Radialventilator bzw. -pumpe Zur Erzielung eines hohen Wirkungsgrades bei Radialventilatoren bzw. -pumpen ist es neben anderen Massnahmen besonders wichtig, die unvermeidbaren Strömungsverluste in dem Spalt zwischen der Ein trittsdüse des Mediums und der rotierenden Laufrad deckscheibe möglichst gering zu halten.
Es ist zu diesem Zweck vorgeschlagen worden, den Spalt in verschiedener Weise, z. B. durch Laby- rinthdichtungen, abzudichten. Dies ist fertigungstech nisch umständlich und teuer.
Es ist weiter vorgeschlagen worden, die Energie des im Gehäuse rückströmenden, durch den Spalt eintretenden Luftanteils durch entsprechende Gestal tung des Spaltes zur Beschleunigung der Grenzschicht an der Laufraddeckscheibe zu benutzen.
Das verbessert zwar die Füllung des Laufrades, hat aber den Nachteil, dass das Profil der Meridian geschwindigkeiten quer zum Laufrad ungleichmässig wird, und zwar derart, dass an der entscheidenden Stelle, wo die Strömung das Laufrad verlässt und auf die Gehäuseströmung trifft, Strömungsschubkräfte auftreten, die eine Verwirbelung der Gehäuseströ mung und damit Strömungsverluste zur Folge haben.
Die Erfindung bezweckt, zur Vermeidung dieses Nachteils hinter der Düse am Spalt durch Umwand lung der kinetischen Energie in statische Energie einen Druckanstieg zu erzeugen, und zwar durch eine solche Formgebung der Düse, dass die Strömung in Wandnähe verzögert wird. Dieser Druckanstieg er gibt einen guten Spaltabschluss und vermindert so die Spaltverluste.
Durch den Druckanstieg mit verzöger ter Grenzschichtgeschwindigkeit ist es erreichbar, ein von der Laufradscheibe zur Laufraddeckscheibe gleichmässig abnehmendes Profil der Meridian geschwindigkeiten zu erzielen, so dass im Laufradaus tritt ein guter Übergang der Strömung in die koaxial zur Eintrittsdüse gleichmässig kreisende Gehäuse- strömung erfolgt, also ein Aufrollen der Gehäuseströ mung vermieden wird.
Die Erfindung macht dabei von der bekannten Erkenntnis Gebrauch, dass bei Anströmung einer Ku gel im turbulenten, überkritischen Bereich die Strö mung am Äquator nicht abreisst, und dass sich auf der Rückseite der Kugel ein Druckanstieg ergibt.
Nicht bekannt ist es, diese Erkenntnis auf die An strömung des inneren Teiles eines Kreisringes anzu wenden und der Eintrittsdüse eine ganz bestimmte Ringform zu geben, die die Durchdringung des Kreis ringes mit einem koaxialen Zylinder ist.
Eintrittsdüsen -mit kreisbogenförmigen Umdre hungsflächen sind an sich bekannt.
Wie Versuche ergeben haben, muss die Eintritts düse am Laufradspalt durch einen zur Ventilator- bzw. Pumpendrehachse normalen Schnitt begrenzt sein, der kurz vor der zu erwartenden Grenzschicht- ablösung liegt. Der beabsichtigte Druckanstieg würde zu gering sein, wenn dieser Schnitt zu weit vor der Ablöselinie liegt, anderseits muss er aber vor der Ab löselinie liegen, um Grenzschichtablösungen zu ver meiden.
Gemäss den Untersuchungen, die zu der Erfin dung geführt haben, lässt sich die Lage dieses Schnit tes durch das Verhältnis der Höhe h zur Sehne s des Kreisbogens ausdrücken, mit dem die Eintrittsdüse endet. Erfindungsgemäss bildet an der engsten Stelle des Spaltes die Tangente an den Kreisbogen der Laufraddeckscheibe mit der Tangente des von der Gehäuseführung gebildeten kreisbogenförmigen Dü senteils einen stumpfen Winkel und der letztgenannte Kreisbogen besitzt ein Verhältnis Höhe (h) zu Sehne (s) zwischen 1 : 6 und 1 : B.
Versuche haben ergeben, dass bei einer solchen Ausführung der Spaltbeiwert 0,325 ist, gegenüber einem bisher üblichen Spaltwert von 0,55 bis 0,65. In der beiliegenden Zeichnung sind zwei Aus führungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dar gestellt, und zwar zeigt:
Fig. 1 die laminare Anströmung einer Kugel, Fig. 2 die turbulente Anströmung einer Kugel, Fig. 3 den Axialschnitt durch einen Kreisring, Fig. 4 schematisch einen Axialschnitt durch ein Ventilatorgehäuse mit der erfindungsgemässen An ordnung von Eintrittsdüse und Laufrad und Fig. 5 eine weitere Ausführungsform nach Fig. 4.
