DE2826791C2

DE2826791C2 - Gebläserad für ein Diagonalgebläse

Info

Publication number: DE2826791C2
Application number: DE2826791A
Authority: DE
Inventors: Yoshiyasu Ono Hyogo Nishikawa
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 1977-06-29
Filing date: 1978-06-19
Publication date: 1986-03-20
Also published as: DE2826791A1; BR7803987A; FR2396191B1; GB1598616A; US4401410A; FR2396191A1; US4274810A

Description

Dia Erfindung betrifft ein Gebläserad für ein Diagonalgebläse gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Bei einem Gebläserad eines üblichen Zentrifugalgebläses mit sternförmig angeordneten Platten oder vom Typ begrenzter Leistung, bei dem die Leistungskurve etwa dort ihr Maximum erreicht, wo der Wirkungsgrad am höchsten ist, liegen die Eingangskanten und Ausgangskanten der Flügel jeweils parallel zur Drehachse des Gebläserades. Wenn das Gebläserad mit sternförmig angeordneten Platten in Axialrichtung betrachtet wird, ist jeder Flügel nahe der Eingangskante bogenförmig gekrümmt, um den Verlust bzw. die Dämpfung auf Grund des auf die Eingangskante wirkenden Stoßes auf ein Minimum zu bringen, wonach sich der Flügel in Radialrichtung in Richtung auf die Ausgangskante erstreckt Wenn das Gebläserad vom Gebläsetyp mit begrenzter Leistung in Axialrichtung betrachtet wird, ha» jedes Blatt einen leicht S-förmigen Verlauf oder gespiegelten bzw. zurückgebogenen Kurvenverlauf, da sich der Flügei in Richtung auf den Außenumfang des Gebläserades erstreckt. Jedoch beinhaltet kein Flügel beider Gebläsetypen eine Drehung in bezug auf die Axialrichtung und der Querschnitt der Flügel, der in parallelen und Abstand zueinander einhaltenden Ebenen genommen wird, die senkrecht zur Achse liegen, vermittelt den Eindruck, daß sie jeweils einander überlagert sind.

Somit weist jeder Flügel eine einzige Krümmung oder eine abwickelbare, gebogene Oberfläche auf.

Die meisten Querschnitte dieser Flügel mit einer eine einzige Krümmung aufweisenden Oberfläche bei einem üblichen Zentrifugalgebläse mit sternförmig angeordneten Platten oder begrenzter Leistung (Grenzleistung) haben die Form eines einzigen Bogens oder die Form von zwei Bögen, die aneinander angrenzen. Somit ist die Herstellung solcher Blätter relativ einfach. Bei einem Flügel dieser Art entspricht jedoch die FIügel-Querschnittsforni, bei der der Radius des Bogens entlang der Sehnenlänge sich progressiv ändert, nahezu der idealen Form vom Gesichtspunkt der Strömungsdynamik, die Herstellung von Flügeln dieser Art ist jedoch äußerst schwierig. Aus diesem Grund wurden derartige Flügel bis jetzt noch nicht in die Praxis umgesetzt, mit Ausnahme von Zentrifugalgebläsen, die Flügel mit Tragflächenprofilen haben, die trotz dieser Schwierigkeit hergestellt werden, um die Vorteile bezüglich des Wirkungsgrades und des niedrigen Geräuschpegels auszunutzen.

Im Gegensatz zu einem Zentrifugalgebläse der vorstehend beschriebenen Art weist ein Gebläse mit diagonaler Strömung, wie es beispielsweise aus der FR-PS 9 71 935 bekannt ist, Flügei auf, deren Eingangskanten bzw. Vorderkanten und Ausgangskvxten bzw. Hinterkanten nicht parallel zur Drehachse der Welle stehen, wobei sich der Radialabstand von der Wellenachse zu jeder Vorderkante progressiv vom einen Ende der Vorderkante zu dem anderen Ende ändert. Der Radialabstand von der Wellenachse zu jeder Hinterkante ändert sich ebenfalls progressiv von einem Ende der Hinterkante zu dem anderen Ende der Hinterkante.

Jeder Flügel müßte zur Erzielung einer optimalen Leistung mit einer komplizierten Doppelkrümmung versehen sein, die dazu führt, daß der Flügel eine Verwindung hat, wenn man ihn in Axialrichtung der Welle betrachtet. Diese und weitere Merkmale eines solchen D'agonalgebläses werden weiter unten im einzelnen angegeben.
Theoretisch hat ein derartiges Diagonalgebläse eine äußerst hohe Leistung, es wurde jedoch bisher nicht in die Praxis umgesetzt wegen der Schwierigkeiten bei der Herstellung doppelt gekrümmter Flügelflächen.

Aus dem DE-GM 18 73 694 ist 2in Gebläserad für ein Diagonalgebläse der eingangs genannten Art bekannt, bei dem das Problem gelöst ist, die austretende Luft in axiale Richtung umzulenken. Das Problem doppelt gekrümmter Flügelflächen ist dort jedoch nicht angesprochen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gebläserad für ein Diagonalgebläse zu schaffen, dessen Leistung im wesentlichen derjenigen eines Gebläserades mit doppelt gekrümmten Idealflügeln entspricht, wobei die Herstellung des Gebläserades jedoch erheblich ver-

einfacht sein soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Gemäß der Erfindung werden die Flügel des Gebläserades aus zwei in besonderer Weise geformten, abwikkelbaren Flächen gebildet, wodurch die Flügel auf einfache V/eise herstellbar sind. Das Gehäuserad mit. diesen speziellen Flügeln hat dabei Eigenschaften, die diejenigen eines Gebläserades mit theoretisch idealen, zweifach gekrümmten Flügeln im wesentlichen entsprechen. Das Gebläserad kann dabei einen Teil eines Zylinders, der eine Oberfläche mit einer einzigen Biegung bzw. eine abwickelbare Oberfläche hat, sowie eine Ebene für jeden Flügel des Gebläserades benutzen. Dadurch wird die Wirkung erreicht, die äquivalent ist gegenüber den Flügeln mit doppelt gekrümmter Oberfläche, welche vom Gesichtspunkt der Strömungsdynamik nahezu dem Idealfall entsprechen, wodurch ein äußerst hoher Wirkungsgrad des Gebläses erreicht wird.

Außerdem kann ein Gebläserad für ein Dia,jonalgebläse vom Typ begrenzter Leistung geschaffen werden, bei dem Teile von zwei zylindrischen Oberflächen für jeden Flügel des Gebläserads benutzt werden, wodurch die eingangs wünschenswerten Ergebnisse erreicht werden.

Jeder Flügel des erfindungsgemäßen Gebläserades ist aus einer Platte hergestellt, deren Oberflächenform auf einen Abschnitt abgestimmt ist, der aus abwickelbaren Oberflächen kombiniert ist, die in einer algebraisch kontinuierlichen Weise aneinander angrenzen; diese Oberflächen schneiden Abstand zueinander einhaltende koaxiale, konische Oberflächen, weiche symbolische Stromlinien des Gases im Strömungsweg entsprechen, wodurch abwechselnde Schnittlinien gebildet werden, die im wesentlichen jeweils mit flach verlaufenden Kurven zusammenfallen, die auf entsprechenden konischen Flächen der symbolischen Stromlinien liegen und jeweils Formgebungen haben, die auf die Gas-Einströmungswinkel am Eingangsteil und die Gas-Ausströmungswinkel am Ausgangsteil des Rügeis abgestimmt sind. Wenigstens die Strömungseingangswinkel ändern sich progressiv entsprechend der Positionen der symbolischen Stromlinien im Strömungsweg. Die gleichmäßig bzw. flach verlaufenden Kurven habeil Krümmungsradien, die sich progressiv zwischen den Eingangs- und Ausgangsteilen ändern. Der Abschnitt der kombinierten, abwickelbaren Oberflächen ist peripher durch die Schnittlinien an den Stromlinien an den Haupt- und Seitenplaüen und durch flache kontinuierliche Kurven festgelegt, die jeweils durch die Enden der flachen Kurven jeweils an den Eingangs- und Ausgangsteilen des Flügels hindurchgehen.

