeaustausoherrohre iö auf, die sich zwischen nicht dargestellten Köpfen an den entgegengesetzten Enden des Bündels in seitlicher Richtung erstrecken und dazu dienen, ein abzukühlendes Prozeßströmungsmittel quer zum Luftstrom zu leiten, der mit

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Hilfe des Gebläses in Richtung nach oben erzeugt wird. Entlang der gegenüberliegenden Seiten des Rohrbündels erstrecken sich von dem einen Kopfstück zum anderen Seitenwände 17, so daß der Luftstrom zu dem Rohrbündel umschlossen wird.

Die Gebläseanordnung 14 weist einen zylindrischen Gebläsering auf, der mit in Reihe geschalteten Zustrom— seitigen und abstromseitigen Gebläsen 19 bzw. 20 versehen ist, welche aufeinanderfolgende Stufen bilden, die so gelagert sind, daß sie sich um eine gemeinsame Achse drehen. Des weiteren ist der Durchmesser der Gebläse so gewählt, daß sich die Spitzen der Gebläseschaufeln 19a,20a eng und konzentrisch innerhalb des Gebläserings bewegen. Wie aus Fig. 1 weiter hervorgeht, ist der Änstel!winkel oder die Neigung der Gebläseschaufeln so gewählt, daß Luft veranlaßt wird, nach oben zu durch den Gebläsering hindurchzuströmen und damit in Richtung nach.oben über das Rohrbündel hinweg, wenn sich die Gebläse, von oben gesehen, im Uhrzeigersinn drehen. In diesem Sinne, d.h_a in Richtung der Luftbewegung, erfolgt auch die Definition derart, daß das untere Gebläse 19 als "zustromseitiges Gebläse " und das obere Gebläse 20 als "abstromseitiges Gebläse" bezeichnet wird.

Beide Gebläse sind auf einer Welle 21 gelagert, die sich in senkrechter Richtung und koaxial zu dem Gebläsering erstrecken. Das untere Ende der Welle wird von einem Motor angetrieben, der auf einer Motorstütze 23 angebracht ist, die an dem Rohrbündel oder einem anderen Teil des Luftkiüilers in irgendeiner geeigneten Weise angehängt ist«, Der Motor treibt einen Riemen innerhalb eines Riemenschutzes 24 an, der sich am unteren Ende der Welle befindet und dazu dient, die Gebläse mit einer gewünsohten Drehzahl zu drehen«, Die Welle ist an ihrem oberen Ende in einem Lager 21a drehbar

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— σ —

gelagert, das durch radiale Verstrebungen 21b in dem Gebläsering 18 gehalten wird.

Jedes Gebläse weist eine Nabe 25 auf, die an der Welle 21 befestigt ist und mehrere Schaufelfassungen 26 besitzt, die sich in gleichmäßigem Abstand nebeneinander in radialer Richtung zur Nabe erstrecken,, Die inneren Enden der Schaufeln sind in den Naben lösbar befestigt, wodurch es möglich ist, die Durchschnittsneigung oder Steigung jeder Schaufel in der gewünschten Weise einzustellen, und zwar in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen,

Wie bereits erwähnt wurde, und wie aus Fig. 1 hervorgeht, liegen die Naben 25 der Gebläse 19 und 20 und damit die Ebenen der Innenseiten der Gebläse selbst im wesentlichen nebeneinander, wodurch der Axialabstand zwischen den Gebläsen sich grundsätzlich auf ein Minimum reduziert. In jedem Fall liegen im Vergleich zu den bekannten Stufengebläsen, bei denen die aufeinanderfolgenden Stufen in axialer Richtung mit drei oder mehr Geblasedurchmessern Abstand nebeneinander angeordnet sind, die Gebläse 19 und 20 von Fig. 1 um nur einen Bruchteil ihres Durchmessers mit Abstand getrennt nebeneinander. Stufengebläseanordnungen der hier beschriebenen Bauweise wurden in der Praxis erfolgreich getestet, wobei Gebläse mit einem Durchmesser von 4,2 m mit Abstand so nebeneinander angeordnet waren, daß vom Mittelpunkt der einen Nabe bis zum Mittelpunkt der anderen Nabe eine Entfernung von nur 50,8 cm vorhanden war.

