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Leitflügelanordnung Die Ereindung bezieht sich auf Leitflügel und
betrifft insbesondere eine Leitflügelanordnung, die in einem gemeinsamen Kanal mit
einem angetriebenen Flügelrad stromaufwärts desselben angebracht ist, um einer von
dem Flügelrad durch den Kanal gezogenen Strömung eines Strömungsmittels im normalen
Betrieb im voraus eine Drehung bzw. einen Drall, einen sogenannten Vordrall, zu
verleihen.
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Bei derartigen Anordnungen ist es bekannt, Leitflügel vorzusehen,
die einstellbar sind, um die Winkelgeschwindigkeit der Strömung in bezug auf die
Drehung des Flügelrades zu verändern und dadurch die Arbeitsleistung des Flügelrades
zu regeln, wobei eine Vordrehung bzw. ein Vordrall der Strömung des Strömungsmittels
in der Drehrichtung des Flügelrades eine Herabsetzung der Arbeitsleistung destFlügelrades
bewirkt, während ein Vordrall in der entgegengesetzten Richtung die Arbeitsleistung
des Flügelrades erhöht. Leitflügelanordnungen dieser Art weisen gewöhnlich mehrere
Vorflügel auf, die radial um eine zentrale Nabe herum
angeordnet
sind und von denen jeder Vorflügel um seine eigene Längsachse drehbar ist, um eine
Einstellung der Strömungsablenkung des von dem Flügelrad durch die Leitflügelanordnung
hindurchgezogenen Strömungsmittels zu bewirken. Es hat sich jedoch gezeigt, daß
die durch Latten oder Klappen gebildeten Leitflügel wegen ihrer Form bei Ablenkwinkeln
über einem gewissen Wert in der Strömung Turbulenz hervorrufen und sich so wie ein
Klappenventil verhalten, indem sie dem Strömungsmittel nur einen Strömungswiderstand
durch die Anordnung hindurch bieten und einen engen Bereich für die Leistungsänderung,
erhöhte Geräuschpegel und verringerten Wirkungsgrad ergeben.
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Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Leitflügelanordnung
für ein Flügelrad veränderlicher Leistung, bei dem die vorstehend geschilderten
Nachteile weitgehend vermieden sind.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Leitflügelanordnung der eingangs
angegebenen Art, die in erster Linie dadurch gekennzeichnet ist, daß mehrere feststehende
Leitflügel von aerodynamischem oder Tragflügelprofil radial in dem Kanal angebracht
sind und wenigstens einer der Leitflügel an der Hinter- oder Abströmkante mit einer
verstellbaren Klappenvorrichtung versehen ist, die die Winkelgeschwindigkeit der
Strömung des Strömungsmittels zu verändern gestattet. Hierbei weist jede Klappenvorrichtung
vorzugsweise eine Klappe der Spaltklappenbauart auf.
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Es ergibt sich, daß die auf diese Weise vorgenommene Änderung der
Winkelgeschwindigkeit der Strömung des Strömungsmittels relativ zur Drehung des
Flügelrades ermöglicht, die Arbeitsleistung des Flügelrades in der erwähnten Weise
zu verändern und daß mit Hilfe von Leitflügeln, die an ihrer Abströmkante Klappenvorrichtungen
aufweisen, die das aerodynamische Spaltklappenprinzip anwenden, jeder Leitflügel
so ausgebildet werden kann, daß er eine starke Ablenkung der Strömung ohne wesentliche
Verluste durch Turbulenz hervorzuru2enlvermag. Infolgedessen
ist
es möglich, der Strömung eine höhere Winkelgeschwindigkeit zu erteilen und daher
die Arbeitsleistung des Flügelrades in einem weiteren Bereich zu verändern, als
sich dies bei den bekannten Leitflügelanordnungen bisher als durchführbar erwiesen
hat. Ferner sind Verluste infolge von Turbulenz selbst bei starker Ablenkung der
Strömung wesentlich geringer; so daß niedrigere Geräuschpegel und ein verbesserter
Wirkungsgrad gewährleistet sind.
