DE3907308A1 - Leitrad fuer ein geblaese - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Gebläse und insbesondere auf das Leitrad eines Zentrifugalgebläses mit einer Zwischen- und/oder einer Nach- oder Entladungsstufe.

Einrichtungen für Zwischen- und Nachstufen für Zentrifugal­ gebläse sind bekannt und werden bei Gebläserädern und Ge­ bläsesystemen seit vielen Jahren verwendet. Es ist weiter bekannt, Leitschaufeln oder Leitbleche bei diesen Einrich­ tungen vorzusehen, die die Strömungsrichtung der aus einem Zentrifugalgebläserad austretenden Strömung zu beeinflussen vermögen. Bei der Konstruktion der Beschaufelung mit Leit­ schaufeln bzw. der Anordnung der Leitbleche wurde vielfach der Versuch unternommen, einen gleichmäßigen Übergang-be­ treffend die aus einem Zentrifugalgebläserad tretende Strö­ mung zu erreichen. Dies wird im allgemeinen durch ein ge­ trenntes Bauteil erreicht, durch das ein gewünschter Luft­ strömungskanal definiert ist, durch den sich für die aus einem Zentrifugalgebläserad austretende Strömung ein inter­ mittierend oder diskontinuierlich geführter Strömungsweg ergibt. Dies führt für die durch ein Gebläsesystem durchge­ setzte Strömung zu Verlusten und Unzulänglichkeiten beacht­ licher Größenordnung.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine Führungsan­ ordnung für die Strömung der durchgesetzten Luft eines Ge­ bläserades mit verbesserter statischer Rückgewinnung und Wirksamkeit zu schaffen.

Durch die Erfindung wird eine Leitbeschaufelung geschaffen, durch die Luft gleichmäßig in axialer Richtung zu einer Auslaßöffnung oder einer mittigen Gebläseöffnung geführt wird.

Durch die Erfindung wird weiter eine kontinuierliche Be­ schaufelung für eine Zwischen- oder eine Nachstufe geschaf­ fen, durch die der Durchsatz durch ein Gebläserad von einer tangential auswärts gerichteten Richtung in eine axiale, radiale Richtung gelenkt wird.

Erfindungsgemäß können die äußeren Enden von Schaufeln einer Stufe in axialer Richtung geneigt sein, um den Durch­ satz durch ein Gebläserad in seiner Bewegung zu einer Ge­ bläseöffnung oder einem zentralen Auslaß zu führen.

Nach der Erfindung können die Schaufelspitzenenden konti­ nuierlicher Schaufeln axial unter einem Winkel angestellt werden, damit eine stromlinienförmige Strömung für ein Motor-Gebläsesystem erreicht wird.

Gemäß der Erfindung können die Enden der Schaufelspitzen für eine Anpassung an einen Betriebspunkt eines Motor-Ge­ bläsesystems unter einem axialen Winkel angestellt werden.

Nach einer ersten vorteilhaften Ausführungsform der Erfin­ dung ist ein Leitrad für ein Gebläserad mit einer im we­ sentlichen axialen Strömungsrichtung geschaffen, wobei das Leitrad eine Vielzahl spiralförmig verlaufender Führungen aufweist, die zentriert um eine Mitte des Leitrads so ange­ ordnet sind, daß sie die Richtung der Strömung bestimmen, wobei eine Führungsspitze eine Führungskante an einem Ende jeder Führungsanordnung bildet, wobei die Führungsspitze eine abgeschrägte Stirnfläche aufweist und wobei der Tan­ gens des Winkels der abgeschrägten Stirnfläche in Bezug auf eine senkrecht zu der axialen Strömungsrichtung stehenden Ebene im wesentlichen proportional im Verhältnis der mitt­ leren axialen Strömungsgeschwindigkeit zu der mittleren tangentialen Geschwindigkeit innerhalb des Betriebsbe­ reiches betreffend die Strömung durch das Gebläse liegt.

