DE2801380A1 - Zentrifugal-turbomaschine - Google Patents

Description

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HITACHI, LTD., Tokyo, Japan

Zentrifugal-Turbomaschine

Die Erfindung bezieht sich auf Zentrifugal-Turbomaschinen, insbesondere Zentrifugalgebläse.

Das bekannte Spiralgehäuse für Zentrifugal-Turbomaschinen ist in bezug auf die Umlaufachse eines Laufrads nicht symmetrisch, so daß verschiedene äußere Endabschnitte des Spiralgehäuses unterschiedliche Abstände von der Umlaufachse haben. Dies macht es erforderlich, daß das Gehäuse eingebaut wird, indem die Höhe der Umlaufachse in Abhängigkeit davon, ob die GehäuseaustrittsÖffnung horitontal oder nach vertikal oben gerichtet ist, geändert wird. Dabei ergeben sich die folgenden Probleme.

(A) Fertigungsprobleme:

1) Wenn Treibriemen gleicher Länge für eine Zentrifugal-Turbomaschine verwendet werden

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sollen, muß die Lage des Elektromotors auf der Grundplatte geändert werden.

2) Venn der Elektromotor auf der Grundplatte in der erläuterten Weise verstellt wird, muß die Treibriemenlänge geändert werden, wenn der Motor nahe dem Gebläse angeordnet ist. Um dieses Problem zu lösen, müssen verschieden lange Treibriemen verfügbar gehalten werden, und ferner muß normalerweise die Stellung, in der der Elektromotor eingebaut ist, geändert werden.

3) Um die unter 1) und 2) aufgezeigten Probleme zu lösen, muß die Grundplatte mit mehreren Bohrungen zum Verbolzen der Maschine in ihrer Lage ausgebildet sein, oder es müssen Grundplatten hergestellt werden, die ausschließlich mit Maschinen unterschiedlicher Motorstellungen verwendbar . sind.

4) Falls die Lage des Elektromotors frei wählbar sein soll, muß eine aufwendige Gleitbahn vorgesehen sein.

5) Die Höhe der Mittenlinie der Austrittsöffnung, die normalerweise mit der Achse der Welle fluchtet, ändert sich in Abhängigkeit von der Austrittsöffnung.

6) Um die Höhe der Achse der Welle aufrechtzuerhalten, ist es notwendig, die Länge des Ständers des Spiralgehäuses in Abhängigkeit von der Aus-

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trittsrichtung des Fördermittels zu ändern. Aus diesem Grund müssen verschiedene Ständertypen hergestellt werden, die relativ teuer sind.

(B) Benutzungsprobleme:

1) Selbst wenn Gebläse vom gleichen Typ und gleich groß sind, ändert sich die Höhe der Umlaufachse in Abhängigkeit von der Austrittsrichtung, und gleichzeitig wird die Höhe der Ansaugöffnung geändert. Somit müssen die Rohrleitungen entsprechend geändert werden.

2) Die seitliche Erstreckung des Gehäuses ändert sich in Abhängigkeit von der Fördermittel-Austritt srichtung. Dies ist insofern nachteilig, als der verfügbare Raum nicht wirksam nutzbar ist.

3) Die Anordnung des Gebläses und der Rohrleitungen muß jedesmal bei einer Änderung der Austrittsrichtung geändert werden, was sehr zeitaufwendig ist.

Die vorstehenden Erörterungen beziehen sich auf Zentrifugalgebläse mit Riemenantrieb. Es ist jedoch zu beachten, daß bei Zentrifugalgebläsen mit direktem Motorantrieb die Höhe der Umlaufachse und die Höhe der Mittenlinie der Ansaugöffnung normalerweise in Ab-

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hängigkeit von der Austrittsrichtung des Fördermittels geändert werden.

