FI122540B - Radiaalisiipipyörä - Google Patents

Description

Radiaaiisiipipyörä

Tekninen ala Tämä keksintö liittyy radiaailsiipipyörään ja erityisesti radiaalisiipi-pyörän ulko-osan muotoiluun.

5 Keksinnön tausta

Ennestään on tunnettua muodostaa radiaaiisiipipyörä, jossa on pää-tyievyt, joiden ulkohaikaisija on suurempi kuin siipien uikohalkaisija. Tämä tarkoittaa, että päätylevyt ulkonevat siipiä pidemmälle radiaalisiipipyörän kierto-akselilta, jolloin muodostuu ulkotila, joka ei käsitä siipiä. Siivet on tässä ratkal-10 sussa muodostettu niin, että ne radiaalisiipipyörän pyöriessä tuovat koko pituudeltaan liike-energiaa siipiä pitkin virtaaviin hiukkasiin.

Siivetön ulkotila muodostaa pyörivän diffuusorin. Päätylevyjen välinen etäisyys voi kasvaa diffuusoritilassa kiertoakselilta poispäin olevassa suunnassa. Tämä auttaa laskemaan virtausnopeutta, jolloin ulosvirtausnopeus 15 radiaaiisilpipyörästä laskee.

Edellä kuvatun radiaalisiipipyörän eräs heikkous on, että siipipyörän suorituskyky ei ole optimaalinen.

Keksinnön lyhyt kuvaus Tämän keksinnön tarkoituksena on saavuttaa uudentyyppinen radi-20 aaiisilpipyörä, jonka suorituskyky on parempi kuin ennestään tunnetuissa ratkaisuissa. Tämä saavutetaan patenttivaatimuksen 1 mukaisena ratkaisulia.

Keksinnön mukaisesti siipien käyristyä muodostetaan siten, että sii-vellinen sisäosa käsittää siivet, joiden käyristys tuo virtaaviin hiukkasiin liikeni energiaa radiaaiisiipipyörän pyöriessä, kun taas siiveliinen ulko-osa käsittää ^ 25 siivet, joiden käyristys ei tuo virtaaviin partikkeleihin liike-energiaa radiaalisiipi- 0 pyörän pyöriessä. Ulko-osa muodostaa näin siiveliisen paiautusosan, joka aut- § taa parantamaan radiaaiisiipipyörän suorituskykyä.

1 Eräässä keksinnön mukaisessa edullisessa suoritusmuodossa pää-tylevyjen välinen etäisyys kasvaa ainakin osassa siiveilistä ulko-osaa. Näin 30 saadaan aikaan alhaisempi ulosvirtausnopeus radiaalisiipipyörältä, mikä johtaa suurempaan hyötysuhteeseen ja siihen, että radiaaiisiipipyörä soveltuu pa-oj remmin asennettavaksi laitteistoihin. Päätylevyjen välistä etäisyyttä voidaan lisätä käyristämäiiä tai taivuttamalla toista tai vaihtoehtoisesti molempia pääty-levyjä kulmassa toisiinsa nähden. Uiko-osassa olevien siipien ansiosta taivutus 2 tai kulma voi oila suurempi kuin tunnetuissa ratkaisuissa liman, että virtaus taivutuksen tai kulman vuoksi irtoaa päätylevyittä.

Radiaalisiipipyörän edullisia suoritusmuotoja on esitetty epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa.

5 Piirustusten lyhyt kuvaus

Seuraavassa kuvataan keksintöä esimerkkien avuiia ja viitaten oheisiin kuvioihin, joista - kuvio 1 esittää keksinnön erään suoritusmuodon mukaista radiaalisiipipyörän siipien muotoilua 10 - kuvio 2 esittää yksityiskohtaisemmin kuvion 1 radiaalisiipipyörän siipikulmia - kuvio 3 on kaavio, joka esittää kuvioiden 1 ja 2 radiaalisiipipyörän siipikulman ja halkaisijan suhdetta - kuvio 4 on kuvion 1 mukaisen radiaalisiipipyörän läpileikkaus 15 - kuvio 5 on keksinnön erään suoritusmuodon mukainen radiaalisii pipyörän läpileikkaus - kuvio 6 on keksinnön erään suoritusmuodon mukainen radiaalisiipipyörän läpileikkaus.