Die Erfindung schafft somit einen Flügel für ein Gebläserad eines Diagonalgebläses, wobei der Flügel im Idealfall die Form einer verdrillten Oberfläche mit doppelter Krümmung bzw. einer nicht abwickelbaren Fläche aufweist. Der Flügel wird durch einen Abschnitt aus einer Kombination einer zylindrischen Platte und einer ebenen Platte gebildet, weiche eine Tangente zur zylindrischen Platte darstellt, oder aus einer Kombination eines Paares von gegenseitig umschreibenden bzw. abgrenzenden zylindrischen Oberflächen, wobei dieser Abschnitt eine abwickelbare Oberfläche bildet. Zur Realisierung der Ausbildung eines Flügels mit abwickelbarer Oberfläche werden die Schnittlinien zwischen dem kombinierten Zylinder und den ebenen Platten oder den kombinierten Zylindern und einer Zahl von koaxialen konischen Oberflächen als Basis für die Konstruktion verwendet, wobei diese Flächen die Stromlinien in dem Gebläserad darstellen. Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen des Gebläserads anhand der Zeichnung zur Erläuterung weiterer Merkmale beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht zur Veranschaulichung eines Gebläserads eines Diagonalgebläses, ίο F i g. 2 eine perspektivische Teilansicht eines wesentlichen Teils des Gebläsera.ds eines Diagonalgebläses zum radialen Plattentyp, und zwar von der Seite gesehen, das in F i g. 1 gezeigt ist,

F i g. 3 eine ebene Abwicklung der konischen Fläche. die durch einein F i g. 1 dargestellte symbolische Stromlinie gebildet wird,

F i g. 4 eine graphische Perspektivansicht zur Erläuterung der Herstellung eines Beispiels eines Flügels des Gebläserads nach der Erfindung für ein Gebläse mit radialer Platte,

F i g. 5A. 5B und 5C graphische Damellungen zur Erläuterung des Grundprinzips der Erfindung, insbesondere im Hinblick auf den in F i g. 4 gezeigten Flügel, F i g. 6A und 6B eine vertikale und horizontale Projektion der Darstellung nach F i g. 4,

F i g. 7 eine perspektivische Teilansicht eines Beispiels eines Gebläserads für ein Diagonalgebläse vom radialen Plattentyp gemäß der Erfindung,

F i g. 8B, 8B und 8C Projektionen zur Erläuterung der Herstellung eines weiteren Beispiels des erfindungsgemäßen Gebläserads.

Fig.9 eine Teilseitenschnittansicht eines weiteren

Beispiels eines Gebläserads für ein Diagonalgebläse, entlang einer durch die Drehachse verlaufenden Ebene.

wobei das Gebläse eine Zwischenscheibe mit konischer Form aufweist,

Fig. 10 eine axiale Teilansicht eines Zentrifugalgebläses vom Typ mit Grenzleistung,

F i g. 11 eine perspektivische Teilansicht eines wesentlichen Teils des Gebläserads eines Diagonalgebläses vr>m Typ Grenzleistung,

Fig. 12 eine ebene Abwicklung einer konischen Oberfläche,die eine symbolische und in Fig.X gezeigte Stromlinie bildet,

Fi g. 13 eine perspektivische graphische Darstellung zur Erläuterung der Herstellung eines Beispiels eines Flügels des Gebläserads nach der Erfindung vom Typ Grenzleistung,

Fig. 14A, 14B und 14Cgraphische Darstellungen zur Erläuterung der Grundprinzipien der Erfindung im Hinblick auf den in F i g. 13 gezeigten Flügel,

Fig. 15A und 15B vertikale und horizontale Projektionen entsprechend F i g. 13, und

Fig. 16 eine perspektivische Teilansicht eines Teiles eines Beispiels eines Gebläserads für ein Diagonalgebläse vom Typ Grenzleistung.

Im Unterschied zum Zentrifugalgebläse weist ein Gebläse mit Diagonalströmung ein Gebläserad mit Flügeln 11 auf, deren Vord.rkanten 12 und Hinterkanten 13 nicht parallel zur Drehachse 14 sind, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist; der Radialabstand von der Wellenacbse 14 zur Vorderkante 12 jedes Flügels ändert sich progressiv als /·,„„ /·,„,..., /·,·„„ jeweils an Positionen, welche den symbolischen Stromlinien 15|, 15₂, ... 15„ des Gasströmungsweges in dem Gebläserad entsprechen. Der Radialabstand von der Wellenachse 14 zur Hinterkante 13 jedes Flügels ändert sich progressiv als ,-„„,„ /·„,„„... /·„„,„. Wenn sich diese Radien auf diese Weise ändern, müssen

die Einströmungswinkel an der Vorderkante 12 zur weitgehenden Beseitigung oder Verringerung eines Aufprallverlustes für die entsprechenden Stromlinien ISi, 152 15„ und die entsprechenden Ausströmungswinkel zum Ausgleich des Druckgefälles bzw. Stau- drucks sich progressiv ändern z\sßu,ßu,...ß\_n bzw. ^n, ßn, ■ ■ ■ ßin. wie dies in F i g. 2 angedeutet ist, wobei F i g. 2 einen Flügel eines Gebläserads eines Gebläses mit Diagonalströmung veranschaulicht, der vom radialen Plattentyp ist; entsprechendes ist in F i g. 11 dargestellt, welche einen Flügel eines Gebläserades eines Gebläses mit Diagonalströmung veranschaulicht, das vom Typ mit begrenzter Leistung ist; bei einem Gebläse mit Diagonalströmung vom radialen Plattentyp sind die Ausströmwinkel/Λ häufig so gewählt, daß sie einen konstanten Wert haben, beispielsweise 90°, wie dies aus F i g. 2 ersichtlich ist, da es möglich ist, das Druckgefälle durch geeignete Wahl der Verhältnisse r_uu, zu r_m der bptrpffpnrien Strömungsünien auszugleichen. Uni eine ideale Gebläseleistung zu erreichen, muß daher die Form jedes Flügels so gestaltet werden, daß er eine komplizierte, verdrillte bzw. gedrehte Oberfläche mit zweifacher Biegung bzw. Krümmung aufweist, wenn der Flügel in Richtung der Achse 14 betrachtet wird.

Dies bedeutet, daß bei Flügeln 11 des Gebläserades eines Gebläses mit Diagonalströmung, die nur die Form einer Oberfläche mit einer einzigen Biegung haben, wobei diese Oberfläche eine einzige Bogenkurve oder eine Kurve mit zwei bogenförmigen Kurven ähnlich den Flügeln I des in Fi g. 12 gezeigten Zentrifugalgebläses habcn, wobei ferner die Flügel geneigt entsprechend der Neigung der entsprechenden symbolischen Stromlinien 15|. 15.2 15i angeordnet sind, die Leistung des Gebläses abfallen würde, mit Ausnahme des Falles äußerst kleiner Flügel. Zur Erhöhung der Leistung wurde ein Versuch zur Herstellung von Flügeln 11 mit der Form einer gedrehten Oberfläche mit zweifacher Biegung unternommen, wobei die Herstellung äußerst schwierig wäre.

Im Grunde genommen werden die Gebläseräder von Gebläsen dieser Art nicht durch Gießen, sondern durch Zusammenbauen von Teilen hergestellt, die grundsätzlich aus gewalzten Stahlplatten bestehen. Flügel mit einer größeren Mannigfaltigkeit der Dimensionierung bis zu großen Flügeln mit Durchmessern von drei bis vier Metern werden auf verschiedenste Weise hergestellt, jedoch in kleinen Mengen. Aus diesem Grund ist es sehr schwierig. Gebläseräder mit Flügeln herzustellen, welche die Form einer Oberfläche mit zweifacher Biegung haben, wenn die betreffenden Kosten erschwinglich sein sollen.

Aus den vorgenannten Gründen wurden und werden Zentrifugalgebläse der beschriebenen Art hergestellt, wogegen Gebläse mit Diagonalströmung, die Flügel 11 mit Doppelbiegung erfordern, wie dies in F i g. 2 und 11 gezeigt ist. bisher trotz der großen Erwartungen bezüglich einer hohen Leistung nicht in die Praxis umgesetzt wurden.

Vor der Beschreibung erfindungsgemäßer Gebläseräder wird eine geometrische Analyse der theoretischen Form von Flügeln für Gebläse mit Diagonalströmung gegeben.

Wie bereits teilweise vorstehend in Verbindung mit F i g. 1 angegeben ist, ist eine Vielzahl von Flügeln 11 durch Schweißen zwischen hüllen- bzw. mantelähnlichen Trag- und Deckscheiben 16 und 17 befestigt, wobei die Tragscheibe 16 an ihrem radial inneren Teil an einer Nabe 18 befestigt ist Die symbolischen Stromlinien 15i.

