DE2803468C2 - Gebläserad für ein Diagonalgebläse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gebläserad für ein Diagonalgebläse gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei dem Gebläserad eines normalen Zentrifugalgebläses verlaufen die Eingangskanten und Ausgangskanten der Flügel jeweils parallel zur Wellendr^hachse. Außerdem ist jeder Flügel, in Axialrichtung des Gebläserades gesehen, zum Umfang des Gebläserades hin bogenförmig gekrümmt oder geradlinig geformt. Die Flügel sind in Axialrichtung nicht gewunden, und in parallelen Ebenen senkrecht zur Achse liegende Querschnitte scheinen übereinanderzuliegen. Jeder Flügel hat daher eine einfach gekrümmte oder abwickelbar gekrümmte Oberfläche oder eine ebene Oberfläche.

Ferner haben die meisten Querschnitte dieser Flügel mit einfach gekrümmter Oberfläche bei einem normalen Zentrifugalgebläse die Form eines einzigen Bogens oder die Form zweier miteinander verbundener Bögen. Die Herstellung dieser Flügel ist daher verhältnismäßig einfach. Obwohl jedoch bei einem Flügel dieser Art eine Flügelquerschnittsform, bei der sich der Krümmungsradius längs der Sehne fortlaufend ändert, der Idealform im Hinblick auf die Fluiddynamik sehr nahekommt, ist doch die Herstellung von Flügeln mit einer derartigen Form äußerst schwierig. Aus diesem Grund sind derartige Flügel bislang in der Praxis nur für Zentrifugalgebläse verwendet worden, bei denen die Flügel ein Tragflächenprofil aufweisen, wobei man die Herstcllungsschwierigkeiten in Kauf genommen hat, um die Vorteile des hohen Wirkungsgrads und der Geräuscharmut auszunutzen.

Im Gegensatz zu einem derartigen Zentrifugalgebläse hat ein Diagonalstromgebläse Flügel, deren Eingangskanten und Ausgangskanten nicht parallel zur Wellendrehachse sind, vielmehr ändert sich die radiale Distanz von der Wellenachse zu jeder Eingangskante fortlaufend von einem Ende der Eingangskanle zum anderen, ebenso, wie sich die radiale Distanz von der Wellenachse zu jeder Ausgangskante fortlaufend von dem einen Ende der Ausgangskante zum anderen ändert. Zur Erzielung eines optimalen Wirkungsgrades müßte jeder Flügel mit einer komplizierten zweifachen Krümmung versehen sein, so daß er, in Richtung der Wcllenachsc gesehen, gewunden bzw. geschraubt aussieht. Die besonderen Merkmale eines Diagonalstromgeblüscs werden nachstehend noch ausführlicher, insbesondere im Vergleich zu einem Zentrifugalgebläse, beschrieben.

Ein Diagonalstromgebläse mit Flügeln mit einer ge-

wundenen, zweifach gekrümmten Oberfläche hätte einen sehr hohen Wirkungsgrad, doch ist ein derartiges Gebläse bislang wegen der kostspieligen Herstellung doppelt gekrümmter Flügel für den praktischen Gebrauch nicht geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zegrunde, ein Gebläserad für ein Diagonalgebläse der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß es bei einer erheblich vereinfachten Herstellung hinsichtlich der Aerodynamik ähnlich günstige Eigenschaften hat wie ein Gebläserad mit zweifach gekrümmten, nicht abwickelbaren Flügeln, wobei der angestrebte hohe Wirkungsgrad ohne derartige doppelt gekrümmte, nicht abwickelbare Flügel erreicht werden soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Das Gebläserad hat erfindungsgemäß Flügel, die Ausschnitte aus einer zylindrischen Wandfläche oder einer ebenen Platte sind, wobei die ebene Platte als Sonderform eines Zylinders mit unendlich großem Radius zu betrachten ist. Die besondere Form dieser Ausschnitte wird erfindungsgemäß dadurch bestimmt, daß cine Schar koaxialer Kegelstümpfe, die Strömungsflächen darstellen, in die sich der austretende Luftstrom aufteilen läßt, mit einem Zylinder geschnitten wird, der die Kegelschar in bestimmter gegenseitiger Anordnung durchdringt. Mit Hilfe dieser Schnittlinie entstehen einlach gekrümmte oder ebene Flügel mit ähnlich guten aerodynamischen Eigenschaften wie diejenigen von zweifach gekrümmten Idealflügeln, wobei der Arbeitsund Kostenaufwand der Herstellung des Gebläserades erheblich geringer ist.

Aus dem DE-GM 18 73 694 ist zwar ein Gebläserad für ein Diagonalgebläse der eingangs genannten Art bekannt, bei dem die Flügel ebenfalls eine einfache Krümmung haben. Dieses bekannte Gebläse hat jedoch einen schlechten Wirkungsgrad, da die einfach gekrümmten Flügel ohne die besondere Formgebung und Anordnung in dem Gebläserad, wie sie bei dem erfindungsgemäßen Gebläserad getroffen sind, aerodynamisch weit ungünstigere Eigenschaften haben als doppelt gekrümmte Idealflügel.

Die Flügel des erfindungsgemäßen Gebläserades hingegen haben eine einfach gekrümmte Oberfläche, die ein Verhalten bzw. einen Wirkungsgrad des Gebläses sicherstellt, das bzw. der praktisch dem eines Gebläses mit ideal geformten Flügeln, das heißt mit einer gewundenen, zweifach gekrümmten Oberfläche, entspricht.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden im folgenden anhand der Zeichnung bevorzugter Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Axialschnitt eines Teiles eines Laufrades eines normalen Zentrifugal-Gebläses,

Fig.2 eine Ansicht desselben Zentrifugal-Gebläses in Axialrichtung,

F'ig. 3 einen Axialschnitt eines Teils eines Diagonalst rom-Gcbläse- Laufrades,

Fig.4 eine perspektivische Ansicht eines wesentlichen Teils des Laufrades nach F i g. 3,

Fig. 5 eine ebene Abwicklung einer konischen Fläche, die durch eine repräsentative Stromlinie, die in F i g. 3 dargestellt ist, gebildet wird,

Fig. 6 eine perspektivische graphische Darstellung zur Erläuterung der Herstellung einer Schaufel des erfindungsgcmäßen Laufrades,

Fig.7A, 7B und 7C jeweils eine Darstellung zur Erläuterung des Grundgedankens der Erfindung,

Fig.8A und 8B jeweils eine Vertikal- und Hori/.ontal-Projektion der F i g. 6,

Fig.9 eine perspektivische Ansicht eines Teils eines Ausführungsbeispiels des Laufrades eines Diagonalstrom-Gebläses nach der Erfindung,

Fig. 1OA, 1OB und IOC Projektionsdarstellungen zur Erläuterung der Herstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Laufrades,

F i g. 11 eine ähnliche Ansicht wie F i g. 7C, die jedoch zeigt wie eine Schaufel mit »Tragflächenprofil« hergestellt werden kann,

Fig. 12 eine Teilschnittansicht ähnlich der nach Fi g. 3 eines Laufrades gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 13 eine ähnliche Ansicht wie die nach Fig.6, jedoch für eine abgewandelte Schaufel eines erfindungsgemäßen Schaufelrades,

Fig. 14A. 14B und 14C jeweils eine ähnliche Ansicht wie die Fig. 7A, Fig. 7B und 7C zur Erläuterung des Prinzips der Herstellung der abgewandelten Schaufel,

Fig. 15A und 15B jeweils die Vertikal- und Horizontal-Projektion der F i g. 13 und

Fig. 16 eine ähnliche Ansicht wie Fig.7C, jedoch von einer Schaufel eines geradlinigen, rückwärts geneigten Diagonalstrom-Gebläses.

Um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern, werden zunächst die Unterschiede zwischen einem Zentrifugal-Gebläse und einem Diagonalstrom-Gebläse und bestimmte Probleme, die bei einem Diagonalstrom-Gebläse auftreten, ausführlicher beschrieben.

