FI89975B - Axialflaekt - Google Patents

Description

,·> λ n r λ ^ y · ο

Aksiaalipuhallin Tämä keksintö koskee aksiaalipuhallinta, joka käsittää roottorin, jossa on napa ja useita roottorisiipiä, 5 jotka ulottuvat säteittäisesti ulospäin navasta, kuoren, joka ympäröi roottoria ja käsittää tulo-osan, joka sijaitsee kokonaisuudessaan yläjuoksun puolella roottorin siivistä, ulosmeno-osan, jolla on olennaisesti sama halkaisija kuin tulo-osalla ja jonka yläjuoksupää on sijoitettu 10 tasoon, joka on roottorisiipien etu- ja takareunojen välissä, ja keskiosan, jonka läpimitta on suurempi kuin tulo- ja ulosmeno-osan ja joka on liitetty ilmatiiviisti näiden osien alajuoksu- ja vastaavasti yläjuoksupäihin muodostaen rengaskammion, joka on osaksi limittäin rootto-15 risiipien kärkien kanssa, ja useita ohjaussiipiä, jotka on kiinnitetty rengaskammion seiniin ja jotka ulottuvat sen yläjuoksupäästä alajuoksupäähän jakaen siten kammion useiksi osastoiksi sen kehää pitkin jaettuina.

Eräässä tällaisessa aksiaalipuhaltimessa, joka tun-20 netaan kansainvälisen hakemuksen nro PCT/AU81/00181 (W082/ 01919) julkaistusta selityksestä, käytetään rengaskansiota, joka osaksi on limittäin roottorisiipien kärkien päällä, jotta vältettäisiin tai ainakin lievennettäisiin eräitä haitallisia ilmiöitä, jotka esiintyvät, kun roottori 25 toimii ns. vajaa-alueella tai -tilassa eli pienellä tuotolla ja vastaavasti suurilla tulokulmilla roottorisiipien etureunojen kohdalla. Kun roottorin siiven kohdalla tapahtuu hidastus, eroaa tai irtoaa ilmavirta siipiprofiilin kuperasta puolesta ja syntyvät hidastuspyörteet liikkuvat 30 ulospäin keskipakovoimien vaikutuksesta rengaskansioon ja tulevat ohjatuiksi takaisin tästä virtaukseen, joka on yläjuoksun puolella roottorista, sekoittuen tähän. Tämän uudelleenkierrätyksen tai takaisinvirtauksen seurauksena kasvaa aksiaalinen tulovirtausnopeus siiven etureunan koh-35 dalla ja tulokulma pienenee vastaavasti. Mainitussa seli- S 9 9 7 5 2 tyksessä on esitelty useat kiinteät ohjaussiivet, jotka ovat rengaskansiossa ja jotka on suunnattu säteittäisesti suhteessa roottorinakseliin, niin että niiden säteismitta pienenee nollaan rengaskansion alajuoksupään seinän koh-5 dalla. Selityksessä on selitetty, että pienillä tuotoilla saavutetaan hieman suurempi syöttöpaine kiinteiden ohjaus-siipien kanssa kuin ilman niitä.

Keksinnön mukaisesti aksiaalipuhallin, joka on johdannossa määriteltyä lajia, tunnetaan siitä, että jokaisen 10 ohjaussiiven säteittäisesti sisin reunavyöhyke on suunnattu roottorin pyörimissuuntaa vastaan ja se muodostaa 65 - 40° kulman säteen kanssa, joka yhdistää ohjaussiiven sisäreunan roottorin akselin kanssa.

On todettu, että kallistamalla jokaisen siiven si-15 sintä reunavyöhykettä keksinnön mukaisesti on mahdollista mm. estää paineen lasku, joka edellä mainitun aikaisemman selityksen mukaisesti tapahtuu hyvin pienillä tuotoilla eli syöttönopeuksilla silloinkin, kun rengaskammiossa on ohjaussiipiä. Puhaltimen paine-vastaan-volyymi-käyrissä 20 ilmenee tällöin enimmäispaine nollasyötön yhteydessä tai sen lähellä, mikä vastaa keskipakopuhaltimen ominaisuuksia. Jos puhaltimen toimintaehtoihin sisältyy vaara olennaisesta ylikuormituksesta väliaikaisesti kasvaneen virtausvastuksen johdosta, voi puhallin vielä toimia vastaa-25 vasti pienemmällä syöttönopeudella ilman vajaatoimintaa ja kohtalaisen tehokkaasti.

