DE2656040A1

DE2656040A1 - Radialgeblaese mit einer zur regulierung der foerdermenge dienenden steuereinrichtung

Info

Publication number: DE2656040A1
Application number: DE19762656040
Authority: DE
Inventors: Hans Kohl
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-12-10
Filing date: 1976-12-10
Publication date: 1978-06-15
Also published as: DE2656040C2

Description

PATENTANWÄLTE 265604 Q

DiPL.-iNG. LUDEWIG · dipl.-phys. BUSE - dipl-phys. MENTZEL

56 WUPPERTAL 2, den ⁶* ^Dez· ¹⁹⁷⁶ Kennwort; "Gebläseregulierung"

Herr Hans Kohl, 5275 Bergneustadt 2, Heisterbachweg 29

Radialgebläse mit einer zur Regulierung der Fördermenge dienenden Steuereinrichtung.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Radialgebläse zur Förderung von Gasen mit einer zur Regulierung der Fördermenge dienenden Steuereinrichtung, dessen Gehäuse ein Laufrad mit fiadial um seinen zentralen Ansaugraum angeordneten Schaufeln, ferner eine mit diesem Ansaugraum über einen trichterförmigen übergang mit Bogenprofil ausgerichtete Einlaufdüse zur Gaszuführung von der Saugseite und schließlich einen das Laufrad und die Einlaufdüse umgebenden Druckraum umfaßt, von dem ein die verdichteten Gase abführender Austrittsstutzen ausgeht.

Die bekannten Gebläse erfahren im einen Fall die Regulierung ihrer Fördermenge durch eine Steuerung der Motordrehzahl, was allerdings sehr hohe Kosten verursacht. Preisgünstiger sind dem-gegenüber Steuereinrichtungen, bei denen die Fördermenge über Klappen reguliert wird, welche auf der Ansaugseite oder Ausblasseite angeordnet sei-n können.

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Hierzu zählen auch Drallregler, bei denen die Klappenwinkel verstellbar sind. Diese Regulierung der Fördermenge ist aber sehr verlustreich und daher, von der Energiebilanz aus gesehen, nachteilig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde/ ein einfaches Gebläse der eingangs genannten Art zu entwickeln, welches weitgehend verlustfrei arbeitet, sich aber dennoch durch große Preisgünstigkeit auszeichnet.

Die Erfindung zeichnet sich aus durch eine um ein einstellbares Teilstück· in den Ansaugraum des Laufrades hinein verlängerbare Einlaufdüse, deren hineinragendes Ende einerseits die Nutzbreite der Schaufeln für die saugseitige Gaszuführung begrenzt und andererseits an der Stirnseite des Laufrades einen Durchlaß zwischen dem Druckraum und der verbleibenden Restbreite der Schaufeln für einen Gasringstrom freigibt.

Eine Einlaufdüse hat üblicherweise nur die Funktion, von der Saugseite aus das zu fördernde Gas dem Ansaugraum des Laufrades zuzuführen; jedoch gewinnt die Einlaufdüse bei der Erfindung noch eine neue, zweite Funktion, nämlich die Fördermenge des Gases zugleich zu regulieren. Diese zweite Funktion wird einfach durch eine Längenänderung der Einlaufdüse in den Raum des Laufrades hinein erzielt. Außer diesen Ausschubmitteln der Düse sind keine besonderen Bauteile erforderlich, weshalb sich die Erfindung durch große Einfachheit, Preisgünstigkeit und Zuverlässigkeit auszeichnet. Die Regulierungswirkung der Einlaufdüse vollzieht sich durch ihr in das Innere des Laufrades hineinragende*Endstück, welches im Ausmaß der vollzogenen Düsenverlängerung bis zu einer bestimmten Axialtiefe hinsichtlich der um den Ansaugraum befind-

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wird lichen Schaufeln hineinragt. Dementsprechend^die saugseitig ankommende Gaszufuhr nur über den davor liegenden Axialbereich der Schaufeln geführt werden, womit die effektive Nutzbreite der Schaufeln für das neuankommende Gas dementsprechend verengt ist. Daraus ist erkennbar, daß die Einschublänge der Einlaufdüse in den Ansaugraum die Nutzbreite der Schaufeln bestimmt und über diese die gewünschte Fördermenge des Gases zu regulieren gestattet.