Mach einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfin­ dung ist ein Leitrad für ein Gebläse mit im wesentlichen axialer Strömungsrichtung geschaffen, wobei das Leitrad eine Vielzahl erster spiralförmiger Schaufelanordnungen aufweist, die um eine Mitte des Leitrads angeordnet sind, wobei eine Schaufelspitze integral an jeder Schaufel ausge­ bildet ist und sich gekrümmt und im wesentlichen unter einem Winkel zu der Achse des Leitrads erstreckt und wobei sich jede Schaufelspitze an einem von der Verbindungsstelle mit den Schaufeln entfernten Ende radial über den Umfang hinaus erstreckt und von diesem Ende weg radial einwärts abgeschrägt ist, um allmählich in den Umfang des Leitrads überzugehen, wobei mit Umfang die radial äußere Erstreckung jeder Schaufel bezeichnet ist.

Die Erfindung ist somit auf ein Leitrad für ein Gebläse mit einem oder mehreren Zentrifugalgebläserädern und einer Leitradzwischenstufe und/oder einer Leitradnachstufe ge­ richtet. Die Zentrifugalgebläsestufe oder die Zentrifugal­ gebläsestufen können durch Gebläseräder mit einer Reihe ge­ krümmter Schaufeln, die zwischen zwei Endplatten angeordnet und in Bezug auf eine Rotationsachse des Gebläses zentriert sind, gebildet sein. Diese Gebläseräder werden für eine Rotation mit hoher Geschwindigkeit angetrieben und sind deshalb auf einer durch einen Elektromotor oder dergleichen drehbar antreibbaren Welle befestigt. Strömungsabwärts oder hinter jedem Gebläserad ist eine Leitstufe mit einem Leit­ rad angeordnet, das gleichfalls gekrümmte Schaufeln ent­ hält, durch die die in peripherer und tangentialer Richtung aus dem Gebläserad tretende Luft radial einwärts geführt wird, damit sie in zentraler, axialer Richtung der nächsten Gebläsestufe zugeführt oder aus dem Gebläsesystem geführt werden kann.

Um diese Wirkungsweise in gleichmäßiger Weise zu erhalten, sind die Leitschaufeln einwärts verlaufend, gekrümmt und zu einem mittigen Auslaßpunkt verlaufend angeordnet, während sie an ihren Schaufelspitzen gekrümmt unter einem Winkel in axialer Richtung angestellt sind, damit sie dazu beitragen, daß die Richtung der Luftströmung umgelenkt wird, die tangential von den Schaufelspitzen des Gebläserades wegströmt. Diese unter unterschiedlichen Winkeln angestell­ ten Abschnitte der Leitschaufeln gehen gleichmäßig ineinan­ der über und bilden so eine kontinuierliche, im wesentli­ chen zu keinen Turbulenzen führende Führungsanordnung für den aus dem Gebläserädern austretenden Luftstrom. Die Schaufelspitzen können vorteilhafterweise so unter einem bestimmten Winkel angestellt werden, daß eine Anpassung an einen vorgebbaren Betriebspunkt des Motor-Gebläsesystems erreicht wird.

Praktische Ausführungen betreffend die vorliegende Erfin­ dung sind auf verschiedene Weise möglich; ein Ausführungs­ beispiel der Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Motor-Gebläsesystems,

Fig. 2 eine perspektivische Explosionszeichnung des Ge­ bläsesystems nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Rückansicht einer Motorlagerhalteplatte nach Fig. 1,

Fig. 4 eine perspektivische Explosionszeichnung eines Zentrifugalgebläses, wie es in dem System nach Fig. 1 und 2 verwendet ist,

Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines Leitrads einer Zwischenstufe,

Fig. 6 eine Rückansicht des Leitrads nach Fig. 5,

Fig. 7 eine Vorderansicht des Leitrads nach Fig. 5,

Fig. 8 den Schnitt 8-8 nach Fig. 6,

Fig. 9 eine unter einem axialen Winkel angestellte Schaufelspitze in einer Ansicht nach den Rich­ tungspfeilen 9-9 nach Fig. 7,

Fig. 10 eine Vorderansicht eines Leitrads einer Nach­ stufe des Gebläsesystems, und

Fig. 11 eine perspektivische Ansicht des Leitrads nach Fig. 10.