Ainakin yhden suoritusmuodon kuvaus 20 Kuvio 1 esittää keksinnön erään suoritusmuodon mukaista radiaa lisiipipyörän muotoilua. Kuviossa 1 nähdään ensimmäinen päätylevy 1 sekä siihen liitetyt siivet 3. Toinen päätylevy on jätetty pois, jotta siipien muoto käy ilmi kuviosta. Kun radiaalisiipipyörää käytetään, sitä pyöritetään kiertoakselin 8 ympäri nuolen 5 suunnassa, jolloin sisäänvirtaus tapahtuu ensimmäisessä ™ 25 päätylevyssä 1 olevan aukon 6 kautta ja ulosvirtaus siipien 3 ulkoreunojen 7 ^ sekä ensimmäisen ja toisen päätylevyn rajoittamien aukkojen kautta, o Kuvio 2 esittää yksityiskohtaisemmin kuvion 1 radiaalisiipipyörän o siipikulmaa, ja kuviossa 3 nähdään kaavio, joka esittää kuvioiden 1 ja 2 radiaa- g lisiipipyörän siipikulman ja halkaisijan suhdetta.

30 Radiaaiisiipipyörä on jaettu sisä- ja usko-osaan, jolloin sisä- ja uiko- osan välinen siirtymä tapahtuu halkaisijan D3 kohdalla. Sisäosan siivet on muotoiltu tuomaan virtaaviin hiukkasiin liike-energiaa radiaalisiipipyörän pyörisi essä. Näin ollen sisäosassa voidaan käyttää samankaltaista muotoilua kuin tunnetuissa radiaalisiipipyörissä. Kuvioissa esitetyssä esimerkissä tämä on 35 saatu aikaan siipikulmalia, joka suurenee radiaalisiipipyörän kiertoakselista 8 3 olevan etäisyyden myötä. Kuten käy selvimmin iimi kuviosta 3, siipikuima kasvaa sisäosan halkaisijan D1 kohdalla olevasta sisääntulokuimasta β1 lähtien, kunnes saavutetaan suurin siipikuima β3 halkaisijan D3 kohdalla. Kuten kuvioista käy ilmi, siipikuimaiia tarkoitetaan tietyssä pisteessä kulmaa, joka muo-5 dostuu siiven kaarevuuden tangentin ja pisteen iäpi ajatellun ympyrän tangentin välille, kun ympyrän keskusta on radiaalisiipipyörän kiertoakselissa.

Halkaisijan D3 jälkeen olevassa ulko-osassa siipien käyristys on muodostettu niin, että se ei tuo viilaaville hiukkasille liike-energiaa radiaaiisiipi-pyörän pyöriessä. Uiko-osassa, missä tapahtuu paineen palautus, ei näin Olien 10 lisätä energiaa. Tämä merkitsee, että yhdestä siiven pisteestä seuraavaan pisteeseen kuljetettu ilmapartikkeli ei saa energiaa siiveltä. Tällainen ulko-osa, jossa siivestä on tehty tehoton, aikaansaadaan, kun: U * Cu = vakio, jossa U on kehänopeus ja Cu on hiukkasen absoluuttinen nopeus, joka on pro-15 jisoitu kehä nopeuden suuntaan.

Kuvioissa 1-3 esitetyssä esimerkissä ulko-osan siipiin 3 on muodostettu käyristys, jossa siipikuima pienenee radiaalisiipipyörän kiertoakselista 8 olevan etäisyyden myötä. Kuviosta 3 nähdään selvimmin, että siipikuima pienenee halkaisijan D3 kohdaila olevasta kulmasta β3 lähtien, kunnes saavu-20 tetaan kulma β2 halkaisijan D2 kohdalla, missä sijaitsee siipien ulkoreuna 7. Lopullinen ulostulokulma β2 riippuu siitä, kuinka suuri osa radiaalisesti katsottuna silvelliselle ulko-osalle on varattu.

