DE949899C

DE949899C - Axialgeblaese oder -pumpe mit Schwenkbaren Laufschaufeln

Info

Publication number: DE949899C
Application number: DED14842D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Eduard Dufey
Original assignee: EDUARD DUFEY DIPL ING
Current assignee: EDUARD DUFEY DIPL ING
Priority date: 1942-03-29
Filing date: 1942-03-29
Publication date: 1956-09-27

Description

Axialgebläse oder -pumpe mit schwenkbaren Laufschaufeln Axialgebläse und -pumpen mit schwenkbaren Laufschaufeln haben bekanntlich eine weitgehende Anpassungsfähigkeit an verschiedene Betriebszustände. Dabei ergaben sich aber bisher gewisse Schwierigkeiten, wenn es sich um Maschinen mit großer Druckzahl handelt, die einerseits eine große Schaufeltiefe (axiale Schaufelerstreckung) im Verhältnis zur Schaufellänge (radiale Schaufelerstrekkung) und andererseits einen sehr kleinen Radialspalt zwischen den Schaufeln und dem Gehäuse haben; dieser Spalt beträgt bei Ausführungen, bei denen ein guter Wirkungsgrad verlangt wird, nur etwa i bis 21/o der Schaufellänge.
Unter solchen Verhältnissen müssen nämlich zum Erzielen der freien Schwenkbarkeit der Schaufeln sowohl die innere und die äußere Begrenzungsfläche der Schaufeln als auch die Nabenaußenwand und die Gehäuseinnenwand in dem betreffenden Bereich kugelflächenförmig, und zwar konzentrisch zueinander gekrümmt sein. Dann ist allerdings bei der üblichen Anordnung mit senkrecht zur Laufraddrehachse stehenden Laufschaufelschwenkachsen für die Ein- und Ausbaumöglichkeit des Läufers eine geteilte Ausführung des Gehäuses mit vergleichsweise größerem Material- und Arbeitsaufwand für Herstellung, Montage und Dichthaltung oder die Anordnung besonderer Montageschlitze im Gehäuse notwendig. Dieser Nachteil kann zwar vermieden werden, wenn die Gehäuseinnenwand entsprechend der Bauart mit feststehenden Schaufeln durchgehend zylindrisch ausgebildet ist. Dadurch ergibt sich jedoch ein größerer Spalt am Eintritts- und Austrittsende der Schaufeln mit einem entsprechend größeren Leistungsverlust.
Ein weiterer Nachteil der kugelflächenförmigen inneren und äußeren Begrenzung der Schaufeln sowie der entsprechenden Ausbildung der Nabenaußenwand und der Gehäuseinnenwand bei radial gerichteten Schaufelsch-,venkachsen besteht darin, daß die äußeren Stromlinien in der zweiten Hälfte der axialen Schaufeltiefe einwärts verlaufen. Dadurch erhält das Fördermedium eine der Zentrifugalkraft entgegengesetzte Geschwindigkeitskomponente, was zu an sich bekannten Schwierigkeiten in der Grenzschicht, insbesondere an der Nabe, führt und den durch den verringerten Spaltverlust erreichten Gewinn mindestens teilweise wieder verlorengehen läßt.
Zur Beseitigung der vorstehend erwähnten Mängel wird das Problem einer geeigneten Bauart von Axialgebläsen oder -pumpen mit schwenkbaren Laufschaufeln, bei denen die inneren und äußeren Schaufelendflächen, die Nabenaußenwandseite und die Gehäuseinnenwandseite konzentrische Kugelteilflächen bilden, gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Schwenkachse jeder Laufschaufel, durch den Kugelmittelpunkt gehend, mit der Drehachse des Laufrades einen zum Laufradeintritt hin offenen spitzen Winkel bildet, der so bemessen ist, daß in einer zum axialen Ein- oder Ausbau des Laufrades bestimmten Schaufelstellung der größte Schaufelkreis kleiner ist als der kleinste Durchmesser der Gehäuseinnenwand.
In diesem Zusammenhang ist es, um die Biegungsbeanspruchung in der Schaufel möglichst gering zu halten, weiterhin zweckmäßig, daß die Schwerpunktlinie, welche die Schwerpunkte der verschiedenen Schaufelquerschnitte verbindet, mit der Schwenkachse der Schaufel einen solchen Winkel bildet, daß sie im Bereich der vorwiegend in Betracht kommenden Betriebsstellungen wenigstens annähernd senkrecht auf der Laufraddrehachse steht.
Mit einer die vorstehenden Erfindungsmerkmale enthaltenden Bauart, deren weitere Einzelheiten aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich sind, wird der große Vorteil erreicht, daß auch bei schwenkbar angeordneten Schaufeln mit großer axialer Tiefe einerseits und kleinem radialem Spalt andererseits die ungeteilte Ausführung des Gehäuses beibehalten werden kann, ohne mit einer vergrößerten Gefahr des Abläsens der Grenzschichtströmung infolge einwärts gerichteter Stromlinien rechnen zu müssen. Es gelingt vielmehr, ohne besonderen konstruktiven Aufwand den Spalt für alle Schaufelstellungen und über die ganze Schaufeltiefe gleich klein zu halten sowie durch geeignete Schräglage der Schwenkachse jeder Schaufel in bezug auf die Laufraddrehachse eine gewünschte Mindestneigung der Stromlinien nach außen herbeizuführen. Dadurch wird der Wirkungsgrad bei Teillasten verbessert. Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung in einer Ausführungsform beispielsweise dargestellt. Es zeigt Fig. i ein Axialgebläse mit geöffneten Laufradschaufeln (Betriebsstellung) im Teilaxialschnitt, Fig. 2 das gleiche Gebläse mit fast geschlossenen Laufradschaufeln (Drossel- oder Ruhestellung) in entsprechender Darstellung, Fig. 3 zwei Querschnitte durch eine Laufschaufel an der Nabe und am Umfang in geöffneter Schaufelstellung, Fig.4 zwei entsprechende Schaufelquerschnitte in stark gedrosselter Schaufelstellung, Fig. 5 einen vergrößerten Ausschnitt der Fig. i mit angedeuteter Montagestellung einer Laufradschaufel.
