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Querstromgebläse
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tritt in den Saugraum durch die Rotorachse zum Austritt aus dem Druckraum um mehr als 130 umgelen wird, und dass der die Saugseite von der Druckseite trennende Gehäuseteil sich im wesentlichen in tange tialer Richtung zum Rotor erstreckt, wobei das Rotorinnere frei von Führungsorganen und der Rotorumfal frei von besonderen, sich längs ihm erstreckenden Gehäuseteilen ist.
Bei dem erfindungsgemässen Querstromgebläse bleibt bei Abnahme des Fördervolumens von seine optimalen Wert der Druck nahezu konstant auf der Höhe des Maximaldruckes und er kann sogar bei A] näherung des Fördervolumens an den Nullwert noch etwas steigen, so dass ein Zusammenbrechen d Druckes ausgeschlossen ist.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf einige in den Zeichnungen schematisch darg stellte Ausführungsbeispiele des Querstromgebläses näher erläutert. Fig. 1 zeigt an drei Kurven den Drucl verlauf in Abhängigkeit vom Fördervolumen bei drei verschiedenen Gebläsetypen. Die Fig. 2,3, 4 und sind rechtwinkelig zur Rotorachse verlaufende Querschnitte, die verschiedene Ausbildungen des Gehäus ( des erfindungsgemässen Querstromgebläses zeigen, wobei in den Fig. 2 und 3 das Entstehen von Wirbeln e] läutert ist und in Fig. 4 der Strömungsverlauf im Gehäuse dargestellt ist.
Fig. 5 ist ein Diagramm, das d] Zuströmgeschwindigkeiten längs der Rotoroberfläche erläutert, wobei die Abszisse den im Drehsinn dt
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und zeigt, dass der Druck bei abnehmendem Fördervolumen auf einen sehr niedrigen Wert absinkt.
Die Kurve II zeigt die Verhältnisse bei einem Axial-Radial-Gebläse, einem sogenannten Sirocco Gebläse, bei dem bei abnehmendem Fördervolumen der Druck annähernd konstant gleich dem Maximal druck bleibt.
Kurve III zeigt die Verhältnisse bei dem erfindungsgemässen Querstrom-Gebläse. Auch hier bleibt be abnehmendem Fördervolumen der Druck zuerst konstant, um dann gegen das Fördervolumen Null his etwas anzusteigen.
In Fig. 2 ist ein schematischer Querschnitt durch ein solches Gebläse dargestellt.
In einem Gehäuse 1, dessen äussere Wand im Schnitt die Form einer Spirale aufweist, ist der Rotor untergebracht. Die Gehäusestellen 3 und 4, die am Rotorumfang den Druckraum 7 bestimmen, liegen so dass dessen Rotorbogen sich über einen Winkel oc von mehr als 1800 erstreckt. In der Zeichnung beträgt dieser Winkel ungefähr 220 und der Rotorbogen auf der Saugraumseite dementsprechend ungefäh1 140 . Der Rotorbogen auf der Druckraumseite muss also immer grösser sein als der Rotorbogen auf de1 Saugraumseite. Die optimale Grösse des Rotorbogens auf der Druckseite beträgt zirka 220-270 .
Die Form der von der Gehäusewand im Schnitt gebildeten Spirale kann z. B. eine logarithmische Spirale sein, sie kann aber auch nach irgendeinem andern Gesetz bestimmt sein. Wesentlich für die Form der Gehäusewand ist folgendes : Als mittlere Stromlinie 5 soll diejenige Linie betrachtet werden, die von der Mitte des Saugraum-Eintrittes durch die Rotorachse und von dieser durch die Mitte des Druckraums 7 zur Mitte des Austrittes aus dem Druckraum führt. Diese mittlere Stromlinie muss vom Eintritt in den Rotor bis zum Austritt aus dem Druckraum 7 um mehr als 130 umgelenkt werden; in der in der Zeichnung dargestellten Figur erfolgt die Umlenkung um annähernd 180 .