Etujen, jotka saadaan kallistamalla ohjaussiipien sisempiä reunavyöhykkeitä, uskotaan johtuvan siitä, että heti kun ulospäin liikkuva hidastuspyörre menettää koske-30 tuksen roottorisiiven kärjen kanssa, niin ohjaussiiven reunavyöhyke ns. vangitsee pyörteen sisällä olevan ilmamassan ja siipi ohjaa sen yhteen osastoista, joihin siivet jakavat rengaskammion. Siiven kärjen kohdalla jokaisella hidastuspyörteellä on asianmukaisen pyörteensä lisäksi 35 tangentiaalinen ja säteittäinen nopeuskomponentti. Tangen- 3 ,«9975 tiaalista nopeuskomponenttia voidaan pitää vakiona roottorin kiertonopeuden ollessa vakio, kun taas keskipakovoimasta johtuva säteisnopeuskomponentti kasvaa sitä mukaa kuin säde pienenee roottorin akselista siiven pinnan sii-5 hen kohtaan, jossa virtauksen eroaminen alkaa. On kuitenkin todettu, että kulma, joka on yhdysnopeusvektorin ja siiven kärjestä ulottuvan säteen välissä, vaihtelee verraten vähän sitä mukaa kuin säde eroamiskohtaan vaihtelee. Kun jokaisen siiven tulovyöhykkeen kaltevuus valitaan mää-10 ritellyn alueen sisältä, on mahdollista varmistaa, että tämän tulovyöhykkeen suunta osuu kohtalaisella tarkkuudella yhteen hidastuspyörteen nopeusvektorin kanssa, riippumatta puhaltimen syöttönopeudesta.

On saavutettu erinomaisia tuloksia ohjaussiivillä, 15 joissa sisäreunavyöhykkeen ja vastaavan säteen välinen sisäkulma oli 55° ± 5°.

Ohjaussiiven poikkileikkausmuoto, so. leikkaus sen läpi kohtisuorasti suhteessa roottorin akseliin, voi olla kaareva, niin että sen koveruus on kohti roottorin kierto-20 suuntaa, jolloin ohjaussiipi kohtaa rengaskammion ulko-tai kehäseinän 90° ± 10" kulmassa. Tässä toteutusmuodossa hidastuspyörteen virtauksen suunnanmuutos rengaskammion pohjalla tapahtuu mahdollisimman pienin menetyksin, mahdollisesti koska vältetään toisiopyörteet, joita syntyisi, 25 kun litteä siipi kohtaa kammion pohjan terävässä kulmassa.

Keksinnön erään piirteen mukaisesti voi jokaisen ohjaussiiven säteittäisesti sisemmän reunan yläjuoksun puoleinen osa olla säteittäisesti taaksesiirretty suhteessa tämän reunan alajuoksun puoleiseen osaan. On sopivaa, 30 että taaksesiirretty pään osa sisältää 25 - 35 % siiven reunan koko aksiaalipituudesta.

Keksinnön eräässä parhaana pidetyssä toteutusmuodossa on ohjaussiipien sisäreunat kytketty yhteen renkaalla, jonka sisähalkaisija on olennaisesti yhtä suuri kuin 35 kuoren ulosmeno- ja tulo-osien halkaisijat ja joka sijait- 4 '39 975 see aksiaalisesta näiden osien välissä, niin että se muodostaa tulo- ja vastaavasti ulosmenokanavat rengaskansioon ja siitä pois; näiden tulo- ja ulosmenokanavien aksiaali-mitat ovat olennaisesti samat ja jokainen niistä on 25 -5 35 % rengaskammion aksiaalipituudesta; ja sisempien oh- jaussiipireunojen taaksesiirretyt yläjuoksun puoleiset osat ulottuvat ylöspäin yhdistävän renkaan yläjuoksun puoleisesta pinnasta.