152, ··■ 15„. welche tatsächlich Stromflächen darstellen, jedoch als Stromlinien bezeichnet sind, stellen jeweils bezüglich der Form konische Oberflächen von halben Scheitelwinkeln Θ_χ. θ₂,... θ_η dar. Jeder Flügel 11 beginnt an den Eingangspunkten (Einlassen) Mi, /Wj,.. .M_n auf diesen konischen Flächen und endet an den Endpunkten bzw. Auslassen /Vt. N2,... N_n. Wenn die konische Oberfläche, die durch eine (15i) der Stromlinien gebildet wird, in einer ebenen Fläche abgewickelt ist, ergibt sich die in F i g. 3 gezeigte Darstellung, wobei ein Schnitt von nur einem Flügel 11 des Gebläserades bei einem Gebläse mit Diagonalströmung von der Art des radialen Plattentyps dargestellt ist.

Dieser Schnitt des Flügels 11 in F i g. 3 hat einen speziellen Einströmwinkel ß\ am Eingangspunkt M\ und einen speziellen Ausströmwinkel ß₂\ (in diesem Fall 90°) am Ausgangspunkt N\ und dazwischen hat dieser Abschnitt des Flügels 11 eine Form, die einen Teil einer Ellipse mii allmählich sich änderndem Krümmungsradius ρ in der Nähe des Eingangspunktes M\ wiedergibt und eine geradlinige Form, die sich radial in Richtung auf den Ausgangspunkt N\ erstreckt. Der spezielle Einströmungswinkel ß\ und der Krümmungsradius ρ dieses Flügels 11 ändern sich kontinuierlich entsprechend ß\, ßi, ■■■ ß\n. wie dies in Fi g. 2 dargestellt ist, und zwar entsprechend dem Übergang der Stromlinien 152, 15j. ... 15„, wie dies in F i g. 1 gezeigt ist. Demzufolge ist eine komplizk ?te Oberfläche mit Doppelkrümmung für jeden Flügel 11 erforderlich, wie dies bereits vorstehend erläutert ist.

Gemäß der Erfindung wird eine Form des Flügels durch Verwendung einer Fläche rrtit einer einzigen Biegung ohne Benutzung einer Fläche mit komplizierter, zweifacher Biegung realisiert, wobei diese Flügelform sich an die vorstehend angegebene Idealform des Flügels annähen. Zur Bildung eines Flügels mit einer einzigen Biegung, der die vorstehend angegebenen geometrischen Erfordernisse erfüllt, benutzt die Erfindung Schnitte zwischen den vorstehend angegebenen konischen Flächen, welche durch die Stromlinien dargestellt werden, und einer zylindrischen Fläche sowie einer Ebene als Tangente zur zylindrischen Fläche für einen Flügel eines Gebläses mit Diagonalströmung vom radialen Pattentyp sowie zwei Zylinderflächen im Falle eines Flügels eines Gebläses mit Diagonalströmung und Grenzleistung.

F i g. 4 gibt eine graphische Perspektivansicht wieder, in welcher die Schnitte bzw. Schnittlinien zwischen den konischen Flächen 15n, 152i, 1531,... 15„i, welche durch

die Stromlinien 15|, 15₂,15₃ 15„ nach F i g. 1 gebildet

werden, und einer zylindrischen Fläche 19 mit dem Radius C sowie einer Ebene 20 als Tangente zur zylindrischen Fläche dargestellt sind, die neu eingeführt wurden. In den Fig.5A, 5B und 5C sind die Schnittlinien zwischen der konischen Fläche 15n, weiche duch die Stromlinie 15i und die zylindrische Fläche 19 und die Ebene 20 gebildet wird, in der Projektion gezeigt, wobei nur eine einzige konische Fläche 15n aus Gründen der Einfachheit dargestellt ist

Für die folgende Analyse werden dreidimensionale rechteckige Koordinatenachsen U, V und W, die in F i g. 4,5A, 5B und 5C eingeführt sind, gezeigt, wobei der Ursprung dieses Koordinatensystems am Scheitel Fder konischen Fläche IS₁1 angeordnet ist Die W-Achse liegt parallel zur Mittellinie O der zylindrischen Räche 19 und bildet einen Winkel K mit der Mittellinie bzw. -achse H der konischen Räche 15n und die V-Achse ist so gelegt, daß sie in der Ebene 20 enthalten ist und über

dem Punkt m_si der Tangente zwischen der zylindrischen Fläche 19 und der Ebene 20 liegt, wobei sich dieser Punkt auf der Kurve M\N\ befindet und zwar auf der W-Achsenrichtung (Pfeilrichtung Q in Fig.4) in Fig.5A betrachtet.

Auf Grund der Weise, wie die Achse W eingetragen ist, läßt sich der Neigungswinkel K der zylindrischen Fläche 19, d. h. der Mittellinie O der Fläche 19, gegenüber tier konischen Fläche 15n durch den Winkel zwischen der IV-Achse und der Mittelachse H der konischen Fläche 15_n darstellen. Diese konische Fläche 15_n kann als die gleiche konische Fläche betrachtet werden, die durch die Stromlinie 15n in Fig. 1 gebildet ist. Die Schnittlinie zwischen dieser konischen Fläche 15, ι und der zylindrischen Fläche 19 sowie der Ebene 20, d. h. der Abschnitt der Linie des Schnittes, der sich vom Eingangspunkt M₁ über den Tangentenpunkt m_s, zum Ausgangspunkt A/| erstreckt, ist durch eine dicke Linie wiedergegeben. Die in F i g. 5 dargestellte Ansicht, die eine Abwicklung der konischen Fläche 15u darstellt, entspricht der Darstellung in F i g. 3.

In Fig.3 hat der Flügel 11 einen speziellen Einströrnungswinkel ß\ und einen speziellen Ausströmwinkel ßi\ (in diesem Fall 90°) auf der konischen Fläche 15, ι der bis (4) entsprechend den Beziehungen

β = tan"

mV/

I —— I + Φ
\axj

d²

ίο die durch Differentiation erhalten werden, läßt sich der Krümmungsradius ρ und der Strömungswinkel β am Punkt m in F i g. 5C erhalten.

Wenn der Punkt m sich am Eingangspunkt M\ befindet, fällt der entsprechende Winkel β mit dem Einströmungswinkel/?n zusammen. Wenn sich dieser Punkt m am Tangentenpunkt m_s\ der zylindrischen Fläche 19 und der Ebene 20 befindet, fällt der entsprechende Winkel β mit dem Ausströmungswinkel ßi\ (in diesem Fall 90') zusammen. Wenn der willkürliche Punkt m sich auf der geraden Linie m,\N\ befindet, die einen Teil des Schnittes zwischen der Ebene 20 und der konischen Fläche 15i ι darstellt, die durch die Stromlinie 15, gebildet wird, ergibt sich auf ähnliche Weise in diesem Fall die Koordinate u, die durch die Gleichung (3) ausgedrückt ist, so

Stromlinie 15| und dazwischen liegt ein Abschnittsprofil 25 wie dies in Gleichung (3)' angegeben ist, welche nachstein Form einer flachen Kurve mit einem K.rümmungsra- hend aufgeführt ist und zwar unabhängig von der Posidius p, der sich in der Nähe des Eingangspunktes M₁ progressiv ändert, wonach die Kurvenform eine gerade Linie darstellt, die radial verläuft. Dieses Abschnittsprofil kann geometrisch dadurch erhalten werden, daß die Koordinaten u_a und v₀ der Mittellinie O der zylindrischen Fläche 19 entlang den Achsen U und V bestimmt werden, der Neigungswinkel K und der Radius C in Fig.5A und 5B durch die nachfolgend beschriebene Methode. Es ist zu beachten, daß der Ausströmungswin- 35 kcl/21 am Ausgangspunkt N\ 90° beträgt, da die Ebene 20 das Element 22 (Fig.4) der konischen Fläche 15,1

tion des Punktes m.

30 Weiterhin ergeben sich Gleichung (5)' und (6)' wie folgt:

ßi\ (in diesem Fall 90°)

40

enthält.