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Vorzugsweise ist jedem Leitflügel eine Spaltklappenvorrichtung zugeordnet,
die eine längs der Hinter- oder Abströmkante des Leitflügels sich erstreckende Klappe
aufweist, wobei diese Kante so abgesetzt bzw. ausgespart sein kann, daß ein aerodynamisch
geformter Durchlaß oder Spalt zwischen den benachbarten Flächen des Leitflügels
und der Klappe gebildet wird.
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Ferner ist vorzugsweise jeder Leitflügel unter einem kleinen Winkel
zur Richtung der Strömung des Strömungsmittels geneigt, derart, daß eine Druckdifferenz
zwischen seinen gegenüberliegenden Flächen durch das vorbeiströmende Strömungsmittel
erzeugt wird. Infolge dieses Druckunterschieds zwischen den entgegengesetzten Flächen
des Leitflügels wird eine Strömung durch den betreffenden Luftspa-lt hindurch induziert,
und zwar abwärts gerichtet auf die Niederdruckfläche der Klappe im Einklang mit
dem Spaltklappenprinzip der Aerodynamik.
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Die Einstellung der Spaltklappenvorrichtung wird zweckmäßig durch
Schwenken jeder Klappe um eine längs der Hinterkante des zugehörigen Leitflügels
gelegenen Achse bewirkt, wobei vorzugsweise sämtliche Klappen zugleich durch eine
gemeinsame Betätigungsvorrichtung verstellt werden.
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Jeder Leitflügel ist in geeigneter Weise, zum Beispiel durch Schrauben,
Nieten oder Schweißen zwischen einer zentralen Nabe und der Wandung des Kanals befestigt,
wobei die Anordnung so getroffen ist, daß die Nabe in dem Kanal durch die Leitflügel
gehalten wird. Jede Klappe ist zweckmäßig zwischen der Wandung des Kanals und der
Nabe drehbar gelagert, zum Beispiel durch Stifte, die von der Wandung des Kanals
bzw. der Nabe radial vorstehen.
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Vorzugsweise erfolgt die Justierung des Anstellwinkels der Klappen
durch eine in Achsrichtung der Nabe bewegliche Betätigungsvorrichtung, mit der jede
Klappe durch Stellglieder gekoppelt ist, die innerhalb der Nabe derart angeordnet
sind, daß eine Axialbewegung der Betätigungsvorrichtung einen entsprechenden Winkelausschlag
der Klappen hervorruft.
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Die Axialbewegung der Betätigungsvorrichtung kann pneumatisch, elektrisch
oder von Hand vorgenommen werden, je nach den Anwendungs- und Betriebserfordernissen
der Einrichtung.
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Die Erfindung kann besonders vorteilhaft bei Flügelrädern von Axialgebläsen
derjenigen Art angewendet werden, bei denen eine Änderung der Arbeitsleistung des
Gebläses in Anpassung an den Leistungsbedarf gefordert wird, und drei Ausführungsbeispiele
der Erfindung bei Anwendung in Verbindung mit einem Gebläse veränderlicher Leistung
sind nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigen:
Fig. 1 eine Vorderansicht des oberen Teil einer LeitflUgelanordnung nach der Erfindung;
Fig. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Leitflugelanordnung der Fig.
1 mit einer pneumatischen Betätigungsvorrichtung;
Fig. 3 einen Querschnitt
durch einen Leitflügel mit seiner Spaltklappe; Fig. 4 eine Einzelheit einer Verklammerung
für die schwenkbare Halterung der Spaltklappe; Fig. 5 eine teilweise geschnittene
Seitenansicht einer Leitflügelanordnung nach der Erfindung mit einer von Hand zu
bedienenden Betätigungsvorrichtung; Fig. 6, 7 und 8 Einzelheiten der von Hand zu
bedienenden Betätigungsvorrichtung der Fig. 5; Fig. 9, 10, 11 und 12 Einzelansichten
einer elektrischen Betätigungsvorrichtung für eine Leitflügelanordnung nach der
Erfindung.