On todettu, että tässä toteutusmuodossa on yhdis-10 tetty toisaalta sen häiritsevän vaikutuksen olennainen pienennys, jonka rengaskammio väistämättä kohdistaa puhal-timen normaalitoimintaan, ja toisaalta käytännöllisesti katsoen muuttumaton edullinen vaikutus puhaltimen toimintaan vajaatoiminta-alueen sisällä, mukaan lukien parempi 15 vakavuus ja vähemmän tärinää ja melua. Samalla kun yhdys-rengas, jota on ehdotettu ennen yhdessä ohjaussiipien kanssa, jotka ovat vain rengaskammion ulosmenokanavassa, eli tämän kammion yläjuoksuosassa, mutta eivät tulokana-vassa, parantaa tehokkuutta normaalitoiminnassa (ei ta-20 kaisinvirtausta rengaskammion kautta) vähentämällä tämän kammion läsnäolon aiheuttamaa virtausvastusta, on todettu, että eri osastoista johtavia ulosmenokanavia muodostavien ohjaussiipien taaksesiirretyt tai katkaistut reunat saavat aikaan odottamattoman lisäparannuksen siihen parhaaseen 25 tehokkuuteen, joka voidaan saavuttaa määrätyllä puhalti-mella.

Parhaana pidetään, että siiven reunojen taaksesiirretyt pääosat noudattavat suoria viivoja tai koveria käyriä .

30 Jokaisen taaksesiirretyn reunaosan yläjuoksun puo leinen päätepiste voi olla säteittäisesti siirretty suhteessa sen alajuoksun puoleiseen päätepisteeseen määrällä, joka vastaa 20 - 100 % rengaskammion säteissyvyydestä.

Keksinnön mukaisen aksiaalipuhaltimen edulliset 35 suoritusmuodot ilmenevät epäitsenäisistä patenttivaatimuksista 2-9.

0 9 9 7 5 5

Keksintöä kuvataan seuraavassa lähemmin viitaten oheisiin kaaviomaisiin piirustuksiin, joissa: kuvio 1 esittää aksiaalista läpileikkauskuvantoa keksinnön mukaisen aksiaalipuhaltimen parhaana pidetystä 5 toteutusmuodossa ja se näyttää vain puolet itse roottorista ja puhaltimen kuoren ympäröivästä osasta; kuvio 2 esittää katkonaista kuvantoa pitkin kuvion 1 viivaa II-II; kuvio 3 esittää läpileikkauskuvantoa vain puhalti-10 men kuoren keskiosasta, samoin kuin kuvio 1, mutta suuremmassa mittakaavassa ja kuvion 4 leikkausviivaa Hiili vastaavasti; kuvio 4 esittää läpileikkausta pitkin kuvion 3 viivaa IV-IV; ja 15 kuvio 5 esittää kaaviota keksinnön mukaisen, sää dettävillä siivillä varustetun puhaltimen syöttönopeuden ja paineen kasvun välisestä suhteesta.

Selvyyden vuoksi näytetään vain puhaltimen ne osat, joita pidetään tarpeellisina keksinnön ymmärtämisen kan-20 naita. Täten kuvioissa 1 ja 2 puhaltimen roottoria edustavat vain sen napa 1 ja yksi siipi 2, mutta on selvää, että mitä tahansa sopivaa roottorisiipien määrää, kiinteitä tai säädettäviä, voidaan käyttää ja että roottorin napa on kiinnitetty vetoakseliin (ei näytetty), joka on tuettu 25 pyörivästi akselilla 3 nuolen 4 suunnassa (kuvio 2). Puhaltimen ulkokuori, jota osoittaa yleisnumero 5, käsittää tulo-osan 6, keskiosan 7 ja ulosmeno-osan 8. Lukuun ottamatta tulo-osan 6 suppilon muotoista suuta ovat kaikki kolme osaa lieriömäisiä ja niillä on pyöreät poikkileik-30 kaukset ja osien 6 ja 8 sisähalkaisijät ovat olennaisesti samat, kun taas keskiosan 7 sisähalkaisija on suurempi, niin että osan 7 kehä- ja päätyseinien sisäpinnat muodostavat yleisnumeron 9 osoittaman rengaskammion. Nämä päätyseinät 10 ja 11 ovat mieluiten litteitä, rengasmaisia 35 seiniä, kuten on näytetty, ja kulma, jossa alajuoksun puo- 6 Γ» Γ' -Λ Π γ*

J J 7 D

leinen päätyseinä 11 kohtaa ulosmeno-osan 8, on mieluiten pyöristetty, niin kuin kuvio 3 näyttää parhaiten.

