DE9303711U1

DE9303711U1 - Radial impeller

Info

Publication number: DE9303711U1
Application number: DE9303711U
Authority: DE
Original assignee: Babcock BSH AG
Current assignee: Grenzebach GmbH and Co KG
Priority date: 1993-03-13
Filing date: 1993-03-13
Publication date: 1993-05-13
Anticipated expiration: 2003-03-14
Also published as: DE59401057D1; ATE145451T1; EP0616131A1; EP0616131B1

Abstract

In the case of conventional radial wheels, the outside diameter of the blade ring between hub disc and cover disc is constant. The problem here is that the flow rate decreases greatly in the vicinity of the cover disc. As a result, efficiency and power density of the wheel are impaired. Wheels are also already known, in the case of which the diameter of the blade ring increases from the hub disc to the cover disc by about 10.5 to 35 %. According to calculations of the inventor, undesired shear flows here, involving considerable losses, can be avoided only by twisting the blades. For the manufacture of twisted blades, complicated special tools are required, so that a single-piece or small-series production is not economical as a rule. The new wheel has blades (3) which are simple to manufacture and are plane or cylindrically curved. An increase in the efficiency and power density is achieved in that the diameter of the blade ring on the cover disc (2) is 1 to 6 % greater than on the hub disc (1). The wheel is particularly suitable for single-piece or small-series production. <IMAGE>

Description

Krefeld, 12.03.93Krefeld, 12.03.93

PAT - PL/wey - H9301GMPAT - PL/white - H9301GM

Radial impeller

Die Erfindung betrifft ein Radiallaufrad gemäß dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.The invention relates to a radial impeller according to the preamble of claim 1.

Es ist bei Radiallaufrädern der angegebenen Gattung lange bekannt, daß die Strömungsgeschwindigkeit in der Nähe der Deckscheibe stark abfällt. Dadurch werden Wirkungsgrad und Leistungsdichte des Laufrades beeinträchtigt.It has long been known that the flow velocity of radial impellers of the type specified drops sharply near the cover disk. This impairs the efficiency and power density of the impeller.

Es ist auch bekannt, zur Beschleunigung der Grenzschichtströmung an der Deckscheibe den Luftstrom zu nutzen, der durch den Ringspalt zwischen der Deckscheibe des Laufrades und der feststehenden Einströmdüse eindringt. Z.B. sind der DE-AS 19 05 269 und der DE-PS 29 40 773 verschiedene Möglichkeiten zu entnehmen, die Kontur der Deckscheibe, die Einlaufdüse und die Spaltweite im Hinblick auf eine Optimierung des Spaltstromes zu gestalten.It is also known to use the air flow that penetrates through the annular gap between the impeller cover plate and the fixed inlet nozzle to accelerate the boundary layer flow on the cover plate. For example, DE-AS 19 05 269 and DE-PS 29 40 773 provide various options for designing the contour of the cover plate, the inlet nozzle and the gap width with a view to optimizing the gap flow.

Die Erfindung geht von Laufrädern aus, die in der zuletzt genannten DE-PS beschrieben sind. Bei diesen Laufrädern können die Schaufeln als profilierte oder auch nicht profilierte Schaufeln ausgebildet sein. In dem letzteren Falle können sie kreisbogenförmig oder parabelförmig gekrümmt oder auch als gerade Schaufeln ausgebildet sein. Die Außenkanten der Schaufeln verlaufen parallel zur Drehachse.The invention is based on impellers which are described in the last-mentioned German patent. In these impellers, the blades can be designed as profiled or non-profiled blades. In the latter case, they can be curved in a circular arc or parabolic shape or can also be designed as straight blades. The outer edges of the blades run parallel to the axis of rotation.

Auch die EP-Bl-O 112 932 befaßt sich mit dem Problem, die Leistungsdichte und den Wirkungsgrad von Radiallaufrädern zu erhöhen. Sie beschreibt ein Laufrad, dessen Schaufeln durch Verwindung oder Scherung verformt sind, wobei der Innendurchmesser des Schaufelkranzes von der Deckscheibe zur Nabenscheibe hin abnimmt. Der Außendurchmesser ist bei einigen Ausführungsbeispielen konstant. Bei einem Ausführungsbeispiel variiert er in der Weise, daß er seinen minimalen Wert an der Deckscheibe und seinen maximalen Wert an der Nabenscheibe annimmt.EP-Bl-O 112 932 also deals with the problem of increasing the power density and efficiency of radial impellers. It describes an impeller whose blades are deformed by twisting or shearing, whereby the inner diameter of the blade ring decreases from the cover disk to the hub disk. The outer diameter is constant in some embodiments. In one embodiment, it varies in such a way that it takes on its minimum value at the cover disk and its maximum value at the hub disk.