Diese Regulierung ist aber überraschenderweise zugleich verlustfrei, denn das hineinragende Ende der Einlaufdüse erzeugt zugleich an der Stirnseite des Laufrades einen Durchlass zwischen dem Druckraum im Gehäuse und der verbleibenden Restbreite der Schaufeln. Daher wird über die verbleibende Restbreite der Schaufeln ein ringförmiger Gasstrom vom Druckraum aus durch den vorerwähnten Durchlass über den restlichen Axialbereich des Laufrades geleitet und gelangt wieder am Laufradumfang in den Druckraum hinein. Wegen der Schaffung dieses Durchlasses könnte man die Einlaufdüse an dieser Stelle mit der Wirkung eines Ventilgliedes vergleichen, welches sich bei seiner Einstellung axial vom Ventilsitz abhebt. Bemerkenswert ist folglich bei der Erfindung, daß die verlängerbare Einlaufdüse im Steuerfall die Schaufeln des Laufrades in zwei unterschiedlich nutzbare Kanalräume aufteilt, von denen der axial vor dem Düsenende liegende Kanalteil nur für die Zuführung frischer, saugseitiger Gase dienlich ist, während der denu-gegenüber axial zurückliegende Kanalteil des Laufrades für eine ringförmige Strömung aus dem Druckraum stammender verdichteter Gase verwendet wird. Das Ausmaß der Aufteilung und damit die gewünschte Größe der Fördermenge des Gebläses hängt von der Axialposition der Einlaufdüse im Ansaugraum des Laufrades allein ab. Je tiefer die Einlaufdüse in den Ansaugraum des Laufrades eingeführt wird, um so geringer wird die saugseitig zugeführte Menge frischen Gases, weshalb

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aus dem Austrittsstutzen eine dementsprechend geringe, gewünschte Menge an Gasen abgeführt wird. Um so größer ist dabei der Ringstromanteil des Gases, der durch den Durchlass vom Druckraum aus über die Restbreite der Schaufeln geführt wird und wieder in den Druckraum hinein verdichtet wird. Weil damit die Schaufeln auch im Fall starker Drosselung der Fördermenge mit Gasmengen versehen sind, für die sie konstruktionsmäßig ausgelegt sind, erhält man eine ideale, wirbelfreie Strömung, die sich durch große Verlustfreiheit beim Betrieb des erfindungsgemäßen Gebläses auszeichnet. Bei der Erfindung wird ein Teil des im Druckraum befindlichen, verdichteten Gases gleichsam "im Leerlauf" über die vom frischen, saugseitig ankommenden Gas ungenutzt bleibende Restbreite der Schaufeln geführt. Je kleiner die Frischgaszufuhr ist, um so größere Gasmengen befinden sich auf der Verdichtungsseite im Ringstrom. Diese Vorrichtung hat sich bei Versuchen der Erfindung ausgezeichnet bewährt.

Das Endstück der Einlaufdüse wird zweckmäßiger—weise von dem trichterförmigen übergang, der ein bogenförmiges Profil aufweist, gebildet, welches bei der bekannten Ausführung vornehmlich am Laufrad angeformt war und zusammen mit diesem umlief. Hierdurch wird die wirbelfreie Gasströmung auch beim Verstellen der Einlaufdüse im Inneren des Ansaugraumes aufrechterhalten. Vorteilhaft ist dabei, nur die Anfangszone dieses trichterförmigen Übergangsstückes mit der Einlaufdüse zu verbinden und mit dieser gemeinsam axial zu verstellen, weil damit die Restzone dieses Überganges am Laufrad verbleibt und auf dieser Weise bc'ro aus dem Druckraum stammenden ringförmig geführten Gasstrom eine wirbelfreie Strömung gewährleistet.