Bei ein bekanntes Spiralgehäuse aufweisenden Gebläsen fluchtet die Hittenlinie der Austrittsöffnung nicht mit der Umlaufachse. Daher haben bekannte Zentrifugalgebläse folgende Kachteile:

1) Die Gehäusegröße ändert sich in Abhängigkeit von der laufradgröße. Wenn z. B. Fördermittel in Horizontalrichtung austritt, ändert sich die Höhe der Mittenlinie der Austrittsöffnung in Abhängigkeit von der Laufradgröße, und zwar auch dann, wenn die Höhe der Umlaufachse unveränderbar ist. Infolgedessen treten die Abmessungen des Laufrads (d. h. die aerodynamische Leistung des Gebläses) mit der Anordnung der Rohrleitungen und dem Druckverlust in Beziehung, so daß die Konstruktion sehr komplex ist. Die Auslegung der Rohrleitungen ist für den Benutzer unangenehm.

2) Wenn die Austrittsöffnung des Fördermittels von horizontal rechts nach horizontal links geändert wird, muß das Gehäuse um 180 gedreht und gleichzeitig die Höhe der Mittenlinie der Austrittsöffnung geändert werden. Um die Höhe der Mittenlinie der Austrittsöffnung aufrechtzuerhalten, müssen Gehäuse und Laufräder ausschließlich zur Verwendung für einen Fördermittelaustritt nach horizontal rechts bzw. nach horizontal links hergestellt werden.

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3) Da die Mittenlinie der Austrittsöffnung von der Umlaufachse versetzt ist, ist der Austrittskanal normalerweise sperrig, wodurch ein noch größerer toter Raum entsteht, der für die wirksame Kutzung des in einem Raum vorhandenen Platzes nachteilig ist.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Zentrifugal-Turbomaschine mit solchem Aufbau, daß die I.achteile bereits entwickelter derartiger Turbomaschinen beseitigt werden.

liach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Austrittsöffnung des Gehäuses derart angeordnet ist, daß ihre Mittenlinie mit der Umlauf achse fluchtet und die Mittenlinie der Austrittsoffnung und die Umlaufachse in einer Ebene oder im wesentlichen in einer Ebene liegen, und daß eine Turbomaschinen-Halterung in Form eines Zylinders oder einer Scheibe, die mit der Umlaufachse über den gesamten Umfang oder einen wesentlichen Teil des Umfangs konzentrisch ist, vorgesehen ist. Die Vorteile dieser Turbomaschinen sind, daß sie praktisch in der Benutzung sind, daß der Einbau der Maschine und die Auslegung der Rohrleitungen erleichtert und aufgrund einer Standardisierung der Teile die Kosten gesenkt werden.

Durch die Erfindung wird also eine Zentrifugal-Turbomaschine angegeben, bei der die Mittenlinie der Austrittsoffnung die Achse einer Welle und die Mittenlinie der Ansaugöffnung schneidet, so daß die Mittenlinie der

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Ansaugöffnung mit der Achse der Welle fluchtet. Die Achse und die Mittenlinie der Austrittsöffnung liegen also in einer Ebene, ein Außengehäuse ist mit der Welle konzentrisch vorgesehen und ist entweder ein Zylinder oder scheibenförmig und dient als Halterung. Im Betrieb ergeben sich bei dieser Zentrifugal-Turbomaschine folgende Vorteile:

1) Die Maschine ist so einbaubar, daß die Austrittsrichtung des Fördermittels stufenlos innerhalb eines Bereichs von ca. 180 geändert wird, so daß die Austrittsöffnung entweder nach horizontal rechts, nach vertikal oben oder nach horizontal links gerichtet werden kann;

2) die Höhe der Welle und die Höhe der Ansaugöffnung bleiben unverändert, auch wenn die Austrittsrichtung des Fördermittels geändert wird; und

3) die Höhe der Austrittsöffnung bleibt gleich, wenn die nach horizontal rechts gerichtete Austrittsöffnung nach horizontal links gerichtet wird.

Die Zentrifugal-Turbomaschine ist sehr vielseitig verwendbar, sie ist kostengünstig und fertigungsmäßig leicht zu standardisieren.