Kammion 9 yläjuoksun puoleinen päätyseinä 10 sijaitsee yläjuoksun puolella roottorisiipien 2 etureunoista 5 12, kun taas alajuoksun puoleinen päätyseinä 11 sijaitsee aksiaalisesti etureunojen ja takareunojen 13 välissä. Täten on olemassa tietty limitys kammion 9 ja roottorisiipien kärkien kesken, ja tämän limityksen sopiva määrä voi olla n. 30 % siipien kärkien pituudesta projisoituna root-10 torin akselin läpi ulottuvalle tasolle (kuten kuviossa 1).

Puhaltimessa, jossa roottorin siivet voidaan säätää kulmassa, mitataan mainittu pituus siiven säädetyllä kulmalla, joka vastaa puhaltimen suurinta tehoa.

Rengaskansioon 9 on kiinnitetty useat kiinteät oh-15 jaussiivet 14, esim. hitsaamalla, osan 7 kehän seinään 15 ja päätyseiniin 10 ja 11. Kuten on näytetty, on jokainen ohjaussiipi 14 muodostettu lieriön osaksi muuttumattomalla tai olennaisesti muuttumattomalla kaarevuussäteellä, ja se on kiinnitetty osan 7 seiniin siten, että kammion 9 poh-20 jassa se liittyy tämän kehäseinään 15 kulmassa a, joka on suunnilleen suora kulma. Kukin ohjaussiipi 14 on sijoitettu niin, että sen emäviivat ulottuvat rinnan akselin 3 kanssa ja sen kovera pinta on suunnattu kohti roottorin 1, 2 pyörimissuuntaa, kuten nuoli 4 näyttää kuviossa 2. Täten 25 jokaisen siiven 14 säteittäisesti sisin reunavyöhyke, lähemmin määriteltynä sen tangentti 16, muodostaa terävän kulman β säteen 17 kanssa, joka yhdistää siiven sisäreunan akselin 3 kanssa (kuvio 4). Keksinnön mukaisesti kulman β arvo on 40 - 65°.

30 Jokaisen ohjaussiiven sisäreuna koostuu alajuoksu- osasta 18, joka ulottuu rinnan akselin 3 kanssa, ja ylä-juoksuosasta 19, joka voi näytetyllä tavalla olla taakse siirretty, niin että se on liitetty päätyseinään 10 pisteessä 20, joka on siirretty säteittäisesti ulospäin suh-35 teessä reunaosien 18 ja 19 väliseen yhtymäkohtaan 21.

7 .39975

Kaikkien siipien 14 alajuoksun puoleiset reunaosat 18 on yhdistetty renkaalla 22, joka kuvion 3 mukaisesti ulottuu alajuoksun suuntaan pisteestä 21. Sen lisäksi, että se muodostaa mekaanisen liitännän siipien 14 välillä, 5 joihin se voidaan hitsata, rengas 22 muodostaa yhdessä kammion 9 päätyseinien 11 ja vastaavasti 10 kanssa tulo-kanavan 23 tähän kammioon ja ulosmenokanavan 24 siitä. Rengas 22 on mieluiten järjestetty siten, että kanavien 23 ja 24 aksiaalimitat ovat yhtä suuret tai olennaisesti yhtä 10 suuret ja että kunkin kanavan aksiaalinen pituus on 25 -35 % kammion pituudesta seinien 10 ja 11 välillä. Renkaan 22 sisähalkaisija on mieluiten sama kuin kuoren 5 osien 6 ja 8 sisähalkaisija, ja kuvion 3 mukaisesti sen yläjuoksu-pään kohdassa 21 tulee olla pyöristetty samoin kuin reuna, 15 jossa seinä 11 liittyy ulosmeno-osaan 8.