Käytännössä on mahdollisuus muodostaa radiaalisiipipyörän siivet siten, että siivet 3 on muodostettu käyristymään ensimmäisen säteen R1 mu-25 kaan sisäosassa ja toisen säteen R2 mukaan uiko-osassa. w Kuvioiden 1 - 3 mukaisella radiaalisllpipyöräflä suoritetut käytännön δ kokeet ovat osoittaneet, että hyvä suorituskyky saadaan aikaan sellaisella si-

C\J

± sä- ja uiko-osan suhteella, jossa ulko-osan ulkohaikaisija D2 on 10 % - 20 % ^ suurempi kuin halkaisija D3, missä sisäosa muuttuu ulko-osaksi. Kun ulkohal- ° 30 kaisija D2 on 14 % suurempi (D2 = 1,14 * D3). painekäyrä on n. 30 % suurem- £ pi kuin ennestään tunnetuissa radiaaiisiipipyörissä.

Kuvio 4 on kuvion 1 mukaisen radiaalisiipipyörän läpileikkaus. Kuvi- h- ossa näkyy vain radiaalisiipipyörän ylempi puolisko. Kuviossa 4 nähdään en-g simmäinen ja toinen päätylevy 1 ja 2. jotka on järjestetty keskinäisen etäisyy- 011 35 den päähän toisistaan ja joista ensimmäisessä päätylevyssä 1 on aukko 6, joka mahdollistaa sisäänvirtauksen radiaaiisiipipyörään. Kuten osoitetaan nuo- 4 lilia, virtaus jatkuu radiaaiisesti ulospäin kohti siipien 3 ulkoreunoja 7, jotka yhdessä ensimmäisen ja toisen päätylevyn 1 ja 2 kanssa rajoittavat radiaalisiipi-pyörästä poistuvan ulosvirtauksen mahdollistavia aukkoja. Toisessa päätylevyssä 2 on edullisesti keskellä sijaitseva kiinnityslaite radiaalisiipipyörän kiinnit-s tämiseksi käyttölaitteeseen, esimerkiksi moottoriin, jonka avulia radiaaiisiipi-pyörää voidaan pyörittää kiertoakselin 8 ympäri.

Kuten käy ilmi kuviosta 4, päätylevyjen 1 ja 2 uloimmat osuudet (ylinnä kuviossa 4) ovat yhdensuuntaisia, joi Soin näiden välinen etäisyys pysyy vakiona. Päätylevyt on tässä esimerkissä mitoitettu niin, että ne eivät radiaali-10 sesti katsoen ulotu siipien 3 ulkoreunojen 7 ulkopuolelle. Tällaisen muotoilun vuoksi radiaalisiipipyörältä puuttuu kaikkein uloimpana oleva siivetön tila, jota tunnetuissa radiaaiisiipipyörissä käytetään pyörivänä tiiffuusorina. Tämän vuoksi radiaalisiipipyörän ulkohalkaisija pysyy optimaalisen pienenä suhteessa saavutettuun suorituskykyyn.

15 Keksinnön mukaan on ajateltavissa, että ensimmäinen päätylevy 1 ja/tai toinen päätylevy 2 ulottuu hiukan siiven 3 ulkoreunan 7 ulkopuolelle. Näin päätylevyn/päätylevyjen uioimmaile osuudelle muodostuu reunus (suora, käy-ristetty tai taivutettu), jolla rakenne saadaan riittävän jäykäksi. Tällaisessa tapauksessa riittää useimmiten, että päätylevyjen ulkohalkaisija on 1 - 2,5 % 20 suurempi kuin siipien ulkohalkaisija D2, millä on häviävän pieni vaikutus toimintaan ja tulokseen.