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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Pig. 1 eine Vorderansicht (gegenüber der

Ansaugseite betrachtet) einer bereits entwickelten Zentrifugal-Turbomaschine im Betrieb;

Pig. 2 eine Schnittansicht von vorn eines

Ausführungsbeispiels der Zentrifugal-Turbomaschine nach der Erfindung;

Pig. 3 eine Vorderansicht (von einer der

Saugseite gegenüberliegenden Seite) der Turbomaschine nach Pig. 2 im Betrieb;

Pig. 4- eine größere Schnittansicht IV-IV nach Pig. 3;

Pig. 5 eine Vorderansicht eines weiteren

Ausführungsbeispiels der Zentrifugal-Turbomaschine ;

Pig. 6a eine Schnittansicht VI-VI nach ELg. 5;

Pig. 6B eine Schnittansicht VI-VI eines weiteren Ausführungsbeispiels;

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Fig. 6C eine größere Teilansicht nach Fig. 6B; und

Fig. 7 eine schematische Perspektivansicht eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Fig. 1 zeigt ein Zentrifugalgebläse, das über einen Riemen von einem Elektromotor getrieben wird. Das Zentrifugalgebläse umfaßt ein Spiralgehäuse 1, in dem ein Laufrad (nicht gezeigt) angeordnet ist und das eine Austrittsöffnung 1a aufweist. Eine Abtriebsscheibe ist auf einer senkrecht zur Zeichenebene verlaufenden Welle des Laufrads angeordnet. Ein Elektromotor 5 treibt das Gebläse; eine Antriebsscheibe 4 ist auf der Abtriebswelle des Elektromotors 3 angeordnet, und ein Riemen 5 ist um die Ab- und die Antriebsscheibe geführt. Das Spiralgehäuse 1 weist Ständer 6 für die Montage auf, und das Gebläse und der Elektromotor sind auf einer gemeinsamen Grundplatte 7 angeordnet. YoIllinien zeigen das Gehäuse in einer Stellung, in der das Fördermittel horizontal abgegeben wird, und Strichlinien zeigen die Gehäusestellung, in der das Fördermittel senkrecht nach oben austritt. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, ändert sich die Höhenlage der Umlaufachse 9a in Abhängigkeit von der Austrittsrichtung des Fördermittels.

Die Fig. 2-4 zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Ein Laufrad 8 ist auf einer Welle 9 angeordnet. Das Gebläse ist ein Mehrschaufelgebläse. Das Spiral-

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gehäuse 1 ist entsprechend dem Laufradtyp (rückwärts gewölbt, radial usw.) ausgebildet. Die Austrittsöffnung 1a hat eine Mittenlinie 1b, die die Achse 9a der Welle 9 schneidet, und eine Ansaugöffnung (nicht gezeigt) hat eine Mittenlinie, die mit der Achse 9a der Welle 9 fluchtet. Um einen gleichmäßigen Fördermitte laus tritt zu unterhalten, ist in Übereinstimmung mit den Grundsätzen der Aerodynamik eine Leitschaufel 10 vorgesehen.

Der größte Teil eines Außengehäuses 11 bildet einen zu der Achse der Welle 9 konzentrischen Zylinder, und Seitenabschnitte des Außengehäuses sind mit dem Spiralgehäuse 1 mittels Seitenplatten 11a (vgl. die Pig. 3 und 4) verbunden. Das Außengehäuse 11 dient als Halterung für die Turbomaschine und weist zylindrische Ränder 11b auf, die je von den Seitenplatten 11a nach außen vorspringen. Mehrere Tragblöcke 12 sind je an einer Grundplatte 7 befestigt und weisen jeweils eine Ausnehmung 12a, einen Vorsprung 12b und ein in dem Vorsprung 12b ausgebildetes Gewindeloch 12c auf. Das Gebläse ist dadurch montierbar, daß die zylindrischen Ränder 11b in die Ausnehmungen 12b der Befestigungsblöcke 12 eingesetzt und Gewindebolzen 13 in die Gewindelöcher 12c geschraubt und angezogen werden.