Jos hidastumista tapahtuu yhden tai useamman root-torisiiven 2 kohdalla siksi, että virtaus jakautuu kuperalla siipipinnalla, niin muodostuu yksi tai useampia pyörteitä, jotka niissä olevaan ilmamassaan vaikuttavan 20 keskipakovoiman takia liikkuvat ulospäin siiven pintaa pitkin, kunnes ne menevät rengaskansioon 9 tähän johtavan tulokanavan 23 kautta. Kuten edellä on mainittu, pyörivät pyörteet myös akselin 3 ympäri, joskin tangentiaali- tai kulmanopeudella, joka on pienempi kuin roottorin 1, 2 tan-25 gentiaali- tai kulmanopeus. Jokaisen pyörteen viimeksi mainittu pyöriminen hidastuu, kun pyörre kulkee yhteen osastoista tai kennoista 25, jotka muodostuvat kammiossa 9 perättäisten ohjaussiipien 14 välissä. Jokaisen osaston 25 pohjasta pyörre tulee käännetyksi säteittäisesti sisään-30 päin, jolloin se poistuu osastosta 25 ulosmenokanavan 24 kautta.

Uudelleenkierrätetyllä ilmalla, joka virtaa ulos osastosta 25 kanavan 24 kautta sekoittuen tuloilman kanssa, joka virtaa nuolen 26 (kuvio 1) suunnassa tulo-osan 6 35 kautta, on tietty pyörimiskomponentti, joka on päinvastai- 9 ? 9 7 5 8 nen kuin roottorin 1, 2 pyörimissuunta. Tätä vastakkain- pyörimistä, joka johtuu osaksi ohjaussiipien 14 erikoisesta muodosta ja suuntauksesta, vähentää jossain määrin sii-pireunojen 19 kaltevuus ulospäin, aina sitä enemmän mitä 5 suurempi on päätepisteen 20 siirto ulospäin. Tämä siirto voi olla jopa 100 %, jolloin piste 20 osuisi yhteen kammion seinien 10 ja 15 leikkauskohdan kanssa, ja sen tulisi mieluiten olla ainakin 20 % kammion 9 säteissyvyydestä mitattuna seinän 15 ja renkaan 22 välillä. Kammion 9 jäl-10 kimmäinen mitta on mieluiten noin 40 % sisäisestä välimatkasta päätyseinien 10 ja 11 välillä.

Kuvion 1 kaaviosta, joka näyttää syöttönopeuden Q ja puhaltimen paineen Pv välisen suhteen siipien eri kulmien, 25 - 55°, yhteydessä, nähdään, että koko tällä kul-15 ma-alueella paine kasvaa jatkuvasti syöttönopeuden laskiessa, ja lisäksi, että puhallin voi toimia ilman merkittävää hidastumista tai vajaatoimintaa käytännöllisesti aina nollatuottoon asti. Katkoviiva S kuviossa 5 näyttää vajaatoiminnasta vapaan alueen samanlaisessa puhaltimessa, 20 jossa ei ole rengaskammiota ja keksinnön tähän liittyvät, edellä kuvatut ominaisuudet. Kuviossa 5 on myös muutamia käyriä, jotka edustavat toimintaolosuhteita vakioteholla. Kun otetaan huomioon, että puhallin on normaalisti suunniteltu toimimaan lähellä enimmäistehopistettä, on selvää, 25 että kuvion 5 näyttämät ominaisuudet antavat tilaa varsin huomattaville, tilapäisille ylikuormille.

Lopuksi mainittakoon, että sen sijaan, että ne asennettaisiin rinnan roottorin akselin kanssa, voidaan ohjaussiivet rengaskammiossa suunnata tämän akselin kanssa 30 kulmassa, joka voi olla alueella 0 - 45°. Siipien tällaisen vinon asennuksen eräs vaikutus olisi se, että se vähentäisi edelleen kammiota 9 ulosmenokanavan 24 kautta poistuvan ilman edellä mainittua vastakkaispyörimistä, jolloin saavutettaisiin purkauspaineet äärimmäisen alhai-35 silla syöttönopeuksilla, jotka ovat hieman alhaisemmat kuin kuvion 5 näyttämät.

