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Mehrstufiges Axialgebläse oder mehrstufige Axialpumpe Die Erfindung
betrifft mehrstufige Axialgebläse und mehrstufige Axialpumpen, bei denen in den
Laufrädern eine ßruekerhöhung des Fördermittels stattfindet und vor jedes Laufrad
ein Leitrad eingeschaltet ist.
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Gemäß der Erfindung bilden bei Maschinen dieser Art die Leitradkanäle
Düsen, die sich in der Strömungsrichtung des Fördermittels verengern, ferner sind
die Leitradkanäle derart angeordnet, daß die Strömungsrichtung des Fördermittels
beim Austritt aus dem Leitrad eine gegen die Umfangsgeschwindigkeit des Laufrades
gerichtete Komponente hat, und endlich weisen die Querschnitte der Laufradflügel
Tragflächenprofil auf.
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Axialverdichter, bei denen die Leitradkanäle Düsen bilden, sind bereits
bekannt. Ein bekannter Verdichter dieser Art ist ein Lüfter mit nur einem Leitrad'und
nur einem Laufrad, bei dem dem Leitrad lediglich die Aufgabe zufällt, dem Fördermittel
einen solchen Drall zu erteilen, daß ein axialer Austritt aus dem Laufrad erfolgt.
Eine andere bekannte Maschine dieser Art ist ein mehrstufiges Axialgebläse, bei
dem das Fördermittel in mehreren aufeinanderfolgenden Geschwindigkeitsrädern fortlaufend
lediglich auf höhere Geschwindigkeit gebracht wird und die immer größer gewordene
Geschwindigkeit des Fördermittels erst im letzten Leitrad heruntergesetzt wird,
wodurch die verlangte Druckerhöhung erzeugt wird. Bei diesem mehrstufigen Axialgebläse
fällt somit den Leiträdern, mit Ausnahme des letzten, nur die Aufgabe zu, eine Umlenkung
des Fördermittels zu bewirken.
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Die Leitradkanäle derart anzuordnen, daß die Strömungsrichtung des
Fördermittels beim Austritt aus dem Leitrad eine gegen die Umfangsgeschwindigkeit
des Laufrades gerichtete Komponente hat, ist an sich auch bekannt. Die bekannten
Leitradkanäle dieser Art sind zumeist hinter dem zugeordneten Laufrad angeordnet
worden, wobei in diesen Kanälen die angestrebte Richtungsänderung der Strömung unter
Druckzunahme erfolgt, was zu einer Entlastung des Laufrades beiträgt. Die Leitradkanäle
wirken hier somit als Diffusor. In Diffusoren geht aber bekanntlich die Umsetzung
der Geschwindigkeit in Druck unter schlechtem Wirkungsgrad vor sich. Die Geschwindigkeits-
sowie Energieverteilung beim Austritt aus solchen Diffusoren sind meistens schlecht,
weil diese nur bei gleichbleibenden Eintrittsverhältnissen, d. h. wenn die Eintrittsgeschwindigkeit
weder nach der Richtung noch nach der Größe schwankt, günstig arbeiten.
Auch
Laufradflügel, deren Querschnitte Tragflächenprofil aufweisen, sind im Lüfterbau
bereits bekannt.
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Die Erfindung bestellt somit in der Vereinigung einer Anzahl von Merkmalen,
von denen jedes für sich bereits bekannt ist. Diese Vereinigung. die den Gegenstand
der Erfindung bildet, zeitigt gegenüber den bekannten mehrstufigen Axialgebläsen
und Axialpumpen einen überraschenden technischen Fortschritt. Dieser wird dadurch
erreicht, daß die Kanäle der Leiträder einen Gegendrall in bezug auf das nachgeordnete
Laufrad ausschließlich unter Beschleunigung der Strömung bei gleichzeitigem Druckabfall
erzeugen, so daß das Fördermittel in jedem Leitrad zufolge der ordnenden Wirkung
des Druckabfalles unter Vermeidung von Ablösungen so geführt wird, daß es in geordnetem,
wirbelfreiem Zustand in das nächstfolgende Laufrad eintritt. Das ist deswegen von
ausschlaggebender Bedeutung, weil die Querschnitte der Laufradflügel Tragflächenprofil
aufweisen und solche Flügel bekanntlich schon gegen kleinste Änderungen in der Anströmrichtung
außerordentlich empfindlich sind.