Für die Verwirklichung der Längenveränderung der Düsen gibt es verschiedene Möglichkeiten. Die einfachste besteht darin, sie

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teleskopartig in einem ins Gehäuseinnere ragenden Saugstutzen zu führen, wofür man ein mit dem äußeren Düsenende verbundenes Innenrohr verwenden kann. Entsprechend der gewünschten Länge ist dann die Düse aus diesem Saugstutzen axial ausschiebbar. Hierzu können verschiedenste Triebmittel verwendet werden.

Weitere Vorteile und Maßnahmen der Erfindung sind aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung sowie Zeichnungen erkennbar. In den Zeichnungen selbst sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht auf die den Antriebsmotor tragende Seite des Radialgebläses,

Fig. 2 im halben Längsschnitt, die Vorderansicht

auf das Radialgebläse von Fig. 1, weshalb dort die zugehörigen Schnittlinien II - II gezeigt sind,

Fig. 3 ein Teilstück des zur Längenänderung der Einlaufdüse dienenden Bauteils eines abgewandelt ausgebildeten Radialgebläses,

Fig. 4 eine schematische Seitenansicht von Antriebsmitteln für die Längenveränderung der Einlaufdüse.

Das erfindungsgemäße Radialgebläse umfaßt in seinem Gehäuse 11 ein Laufrad 12 und eine Einlaufdüse 2o. Das Laufrad 12 wird von einem außerhalb des Gehäuses 11 befindlichen Motor 13 über eine Welle 14 angetrieben, wodurch das Laufrad 12 im Betriebsfall innerhalb des Gehäuses 11 in Drehung versetzt wird.

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Das Laufrad 12 umfaßt in Wellennähe einen zentralen Ansaugraum 15, der von Schaufeln im wesentlichen freigehalten ist. Hier hinein wird saugseitig durch eine Einlaßöffnung 16 im Gehäuse das zu fördernde Gas, im vorliegenden Fall Luft, über eine Einlaufdüse 2o zugeführt. Radial um diesen Ansaugraum 15 herum liegend, trägt das Laufrad 12 die maßgeblichen Schaufeln 17, welche die zugeführte Luft radial ausstoßen und in dem die Einlaufdüse 2o und das Laufrad 12 radial umgebenden Innenraum des Gehäuses 11 verdichten, weshalb dieser Raum als Druckraum 18 zu bezeichnen ist. Das Gehäuse 11 trägt einen Austrxttsstutzen 19, aus welchem die im Druckraum 18 verdichtete Luft abgeführt wird.

Im Ausführungsbeispiel von Fig. 2 ist ein trichterförmiger übergang 21, der sonst mit dem Laufrad 12 umläuft, an der Einlaufdüse angeformt und bestimmt das Düsenende 22.

In Abweichung hiervon ist beim in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel eines anderen Radialgebläses 1o, wo sonst zur Bezeichnung gleicher Bauteile die gleichen Bezugsteile verwendet sind, der zuletzt erwähnte trichterförmige übergang in eine große Anfangszone 21, und eine Eridzone 21" aufgeteilt. Die Anfangszone bildet einen an der Einlaufdüse 2o angeformtes Rohrstück, während die Endzone 21", die schmal ausgebildet sein kann, Bestandteil des Laufrades 12 ist und mit diesem umläuft.

Die in Fig. 2 von der Einlaßöffnung 16 bis zum Düsenende 22 reichende effektive Düsenlänge 23 ist veränderbar und in ihrer Längendimension genau einstellbar. Durch diese Längenänderung 23 kann die Einlaufdüse 2o um ein genau wählbares Teilstück 24 in den

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Ansaugraum 15 des Laufrades 12 eingeschoben werden. Hierdurch wird auf der düsenseitigen Stirnseite 25 des Laufrades 12 ein die Düse 2o ringförmig umgebender Durchlaß 26 freigelegt, der eine Verbindung zwischen dem Druckraum 18 einerseits und den Laufradschaufeln 17 andererseits erzeugt. Daraus ergeben sich im Laufrad bei eingeschobener Einlaufdüsejzwei von einander zu unterscheidende Strömungen, die in Fig. 2 durch Pfeile 27, 28 in ihrem Verlauf angedeutet sind.

