DK173521B1 - Ledeskovl til aksialblæsere - Google Patents

Description

i DK 173521 B1

Opfindelsen angår en ledeskovl til brug i aksialblæsere.

Når en luftart passerer gennem en blæser, omledes luftarten af blæserrotorens skovle eller blade, og der 5 opnås en trykforøgelse over blæserrotoren. Omledningen medfører imidlertid, at gasstrømmens hastighed har en rotationskomposant efter passagen gennem blæserrotoren. Denne rotationskomposant indeholder rotationsenergi, som ofte går tabt, når luftarten transporteres videre ned-10 strøms fra blæseren.

For at spare på denne rotationsenergi og derved forøge blæserens trykforøgelse og virkningsgrad er det kendt at anbringe en krans af ledeskovle nedstrøms for blæserrotoren. Herved omdannes den rotationsenergi, som luft-15 artsstrømmen har efter passage gennem blæserrotoren, ved passagen gennem ledeskovlene til en forøgelse i det statiske tryk. Denne omdannelse er ikke tabsfri, og for at gøre tabene så små som muligt er det af væsentlig betydning, at ledeskovlenes indløbsvinkel i alt væsentligt 20 stemmer overens med luftartens strømningsretning fra blæserrotoren. Dersom ledeskovlenes indløbsside ikke er tilpasset efter den tilstrømmende luftarts retning, sker der en kraftig afløsning af strømningen forbi ledeskovlene, med heraf følgende store energitab og dermed en for-25 mindskelse af blæserens virkningsgrad. Ledeskovlene er desuden udformet på en sådan måde, at luftarten på udløbssiden strømmer i alt væsentligt aksialt.

Det har vist sig, at rotationskomposantens størrelse varierer langs med radien, dvs. at den vinkel, som strøm-30 ningsretningen danner med blæseraksen (eller en hermed parallel linie), varierer med radien. Strømningen er meget kompleks, og på grund af sekundære virkninger bliver rotationskomposanten efter blæserskovlene større ved disses rod og spids. Ved blæserskovlenes rod, dvs. hvor 35 disse er fastgjort til navet, meddeles gasstrømningen en 2 DK 173521 B1 forøget rotation gennem tilbagestrømning i spalter og navets rotation, og ved skovlspidserne fremkommer en forøget rotation som følge af tilbagestrømning, som 5 formindsker den aksiale komposant. Det bør endvidere bemærkes, at den ydre begrænsning, f.eks. væggen i en strømningskanal eller lignende, ikke alene afbremser den tangentiale bevægelseskomposant, men også den aksiale. Tilsammen medfører dette den uventede radiale variation af 10 strømningsretningen, der er vist i fig. 1.

Fig. 1 viser således resultatet af målinger, der er udført på en aksialblæser. Som det fremgår af figuren, er strøm-ningsretningens vinkel med blæseraksen større ved skovlens spids og rod, og mellem disse passerer vinklen gennem et 15 minimum. Kurvens nøjagtige udseende påvirkes af sådanne parametre som skovlvinklerne på blæserrotoren og det valgte arbejdspunkt i det tilsvarende blæserdiagram (tryk/strømnings-diagrammet), men kvalitativt set er kurvens forløb det samme med et minimum mellem de steder, 20 der svarer til skovlens rod og spids.

Med henblik på at søge at tilpasse ledeskovlens indløbsvinkel til den i radial retning varierende rotationskompo-sant er der blevet fremstillet ledeskovle med varierende krumning, hvad der imidlertid kræver en meget kompliceret 25 fremstillingsteknik.

Der er også blevet fremstillet ledeskovle med en skrå kant mellem ledeskovlens indre og ydre længdekanter på en sådan måde, at ledeskovlens bue-længde langs med den indre kant er længere end bue-længden langs med den radialt set ydre 30 kant. Dersom ledeskovlen har en konstant krumning, fremkommer der herved en større indløbsvinkel ved ledeskovlens radialt set indre del end ved den ydre del.

