EP0616131A1 - Radial wheel - Google Patents

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EP0616131A1
EP0616131A1 EP19940100758 EP94100758A EP0616131A1 EP 0616131 A1 EP0616131 A1 EP 0616131A1 EP 19940100758 EP19940100758 EP 19940100758 EP 94100758 A EP94100758 A EP 94100758A EP 0616131 A1 EP0616131 A1 EP 0616131A1
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hub
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blades
cover
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/28Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/281Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps for fans or blowers

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

  • Die Erfindung betrifft ein Radiallaufrad gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a centrifugal 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. It is at the radial impellers of the type indicated long been known that the flow rate drops sharply in the vicinity of the cover disk. Dadurch werden Wirkungsgrad und Leistungsdichte des Laufrades beeinträchtigt. This efficiency and power density of the impeller be affected.
  • Der DE 29 40 773 A1 sind Möglichkeiten zu entnehmen, die Kontur der Deckscheibe sowie verschiedene Maßverhältnisse und Winkel im Hinblick auf eine hohe Leistungsdichte und einen guten Wirkungsgrad optimal zu gestalten. DE 29 40 773 A1 are given opportunities to make the contour of the cover plate and various proportions and angles in view of a high power density and good efficiency optimal. Die Erfindung geht von Laufrädern aus, die in diesem Dokument beschrieben sind. The invention is based on wheels, which are described in this document. Bei diesen Laufrädern können die Schaufeln als profilierte oder auch nicht profilierte Schaufeln ausgebildet sein. These impellers, the blades can be designed as profiled or non-profiled blades. In dem letzteren Falle können sie kreisbogenförmig oder parabelförmig gekrümmt oder auch als gerade Schaufeln ausgebildet sein. In the latter case, they may be circular arc or parabolic curved or straight blades as formed. Die Außenkanten der Schaufeln verlaufen parallel zur Drehachse. The outer edges of the blades are parallel to the axis of rotation.
  • Die Schrift zeigt auch ein Ausführungsbeispiel, bei dem der Außendurchmesser des Schaufelkranzes von der Nabenscheibe zur Deckscheibe hin zunimmt. The document discloses also an embodiment, wherein the outer diameter of the blade ring of the hub disk to the cover plate increases toward. Die Zunahme liegt zwischen etwa 10,5 und 35 %. The increase is between about 10.5 and 35%. Bei diesem Schaufelkranz ist der die Schaufeln tragende Rand der Nabenscheibe in Richtung von der Deckscheibe weg um einen Winkel von 10 bis 25 Grad abgebogen. In this blade ring of the blades carrying edge of the hub disc in the direction of the cover plate is bent away at an angle of 10 to 25 degrees. Die Tangente zur Deckscheibe an deren äußerem Rand schließt mit einer radialen, dh rechtwinklig zur Laufradachse gerichteten Linie einen Winkel von 20 bis 30 Grad ein. The tangent to the cover disc on whose outer edge includes an angle of 20 to 30 degrees with a radial, that is directed at right angles to the shaft axis line. Bei dieser Konfiguration ist der austretende Luftstrom spitzwinklig zur Achse gerichtet. In this configuration, the discharged air flow is directed at an acute angle to the axis. Derartige Laufräder werden üblicherweise als Diagonal- oder Halbaxialräder bezeichnet. Such wheels are typically referred to as diagonal or Halbaxialräder. Nach Berechnungen des Erfinders können bei einem Laufrad, dessen Schaufelkranzdurchmesser an der Deckscheibe mehr als etwa 6 % größer ist als an der Nabenscheibe, unerwünschte Scherströmungen, die mit erhöhten Verlusten verbunden sind, nur durch Verwindung der Schaufeln vermieden werden. According to calculations made by the inventor unwanted shear flows that are associated with increased losses of the blades can be avoided in an impeller whose blade ring diameter is larger at the shroud more than about 6% than at the hub disc, only by torsion. Für die Herstellung verwundener Schaufeln sind komplizierte Spezialwerkzeuge erforderlich, so daß eine Einzel- oder Kleinserienfertigung in der Regel nicht wirtschaftlich ist. complicated special tools are required for the production of twisted blades, so that a single or small batch production is usually not economical.
  • Durch die Zeitschrift HLH Band 40 (1989) Nr. 8 - August, Seiten 426 bis 428, ist ein Diagonalrad bekannt geworden, bei dem der Außendurchmesser des Schaufelkranzes an der Deckscheibe etwa 29 % größer ist als an der Nabenscheibe. Through the magazine HLH Volume 40 (1989) no. 8 - August, pages 426-428, a Diagonalrad has become known in which the outer diameter of the blade ring on the cover disc is approximately 29% greater than at the hub disk. Die Schaufeln haben eine Wölbung und eine Verwindung. The blades have a curvature and distortion.
  • Auch die EP-B1-0 112 932 befaßt sich mit dem Problem, die Leistungsdichte und den Wirkungsgrad von Radiallaufrädern zu erhöhen. Also EP-B1-0 112 932 is concerned with the problem to increase the power density and the efficiency of centrifugal impellers. Sie beschreibt ein Laufrad, dessen Schaufeln durch Verwindung oder Scherung verformt sind, wobei der Innendurchmesser des Schaufelkranzes von der Deckscheibe zur Nabenscheibe hin abnimmt. It describes an impeller, the blades are deformed by twisting or shearing, wherein the inner diameter of the blade ring on the cover disc to the hub disc decreases towards. Der Außendurchmesser ist bei einigen Ausführungsbeispielen konstant. The outer diameter is constant in some embodiments. Bei einem Ausführungsbeispiel variiert er in der Weise, daß er seinen minimalen Wert an der Deckscheibe und seinen maximalen Wert an der Nabenscheibe annimmt. In one embodiment, it varies in such a way that it assumes 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. DE-PS 35 20 218 radial impellers are known, which are produced by injection molding. Die Form des Laufrades richtet sich dabei nach den Möglichkeiten und Erfordernisen der Spritzgießtechnik; The shape of the impeller is guided by the possibilities and Erfordernisen injection molding; das gilt insbesondere für die Durchmesser der verschiedenen Teile als Funktion der axialen Koordinate. this particularly applies to the diameters of the various parts as a function of the axial coordinate. Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen nimmt der Innendurchmesser ebenso wie der Außendurchmesser des Schaufelkranzes von der Nabenscheibe in Richtung auf die Deckscheibe zu. In the illustrated embodiments, the inner diameter also increases as the outer diameter of the blade ring on the hub disc in the direction of the cover disk.