In Fig. 1 ist ein insgesamt mit 10 bezeichnetes Motor-Ge­ bläsesystem mit einem Elektromotor 12 und einem in Stufen aufgebauten Gebläsesystem 14 dargestellt. Der Motor 12 ent­ hält einen Stator 16 und einen mit einer Antriebswelle 20 verbundenen Läufer 18. Für einen Drehantrieb des in Stufen aufgebauten Gebläsesystems 14 ist die Welle 20 drehbar in Lagern 22 und 24 gelagert. Das Gebläsesystem weist ein Paar Gebläseräder 26, 28 auf.

Die Gebläseräder 26, 28 sind auf der Antriebswelle 20 unter Druck eingespannt zwischen einem Balancering 32 und einer Scheibe 34, die an gegenüberliegenden Seiten des Gebläse­ rades 26 angeordnet sind, einen sich in Längsrichtung er­ streckenden Abstandshalter 36 für die Gebläseräder, der im wesentlichen auf der Welle 20 zwischen den Gebläserädern 26 und 28 angeordnet ist, einem Paar Scheiben 38, 40, die an gegenüberliegenden Seiten des Gebläserades 28 angeordnet sind, und einem Lagerabstandhalter 42, der zwischen der Scheibe 40 und dem Lager 22 angeordnet ist. Eine Geblä­ seradanordnung 44 ist somit drehfest auf der Welle 20 so angeordnet, daß sie mit dieser über den Elektromotor 12 an­ getrieben werden kann, wobei diese Anordnung zwischen einer Druckmutter 30 und dem Lager 22 gehalten ist.

Als nicht-drehbarer Teil des mehrstufigen Gebläsesystems 14 sind ein als Zwischenstufe 46 bezeichnetes Leitrad und ein als Nach- oder Auslaßstufe 48 bezeichnetes Leitrad befe­ stigt. Die Zwischenstufe 46 ist mit einer Gebläseabdeckung 50 fest verbunden, während die Nachstufe 48 an der Motorla­ gerhalteplatte 52 befestigt ist.

Die Lagerhalteplatte 52 ist mit einem Paar Gewindebohrungen 54 versehen, in die Gewindebolzen 56 so eingeschraubt sind, daß ihre Köpfe an einem Gehäuse 58 des Elektromotors 12 an­ liegen.

Die Nach- oder Auslaßstufe 48 ist über Niete 60, von denen nur eine dargestellt ist, mit der Lagerhalteplatte 52 ver­ bunden, wobei die Niete 60 durch Bohrungen 55 in der Lager­ halteplatte 52 geführt sind. Durch diese Verbindung wird ein Drehen der Nachstufe 48 mit den Gebläserädern 26 und 28 verhindert. Die Zwischenstufe 46 ist gleichfalls an einem Drehen gehindert, indem sie mit einer zweiten Gebläseab­ deckung 62 über eine umgeschlagene Ansätze aufweisende Be­ festigungseinrichtung verbunden ist, die die Zwischenstufe 46 mit dieser Gebläseabdeckung 62 verbindet. Die Gebläseab­ deckung 62 wiederum sitzt mit ihrem am weitesten einwärts ragenden Abschnitt 64 kraftschlüssig auf einer Außenwand 66 der Lagerhalteplatte 52.

Die Strömung einer durch das Gebläse bewegten Luft 68 ist unter Bezug auf Fig. 1 im wesentlichen von links nach rechts. Die Strömung verläuft dabei durch eine Öffnung 70 in der Gebläseabdeckung 50, das Gebläserad 26, die Zwi­ schenstufe 46, das Gebläserad 28, die Nachstufe 48 und durch Öffnungen 72 der Lagerhalteplatte 52. Die Luftströ­ mung ist dabei an dem Elektromotor 12 zu dessen Kühlung vorbeigeführt. Am Ende des Elektromotors 12 kann die Luft­ strömung über nicht dargestellte, übliche Schlitze ausströ­ men. Das mehrstufig ausgebildete Gebläsesystem 14 ist nicht hauptsächlich für eine Motorkühlung vorgesehen sondern zum Bewegen wesentlicher Luftströme. Dies ist beispielsweise bei Luftreinigungsanlagen erforderlich, bei denen ver­ schmutzte Luft durch einen, einen Staubbeutel enthaltenden Kanister hindurchgeleitet wird. Der Einsatz des erfindungs­ gemäßen Gebläsesystems ist jedoch nicht auf derartige Anwendungsfälle begrenzt; es kann ganz allgemein überall dort, wo angetriebene Gebläse verwendet werden, eingesetzt werden. Es werden nachfolgend die Gebläseräder 26, 28 und die Zwischen- und Nachstufe 46, 48 beschrieben.

