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Regelungsverfahren für Kreiselmaschinen, insbesondere Kreiselverdichter
mit gegebener Hadbeschaufelung. Es ist allgemein bekannt, daß ein Kreiselrad mit
konstanter Drehzahl nur für eine durch seine Abmessungen teebene Fördermenge mit
maximalem Wirkungsgrad arbeiten kann; denn bei Abweichunig dieser @Fördermenge stimmen
die relativen Eintrittsrichtungen des zu fördernden Mittels mit den Radschaufelwinkeln
nicht mehr überein. Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist vorgeschlagen worden, mittels
ruhender, einstellbarer Leitschaufeln vor den Rädern den aLsoluten 'Eintrittswinkel
des Fördermittels so zu beeinflussen, daß der relative Eintrittswinkel auch für
andere Belastungen mit dem Schaufelwinkel übereinstimmt. Diese Maßnahmne wurde aber
fast nie ausgeführt, weil diese Umlenkung des Fördtrmnittels vor dem Radeintritt
unerwünschte Rückwirku gen auf die Druckerzeugung,der Maschine mit sich brachte
und bei schlechten Rädern, die nie gefüllt arbeiteten, der Einfluß des Stoßverlustes
so gering war, daß er den ganzen Mechanismus der beweglichen Leitschaufeln nicht
rechtfertigte.
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Es zeigt sich aber .einerseits, d:aß für gute Radkanäle, die eine
gewisse Diffusorwirkung .im Rade selbst erlauben, der Einfluß der relativen Eintrittsrichtung
-des geförderten Mediums ;i@m Radkanal sehr groß ist und in diesem Falle eine Vorsteuerung
-gerechtfertigt ist und andererseits, daß die Rückwirkung der Vor- bzw. Nachrotation
des Fördermittels auf dlie Charakteristik des Rades in gewissen Fällen günstig verwendet
werden kann, insbesondere,
wenn inan dieselheil noch mit den Vorteilen
der Drelizalilrebeltin g vereinbaren kann.
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Das Wesen der vorliegenden Erfindung liegt in der gleichzeitigen Anwendung
dieser bekannten Eintritt-s«-ittkelregelttng des einem Fade zuströnien.den -Mediums
im ganzen Wireiner Kreiselmaschine, i,ttsl esotidere eines Kreiselverdichters. mit
gegebener Radbeschaufelung und einer Drehzahlregelung, zu d'eln Zweck, nach Abzug
der Einflüsse der unveränderlichen Verluste konstanten inax-imalen Wirkungsgrad
zu erhalten.
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Es wird dabei angenonltnen, daß nach den Rädern parallelwandige l;iftusoren
ohne Schaufeln oder dann einstellbare Leitschaufeln verwendet werden. Beide Vorrichtungen
können sich ja jeder För.lerung und jeder Drehzahl so anpassen, claß beispielsweise
die zu verdichtende Luft immer die gleich guten Bedingungein zur tT1lls-etztnt-
trifft.
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Die Betriebsverhältnisse eines Rades sind, wie l:ekamit, in erster
Annäherung durch die Ein- und Austrittsdrücke aus den absoluten uti:Z relativen
Geschwindigkeiten gegeben. Betrachten wir z. B. hei einem hraiselv erdicliter für
Luft eine Beschaufelung nach Abb. i mit einem Schaufelenintrittswinkel a < 9o°
und einem Schaufelaustrittswinkel j3 -9o°. Das Geschwindigkeitsdreieck der Austrittsgeschwindigkeiten,
Al h. 2, zeigt, daß für alle Luftmengen sich die bleiche Flüssigkeitshöhe
u" u= - Umfangsgeschwindigkeiten bzw. Austritt, L*11" c112 = Umfangskomponenten
der absoluten Ein-bzw. Austrtttsgesch«-indigkeit -ztuf die Umfangsrichtung ergibt,
für den Fall, daß die Zuführung zum Ralle radial erfolgt, wobei all cul
- 0 ist. Dieser Wert
ist im H-Voluinendiagramin Kurve a der Abb. d. aufgetragen und gilt, wie gesagt,
nur in eni Fall, in dem c111- 0 ist, also bei radialer Zuführung der Luft
zum Rad'ie.