Die Zentrifugal-Turbomaschine nach der Erfindung ist in der vorstehend erläuterten Weise aufgebaut. Es ist zu beachten, daß die Austrittsrichtung des Fördermittels nach Wunsch innerhalb eines Bereichs von ca. 180° änderbar ist und daß die Änderung der Austrittsrichtung des Fördermittels leicht durchführbar ist. Eine

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Änderung der Austrittsrichtung des Fördermittels führt also nicht zu einer Änderung der Höhenlage der Umlaufachse und der iiittenlinie der Ansaugöffnung. Ferner ist es in keiner Weise erforderlich, die Lage des Elektromotors und die Länge des Treibriemens zu ändern. Ua die Kittenlinie der Austrittsöffnung in der gleichen Ebene wie die Achse der Welle liegt, bleibt die Höhe der Kittenlinie der Austrittsöffnung gleich, unabhängig davon, ob das Fördermittel nach horizontal rechts oder nach horizontal links austritt. Somit ist die Höhenlage der Mittenlinie der Austrittsöffnung nur durch die Größe des Außengehäuses bestimmt. Die Gebläsekontur ist zylindrisch, so daß das Spiralgehäuse frei so ausgelegt werden kann, daß eine erwünschte Form erhalten wird, solange das Spiralgehäuse in dem Außengehäuse untergebracht werden kann. Dadurch wird in vorteilhafter Weise die aerodynamische Leistung des Gebläses verbessert, und gleichzeitig können die Einzelteile standardisiert werden, so daß sie auch für andere Gebläsetypen verwendbar sind.

Bei dem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel ist das Laufrad praktisch in einem Doppelwandgehäuse untergebracht, so daß die vom Laufrad erzeugten und nach außen übertragenen Geräusche wirksam verringert werden. Ein zwischen dem Spiralgehäuse 1 und dem Außengehäuse 11 definierter geschlossener Raum 14 (vgl. Fig. 2) ist als mit schalldämmendem Material gefülltes Gehäuse verwendbar. Wenn dieser Raum 14 mit einem solchen Material gefüllt ist, zeigt sich der schalldämmende Effekt sehr deutlich. Bei einer solchen Anordnung dient das Außengehäuse 11 als Außenplatte des mit schalldämmendem Material gefüllten Gehäuses, und das Spiral-

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gehäuse 1 Gesteht bevorzugt aus einer porösen Platte und dient als Innenplatte des Gehäuses.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den I'ig. 5 und 6A ist kein Außengehäuse 11 vorgesehen; Gehäuseseitenplatten 11a sind an den Außenseiten angeordnet, und zylindrisch geformte Flansche 11b dienen als Haltemittel für die Turbomaschine. Dieses Ausführungsbeispiel wird zweckmäßigerweise für Turbomaschinen relativ geringer Größe und geringen Gewichts verwendet, so daß sich eine Materialeinsparung ergibt.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 613 und 6C sind die Gehäuseseitenplatten 11a konzentrisch zur Achse 9a der Welle 9 angeordnete Scheiben. Dabei dienen die Gehäuseseitenplatten 11a als Kältemittel für die Turbomaschine. Die Turbomaschine ist einbaubar, indem die Seitenplatten 11a mittels Bolzen an Befestigungsgliedern 7a, die auf der Oberfläche der Grundplatte befestigt sind, gesichert werden. Alternativ können zylindrische Flansche oder Halteglieder in bezug auf die Seitenplatten 11a innen (vgl. 11c in Fig. 6A) angeordnet oder an der Außenseite der Seitenplatten 11a (vgl. 11d in Fig. 6A) befestigt sein. Solche alternativen Anordnungen haben einen einfachen Aufbau und die gleiche Wirkung wie die vorher erläuterten Haltemittel.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 ist die Mittenlinie 1b der Austrittsöffnung rechtwinklig zu der Radialrichtung des Laufrads abgewinkelt und verläuft parallel zu der Mittenlinie 1c der Ansaugöffnung, wobei

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die Hittenlinie 1c der Ansaugöffnung und die Mittenlinie 1b der Austrittsöffnung in einer Ebene liegen. Bei dieser Ausführungsform ist die gleiche Wirkung wie bei den vorherigen Ausführungsformen erzielbar, und sie ist zusätzlich insofern vorteilhaft, als die Saugleitung und die Austrittsleitung parallel zueinander verlaufen.