Kuten käy ilmi kuviosta 4, piste A, jossa ensimmäinen päätylevy 1 kohtaa siiven 3 ulkoreunan 7, sijaitsee kauempana radiaalisiipipyörän kiertoak-selista 8 kuin piste B, jossa toinen päätylevy 2 kohtaa siiven 3 ulkoreunan 7. 25 Tällaisella ratkaisulla on mahdollista vaikuttaa paineeseen, joka vallitsee siiven ^ ulkoreunalla. Kun radiaalinen etäisyys kiertoakselilta siiven ulkoreunaan ei ole o vakio, voidaan ulkoreunan eri osissa vallitsevaa painetta tasoittaa toivotulla + tavalla. Keksinnön mukaan tämä ei kuitenkaan ole välttämätöntä kaikissa suo- ° ritusmuodoissa. Sen sijaan, että ulkoreuna 7 muotoillaan porrasmaisesti (kuten ° 30 kuviossa 4), voidaan ulkoreunasta tehdä suora, joko siten, että se on yhden- | suuntainen kiertoakselin 8 kanssa (piste A ja piste B sijaitsevat saman etäisyy- jv. den päässä kiertoakselista), tai siten, että ulkoreuna on suora mutta viistetty (ei porrasta), jolloin piste A ja piste B sijaitsevat eri etäisyydellä kiertoakselista, g kuten kuviossa 4. Tällaiset vaihtoehtoiset ratkaisut soveltuvat myös kuvioissa 5 w 35 ja 6 esitettyihin suoritusmuotoihin.

5

Esillä olevan keksinnön mukainen radiaalisiipipyörä soveltuu myös käytettäväksi tuuletinkotelossa (staattinen diffuusori), jonka tehtävä on muuntaa dynaaminen paine staattiseksi. Tunnettujen radiaaiisiipipyörien yhteydessä tämä ei kuitenkaan tapahdu riittävän hyvällä hyötysuhteella. Sen ansiosta, että 5 keksinnön mukainen radiaalisiipipyörä suorittaa suuremman osan paineen ko-konaiskorotuksesta, hyötysuhde kasvaa verrattuna koteloon asennettuun tavanomaiseen siipipyörään.

Kuvio 5 on keksinnön erään suoritusmuodon mukaisen radiaaiisiipi-pyörän läpileikkaus. Kuviossa näkyy vain radiaaiisiipipyörän ylempi puolisko. 10 Kuviossa 5 esitetty suoritusmuoto vastaa pääasiallisesti kuvion 4 mukaista suoritusmuotoa, minkä vuoksi kuvion 5 mukaista suoritusmuotoa kuvaillaan seuraavassa tuomalla esiin näiden suoritusmuotojen erot.

Kuviossa 5 radiaalisiipipyörä on muotoiltu niin, että päätylevyjen välinen etäisyys kasvaa radiaaiisiipipyörän kiertoakseiista olevan etäisyyden 15 myötä, ainakin osassa siiveliistä uiko-osaa. Tällaista etäisyyden kasvua ei tarvitse tapahtua koko uiko-osassa, vaan etäisyys voi alkaa kasvaa vasta ulko-osan uloimmassa osassa. Vaihtoehtoisesti etäisyys voi aikaa kasvaa jo sisäosassa.

Kuvion 5 mukaisessa suoritusmuodossa päätylevyjen 1'ja 2 välisen 20 etäisyyden kasvu on saatu aikaan niin, että ensimmäistä päätylevyä on taivutettu ulospäin kulmassa a suhteessa linjaan 9, joka leikkaa kohtisuoraan radiaaiisiipipyörän kiertoakselin 8. Näin saadaan aikaan alhaisempi ulosvirtausno-peus radiaalisiipipyörä Itä, mikä johtaa parempaan hyötysuhteeseen ja siihen, että radiaalisiipipyörä soveltuu paremmin laitteistoihin asennettavaksi.

25 Kuviossa 5 esitetty DO on ensimmäisen päätylevyn 1' aukon hal- w kaisija. Käytännössä on osoittautunut edulliseksi sijoittaa ensimmäisen pääty- δ levyn ulospäin taivutuksen alkupiste halkaisijalle D4, joka on vähintään noin 20

OJ

+ % suurempi kuin DO (D4 >1,2* DO). Sen ansiosta, että ulko-osa on varustettu ^ siivillä 3, kulmasta a voidaan tehdä suurempi kuin tunnetuissa ratkaisuissa ° 30 Ilman, että virtaus irtoaa päätylevyltä T taivutuksen kohdalla. Käytännössä tä- £ mä kulma a voi olla 0° - 40° riippuen radiaaiisiipipyörän mitoista. Toimivaksi h. ratkaisuksi on osoittautunut se, että päätylevyjen välinen etäisyys alkaa kasvaa h- saman halkaisijan kohdalla kuin missä siivellinen ulko-osa alkaa. Tämä saavu-g tetaan esimerkiksi, kun D4 = D3. Keksinnön mukaan on kuitenkin myös mah- ™ 35 dollista, että päätylevyjen välinen etäisyys alkaa kasvaa halkaisijan D4 kohdal- 6 la, joka on suurempi tai pienempi kuin halkaisija D3, missä siiveiiinen ulko-osa alkaa.