Fig. 1 stellt das Laufrad eines normalen Zentrifugal-Gebläses dar. Seine Schaufeln 1 haben eine Eingangskante 2 und eine Ausgangskante 3, die beide parallel zur Wellendrehachse 4 verlaufen. In Axialrichtung (Pfeilrichtung P) gesehen, ist jede Schaufel 1 in ihrem Verlauf von der Eingangskante zur Ausgangskante bzw. zum Umfang des Laufrades bogenförmig gekrümmt, wie es in Fig.2 dargestellt ist, jedoch nicht in Richtung der Wellenachse 4 gewunden bzw. verdreht, und die in verschiedenen parallelen Ebenen a\,ai,... a_n liegenden,die Wellenachse 4 im rechten Winkel schneidenden Querschnitte scheinen übereinanderzuliegen. Das heißt, jede Schaufel 1 kann als einfach gekrümmte oder abwickelbare Fläche betrachtet werden.

Im Unterschied zu einem Zentrifugal-Gebläse hat ein Diagonalstroni-Gebläse ein Laufrad mit Schaufeln 11, deren Eingangskanten 12 und Ausgangskanten 13 nicht parallel zur Wellen-Drehachse 14 verlaufen, wie es in F i g. 3 dargestellt ist, und die radiale Distanz von der Wellenachse 14 zur Eingangskante 12 jeder Schaufel ändert sich fortlaufend wie r_mU r,„2, ... r,„_n jeweils an Stellen, die repräsentativen Strömungslinien 15t, 152, ■ · ■ 15„ der Gasströmung im Laufrad entsprechen. Ferner ändert sich die radiale Distanz von der Wellenachse 14 zur Ausgangskante 13 jeder Schaufel fortlaufend wie Γομι, r_oall,... ToM_n- Wenn sich die Radien in dieser Weise ändern, müssen sich die Einströmwinkel an der Eingangskante 12 zur Minimisierung der Kollisionsverluste bei den betreffenden Strömungslinien 15i, 152, ■■· 15« und die entsprechenden Ausströmwinkel zur Vergleichmäßisjung des Staudrucks fortlaufend jeweils wie ßw, ßn, ... ß\_n und βϊ\, βϊΐ, ... ßi„ ändern, wie es in F i g. 4 dargestellt ist. Zur Erzielung eines idealen Gebläse-Verhaltens bzw. -Wirkungsgrads muß jede Schaufel eine komplizierte gewundene zweifach gekrümmte Oberfläche, in Richtung der Achse 14 cesehpn prhnlipn

Das heißt, wenn die Schaufeln 11 des Diagonalstrom-Gebläselaufrades nach F i g. 3 lediglich eine einfach gekrümmte Oberfläche mit einer einzigen bogenförmigen Krümmung oder einer aus zwei bogenförmigen Krümmungen gebildeten Krümmung, ähnlich wie die Schaufeln 1 des Zentrifugal-Gebläses nach Fig. 1, hätten, würde der Gebläsewirkungsgrad abnehmen, wenn man von äußerst kleinen Gebläsen absieht. Die Herstellung von Schaufeln 11 mit gewundener (verdrehter bzw. geschraubter), zweifach gekrümmter Oberfläche zur Verbesserung des Wirkungsgrades ist dagegen äußerst schwierig.

Wie bei einem Zentrifugal-Gebläse ist auch bei einem Diagonalstrom-Gebläse die Verwendung von Tragfiächenprofil-Schaufeln ! 1 mit einer derartigen Zweifachkrümmung günstig. Es ist jedoch praktisch unmöglich, das Herstellungsverfahren von Tragflächenprofil-Schaufeln, deren Herstellung schon bei Zentrifugal-Gebläsen schwierig ist, auf Diagonalstrom-Gebläseschaufeln 11 mit gewundener, zweifach gekrümmter Oberfläche anzuwenden.

Grundsätzlich werden die Laufräder von Gebläsen dieser Art nicht gegossen, sondern aus Walzstahlplatten zusammengesetzt. Darüberhinaus werden Gebläse mit den verschiedensten Abmessungen, selbst bis zu Laufraddurchmessern von 3 bis 4 Metern, in verschiedensten Arten und kleinen Stückzahlen hergestellt. Aus diesem Grunde ist es sehr schwierig, Laufräder mit zweifach gekrümmten Schaufeln und Tragflächenprofil-Schaufeln zu vertretbaren Kosten herzustellen.

Aus diesen Gründen werden Zentrifugal-Gebläse der beschriebenen Art in großen Stückzahlen hergestellt, während Diagonalstrom-Gebläse mit zweifach gekrümmten Schaufeln 11, wie sie in den Fig.3 und 4 dargestellt sind, trotz des zu erwartenden hohen Wirkungsgrads bislang praktisch nicht verwirklicht wurden.

Bevor die Erfindung beschrieben wird, soll nachstehend eine geometrische Analyse der theoretischen Form der Schaufeln von Diagonalstrom-Gebläsen vorgenommen werden.

Wie teilweise bereits anhand von F i g. 3 beschrieben wurde, sind mehrere Schaufeln 11 zwischen Haupt- und Seitenplatten 16 und 17 angeschweißt, und die Hauptplatte 16 ist mit ihrem radial inneren Teil an einer Nabe 18 befestigt. Die repräsentativen Strömungslinien 15i, 152, ·· ■ 15n (bei denen es sich in Wirklichkeit um »Strömungsflächen« handelt, die hier jedoch weiterhin »Strömungslinien« genannt werden) haben jeweils die Form von konischen Oberflächen mit den halben Scheitelwinkeln θ\,θζ,... θ_η. Jede Schaufel 11 beginnt an Eingangspunkten (Eingäriger.) Ai₁, M₂, ... M_n auf diesen konischen Oberflächen und endet an Ausgangspunkten (Ausgängen) Nu N₂ — N_n. Wenn die konische Oberfläche, die durch eine (15i) der repräsentativen Stromlinien gebildet wird, in eine Ebene abgewickelt wird, erscheint sie wie in F i g. 5, in der ein Schnitt nur einer Schaufel 11 dargestellt ist.

Dieser Schnitt der Schaufel 11 nach Fig. 5 hat einen bestimmten Einströmwinkel ß\, am Eingangspunkt M\ und einen bestimmten Ausströmwinkel ßi\ am Ausgangspunkt N] und dazwischen eine Form, die angenähert einem Teil einer Ellipse entspricht und einen sich allmählich ändernden Krümmungsradius ρ aufweist. Die Einströmwinkel und Ausströmwinkel der Schaufel 11 ändern sich wz β_ι2, ßn, ■ ■ -ß\n \xr\a ß₂2, ßr%, ■ ■ ·ßin jeweils von ihren Werten ßu und /21. wie es in Fig.4 dargestellt ist. in Obereinstimmung mit den repräsentativen Strömungsiinien 15i, 152 15„, die in F i g. 3 dargestellt

sind. Jede Schaufel 11 hat daher eine komplizierte zweifach gekrümmte Oberfläche, wie es bereits erwähnt wurde.

Nach der Erfindung ergibt sich eine Schaufelform, die angenähert der oben angegebenen Idealform entspricht, durch die Verwendung einer einfach gekrümmten Oberfläche, ohne Verwendung einer komplizierien zweifach gekrümmten Oberfläche. Zur Ausbildung einer einfach gekrümmten Schaufel, die die oben angcgebenen geometrischen Bedingungen erfüllt, macht die Erfindung Gebrauch von Schnitten zwischen den oben erwähnten konischen Flächen, die von den repräsentativen Strömungslinien gebildet werden, und einem imaginären Zylinder.

Der Einfachheit halber sind in den Fig. 7A bis 7C eine einzige konische Oberfläche 15u und ein imaginärer Zylinder 19 dargestellt, der die konische Oberfläche schneidet so daß sich eine Schnittlinie 15| ergibt. Nach der Erfindung werden mehrere Schnitte 15|, 152,... 15„ benutzt, die durch den einzigen Zylinder 19 und mehrere konische Flächen ISi 1.152i,... 15, gebildet werden, wie es in F i g. 6 dargestellt ist.

Nachstehend wird zur Erläuterung ein dreidimensionales rechtwinkliges Koordinatensystem mit den Koordinatenachsen U, V und W benutzt, wie es in den F i g. b und 7 dargestellt ist. Der Nullpunkt dieses Koordinaisystems ist in den Scheitelpunkt der konischen Fläche 15ι ι gelegt. Die Achse W verläuft parallel zur Mittellinie O des Zylinders 19, und die Achse V verläuft durch den Eingangspunkt M, in Richtung der Achse IV(Fi g. 7A) gesehen.