  • Die Erfindung befaßt sich nicht mit Laufrädern, die durch Gießen hergestellt sind. The invention is not concerned with running wheels which are made by casting. Sie befaßt sich überhaupt nicht mit kompliziert geformten Laufrädern, die wegen des hohen Werkzeugaufwandes nur in großen Serien wirtschaftlich hergestellt werden können. They do not deal with complex shaped impellers that can be manufactured economically only in large numbers because of the high tooling costs. 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. It is concerned rather with the features specified in the preamble of claim 1 impellers which can be produced with little effort to specialized tools in single or small batch production.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Radiallaufrad gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 weiter zu verbessern, so daß der Wirkungsgrad und die Leistungsdichte erhöht werden. The invention has for its object to improve a centrifugal impeller according to the preamble of claim 1 such that the efficiency and power density can be increased.
  • Diese Aufgabe wird durch das kennzeichnende Merkmal des Anspruchs 1 gelöst. This object is achieved by the characterizing feature of claim 1. Durch den in der Nähe der Deckscheibe vergrößerten Durchmesser erfährt die Luftströmung in diesem Bereich eine stärkere Zentrifugalbeschleunigung. Due to the increased near the cover disc diameter, the air flow experiences a stronger centrifugal acceleration in this area. Dadurch wird die Austrittsgeschwindigkeit über der äußeren Schaufelbreite vergleichmäßigt, und es ergibt sich eine deutliche Verbesserung von Wirkungsgrad und Leistungsdichte, ohne daß eine Verwindung der Schaufeln erforderlich ist. Thereby, the discharge speed is made uniform over the outer blade width, and it results in a significant improvement of efficiency and power density without requiring a twisting of the blades is necessary.
  • Vorteilhafte weitere Merkmale der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 4 angegeben. Advantageous further features of the invention are specified in claims 2 to. 4
  • Die Zeichnung dient zur Erläuterung der Erfindung anhand eines vereinfacht dargestellten Ausführungsbeispiels. The drawing serves to illustrate the invention with reference to a simplified embodiment shown.
  • Fig. 1 Fig. 1
    zeigt im Schnitt ein Radiallaufrad gemäß der Erfindung. shows in section a centrifugal impeller according to the invention.
    Fig. 2 Fig. 2
    zeigt eine Gegenüberstellung der Kennlinien eines erfindungsgemäßen Laufrades und eines Laufrades nach dem Stand der Technik. shows a comparison of the characteristics of an impeller and an impeller according to the invention 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. The impeller illustrated in Fig. 1 consists of a flat hub disk 1, an annular cover plate 2 and a plurality of blades 3 which form a blade ring. Die Deckscheibe 2 ist in bekannter Weise trompetenartig geformt. The cover plate 2 is shaped like a trumpet in a known manner. 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 Drehachse und am äußeren Rand radial verläuft, dh mit der Drehachse einen Winkel von 90 Grad einschließt. The contour has in the illustration of FIG. 1 approximately in the shape of a circular arc of 90 degrees, so that the tangent runs approximately parallel to the axis of rotation and the outer edge radially at the inner edge, that encloses with the rotation axis an angle of 90 degrees. Die Schaufeln 3 sind ebene oder zylindrisch gebogene Bleche oder auch tragflügelartige Profile. The blades 3 are flat or cylindrical curved plates or airfoil-like profile. Sie sind zwischen Nabenscheibe 1 und Deckscheibe 2 eingeschweißt, zB durch Punktschweißen. They are welded between hub disk 1 and cover plate 2, for example 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. The inner edges of the blades 3 are made of a rectilinear direction parallel to the rotational axis portion which extends from the hub wheel 1 up to an intermediate level 4, and an adjoining, slightly outwardly curved arcuate portion extending from the intermediate layer 4 to the cover plate 2 , Die Außenkanten schließen sowohl mit dem Rand der Nabenscheibe 1 als auch mit dem Außenrand der Deckscheibe 2 bündig ab. The outer edges close to both the edge of the hub wheel 1 and to the outer edge of the cover plate 2 flush. Der Außendurchmesser der Deckscheibe 2 ist etwa 3 % größer als der Durchmesser der Nabenscheibe 1. Daher nimmt der Außendurchmesser des Schaufelkranzes von der Nabenscheibe 1 zur Deckscheibe 2 hin zu. The outer diameter of the cover disc 2 is approximately 3% larger than the diameter of the hub wheel 1. Therefore, the outer diameter of the blade ring on the hub disc 1 increases to the cover plate 2 to go. Die Außenkante der Schaufel 3 besteht aus zwei geradlinigen Abschnitten. The outer edge of the blade 3 comprises two straight sections. Der erste Abschnitt 5 ersteckt 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. The first section 5 spreads along from the hub wheel 1 in the axial direction over a height up to a plane parallel to the hub disc 1 intermediate plane 4. It includes with the axis of rotation an acute angle. Der zweite Abschnitt 6 erstreckt sich zwischen der Zwischenebene 4 und der Deckscheibe 2 über eine Höhe b. The second portion 6 extends between the intermediate layer 4 and the cover plate 2 over a height b. Er ist parallel zur Drehachse. It is parallel to the axis of rotation. Das Verhältnis a:b, in dem die Zwischenebene 4 den Abstand zwischen Nabenscheibe 1 und Deckscheibe 2 unterteilt, liegt bei etwa 7:3. The ratio a: b, in which the intermediate layer 4 divides the distance between the hub disc 1 and cover plate 2, is about 7: 3rd
  • In Fig. 2 sind in dimensionsloser Darstellung die Druckzahl ψ und der Wirkungsgrad η über der Volumenzahl φ aufgetragen. In FIG. 2, the print number are in ψ-dimensional representation and the efficiency η to the volume number φ applied. Der Index 1 bezeichnet den Stand der Technik, der Index 2 die Erfindung. The index 1 denotes the state of the art, the index 2 of the invention. Es ist deutlich erkennbar, daß sowohl der Wirkungsgrad als auch die Druckzahl durch die Erfindung verbessert werden. It is clear that both the efficiency and the printing speed are improved by the invention. Das Maximum des Wirkungsgrades, das den optimalen Arbeitspunkt angibt, ist zu einer höheren Volumenzahl verschoben. The maximum efficiency, which indicates the optimum operating point is shifted to a higher volume number. Da somit im optimalen Arbeitspunkt sowohl Druckzahl als auch Volumenzahl im Vergleich zum Stand der Technik vergrößert sind, ergibt deren Produkt eine deutlich erhöhte Leistungsdichte. Thus, since both print speed and volume number are increased compared to the prior art within the optimum operating point, the product results in a significantly increased power density.