Die Zwischenstufe 46 ist detaillierter in Fig. 5 bis 9 dar­ gestellt. Wie ersichtlich kann sie gegossen werden, und sie weist eine Rückwand 74 mit einer zentralen Nabe 76 zum Be­ festigen auf einer Welle in der zuvor beschriebenen Weise auf. An einer inneren Seite 78 der Zwischenstufe 46 ist eine Reihe von acht herkömmlichen, konzentrisch mit glei­ chem radialen Abstand angeordneten, gekrümmten und integral ausgebildeten, spiralförmigen Schaufelabschnitten 80 ausge­ bildet, die sich um einen begrenzten Betrag in axial ein­ wärtiger Richtung erstrecken, um Tiefe zu erhalten. Die Schaufelabschnitte 80 enden an einem äußeren Umfang 82 der Zwischenstufe 46. Ein sich in Umfangsrichtung und axial er­ streckender Versteifungsring 84 ist an der äußeren Seite 86 der Rückplatte 74 der Zwischenstufe 46 in diesem Umfang an­ geordnet.

Die spiralförmigen Schaufeln 80 enden an ihren äußeren En­ den unter einem Winkel (in einer axialen Richtung), um die Anordnung integral unter einem Winkel in axialer Richtung angestellter, gekrümmter Schaufelspitzen 88 zu ermöglichen, die gekrümmt sind in Bezug auf eine Innenseite 78 der Zwi­ schenstufe 46. Jede Schaufelspitze 88 geht gleichmäßig mit einem unter einem Winkel angestellten Ende 90 in eine ent­ sprechende spiralförmige Schaufel 80 über, wobei jede Schaufelspitze 88 eine Fortsetzung eines durch eine ent­ sprechende Schaufel 80 gebildeten spiralförmigen Abschnit­ tes ist. Die Führungskante dieser Schaufelspitzen enthält eine Abschrägung 89 für einen gleichmäßigen Übergang einer von dem Gebläserad 26 kommenden Luftströmung. Die gekrümm­ ten Schaufelspitzen 88 sind in horizontaler Richtung ver­ kürzt, um ein radiales Überlappen untereinander zu vermei­ den, so daß die Führungskante (Abschrägung 89) einer Schau­ felspitze unter einem Winkel 95 gegenüber der nachfolgenden Kante 91 der nächsten Schaufel 80 versetzt ist. Für ein re­ lativ einfaches Gießen der Zwischenstufen 46 ist der Winkel auf mindestens 5° eingestellt. Die nachlaufende Kante 91 jeder der Schaufeln 80 ist gleichfalls abgeschrägt, um einen gleichmäßigen Übergang einer Schaufelspitze 88 mit einer verkürzten flachen Kante 93 der jeweils zugehörigen spiralförmigen Schaufel 80 zu ermöglichen. Die Schau­ felspitzen 88 sind in Bezug auf die axiale Richtung der Zwischenstufe 46 ebenfalls unter einem Winkel 97 ange­ stellt, wobei der Tangens dieses Winkels so festgelegt ist, daß er dem Verhältnis der mittleren axialen Geschwindigkeit zu der mittleren tangentialen Geschwindigkeit einer Luft­ strömung innerhalb des Betriebsbereiches des Systems mög­ lichst nahe kommt. Dies führt zu einer höheren Wirksamkeit des Luftströmungssystems, als dies andernfalls möglich wäre. Anders betrachtet ist der Tangens des halbierten Win­ kels 97, der Schaufelspitze 88 der durch die Führungskante jeder Schaufelspitze 88 in Bezug auf eine zu der Mittelachse der Stufe 46 senkrechte Ebene definiert ist, so ausgewählt, daß er dem obengenannten Verhältnis so nahe als möglich kommt.

