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Axialgebläse oder -pumpe zum Fördern von Gasen oder Flüssigkeiten
Den Gegenstand der Erfindung bilden axiale Gebläse oder Pumpen, die. zufolge ihrer
Bauart weit höhere Drücke erreichen können als die bisher bekannten Axialgebläse
oder -pumpen. Die Bauart für Pumpen ist die gleiche wie für Gebläse, und es wird
daher im nachstehenden nur noch von Gebläsen gesprochen, da sich bei diesen die
neue Bauart als besonders vorteilhaft erweist.
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Bei den bisher bekannten Axialgebläsen mit gutem Wirkungsgrad wird
der Druck in der Hauptsache im Laufrad erzeugt. Dieser Druckanstieg im Laufrad.
ist ursächlich an eine Verzögerung der' Strömung entlang der Schaufel geknüpft,
die uiri so. größer sein inuß, je größer der Druckanstieg im Laufrad sein soll.
Eine solche Verzögerung ist aber nur im begrenzten Umfange möglich, weil sich die
Strömung über ein gewisses Maß hinaus nicht mehr weiter verzögern läßt, sondern
von der Schaufeloberfläche ablöst. Ferner löst sie sich dann ebenfalls von der laben-
-und der inneren Gehäuseoberfläche ab, wo bei diesem Vorgang ebenfalls Unterdruck
auftritt. Es entsteht somit ein von der Wand abgelöster, eingeschnürter Strahl,
welcher sich nur mangelhaft in Druck umsetzt und auch einen schlechten Gesamtwirkungsgrad
zur Folge hat. Durch sorgfältige Profilausbildung der Schaufeln und sorgfältige
Glättung der Oberfläche läßt sich zwar diese Ablösung etwas hintanhalten, jedoch
nur bis zu einer gewissen Grenze.- Die Lage dieser Grenze kann man am besten durch
eine Kennzahl angeben, welche -aus der Beziehung zwischen Umfangsgeschwindigkeit
und erzeugtem Druck abgeleitet ist.. Die Förderhöhe eines Laufrades bzw. eines Gebläses
kann unter Verwendung der Gesetze der Strömungslehre in der Form geschrieben «erden.
| d P - k . 2 . y in mm Wassersäule. |
| g |
In dieser Formel ist Ap die erzeugte Druckdifferenz, k eine Konstante, die die Eigenschaften
des Gebläses kennzeichnet, u die größte Umfangsgeschwindigkeit des Laufrades und
y das Einheitsgewicht der geförderten Flüssigkeit.
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k ist also eine Kennzahl für die vorn Gebläse geleistete Druckerhöhung.
Bei den besten in den letzten Jahren gebauten und genauer untersuchten Axialgebläsen
konnte man bei sorgfältigster Ausführung -ein solches k von etwa 0,3 erreichen,
ohne daß Ablösungen der Strömung eintraten. Bei höherem k war eine Ablösung und
damit eine Verschlechterung des Wirkungsgrades unvermeidlich. Bei rauhen Betriebsverhältnissen,
bei welchen ein einwandfreies Profil und eine glatte Oberfläche nicht aufrechterhalten
werden können, muß von vornherein k noch wesentlich kleiner als 0,3 gewählt
werden: Die Erfindung besteht nun in der Hauptsache darin, daß das Laufrad so gebaut
wird, daß in diesem kein Druckanstieg, sondern nur eine Steigerung der Geschwindigkeit
erfolgt. Der Druck wird erst in einem Diffusor erzeugt, welcher sich an den normalerweise
hinter dem Laufrad angeordneten Leitapparat anschließt. Bei einem solchen Gebläse
findet keine Verzögerung der Strömung entlang -der Lauf ratlscliaufelli statt. Ferner
bleiben
die Naben- und die innere Gehäuseoberfläche drucklos. Es
sind damit keine Ursachen für eine Ablösung der Strömung, selbst bei rauher Oberfläche,
vorhanden. h kann von vornherein wesentlich höher angenommen werden als bei einem
Überdruckgebläse, und der Wirkungsgrad ist auch bei den höchsten k-Werten gut.