Somit braucht die Höhe des Gebläserings 14, wie aus Fig. 1 ersichtlich, nicht wesentlich größer zu sein als die senkrechte, axiale Breite der Gebläse 19 und 20, wodurch der Ring ein Minimum an Kopfraum beansprucht. Des weiteren braucht die Welle 21 im wesentlichen nicht langer zu sein, als erforderlich ist, um sich zwischen den Gebläsen

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und dem Motorantrieb, vermehrt um die axiale Dicke der Schafein, zu erstrecken. Des weiteren ist im allgemeinen nur ein Lager 21a verhältnismäßig geringer Größe zur Abstützung der Gebläse an dem Eintritt des Gebläserings erforderlich, während bei einer Gebläseanordnung, bei der die einzelnen Gebläse einen einfachen Abstand voneinander haben, der dem dreifachen oder noch höheren Vielfachen des Gebläsedurchmessers entspricht, offensichtlich zwei oder mehr verhältnismäßig große Lager notwendig sind.

Wie aus der Zeichnung hervorgeht, ist jede Schaufel in radialer Richtung nach außen nach innen zu abgeschrägt und hat einen Querschnitt, der im allgemeinen der Form eines Tragflügels entspricht. In gewissen Fällen können die entgegengesetzten Oberflächen der Schaufeln etwas verdrillt sein, so daß die Neigung oder der Anstellwinkel, den die aktive oder obere Schaufelfläche mit einer waagerechten Ebene lotrecht zur Achse der Welle bildet, in gewissem Maße längs der Schaufellänge variieren kann_o In diesem Sinne ist auch der hier verwendete Begriff "durchschnittliche" Neigung zu verstehen. Diese Veränderlichkeit ist jedoch, wie allgemein bekannt, verhältnismäßig klein und somit, was konstruktive Überlegungen anbelangt, unbedeutend.

Wie bereits erwähnt wurde, ist die Durchschnitts— neigung der Schaufeln des zustromseitigen Gebläses 19 geringer als diejenige der Schaufeln des abstromseitigen Gebläses 20. Außerdem sind aus bereits erwähnten Gründen, wie am besten aus Fig. 2 hervorgeht, die Schaufeln der beiden Gebläse in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt oder weisen einen Winkelabstand zueinander auf. Die entsprechenden Durchschnittsneigungen der beiden Gebläse hängen von der Neigung ab, die zur Erreichung optimaler nutzbarer Arbeit in dem jeweiligen Einbaufall erforderlieh ist.

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In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, wie bereits erwähnt wurde, daß gewisse Konstruktionskriterien gefunden worden sind, mit denen diese Winkel sowie die Versetzung der Schaufeln der Gebläse zumindest näherungsweise ermittelt werden können, obgleich die endgültige Einstellung in dieser Hinsicht normalerweise durch Probieren erhalten wird.

Gemäß den bekannten Kriterien oder Merkmalen ist die von der Gebläseanordnung lh geleistete Arbeit eine Funktion des Druckabfalls (gemessen in Meter Wassersäule) der über das Rohrbündel strömenden Luft, d.h. der Differenz zwischen den auf der Rohrbündelunterseite und seiner Oberseite gemessenen Drücken, aufgrund derer eine bestimmte Luftmenge über das Rohrbündel hinwegströmt. Dabei müssen verschiedene Faktoren berücksichtigt werden, einschließlich der Spitzengeschwindigkeit der Gebläseschaufeln, der Schaufelgröße, Schaufelneigung, des Abstandes zwischen den Rohren des Bündels oder der "freien Fläche", Faktoren, die im folgenden erläutert werden und die nicht nur beim Bau der bekannten Gebläse, sondern auch bei der Konstruktion des hier beschriebenen neuartigen Gebläses zu berücksichtigen sind, wobei zusätzliche Überlegungen im Hinblick auf diese neuartige Gebläsekonstruktion anzustellen sind.

Obgleich die Gebläseanordnung lh hier als Teil eines Luftkühlers dargestellt und beschrieben ist, läßt sie sich selbstverständlich auch für andere Zwecke und unter anderen Bedingungen einsetzen, wcbei Luft bewegt wird, um Nutzarbeit zu leisten, so beispielsweise bei der Belüftung andersartiger Wärmetauscher, bei Verbrennungsprozessen u_odgl. Es wird also hier auch kein© auf den beschriebenen Luftkühler selbst gerichtete Konstruktion beansprucht, sondern nur der Aufbau, der sich aus der neuartigen Konstruktion der Gebläseanordnung Ik ergibt«,