Bei der dargestellten Ausführungsform liegt der Wirbel mit seinem Zentrum 6 im Innern des Rotors und ist nicht, wie bei den mit Ausbuchtungen versehenen Gehäusen in irgendeiner Gehäusepartie gefangen, sondern er kann sich im Druckraum 7 bewegen und sich in Grösse und Lage den im Druckraum 7 herrschenden Strömungsverhältnissen anpassen.
Die beschriebene Gehäuseform ergibt nicht nur die in der Kurve III der Fig. l dargestellte Charakteristik, sondern dazu noch wesentlich höhere Luftleistungsbeiwerte als ein entsprechendes Siroccogebläse. Es hat sich auch gezeigt, dass auf der Gehäuseaustrittsseite die Verwendung eines Diffusors überflüssig ist, was die Abmessungen des Gehäuses verkleinert. Ferner wurde festgstellt, dass die Geschwindigkeitsverteilung am Druckraum-Austritt gleichmässiger ist als bisher. Die durch die Re-Injektionsanordnungen verursachte Lärmentwicklung ist weitgehend unterbunden.
Es hat sich ferner gezeigt, dass die Höhe der Austrittsöffnung des Gehäuses z. B. 80% des Raddurchmessers betragen, also grösser sein kann, als sie bisher sowohl bei Querstromgebläsen als auch bei Sirocco- gebläsen war, bei denen sie nur 60% des Raddurchmessers betrug.
Die gegenüber dem bisher bekannten Stand der Querstromgebläse wesentlich gesteigerten Leistungen ermöglichen deren Verwendung über den bisher auf den Apparatebau beschränkten Gebrauch hinaus, wobei insbesondere auch die Verwendung im eigentlichen Maschinenbau, z. B. als Ersatz der Gebläse der bisherigen Turbomaschinentypen für den Gasturbinen-und Motorenladerbau, in Betracht kommt.
Es wurde nun weiterhin gefunden, dass bei der gegenüber den bekannten Querstromgebläsen erhöhten Wirbelintensität der Wirbel die Tendenz hat, sich gegen den Gehäuseaustritt hin auszuweiten, und dies führt im Bereich des dem Saugraum und dem Druckraum gemeinsamen Gehäuseteils zu Rückströmungen, die bei übermässig starker Entwicklung sowohl den Druck als auch die Fördermenge und den Wirkungsgrad nachteilig beeinflussen. Dieser Nachteil wird gemäss einer weiteren Ausbildung des Erfindungsgedankens dadurch behoben, dass der Querschnitt des Druckraums von der am Rotorumfangliegenden, dem Druckraum
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und dem Saugraum gemeinsam angehörenden Kante des Gehäuses aus sich gegen die Austrittsöffnung hin verengt.
In Fig. 3 ist ein Ausführungsbeispiel dieser Gehäuseausbildung dargestellt.
In einem Gehäuse 1, dessen äussere Wand im Querschnitt die Form einer Spirale aufweist, ist der Rotor 2 angeordnet. Die Gehäusekanten 3 und 4, die am Rotorumfang den Druckraum bestimmen, liegen so, dass sich der Rotorbogen im Druckraum über einen Winkel oc von mehr als 1800 erstreckt. Die mittlere Stromlinie 5, die von der Mitte des Saugraum-Eintrittes durch die Rotorachse und von dieser durch die Mitte des
Druckraumes 7 zur Mitte des Druckraum-Austrittes verläuft, wird vom Eintritt zum Austritt um mehr als
130 umgelenkt.
Der Wirbel 6 bewegt sich im Druckraum 7 in Abhängigkeit von den im Druckraum herrschenden
Strömungsverhältnissen. Dabei hat es sich gezeigt, dass sich im Druckraum eine Rückströmung ausbilden kann, die gegen die Gehäusekante 3 hin zum Rotor 2 führt.