Die Mittellinie Odes Zylinders 19, der einen Radius C hat, liegt im Abstand Uo von der V-Achse und im Abstand Ko von der tZ-Achse. Die W-Achse ist unter einem Winkel K relativ zur Mittellinienachse H der konischen Fläche 15n des halben Scheitelwinkels θ\ geneigt. In dem beschriebenen Zustand schneidet der Zylinder 19 die konische Fläche 15n.

Wie bereits erwähnt wurde, wird die konische Fläche 15ii durch die repräsentative Strömungslinie 15t nach Fig.3 gebildet. Von der Schnittlinie zwischen dieser konischen Fläche 15|, und dem Zylinder 19 ist der zwischen dem Eingangspunkt M\ und dem Ausgangspunkt N\ liegende Teil in Fig.7C durch eine dicke Linie auf der Abwicklung der konischen Fläche 15) 1 dargestellt, und dies entspricht der Darstellung in F i g. 5. Das heißt, nach Fig. 5 hat die Schaufel 11 einen bestimmten Einströmwinkel ßu und einen bestimmten Ausströmwinkel /?2i auf der konischen Fläche einer repräsentativen Strömungslinie und ein Schnittprofil in Form einer stetigen Kurve mit einem Krümmungsradius p, der sich fortlaufend über ihre Länge ändert. Dieses Schnittprofil kann geometrisch durch Bestimmung der Strecken Uo und V₀, des Winkels K und des Radius C nach dem folgenden Verfahren ermittelt werden.

Diese Beziehungen werden jetzt geometrisch untersucht Es werde ein beliebiger Punkt m auf der Kurve M] N\, die einen Teil des Schnitts zwischen der konischen Fläche 15h der repräsentativen Strömungslinic und dem Zylinder 19 in F i g. 7 bildet, betrachtet. Dieser Punkt m hat in Fig. 7A die Koordinaten (11. v), in F i g. 7B die Koordinaten (v, n^und in F i g. 7C die Koordinaten (x, y), wobei die Koordinaten (x, y) auf orthogonalen Koordinatenachsen Xund Vbasieren,deren NuII-punkt auf der Mittellinienachse H liegt, wie es in Fig. 7C dargestellt ist. Diese Achse Y verläuft unter einem Winkel θ\ zur Achse H. Damit erhält man folgende Beziehungen:

A	= Wu	«./■;
y	- A(6»,.
Il	= /Yi k.	V0, K,
φ	- /(C*.

Darin ist r der Abstand des Punktes m von der Mittellinienachse W(Fi g. 7B) und i^der Winkel zwischen der Achse Y und der geraden Linie, die durch den Punkt m (x, y) und den Nullpunkt der Achse Y verläuft. Durch l.insetzen dieser Gleichungen (1) bis (4) in die Gleichungen

■MSJT/&

β = tan ' (-Jj)+ Φ

die man durch eine an sich bekannte Differentialrechnung erhält, ergibt sich der Krümmungsradius ρ und der Winkel/yim Punkt ni in F i g. 7C.

Wenn es sich bei dem Punkt rn um den Eingangspunkt Mi handelt, entspricht der Winkel β dem Einströmwinkel //Ή. Wenn es sich bei dem Punkt m jedoch um den Ausgangspunkt /Vi handelt, entspricht der Winkelndem Ausströmwinkel/?2i· Wenn der Punkt /n vom Punkt M\ /um Punkt N\ verschoben wird, ändert sich der Krümmungsradius ρ allmählich. Aus diesem Grunde ist die Kurve /wischen dem Eingangspunkt M] und dem Ausgangspunkt /Vi eine ideale stetige Kurve, die sich von einer entsprechenden Kurve bzw. Krümmung in der Schaufel eines herkömmlichen Zentrifugal-Gebläsel.aufrades unterscheidet, die einen einzigen Bogen oder höchstens zwei miteinander verbundene Bögen aufweist.

Die repräsentative Strömungslinie 15i nach Fig.3 ergibt sich daher mit dem in Fig.6 dargestellten Verlauf. In der gleichen Weise ergeben sich die repräsentativen Strömungslinicn 152, 153, -·· 15„ jeweils aus den Schnitten des Zylinders 19 mit den konischen Flächen 1521.15,, 15„,-

Fig.8Λ stellt eine Projektion dieses Zustands in Richtung des Pfeils <?(Fig. 6) dar. Diese Projektion entspricht der Fig.7A. Ferner ist Fig.8B eine Projektion entsprechend der Fig. 7B. Diese Schnittlinien lassen sich leicht dadurch errechnen, daß mit den konischen Flächen 152i, 153,,... 15„i ähnliche Operationen wie mit der konischen Fläche 15ι ι ausgeführt werden.

Das heißt, die F i g. 8A und 8B sind den F i g. 7A und 7B ähnlich, enthalten jedoch weitere konische Flächen 15₂i, 15ji— 15„i, die eine gemeinsame Mittellinienachsc H mit der konischen Fläche 15, ι und jeweils halbe Scheitelwinkel 02, Θι, ... G_n ausweisen. Diese η konischen Flächen 15, ι, 152,,...15„ sind in der gleichen Weise angeordnet wie die π konischen Flächen, die nach Fig. 3 durch die repräsentativen Strömungslinien 15,, 15?, ... 15„ gebildet werden, und nach der Erfindung ergibt sich die Schaufel 11 nach Fig.3 als ein Teil des Zylinders 19, begrenzt durch die Schnittlinien 15,, 152, ...15,,.

Aus den Fig.6 und 8A ergibt sich, daß, wenn die Ciruppc iius η konischen Flächen, die wie dargestellt geneigt sind, in Axialrichtung des Zylinders (in Richtung des Pfeils Qm Fig.6) betrachtet wird, die Schaufel 11 mit einem Teil der einfach gekrümmten Oberflächen des Zylinders 19 vom Radius C zusammenfällt und nicht gewunden ist, wobei sie als eine Überlagerung mit dem

(1) gleichen Qucrschnittsprolil erscheint. Wenn die koni-

(2) sehe Fläche 15| ι in eine Ebene abgewickelt wird, hat sie

(3) die in Fig. 7C dargestellte Form, und die anderen koni-

(4) sehen Flächen 15:,, 15n, ... 15„i können in ähnlicher Weise abgewickelt werden. Die Schnitte (bzw. Schnittlinien) bei diesen Abwicklungen sind in F i g. 8 nicht dargestellt, wie es jedoch in Umrißform in F i g. 6 dargestellt ist, beginnen sie jeweils an den Punkten Mi. Mj,... Μ,, und enden an den Punkten N₂, /V₁ N_n, wobei sie

ίο Ein- und Ausströmwinkel/?)),ß₂₂,...ß]„,ßi„ aufweisen, die jeweils etwas vom Einströmwinkel ß\\ und Ausströmwinke] ßi] in der Strömungslinie 15| abweichen. Die Schnittlinien zwischen den Ein- und Ausgangspunkten haben die Form stetiger Kurven mit sich allmählich änderndem Krümmungsradius p.

Daß die Einströmwinkel ßw,ßn ß\„ und die Ausströmwinkel /?2i, ß22, ■ ■ ■ ß2n jeweils etwas voneinander abweichen, ist die natürliche Folge der Änderungen der radialen Distanz r,„ am Eingangspunkt und der radialen Distanz r„„, am Ausgangpunkt jeder der repräsentativen Strömungslinien 15|, 152, ··· 15„, wie es anhand von F i g. 3 beschrieben wurde.

Bei der Auslegung und Herstellung der Schaufeln eines Diagonalstrom-Gebläses nach der Erfindung werden zuerst die repräsentativen Störmungslinien 15| bis 15„, die realisiert werden sollen, bestimmt. Mit diesen werden die halben Scheitelwinkel Θ\ bis &„ der konischen Flächen bestimmt. Standardwerte des Verhältnisses der inneren und äußeren Durchmesser jeder Schaufei sind durch Versuche in Abhängigkeit von der Gasströmungsgeschwindigkeit bzw. dem Gasdurchfluß und dem Gasausgangsdruck bestimmt worden, so daß die Einströmwinkel β] ι bis/,,, am Schaufeleingang und die Ausströmwinkel ßn bis ß2„ am Schaufelausgang entsprechend der Laufrad-Drehzahl bestimmt werden. Wenn ein innerer Durchmesser ro des Laufrades zu 1 angenommen wird, stellt der entsprechende äußere Durchmesser des Laufrades das Verhältnis des äußeren zum inneren Durchmesser dar.

