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Halbaxiales Gebläselaufrad Gegenstand der Erfindung bildet ein Gebläselaufrad
von nahezu axialer Bauart, das insbesondere für die Erzeugung hoher Drücke bestimmt
ist.
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Im Gebläsebau sind als Hauptbauarten Radial- und Axialgebläse bekannt.
Diese Bauarten erfüllen in dem ihnen eigenen Arbeitsbereich (nach spez. Drehzahl)
ihren Zweck. Zwischen diesen beiden Lösungen liegen jedoch Bereiche, für die die
genanntenBauartenweniger gut geeignet sind. Insbesondere treten im Gebläsebau Aufgaben
ausgeprägter Eigenart auf, die mit besten Axial- und Radialgebläsen nicht einwandfrei
gelöst werden können. Ein solcher Fall liegt beispielsweise bei stark staubhaltigen
Gasen vor, bei denen mit einem starken Verschleiß oder aber mit einem Hängenbleiben
des Staubes auf den umlaufenden Schaufeln gerechnet werden muß. Bestimmte Radialgebläse
könnten allenfalls zur Erfüllung dieses Zweckes geeignet ausgebildet werden. Sie
würden aber wegen ihrer geringen Schluckfähigkeit große Abmessungen erfordern, so
daß entsprechend hohe Gestehungskosten und Raumbedarf eine derartige Lösung nach
wie vor problematisch erscheinen lassen würden.
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Die dargestellte Lücke soll durch die neue Erfindung geschlossen werden.
Dabei wird von Axialgebläsen ausgegangen, bei denen die äußere Mantellinie schwach
geneigt ist, so daß der Eintrittsdurchmesser kleiner als der Austrittsdurchmesser
wird. Erfindungsgemäß soll bei einem derartigen halbaxialen Gebläselaufrad der Schaufelwinkel
am Eintrittsaußendurchmesser ungefähr der Gleichung
entsprechen. Das bedeutet, daß ß, gleich ist 35° 20'. Den angegebenen Werten liegt
die im Anschluß an die Zeichnungsbeschreibung abgeleitete mathematische
Beziehung
zugrunde, aus der hervorgeht, daß bei Einhaltung des angegebenen Winkels ein dimensionsloses
Minimum für die Eintrittsrelativgeschwindigkeit am Eintrittsaußendurchmesser herrscht.
Die Tatsache, daß diese Geschwindigkeit die größte Geschwindigkeit am Laufrad ist,
führt dazu, Laufräder auszubilden, bei denen dieses Minimum verwirklicht ist. Die
gesamten Laufradverluste werden bei sonst gleichen Bedingungen um so kleiner, j
e kleiner diese Relativgeschwindigkeit ist. Ebenso wichtig ist die Überlegung, daß
auch der unvermeidliche Verschleiß durch staubhaltige Gase bei gleichen Bedingungen
dann zu einem Minimum werden muß.
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In weiterer Durchführung des Erfindungsgedankens wird eine weitere
Verbesserung erreicht, wenn unter Einhaltung des angeführten Winkels dafür gesorgt
wird, daß die Relativgeschwindigkeit keine Verzögerung erleidet. Diese an und für
sich bekannte zusätzliche Maßnahme führt bei gleichzeitiger Verwirklichung der Erfindung
zu einer weiteren ausschlaggebenden Verbesserung. Diese wird erreicht, wenn die
Beziehung
besteht, wobei F1 der freie Durchgangsquerschnitt rechtwinklig zu den Stromlinien
am Eintritt, F2 der freie Durchgangsquerschnitt rechtwinklig zu den Stromlinien
am Austritt und ß, der Austrittswinkel am Austrittsdurchmesser ist.
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In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles
und diagrammatisch erläutert. Abb, x gibt zunächst einen schematisch gehaltenen
Axialschnitt durch ein Laufrad gemäß der Erfindung wieder. Es ist dl der Eintrittsaußendurchmesser,
d,' der Eintrittsinnendurchmesser, d2 der Austrittsaußendurchmesser, d2' der Austrittsinnendurchmesser,
ß1 der Eintrittsschaufelwinkel am Eintrittsaußendurchmesser, ß2 der Austrittsschaufelwinkel
am Austrittsaußendurchmesser des Laufrades. Es sind weiter F1 der freie Durchgangsquerschnitt,
rechtwinklig zu den Stromlinien, am Eintritt und F2 der freie Durchgangsquerschnitt,
rechtwinklig zu den Stromlinien, am Austritt. Mit L sind die Leitschaufeln bezeichnet,
während D der Diffusor ist. Die Linien A-B und C-D in der unteren Hälfte
der Abb. i zeigen die Lage der Kopfkante und der Fußkante eines in eine Ebene rechtwinklig
zur Papierebene gebrachten Gebläseflügels. In Abb. a sind die Kennlinie P, die Wirkungsgradkurve
i und eine Leistungsbedarfskurve N des Gebläses dargestellt. Das Maximum des Leistungsbedarfs
fällt hiernach ungefähr mit dem Maximum des Wirkungsgrades zusammen. Infolgedessen
bedarf der Motor keiner Überdimensionierung, sondern er kann entsprechend der Nutzleistung
des Gebläses ausgelegt werden.
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Diesen Vorschlägen und Ergebnissen liegen folgende Überlegungen zugrunde.
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Bezeichnet V die Fördermenge in die Drehzahl, w1 die Eintrittsrelativgeschwindigkeit,
cl die absolute Geschwindigkeit am Eintritt und ui die dort herrschende Umfangsgeschwindigkeit,
so ergibt sich aus dem rechtwinkligen Eintrittsgeschwindigkeitsdiagramm
ist, während F1 den Querschnitt senkrecht zur Strömung bedeutet (in Abb. i gestrichelt
gezeichnet), so wird, da bei flachen Neigungen der Außenwände statt F1 der Wert
eingeführt werden kann, wenn .
gesetzt wird,
setzt man diese Werte ein, so erhält man:
Es steht also wi in Abhängigkeit vom Durchmesserverhältnis
Für ein bestimmtes Durchmesserverhältnis tritt ein Minimum von w;, das proportional
mit den Strömungsverlusten im Schaufelkanal ist, auf. Durch Differentiation und
Nullsetzung ergibt sich:
Bei gegebenen V, uz und d2 ergibt sich somit ein zahlenmäßig festgelegtes
Durchmesserverhältnis. Der Eintrittsschaufelwinkelßi ergibt sich aus:
Wird in den Nenner das Minimum für
eingesetzt, so ergibt sich
und hieraus ßi mit - 35°. Der Eintrittsschaufelwinkel ist somit konstant für alle
Durchmesserverhältnisse, sofern ein Minimum von w; und damit w, angestrebt wird.
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Erfindungsgemäß ausgebildete Laufräder weisen besonders hohe Wirkungsgrad-
und Drucksteigerungen auf. Der Verschleiß der Laufräder bei staubhaltigen Gasen
ist gering, während gleichzeitig die Blechbeschaufelung geringe Herstellungskosten
verursacht.