Aus der vorstehenden Erläuterung ist ersichtlich, daß die Zentrifugal-Turbomaschine bei relativ einfachem Aufbau die folgenden Vorteile bietet:

1) Eine Änderung der Austrittsrichtung des Fördermittels hat auf die Höhenlage der Achse der Welle und die Mittenlinie der Ansaugöffnung keinen Einfluß.

2) Die Austrittsrichtung des Fördermittels ist innerhalb eines weiten Bereichs in erwünschter Weise änderbar.

3) Da die Mittenlinie der Austrittsöffnung in der gleichen Ebene wie die Achse der Welle liegt, wird die Mittenlinie der Austrittsöffnung um die Achse der Welle radial, und die Beziehung zwischen der Lage der Ansaugöffnung, der Achse der Welle, der Austrittsrichtung des Fördermittels und der Mittenlinie der Austrittsöffnung ist einfacher als bei bisher entwickelten Turbomaschinen.

4) Die Höhe der Mittenlinie der Austrittsöffnung

(im Pail eines horizontalen Fördermittelaustritts)

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wird nur durch die Größe des Außengehäuses bestimmt und nicht von der Größe des Laufrads und des Spiralgehäuses beeinflußt.

Die Erfindung ermöglicht eine Standardisierung von Teilen von Zentrifugal-Turbomaschinen, wodurch die Anzahl Typen für Gehäuse, Grundplatte, Riemen usw. verringert wird. Dies hat eine Kostenverringerung zur Folge und ermöglicht ferner das Erzielen sehr guter Ergebnisse beim Verlegen von Rohrleitungen und beim liutzen des in einem Raum verfügbaren Platzes.

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Leerse ite

Claims (6)

1. Ansprüche

   ·■ 1/ Zentrifugal-Turbomaschine, mit einem auf einer Welle angeordneten Laufrad, mit einem das Laufrad aufnehmenden Spiralgehäuse mit Ansaug- und Austrittsöffnungen, und mit einem Grundglied, auf dem das Spiralgehäuse befestig"bar ist,

   dadurch gekennzeichnet,

   daß Mittel (11; 11a) zum Haltern der Turbomaschine in Zylinder- oder Seheibenform über den Gesamtumfang konzentrisch zur Achse (9a) der Welle (9) sind oder der größte Teil des Zylinder- oder Scheibenumfangs die Welle (9) umgibt, und

   daß die Mittenlinie(ic) der Ansaugöffnung des Spiralgehäuses (1) mit der Achse (9a) der Welle (9) fluchtet und die Mittenlinie (1b) der Austrittsöffnung und die Achse (9a) der Welle (9) im wesentlichen in einer Ebene liegen.
2. 2. Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltemittel zylindrische Ränder (11b) sind, die von den Seiten des Spiralgehäuses (1) nach außen vorspringen.

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3. 3. Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltemittel zylindrische Ränder (11c) sind, die von den Seiten des Spiralgehäuses (1) nach innen vorspringen.
4. 4. Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltemittel Seitenplatten (11a) des Spiralgehäuses (1) sind, die scheibenförmig und konzentrisch zu der Achse (9a) der Welle (9) sind.
5. 5. Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltemittel aus einem Außengehäuse (11) bestehen, das Zylinderform hat und konzentrisch zu der Achse (9a) der Welle (9) ist.
6. 6. Turbomaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittenlinie (1b) der Austrittsöffnung und die Mittenlinie (1c) der Ansaugöffnung parallel zueinander verlaufen.

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