Jede der Schaufeln 80 hat einen lappenförmigen Ansatz 92, der entlang der Spiralform verläuft und sich in axialer Richtung erstreckt. Die Ansätze 92 ragen durch, nicht mit Bezugszeichen versehene Schlitze der zweiten Gebläseab­ deckung 62, wobei aus den Schlitzen tretende Abschnitte um­ geschlagen sind, um die Zwischenstufe 46 nicht-drehbar in dem Motor-Gebläsesystem 10 zu befestigen. Die erste Geblä­ seabdeckung 50 ist dann darüber angeordnet und über das Ende der zweiten Gebläseabdeckung 62 eingesetzt, damit sie gleichfalls nicht drehbar angeordnet ist.

Die Nachstufe 48 ist ähnlich der Zwischenstufe 46 ausgebil­ det, indem sie eine Reihe von sechs spiralförmigen Schau­ feln 94, eine Rückplatte 96, einen nicht dargestellten Ver­ steifungsring und in axialer Richtung unter einem Winkel angestellte spiralförmige Schaufelspitzen 98, die jeweils integral mit einer Schaufel 94 ausgebildet sind, aufweist. Die Schaufelspitzen 98 sind jedoch ausgedehnt und nicht verkürzt, so daß sie in radialer Richtung allmählich abneh­ men und gleichmäßig in spiralförmiger Weise in einen Umfang 100 der Nachstufe 48 übergehen. Dadurch wird die Rückgewin­ nung eines statischen Druckes nach derjenigen, die in der Zwischenstufe 46 stattgefunden hat, verbessert, ohne daß eine wesentliche Wirkung als Begrenzungsdrossel stattfin­ det. Dadurch wird gleichfalls eine Lärmentwicklung im Ver­ gleich zu derjenigen, die durch die Zwischenstufe 46 her­ vorgerufen wird, wesentlich reduziert. Dies ist, aufgrund ihrer Anordnung innerhalb des Systems, wichtig. Abge­ schrägte Abschnitte 102 zwischen Endungen der Schaufel­ spitzen 98 tragen zu dieser Reduzierung der Lärmentwicklung bei. Dadurch daß die Ausdehnung der Schaufelspitzen 98 nicht verkürzt ist, ist die Anzahl der Schaufeln mit Spitzen, die in eine Nachstufe gegossen werden können, re­ duziert; dadurch vergrößert sich die Breite der dazwischen­ liegenden Luftkanäle. Um eine verstärkt stromlinienförmig verlaufende Luftströmung sicherzustellen, sind deshalb sechs Zwischenschaufeln 104 zwischen den Schaufeln 94 ange­ ordnet. Jede der Zwischenschaufeln 104 ist gekrümmt und spiralförmig einheitlich zu den Schaufeln 94 ausgebildet. Die Zwischenschaufeln 104 haben jedoch keine unter einem Winkel angestellte Spitze, sondern erstrecken sich gemäß ihrer Spiralform im wesentlichen bis zu dem Umfang 100 der Nachstufe 48. Um die Lärmentwicklung zu reduzieren, weisen sie an ihrem äußeren Ende einen spiralförmig unter einem Winkel verlaufenden Abschnitt 106 auf, der in seiner axia­ len Projektion der abgeschrägten Fläche 102 etwas ähnelt.

Jede der Schaufeln 94, 104 ist zu dem inneren Ende hin ab­ gestuft, um einwärtige Abschnitte 108 und 110 der Schaufeln 94 bzw. der Zwischenschaufeln 104 zu schaffen. In vorteil­ hafter Weise wird dadurch Raum für das Zusammenfügen der Lagerhalteplatte 52 mit der Nachstufe 48 geschaffen.

Jedes der Gebläseräder 26, 28 weist einen innere und eine äußere Flanschscheibe 112, 114 auf, wobei die Flansch­ scheibe 112 eine Gebläseöffnung 116 für den Eintritt von Luft in eine Anordnung von Schaufeln 118 hat. Die Schaufeln 118 haben Vorsprünge 120 für eine Befestigung an den Flanschscheiben 112, 114.