Zunächst gibt es den üblichen, saugseitigen Zuführstrom 27, der frisches Gas von der Einlaßöffnung 16 durch das Innere der Düse 2o dem Ansaugraum 15 des Laufrades 12 zuführt. Von hier/aus gelangt die zugeführte Luft, unter Ausnützung der Bogenform des erwähnten trichterförmigen Überganges 21 auf den hinteren axialen Bereich des Laufrades 12, wodurch nur die in Fig. 2 mit 29 gekennzeichnete Teilbreite der Schaufeln 17 für den Ansaugvorgang ausgenutzt wird. Man erkennt, daß diese Nutzbreite 29 um so kleiner ist, je größer das in den Ansaugraum 15 ragende Teilstück 24 der Düse 2o eingestellt ist. Die daneben befindliche Restbreite 3o der Schaufeln bleibt aber nicht ungenutzt, sondern leitet einen gesonderten Ringstrom 28 vom Druckraum48 aus, durch den vorerwähnten Durchlass 26 hindurch wieder in den Druckraum zurück. Es zeigt sich, daß sich diese beiden Strömungen 27, an ihrer Übergangsstelle nicht behindern, sondern strömungsmäßig günstig ergänzen. Man erkennt ferner, daß die Stärke dieses druckseitigen Ringstroms 28 um so mächtiger ausgebildet ist, je größer das Teilstück 24 der in das Laufrad 12 hineinragenden Düse 2o ausgebildet ist. Die für die beiden Strömungen 27, 28 im Laufrad zur Verfügung stehenden Kanalräume sind jeweils zueinander gegensinnig von der Eindringtiefe der Düse 2o in den Ansaugraum 15 abhängig. Der bogenförmige übergang 21 an der Düse 2o sichert, wie die Praxis zeigte, daß der verdichtete

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Ringstrom 28 nicht in den Ansaugraum 15 des Laufrades 12 zurückströmen kann, sondern über die erwähnte Restbreite 3o der Schaufeln 17 radial nach außen gegen den Druckraum 18 geleitet wird.

Die Längenveränderlichkeit 23 der Einlaufdüse 2o ergibt sich aus zwei gegeneinander verschiebbaren Rohrteilen, die an ihrem saugseitigen Ende vorgesehen sind und sich teleskopartig zueinander axial ausschieben lassen. Es handelt sich dabei um einen fest im Gehäuse 11 angeordneten Saugstutzen 31, der die erwähnte Einlaßöffnung 16 umschließt. In diesem längsgleitbar ist ein Innenrohr 32 angeordnet, welches ein zusammenhängendes Stück mit der Einlaufdüse 2o bildet. Das Innenrohr 32 bildet das Führungsmittel für die Einlaufdüse 2o am zylindrischen Saugstutzen 31. Das vorerwähnte hineinragende Teilstück 24 dieser Düse 2o hängt ab vom teleskopartigen Ausschub des Innenrohres aus dem Saugstutzen 31. Diese axiale Beweglichkeit des Innenrohres mit der Düse 2o ist durch den Doppelpfeil 33 sowohl in Fig. 2 als auch in Fig. 3 eingezeichnet. In volljeingeschobenem Zustand des Innenrohres 32 im Saugstutzen 31 nimmt die Einlaufdüse eine in Fig. 2 punktiert angedeutete eine Extremlage 2o an, wo der ringförmige Durchlaß 26 unter Verhinderung eines Ringstromes 28 ganz geschlossen ist und für den Zuführstrom 27 frischer Luft die gesamte Breite der Laufradschaufeln 17 zur Verfügung steht. Es ergibt sich dann der Maximalwert der Mengensteuerung. Wie ersichtlich wirkt das Düsenende 22 mit der Innenkante 34 der Stirnseitenwand 25 nach Art eines Ventilgliedes zusammen, wodurch der Durchlaß 26 und die verbleibende Restbreite 3o der Laufradschaufeln 17 die in ihrer Weite steuerbare Ventilöffnung bilden.

