NO170738B - Ledeskovl for aksialvifte - Google Patents

Description

Fremlagte oppfinnelse angår en ledeskovl for en aksialvifte.

Når en gass passerer gjennom en vifte avledes gassen av viftehjulets skovler og man får en trykkøkning over viftehjulet. Avledningen innebærer imidlertid at gasstrømmens hastighet har en rotasjonskomponent etter passasjen gjennom viftehjulet. Denne rotasjonskomponenten utgjør en rotasjonsenergi som ofte går tapt ved den fortsatte gasstransporten nedstrøms viften.

For å utnytte denne rotasjonsenergi og dermed høyne viftens trykkøkning samt dens virkningsgrad, er det kjent å anordne en ring av ledeskovler nedstrøms viftehjulet. På denne måten omgjøres rotasjonsenergien i gasstrømmen etter viftehjulet til en statisk trykkøkning ved passering over ledeskovlene. Denne omgjøringen er ikke fri for tap, og for å minimalisere tapene er det vesentlig at ledeskovlenes innløpsvinkel i vesentlig grad stemmer overens med gassens strømningsretning ut fra viftehjulet. Hvis ledeskovlenes innløpsside ikke er tilpasset til den inntrengende gassens retning, får man en kraftig frigjøring av strømningen i ledeskovlene med store energitap og påfølgende senkning av viftes virkningsgrad som et resultat. Ledeskovlene er så videre utformet slik at gassen på utløpssiden får en hovedsakelig aksial retning.

Som kjent teknikk på området vises til SE 94040, CH 477628 og SU 941691.

Man har funnet at størrelsen på rotasjonskomponentene varierer i radiell retning, hvilket betyr at den vinkelen som strømningsretningen skaper med sentrumsakselen varierer med radien. Strømningen er meget kompleks, og sekundæreffekter gjør at rotasjonen etter vifteskovlene blir større ved skovlenes rot og topp. Ved skovlenes rot, dvs. ved skovlenes festepunkter ved navet, påføres gasstrømningen økt rotasjon gjennom tilbakestrømning i spalter, og på grunn av navets rotasjon, og ved skovlenes topp får man en økt rotasjon som følge av tilbakestrømning som senker den aksiale komponenten. Videre skal det bemerkes at den ytre begrensningen, f.eks. veggen til en strømningskanal eller lignende, bremser ikke bare den tangensielle bevegelseskomponenten, men også den aksielle. Sammenlagt gir dette den i figur.l viste uventede, radielle variasjonen av strømningsretningen.

Figur 1 viser således resultatet av målinger utført med en aksialvifte. Som det fremgår er strømningsretningens vinkel mot sentrumslinjen større ved skovlenes topp og rot og vinkelen passerer et minimum derimellom. Kurvens eksakte utseende påvirkes av slike parametre som skovlevinklene på viftehjulet og det valgte arbeidspunktet i det tilsvarende viftediagrammet (trykkstrømningsdiagrammet), men kvalitativt er kurvens forløp det samme, med et minimum mellom posisjonen for skovlens rot og topp.

For å forsøke å tilpasse ledeskovlens innløpsvinkel til den i radiell retning varierende rotasjonskomponenten, har man fremstilt ledeskovlene med varierende krumning, som imidlertid krever en meget komplisert tilvirkningsteknikk.

Man har også laget ledeskovlene med en skrå kant mellom skovlenes indre og ytre lengdekanter, slik at skovlenes buelengde langsetter den indre kanten er lengre enn buelengden langsetter den radielle ytre kanten. Ved konstant krumning av ledeskovlen får man herved en større innløpsvinkel ved ledeskovlenes radielle indre parti enn ved dens radielle ytre parti.

Formålet med den fremlagte oppfinnelsen er at med utgangspunkt fra ovennevnte angivne kunnskaper om rotasjonens radielle variasjoner fremkommer en ny ledeskovl som på innløpssiden, på en betydelig forbedret måte, er tilpasset til den inntrengende gassens retning over ledeskovlens hele radielle utstrekning, samtidig som ledeskovlen er enkel og billig å fremstille.

Dette målet oppnås med en ledeskovl av det innledningsvis angitte slaget og med de angitte kjennetegn i patentkrav 1.

Ved å gi kanten av den delen av ledeskovlen som vender mot aksialviften en form, som i hovedsak er komplementær til den i figur 1 illustrerte variasjonen av rotasjonen, kan man fremstille ledeskovlen med enkel krumning og samtidig få utmerket tilpasning av innløpsvinkelen til den innstrømmende gassens retning i ethvert punkt.