Det er på baggrund af ovenstående oplysninger om rota-tionskomposantens radiale variation opfindelsens formål at 3 DK 173521 B1 anvise en ledeskovlr som på indløbssiden på en betydeligt forbedret måde er tilpasset til den tilstrømmende luftarts retning over ledeskovlens samlede radiale udstrækning, 5 samtidigt med at ledeskovlen er enkel og billig at fremstille, og dette formål opnås ved en ledeskovl, som ifølge opfindelsen udviser de i krav 1's kendetegnende del angivne træk.

Ved på denne måde at give kanten af den del af ledeskov-10 len, der vender mod blæserrotoren, en form, som i alt væsentligt er komplementær til den i fig. 1 viste variation af rotationskomposanten, er det muligt at fremstille ledeskovlen med enkel krumning og samtidigt opnå en god tilpasning af indløbsvinklen til den tilstrømmende 15 luftarts retning i ethvert punkt.

Det har med ledeskovle ifølge opfindelsen vist sig muligt at opnå blæservirkningsgrader, der ligger op til 20% højere end, hvad der kan opnås med de ledeskovle, som for tiden forekommer almindeligt på markedet.

20 Ifølge en fordelagtig udførelsesform for ledeskovlen ifølge opfindelsen opfylder indløbsvinklen ved ledeskovlens roddel betingelsen 40° < αχ < 70®, fortrinsvis 25 52° < ar i < 70®.

Ifølge en anden udførelsesform for ledeskovlen ifølge opfindelsen med konstant krumningsradius opfylder forholdet mellem krumningsradien R og længden på ledeskovlens radialt indre kant opfylder betingelsen 30 0,83 < R/Li < 1,45 fortrinsvis 0,83 < R/I-! < 1,10.

Herved bliver det muligt at optimere ledeskovlens form 4 DK 173521 B1 til det valgte arbejdspunkt i det område af tryk/strømnings-diagrammet, der er af interesse.

Ifølge en yderligere fordelagtig udførelsesform for 5 ledeskovlen ifølge opfindelsen opfylder forholdet mellem længden af ledeskovlens radialt indre kant og ledeskovlens længde ved indsnævringens niveau betingelsen 1,8 < LX/L2 < 2,3, mens forholdet mellem indsnævringens afstand Ηχ fra den 10 radialt indre kant og ledeskovlens samlede radiale højde H2 opfylder betingelsen 0,4 é H1/H2 <0,8 fortrinsvis 0,5 < H3./H2 < 0,8.

15 Ledeskovlens indløbsvinkel ved skovlspidsen skal være relateret til f.eks. indløbsvinklen ved skovlroden, og ved endnu en fordelagtig udførelsesform for ledeskovlen ifølge opfindelsen fremkommer denne relation ved, at forholdet mellem længderne L3 og af ledeskovlens radialt ydre og 20 indre kanter opfylder betingelsen 0,5 é L3/L! ^ 0,7.

Dersom der for de forskellige parametre, der bestemmer ledeskovlens udformning, vælges værdier uden for de angivne intervaller, vil der optræde forstyrrelser af 25 forskellig art, såsom afløsning af gasstrømmen fra ledeskovlen med deraf følgende energitab.

Opfindelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til tegningen, som bl.a. viser to udførelseseksempler på en ledeskovl ifølge opfindelsen, idet 30 fig. 1 er en grafisk fremstilling, der viser den radiale variation af vinklen mellem strømningsretningen og blæseraksen fra skovlens rod til skovlens spids.

5 DK 173521 B1 fig. 1 er en grafisk fremstilling, der viser den radiale variation af vinklen mellem strømningsretningen og blæseraksen fra skovlens rod til skovlens spids, 5 fig. 2 viser en aksialblæser med nedstrøms beliggende ledeskovle ifølge opfindelsen, fig. 3 viser en foretrukken udførelsesform for en ledeskovl ifølge opfindelsen, udfoldet i ét plan, fig. 4 viser den i fig. 3 viste ledeskovl med konstant 10 krumning, og fig. 5 viser en alternativ udførelsesform for en ledeskovl ifølge opfindelsen, ligeledes udfoldet i ét plan.