Die Antriebsmechanik für die Längenänderung 23 der Einlaufdüse kann von jeder beliebigen, bekannten Bauart sein. In Fig. 3 ist

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eine bevorzugte Ausführung dargestellt, die durch ihre Einfachheit und Genauigkeit sich ausgezeichnet hat. Es handelt sich um ein mechanisches Triebwerk 35.

Mit der Außenseite der Düse ist eine Ringscheibe 36 fest verbunden, die eine Schar, zweckmäßiger-iveise drei, axial verlaufende Gewindebolzen 37 mit einem geeigneten Steilgewinde trägt. Diese Gewindebolzen 37 sind mit zugehörigen Gewindehülsen 38 in Eingriff, die von fest damit verbundenen Kettenrädern 39 angetrieben werden. Diese Gewindehülsen 38 sind, um etwaige Verkantungen unschädlich zu machen, von einem Pendellager 4o aufgenommen, welches an einem Flansch 41 sich befindet, das ortsfest an dem Saugstutzen 31 bei 42 befestigt ist. Damit ruht die drehbare und verkippbare Gewindehülse 38 bezüglich des Saugstutzens

Das Pendellager 4o umfaßt einen um den Außenumfang der Gewindehülse 3 8 gelegten Kugelprofilring 43. Dieser Ring 43 ist über eine konkav geformte Kunststoffschicht 44 von einem Lagerring umgeben, der in einer an dem Flansch 41 befestigten Hülse 46 aufgenommen ist. Der Ring 43 ist' durch in die Außenwand der Gewindehülse 38 eingesetzte Anschlagringe £3 ortsfest gehalten.

Durch Drehender einzelnen Kettenräder 39 wird der Gewindebolzen im Sinne des in Fig. 3 eingezeichneten Doppelpfeils 47 bezüglich seiner Lagerung 4p bewegt, weshalb es zu der bereits erwähnten, entsprechenden Verschiebung 33 in der zugehörigen Einlaufdüse kommt.

Die einzelnen Kettenräder 39 sind, wie Fig. 4 verdeutlicht, zweckmäßiger-\veise mit einer sie gemeinsam verbindenden Kette 48 verbunden. Zwischen den drei Kettenrädern 39 liegen noch Umlenkräder

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49, von denen eines zugleich mit dem schematisch in Fig. 4 angedeuteten Antriebsmotor 5o verbunden ist. Diese Umlenkräder 49 sollen den Innenraum für die Anordnung des Saugstutzens 31 und des Innenrohres 32 freihalten. Wie schematisch angedeutet ist, stehen in Fig. 4 die Gewindebolzen 37 endseitig über Stege 51 mit der am Innenrohr 32 verschweißten Einlaufdüse in Verbindung, weshalb die Stege 51 durch Längsschlitze 52 im Saugstutzen 31 hindurchgeführt sind. Bedarfsweise könnten diese Längsschlitze 52 und Stege 51 Längsführungen für den Axialausschub der Einlaufdüse 2o bilden.