Diese Verhältnisse werden nunmehr geometrisch überprüft. Ein willkürlicher Punkt m auf der Kurve M₁N₁, welcher einen Teil des Schnittes zwischen der konischen Fläche 15| 1 der Stromlinie 15| und dem Zylinder 19 darstellt, wird im folgenden betrachtet. Dieser Punkt m hat die Koordinaten (u, v/in F i g. 5A, die Koordinaten (v, w) in Fig.5B, die Koordinaten (x, y) in F i g. 5C, wobei die Koordinaten (x, y) auf den rechtwinkligen Koordinatenachsen X und ^basieren, welche ihren Ursprung auf der Achse H haben, wie dies in F i g. 5C gezeigt ist. Die Achse Vnimmt einen Winkel θ\ gegenüber der Achse //ein und geht durch den Tangentenpunkt /7?si und den Ausgangspunkt N\ hindurch.

In diesem Fall wurde festgestellt, daß folgende Verhältnisse infolge mathematischer und geometrischer Analysen bestehen:

50

χ = Γ(Θ,ιι,γ)

y = ί(θ. u. r)

u = /γα, V₀, K, θι, C, r)

Φ=ί(θ.υ._Γ)

0) (2) (3) (4)

r ist dabei der Abstand zwischen dem Punkt m und der Achse H in F i g. 5B, Φ ist der Winke! zwischen der Achse Kund der geraden Linie, weiche durch den Punkt m (x, y) und den Ursprung E der Achse Y (F i g. 5C) hindurchgeht Durch Substitution der Gleichungen (1) Der orund, warum der Wert des Strömungswinkels ß_s\ am Tangentenpunkt m_s\ der gleiche ist (in diesem Fall 90°) und zwar wenn er durch Berechnung im Hinblick auf die zylindrische Fläche 19 (d. h. die Kurve M_xm_s\) erhalten wird, oder wenn der durch Berechnung im Hinblick auf die Ebene 20 (d.h. die gerade Linie m_h\N\) erhalten wird, besteht darin, daß die zylindrische Fläche 19 und die Ebene 20 Tangenten zum zylindrischen Element S] — S₂ (F i g. 4) sind, welches den Tangentenpunkt /77ji enthält. Infolgedessen ist die Schnittlinie vom Eingangspunkt m_s\ zum Ausgangspunkt N₁ algebraisch kontinuierlich.

Der Krümmungsradius ρ ändert sich allmählich vom Eingangspunkt M^ zum Tangentenpunkt m_s\. Daher ist die !Curve vom Eingangspunkt M\ zum Tangentenpunkt m_s\ eine ideale, flache Kurve im Gegensatz zu den Flügeln des Gebläserades des bekannten Zentrifugalgebläses vom radialen Plattentyp, bei dem jeder Flügel eine Kurve hat, die aus einem einzigen Bogen oder höchstens aus zwei Bogen unterschiedlicher Radien in der Nähe des Eingangspunktes M\ besteht

Auf diese Weise wird die Stromlinie 15] nach F i g. 1 erhalten, wie dies in F i g. 4 umrissen ist Auf gleiche Weise werden die repräsentativen Stromlinien 15₂,15₃, ... 15„ jeweils aus den Schnitten zwischen dem Zylinder 19 und der Ebene 20 und den konischen Flächen 15₂₎. 1531,— 15„j erhalten.

Fig.6 zeigt eine Projektion dieses Zustandes, und zwar in Richtung des Pfeiles (?(Fig.4) gesehen. Diese Projektion entspricht F i g. 5A. F i g. 6B ist eine F i g. 5B entsprechende Projektion. Diese Schnittlinien können

leicht dadurch berechnet werden, indem im Hinblick auf die konischen Flächen 152i, 153i,... 15„i Vorgänge ähnlich denjenigen ausgeführt werden, die in bezug auf die konische Fläche 15n erläutert sind.

Fig.6A und 6B sind somit ähnlich Fig.5A bzw. F i g. 5B, jedoch sind weitere konische Flächen 152i. 153i, ... 15„t in Fig.bA bzw. 6B eingezeichnet, die eine gemeinsame Mittelachse bzw. Mittellinie H mit der konischen Fläche 15n haben, sowie jeweils halbe Scheitelwinkel Θι, 6>3, ...θ_η. Diese η konischen Flächen 15n, 1521.. · · 15ni sind in gleicher Waise angeordnet, wie die η konischen Flächen, welche durch die Stromlinien 15|, 152, ■ · · 15„ in F i g. 1 gebildet sind; darüber hinaus wird der Flügel 11 nach Fig. 1 als Teil des Zylinders 19 mit dem Radius Cund der Ebene 20 erhalten, wie aus F i g. 6 hervorgeht.

Aus Fig.4 und 6 ist ersichtlich, daß bei Betrachtung der Gruppe von η konischen Flächen, die in der gezeigten Weise geneigt sind, in Axialrichtung des Zylinders 19 (Pfeürichtung Q in Fig.4) die Schnittlinien, d.h. der Flügel 11 mit einem Teil der Fläche mit einer einzigen Biegung zusammenfällt, welche den Zylinder 19 mit dem Radius Cund die Ebene 20 enthält, und die Schnittlinien, bzw. der Flügel 11, keine Drehung bzw. Verdrilling aufweist, und als eine Überlagerung mit dem gleichen Teilprofil erscheint.

Wenn die konische Fläche 15n in eine ebene Fläche abgewickelt wird, ergibt sich die in Fig. 5C gezeigte Abwicklung und die anderen konischen Flächen IS₂I, 1531, ---1SnI können auf ähnliche Weise abgewickelt werden. Die Schnitte auf Grund dieser Abwicklungen sind in Fig.6 nicht gezeigt, jedoch in Fig.4 umrissen und beginnen jeweils an den Punkten M2M3, ■ ■ ■ M_n,

gehen durch die Tangentenpunkte /77,2, /n_S3 m_sn durch

und enden am Punkt N₂, Nz,... N_n. wobei die Einströmungswinkel ß\2,/?22, ...ß\_n und ein Ausströmungswinkel /21 vorliegen, wobei die Einströmungswinkel geringfügig gegenüber dem Einströmungswinkel ßw an der Stromlinie 15| 1 abweichen. Zwischen den Eingangs- und Tangentenpunkten haben die Schnittlinien die Form von flach verlaufenden Kurven mit allmählich sich änderndem Krümmungsradius p. Die Ausströmungswinkel der Schnitte, d. h. die dafür repräsentativen Stromlinien 15₂,15_3l... 15„ umfassen einen Winkel von 90° (konstanter Wert), da die Schnittebene 20 durch Elemente der konischen Flächen 15₂i, IS₃₁.... 15„, hindurchgeht. Die Schnittlinien sind natürlich kontinuierliche Kurven im algebraischen Sinn an den Tangentenpunkten m_s2, m_S3, ... m,„ der zylindrischen Fläche 19 und der Ebene 20. Daß die Einströmungswinkel ßw,ß\2, ...ß\„ jeweils geringfügig voneinander abweichen, ist ein natürliches Ergebnis der Änderung des radialen Abstands r,„ am Eingangspunkt jeder der Stromlinien 15i, 15₂ 15„, wie

dies vorstehend unter Bezugnahme auf F i g. 1 erläutert ist.

Wenn alle Schnittlinien, d. h. alle dafür repräsentativen Stromlinien 15_t, 15₂,... 15„ durch Berechnung entsprechend vorstehender Erläuterung bestimmt sind, sind die Figuren, die durch die Kurve M_{m_s„ an der Stromlinie 15,, die Kurve M„m_sn an der Stromlinie 15„ und die Kurve M_tM„ sowie die gerade Linie m_s\m_in. welche die übrigen Stromlinien umgehen, und die Figur, die durch die gerade Linie m_s\N\ an der betreffenden Stromlinie 15|, die gerade Linie m_s„N„ an der Stromlinie 15„ und die gerade Linie m_fi/n», sowie die Kurve NiN_n. welche die übrigen Stromlinien umgehen, umschlossen sind, jeweils aus einem zylindrischen Teil ausgeschnitten, wobei der zylindrische Teil der zylindrischen Fläche 19 mit dem Radius C und einem ebenen Plattenausschnitt entsprich», welcher der Ebene 20 entspricht. Die Stelle dieses Ausschnittes ergibt sich leicht durch die Koordinatendes Punktesm.d. h.m(u, v. w)\n Fig.5.