Durch die DE-PS 35 20 218 sind Radiallaufräder bekannt, die durch Spritzgießen hergestellt sind. Die Form des Laufrades richtet sich dabei nach den Möglichkeiten und Erfordernissen der Spritzgießtechnik; das gilt insbesondere für die Durchmesser der verschiedenen Teile als Funktion der axialen Koordinate. Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen nimmt der Innendurchmesser ebenso wie der Außendurchmesser des Schaufelkranzes von der Nabenscheibe in Richtung auf die Deckscheibe zu.Radial impellers manufactured by injection molding are known from DE-PS 35 20 218. The shape of the impeller depends on the possibilities and requirements of the injection molding technology; this applies in particular to the diameters of the various parts as a function of the axial coordinates. In the embodiments shown, the inner diameter as well as the outer diameter of the blade ring increases from the hub disk towards the cover disk.

Die Erfindung befaßt sich nicht mit Laufrädern, die durch Gießen hergestellt sind. Sie befaßt sich überhaupt nicht mit kompliziert geformten Laufrädern, die wegen des hohen Werkzeugaufwandes nur in großen Serien wirtschaftlich hergestellt werden können. Sie befaßt sich vielmehr mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Laufrädern, die in Einzel- oder Kleinserienfertigung mit geringem Aufwand an SpezialWerkzeugen herstellbar sind.The invention does not concern impellers that are manufactured by casting. It does not concern complicated-shaped impellers at all, which can only be manufactured economically in large series due to the high tooling costs. Rather, it concerns the impellers specified in the preamble of claim 1, which can be manufactured in individual or small series production with little expenditure on special tools.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Raidallaufrad gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 weiter zu verbessern, so daß der Wirkungsgrad und die Leistungsdichte erhöht werden.The invention is based on the object of further improving a Raidal impeller according to the preamble of claim 1, so that the efficiency and the power density are increased.

Diese Aufgabe wird durch das kennzeichnende Merkmal des Anspruchs 1 gelöst. Durch den in der Nähe der Deckscheibe vergrößerten Durchmesser erfährt die Luftströmung in diesem Bereich eine stärkere Zentrifugalbeschleunigung. 5This object is achieved by the characterizing feature of claim 1. Due to the increased diameter near the cover disk, the air flow in this area experiences a stronger centrifugal acceleration. 5

Vorteilhafte weitere Merkmale der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 und 3 angegeben.Advantageous further features of the invention are specified in claims 2 and 3.

Die Zeichnung dient zur Erläuterung der Erfindung anhand eines vereinfacht dargestellten Ausführungsbeispiels.The drawing serves to explain the invention using a simplified embodiment.

Fig. 1 zeigt im Schnitt ein Radiallaufrad gemäß der Erfindung.Fig. 1 shows a section through a radial impeller according to the invention.

Fig. 2 zeigt eine Gegenüberstellung der Kennlinien eines erfindungsgemäßen Laufrades und eines Laufrades nach dem Stand der Technik.Fig. 2 shows a comparison of the characteristic curves of an impeller according to the invention and an impeller according to the prior art.

Das in Fig. 1 dargestellte Laufrad besteht aus einer ebenen Nabenscheibe 1, einer ringförmigen Deckscheibe 2 und mehreren Schaufeln 3, die einen Schaufelkranz bilden. Die Deckscheibe 2 ist in bekannter Weise trompetenartig geformt. Die Kontur hat in der Darstellung der Fig. 1 annähernd die Form eines Kreisbogens von 90 Grad, so daß die Tangente am inneren Rand etwa parallel zur Drechachse und am äußeren Rand radial verläuft. Die Schaufeln 3 sind ebene oder zylindrisch gebogene Bleche oder auch tragflügelartige Profile. Sie sind zwischen Nabenscheibe 1 und Deckscheibe 2 eingeschweißt, z.B. durch Punktschweißen. The impeller shown in Fig. 1 consists of a flat hub disk 1, an annular cover disk 2 and several blades 3 that form a blade ring. The cover disk 2 is shaped like a trumpet in a known manner. The contour has in the representation in Fig. 1 approximately the shape of a circular arc of 90 degrees, so that the tangent on the inner edge runs approximately parallel to the axis of rotation and radially on the outer edge. The blades 3 are flat or cylindrically bent sheets or also airfoil-like profiles. They are welded between the hub disk 1 and the cover disk 2, e.g. by spot welding.