Fig. 1 zeigt den bekannten Verlauf der Grenz- schicht bei laminarer Anströmung einer Kugel mit der Ablöselinie 1 und Fig. 2 die durch Anbringung eines Drahtreifens 2 verursachte Umwandlung der laminaren in eine turbulente Grenzschichtströmung mit der Ablöselinie 1', wobei sich hinter der Kugel ein Druckanstieg ergibt.
Aus Fig. 3 ergibt sich, dass bei Anströmung des inneren Teiles eines Kreisringes 3 und Anordnung eines Drahtreifens 2 das Verhalten der Grenzschichtströmung ähnlich ist wie bei der Kugelanströmung. Die Düse wird dargestellt als der Ausschnitt 5 einer aus der Durchdringung des Kreis ringes 3 mit einem Zylinder 4 entstehenden Fläche. Dieser Ausschnitt ist identisch mit der Umdrehungs fläche des Kreisbogens 5 als Erzeugende um die ge meinsame Drehachse. Mit 1 ist die Linie des Abrei- ssens der Grenzschichtströmung bezeichnet.
Der Drahtreifen 2 bewirkt die Umwandlung von lamina- rer in eine turbulente Grenzschichtströmung. Gemäss Fig. 4 endet die an der Gehäusewandung 11 befestigte Eintrittsdüse 6 in einer inneren Abrundung, die die Umdrehungsfläche eines Kreisbogens 5 mit der Höhe h und der Sehne s ist. Der Kreisbogen 5 erstreckt sich so weit bis zu dem Laufradspalt 7, dass am Spalt ein Anstieg des statischen Druckes ohne Grenzschicht- ablösung erreicht wird.
Die Grenzen des Verhältnis ses von Höhe h zu Sehne s liegen erfindungsgemäss in einer Zone, die sich von dem Verhältnis h : s 1 : 6 bis zu dem Verhältnis 1 : 8 erstreckt. Die Tangente 13 berührt den Kreisbogen 14 der Laufraddeck- scheibe 8 an der engsten Stelle des Spaltes 7 und die Tangente 15 das Ende des Kreisbogens 5. Die Tan genten 13, 15 bilden erfindungsgemäss einen stump fen Winkel.
Die Darstellung der Profile der Meridiangeschwin- digkeit c", zeigt, wie durch die Form der Abrundung 5 der Einlaufdüse zuerst bis zum Laufradspalt 7 eine Verzögerung der Grenzschichtgeschwindigkeit ein tritt, und dann nach dem Übergang zur rotierenden Laufraddeckscheibe 8 das sich ergebende Profil der Meridiangeschwindigkeiten in seiner Struktur bis zum Austritt aus der Laufradschaufel 9 erhalten bleibt.
Der Verlauf der Meridiangeschwindigkeiten c", ist also auch an der Austrittskante der Laufradschaufel 9 von der Laufradscheibe 10 bis zur Laufraddeck- scheibe 8 gleichmässig abnehmend, das heisst ohne Zunahme der Meridiangeschwindigkeit in der Grenz- schicht an der Laufraddeckscheibe B.
Es werden da durch Schubkräfte zwischen dem aus dem Laufrad austretenden Luftstrom und dem im Gehäuse 11 ro- tierenden Gehäusestrom, wie sie bei höherer Meri- diangeschwindigkeit in der Grenzschicht an der Lauf raddeckscheibe 8 auftreten würden, und damit eine Störung bzw. ein Aufrollen des Gehäusestromes ver mieden. Der Strömungsverlust im Gehäuse wird da durch geringer.
Voraussetzung für die zu erzielende Wirkung ist eine turbulente Grenzschichtströmung in der Eintritts düse. Dieser Fall liegt bekanntlich meistens vor. Die Erzeugung einer turbulenten Grenzschichtströmung kann aber - wenn nicht vorhanden - durch An ordnung eines Reifens 2 an der Eintrittsdüse 5 unter stützt werden. Der Reifen 2 kann als ein Drahtreifen oder als eine Schweissraupe oder in ähnlicher Weise ausgeführt sein.
Fig. 5 zeigt einen einfachen und leicht zu ferti genden teilweisen Abschluss 12 des Laufradspaltes, der zusätzlich eine weitere Herabsetzung des Spalt verlustes ermöglicht. Dieser Abschluss kann durch eine axiale Verschiebung der Düse beliebig eingestellt werden.
Die Anwendung der Erfindung ist sowohl bei Radialventilatoren als auch bei Radialpumpen jeder Bauart möglich, da die Voraussetzung turbulenter Grenzschichtströmung in den meisten Fällen vorliegt - und wo sie nicht gegeben ist - leicht erzeugt wer den kann.
Die Anwendung der Erfindung verringert nicht nur den Spaltverlust, sondern auch die Gehäuse abmessungen.