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Kennwort: "Gebläseregulierung"

Aufstellung der Bezugszeichen

10 Radialgebläse (Fig. 1) 1ο¹ Radialgebläse (Fig. 3)

11 Gehäuse von 1o

12 Laufrad

13 Motor

14 Welle

15 Ansaugraum von 12

16 Einlaßöffnung

17 Schaufel von 12

18 Druckraum

19 Austrittsstutzen

20 Einlaufdüse

20 ' Einlaufdüse

21 trichterförmiger Übergang 21* Anfangszone von

21" Endzone von 21

22 Düsenende

23 effektive Düsenlänge

24 Teilstück von 2o

25 Stirnwand von 12

26 Durchlaß

27 Zuführstrom

28 Ringstrom

29 Nutzbreite von 17

30 Restbreite von

31 Saugstutzen

32 Innenrohr von

33 Doppelpfeil

34 Innenkante von

35 Triebwerk

36 Ringscheibe

37 Gewindebolzen

38 Gewindehülse

39 Kettenrad

40 Pendellager

41 Flansch

42 Befestigung von 41 an

43 Kugelprofil

44 Kunststoffschicht

45 Lagerring

46 Hülse

47 Doppelpfeil

48 Antriebskette

49 Umlenkrad

50 Antriebsmotor für

51 Steg

52 Längsschlitz

53 Anschlag

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Claims

DiPL-iNG.LUDEWlG · dipl-phys. BUSE- dipl-phys. MENTZEL

WUPPERTAL 2 · UNTERDÖRNEN 114 · RUF (02121) 553611/12

52 - JtT - Kennwort: "Gebläseregulierung"

Ansprüche :

, 1. !Radialgebläse zur Förderung von Gasen mit einer zur Regulierung der Fördermenge dienenden Steuereinrichtung, dessen Gehäuse ein Laufrad mit radial um seinen zentralen Ansaugraum angeordneten Schaufeln, ferner eine mit diesem Ansaugraum über einen trichterförmigen übergang mit Bogenprofil ausgerichtete Einlaufdüse zur Gaszuführung von der Saugseite und schließlich einen das Laufrad und die Einlaufdüse umgebenden Druckraum umfaßt, von dem ein die verdichteten Gase abführender Austrittsstutzen ausgeht, gekennzeichnet durch eine um ein einstellbares Teilstück (24) in den Ansaugraum (15) des Laufrades (12) hinein verlängerbare Einlaufdüse (2o), deren hineinragendes Ende (22) einerseits die Nutzbreite (29) der Schaufeln (17) für die saugseitige Gaszuführung (27) begrenzt und andererseits an der Stirnseite (25) des Laufrades (12) einen Durchlaß (26) zwischen dem Druckraum und der verbleibenden Restbreite der Schaufeln für einen Gasringstrom (28) freigibt.
2. Radialgebläse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu ihrer Längenänderung (23) die Einlaufdüse (2o) teleskopartig in einem ins Gehäuseinnere ragenden Saugstutzen (31) geführt und daraus axial ins Laufrad (12) ausschiebbar ist.
3. Radialgebläse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Anfangszone (21') des vor dem Ansaugraum des Laufrades (12) angeordneten trichterförmigen Überganges (21) das Endstück der Einlaufdüse (2o) bildet und mit dieser gemeinsam axial verstellbar ist.

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Radialgebläse nach einem oder mehreren Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Einlaufdüse (2o) und ihrer Halterung (51, 36) im Gehäuse (11) ein abstandsveränderliches Triebwerk (35) angeordnet ist.

Radialgebläse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die über ein gleitbares Innenrohr (32) im Ansaugstutzen (31) teleskopartig geführte Einlaufdüse (2o) über insbesondere drei, radial um sie verteilt angeordnete Pendellager (4o) an der Außenseite des Saugstutzens (31) gehaltert ist, wobei die Pendellager (4o) zur Längeneinstellung der Einlaufdüse (2o) jeweils gegeneinander verdrehbare Gewindebolzen (37) und Gewindehülsen (38) umfassen.

Einlaufdüse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindebolzen (37) an einer die Einlaufdüse (2o) radial umschließenden Ringscheibe (36) befestigt sind und die mit einem Kettenrad (39) versehenen Gewindehülsen (38) im Pendellager (4o)drehbar aufgenommen sind, wobei alle Kettenräder (39) durch eine gemeinsam ?um sie geführte Kette (48) antreibbar sind,

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