In dem ungeteilten Gehäuse i eines Axialgebläses sind die Lauf radschaufeln 2 mit ihrem Fuß 3 in einen als Halbkugel ausgebildeten Teil der auf der Welle 4 angeordneten Nabe 5 schwenkbar eingesetzt, während die anschließenden Leitschaufeln 6 und ihr innerer, bis auf Spaltabstand an die Laufradnabe heranreichender Begrenzungsring 7 mit dem Gehäuse aus einem Stück hergestellt sind. Die innere und die äußere Begrenzung der Laufschaufeln sind kugelflächenförmig gekrümmt und verlaufen in geringem, überall gleichem -Spaltabstand konzentrisch zu den entsprechend ausgebildeten Flächen der Nabenaußenseite und der Gehäuseinnenseite; demgemäß lassen sich diese Schaufeln bei gleichbleibenden Radialspalten um 36o° schwenken. Die Schwenkachse 8 jeder Laufradschaufel bildet mit der Welle 4, d. h. mit der Laufraddrehachse, einen spitzen, zum Laufradeintritt hin offenen Winkel a und geht durch den gemeinsamen Krümmungsmittelpunkt der als Kugelabschnitte ausgebildeten Flächen der Laufschaufeln, der Laufradnabe und des Gehäuses.
Die Eintrittskante 9 der Laufschaufeln verläuft so, daß die Projektion ihres äußersten Punktes im Axialschnitt bei voll geöffneter Schaufelstellung (Fig. i und 5) gerade auf der Schwenkachse 8 und bei demgegenüber um etwa i8o° geschwenkter Montagestellung (in Fig. 3 strichpunktiert) in geringem eintrittsseitigem Abstand von derselben liegt. Da der kleinste Durchmesser der Gehäuseinnenfläche etwas weiter nach außen auf der geneigten Schaufelschwenkachse liegt, also einen größeren Kreis bildet als der durch. die bei der letztgenannten Schaufelstellung äußersten Punkte der einzelnen Schaufeln gehende Kreis, läßt sich das ganze Laufrad dann ohne weiteres in axialer Richtung ein- und ausbauen.
Man kann durch etwas andere Ausbildung der Schaufeln oder durch Verringerung des Neigungswinkels der Schwenkachse 8 sogar erreichen, daß die äußersten Schaufelpunkte bei einer bestimmten Schaufelstellung in einem genügenden Abstand von der Gehäuseinnenwand liegen, um einen Ein-und Ausbau der einzelnen Schaufeln ohne Axialverschiebung der Nabe zu ermöglichen.
Die sich aus den Schwerpunkten der verschiedenen Schaufelquerschnitte ergebende Schwerpunktlinie io schneidet die Schwenkachse 8 vorteilhaft etwa am Übergang vom Schaufelblatt zum Schaufelfuß 3 unter einem solchen Winkel y, daß sie im Bereich der vorwiegend in Betracht kommenden Betriebsstellungen der Schaufeln mindestens annähernd senkrecht zur Laufraddrehachse verläuft. Dadurch werden die durch die Fliehkräfte verursachten Biegungsbeanspruchungen der Schaufeln auf ein Mindestmaß verringert.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Axialgebläse oder -pumpe mit schwenkbaren Laufschaufeln, wobei die inneren und äußeren Schaufelendflächen, die Nabenaußenwand und die Gehäuseinnenwand konzentrische Kugelteilflächen bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachse (8) jeder Laufschaufel (2,) , durch den Kugelmittelpunkt gehend, mit der Drehachse (4) des Laufrades einen zum Laufradeintritt hin offenen spitzen Winkel (a) bildet, der- so bemessen ist, daß in einer zum axialen Ein- oder Ausbau des Laufrades bestimmten Lage der Schaufeln der größte Schaufelkreis kleiner ist als der kleinste Durchmesser der Gehäuseinnenwand.
2. Axialgebläse oder -pumpe nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittskante (9) jeder Laufschaufel (2) bei geöffneter Schaufelstellung im Axialschnitt mit der Projektion ihres äußersten Punktes etwa auf der Schwenkachse (8) liegt.
3. Axialgebläse oder -pumpe nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenkachse (8) jeder Laufschaufel (2) sich mit der Gehäuseinnenwand etwa an der engsten Stelle derselben schneidet:
4. Axialgebläse- oder -pumpe nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Schwerpunkte der verschiedenen Querschnitte jeder Laufschaufel (2) gebildete Schwerpunktlinie (io) unter einem solchen Winkel (y) zur Schwenkachse (8) verläuft, daß sie im Bereich der vorwiegend in Betracht kommenden Betriebsstellungen der Schaufeln mindestens annähernd senkrecht auf der Laufraddrehachse (4) steht. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 722 424, 474 747; Zeitschrift »Luftfahrt-Forschung«, 1937, SS.459, 46o.