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Das Eintrittsdreieck Abt>. 3 zeigt, daß radial zugeführte Flüssigkeit
nur für eilte gebebeiie llernge ohne Stoß in die Radkanäle eintreten kann, und zwar
hei einem der. Betrichtung zub ende liegenden Kreiselverdichter für diejenige Luftmenge,
die die Gescliwincligkeit cl ergibt.
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Führen wir jetzt die Flüssigkeit unter einrein voll der radialen Richtung
abweichenden Winkel d dem Ralle zu, so wird das zweite Glied der Gleichung i nicht
mehr Null, so daß sowohl H wie V des Diagramms der Abb. d. anders werden. Nach den
Annahmen der ='11>b.5 wäre der so erreichte Normalpunkt in B. Für 6 nach
links anstatt nach rechts (A1>-). 5) wäre durch anal«ge 1J`berlegiingen leicht zu
zeigen, daß der neue Betriebspunkt nach größeren Fördermengen und größerem
Il nach C fällt (Abi), d 1, weil sich dann das (_lliefl 111 cul zu ü22 addieren
würde. Der Punkt 0 für Nullförderung bleibt in allen Fällen -der gleiche. -Die Verbindungslinie
von den normalen Betriebspunkten bei verschiedenen absoluten Eintrittswinkehl (d)
ist aber r-kunbsbrad eine e.Diese Linie gleich Kurve guter lie gtbei malünal dieser
erWi Beschaufelung so, da,ß H mit zunehmendem Vohttnen ebenfalls zunimmt.
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Fine solche Kurve eignet sich z. B. für das Blasen der Bessemerhirnen,
bei denen der Wind außer einer konstanten Flüssigkeitshölle (Ballhöhe), je nach
der Luftmenge, noch parabolisch steigende Reibungswi-ierstände zu überwinden hat.
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Es ist aber ohne weiteres leicht zu erreichen, daß die Linie der Normalpunkte
d mit zunehmender Förderinenze abnimmt. z. B. mit der Beschaufelung nach Abb.6.
Das Austrittsdreieck (Abb. ; ) ergibt für verschiedene Fördermengen verschiedene
'\Verte voll lt, cal " so daß .die Kurve rr der Abb. .f für a - 0 in
Abb.9
finit zunehmenden -Mengen rasch abfällt.
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Ändert man jetzt den absoluten Eintrittswinkel 6 (Abb. io) z. B. nach
rechts, so kommt wohl ein Glied r11 crrl, das von u@ c112 zit subtrahieren ist,
aber da gleichzeitig die Förder_nenge kleiner wird, so wächst ic2 CU2, und zwar
stärker. Insgesamt `st also der neue Wert von H größer, so daß der neue Normalpunkt
B für kleinere Förlernieligen höher zii lieben kommt, als der alte _3. Die Verbindungslinie
d der Norrialpunkte kann also je nach der Beschaufelung der Räder einen beliebigen,
zum voraus gesehenen Verlauf haben. Durch diese Erkenntnis ist es möglich, durch
bloße Änderung des absoluten Eintrittswinkels oder Beatifschlagungswinkels eine
dafür gebaute -Maschine so zti regeln. daß sie für versch:iedene Betriebspunkte
mit ein und demsell;en besten Wirkungsgrad arl-eitet und dies also ohne Verstellung
der Drehzahl der -laschine.
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Wendet man aber gemäß der Erfindung bleichzeitig die Regelung mit
verschiedenen Beaufschlagungswinkeln und d:e Drehzahlregelung an, so sind mit der
gleichen Maschine alle Punkte des Druckvoluineifeldes mit bleich b tteln Wirkungsgrade
zu erreichen, wenn man von den konstanten Verlusten absieht, die bei kleinen Leistungen
prozentual mehr ausmachen als bei großen Belastungen.