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Wie bereits erwähnt wurde, zeigt die in Fig. 3 dargestellte Kurve die Versuchsergebnisse auf, wenn die Arbeit und der Wirkungsgrade einer Stufengebläseanordnung, bei der die Neigung seiner Schaufeln, die gemäß der hier beschriebenen Konstruktion eingestellt wird, mit derjenigen einer Gebläseanordnung verglichen werden, bei der die Schaufelneigungen auf andere Weise eingestellt werden. Somit stellen die in diesem Schaubild vorhandenen Koordinaten die Arbeit (gemessener statischer Druckanstieg bis Druckhöhe 16) und den Gebläse— wirkungsgrad dar, wobei die Durchschnittsneigung (in °) der Schaufeln des abstromseitigen Gebläses über derjenigen der Schaufeln des zustromseitigen Gebläses eingetragen ist«, Wie aus der Kurve hervorgeht, sind in einem bestimmten Bereiche die nutzbare Arbeit sowie der Wirkungsgrad der erfindungsgemäß eingestellten Gebläseanordnung größer als die entsprechenden Werte der anders eingestellten Anordnung, und zwar einschließlich der durch Interpolation vorgenommenen Einstellung, um den Schaufeln beider Gebläse dieselbe Durchschnittsneigung zu verleihen. Außerhalb dieses Bereiches, wo die Unterschiede zwischen den Durchschnittsneigungen der Gebläse ziemlich groß' werden, nimmt der Wirkungsgrad ohne Anstieg in der nutzbaren Arbeit ab, wobei natürlich das eine Ende des Bereiches gezeigt ist. Obgleich ein so erhaltener Bereich nicht genau definiert ist, unterstützt er doch den Fachmann bei der Erlangung der gewünschten Drücke und des gewünschten Wirkungsgrades für einen gegebenen Einbauzustand.

Bei diesem Versuch besaß jedes Gebläse einen Durchmesser von k,2 m, war mit 6 Schaufeln versehen und wurde mit einer Blattspitzengeschwindigkeit von 1,85 m/min gedreht. Die Mittelpunkte der Naben für die Gebläse lagen 52 cm auseinander.

Wie bereits erwähnt wurde, besagt die eine Theorie für die überraschenden Ergebnisse, daß bei eng nebeneinander

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liegenden Gebläsestufen die der Luft durch die erste Stufe erteilte kinetische Energie nicht vollständig in einen Druckanstieg umgewandelt wird. Die Konstruktionskriterien oder -merkmale zur Annäherung der Schaufelneigungen der Stufen geht von der Voraussetzung aus, daß in einer Entfernung von der ersten oder zustromseitigen Stufe, die dem 1,5-fachen Durchmesser entspricht, eine vollständige Umwandlung stattgefunden hat, und daß dann, wenn die Gebläsestufen in einem geringeren Abstand nebeneinander angeordnet sind, wie dies bei der vorliegenden Erfindung der Fall ist, das Ausmaß der Umwandlung direkt proportional diesem Abstand ist, geteilt durch das 1,5—fache des Gebläsedurchmessers. Diese Annahme beruht auf einer Analogie des hierbei auftretenden Luftstroms zu den bekannten Eigenschaften des durch Düsen und Öffnungen erfolgenden Strömungsniittelflusses.

Diese baulichen Merkmale erfordern die Anwendung der folgenden Gleichungen:

Va a

1. VP₀ =

2. VP. =

3. Va₁ =

k. Va₀ =

66.65

Va.

66.65

66.65(VP₁) 2 66.65

VP₀ +

= arctg

Va

•J* std

-~Pstd

SP £P

i.OOO-R + 2

1 2

Vb-Vaa(sin^₀)

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6. θ_ο = arctg

7. OC₁ = arctg

166.5 VP₁) I
Vb(Va₁J a |

Darin bedeuten:

As = Axialabstand zwischen aufeinanderfolgenden Gebläsestufen, in 30,05 cm

D = Gebläsedurchmesser, gemessen in 30,5 cm

R = Anteil der in einen Druckanstieg umgewandelten kinetischen Energie

SP = auf den von dem Gebläse getrennten Luftstrom einwirkende statische Druckdifferenz, in 2,54 cm Wassersäule

Va. = Axialkomponente der Geschwindigkeit der die erste Stufe verlassenden und in die zweiteg Stufe eintretenden Luft, in 30,5 cm/sek

Va₂ = Axialkomponente der Geschwindigkeit der die zweite Stufe verlassenden Luft, in 30,5 cm/sek