Um diese Erscheinung zu verhindern, ist die von der Gehäusekante 3 zum Druckraum-Austritt hin- führende Gehäusewand 8 derart ausgebildet, dass sie gegen den Druckraum 7 hin und gegen den Druckraum-
Austritt hin ansteigt. Dadurch wird der Querschnitt des Druckraums 7 von der Kante 3 aus nach aussen zu verengt. Die Wand 8 kann in einer Ebene liegen, sie bildet aber zweckmässigerweise eine Fläche, die im
Querschnitt nach einer flachen S-Kurve gekrümmt ist, wie dies in der Zeichnung dargestellt ist. Die Ver- engung des Querschnittes von der Kante 3 bis zum Druckraum-Austritt beträgt zweckmässig 10-20% des
Durchmessers des Rotors. Die Gehäusewand 8 kann zur Verminderung der Rückströmung und zur Stabilisierung des Wirbels 6 am Rad 2 ausserdem Öffnungen 9 oder auch ein poröses Stück aufweisen.
Zur Führung der Strömung kann im Druckraum ferner ein Leitorgan 10, z. B. eine Leitschaufel, ange- ordnet sein, welche die Strömung gegen die Kante 3 und damit gegen den Rotor 2 hin leitet, was ebenfalls zur Stabilisierung der Wirbellage dient.
Die Öffnungen 9 können in ihrem Querschnitt veränderbar vorgesehen sein, indem eine besondere Steuervorrichtung zur Querschnittsänderung vorgesehen ist. Ferner können Steuervorrichtungen vorgesehen sein zur Änderung der Stellung des Wandstückes 8 und der Leitschaufel10. Alle diese Massnahmen bezwecken, die Lage des Staupunktes im Bereich der Wand 8, d. h. zwischen der Wirbelströmung, die zum Rotor zurückführt, und der Strömung zum Gehäuseaustritt, zu beeinflussen.
An Stelle der in der Zeichnung dargestellten und beschriebenen Massnahme zur Verengung des Querschnittes durch Formgebung der Wand 8 kann auch eine andere Massnahme getroffen werden, die den gleichen Zweck erfüllt, z. B. eine besondere Formgebung einer der andern Gehäusewände im Bereich des Austritts aus dem Druckraum.
Durch die in den vorstehenden Beispielen erwähnten Massnahmen wird die Druckleitung des Querstromgebläses erhöht und zwar insbesondere bei kleinen Fördermengen, bei denen unter den sonst üblichen Bedingungen ein starker Druckabfall eintritt.
Bei der gegenüber den bisher bekannten Querstromgebläsen erhöhten Wirbelintensität tritt jedochzumindest bei der Ausführungsform gemäss Fig. 3, die eine dem Druckraum und dem Saugraum gemeinsame den Querschnitt des Druckraumes zur Austrittsöffnung hin verengende und in einer Kante vor dem Rotorumfang endigende Trennwand aufweist-der Nachteil auf, dass am Rotorumfang in der Gegend des Überganges vom Druckraum zum Saugraum, also in der Gegend der erwähnten Trennwand, sehr starke Gradienten in den Geschwindigkeiten der beiderseitig zur Trennwand auf den Rotor zu gerichteten Strömung vorhanden sind und dass die Trennwand von einem gewissen Totraum umgeben ist.
Dies wirkt sich insofern als nachteilig aus, als die Schaufeln des Rotors diese Gebiete beträchtlicher Geschwindigkeitsgradienten ständig durchschneiden, wodurch wie bei einer Sirene ein lauter Ton erzeugt wird. Der hiedurch verursachte Lärm ist naturgemäss sehr unerwünscht und beeinträchtigt die Verwendbarkeit des Querstromgebläses stark.