Wenn der Winkel K und der Radius Cbestimmt worden sind, ergeben sich die Koordinaten Uo und Vo aus den Koordinaten des Eingangspunkts M] und des Einströmwinkels ß\\. Die übrigen Variablen sind daher K und C. Diese beiden Variablen K und C werden so gewählt, daß der Ausströmwinkel ß₂] einen vorbestimmten Wert annimmt. Nachdem so schließlich der Winkel K und der Radius C und die Koordinaten Uo und V₀ ermittelt worden sind, ist es jetzt möglich, die Eingangsund Ausgangspunkte M] und N₁ und die Kurve 15, auf einem leeren bzw. freien Zylinder 19 aufzuzeichnen. Diese Kurve 15; kann leicht aus der. Koordinaten des Punktes m, das heißt m (u. v. w), ermittelt werden.

Die auf diesen Weise ermittelten Lagen der Eingangsund Ausgangspunkte M, und Λ/, auf dem Zylinder bilden die Basisbezugspunkte, von denen aus die Aufzeichnung der anderen Eingangs- und Ausgangspunkte M2. Mj M_n und /V2, Ni N_n beginnt. Als nächstes werden die Positionen der benachbarten Eingangs- und Ausgangspunkte M₂ und N₂ auf der Schnittlinie oder Kurve 152 ermittelt. Die Ermittlung der Positionen dieser Punkte M2 und Λ/2 geschieht durch eine derartige Einstellung bzw. Wahl ihrer inneren und äußeren Radialabstände von der Wellenachse mit Bezug auf die konischen Fläche Ί5₂ί. in der die Schnittlinie 152 liegt, in Abhängigkeit von den ermittelten Werten des Winkels K, des Radius C und der Koordinaten Uo und V₀, daß sich die vorbestimmten Einslröm- und Ausströmwinkel ß]₂ und/?22 ergeben. Wenn die so ermittelten Positionen

der Punkte im wesentlichen nicht mit den erwarteten Positionen übereinstimmen, wird eine andere Kombination der Werte K und Cgewählt und das gleiche Verfahren, wie oben angegeben, wiederholt. Auf diese Weise ist es möglich, die Punkte M₂ und N₂ auf dem freien Zylinder 19 aufzutragen. Das gleiche Verfahren wird für die anderen konischen Strömungslinienflächen wiederholt, um die Positionen der anderen Punkte M3, Mi,,... M_n und N₃, /V₄,... A/„zu ermitteln.

Zur Vereinfachung der Auslegung können zuvor Daten in der beschriebenen Weise als Auslegungsinformation erstellt werden, so daß, wenn die Einström- und Ausströmwinkel und das Verhältnis der Innen- und Außendurchmesser des Laufrades gegeben sind, die wesentlichen Abmessungen sofort ermittelt werden können. So kann beispielsweise bei gegebenem Einströmwinkel ß\, Außen-zu-Innen-Durchmesser-Verhältnis λ und einem Konuswinkel Θ eine graphische Darstellung mit dem Winkel K als Abszisse und dem Ausströmwinkel ß₂ als Ordinate und mit dem Zylinderradius C als Parameter zuvor angefertigt werden.

Die gewünschte Schaufel 11 wird aus einem leeren bzw. freien Zylinder 19 ausgeschnitten oder durch Biegen einer Platte, die zuvor aus einem flachen Plattenmaterial ausgeschnitten wurde, in eine gekrümmte Form mit einem Krümmungsradius Cgeformt.

Durch Einsetzen der auf diese Weise hergestellten Schaufeln 11 zwischen die Hauptplatte 16 und die Seitenplatte 17, wie es in Fig. 9 dargestellt ist, kann ein Laufrad mit einem Verhalten bzw. Wirkungsgrad, das bzw. der dem eines Laufrades mit zweifach gekrümmten Schaufeln entspricht, die als erforderlich für das Laufrad eines Diagonalstrom-Gebläses angesehen wurden, hergestellt werden, ohne von zweifach gekrümmten Schaufeln Gebrauch zu machen.

Zur Vereinfachung ist bei obiger Beschreibung die Schnittlinie 15i an dem einen Ende als Bezugskurve gewählt worden. In der Praxis wird jedoch die in der Mitte der Schaufel liegende Schnittlinie als Bezugskurve gewählt Die Wahl der Mittellinie als Bezugskurve ist insofern günstig, weil sie die Hauptströmungslinie darstellt.

In der Praxis kann das Auftragen der Eingangs- und Ausgangspunkte sowie das Zeichen der Konturlinie der Schaufel auf einem freien Zylinder mit der Hand ausgeführt werden. Dieses Verfahren läßt sich jedoch schneller und genauer mittels einer einen elektronischen Rechner aufweisenden Vorrichtung durchführen.

Die vorstehende Beschreibung anhand der F i g. 7 und 8 bezieht sich auf eine sogenannte Turbo-Schaufel, bei der jede Schnittlinie, das heißt die Schaufel 11, nach hinten gekrümmt ist, doch ist die Schaufelform nicht darauf beschränkt Wenn der Zylinder 19 beispielsweise relativ zur konischen Fläche 15n so angeordnet wird, wie es in den Fig. 1OA, 1OB und IOC dargestellt ist, ergibt sich eine Schaufel mit »Radialspitze«, bei der der Ausströmwinkel/?2i sehr groß ist, zum Beispiel 90° oder nahezu 90° beträgt, wie es in F i g. IOC dargestellt ist.

Darüber hinaus lassen sich Schaufeln mit den verschiedensten Einströmwinkeln ßn und Ausströmwinkeln /?2i herstellen. Ferner ist es möglich, wie anhand von F i g. 8 beschrieben wurde, dafür zu sorgen, daß die Einströmwinkel ß_i2 bis ß,„ und die Ausströmwinke! ß₂\ bis ß₂„, die für das Diagonalstrom-Gebläse-Laufrad erforderlich sind, sich fortlaufend in bezug auf die konischen Flächen 15_t, IS₂,... 15„der anderen repräsentativen Strömungslinien ändern und darüber hinaus die Eingangs- und Ausgangspunkte durch eine stetige Kurve mit sich allmählich änderndem Krümmungsradius ρ verbunden sind.

Für die verschiedensten Nennbedingungen werden daher die jeweils den repräsentativen Strömungslinien 15i bis 15„ entsprechenden konischen Flächen mit einem gemeinsamen Zylinder 19 vom Radius C /um Schnitt gebracht, so daß sich Schnittlinien M\N_t,... M₁₁N_n ergeben und diese Schnittlinien jeweils im wesentlichen mit stetigen Kurven von sich allmählich änderndem Krümmungsradius ρ zwischen den Einströmwinkcln ßw, ß\i, ... ß\_n und den Ausströmwinkeln ß₂\, ßn, ■ ■ ■ ß_2n jeder Schaufel zusammenfallen, die sich fortlaufend entsprechend den Lagen der repräsentativen Strömungslinien 15| bis 15„ auf ihren konischen Flächen und /wischen ihren Eingangspunkten Mi bis M, und Ausgangspunkten Λ/ι bis N_n ändern müssen.

Nach Abschluß dieser Vorbereitung wird cm Teil der Zylinderfläche des Zylinders 19 als Schaufel 11 benutzt und zwischen der Hauptplatte 16 und der Scitcnplaite 17 befestigt, zum Beispiel verschweißt, vernietet oder auf irgendeine andere Weise. Nach Abschluß diese Arbeit für alle Schaufeln erhält man ein Gebläse-Laufrad. Da die Schaufel 11 ein Teil des Zylinders mit dem Radius Cist, hat sie eine einfache Krümmung oder abwickelbare Oberfläche und kann leicht hergestellt werden.

Obwohl sich die vorstehende Beschreibung nur auf den Fall bezieht, daß die Schaufel 11 über ihre gesamte Sehnenlänge von den Eingangspunkten M₁ bis M_n zu den Ausgangspunkten Λ/, bis N_n eine dünne Platte ist, kann die Erfindung auch auf die Herstellung einer Schaufel mit Tragflächenprofil, also einem dicken Tragflügelprofil, angewandt werden. Eine ebene Abwicklung einer konischen Fläche 15n einer repräsentativen Slrömungslinie entsprechend den F i g. 5 und 7C oder 1OC ist in F i g. 11 dargestellt. Bis jetzt ist die Herstellung einer

Schaufel aus einer dünnen Platte mit einer Wölbung durch das Schneiden der konischen Fläche I5n mit einem einzigen Zylinder 19 beschrieben worden. Ein Tragflächenprofil läßt sich auf folgende Weise herstellen.