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Ein weiterer Vorteil des Gleichdruckrades besteht darin, daß kaum
Spaltverluste auftreten können. Man kann daher die Laufradschaufeln mit großem Spalt
ausführen, ohlie übermäßige Einbuße ;in Wirkungsgrad zu haben, was' die Herstellung
verbilligt.
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Für einen bestimmten Druck und eine verlangte Fördermenge wird das
Gebläse gemäß der Erfindung erheblich kleiner, leichter und billiger in der Herstellung.
Außerdem macht cs-wegen der kleineren l'infangsgeschwindigkeiten weniger Lärm.
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Die beabsichtigte gute Gleichdruckwirkung wird aber nur erreicht,
wenn Beim 1?ntwurf des Laufrades eine ganz bestimmte Beziehung zwischen Schaufelwinkel
und I`analquerschnitt eingehalten wird. Wenn U - Luftmenge, co = Winkelgeschwindigkeit,
ho = Kanalquerschnitt (Ringfläche) am ' Eintritt, h = Kanalquerschnitt (Ringfläche)
an der in Betracht kommenden Stelle. r = Radius des Zylinderschnittes ist und außerdem
gesetzt wird, so soll erfn(lungsgeili:iß der Winkel einer beliebigen Tangente, welche
an einen beliebigen Schaufelschnitt (abgewickelten 7.ylinderschnitt) gelegt wird
aus folgender Gleichung niiherungsweise errechnet werden
wobei der Kanalquerschnitt F in einer durch den Berührungspunkt der Tangente geführten
Radialebene liegt.
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Die Gleichungen gelten streng genommen nur für verlustlose Strömung
und unendlich dünne Schaufeln. Für ein theoretisch entworfenes Laufrad ergeben sich
daher zwangsläufig aus praktischen Gründen (Blechstärke, Zähigkeit der Flüssigkeit)
noch geringfügige Korrekturen, die jedoch sehr oft innerhalb der Werkstattgenauigkeit
bleiben. Je weiter man jedoch von der idealen Form abweicht, um so ungünstiger wird
der Verlauf des Wirkungsgrades.
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Man kann nun zunächst entweder die Schaufelform oder die Kanalform
entsprechend wählen und dann den Kanal oder die Schaufel dazu errechnen.
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In der Zeichnung sind beide Möglichkeiten berücksichtigt.
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Gemäß Abb. i werden die Begrenzuririswände des Kanals der Wahl entsprechend
vcui zwei Kegelflächen gebildet. Bei dieser Kanalform müssen die Schaufelschnitte
(abgewikkelte. Zylinderschnitte) erfindungsgemäß die darüber gezeichnete aus den
obigen Formeln sich ergebende Form erhalten. In dein in Abb. 2 dargestellten Beispiel
wurden wieder die Schaufelschnitte so gewählt, daß sie mich Kreisbogen verlaufen;
in diesem halle erhält man einen Kanal, der sich -zuerst rasch und dann allmiilllich
langsamer verengt. \\'ic 111a11 den beiden Ausführungsbcisllielen entnelinien kann,
entspricht einer bestimmten @c@anfelform ein llestinimttr Kanalquerschnitt uiic1
umgekehrt, und nian ist in der \Vahl des einen oder des anderen I?lcinentes in keiner
Weise beschriinkt. Dabei zeigt sich, daß je kleiner (las Verhältnis vorn Austrittsquerschnitt
zum Eintrittsquerschilitt gewählt wird, um so größer die Geschwindigkeits- bzw.
Drucksteigerung wird, die int Gebläse erzielt wird.
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Anschließend an das Laufrad I? wird ein Leitapparat I_ angeordnet,
der die Drehung des Schraubenstrahles aufhebt. Da die Austrittsgeschwindigkeit sehr
groß ist, ordnet inan zweckmäßigerweise hinter dem Gelll<iSe einen normalen konischenDiffusorD
an. der die: Geschwindigkeit in Druck umsetzt.