Vaa = Durchschnittsgeschwindigkeit der Luft in Axialrichtung, in 30,5 cm/sek

Vb S= Sohaufelgeschwindigkeit an der Spitze, in 30,5 cm/sek = Geschwindigkeitsdruck in der ersten Gebläsestufe,

in 2,54 cm Wassersäule
= Geschwindigkeitsdruck beim Verlassen der ersten

Gebläsestufe, in 2,54 cm Wassersäule = Schaufelneigung der ersten Gebläsestufe, in

« Schaufelneigung der zweiten Gebläsestufe, in

= Wirbelwinkel (in °) der in die erste Gebläsestufe eintretenden Luft in bezug auf die Axialrichtung

^₁ s Wirbelwinkel (in °) der in die zweite Gebläsestufe eintretenden Luft in bezug auf die Axialrichtung

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/std s Normdichte der Luft bei 21,1° C, 0,001 kg/m⁵ /a = tatsächliche Luftdichte, in 0,0135 kg/m

Die Anwendung der obigen Gleichungen wird an einem fUhrungsbeispiel gezeigt, wobei unter Zugrundelegung des angelsächsischen Maßsystems für die obigen Größen folgende Werte angenommen werden:

SP Vb Va a As D

= 0,5^2 Zoll Wassersäule

= ilO Fuß/Sekunde (1 Fuß =30,5 em)

= 24,85 Fuß/Sekunde

= 1,33 Fuß

= 14 Fuß

ss ystd = 0,075 Ibs/Fuß⁵(l lbs = 0,454 kg)

Des weiteren wird verlangt, daß die erste Stufe einen

SP

dynamischen Druck erzeugt, der gleich tj— oder 0,5(0,542) 0,271 ist.

Für-die erste Stufe ergibt sich:

^VPo ·

24,85 66,65

0,075
x 0,075 = 0,139 und

VP. = 0,139 +

0,542

= 0,410, so daß

Va₁ = 66,65 (0,410)2" = 42,67 Fuß/Sek bzw, 12,85 m/sek,

Da dem Luftstrom vor Erreichung der ersten Gebläsestufe kein Wirbel erteilt wird, ist ^₀ null, und es ergibt sich:

= arctg

42,67

110

21,2°.

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Was die zweite Stufe anbelangt, so ergibt sich:

R = 0,67 (1,33)/14 = 0,064, so daß

Va₂ = 66,5 £o,139 + 0,271(0,936) + O,27l7 (bzw. 16,32 m/sek.y

ί 2

=5^,3 Fuß/Sek,

Daraus folgt:

θ_ο = arctg

54,3

110 - 24,85

= 27,3

Die oben erwähnten Konstruktionsmerkmale zur Bestimmung der Ümfangsversetzung zwischen den Schaufeln der beiden Gebläsestufen erfordert die Anwendung der folgenden Gleichungen:

= arctg

166,5.5 (VPJ

_und

360 36O (As) Vb 36O tg 2N Tf Va₁D " TfO

darin bedeuten:

= Wirbelwinkel (in⁰) der in die zweite Gebläsestufe eintretenden Luft in bezug auf die Axialrichtung

= Anzahl der Schaufeln in jeder Stufe und

= Winkel zwischen einer Schaufel in der ersten Stufe und einer Schaufel in der zweiten Stufe in °, gesehen in Axialrichtung.

Werden die obigen Bedingungen eingehalten, so erhält man:

166,5(0,410)

= arctg

110(42,677 0,075

= 11,0" und

36O 36O (As) Vb 36O (tg SC A As

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60 + 360 (1,33) HO - 360 (0.194) 1,33 [F) vr(42,67) 14 ^

= 30° + 28,1° - 1,6° = 56,5

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Claims (6)

PATENTANSPRÜCHE

1. ) Axialstromstufengebläseanordnung mit einem Gebläsaing, einem ersten und einem zweiten Axialstromgebläse, die in dem Gebläsering koaxial angeordnet sind und Luft in Eichtung von dem ersten zu dem zweiten Gebläse fördern, und mit einer Einrichtung zum Antreiben der Gebläse mit einer gewünschten Drehzahl, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (20a) des zweiten Gebläses (20) eine Durchschnittsneigung haben, die größer ist als die Durchschnittsneigung der Schaufeln (l9a) des ersten Gebläses (l9), und daß der axiale Abstand zwischen den Gebläsen (19, 20) erheblich kleiner ist, als er zur Erreichung derselben nutzbaren Arbeit für diese Gebläse erforderlich wäre, wenn ihre Schaufeln ein und dieselbe Durchschnittene igung aufweisen wlirden und mit einer solchen gewünschten Drehzahl umlaufen würden.

2. Gebläseanordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Gebläse (19, 20) mit derselben Drehzahl rotieren, und daß die Schaufeln jedes Gebläses in bezug auf die Schaufeln des anderen Gebläses rund um den Umfang versetzt angeordnet sind.

3. Gebläseanordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß beide Gebläse (19, 20) auf einer einzigen Welle (21) gelagert sind, die sich in den Gebläsering (18) hineinerstreckt,

4. Gebläseanordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Ebenen, in denen die Innenseiten der Schaufeln (19a* 20a) der Gebläse (19, 20) rotieren, im wesentlichen nebeneinander liegen«

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5. Verfahren zum Aufbau einer Axialstromstufengebläse— anordnung, bei dem das erste und das zweite Axialstromgebläse koaxial in einem Gebläsering angebracht werden, so daß sie mit einer gewünschten Drehzahl rotieren, um Luft in Richtung von dem ersten auf das zweite Gebläse zu bewegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln des zweiten Gebläses eine Durch— schnittsneigung haben sollen, die größer ist als die Durchschnittene igung der Schaufeln des ersten Gebläses, und daß der axiale Abstand zwischen den Gebläsen erheblich geringer sein soll, als er für die Gebläse zur Erreichen derselben nutzbaren Arbeit notwendig wäre, wenn die Schaufeln ein und dieselbe Durchschnittsneigung aufweisen würden und mit einer solchen gewünschten Drehzahl rotieren würden, wobei zur näherungsweisen Bestimmung der Durchschnittsneigung der Schaufelblätter der Stufen die folgenden Gleichungen benutzt werden:

VP

VP.

Va a

66,65

Va.

std

66,65

j

O std

ί. Va.

D. Va,

66,65(VP₁)2

66,65

a rc-

VP« +

ο - 2 O.ooo-rJ +

(Va₄

Vbivaa(sin X, _Q)

SP_ 2

Ιί. R

i ^As

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wobei bedeuten:

As = Axialabstand zwischen aufeinanderfolgenden Gebläsestufen, in 30,5 cm

D = Gebläsedurchmesser, gemessen in 30,5 cm

R = Anteil der in einen Druckanstieg umgewandelten kinetischen Energie

SP = auf den von dem Gebläse getrennten Luftstrom einwirkende statische Druckdifferenz, in 2,54 cm Wassersäule

Va. - Axialkomponente der Geschwindigkeit der die erste Stufe verlassenden und in die zweite Stufe eintretenden Luft, in 30,5 cm/sek

Va₂ = Axialkomponente der Geschwindigkeit der die zweite Stufe verlassenden Luft, in 30»5 cm/sek

Vaa = Durchschnittsgeschwindigkeit der Luft in Axialrichtung in 30,5 cm/sek

Vb = Schaufelgeschwindigkeit an der Spitze, in 30,5 cm/sek

VP₀ = Geschwindigkeitsdruok in der ersten Gebläsestufe, in 2,54 cm Wassersäule

VP^ = Geschwindigkeitsdruck beim Verlassen der ersten Gebläsestufe, in 2,54 cm Wassersäule

β. = Schaufelneigung der ersten Gebläsestufe, in

©„ = Schaufelneigung der zweiten Gebläsestufe, in

^₀ = Wirbelwinkel (in °) der in die erste Gebläsestufe

eintretenden Luft in bezug auf die Axialrichtung

/^₁ = Wirbelwinkel (in °) der in die zweite Gebläsestufe

eintretenden Luft in bezug auf die Axialrichtung

<? std= Normdichte der Luft bei 21,1° C, 0,001 kg/m³ γ a = tatsächliche Luftdichte, in 0,0135 kg/m ο

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6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsversetzung zwischen den Schaufeln der beiden Stufen mit Hilfe der folgenden Gleichungen bestimmt wird:

= arctg

166,5(VP₁)

, und

d - !⁶Jl I 360 (As) Vb 360 tgpc (As) , r - 2N 7^Va₁D 'Tf D ~

wobei bedeuten:

N s Anzahl der Schaufeln in jeder Stufe und fi = Winkel zwischen einer Schaufel in der ersten Stufe und einer Schaufel in der zweiten Stufe in

gesehen in Axialrichtung,

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