Andererseits kann die Ausschnittstelle im Fall einer ebenen Abwicklung ebenfalls leicht durch die Koordinaten des Punktes m(x,y) verdeutlicht werden. Demzufolge kann die Figur,die durch die Kurven M\N\, N\N„, M_nN_n und M[M_n aus einem Stahlblech bzw. einer Stahlblechtafel ausgeschnitten werden und der Teil von den Eingangspunkten M\, M2, ...M_n zu den Tangentenpunkten /77₅|, ma, ■ ■ ■ m_sn kann auf einen Radius Cgebogen sein. Da die Tangentenlinie der zylindrischen Fläche 19 mit dem Radius Cund die Ebene 20 mit einem EIement Si —52 der zylindrischen Fläche 19 zusammenfällt, kann in diesem Fall die Herstellung des Flügels durch Biegen des Stahlbleches, beispielsweise mittels Rollen und Walzen, leicht ausgeführt werden.

Auf die vorstehend erläuterte Weise wird der Flügel aus der zylindrischen Fläche und der Ebene 20 ausgeschnitten. Andererseits kann ein Stahlblech, das vorher ausgeschnitten wurde, auf einen Radius C an dem Teil gebogen werden, der dem Bereich nahe der Eingangspunkte entspricht. Dann werden gemäß Fig. 7 die auf diese Weise geformten Flügel limit der Tragscheibe 16 und der Deckscheibe 17 zusammengesetzt, wodurch ein Gebläse gebildet wird. Auf diese Weise wird ohne Verwendung von Flügeln mit zweifach gekrümmten Flächen, die für Gebläse mit Diagonalströmung als Notwendigkeit angesehen wurden, ein Gebläse auf einfache Weise hergestellt, dessen Flügel eine Leistung erzeugen, die derjenigen von Flügeln mit zweifacher Biegung äquivalent ist.

Bei der Konzipierung eines Gebläserads gemäß der Erfindung für ein Gebläse mit Diagonalströmung vom Typ einer radialen Platte werden zuerst die Stromlinien 15i bis 15„ gemäß Fig. 1 bestimmt. Davon werden die halben Scheitelwinkel ß\ bis B_n der konischen Flächen bestimmt. Die Standardwerte, die üblicherweise auf dem Verhältnis zwischen den Innen- und Außendurchmessern jedes Flügels basieren, wurden in Übereinstimmung mit der Gasstromungsgeschwindigkt.it und dem Austrittsdruck bzw. Enddruck bestimmt und dadurch ist die Verteilung bzw. der Verlauf des Einströmungswinkels ß\ entlang der Flügeleingangskante 12 durch die Drehgeschwindigkeit des Gebläserades bestimmt.

Der Radialabstand r_s des Tangentenpunkts m_s des gebogenen Teils zum geradlinigen Teil des Flügels 11 wird ebenfalls so gestaltet, daß er gleich einem Standardwert ist, der auf der Erfahrung beruht. Die Abstände U₀ und v₀ nach F i g. 4 und 5 ergeben sich aus dem Radiusabstand r_s\ des Tangentenpunkts m_si (F i g. 5B) nach Bestimmung des Neigungswinkels K und des Radius C der zylindrischen Fläche. Demzufolge ergeben sich als verbleibende Variable die Werte K und C. Diese beiden Variablen K und C sind so bestimmt, daß der Einströmungswinkel ßx an der Eingangskante 12 einen speziellen Wert annimmt Wenn auf diese Weise der Winkel K und der Radius C ebenso wie die Koordinaten Uo und Vo bestimmt sind, ist es nunmehr möglich, die Eingangs- und Ausgangspunkte M\ und N\ sowie den Tangentenpunkt /77,1 aufzutragen und die Kurve 15| auf einem ausgestanzten Zylinder 19 aufzutragen. Diese Kurve 15; läßt sich leicht durch die Koordinaten des Punktes m bestimmen, d. h. m (u, v, w).

Die auf diese Weise bestimmten Positionen der Eingangs- und Ausgangspunkte M\ und Ni auf dem Zylinder werden grundsätzliche Referenzpunkte, von wel-

chem ausgehend die Auftragung der übrigen Eingangsund Ausgangspunkte Mi, Mz, ...M₁, und /V2, N},... N_n beginnt. Der nächste Schritt ist die Bestimmung der Positionen der benachbarten bzw. anliegenden Eingangs- und Ausgangspunkte M2 und Λ/2 auf der Schnittlinie oder Kurve 152. Die Bestimmung der Position des Punktes M2 wird dadurch ausgeführt, daß der innere Radialabstand zu diesem Punkt von der Wellenachse im Hinblick auf die konische Fläche 152i, in welcher die Schnittlinie 152, auf der Basis der bestimmten Werte des Winkels K, des Radius C und der Koordinaten Uq und Vo so eingestellt wird, daß der vorbestimmte Einströmungswinkel/?! 2 erhalten wird. Wenn die auf diese Weise bestimmte Position des Punktes im wesentlichen nicht mit einer rngenommenen Position übereinstimmt, wird eine unterschiedliche Kombination der Werte K und C vorgenommen und das gleiche Verfahren, wie vorstehend angegeben, wiederholt. Das gleiche Verfahren wird für die übrigen konischen Stromlinienflächen ausgeführt, um die Positionen der übrigen Punkte zu bestimmen. Er ist zu beachten, daß die Bestimmung der Ausgangspunkte leicht ausgeführt werden kann, da der Ausströmungswinkel konstant ist.

Zur Erleichterung bei der Zeichnung können die Daten vorher in der beschriebenen Weise als Zeicheninformation vorbereitet werden, so daß die wesentlichen Dimensionierungen unverzüglich bestimmt werden können, wenn der Einströmungswinkel und das Verhältnis zwischen den Innen- und Außendurchmessern des Gebläserades gegeben sind. Beispielsweise im Falle eines InrienAußendurchmesser-Verhältnisses λ und einem konischen halben Scheitelwinkel θ können eine graphische Darstellung mit dem Neigungswinkel K als Abszisse, dem Einströmungswinkel ß\ als Ordinate und dem Zylinderflächenradius CaIs Parameter vorher vorbereitet werden.

Bei der vorstehenden Beschreibung war die Schnittlinie 15| am einen Ende als Bezugskurve aus Gründen der Einfachheit genommen worden. Bei der praktischen Zeichnung wird jedoch die Bezugskurve nicht aus der Schnittlinie am einen Ende, sondern aus der Linir. in der Mitte des Flügels ausgewählt. Die Benutzung einer solchen Mittellinie als Bezugskurve ist vorteilhaft, da sie die Hauptstromlinie darstellt.

In der vorstehenden Beschreibung ist der Fall angegeben, in welchem die Ebene 20 so angeordnet ist, daß Elemente der konischen Fläche in dieser Ebene liegen, wodurch der Ausströmungswinkel ßi auf einen konstanten Wert von 90° bestimmt ist. Notwendigenfalls können jedoch die verschiedenen Dimensionierungen durch ähnliche Berechnung auch für den Fall bestimmt werden, in welchem der Ausströmungswinkel ßi sich progressiv ändert. Beispielsweise in dem Fall, in welchem der Ausströmungswinkel ßi sich progressiv entlang der Ausgangskante 13 aus bestimmten Gründen ändert, beispielsweise um ein noch gleichmäßigeres Druckgefälle an der Ausgangskante 13 zu erhalten oder eine Verbesserung in der Leistung zu erreichen, wird der Strömungswinkel ß_s am Tangentenpunkt m_s der zylindrischen Hache 19 und der Ebene 20 kleiner (oder größer) als 90° gewählt Die Schnittzeichnung entsprechend F i g. 5 für diesen Fall ist in F i g. 8 gezeigt. Die Ebene 20 ist so gewählt, daß sie parallel zur W-Achse liegt und darüber hinaus die K-Achse mit einem bestimmten Winkel an einem Punkt 5b (F i g. 4) auf der V-Achse schneidet.

Danach werden die Schnittlinien der konischen Flächen IS₁1, 1521, ... 15„i und die zylindrische Fläche 19 sowie die Ebene 20 auf die gleiche Weise erhalten. Der Ausströmungswinkel ßi des Flügels 11 ändert sich dann progressiv entsprechend ßi\. ßn,. ..ßi_n an den Schnittpunkten und, wie weiter in Fig. 8 gezeigt ist, wird die Kurve vom Tangentenpunkt m_s zum Ausgangspunkt N eine flache Kurve (in diesem Fall eine nach hinten gebogene Linie), wobei der Krümmungsradius sich allmählich ändert. Der Flügel 11 weist natürlich eine algebraische kontinuierlich verlaufende Kurve an den Tangentenpunkten m_s\ bis m_sn der zylindrischen Fläche 19 und der Ebene 20 auf.