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GemäB Fig. 1 weist die Leitflügelanordnung nach der Erfindung, die
dazu dient, stromaufwärts eines FlUgelrads,eines Axial- oder Zentrifugalgebläses
veränderlicher Leistung (nicht dargestellt) dem durch dieses vom Flügelrad hindurchgezogenen
Luftstrom eine Vordrehung bzw. einen Vordrall zu verleihen, eine Mehrzahl von radial
angeordneten feststehenden Leitflügeln 1 von Tragflügelprofil auf, die durch Schrauben,
Nieten oder Schweißen zwischen einer zentralen Nabe 2 und der Wandung 3 eines Kanals
4 von im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt befestigt sind.
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Die Leitflügel 1 sind unter einem kleinen Winkel zur Strömungsrichtung
F der durch den Kanal 4 strömenden Luft geneigt, wie in Fig. 3 angedeutet ist, wobei
jedem Leitflügel an seiner Hinter- oder Abströmkante 5 eine Schlitz- oder Spaltklappe
6 zugeordnet ist, die zwischen der Nabe 2 und der Wandung 3 des Kanals 4 durch radial
vorspringende Lager- oder Drehzapfen 7 und 8 schwenkbar gehalten ist. Die Spaltklappen
haben einen Tragflügel- oder aerodynamischen Querschnitt und sind nach dem in der
Aerodynamik bekannten "Spaltklappenprinzip" wirksam,
indem ein aerodynamisch
geformter Durchlaß oder Spalte 9 zwischen den benachbarten Oberflächen jedes Leitflügels
1 und seiner zugeordneten Klappe 6 besteht, dessen Zweck im folgenden beschrieben
ist.
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Die Leitflügel 1 und die Klappen 6 können aus Metall oder aus synthetischem
Plastikmaterial sein, und die aerodynamische Form dieser Bestand-teile -kann durch
Sandguß, Press- bzw. Pritzguß oder Blechformungsverfahren hergestellt sein, sofern
Metall verwendet wird, oder durch Formpressen oder Strangpressen bei Verwendung
von Plastikmaterial.
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Jede Klappe 6 ist an ihrem radial äußeren Ende durch den Lagerzapfen
7 gehalten, der mit Preßsitz in eine Bohrung 10 der Klappe 6 eingesetzt und in einem
Lager 11 in der Wandung 3 des Kanals 4 drehbar gelagert ist. Am radial inneren Ende
jeder Klappe 6 ist eine Hülse 12 ausgebildet, die radial in die Nabe 2 hineinragt
und in einem Lager 13 drehbar gelagert ist, daS an der Nabe 2 befestigt ist, wie
Fig. 2 zeigt. Die Hülse 12 ist mit einem Quadranten 14 verkeilt, der mit Zähnen
15 (Fig. 4) versehen ist, die an den Seitenflächen der entsprechenden Klappe 6 an
Punkten bzw. Stellen angreifen, die von der Schwenkachse der Klappe 6 entfernt sind,
so daß das zwischen der. Betätigungsvorrichtung und der Klappe übertragene Drehmoment
gleichmäßiger über die Oberfläche der Klappe verteilt wird. Der Drehzapfen 8 sitzt
gleitend in einer Bohrung 16 der Hülse 12, die auch einen Stellarm 17 innerhalb
der Nabe 2 trägt, der an der Hülse 12 mittels einer Schraube 18 befestigt ist, die
außerdem dazu dient, den Drehzapfen 8 in der Hülse 12 zu halten. Zu diesem Zweck
ist in der Hülse 12 eine Querbohrung 19 vorgesehen, die von der Hauptbohrung der
Hülse durch eine dünne Wand 20 des Hülsenmaterials getrennt ist, so daß beim Anziehen
der Schraube zwecks Befestigung des Stellarms 17 an der Hülse 12 die Schraube zugleich
durch die dünne T.nd 20 einen Druck auf den Stift 8 ausübt. Der Stellarm 17 ist
mit einem einwärts gerich-teten Stift 21 versehen, der eine
Rolle
22 trägt, die in einen Umfangskanal 23 gleitend eingreift, der in einer Betätigungsscheibe
24 einer pneumatischen Betätigungsvorrichtung ausgebildet ist, die nunmehr beschrieben
wird.