Die Erfindung befasst sich daher auch mit der Aufgabe, das Entstehen eines derartigen Tones zu unterdrücken. Gemäss einer besonderen Ausbildung des Erfindungsgegenstandes wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass der den Saug- vom Druckraum trennende Gehäuseteil mindestens zweiteilig ausgebildet ist und dass der zwischen den beiden Teilen liegende Raum mindestens gegen den Rotor hin offen ist. Der den Saug- vom Druckraum trennende Gehäuseteil, der durch eine Wand gebildet wird, weist dabei demnach einen zum Rotor hin führenden Kanal auf, durch den zum Rotor ein Hilfsstrom gelangen kann, wodurch der erwähnte Totraum im Gebiet der Trennwand aufgefüllt wird. Ferner wird der Geschwindigkeitsgradient in Drehrichtung des Rotors vermindert, ohne dass dabei die Luftleistung des Gebläses beeinträchtigt wird.
Gleichzeitig tritt an dieser Stelle eine Energieverminderung ein. Besonders zweckmässig ist diese Mass-
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schnitt des Druckraumes von der am Rotorumfang liegenden, dem Druckraum und dem Saugraum gemeinsam angehörenden Kante dieses Gehäuseteils aus sich gegen die Austrittsöffnung hin verengt.
In den Fig. 4 und 6 sind zwei Ausführungsbeispiele dieser Gehäuseausbildung dargestellt.
Fig. 4 entspricht im wesentlichen der Darstellung der Fig. 2 und 3 und ist daher auch mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die mit Pfeilen versehenen ausgezogenen Linien sollen die Stromlinien veranschaulichen. Durch den verhältnismässig stark tangentialen Einlauf der Trennfläche 3'gegen die Umfangsfläche des Rotors 2 ist bedingt, dass sich in der Nähe der Kante 3, mit der die Trennwand 3'vor dem Rotor 2 endigt, und auch
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noch ein Stück längs beider Seiten der Trennwand 3'die Stromlinien stark zusammendrängen, was eh sehr steilen Gradienten der Geschwindigkeitsverteilung bedeutet. In der unmittelbaren Umgebung) Trennwand 3 entsteht beidseitig ein Totraum, in dem also die Geschwindigkeit sogar auf Null sinkt.
In Fig. 5 ist die Zuströmgeschwindigkeit G der einzelnen Stromfäden vor deren Eintritt in den Ro längs der Rotoroberfläche R dargestellt ; u. zw. beidseitig zur Kante 3 im Druckraum 7 und im Saugraum Dabei zeigt die Kurve A die Verhältnisse bei der in Fig. 4 dargstellten Anordnung. Der schraffierte Tei bezeichnet den Totraum beidseitig der Kante 3, wo die Kurve A eine erhebliche Absenkung nach un1 aufweist. Ihrem Gesamtverlauf nach stellt die Kurve A einen durchwegs recht stark anwachsenden Verl : der Geschwindigkeitskurve dar.
Die Kurve B zeigt einen viel flacheren Gesamtverlauf mit einem nur noch geringfügigen Totraum was sich durch die Anwendung der in Fig. 6 erläuterten Massnahme nach der Erfindung ergibt.
Fig. 6 zeigt eine zweiteilige Ausführung des den Druck- und Saugraum trennenden Gehäuseteiles in c Weise, dass der zwischen diesen Teilen gebildete Kanal K nur gegen den Druckraum 7 geöffnet ist. I beiden Trennwände sind mit 14'und 15'bezeichnet.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Querstromgebläse, dadurch gekennzeichnet, dass der sich zwischen den beiden den Saugraum vc Druckraum trennenden Gehäuseteilen über den Druckraum erstreckende offene Rotorbogen mehr als 18 beträgt und dass das den Druckraum einschliessende Gehäuse im wesentlichen Spiralform aufweist, dera] dass die mittlere Stromlinie vom Eintritt in den Saugraum durch die Rotorachse zum Austritt aus dem Druc raum um mehr als 1300 umgelenkt wird, und dass der die Saugseite von der Druckseite trennende Gehäus teil sich im wesentlichen in tangentialer Richtung zum Rotor erstreckt, wobei das Rotorinnere frei v ( Führungsorganen und der Rotorumfang frei von besonderen, sich längs ihm erstreckenden Gehäuseteil ist.