F i g. 9 zeigt ein Beispiel einer Konstruktion eines Gebläserades, bei dem eine Zwischenscheibe 21 konischer Form zusätzlich zwischen der Tragscheibe 16 und der Deckscheibe 17 des in Fig. 1 gezeigten Gebläserades angeordnet ist und wobei alle Flügel 11 durch diese Zwischenscheibe 21 in Abschnitte Hi und 112 geteilt sind. Abhängig von den Umständen können mehrere Zwischenscheiben auf ähnliche Weise vorgesehen werden, um die Flügel 11 in eine größere Zahl von Abschnitten zu unterteilen.

Der Grund für eine derartige Maßnahme liegt darin, daß in dem FaSl, in welchem die Erfordernisse für die Änderungen der Einströmungswinkel ß\ bis ß\„ und der Ausströmungswinkel ßi\ bis ßi„ nicht für all die repräsentativen Stromlinien 15| bis 15„ in bezug auf jeden Flügel 11 durch einen einzigen Zylinder 19 und eine einzige Ebene 20 erfüllbar sind, Flügel durch Schnitte mit einer Vielzahl von gegenseitig unterschiedlichen Zylindern und Ebenen erzeugt werden, die durch diese Maßnahme ermöglicht werden. Ein weiterer Grund besteht darin, daß durch diese Konstruktion die Festigkeit des Gebläserads selbst durch den Einsatz von der Zwischenscheibe 21 erhöht werden kann.

Die Erfindung kann auch auf solche Gebläseräder von Gebläsen mit Diagonalströmung und vom Typ begrenzter Leistung angewandt werden, wie dies im folgenden in Verbindung mit den Fig. 11 bis 16 beschrieben wird. Die grundsätzlichen strukturellen Merkmale eines Gebläserads für ein Gebläse dieses Typs sind ähnlich denjenigen für ein Gebläserad eines Gebläses mit Diagonalströmung und von der Art einer radialen Platte, wie dies vorstehend bereits angegeben ist und daher im folgenden nicht nochmals beschrieben wird.

Eine ebene Abwicklung der konischen Fläche 15n. welche die Stromlinie ISi in Fig. 1 darstellt, ist in Fig. 12 gezeigt und veranschaulicht einen Sehnenabschnitt eines Flügels 11. Dieser Flügelabschnitt weist einen speziellen Einströmungswinkel ß\ am Eingangspunkt M] und einen bestimmten Ausströmungswinkel ßi am Ausgangspunkt N\ auf und weist zwischen diesen Punkten eine gebogene Form auf, welche einen Teil einer Ellipse mit allmählich sich änderndem Krümmungsradius ρ darstellt. Der Einströmungswinkel ß\ des

Flügels 11 ändert sich progressiv als ß\i, ßu ß\„. wie

dies in Fig. 11 entsprechend den Stromlinien 152, 153. ... 15„ in Fig. 1 angedeutet ist, wobei sich der Krümmungsradius ρ ebenfalls ändert. Aus diesem Grund muß der Flügel 11 eine komplizierte, zweifach gebogene Flächenform haben. Diese zweifach gebogene Flügelform wird nahezu durch den erfindungsgemäßen Flügel 11 erreicht, der auf folgende Weise erhalten wird.

Fig. 13 ist eine graphische Perspektivansicht zur Darstellung der Schnittlinien zwischen koaxialen koni-

sehen Flächen, welche den Stromlinien 15i, 152 15„ in

F i g. 1 entsprechen, und zwei neu eingeführten imaginären zylindrischen Flächen 29 und 30, die aneinander angrenzen. In den F i g. 14A, 14B und 14C sind die Schnitte

zwischen einer konischen Fläche, weiche der Stromlinie 15i entspricht, und den zylindrischen Flächen 29 und 30 als Projektion gezeigt. Für die folgende Analyse werden dreidimensionale, rechteckige Koordinatenachsen U, V und W ähnlich denjenigen der vorstehend beschriebenen Ausführungsiorm benutzt Der Ursprung dieses Koordinatensystems liegt im Scheitel E der konischen Räche 15ii- Die W-Achse ist so gelegt, daß sie parallel zur Mittellinie O\ der zylindrischen Fläche 29 sowie zur Mittellinie O₂ der zylindrischen Fläche 30 liegt, während die K-Achse so liegt, daß sie über dem Punkt m_s\ der Tangente zwischen den zylindrischen Flächen 29 und 30 auf der Kurve MiM liegt, und zwar von der IK-Achsennchtung gemäß F i g. 14 (Pfeilrichtung Q in Fi g. 13) gesehen.

Wie in F i g. 13 gezeigt ist, entsprechen den Koordinatenachsen -U. K und W der Mittellinie O\ der zylindrischen Fläche 29 mit dem Radius Ct in den tZ-Achsen- und K- Achsen-Richtungen an und v_ol, während den Koordinaten bezüglich der Mittellinie O₂ der zylindrischen Räche 30 mil dem Radius Cj in der U- und V-Aehsen-Richtung U02 und V₀₂ entsprechen. Die Mittellinien O\ und O₂ dieser beiden zylindrischen Flächen 29 und 30 sind um denselben Winkel K gegenüber der Mittellinie H der konischen Räche 15u mit dem halben Scheitelwinkel θ\ geneigt. Diese beiden zylindrischen Flächen 29 und 30 stellen abwechselnd Tangenten entlang einem gemeinsamen zylindrischen Element S1S2 dar, welches durch einen Punkt Sauf der K-Achse hindurchgeht.

Auf Grund der Art und Weise, auf weiche die» W-Achse in der beschriebenen Weise angeordnet ist, kann der Neigungswinkel K des Zylinders 29 durch den Winkel zwischen der VK-Achse und der Mittellinie //der konischen Fläche 15n ausgedrückt werden. Die konische Räche 15m ist die gleiche wie die konische Fläche, weiche durch die entsprechende repräsentative Stromlinie 15| in Fig. 1 gebildet ist. Die Schnittlinie zwischen dieser konischen Fläche ISi 1 und den beiden zylindrischen Flächen 29 und 30, d. h. der Teil der Tangentenlinie vom Eingangspunkt Mt durch den Tangentenpunkt m_s\ zum Ausgangspunkt M ist durch eine dick eingetragene Kurvenlinie in der Abwicklung der konischen Fläche 15ii in Fig. 14 gezeigt: diese Kurve ist der Kurve des Flügels 11 in F i g. 12 äquivalent.

Das Teilprofil des Flügels 11 nach F i g. 12 hat spezielle Einströmungs- und Ausströmungswinkel ß\ \ bzw. ßn auf einer konischen Fläche 15n einer repräsentativen Stromlinie 15, und der Eingangspuakt M\ und der Ausgangspunkt M sind durch eine flache längliche und S-förmige Kurve miteinander verbunden, die einen Krümmungsradius hat, der sich progressiv ändert. Dieses Teilprofil des Flügels 11 kann geometrisch durch Bestimmung der Abstände u_Oi. Hoi. U02 und V₀₂ des Neigungswinkels K und der Radien Q und Ci durch die nachfolgend beschriebene Methode erhalten werden.

Diese Verhältnisse sind geometrisch mit denjenigen der vorstehenden Ausführungsformen der Erfindung, die in bezug auf die Gleichungen (1) bis (6) beschrieben wurde, ähnlich.