Am Eingangspunkt M\ wird ein Kreis mit einem verhältnismäßig kleinen Radius «gezeichnet. Dann werden Kurven 15_tJ und 15k, betrachtet, die diesen Kreis vom Radius R auf gegenüberliegenden Seiten tangieren und sich in einem Punkt etwas stromaufwärts vom Eingangspunkt M\ schneiden, so daß sie Winkel Δβη und —Aßu mit dem Einströmwinkel ßu bilden, und die sich im Ausgangspunkt N₁ schneiden, so daß sie Winkel Δβι\ und —Δβ₂\ mit dem Ausströmwinkcl ß₂t bilden und einen sich allmählich ändernden Krümmungsradius ρ aufweisen. Die Abstände oder Distanzen U₀ und K₀, der Winkel K und der Radius C weiden so gewählt, daß diese Kurven 15i.·, und 15,/, sich aus Schnitten mn Zylindern 19a und 196 ergeben.

Im einzelnen sind die Radien C der Zylinder 19a und 196 und ihre zugehörigen relativen Werte so gewählt, daß sich jede der Kurven 15i., und I5w. als eine Schnittlinie ergibt. Durch dieses Verfahren erhält man ein Tragflächenquerschnittsprofil, das von dem oben erwähnten Kreis mit dem Radius R und von den Kurven 15,,, und 15\b begrenzt ist. Ein ähnliches Verfahren wird auf die konischen Flächen 15₂| bis 15„, der repräsentativen Stromlinien angewandt.

Das heißt, bei diesem Ausführungsbeispiel werden drei jeweils einen gemeinsamen Zylinder bildende Flüchen /?, 19a und 196 benutzt und jeweils mit den konischen Flächen der repräsentativen Stromlinien 15, bis 15„ zum Schnitt gebracht, wobei die eine zylindrische Fläche R mit dem kleinen Durchmesser sich längs der

Eingangspunkte Mi bis M_n erstreckt und die beiden übrigen zylindrischen Flächen 19a und 196 tangential zur Zylinderfläche R und jeweils durch die Ausgangspunkte Λ/, bis N₁, verlaufen, so daß sich Tragflächenprofil-SchniUlinien auf den konischen Flächen 15n bis 15„i ergeben.

Fig. 12 stellt ein Ausführungsbeispiel eines Gebiäse-Laufradcs dar, bei dem eine mittlere Platte 20 von konischer Form zusätzlich zwischen der Hauptplatte 16 und der Seitenplatte 12 im Vergleich zu dem Laufrad nach F i g. 3 eingebaut und alle Schaufeln F i g. 11 durch diese Zwischenplatte 20 in Abschnitte 111 und II2 unterteilt werden. Unter Umständen können auch mehrere Zwischcnplaiten in ähnlicher Weise eingebaut sein, so daß die Schaufeln 11 in einer größere Anzahl von Abschnitten unterteilt werden.

Der Grund für diese Maßnahme ist darin zu sehen, diiß, wenn die erforderlichen Unterschiede der Einströmwinkcl/?u bis/ή,, und Ausströmwinkel #1 bis ßi„ nicht für alle repräsentativen Strömungslinien 15| bis 15„ jeder Schaufel 11 mit nur einem einzigen Zylinder 19 erreicht werden können, Schaufeln durch Schnitte mit jeweils verschiedenen Zylindern duren diese Maßnahme herstellbar sind. Ein weiterer Grund ist darin zu sehen, daß bei diesem Aufbau die Festigkeit des Gebläse-Laufrades selbst durch die Einfügung der Zwischenplatte 20 erhöht wird. In Fällen, in denen diese Anforderungen nicht gestellt sind, kann die Zwischenplatte 20 entfallen und die Vielzahl der Schaufelschnitte Hi und II2 einteilig hergestellt werden.

Bei den bis jetzt beschriebenen Ausführungsbeispielcn der Erfindung werden Schaufeln mit einer einfach gekrümmten (abwickelbaren) Oberfläche, die einen Teil einer Zylinderfläche bildet, anstelle von Schaufeln mit zweifach gekrümmter (nicht abwickelbarer) Oberfläche benutzt, die bislang als zu kostspielig für das Laufrad eines Diagonalstrom-Gebläses angesehen wurde, so daß sich ein Verhalten oder Wirkungsgrad gleich dem eines Gebläses ergibt, das mit ide.-len zweifach gekrümmten Schaufeln versehen ist.

Das heißt, die Ein.ström- und Ausströmwinkel jeder Schaufel iindern sich fortlaufend in Abhängigkeit von den Positionen, die die repräsentativen Strömungslinien in der Gasströmung im Laufrad einnehmen. Außerdem hai jede sich vom entsprechenden Eingangspunkt bis /um Ausgangspunkt erstreckende Kurve eine Form, bei der es sich nicht um einen einfachen Bogen mit einem einzigen Krümmungsradius oder, im äußersten Falle, eine durch zwei miteinander verbundene Bögen, wie bei Zenlrifugal-Gebläsen, gebildete Kurve handelt, sondern um eine Kurve, die dem Ideal vom Standpunkt der Huiddynamik sehr nahe kommt und einen sich über die gesamte .Sehnenlänge fortlaufend ändernden Krümmungsradius aufweist. Ferner ist die erfindungsgemäße Schaufelform nicht nur auf nach hinten gekrümmte Turbo-Schaufeln, sondern auch auf Schaufeln mit Radialspitze, Kombinationen dieser Schaufelarten und auch aufschaufeln mit Tragflächenprofil anwendbar.

Nach dem obigen Verfahren ist die Herstellung eines Diagonalstrom-Gebläses mit plattenförmigen Turbo-Schaufeln mit einem Außendurchmesser von 630 mm, einer Drehzahl von 3028 UPM und einem Ausgengsdruckanstieg von etwa 300 mm Wassersäule von Anfang an ohne Schwierigkeilen gelungen, wobei das Geblase einen sehr guten Maximaldruck-Gesamtwirkungsg-;id von 83 Prozent hatte.

Nach der Erfindung ist es mithin möglich. Diagonalst rom-Gcbläse, deren Herstellung man bislang als sehr schwierig angesehen hat, weil sie zweifach gekrümmte Schaufeln benötigen, so daß sie nicht hergestellt wurden, obwohl mit ziemlicher Sicherheit zu erwarten war, daß sie einen hohen Wirkungsgrad etwa in der Mitte zwischen dem von Zentrifugal-Gcbläsen und Axialstrom-Gebläscn haben, mit niedrigen Kosten herzustellen.

Die Erfindung kann auch bei dem Laufrad eines Diagonalstrom-Gebläses mit geradlinigen, nach hinten geneigten Schaufeln (einem Platten-Turbo-Gebläse) angewandt werden, das beispielsweise zur Beförderung staubhaltiger Gase geeignet ist.

Die grundsätzlichen Konstruktionsmerkmale eines Diagonalstrom-Gebläse-Laufrades mit geradlinigen.

nach hinten geneigten Schaufeln sind ähnlich denen des anhand der F i g. 3, 4 und 5 beschriebenen Diagonalstrom-Gebläses, so daß sie nicht erneut beschrieben werden.

Eine Schaufel mit einem Querschnitt, der jeder repräsentativen Strömungslinie entspricht, und die geradlinig entgegengesetzt zur Drehrichtung 5 geneigt ist, scheint einfacher herstellbar zu sein als eine Schaufel mit sich änderndem Krümmungsradius. Die durch die repräsentativen Strömungslinien gebildeten konischen Flächen des Laufrades haben jedoch verschiedene Halbscheitelwinkel, wie bereits erwähnt wurde. Außerdem müssen sich die Ein- und Ausströmwinkel an den Ein- und Ausgangspunken, die jeweils den repräsentativen Strömungslinien entsprechen, fortlaufend ändern. Daraus ist ersichtlich, daß im Gegenteil eine komplizierte zweifache gekrümmte Oberfläche erforderlich ist.

Nach der Erfindung werden die Schaufeln eines Diagonalstrom-Gebläses mit geradlinigen, nach hinten geneigten Schaufeln aus einer ebenen Platte hergestellt.