Med ledeskovlen ifølge oppfinnelsen kan forbedringer av viftens virkningsgrad på opptil 2 0 % enheter oppnås i forhold til normalt tilgjengelige ledeskovler på markedet.

Ifølge en fordelaktig utførelsesform av ledeskovlen i henhold til oppfinnelsen oppfyller innløpsvinkelen a lt ved ledeskovlens radielle indre parti eller rotparti, vilkåret

fortrinnsvis Ifølge en annen fordelaktig utførelsesform av ledeskovlen i henhold til oppfinnelsen med konstant krumningsradius, oppfyller forholdet mellom krumningsradien R og lengden L2 til ledeskovlens radielle indre kant vilkåret fortrinnsvis

På denne måten muliggjøres optimalisering av ledeskovlenes utforming til det valgte arbeidspunktet i det området i trykk-strømningsdiagrammet som er av interesse.

Ifølge en ytterligere fordelaktig utførelsesform av ledeskovlen i henhold til oppfinnelsen, oppfyller forholdet mellom lengden L-l av ledeskovlens radielle indre kant og lengden L2 av ledeskovlen ved nivået for innsnevringen

og nivået for innsnevringen gis av vilkåret fortrinnsvis

der H]^ betegner høyden for innsnevringens posisjon regnet fra den radielle indre kanten, og H2 betegner ledeskovlens totale høyde.

Ledeskovlens innløpsvinkel ved skovlens topp må være relatert til eksempelvis innløpsvinkelen ved skovlenes rot, og ifølge enda en fordelaktig utførelsesform av ledeskovlen i henhold til oppfinnelsen gis denne relasjonen av vilkåret

der L3 og L1 betegner lengdene av ledeskovlens radielle ytre og indre kanter.

Når man går utenfor de ovenfor angitte grensene på de ulike parameterne som bestemmer ledeskovlens konstruksjon, opptrer forstyrrelser av ulike slag så som separasjon av gasstrømningen fra ledeskovlene med energitap, som resultat.

De valgte utførelsesformer av ledeskovlene ifølge oppfinnelsen vil nå beskrives nærmere i forbindelse med figurene 2-5. Figur 1 viser den radielle variasjonen av vinkelen mellom strømningsretningen og sentrumslinjen fra skovleroten til skovletoppen. Figur 2 viser en aksialvifte med nedstrøms anordnede ledeskovler ifølge oppfinnelsen. Figur 3 viser en foretrukket utførelsesform av ledeskovlene ifølge oppfinnelsen utbrettet i et plan. Figur 4 viser ledeskovlen i figur 3 med konstant krumning, og Figur 5 viser en alternativ utførelse av ledeskovlene ifølge oppfinnelsen, likeledes utbrettet i et plan.

I figur 2 vises en aksialvifte 2 installert i en kanal 4 med luftstrømningsretningen merket med pilen q. Nedstrøms viften og i en viss avstand fra denne er en ring (krans) av ledeskovler 6 montert, hvorved ledeskovlenes radielle utstrekning vesentlig tilsvarer vifteskovlenes 8. Som det spesielt fremgår for ledeskovlen 6' har den en hovedsakelig aksiell utløpsvinkel, mens innløpsvinkelen viser en viss vinkel med viftens sentrumslinje.

I figur 3 vises en foretrukket utførelsesform av en ledeskovl 6, brettet ut i et plan. Det endepartiet av ledeskovlen 6 som er tilsiktet å være vendt mot viften har en kant 10 med parabel-lignende form, slik at man mellom ledeskovlens 6 indre og ytre lengdekanter 12 og 14 får en innsnevring med kortere lengde L2 langs viften enn nevnte kanter L1# henholdsvis L3. Skovlen 6 har en rett bakkant 16.

Innsnevringens høyde fra den indre lengdekanten 12 er betegnet med H1 og skovlens totale høyde med H2. Innsnevringens posisjon bestemmes av vilkåret

fortrinnsvis

Nar ledeskovlen i rigur 3 gis konstant krumning med en krumningsradius ifølge figur 4, får man større innløpsvinkel i forhold til sentrumslinjen i ledeskovlens indre parti, som kommer til å ligge ved nivået til skovlens rot, enn ved skovlens 6 ytterpartier, som kommer til å ligge ved nivået for skovlens topp, ettersom den indre lengdekanten 12 er lenger enn den ytre lengdekanten 14, se figur 3. I det mellomliggende innsnevrede partiet blir innløpsvinkelen fremdeles mindre, og således oppnår man på en enkel måte en radiell variasjon i innløpsvinkelen som stemmer overens med den radielle variasjonen til gasstrømningens rotasjonskomponent, som beskrevet ovenfor.

fås forholdet mellom innløpsvinklene ved skovlens ytterparti og innerparti som er tilpasset for praktiske anvendelser.