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Es ist schon bekannt, daß bei Drehzahlra,,elung die Normalpunkte sich
auf Parabeln d bewegen (Abb. i i). Durch Kombination der _-1>1 ). i i und 9 sieht
man (Abb. i2), daß alle
die Punkte Al Ali Aiii oder B,Bii Blii,
oder irgendwelche andere mit dem gleichen guten Wirkungsgrade arbeiten, wenn dafür
gesorgt wird, daß auf eiiner Parabel der Beaufschlagungswinkel immer dem dem stoßlosen
Eintritt entsprechenden Winkel gleichgehalten wird und von einer Drehzahlregelungsparabel
zur anderen dieser Winkel entsprechend verstellt« wird. Die entsprechenden Verstellungen
von Drehzahl und Beaufschlagungswinkel können mit schon bekannten Verfahren auch
selbsttätig gelöst werden.
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Eine Steuerung, die z. B. den Eintrittswinkel so steuern würde, daß
bei konstanter Drehzahl der Antriebsmtaischin e und vorwärts gebogenen Laufradschaufeln
der Verdichter nach Kurve d der Abb. 4 arbeiten würde, ist schematisch in Abb. 13
festgelegt. Die Leitschaufeln i sind drehbar um Punkt a und werden durch den M iitnehmerring
3 eingestellt. Der Ring 3 wird mittels dies Gestänges 4, 5, 6 vom Kolben 7 betätigt.
Auf Kolben 7 wirken eine Feder 8 und ein ein= stellbarer üldru.ck. Ein Schieber
9 stellt den Öldruck ein. Dieser Schieber 9 ist an der Stange io befestigt, die
einen Volumenkolben i i und einen Druckkolben 12 trägt. Die Stange io steht außerdem
unter dem Einfluß der Feder 13. Die Anschlüsse der beiden Kolben münden in die Druckleitung
des Gebläses, so daß Federkraft und Volumenkolbenkraft beide der Druckkolbenkraft
entgegengesetzt sind. Es ist bekannt, daß durch passende Wahl dieser drei Größen
irgend eine parabelartige Steuerungskurve zwischen den Linnen konstanten Druckes
und denjenigen konstanten Volumens erhalten werden kann, also auch die aus,Abb.
4.
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Für gleichzeitige Anwendung von Drehzahl und Eintrittswinkelregelung
muß idiie Regelung des Ein@tritts)winkelsderart sein, claß längs einer Parabel vom
Nullpunkt aus (Abb. i1) !die Stellung der Leitschaufeln unverändert bleibt, von
einer Parabel zur andern aber die Stellung gewechselt wird. Eine Regelung, die das
ermöglicht, .ist z. B. in Abib. 14 schematisch angegeben. Es ist alles gleich wie
bei Abb. 13, bis auf den Druckkolben 12, der mit .einem Beipaß 15 versehen ist,
der je nach -der Stellung des Kolbens mehr oder weniger Luft entweichen läßt und
wegen dem Drosselorgan 16 einen mehr oder weniger stark abgedrosselten Druck erhält.
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Wird nun diese Regelung des Eintrittswinkels mit einer Drehzahlregelung
auf konsta,ntes Volumen z. B. kombiniert, so erhält man einen möglichst günstigen
Betrieb, wie aus Abb. 15 zu .entnehmen ist. Die Parabeln P, P2- P3 P4 P, sind solche
ähnlicher Punkte bei Drehzahlregelung. Zu jeder gehört .die beste Stellung der Leitschaufeln,
die selbsttätig mit der Regelung der Abb.14 (13) eingeschaltet wird. Die Linie A-A
ist diej enige konstanten Volumens, auf welche die Antriebsmaschine selbsttätig
.einstellt. :Die Punkte Al AZ A3 A4 A6, die alle Betriebspunkte sind, haben alle
einen gleich guten maximalen Wirkungsgrad bis ,auf die konstanten Verlustre, die
für kleinere Belastungen. prozentual mehr ausmachen als für große Belastungen. Aber
auch iii dien. Fällen; in denen nur eine beschränkte Drehzahlregelung möglich ist,
wird man eine gegebene Beschaufelungsart in Verbindung mit ;der Änderung des Eintrittswinkels
des zu fördernden Mittels und der beschränkten Drehzahlregelung anwenden., wo-,bei
vorwärts gekrümmte Schaufeln einen mit dem Volumen stei@endien Druck, rückwärts
gekrümmte Schaufeln dagegen eünien mit zunehmendem. Volumen sinkenden Druck als
Druckvolumencharakteristik für den besten Wirkungsgrad bei einer gegebenen Umdrehungszahl
ergeben.