Die Innenkanten der Schaufeln 3 bestehen aus einem geradlinigen zur Drehachse parallelen Abschnitt, der sich von der Nabenscheibe 1 bis zu einer Zwischenebene 4 erstreckt, und einem daran anschließenden, schwach nach außen gekrümmten bogenförmigen Abschnitt, der sich von der Zwischenebene 4 bis zur Deckscheibe 2 erstreckt. Die Außenkanten schließen sowohlThe inner edges of the blades 3 consist of a straight section parallel to the axis of rotation, which extends from the hub disk 1 to an intermediate plane 4, and an adjoining, slightly outwardly curved arcuate section, which extends from the intermediate plane 4 to the cover disk 2. The outer edges include both

mit dem Rand der Nabenscheibe 1 als auch mit dem Außenrand der Deckscheibe 2 bündig ab. Der Außendurchmesser der Deckscheibe 2 ist etwa 3 % größer als der Durchmesser der Nabenscheibe Daher nimmt der Außendurchmesser des Schaufelkranzes von der Nabenscheibe 1 zur Deckscheibe 2 hin zu. Die Außenkante der Schaufel 3 besteht aus zwei geradlinigen Abschnitten. Der erste Abschnitt 5 erstreckt sich von der Nabenscheibe 1 in axialer Richtung über eine Höhe a bis zu der zur Nabenscheibe 1 parallelen Zwischenebene 4. Er schließt mit der Drehachse einen spitzen Winkel ein. Der zweite Abschnitt 6 erstreckt sich zwischen der Zwischenebene 4 und der Deckscheibe 2 über eine Höhe b. Er ist parallel zur Drehachse. Das Verhältnis a:b, in dem die Zwischenebene 4 den Abstand zwischen Nabenscheibe 1 und Deckscheibe 2 unterteilt, liegt bei etwa 7:3.flush with the edge of the hub disk 1 and with the outer edge of the cover disk 2. The outer diameter of the cover disk 2 is approximately 3% larger than the diameter of the hub disk. Therefore, the outer diameter of the blade ring increases from the hub disk 1 to the cover disk 2. The outer edge of the blade 3 consists of two straight sections. The first section 5 extends from the hub disk 1 in the axial direction over a height a to the intermediate plane 4 parallel to the hub disk 1. It forms an acute angle with the axis of rotation. The second section 6 extends between the intermediate plane 4 and the cover disk 2 over a height b. It is parallel to the axis of rotation. The ratio a:b, in which the intermediate plane 4 divides the distance between the hub disk 1 and the cover disk 2, is approximately 7:3.

In Fig. 2 sind in dimensionsloser Darstellung die Druckzahl Ai^ und der Wirkungsgrad &eegr; über der Volumenzahl Cp aufgetragen. Der Index 1 bezeichnet den Stand der Technik, der Index 2 die Erfindung. Es ist deutlich erkennbar, daß sowohl der Wirkungsgrad als auch die Druckzahl durch die Erfindung verbessert werden. Das Maximum des Wirkungsgrades, das den optimalen Arbeitspunkt angibt, ist zu einer höheren Volumenzahl verschoben. Da somit im optimalen Arbeitspunkt sowohl Druckzahl als auch Volumenzahl im Vergleich zum Stand der Technik vergrößert sind, ergibt deren Produkt eine deutlich e rhöhte Le i stungsdichte.In Fig. 2, the pressure coefficient Ai^ and the efficiency η are plotted against the volume coefficient Cp in a dimensionless representation. Index 1 indicates the state of the art, index 2 the invention. It is clearly visible that both the efficiency and the pressure coefficient are improved by the invention. The maximum efficiency, which indicates the optimum operating point, is shifted to a higher volume coefficient. Since both the pressure coefficient and the volume coefficient are increased at the optimum operating point compared to the state of the art, their product results in a significantly increased power density.

Claims

- 5 -Protection claims:

1. Radial impeller,

with a hub disc,

with a ring-shaped, trumpet-like cover plate

and with a blade ring consisting of several flat or cylindrically curved blades, which are attached to the hub disk and cover disk by simple connections such as welded, riveted or plug-in connections,

characterized in that the outer diameter of the blade ring increases from the hub disk (1) to the cover disk (2).

2. Radial impeller according to claim 1, characterized in that the outer diameter of the blade ring on the cover disk (2) is 1 to 6% larger than on the hub disk (1).

3. Radial impeller according to claim 1 or 2, characterized in that the outer diameter of the blade ring between the hub disk (1) and an intermediate plane (4) parallel to the hub disk increases continuously and is constant between the intermediate plane and the cover disk (2), the intermediate plane (4) dividing the distance between the hub disk (1) and the cover disk (2) in a ratio of at least 7:3.