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Die Scheibe 24 weist einen ersten mit Flansch versehenen Teller 25
auf, der gleichachsig auf einer Nabe 26 angebracht ist, die auf einer Achse 27 gleitend
verschiebbar ist, die an einer Abschluß- bzw. Stirnkappe 28 gehalten ist, sowie
einen zweiten mit Flansch versehenen Teller 29 auf, der am Teller 25 befestigt ist,
derart, daß zwischen ihren äußeren Rändern der Umfangskanal 23 gebildet wird, in
dem die Rollen 22 der einzelnen Stellarme 17 Platz finden. Es ist ersichtlich, daß
die Axialbewegung der Betätigungsscheibe 24 längs der Spindel 27 eine gleichzeitige
Drehung der Stellarme 17 um die Schwenkachsen der betreffenden Klappen 6 auslöst,
wodurch ein entsprechender Winkelausschlag der Klappen hervorgerufen -wird. Wie
in Fig. 2 und 3 gezeigt, befindet sich die Betätigungsscheibe 24 in einer Stellung,
die dem Ausshlag Null entspricht und in die sie durch eine Schraubenfeder 30 gedrückt
wird, die gleichachsig zur Spindel 27 angeordnet ist und zwischen der Kappe 28,
die die Spindel 27 trägt, und der auf dieser verschiebbaren Nabe 26 wirksam ist.
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Die gestrichelten Linien geben den größten Bewegungshub der Scheibe
24 und den entsprechenden Höchstausschlag der Klappe 6 an.
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Die Axialbewegung der Scheibe 24 wird durch Beaufschlagen und Entlüften
einer Membran 32 durch eine pneumatische Steuervorrichtung (nicht dargestellt) bewirkt,
die Druckluft durch ein Knierohr 33 zu- und abzuführen vermag, das abdichtend in
eine Stirnplatte 34 eingesetzt ist. Zuführung von Luft durch das Knierohr 33 treibt
die Membran 32 gegen den Teller 29, wodurch die Scheibe 24 in Achsrichtung gegen
die Kraft der Feder 30 bewegt wird und dabei einen Ausschlag bzw. eine Ablenkung
der Klappe 6 hervorruft. Die Betätigungsvorrichtung ist für Luftdrücke
zwischen
3 und 15 psi (= etwa 0,2 und 1,1 kg/cm2) einrichtet, wobei die Steuerung der Druckluft
durch ein Servosystem erfolgt.
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Beim Betrieb der beschriebenen Anordnung wird ein Luftstrom an den
Leitflügeln 1 vorbei in Richtung des Pfeils F (siehe Fig. 2 und 3) durch ein Flügelrad,eines
Axialstrom- oder Zentrifugalgebläses (nicht dargestellt) gezogen, das stromabwärts
der Anordnung in einem Kanal (nicht dargestellt) untergebracht ist, der mit dem
Kanal 4 verbunden ist. Die Leitflügel 1 dienen dazu, dem Luftstrom eine Vordrehung
bzw. einen Vordrall entgegen der Drehung des Flügelrades zu verleihen, derart, daß
durch Verstärken des Grads des Vordralls die Arbeitsleistung des Gebläses erhöht
wird und durch Abschwächen des Grads des Vordralls die Arbeitsleistung des Gebläses
herabgesetzt wird; Stattdessen kann die Leitflügelanordnung so ausgebildet sein,
daß der Vordrall in derselben Richtung wie die Drehung des Flügelrades erfolgt,
demzufolge eine Verstärkung des Vordralls die Arbeitsleistung des Flügelrades herabsetzt
und umgekehrt.
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Das Ausmaß des Vordralls des Luftstroms wird durch Verstellen der
Ausschlagwinkel jeder der Spaltklappen 6 verändert, wobei die Anwendung des Spaltklappenprinzips
ermöglicht, die Arbeitsleistung in einem Bereich bis hinauf zu 5096 zu verändern,
wobei der Geräuschpegel niedrig gehalten wird und sich ein hoher Wirkungsgrad ergibt.
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Die in Fig. 5 bis 8 dargestellte zweite Ausführungsform der Erfindung
stimmt mit der Leitflügelanordnung, wie sie mit Bezug auf Fig. 1 bis 4 beschrieben
wurde, weitgehend überein, ist jedoch mit einer von Hand zu bedienenden Betätigungsvorrichtung
anstelle der oben beschriebenen pneumatischen Betätigungsvorrichtung versehen. Für
entsprechende Teile der beiden Anordnungen sind die gleichen Bezugszeichen verwendet.