Claims (4)

  1. Radiallaufrad, Radial impeller,
    mit einer Nabenscheibe, with a hub disc,
    mit einer ringförmigen, trompetenartig geformten Deckscheibe with an annular, trumpet-shaped cover plate
    und mit einem Schaufelkranz, bestehend aus mehreren ebenen oder zylindrisch gebogenen Schaufeln, die durch einfache Verbindungen, wie Schweiß-, Niet- oder Steckverbindungen, an Nabenscheibe und Deckscheibe befestigt sind, and with a blade ring, comprising several flat or cylindrically curved blades which are fastened by simple connections, such as welding, rivet or plug connections, to the hub disc and the cover disc,
    dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des Schaufelkranzes an der Deckscheibe (2) 1 bis 6 % größer ist als an der Nabenscheibe (1). characterized in that the outer diameter of the blade ring on the cover disc (2) is 1 to 6% greater than at the hub disk (1).
  2. Radiallaufrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser des Schaufelkranzes zwischen der Nabenscheibe (1) und einer zur Nabenscheibe parallelen Zwischenebene (4) stetig zunimmt und zwischen der Zwischenebene und der Deckscheibe (2) konstant ist, wobei die Zwischenebene (4) den Abstand zwischen Nabenscheibe (1) und Deckscheibe (2) im Verhältnis mindestens 7:3 unterteilt. Impeller according to claim 1, characterized in that the outer diameter of the blade ring between the hub disc (1) and a plane parallel to the hub disc intermediate plane (4) increases steadily, and between the intermediate plane and the cover disc (2) is constant, wherein the intermediate plane (4) the distance between the hub disc (1) and cover plate (2) in a ratio of at least 7: divided. 3
  3. Radiallaufrad nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabenscheibe (1) eben ist. Impeller according to claim 1 or 2, characterized in that the hub disc (1) is flat.
  4. Radiallaufrad nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tangente zur Deckscheibe (2) an deren äußerem Rand radial verläuft. Impeller according to one of claims 1 to 3, characterized in that the tangent to the cover disc (2) at its outer edge extends radially.
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