Da eine ebene Platte als eine zylindrische Platte mit unendlichem Radius angesehen werden kann, ist das Prinzip der Herstellung einer solchen Schaufel grundsätzlich das gleiche wie das anhand der F i g. 6 bis 8B beschriebene.

Fig. 13 stellt perspektivisch Kegelschnitte zwischen den konischen Flächen, die von den repräsentativen Strömungslinien gebildet sind, und einer imaginären ebenen Fläche 29 dar, die als imaginäre zylindrische Fläche mit unendlich großem Radius angesehen werden kann.

Die Fig. HA, 14B und 14C zeigen in der Projektion den Schnitt (Kegelschnitt) der konischen Fläche ISn, die von der repräsentativen Strömungslinie 15i gebildet wird, mit der ebenen Fläche 29. Die ebene Fläche 29 weist einen Eingangspunkt M\ auf der konischen Fläche 15i 1 auf und hat eine die konische Fläche ISi 1 schneidende Achse mit einem Neigungswinkel K relativ zur Mittelachse H der konischen Fläche IS_n.

U, V und W sind orthogonale Koordinatenachsen.

deren Nullpunkt mit dem Scheitel O der konischen Fläche 15ii zusammenfällt. Die Achse W verläuft parallel zur ebenen Fläche 29, die den Eingangspunkt M] aufweist, und ist unter dem Winke! K relativ zur Mittelachse H der konischen Fläche 15_n geneigt. Die Achse V fällt, in Richtung der Achse W, wie in F i g. 14A, gesehen, mit dem Punkt M, zusammen. Der Winkel K entspricht dem Winkel zwischen der Achse W und der Achse H. Der Koordinatenwert des Punktes M\ auf der V-Achse ist L.ß\\·, ist der Winkel zwischen der Ebene 29 und der

b5 i/-Achse.

Die konische Fläche 15u ist die gleiche wie die durch die repräsentative Strömungslinie 15| gebildete konische Fläche. Die Schnittlinie des Schnitts der konischen

Fläche 15, ι mit der ebenen Fläche 19, das heißt die Strecke vom Punkt Λ/ι bis zum Punkt N] ist als dicke Linie in der Abwicklung der konischen Fläche 15n in F i g. 14C dargestellt und entspricht der in F i g. 5 dargestellten. Das heißt, das Schnittprofil der Schaufel 11 in Form einer stetigen Kurve mit bestimmten Ein- und Ausströmwinkeln ßw und ß->\ auf der konischen Fläche einer repräsentativen Strömungslinie, wie es in F i g. 5 dargestellt ist, und mit einem sich fortlaufend ändernden Krümmungsradius ρ zwischen Eingangs- und Ausgangspunkt läßt sich geometrisch durch Ermittlung der Strecke L und des Winkels K in den Fig. HA und 14B nach dem nachstehend beschriebenen Verfahren bestimmen.

Daß das SchnittproFil der Schaufel 11 eine stetige Kurve mit einem sich fortlaufend ändernden Krümmungsradius ρ ist, trotz der Verwendung eines Teils einer ebenen Fläche, ergibt sich aus der Tatsache, daß der durch das diagonale Schneiden eines Konus gebildete Kegelschnitt eine Ellipse darstellt.

Im folgenden werden die geometrischen Verhältnisse näher untersucht. Betrachtet man einen Punkt τη auf der Kurve M\N\. die einen Teil des Schnitts der konischen Fläche 15n der repräsentativen Strömungslinie 15| mit der ebenen Fläche 19 in Fig. 14 bildet, dann hat dieser Punkt m die Koordinaten (u. v) in F i g. 14A, die Koordinaten (V. w) in Fig. MB und die Koordinaten (x, y) in F i g. 14C, die die Abwicklung der konischen Fläche 15u darstellt, wobei die Koordinaten auf den orthogonalen Koordinatenachsen X und Y beruhen, wie es zuvor beschrieben wurde.

In diesem Falle gelten die folgenden Beziehungen:

f(0uu,r) f(0uu,r) f(0],LK,r) f(0,,u.r)

Darin stellen r und Φ die gleichen Veränderlichen wie in Gleichung (4) dar. Durch Einsetzen dieser Gleichungen (7) bis (10) in die Gleichungen (5) und (6) ergeben sich der Krümmungsradius ρ und der Winkelß\m Punkt m in F i g. 6C. Die Art des Winkels β und die Änderung des Krümmungsradius ρ hängen von der Lage bzw. Position des Punktes m ab. Aus diesem Grunde entspricht die Kurve vom Eingangspunkt M] bis zum Ausgangspunkt /Vi der Krümmung einer Schaufel eines Schaufelrads mit nach hinten gekrümmten Schaufeln (einem sogenannten Turbo-Gebläse), die vom Standpunkt der Fluiddynamik als Ideal angesehen wird. Diese Schaufel weicht daher erheblich von der eines Zentrifugal-Gebläse-Laufrades mit geradlinigen und nach hinten geneigten Schaufeln ab, bei denen der Krümmungsradius ρ unendlich groß, das heißt die Schaufel geradlinig ist.

Man erhält daher die repräsentative Strömungslinie 15| in Form des in F i g. 13 dargestellten Umrisses. In der gleichen Weise ei hält man die anderen repräsentativen Strömungslinien 152, 153, --1S_n jeweils aus den Schnitten der ebenen Fläche 29 mit den konischen Flächen 15₂,.15ji....l5„i.

Fig. 15A zeigt eine Projektion dieses Zustands in Richtung des Pfeils Q gesehen. Diese Projektion entspricht der Fig. 14A. Ferner ist Fig. 15B eine Projektion entsprechend der Fig. 14B. Diese Schnittlinien lassen sich leicht berechnen, indem für die konischen Flächen 15.71,15] I5„i ähnliche Operationen wie bei der

konischen Fläche 15n ausgeführt werden.

Das heißt, die Fig. 15A und 15B entsprechen jeweils den Fig. HA und HB unter Hinzufügung der konischen Flächen 15₂₎, 15₃ 15„i, die eine gemeinsame

Mittellinienachse f/init der konischen Fläche 15, ι und jeweils die halben Scheitelwinkel θ₃. θ),... θ,, aufwdsen. Diese π konischen Flächen 15n, 15₂|,... I5„ sind in der gieichen Weise angeordnet wie die π konischen Flächen, die von den repräsentativen Strömungslinicn 15|, 15₂,... 15„ gebildet werden, und ferner wird die Schaufel 11 durch einen Teil der ebenen Fläche 29 nach Fi g. 15

ίο ersetzt.

Wie die Fig. 13 und 15A erkennen lassen, hai die Schaufel 11, wenn die Gruppe der π konischen Flächen so geneigt ist, wie es eine Betrachtung in Richtung der Achse IV (in Richtung des Pfeils (Q in F i g. 13) zeigt, als ein Teil der ebenen Fläche 29 keine Verwindung (Doppelkrümmung), sondern sie erscheint als Überlagerung mit dem gleichen Querschnittsprofil. Wenn die konischen Fläche 15n in einer Ebene abgewickelt wird, hat sie die in Fig. HC dargestellte Form, und die anderen

konischen Flächen 15_2i, 15₃i 15„i können in ähnlicher

Weise abgewickelt werden. Die sich bei dieser Abwicklung ergebenden Schnittlinie sind in Fig. 15 nicht dargestellt, doch beginnen sie jeweils, wie es durch die Umrißlinie in F i g. 13 dargestellt ist, in Punkten M₂, M_t

M_n, während sie ·η den Punkten N₂, N},... N_n enden und die Einströmwinkel βη,βη, ■ ■ -ßm und die Aussirömwinkel βη,βη,...ß_2n aufweisen, die jeweils geringfügig von dem Einströmwinkel/?iι und dem Ausströmwinkcl ßi\ der Strömungslinie 15| abweichen. Zwischen den Ein- und Ausgangspunkten haben die Schnittlinien einen stetigen Kurvenverlauf mit sich jeweils allmählich änderndem Krümmungsradius p.

Daß sich die Einströmwinkel ßw, ß\₂, ... ß]„ und die

(7) Ausströmwinkelβη,βη,...ß_2n jeweils geringfügig von-

(8) 35 einander unterscheiden, ist eine natürliche Folge der

(9) Änderung des radialen Abstands r,„ am Eingangspunkt (10) und des radialen Abstands r„„, am Ausgangspunkt jeder der repräsentativen Strömungslinien 15|, 15₂,... I5„, wie es anhand von F i g. 3 beschrieben wurde.