Sen sijaan, että ensimmäisellä päätylevyllä 1' on suora mutta kulmaan taivutettu ulko-osa, kuten kuviossa 5, tämä osuus voi olla käyristetty 5 poispäin toisesta päätylevystä 2.

Kuvio 6 on keksinnön erään suoritusmuodon mukainen radlaalisiipi-pyörän läpileikkaus. Kuviossa näkyy vain radiaalisiipipyörän ylempi puolisko. Kuviossa 6 esitetty suoritusmuoto vastaa pääasiallisesti kuvion 4 mukaista suoritusmuotoa, minkä vuoksi kuvion 5 mukaista suoritusmuotoa kuvaillaan 10 seuraavassa tuomalla esiin näiden suoritusmuotojen erot.

Kuviossa 6 esitetyssä radiaalisiipipyörässä on ensimmäinen pääty-levy 1', joka on muodostettu kuvion 5 yhteydessä annetun selostuksen mukaisesti. Toisin kuin kuvion 5 suoritusmuodossa, kuviossa 6 on kuitenkin myös toinen päätylevy 2' muodostettu niin, että sen ulko-osuus on taivutettu ulospäin 15 kulmassa β suhteessa linjaan 10, joka ieikkaa kohtisuoraan radiaalisiipipyörän kiertoakseiin 8. Koska molemmat päätylevyt on taivutettu tai käyristetty poispäin toisistaan, päätylevyjen välinen etäisyys kasvaa nopeammin kiertoakselis-ta 8 poispäin olevassa suunnassa.

Alkupiste, Jossa toisen päätylevyn 2‘ taivutus alkaa, voi olla saman 20 halkaisijan D4 kohdalla, missä ensimmäisen päätylevyn taivutus ulospäin alkaa. Vaihtoehtoisesti toisen päätylevyn taivutus ulospäin voi aikaa halkaisijan kohdalla, joka on suurempi tai pienempi kuin halkaisija D4, missä ensimmäisen päätylevyn taivutus ulospäin alkaa.

Sen ansiosta, että ulko-osa on varustettu siivillä, voidaan kulmasta β 25 tehdä suurempi kuin tunnetuissa ratkaisuissa ilman, että virtaus pääsee irtoa-w maan toiselta päätylevyltä 2' taivutuksen kohdalla. Käytännössä tämä kulma β o voi olla 0° - 40° riippuen radiaalisiipipyörän mitoista.

Sen sijaan, että toisella päätylevyllä 2' on suora mutta kulmassa tai-^ vutettu ulko-osa, kuten kuviossa 6, tämä pääty voi olla käyristetty poispäin en- ° 30 simmäisestä päätylevystä T.

£ Kuviot sekä kuvioihin liittyvä selitys on tarkoitettu ainoastaan ha- £ vainnoilistamaan keksintöä esimerkein rajoittamatta keksinnön suojapiiriä nii- hin. Alan ammattilaiselle on selvää, että keksinnön suojapiirlssä voi esiintyä g muunnelmia suhteessa näihin esimerkkeihin.