Wenn beispielsweise irgendein Punkt m auf der gebogenen Kurve m,\N\ vorgesehen wird, die ein Teil der Schnittlinie zwischen der konischen Fläche 15n, welche durch die Stromlinie 15| dargestellt wird, und der zylindrischen Flächt 29 ist, dann ergibt sich bezüglich dieses Punktes die gleiche Theorie direkt mit der Ausnahme, daß die Gleichung (3) sich in folgende Form ändert:

Infolgedessen wird der Krümmungsradius ρ und der Strömungswinkel ,^des Punktes m in F i g. 14C erhalten. Wenn der Punkt m auf dem Tangentenpunkt m_s\ liegt, fällt der Winkel β zu diesem Zeitpunkt mit dem Strömungswinkel/?ji am Punkt der Biegung der S-Figur zusammen; wenn sich der Punkt m am Ausgangspunkt M befindet, dann stimmt der Winkel β mit dem Ausströmungswinkel ß₂\ überein.
Wenn auf ähnliche Weise irgendein Ininkt m auf der gebogenen Kurve M\m_si angeordnet wird, die einen Teil der Schnittlinie zwischen der konischen Fläche 15h, die durch die Stromlinie 15i gebildet ist, und der zylindrischen Räche 30 ist, dann ergibt sich bei Betrachtung dieses Punktes die vorstehend beschriebene Theorie mit der Ausnehme, daß die Gleichung (3) sich in folgende Form ändert:

u = f(uo2, V₀₂. K, ft, C₂, r)

u = f(uou vouK.6,.Cur)

Wenn demzufolge der Punkt m sich am Eingangspunkt M\ befindet, dann iäilt der Winkel β mit dem Einströmungswinkel ß\ zusammen und wenn der Punkt m auf dem Tangentenpunkt m_s\ liegt, dann stimmt der Winkel β mit dem Strömungswinkel β_Λ am Punkt der Biegung der S-Figur überein. Da die beiden zylindrischen Rächen 29 und 30 gegenseitig Tangenten entlang ihrer Elemente S\ bis S₂ sind, hat der Strömungswinkel ß_s\ an diesem Tanpentenpunkt (Punkt der Biegung) den gleichen Wert, wie er sich durch Berechnung auf der Grundlage der Tatsache ergibt, daß er auf der zylindrischen Fläche 29 (auf der Kurve m_s\ M) liegt oder auf der Grundlage, daß er auf der zylindrischen Räche 30 (auf der Kurve M_trn_si) liegt Somit ist es offensichtlich, daß die Kurve M\N\ mit S-Form eine algebraisch kontinuierliche Kurve ist

Bei Betrachtung des Falles, daß sich der Punkt in vom Eingangspunkt M\ zum Ausgangspunkt M bewegt, ändert sich der Krümmungsradius ρ allmählich. Aus diesem Grund ist die S-Kurve vom Eingangspunkt M\ zum Ausgangspunkt M eine flach verlaufende Kurve, die sich an die Idealform annähert, und zwar im Gegensatz zu einem Gebläserad eines üblichen Zentrifugalgebläses mit begrenzter Leistung, bei dem jeder der gebogenen Teile der S-förmigen Gestalt einen einzigen oder höchstens zwei Bögen aufweisen, die aneinander angrenzen.

Auf die vorstehend beschriebene Weise wird die Stromlinie 15t 1 (Fig. 1) erhalten, wie dies in Fig. 13 im Abriß dargestellt ist Auf gleiche Weise werden die übrigen repräsentativen Stromlinien 15₂,153,... 15„ (F i g. 3) als die entsprechenden Schnittlinien zwischen den zylindrischen Flächen 29 und 30 und den konischen Flächen 15_2t,153i,... 15<ii erhalten.
F i g. 15A ist eine Projektion dieses Zustandes in Richtung des Pfeiles Q(Fig. 13) gesehen. Diese Projektion entspricht Fig. 14A und Fig. 15B entspricht Fig. HB. Diese Schnittlinien können leicht durch Berechnung erhalten werden, wobei im Hinblick auf die konischen Flächen 152i, lSsi,... 15„i Operationen ausgeführt werden, die ähnlich denjenigen Operationen sind, die bezüglich der konischen Fläche 15ι ι ausgeführt wurden.

Dies bedeutet, daß die Fig. 15A und 15B äquivalent zu F i g. 14 sind, wobei zusätzlich die konischen Flächen 1521, 1531, ··■ 15(ii vorliegen, die koaxial gegenüber der konischen Fläche 15u mit der Mittellinienachse Hals gemeinsame Mittellinie angeordnet sind und jeweils halbe Scheitelwinkel Θ2, Θ3,... θ_η haben. Diese η konischen Flächen 15n, 15₂|,... 15„i sind in ähnlicher Weise

angeordnet wie die η konischen Flächen, welche durch die Stromlinien 15|, IS₂, - - - IS_n(F i g. 1) gebildet werden; darüber hinaus ist der Flügel 11 nach F i g. 1 durch einen Teil der zylindrischen Fläche 29 mit dem Radius Q und der zylindrischen Fläche 30 mit dem Radius C₂ nach Fig. 15 ersetzt

Aus den Fi g. 13 und 15A ist ferner ersichtlich, daß bei Betrachtung der Schnittlinien auf den π konischen Flächen in Axialrichtung der zylindrischen Flächen 29 und 30 (Pfeilrichtung Q in F i g. 13) die Schnittlinien, d. h. der Flügel 11 einen Teil einer (abwickelbaren) Fläche nut einziger Biegung ist, die durch die zylindrische Fläche mit dem Radius Q und die zylindrische Fläche mit dem Radius C? gebildet wird und keine Drehung aufweist und als Überlagerung der gleichen Teilprofile erscheint Wenn die konische Fläche 15ι ι in eine Ebene abgewikkclt wird, ergibt sie sich gemäß Fig. 14C, wie dies bereits vorstehend erwähnt ist

Die konischen Flächen IS₂1,153i,... 15_nI können auf gleiche Weise abgewickelt werden. Die Schnittlinien auf Grund dieser Abwicklungen beginnen an den Eingangspunkten M₂, My, ...M_n, gehen durch die Tangentenpunkte (Biegungspunkte) m_a rna,... m_a durch und enden an den Ausgangspunkten N₂, ...N_n, wie dies im Abriß in F i g. 13 dargestellt ist obgleich dies in F i g. 15 nicht veranschaulicht wird. Diese Schnittlinien haben jeweils Einströmungswinkel βη,βη,. ..ß\_n und Ausströmungswinkel βη,βη, ■ ..ßin. die sich progressiv um kleine Differenzen gegenüber dem Einströmungswinkel ß\ \ und· dem Ausströmungswinkel ß_2x unterscheiden, welche der Stromlinie 15j entsprechen; die Eingangspunkte und entsprechenden Ausgangspunkte stehen jeweils über gleichmäßig verlaufende Kurven mit dem Krümmungsradius/? in Verbindung, der sich allmählich ändert.

Alle Schnittlinien sind natürlich algebraisch kontinuierliche, auch an den Tangentenpunkten m_a, m_s3,... m_s„ der zylindrischen Flächen 19 und 20. Daß sich die Einströmungswinkel ßu.ßn,.·· ß\n und Ausströmungswinkcl ß7\, ßn, ...ßin jeweils geringfügig voneinander unterscheiden, ist ein natürliches Ergebnis der Änderungen des Radialabstandes r,„ am Eingangspunkt und des Radialabstandes r«,, am Ausgangspunkt jeder repräsentativen Stromlinie 15r, 15₂,... 15„, wie dies bereits unter Bezugnahme auf F i g. 1 beschrieben ist.

Wenn alle Schnittlinien, d. h. eine repräsentative Stromlinie 15|, 15₂, ...15,, funktionsmäßig bestimmt sind, ist der durch die Kurve m_s\N\ an der Stromlinie 15|, durch die Kurve m_s„ Nn an der repräsentativen Stromlinie 15„ und durch die Kurve N\N„ und die alle repräsentativen Stromlinien umgehende gerade Linie /7j,i m,n umschlossene Teil von der zylindrischen Fläche 29 mit dem Radius Ci herausgeschnitten. Der durch die Kurve /W|/T7j| an der repräsentativen Stromlinie ISi. die Kurve M„m_sn an der Stromlinie 15„unddie Kurve M\M„ sowie die gerade Linie m_s\m_sn, weiche alle repräsentativen Stromlinien umgeht, umschlossene Teil ist aus der zylindrischen Fläche 30 mit dem Radius C₂ herausgeschnitten. Der Weg oder Abriß dieser Schnittoperation läßt sich leicht durch die Koordinaten des Punktes m, d. h. m (u, v. w) bestimmen.

Andererseits läßt sich der Schnittweg im Falle der Abwicklung in eine ebene Figur leicht auf ähnliche Weise durch die Koordinaten des Punktes m (x. y) bestimmen. Aus diesem Grund kann der Flügel 11 dadurch hergestellt werden, daß zuerst ein Teil aus einer ebenen Stahlplatte bzw. Stahlblech herausgeschnitten wird, der durch die Kurven M\N\, N\N„, M_nN_n und M\M„ umschlossen ist und wonach dann dieses herausgeschnittene Stahlelement auf den Radius C\ und auf den Radius C₂ gebogen wird, wodurch diesem Stahlelement eine S-Form verliehen wird.
Da in diesem Fall die Verbindungslinie der zylindrisehen Flächen 29 und 30 mit den Radien C_x bzw. C₂ ein Element jeder dieser beiden zylindrischen Flächen ist läßt sich der Flügel 1 leicht durch Biegen der Stahlplatte, beispielsweise durch Walzen herstellen.