Wenn alle Schnittlinien, das heißt die repräsentativen Strömungslinien ISi bis 15„, rechnerisch bestimmt sind, wird der Teil der ebenen Fläche 29, der von der Kurve M\ bis Ni in der repräsentativen Strömungslinic 15|, der Kurve M_n bis N_n in der repräsentativen Slrömungslinie 15„undden Kurven M₂ bis M_f„_i)und N₂ bis N_(n-i)dcr übrigen repräsentativen Strömungslinien begrenzt ist, aus der ebenen Fläche 29 ausgeschnitten, bei der es sich praktisch um ein ebenes Plattenmatcrial handelt. Der Umriß dieses Ausschnitts kann leicht aus den Koordinaten des Punktes m, das heißt m (u. v, w) in den f-' ig. 14Λ und HB, bestimmt werden.

Dadurch, daß jede Schaufel!! aus einem ebenen P!;;! tenmaterial ausgeschnitten und zwischen der Hauptplatte 16 und der Seitenplatte 17 (F i g. 9) befestigt, zum Beispiel angeschweißt oder angenietet, wird, läßt sich ein Gebläse-Laufrad mit einem Verhalten wie das eines Laufrades mit zweifach gekrümmten Schaufeln, die für ein Diagonalstrom-Gebläse-Laufrad für erforderlich gehalten wurden, leicht unter Verwendung ebener, einfach herzustellender Schaufeln, an denen verschleißfeste Platten leicht angebracht werden können, ohne die Verwendung zweifach gekrümmter Schaufeln, herstellen.

Darüber hinaus ist die Schaufel 11 einer nach hinten gekrümmten (sogenannten Turbo) Schaufel mil sich fortlaufend änderndem Krümmungsradius />. der vom Standpunkt der Fluiddynamik als ideal angeschen wird, äquivalent.

Die Beschreibung anhand der Fi g. 14 und 15 bezieht sich aui eine sogenannte Turbo-Schaufel, bei der die Schnittlinienform, das heißt die Schaufel 11, nach hinten verläuft und nach hinten gekrümmt ist, doch ist die Schaufelform nicht darauf beschränkt.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist es auch möglich, durch fortlaufende Verringerung des Winkels K, wegen der Beziehung des halben Scheitelwinkels 6», eine (in der Zeichnung nicht dargestellte) sogenannte Grenzlast-Schaufel herzustellen, bei der die Form der Schaufel 11 nach hinten zeigt und gleichzeitig die Krümmung von einer Vorwärtskrümmung in eine Rückwärtskrümmung übergeht Sodann ist es auch möglich, eine (in der Zeichnung nicht dargestellt) Radialspitzen-Schaufel herzustellen, bei der die Form der Schaufel 11 nach hinten ragt and gleichzeitig nach vorne gekrümmt ist Bei den Schaufeln sind die Ein- und Ausströmwinkel ßw bis/^und/Sji bis ß_2n, die für ein Diagonalstrom-Gebläse-Laufrad erforderlich sind, wie bei einem Turbo-Gebläse, jeweils se gewählt, daß sie sich fortlaufend ändern, während die Eingangs- und Ausgangspunkte durch stetige Kurve verbunden sein können, deren Krümmungsradius ρ sich allmählich ändert. In diesem Falle ist die Schaufel 11 ebenfalls ein Teil einer ebenen Fläche 29 oder eines ebenen Plattenmaterials.

Bei der praktischen Auslegung eines Diagonalstrom-Gcbläsc-Laufrades mit geradlinigen, nach hinten geneigten Schaufeln werden erfindungsgemäß zuerst die repräsentativen Strömungslinien 15| bis 15„ bestimmt. Aus diesen werden die halben Scheitelwinkel Θ\ bis Q_n der konischen Flächen ermittelt. Genormte Werte des Verhältnisses der inneren und äußeren Durchmesser jeder Schaufel wurden versuchsmäßig in Übereinstimmung mit dem gewünschten Gasdurchfluß und Ausgangsdruck festgelegt. Anhand der gewünschten Drehzahl des Schaufelrades werden die Verteilung des Einsirömwinkels ß\ längs der Schaufeleingangskante und clic Verteilung des Ausström winkeis ßi längs der Schaufclausgangskante ermittelt.

Zur Bestimmung der Sollage der ebenen Fläche 29 sind der Abstand L und der Winkelß\\_:h die in Fig. 14A dargestellt sind, erforderlich. Wenn der Winkel K ermittelt worden ist, ergibi sich de Länge der Strecke L aus der radialen Distanz /·,„, de:; Eingangspunktes M₁ und dem halben Scheitelwinkel 6Ί der konischen Fläche, während sich der Winkel ß\\_a aus dem halben Scheitelwinkel θ\ und dem Kinströmwinkel ßw ergibt. Da der Winkel K die einzige unbekannte Variable ist, wird er so festgelegt, daß der Ausströinwinkel ßv, im Ausgangspunkt N< einen vorbestimmten Wert erhält.

Nachdem der Winkel K auf diese Weise festgelegt worden ist, werden Korrekturen bei den inneren und äußeren Durchmessern der repräsentativen Strömungslinicn auf der Basis dieser Variablen L,ß\ |„ und K durchgeführt, so daß in bezug auf die durch diese repräsentativen Slrömungslinien gebildeten konischen Flächen die !■!in- und Ausströmwinkel jeweils vorbestimmte Werte erhalten.

Bis hierhin wurde der Eingangspunkt M\ als vorgegebener Bezugspunkt /ur Vereinfachung der Beschreibung angenommen, doch ist die Wahl dieses Punktes als Bezugspunkt nicht zwingerd notwendig. Es ist auch möglich, irgendeinen anderen geeigneten Punkt als Bezugspunkt zu wählen.

Zur Vereinfachung der Auslegung können zuvor Daten in der oben beschriebenen Weise als Auslegungsinformation vorbereitet werden, wie es für das erste Aus

führungsbeispiel der Erfindung beschrieben wurde, so daß, wenn die Ein- und Ausströmwinkel und das Verhältnis der äußeren und inneren Durchmesser des Laufrades gegeben sind, seine wesentlichen Abmessungen unmittelbar ermittelt werden können. So kann beispielsweise bei gegebenem Einströmwinkel ß~\ einem Verhältnis Λ von Außen- zu Innendurchmesser und einem Kegelscheitelwinkel θ eine graphische Darstellung mit dem Scheitelwinkel K als Abszisse und dem Ausströmwinkel # als Ordinate zuvor angefertigt werden.

Nach diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung werden Schaufeln, die jeweils einen Teil einer ebenen Fläche bilden, sich leicht herstellen lassen und an denen auf einfache Weise verschleißfeste Materialien befestigt werden können, anstelle von Schaufeln mit zweifach gekrümmten Oberflächen verwendet, die bislang zur Herstellung eines Diagonalstrom-Gebläse-Laufrades mit geradlinigen, nach hinten geneigten Schaufeln für erforderlich gehalten wurden, um das gleiche Verhalten wie bei einem Laufrad mit zweifach gekrümmten Schaufeln zu erzielen. Ferner ist das Betriebsverhalten, insbesondere der Wirkungsgrad, trotz der Verwendung ebener Schaufeln bei dem Laufrad nach diesem Ausführungsbeispiel der Erfindung äquivalent mit dem eines sogenannten Turbo-Laufrades mit nach hinten und zweifach gekrümmten Schaufeln, die im Hinblick auf die Fluiddynamik als ideal gelten, bei einem Zentrifugal-Gebläse mit geradlinigen, nach hinten geneigten Schaufeln bislang jedoch nicht praktikabel erschienen.

Außerdem hat dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung die folgenden Vorteile: Wenn bei einem Zentrifugal-Gebläse mit geradlinigen, nach hinten geneigten Schaufeln das Verhältnis λ von Außen- zu Innendurchmesser und der Einströmwinkel ß\ am Eingangspunkt ermittelt worden sind, ergibt sich der Ausströmwinkel ßi am Ausgangspunkt automatisch aus den in Fig. 16 angegebenen geometrischen Beziehungen. Das heißt, es gilt die folgende Beziehung:

ß₂ = 90° - cos-' [(O + Ψ -1)/2Ονί],

in der Cr das Verhältnis der Sehnenlänge Czum Innendurchmesser D, der Schaufel (Cr = C/D_{) ist.