OJ

7

Patentti vaati m ukset 1. Radiaalisiipipyörä, joka käsittää ensimmäisen ja toisen päätylevyn (1, 1', 2, 2'), jotka on järjestetty keskinäisen etäisyyden päähän toisistaan, joista ensimmäisessä päätylevyssä 5 (1,1') on aukko (6), joka mahdollistaa sisäänvirtauksen radiaalisiipipyörään, siivet (3), jotka on järjestetty ensimmäisen ja toisen päätylevyn (1, V, 2, 2') väliin ja jotka liittyvät ensimmäiseen ja toiseen päätylevyyn, jolloin siipien ulkoreunat (7) sekä ensimmäinen ja toinen päätylevy (1, 1', 2, 2') rajaavat aukkoja, jotka mahdollistavat ulosvirtauksen radiaalisiipipyörästä, ja 10 siivellisen sisäosan, jossa siipien (3) käyristys (R1) on muotoiltu tuomaan virtaaviin hiukkasiin liike-energiaa radiaalisiipipyörän pyöriessä, tunnettu siitä, että radiaalisiipipyörä käsittää: siivellisen uiko-osan, jossa siipien (3) käyristys (R2) on muotoiltu niin, että se ei tuo viilaaviin hiukkasiin liike-energiaa radiaalisiipipyörän pyöri-15 essä, jolloin käyristys siiveliisessä ui ko-osassa on muotoiltu siten, että radiaalisiipipyörän pyöriessä U * Cu - vakio, jossa U on kehänopeus ja Cu on hiukkasen absoluuttinen nopeus siipeä pitkin projisoituna kehänopeuden suuntaan.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen radiaalisiipipyörä, tunnettu siitä, että 20 siipien (3) käyristys on muotoiltu sisäosassa niin, että siipikulma suurenee etäisyyden kasvaessa radiaalisiipipyörän kiertoakselista (8), ja siipien (3) käyristys on muotoiltu ulko-osassa niin, että siipikulma pienenee etäisyyden kasvaessa radiaalisiipipyörän kiertoakselista (8).

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen radiaalisiipipyörä, tun- w 25 n e tt u siitä, että halkaisija, missä sisäosa muuttuu uiko-osaksi, on D3, ja o siivellisen uiko-osan ulkohalkaisija D2 on noin 10 % - 20 % suurempi kuin D3.

.A 4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen radiaalisiipipyörä, tunnettu

O

^ siitä, että siivellisen uiko-osan ulkohalkaisija D2 on 14 % suurempi kuin D3.

° 5. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 4 mukainen radiaalisiipipyörä, £ 30 tunnettu siitä, että päätylevyjen (1', 2') välinen etäisyys kasvaa ainakin £ osassa siiveilistä uiko-osaa etäisyyden kasvaessa radiaalisiipipyörän kiertoakin selista (8).

1^- § 6. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 5 mukainen radiaalisiipipyörä, C\] tunnettu siitä, että ensimmäisen päätylevyn aukon (6) halkaisija on D0 ja 35 että ensimmäinen päätylevy (1') on taivutettu poispäin toisesta päätylevystä (2, 2') alkaen halkaisijasta D4, joka on ainakin noin 20 % suurempi kuin D0.

8 7. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 6 mukainen radiaalisiipipyörä, tunnettu siitä, että ensimmäisen päätylevyn (Γ) u!ko-osuudenja linjan(9), joka leikkaa radiaalisiipipyörän kiertoakselin (8) kohtisuoraan, välinen kulma (a) on 0 - 40°.

5 8. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 7 mukainen radiaalisiipipyörä, tunnettu siitä, että toisen päätylevyn (2') ulko-osuuden ja linjan (10), joka leikkaa radiaalisiipipyörän kiertoakselin (8) kohtisuoraan, välinen kulma (β) on 0-45°.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 8 mukainen radiaalisiipipyörä, 10 tunnet!: u siitä, että ainakin ensimmäisellä tai toisella päätylevyllä (1,2, V, 2') on sellainen suurin ulkohalkaisija, joka vastaa olennaisesti siivellisen ulko-osan ulkohaikaisijaa (D2).

10. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 9 mukainen radiaalisiipipyörä, tunnettu siitä, että siipien (3) ulkoreuna (7) liittyy ensimmäiseen päätyle- 15 vyyn (1, 1') sellaisella etäisyydellä radiaalisiipipyörän kiertoakselista (8), joka on suurempi kuin radiaalisiipipyörän kiertoakselista (8) oleva etäisyys, jolla siipien ulkoreuna (7) liittyy toiseen päätylevyyn (2, 2').

C\J

S

9 §

C\J

LO

r- o o c\i