Der Flügel wird auf diese Weise aus den zylindrischen Flächen 29 und 30 oder aus einem flachen bzw. ebenen Stahlblech herausgeschnitten und dann in S-Form mit Radien Q und C₂ gebogen. Durch Verbindung einer bestimmten Zahl dieser Flügel 11 mit einer Tragscheibe 16 und einer Deckscheibe 17, wie dies in F i g. 16 gezeigt ist wird ein Gebläse mit Diagonalströmung erhalten, dessen Leistung äquivalent derjenigen eines Gebläserades ist, welches Flügel mit zwei Biegungen aüi weisenden Flächen hat, die für ein Gebläserad eines Gebläses mit Diagonalströmung als erforderlich angesehen wurden. Somit läßt sich ein Gebläserad mit hoher Leistung leicht herstellen.

Bei der tatsächlichen konstruktiven Bestimmung eines Gebläserades gemäß dieser Ausfükrungsform der Erfindung für ein Gebläse vom Typ mit Grenzbelastung und Diagonalströmung werden zuerst die repräsentativen Stromlinien 15| bis IS_n bestimmt Danach werden die halben Scheitelwinkel θ\ bis θ_η der konischen Flächen bestimmt Standardwerte des Verhältnisses zwischen den inneren und äußeren Durchmessern jedes

Flügels wurden versuchsweise in Übereinstimmung mit der Gasströmungsrate und dem Ausgangsdruck bestimmt. Daher sind die Verteilung bzw. Verbreiterung des Einströmungswinkels ß\ entlang der Flügeleintrittskante 12 und die Verbreiterung des Ausströmungswinkels /?₂ entlang der Flügelaustrittskante 13 durch die Drehgeschwindigkeit des Flügelrades bestimmt.

Außerdem wurde für den Strömungswinkel ß_s am Punkt der Biegung m_s ein Wert als Standardwert bestimmt, der sich durch Erfahrung ergibt. Wenn der Neigungswinkel K und die Radien Q und C₂ der zylindrischen Flächen 29 und 30 bestimmt sind, werden die Abstände Uoi, vbi. «02 und Vo₂ durch den Radialabstand r_sl (Fig. 14B) des Biegungspunktes m_s% und des Strömungswinkels ß,\ leicht bestimmt.

Die verbleibenden Variablen sind somit K, Q und C₂. K und C₂ werden Variable am Eintrittspunkt M_x und K sowie Ci werden Variable am Austrittspunkt M- Diese drei Variablen K, Q und C₂ werden auf solche Werte festgelegt, daß der Ausströmungswinkel ßi an der Austrittskante 13 und der Einströmungswinkel ß\ an der Eintrittskante 12 entsprechende, spezielle Werte annehmen.

Zur Vereinfachung der Konstruktion können ähnlich wie bei dem Beispiel eines Gebläses mit Diagonalströmung vom radialen Plattentyp, wie dies vorstehend beschrieben wurde. Daten vorher in der beschriebenen Weise als Konstruktionsinformation vorbereitet werden, so daß bei vorgegebenen Einströmungs- und Ausströmungswinkeln und dem Verhältnis der Innen- und Außendurchmesser des Gebläserades die wesentlichen Dimensionierungen sofort bestimmt werden können. Beispielsweise im Falle eines Innen-Außendurchmesser-Verhältnisses/i, einem konischen halben Scheitelwinkel θ und einem Strömungswinkel ßi am Biegungspunkt der S-Figur, ist es vorteilhaft, vorher eine graphische Darstellung mit dem zylindrischen Radius Ci als Parameter, dem Neigungswinkel K als Abszisse und dem Ausströmungswinkel ßi als Ordinate sowie eine graphi-

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sehe Darstellung mit dem zylindrischen Radius C₂ als Parameter, K als Abszisse und dem Einströmwinkel ß\ als Ordinate vorzubereiten. Bei Verwendung dieser beiden graphischen Darstellungen müssen natürlich allgemeine Werte des Neigungswinkels K benutzt werden.

Wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform der Erfindung kann eine Zwischenscheibe 21 mit Kegelstumpfform weiterhin angeordnet werden, wie dies in F! g. 9 dargestellt ist, wodurch verschiedene Vorteile erreichbar sind, wie dies vorstehend angegeben ist.

Bei der Erfindung werden somit Flügel mit einer Fläche mit einer einzigen Biegung (d. h. eine abwickelbare Fläche), die einen Teil einer zylindrischen Fläche bildet, anstelle von Flügeln benutzt, die jeweils eine nicht abwickelbare Fläche mit zweifacher Biegung haben, was bislang als unbedingt notwendig bei einem Gebläserad eines Gebläses mit Diagonalströmung angesehen wurde, so daß ein Gebläse geschaffen werden kann, dessen Leistung äquivalent zu der Leistung eines Gebläses ist, welches Flügel sjijt der idealen, zweifach gekrümmten Form hat.

Die Einström- und Ausströmwinkel jedes Flügels ändern sich progressiv entsprechend der Position des Gasströmungsweges durch die repräsentativen Stromlinien im Gebläserad. Jede Kurve, die sich vom entsprechenden Eintrittspunkt zum Austrittspunkt erstreckt, hat auch eine Form, die nicht einen einfachen Bogen mit einem einzigen Krümmungsradius oder höchstens eine Kurve darstellt, die durch zwei angrenzende Bögen wie bei Zentrifugalgebläsen gebildet wird, sondern die erfindungsgemäß benutzte Kurve entspricht nahezu dem Idealverlauf entsprechend dr.r Flüsi^keitsdynamik und weist einen Krümmungsradius, auf, der sich progressiv über die gesamte Sehnenlänge, d. h. 14nge der Flügelsehne, ändert.

Die Erfindung schafft somit ein Gebläserad für ein Gebläse mit Diagonalströmung, wobei die Form der Fläche abwickelbar ist. Die Erfindung bezieht sich auf Gebläse, Lüfter oder dergleichen für Gase, insbesondere auf Gebläse mit Diagonalströmung und schafft ein Gebläserad für ein Gebläse mit Diagonalströmung vom sogenannten radialen Plattentyp oder vom Typ mit Grenzleistung.

Hierzu 11 Blatt Zeichnungen

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Claims

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 zur Tragscheibe einhält und einen Diagonalströmungsweg für ein Gas zwischen Tragscheibe und Deckscheibe festlegt, wobei der Öffnungswinkel (θ_η) der Tragscheibe größer als der Öffnungswinkel (θ\) der Deckscheibe ist, so daß aufeinanderfolgende koaxiale Strömungsflächen bestimmt sind, deren öffnungswinkel sich ebenfalls von einem größeren Wert an der Tragscheibe kontinuierlich zu einem kleineren Öffnungswinkel an der Deckscheibe ändert, 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, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Flügel (1) eine Oberflächenform aufweist, die sich aus zwei abwickelbaren Flächen (19,20 oder 29,30) zusammensetzt, die entlang einer geraden Verbindungslinie (m_s\ bis m_sn) stetig ineinander übergehen, wobei die Flächenform jedes Flügels (Ii) aus Elementen gebildet ist, die durch Schnittlinien (15|, 15₂,... 15„) zwischen den abwickelbaren Flächen (19,20; 29,30) und aufeinanderfolgenden koaxialen Kegelflächen (15n, 15₂i,... 15„i) sebildet sind, und daß die Berührungslinie (S\, S₂) zwischen den abwickelbaren Flächen, die mit der geraden Verbindungslinie (m_s\ bis m_sn) zusammenfällt, und die Acnse (14).. die mit der Achse (H) der koaxialen konischen Flächen zusammenfällt, in einer gemeinsamen Ebene (v. w) liegen und gegeneinander einen Winkel (K) einschließen.

2. Flügelrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Linie (S\, 5₂) durch Berühren einer zylindrischen Fläche und einer ebenen Fläche entsteht, so daß die abwickelbaren Flächen eine zylindrische Fläche (19) und eine ebene Fläche (20) aufweisen.

3. Flügelrad nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Linie (St, S₂) durch Berühren von zylindrischen Flächen entsteht, so daß die abwickelbaren Flächen zylindrische Flächen (29, 30) aufweisen.

4. Flügelrad nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrischen Flächen (29, 30) unterschiedliche Durchmesser aufweisen.