Cr = i/sin* # + Λ* -1 - sin

wobei λ das Verhältnis von Außen- zu Innendurchmesser ist.

λ = D₂ID_x

Zur Erzielung eines maximalen Wirkungsgrades wird für den Einströmwinkelß\ am Eingangspunkt normalerweise ein Erfahrungswert von 30 bis 40 Grad gewählt.

Daher ergibt sich der Ausströmwinkel ß₂ am Ausgangspunkt der Schaufel bei einem Zentrifugal-Gebläse-Laufrad mit geradlinigen, nach hinten geneigten Schaufeln allein aus dem Verhältnis λ von Außen- zu Innendurchmesser.

Ferner ist der Ausgangsdruck //,.</ eine Funktion des Ausströmwinkels ßi, des Verhältnisses λ von Außen- zu Innendurchmesser und der Umfangsgeschwindigkeit U₂ des Schaufelausgangs nach der folgenden Gleichung:

= f(ß₂j, U₂)

Dies bedeutet, daß. wenn das Verhältnis λ von Außenzu Innendurchmesser und der Einströmwinkel ß\ gege-

17

ben sind, der Bestimmungsparameter zur Erzielung des gewünschten Ausgangsdrucks lediglich die Umfangsgeschwindigkeit Ui am Schaufelausgang ist, und eine Auslegung, die die angegebenen Vorschriften erfüllt, äußerst schwierig wird, im Unterschied zu der eines Zentrifugäl-Gebläse-Laufrades mit nach hinten gekrümmten Schaufeln.

Im Gegensatz dazu kann bsi einem erfindungsgemäßen Diagonalstrom-Gebläse-Laufrad mit geradlinigen, nach hinten geneigten Schaufeln der Ausströmwinkel ßi dadurch geändert werden, daß der Einstell- oder Sollwinkel der schneidenden ebenen Fläche geändert werden kann, selbst nachdem beispielsweise der Einströmwinkel ß\ und das Verhältnis von Außen- zu Innendurchmesser festgelegt worden sind. Dies bedeutet, daß der Winkel K zusätzlich zur Umfangsgeschwindigkeit U₂ des Schaufel-Ausgangs als Parameter benutzt werden kann, um den gewünschten Ausgangsdruck H_lld zu erzielen, und daß durch eine Kombination dieser Parameter eine die gegebenen Vorschriften erfüllende Auslegung ohne Schwierigkeiten erreicht werden kann.

Nach der Erfindung läßt sich mithin ein Diagonalstrom-Gebläse-Laufrad mit geradlinigen, nach hinten geneigten Schaufeln auf einfache Weise und mit den entsprechend geringen Kosten herstellen und darüber hinaus leicht mit verschleißfesten Platten versehen, da ebene Schaufeln verwendet werden. Wie bereits erwähnt wurde, ist ein Gebläse dieser Art bislang nicht erfolgreich praktisch verwirklicht worden, obwohl es ein sehr günstiges Betriebsverhalten erwarten läßt, das zwischen dem eines Zentrifugal-Gebläses und eines Axialstrom-Gebläses liegt, weil man für seine Herstellung die Ausbildung komplizierter zweifach gekrümmter Schaufeln für erforderlich hielt, deren Herstellung schwierig ist.

Zusammenfassend wird eine Schaufel für ein Diagonalstrom-Gebläse-Laufrad, die im Idealfall eine gewundene zweifach gekrümmte oder nicht abwickelbare Oberfläche haben sollte, aus einem Teil eines Zylinders oder einer Platte hergestellt, der bzw. die eine einfache Krümmung oder abwickelbare Oberfläche hat. Zur Herstellung einer Schaufel aus der einfach gekrümmten Fläche werden Schnittlinien des Schnitts eines Zylinders oder einer Platte mit mehreren koaxialen imaginären Kegelflächen, die Strömungslinien in dem Laufrad darstellen, als Basis für die Auslegung benutzt.

Hierzu 10 Blatt Zeichnungen

50

55

60

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Gebläserad für ein Diagonalgebläse mit einer gegenüber der Gebläseradachse (H) koaxial angeordneten kegelstumpfförmigen Tragscheibe und mit einer koaxial angeordneten kegelstumpfförmigen Deckscheibe, die Abstand zu der Tragscheibe einhält und einen Diagonal-Strömungsweg für ein Gas zwischen der Tragscheibe und der Deckscheibe festlegt, wobei der öffnungswinkel (θη)άζτ Tragscheibe größer ist als der öffnungswinkel (θ\) der Deckscheibe, so daß aufeinanderfolgende koaxiale Strömungskegelflächen bestimmt sind, deren öffnungswinkel sich ebenfalls von einem größeren Wert an der Tragscheibe kontinuierlich zu einem kleineren Öffnungswinkel an der Deckscheibe ändern mit einer Vielzahl von Flügeln, die jeweils an einander gegenüberliegenden Seitenkanten an den Innenflächen der Trag- und Deckscheibe befestigt sind und eine innere Eintrittskante sowie eine äußere Austrittskante aufweisen, wobei die Seitenkanten als Schnittlinien zwischen einer die Oberflächenform jedes Flügels bildenden zylindrischen Oberfläche und dem Deckscheibenkegel bzw. Tragscheibenkegel gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse (H) in einer Ebene (V- W) liegt, die parallel in einem Abstand (U₀) zur Längsachse (O) der zylindrischen Oberfläche (19) verläuft, daß die gemeinsame Achse (H) in Richtung senkrecht gesehen zur Fläche (V — W) um einen Winkel ^gegenüber der Längsachse (O) geneigt ist und daß die Seitenkanten (N\ ... N_n bzw M\ ... M_n) durch die Endpunkte der Schnittlinie (15|... 15„) zwischen der zylindrischen Oberfläche (19) und den jeweiligen Strömungskegelflächen (15n ... 15„i) gebildet sind.

2. Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem rechtwinkligen Koordinatensystem mit zwei Achsen (U, V), die in einer zur Längsachse (O) der zylindrischen Fläche (19) senkrechten Ebene liegen und deren Nullpunkt in dem Scheitelpunkt einer der konischen Flächen (15n, 15₂i, ... 15„i) liegt, eine (V) der Achsen in einer Ebene liegt, die eine durch die Scheitelpunkte der konischen Flächen und parallel zu der Längsachse (O) verlaufende Linie enthält, und daß die Koordinate der Längsachse (O) mit Bezug auf die andere Achse (U) positiv ist (F ig. 8a).

3. Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem rechtwinkligen Koordinatensystern mit zwei Achsen (U, V), die in einer zur Längsachse (O) der zylindrischen Fläche (19) senkrechten Ebene liegen und deren Nullpunkt in dem Scheitelpunkt der konischen Flächen (15n· 152i, ■·· 15„i) liegt, eine (W) der Achsen in einer Ebene liegt, die eine durch die Scheitelpunkte der konischen Flächen und parallel zu der Längsachse (O) verlaufende Linie enthält, und daß die Koordinate der Längsachse (O) mit Bezug auf die andere Achse (U) negativ ist (Fig. 10a).

4. Laufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der zuerst erwähnten Oberflächen der Schaufeln (11) gegenüberliegende Oberfläche einem Teil einer weiteren zylindrischen Fläche entspricht, die mit den koaxialen konischen Flächen (15n, lS^i, ... 15„i) in der gleichen Weise wie die zuerst erwähnte zylindrische Fläche zum Schnitt gebracht worden ist. so daß sich Schnittlinien ergeben, und daß die Form der Eingangsfläche am Eingangsteil jeder Schaufel ebenfalls einem Teil einer dritten zylindrischen Fläche entspricht die ebenfalls mit den koaxialen konischen Flächen zum Schnitt gebracht ivorden ist, so daß sich Schnittlinien ergeben.

5. Laufrad nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Fläche (19) einen unendlich großen Krümmungsradius hat, so daß sie eben ist (Fig. 15 bis 17B).

6. Laufrad nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schaufel axial in zwei Schaufelabschnitte (111, II2) unterteilt ist, die verschiedene Oberflächenformen von der gleichen Art wie die erwähnte Oberflächenform haben und jeweils Teilen verschiedener zylindrischer Flächen entsprechen (Fig. 12).