Lengdene L-l og L2 oppfyller vilkåret

For å muliggjøre optimalisering av ledeskovlene i ulike arbeidspunkter i trykkstrømningsdiagrammet, dvs. både for stor strømning som for høyt trykk, må krumningsradien R, se figur 4, og L : oppfylle vilkåret fortrinnsvis Forholdet mellom radiene Rx og R2 fra viftens sentrumslinje 18 til ledeskovlens indre kant 12 henholdsvis ytre kant 14 oppfyller vilkåret fortrinnsvis

På denne måten blir ledeskovlen anvendbar for praktisk

talt alle i praksis forekommende aksialvifter.

R-L tilsvarer radien til viftehjulets nav, mens radien R2 tilsvarer radien i den aktuelle strømningskanalen 4, som også vesentlig stemmer overens med skovlehjulets radius, jfr. figur 2.

I figur 5 vises en alternativ utgave av en ledeskovl ifølge oppfinnelsen, hvor kanten som er tilsiktet å være vendt mot viften er laget av et polygontog med tre sider 20, 22, 24. Side 22 kommer herved til å forme det mellomliggende innsnevrede partiet. Det skal bemerkes at det innsnevrede partiet 22 er forskjøvet nærmere den ytre kanten 14 enn den indre kanten 12. Også denne ledeskovlen bøyes med konstant bøyningsradius som illustrert i figur 4. Dette er en enkel ledeskovlutforming som gir en betydelig høyning av virkningsgraden i forhold til tidligere utførelser med en monoton langstrakt skråkant, som antydes med den stiplede linjen 26 i figuren.

Selvsagt er en mengde ulike kurvformer mulige for den kanten som vender mot viften, disse kurvformer har en innsnevring som beskrevet ovenfor. For den praktiske anvendelse velges selvsagt akkurat den kurvform som gir optimalt resultat.

Claims (12)

1. Ledeskovl (6) for aksialvifte (2), karakterisert ved at det i partiet (10) som vender mot viften (2) er utformet en innsnevring mellom ledeskovlens ytre (14) og indre (12) partier i radiell retning, hvorved buelengden (L2) langs den enkeltkrummede ledeskovlen ved nivået for innsnevringen er kortere enn nevnte ytre (L3) og indre (LI) partier.

2. Ledeskovl (6) ifølge krav 1, karakterisert ved at kanten (10) til det endepartiet som vender mot viften (2) har kontinuerlig konkav form.

3. Ledeskovl (6) ifølge krav 2, karakterisert ved at kanten (10) har parabel-lignende form.

4. Ledeskovl ifølge krav 1, karakterisert ved at kanten (10) av endepartiet som vender mot viften (2) er formet som et polygontog.

5. Ledeskovl (6) ifølge krav 4, karakterisert ved at kanten (10) av endepartiet som vender mot viften (2) har form av et tresidig polygontog (20, 22, 24).

6. Ledeskovl (6) ifølge noen av kravene 2-5, karakterisert ved at forholdet mellom lengden (LXj av ledeskovlens (6) radielle indre kant (12) og lengden (L2) av ledeskovlen (6) ved nivået for innsnevringen oppfyller vilkåret

7. Ledeskovl (6) ifølge noen av kravene 1-6, karakterisert ved at innløpsvinkelen a lr ved ledeskovlens rotparti (12) oppfyller vilkåret fortrinnsvis

8. Ledeskovl (6) ifølge noen av kravene 1-7, karakterisert ved at den enkelt-krummede ledeskovlen har en konstant krumningsradius (R).

9. Ledeskovl (6) ifølge krav 8, karakterisert ved at et forhold mellom krumningsradien (R) og lengden (Lx) av ledeskovlens radielle indre kant (12) oppfyller vilkåret fortrinnsvis

10. Ledeskovl (6) ifølge noen av kravene 2-9, karakterisert ved at forholdet mellom høyden (H-lj for innsnevringens posisjon regnet fra den radielle indre kant (12) og ledeskovlens totalhøyde (H2) oppfyller vilkåret fortrinnsvis

11. Ledeskovl (6) ifølge noen av kravene 2-10, karakterisert ved at forholdet mellom lengdene (L3 og LXj av ledeskovlens radielle ytre (14) og indre (12) kanter oppfyller vilkåret

12. Ledeskovl (6) ifølge noen av kravene 1-11, karakterisert ved at forholdet mellom radiene ^ og R2) fra viftens aksel (18) til ledeskovlens ytre (14) og indre (12) kanter oppfyller vilkåret fortrinnsvis