Fig. 2 viser en aksialblæserrotor 2, der er monteret i en kanal 4, hvori luftstrømningsretningen er vist med en pil 15 q. Nedstrøms og i en vis afstand fra rotoren 2 er der monteret en krans af ledeskovle 6, hvis radiale udstrækning i alt væsentligt svarer til den radiale udstrækning af rotorbladene 8. Af afbildningen af ledeskovlen 6' fremgår det, at dens udløbsdel forløber i hovedsagen aksialt, mens 20 indløbsdelen danner en vis vinkel med blæserrotorens akse (eller en hermed parallel linie).

Fig. 3 viser en foretrukken udførelsesform for en ledeskovl 6, der er udfoldet i ét plan. Den endedel af ledeskovlen 6, der er bestemt til at vende mod rotoren 2, 25 har en kant 10 med parabel lignende form, således at der mellem den indre længdekant 12 og den ydre længdekant 14 på ledeskovlen 6 dannes en "talje", hvis længde L2 langs med ledeskovlen er kortere end de nævnte længdekanters længder henholdsvis L3. Ledeskovlen 6 har en retliniet 30 bagkant 16.

6 DK 173521 B1 "Taljens" højde fra den indre længdekant 12 er betegnet med H^, og ledeskovlens samlede højde med H2. "Taljens" beliggenhed bestemmes af betingelsen 5 0,4 < H1/H2< 0,9 fortrinsvis 0,5 < H1/H2 < 0,8.

Når den i fig. 3 viste ledeskovl meddeles en konstant krumning med en krumningsradius R som vist i fig. 4, 10 fremkommer der ved ledeskovlens indre del, der kommer til at ligge i niveau med rotorbladenes rod, en større indløbsvinkel i forhold til midterlinien en ved ledeskovlens ydre del, der kommer til at ligge i niveau med rotorbladenes spidser, eftersom den indre længdekant 12 er læn-15 gere end den ydre længdekant 14, jf. fig. 3. I den mellemliggende "taljedel" bliver indløbsvinklen endnu mindre, og herved opnås på enkel måde en radial variation i indløbsvinklen, der stemmer overens med den radiale variation i gasstrømningens rotationskomposant, således som omtalt 20 ovenfor.

Ved 0,50 4 L3/L1 4 0,70 opnås forhold mellem indløbsvinklerne ved ledeskovlens yderste og inderste dele, der er velegnede til praktiske anvendelser.

25 Længderne L^ og L2 opfylder betingelsen 1,8 < L1/L2 < 2,3.

For at gøre det muligt at optimere ledeskovlen ved forskellige arbejdspunkter i tryk/strømnings-diagrammet, dvs. både ved stor strømning og ved højt tryk, skal 30 krumningsradien R, jf. fig. 4, og Lj_ opfylde betingelsen 0,83 < R/Li < 1,45, fortrinsvis 7 DK 173521 B1 0,83 < R/Li < 1,10.

Forholdet mellem radierne Ri og R2 fra blæseraksen 18 til den indre kant 12 henholdsvis den ydre kant 14 på 5 ledeskovlen 6 opfylder betingelsen 0,3 ύ Ri/R2 ^ 0,8, fortrinsvis 0,45 < Ri/R2 < 0,72.

Herved bliver ledeskovlen 6 anvendelig for praktisk taget 10 samtlige aksialblæsere, der forekommer i praksis.

I øvrigt svarer Ri til blæserrotorens nav-radius, mens radien R2 svarer til radius i den aktuelle strømningskanal 4, som også i hovedsagen stemmer overens med blæserroto-rens radius, jf. fig. 2.

15 Fig. 5 viser en alternativ udførelsesform for en ledeskovl ifølge opfindelsen, idet den kant, der er bestemt til at vende mod blæserrotoren er dannet af en polygonrække af tre sider 20,22,24. Herved kommer siden 22 til at danne den mellemliggende "taljedel". Det skal bemærkes, at 20 "taljedelen" 22 ligger nærmere til den ydre kant 14 end den Indre kant 12. Også denne ledeskovl krummes med konstant krumningsradius som vist i fig. 4. Denne ledeskovl er enkel at fremstille og giver en betydelig forøgelse i virkningsgraden sammenlignet med tidligere 25 udførelser med en monotont forløbende skrå kant 26, som i fig. 5 er antydet i afbrudt streg.