Das erfindungsgemäße Gebläsesystem ist zumindest mit einer Leitradstufe versehen, in der Schaufeln kontinuierlich für eine Führung der Luft sowohl in axialer als auch radialer Richtung vorgesehen sind, wobei die Schaufeln und Schau­ felspitzen gekrümmt und spiralförmig verlaufend diesem Zweck angepaßt sind, so daß eine derartige Anordnung strö­ mende Luft in eine stromlinienförmig verlaufende Strömung bringt. Dadurch wird die Wirksamkeit erhöht, während gleichzeitig Lärm reduziert wird durch eine gleichmäßige Übergangsregion, die zwischen Stirnflächen der Schaufeln, die im wesentlichen senkrecht zur Achse des Gebläserades verlaufen, und den Stirnflächen der Schaufelspitzen, die parallel zu der Achse verlaufen, geschaffen wird.

Der Tangens des Winkels der Schaufelspitze in Bezug auf das Gebläsesystem ist durch den Quotienten zwischen der mittle­ ren axialen Luftgeschwindigkeit und der mittleren tangen­ tialen Luftgeschwindigkeit ausgedrückt.

Claims (6)

1. Leitrad für ein Gebläse mit im wesentlichen axialer Strömungsrichtung, wobei das Leitrad (46) eine Vielzahl spiralförmiger Leitformstücke (80) zum Beeinflussen der Strömungsrichtung aufweist, die zentriert um die Mitte des Leitrads (46) angeordnet sind und mit einer Schaufelspitze (88) die eine Führungskante an einem Ende jedes Leitformstückes (80) bildet, wobei die Schaufelspitze (88) eine abgeschrägte Stirnfläche (89) aufweist und wobei der Tangens eines Winkels der abgeschrägten Stirnfläche (89) in Bezug auf eine senkrecht zur axialen Strömungsrichtung verlaufenden Ebene im wesentlichen proportional dem Verhältnis der mittleren axialen Strömungsgeschwindigkeit und der mittleren tangentialen Geschwindigkeit der Strömung durch das Gebläse (10) innerhalb des Betriebsbereiches ist.

2. Leitrad für ein Gebläse mit im wesentlichen axialer Strömungsrichtung, wobei das Leitrad (48) eine Vielzahl erster spiralförmiger Schaufeln (94), die um die Mitte des Leitrads (48) angeordnet sind, enthält, mit jeweils einer Schaufelspitze (98), die integral mit einer Schaufel (94) verbunden ist und sich gekrümmt und im wesentlichen unter einem Winkel zu der Achse des Leitrads (48) erstreckt, wobei jede Schaufelspitze (98) an einem entfernt von den Schaufeln (94) liegenden Ende sich radial über einen Umfang (100) hinaus erstreckt und von diesem Ende weg radial einwärts abgeschrägt ist für einen glatten Übergang zu dem Umfang des Leitrads (48), wobei mit dem Umfang (100) die radial äußere Erstreckung jeder Schaufel (94) definiert ist.

3. Leitrad nach Anspruch 2, bei dem eine Vielzahl zweiter spiralförmiger Schaufeln (104) zwischen den ersten spiralförmigen Schaufeln (94) um die Mitte des Leitrads (48) angeordnet ist, wobei jede der zweiten spiralförmigen Schaufeln (104) radial auswärts an der inneren radialen Er­ streckung einer zugehörigen Abschrägung endet.

4. Leitrad für ein Gebläse mit einer Vielzahl spiralförmiger Schaufeln, die sich in radialer Richtung erstrecken, in Bezug auf die Mitte des Leitrads, sowie in seitlicher Richtung und in axialer Längsrichtung, wobei jeder Schaufel eine Führungsspitze zugeordnet ist, die sich in radialer Richtung erstreckt, in Bezug auf die Mitte des Leitrads sowie in Längsrichtung, wobei jede Führungsspitze gleichmäßig über eine gekrümmte Wand in eine zugehörige Schaufel übergeht, die zu einem Übergangsbereich zwischen einer im wesentlichen radialen Strömung nach der Schaufel und einer im wesentlichen unter einem Winkel gerichteten Strömung nach der Führungsspitze führt.

5. Leitrad nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsspitze eine Führungskante für die zugehö­ rige Schaufel bildet.

6. Zentrifugalgebläse gekennzeichnet durch mindestens ein Leitrad nach einem der Ansprüche 1 bis 5.