Claims (9)

9 ,: c; O 7 S J S s · V*

1. Aksiaalipuhallin, joka käsittää roottorin, jossa on napa (1) ja useita roottorisiipiä (2), jotka ulottu-5 vat säteittäisesti ulospäin navasta, kuoren (5), joka ympäröi roottoria ja käsittää tulo-osan (6), joka sijaitsee kokonaisuudessaan yläjuoksun puolella roottorin siivistä, ulosmeno-osan (8), jolla on olennaisesti sama halkaisija kuin tulo-osalla ja jonka 10 yläjuoksupää on sijoitettu tasoon, joka on roottorisiipien etu- ja takareunojen (12, 13) välissä, ja keskiosan (7), jonka läpimitta on suurempi kuin tulo- ja ulosmeno-osan ja joka on liitetty ilmatiiviisti näiden osien alajuoksu- ja vastaavasti yläjuoksupäihin muodostaen rengaskammion (9), 15 joka on osaksi limittäin roottorisiipien kärkien kanssa, ja useita ohjaussiipiä (14), jotka on kiinnitetty rengaskammion seiniin (10, 11, 15) ja jotka ulottuvat sen yläjuoksupäästä alajuoksupäähän jakaen siten kammion useiksi osastoiksi (25) sen kehää pitkin jaettuina, 20 tunnettu siitä, että jokaisen ohjaussiiven (14) säteittäisesti sisin reunavyöhyke on suunnattu roottorin pyörimissuuntaa vastaan (4) ja se muodostaa 65 - 40° kulman säteen (17) kanssa, joka yhdistää ohjaussiiven sisäreunan (18) roottorin akselin (3) kanssa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen puhallin, tun nettu siitä, että kunkin ohjaussiiven sanotun reunavyöhykkeen ja vastaavan säteen välinen sisäkulma on (β) 55° ± 5° .

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen puhallin, t u n-30 n e t t u siitä, että kunkin ohjaussiiven (14) poikki-leikkausprofiili on kaareva, jolloin se on kovera roottorin pyörimissuuntaa (4) vastaan, ja että ohjaussiivet kohtaavat rengaskammion (9) ulkoseinän (15) kulmassa (a), joka on 90° ± 10°. 10 s 9 97 5

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen puhallin, tunnettu siitä, että jokaisen ohjaussiiven (14) säteit-täisesti sisemmän reunan yläjuoksun puoleinen osa (19) on siirretty säteittäisesti taakse suhteessa reunan alajuok- 5 sun puoleiseen osaan (18).

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen puhallin, tunnettu siitä, että siiven reunan taakse siirretty pään osa (19) käsittää 25 - 35 % reunan koko aksiaalipituudes-ta.

6. Patenttivaatimuksen 4 mukainen puhallin, tun nettu siitä, että ohjaussiipien (14) sisäreunat on yhdistetty renkaalla (22), jonka sisähalkaisija on olennaisesti sama kuin puhaltimen kuoren (5) ulosmeno- ja tulo-osan (8, 6) halkaisijat ja joka sijaitsee aksiaalisesti 15 näiden osien välissä muodostaen tulo- ja vastaavasti ulos-menokanavat (23, 24) rengaskansioon (9) ja siitä pois, että tulo- ja ulosmenokanavien (23, 24) aksiaalimi-tat ovat olennaisesti samat ja kukin on 25 - 35 % rengas-kammion (9) aksiaalipituudesta, 20 ja ohjaussiipien sisäreunojen taakse siirretyt osat (19) ulottuvat ulospäin yhdysrenkaan (22) yläjuoksun puoleisesta pinnasta (21).

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen puhallin, tunnettu siitä, että siipien reunojen taakse siirretyt 25 osat (19) ulottuvat suoria viivoja tai koveria käyriä pitkin päidensä (21, 20) välillä.

8. Patenttivaatimuksen 6 mukainen puhallin, tunnettu siitä, että jokaisen taaksesiirretyn reunaosan (19) yläjuoksun puoleinen päätepiste (20) on siirretty 30 suhteessa sen alajuoksun puoleiseen päätepisteeseen (21) matkalla, joka on 20 - 100 % rengaskammion (9) säteissy-vyydestä.

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen puhallin, tunnettu siitä, että rengaskammion (9) säteissyvyys on 35 suunnilleen 40 % sen aksiaalipituudesta. 11 " ~ 7 Q