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Die Kurven in der Abb. i der Zeichnung, von denen A eine Druckvolumenkurve
und B eine Wirkungsgradkurve ist, belegen den mit der Erfindung erzielten technischen
Fortschritt. Sie haben sich bei einem dreistufigen Axialgebläse mit düsenförmigen
Leitradkanälen und Laufrädern mit Tragflächenprofil ergeben. Dieses Gebläse, das
Luft von i5° C und Atmosphärendruck ansaugt, läuft mit 64oo U/min, so daß die Umfangsgeschwindigkeit
der einen Durchmesser von 6oo mm aufweisenden Laufräder Zoo m/Sek. beträgt. Aus
der Kurve A ist ersichtlich, daß in den drei Stufen bei einem Ansaugevolumen von
8M1 / Sek. eine Druckerhöhung von insgesamt 470o mm WS erreicht wird. Da die drei
Stufen einander ähnlich sind, ist die Druckerhöhung in jeder Stufe annähernd dieselbe.
Sie beträgt somit etwa: z 57o mm WS je Stufe. Der reine Radwirkungsgrad, d. h. die
Energieumsetzung in den Laufrädern selbst, erreicht Werte von bis zu 9o %.
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Die Erfindung bringt somit gegenüber dem bekannten Stande der Technik
eine Vergrößerung des in einer Stufe erreichten Druckverhältnisses, und zwar bei
gedrängtem Aufbau der Maschine und gutem Wirkungsgrad.
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Auf der Zeichnung ist eine Ausführungsform eines Gebläses gemäß der
Erfindung beispielsweise veranschaulicht.
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Abb. i zeigt die vorstehend schon behandelten beiden Kurven A und
B.
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Abb. 2 zeigt einen Axialschnitt in schematischer Darstellung. Abb.
3 stellt den zugehörigen Schaufelplan dar.
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Abb.4 zeigt den Verlauf des statischen Druckes des Fördermittels beim
Durchströmen des Axialgebläses.
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Abb. 5 zeigt die Geschwindigkeitsdreiecke der einzelnen Leiträder
und Laufräder.
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Im Gehäuse i des in der Abb. 2 gezeigten Gebläses läuft ein die Laufräder
5 tragender Läufer mit der Welle 6. Er hat Laufradflügel .4 mit Tragflächenprofil,
die gegen Änderungen in der Anströmrichtung sehr empfindlich sind. Jedes Laufrad
hat ein vorgeschaltetes Leitrad mit feststehenden Schaufeln 2. Die Naben der Leiträder
reichen bis an die Welle 6. Das Fördermittel strömt in Richtung der Pfeile von links
nach rechts.
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Wie dem Schaufelplan in der Abb. 3 zu entnehmen ist, wird in jedem
Leitrad ein Gegendrall zur Laufradbewegungsrichtung erzeugt. Die Erzeugung dieses
Gegendralls ist mit einer Beschleunigung der absoluten Strömungsgeschwindigkeit
von c, auf cl (s. Abb. 5) verbunden, wobei (s. Abb.4) der statische Druck etwas
abnimmt. Erst in dem Laufrad 5 der betreffenden Stufe erfolgt eine starke Druckerhöhung
(s. Abb.4). Die Druckerhöhung entsteht durch die Erniedrigung der relativen Eintrittsgeschwindigkeit
w1 am Eintritt in das Laufrad auf die kleinere relative Geschwindigkeit w2 am Austritt.
Dabei wird die absolute Geschwindigkeit cl im Laufrad wieder im wesentlichen in
die axiale Richtung c2 umgelenkt.
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Im nachfolgenden Leitrad wird nun die Geschwindigkeit c2 in die Richtung
c$ umgelenkt und dabei wieder ein Gegendrall zum nächsten Laufrad erzeugt. Die beschriebenen
Vorgänge wiederholen sich von Stufe zu Stufe.
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Zweckmäßig werden die als Düsen ausgebildeten Leitkanäle 2 vor dem
zugehörigen Laufrad -angeordnet. Der Umstand, daß das Leitrad Druck verzehrt, also
das Laufrad der zugeordneten Stufe in der Druckerhöhung nicht unterstützt, führte
bisher zur Annahme, daß eine solche Ausbildung unzweckmäßig sei, weil die Laufräder
dabei einen entsprechend höheren Druck erzeugen .müssen. Eingehende Untersuchungen
haben jedoch gezeigt, daß der Vorteil der richtigen Beaufschlagung des Laufrades
an seinem Eintritt den Nachteil, daß das Leitrad einen gewissen Druck aufzehrt,
mehr als aufwiegt.
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Die Ausbildung der Leitradkanäle 2 als Düsen ermöglicht es auch, den
Abstand zwischen den aufeinanderfolgenden Laufrädern und somit die axiale Baulänge
der ganzen Maschine klein zu halten, weil die erforderliche Umlenkung oder Ausgleichung
der vom vorhergehenden Laufrad erzeugten Dreh-
Bewegung des Fördermittels
in einer Düse mit Druckabfall auch bei einem kleinen Krümmungsradius der Leitflächen
ohne Ablösungsgefahr geschehen kann.