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Gemäß Fig. 5 bis 8 weist die von Hand zu bedienende Betätigungsvorrichtung
eine Scheibe 24 mit einem ersten Flanschteller 35 und einer flachen Ringplatte 36
auf, die aneinander unter Bildung eines Umfangskanals 23 befestigt sind, in den
die an den Stellarmen 17 sitzenden Rollen 22 eingreifen, wie oben in Verbindung
mit Fig. 3 beschrieben ist. Die Scheibe 24 ist auf einer Spindel 27 angebracht,
die gleichachsig in der Nabe 2 durch die Stirnplatte 28 und die Stirnplatte 34 gleitend
gehalten ist. Die Axialbewegung der Scheibe 24 zwecks Einstellung des Ausschlags
der Klappen 6 wird mittels eines Hebels 37 (Fig. 8) bewirkt, der außerhalb des Kanals
4 angeordnet und an einer Spindel 38 befestigt ist, die in der Wandung 3 des Kanals
4 drehbar gelagert ist. Die Spindel 38 erstreckt sich in den Kanal 4 und ist durch
eine Muffe 79 mit einer zweiten Spindel 40 gekoppelt, die in einem Lager 41 an der
Nabe 2 drehbar gelagert ist. Die zweite Spindel 40 trägt innerhalb der Nabe 2 einen
quer abstehenden Stellarm 42 mit einem einwärts gerichteten Stift 43 an seinem freien
Ende, auf dem eine Rolle 44 sitzt, die in den Umfangskanal 23 der Scheibe 24 eingreift.
Durch Bewegen des Hebels 37 wird eine Schwenkbewegung des Arms 42 ausgelöst, so
daß die in dem Umfangskanal 43 geführte Rolle 44 eine Axialbewegung der Scheibe
24 und damit eine Verstellung des Ausschlags der Klappen herbeiführt, wie zuvor
beschrieben.
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Um den Grad des Ausschlags der Klappen 6 anzuzeigen, ist an dem Hebel
37 ein Zeiger 45 befestigt, der sich über einer geeigneten Skala 47 bewegt.
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Damit die Anordnung bei dem geforderten Ausschlagwinkel der Klappen
gegen dynamische Reaktionskräfte festgestellt werden kann, die durch die Einwirkung
der bewegten Luft auf die Klappen erzeugt werden, ist eine Sperrvorrichtung in Form
einer Mutter 48 vorgesehen, die auf das äußere Ende der Spindel 38 aufgeschraubt
ist und durch einen Handgriff 49 angezogen werden kann, um den Hebel 37 in einer
gegebenen Stellung zwischen den Flächen der
Mutter 48 und einer
Scheibe 50 einzuspannen.
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Fig 9 bis 12 zeigen die Bestandteile einer elektrischen Betätigungsvorrichtung
zur Einstellung des Klappenausschlags einer Leitflügelanordnung, die mit der in
Verbindung mit Fig. 5 bis 8 beschriebenen im wesentlichen übereinstimmt, bei der
jedoch die Drehung der Spindeln 38 und 40 (Fig. 6 und 8) durch eine elektromotorisch
angetriebene Betätigungsvorrichtung bewirkt wird, die auf der radialen Außenseite
der Wandung 3 des Kanals 4 angebracht ist.
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Gemäß Fig. 9 bis 12 weist die elektrische Betätigungsvorrichtung einen
umkehrbaren Dreiphasen-Induktionsmotor 51 auf, der über ein Reduktionsgetriebe 52
und eine Klauenkupplung 53 eine Gewindespindel 54 antreibt, die in einem Gehäuse
55 gelagert ist und eine Mutter 56 trägt, die auf einer Führungsschiene 57 gleitet
und so gegen Drehung gesichert ist, wobei die Anordnung so beschaffen ist, daß beim
Laufen des Motors 51 die Gewindespindel 54 sich dreht und eine Axialbewegung der
Mutter 56 hervorruft. Die Mutter 56 trägt einen Stift 58 mit einer Rolle 59, die
in den Ausschnitt 60 einer Gabel 61 eingreift. Die Gabel 61 ist mit der Spindel
62 in der Drehung verbunden, wie Fig. 5 zeigt, und die mittels eines Lagers 63 in
der Wandung 3 des Kanals gelagerte Spindel 62 entspricht der Spindel 38 der Fig.