Der kan selvsagt anvendes mange forskellige kurveformer for den kant, der vender mod blæserrotoren, forudsat at de udviser en "talje” som beskrevet ovenfor. I praksis vælges 30 selvsagt netop den kurveform, der giver det bedste resultat.

8 DK 173521 B1

Genstandsfortegnelse højde h2 højde 5 Li længde L2 længde/"taljedel" L3 længde q luftstrømningsretning R krumningsradius 10 Ri radius R2 radius a (vinkel) 2 aksialblæserrotor 4 (strømnings-)kanal 15 6 ledeskovl 6' ledeskovl 8 rotorblad 10 kant 12 indre længdekant 20 14 ydre længdekant 16 bagkant 18 blæserakse 20 side )(poly- 22 side/"taljedel")(gon- 25 24 side )(række 26 skrå kant ("talje" med længde L2)

Claims (12)

1. Ledeskovl (6) til brug i en aksialblæser, kende tegnet ved, at den del (10; 20,22,24), der er bestemt til 5 at vende mod blæserrotoren, har en tilbagetrukken del mellem ledeskovlens radialt ydre (14) og indre (12) dele, idet buelængden langs med den enkeltkrummede ledeskovl ved indsnævringens niveau er kortere end ved de nævnte ydre (14) og indre (12) dele.

2. Ledeskovl ifølge krav 1, kendetegnet ved, at kanten på den endedel, der er bestemt til at vende mod blæserrotoren, har et kontinuerligt konkav form.

3. Ledeskovl ifølge krav 2, kendetegnet ved, at kanten (10) har parabellignende form (fig. 3).

4. Ledeskovl ifølge krav 1, kendetegnet ved, at kanten på den endedel, der er bestemt til at vende mod blæserrotoren, har form som en polygonrække.

5. Ledeskovl ifølge krav 4, kendetegnet ved, at den nævnte kant er formet som en tresidet polygonrække 20 (20,22,24) (fig. 5).

6. Ledeskovl ifølge et eller flere af kravene 2-5, kendetegnet ved, at forholdet mellem længden L^ af ledeskovlens radialt indre kant (12) og ledeskovlens længde L2 ved indsnævringens niveau opfylder betingelsen 25 1,8 < L^/L2 < 2,3.

7. Ledeskovl ifølge et eller flere af kravene 1-6, kendetegnet ved, at indløbsvinklen or^ ved ledeskovlens roddel opfylder betingelsen 40° < αχ < 70®, 30 fortrinsvis 52® < a1 < 70®. DK 173521 B1

8. Ledeskovl ifølge et eller flere af kravene 1-7, kendetegnet ved, at den enkeltkrummede ledeskovl udviser en konstant krumningsradius R.

9. Ledeskovl ifølge krav 8, kendetegnet ved, at for holdet mellem krumningsradien R og længden Lj_ på ledeskovlens radialt indre kant (12) opfylder betingelsen 0,83 < R/Li < 1,45 fortrinsvis 10 0,83 < R/Li < 1,10.

10. Ledeskovl ifølge et eller flere af kravene 2-9, kendetegnet ved, at forholdet mellem indsnævringens afstand fra den radialt indre kant (12) og ledeskovlens samlede radiale højde H2 opfylder betingelsen 15 0,4 έ H1/H2 < 0,8 fortrinsvis 0,5 < Η!/Η2 < 0,8.

11. Ledeskovl ifølge et eller eller flere af kravene 2-10, kendetegnet ved, at forholdet mellem længderne L3 og

20 Lj af ledeskovlens radialt ydre (14) og indre (12) kanter opfylder betingelsen 0,5 £ L3/L1 4 0,7.

12. Ledeskovl ifølge et eller flere af kravene 1-11, kendetegnet ved, at forholdet mellem radierne Ri og R2 fra 25 blæserrotorens akse (18) til ledeskovlens (6) ydre (14) henholdsvis indre (12) kanter opfylder betingelsen 0,3 ^ R!/R2 ^ 0,8, fortrinsvis 0,45 < R1/R2 < 0,72.