6 und 8 und dient demselben Zweck. Somit ist ersichtlich, daß die Axialbewegung
der Mutter 56 bei Einschaltung des Motors 51 eine entsprechende Schwenkung der Gabel
61 um die achse der Spindel 62 zur Folge hat, so daß die Spindel 62 gedreht wird
und eine Verstellung des Ausschlagswinkels der Klappe 6 bewirkt, wie zuvor mit Bezug
auf Fig. 5 bis 8 beschrieben.
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Die Mutter 56 trägt eine Kontaktbürste 64, die federnd an der Spule
eines Potentiometers 65 anliegt und mit dieser in eine Potentiometerschaltung einbezogen
ist, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß bei der Axialbewegung der Mutter
56 die Bürste
64 längs der Spule des Potentiometers 65 gleitend
eine wechselnde lineare Stellung einnimmt, die jeweils dem Ausschlagwinkel der Klappen
6 entspricht. Die wechselnde Potentialdifferenz am Potentiometer, die durch die
Änderung des Widerstands der Potentiometerspule hervorgerufen wird, bewirkt eine
Fernanzeige an einem Voltmeter (nicht dargestellt), das zweckmäßig in Klappenausschlagwinkeln
geeicht ist. Stattdessen kann die sich ändernde Spannung dazu dienen, einer Servovorrichtung
Steuersignale zuzuleiten Um zu verhindern, daß die Klappen 6 über vorgewählte Grenzwinkel
hinaus abgelenkt werden, trägt die Gabel 61 einen Stift 66 (Fig. 11), der mit einer
Umschaltung dienenden Endschaltern 67, 68 in Eingriff kommen kann, die in je einer
von zwei Grenzlagen des Bewegungsbogens der Gabel 61 entsprechend den Grenzwinkeln
der Klappen 6 angeordnet sind, derart, daß wenn die Gabel 61 bei der Axialbewegung
der Mutter in eine dieser Grenzlagen geschwenkt wird, der Stift 66 den betreffenden
Endschalter betätigt und so den Motor 51 automatisch umkehrt.
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Die Gabel 61 trägt ferner eine Anzeigeskala 69, die in Werten des
Klappenausschlagwinkels geeicht ist und durch eine Öffnung 70 in einer Deckplatte
71 des Gehäuses 55 abzulesen ist, um eine direkte Sichtanzeige des Klappenausschlagwinkels
zu erhalten, wie ihn auch die vorbeschriebene Fernanzeige liefert.
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Dank des mechanischen Vorteils, der durch das Reduktionsgetriebe 52
und die Stellvorrichtung aus Schraube und Mutter erhalten wird, ist nur ein Kleinmotor
kleinster Leistung erforderlich.
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Die vorstehend beschriebenen verschiedenen Betätigungsvorrichtungen
können wahlweise verwendet werden, je nach den vorliegenden Betriebs- und Aufstellungsverhältnissen
bzw. -erfordernissen.
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Beispielsweise kann eine Leitflügelanordnung mit einer von Hand zu
bedienenden Betätigungsvorrichtung bei einem Gebläse verwendet werden, das einen
Luftbedarf zu liefern hat, der sich in seltenen Zeitintervallen ändert, zum Beispiel
mit der Jahreszeit oder mit langzeitigen Prozeßabschnitten, sowie da wo die Anordnung
bequem zugänglich für die Handbedienung ist.
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Leitflügelanordnungen mit der pneumatischen Betätigungsvorrichtung
sind besonders geeignet für Luftkonditionierungs- bzw.
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-klimatisierungsanlagen, bei denen Druckluft wirtschaftlich zur Verfügung
steht unddie Umgebung dazu geeignet ist.
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Eine elektrisch betätigte Leitflügelanordnung ist vor allem vorteilhaft
verwendbar bei entfernt oder hoch gelegenen Gebläsen und bietet eine Vielfalt von
Kommunikationsnetzwerken für Steuerung und Signalgebung unter Verwendung von sehr
leicht biegsamem Geschirr.