Zentrifugalgebläse Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Zentrifugalgebläse mit einem auf der Ansaug-Stirn- seite offenen und auf der Antriebs-Stimseite abge schlossenen, am Umfang mit Schaufeln besetzten, in einem Gehäuse umlaufenden Laufrad.
Bei derartigen Zentrifugalgebläsen bereitet die sachgemässe Ausbildung der Ansaugseite des Lauf rades Schwierigkeiten. Dies ist besonders bei der Aus bildung des Gebläses als Trommelläufer der Fall. Auf kurzer Strecke muss hier die Strömungsrichtung um 90o umgelenkt werden. Bei grosser Schluckfähigkeit ergeben sich an dieser Stelle axiale Eintrittsgeschwin digkeiten, die unter Umständen grösser als die äussere Umfangsgeschwindigkeit des Laufrades sind. Ablö sungen können deshalb an dieser Stelle sehr nachtei lige Folgen auf den Wirkungsgrad und die Geräusch bildung haben. Nach der Radachse eingezogene Ein laufdüsen der verschiedensten Arten werden hier ver wendet.
Des weitem werden die Abdeckscheiben auf den ansaugseitigen Schaufelenden gut gekrümmt aus geführt. Mit diesen Mitteln lassen sich gewisse Erfolge erzielen. Leider versagen diese Mittel bei kleineren Ausführungen bzw. kleineren Reynold's-Zahlen. Aus bekannten Gründen gelingt es hier nicht mehr, die Strömung in der Einlaufdüse zum Anliegen zu brin gen.
Ausserdem ist es praktisch unmöglich, die Läu fer bester Konstruktion geometrisch ähnlich zu ver kleinern, weil dadurch die Schaufeln so klein würden, dass sie einerseits nicht schwingungsfest sind und an dererseits bereits eine laminare Gesamtumströmung bewirken. Aus diesem Grunde ist man gezwungen, das Durchmesserverhältnis (d. h. Innendurchmesser/ Aussendurchmesser des Läufers) kleiner auszuführen und die Schaufelzahl erheblich zu verringern.
Wäh rend bei grösseren Ausführungen Durchmesserverhält nisse von ca. 0,9 und Schaufelzahlen von ca. 60 bis 70 verwendet werden, muss man bei kleinen Ausfüh- rungen auf Durchmesserverhältnisse von 0,7 und Schaufelzahlen von 10 bis 12 heruntergehen. Infolge des notwendig kleineren Durchmesserverhältnisses sinkt leider die Schluckfähigkeit. Das ist umso be dauerlicher, als gerade die grosse Schluckfähigkeit einer der grossen Vorzüge des Trommelläufers ist. Die Folgen dieser Erscheinungen sind von erheblicher Bedeutung, da die Abmessung und der bauliche Auf wand sehr gross werden und manche Anwendungs gebiete dadurch verschlossen bleiben.
Da gemäss der vorliegenden Erfindung die an saugseitigen Stirnenden der Schaufeln bezüglich der Laufrichtung des Laufrades nach vorn abgebogen sind, wobei das sonst übliche Deckblech an der Luft eintrittsseite fehlt, d. h. die stirnseitigen Schaufelend- kanten frei in der Ansaugöffnung liegen, entsteht an der Ansaugstirnseite ein Element eines Axialgebläses, was die volle Ausnützung der Ansaugöffnung und eine entsprechende Steigerung des Schluckvermögens des Gebläses ermöglicht.
Die von den gekrümmten Schaufelenden erfasste Luft wird im Bereich des Schaufelkranzes in radiale Richtung umgelenkt und die in der freien Ansaugöffnung einströmende Luft muss keine so scharfe Umlenkung erfahren, sondern fliesst in einem stumpfwinkligen Bogen zu den mitt leren Teilen der Schaufeln und zu deren abschluss seitigen Enden.
Es ist dabei vorteilhaft, wenn die radial aussen liegenden Kanten der nach vorn abgebogenen Schau felenden in der Ansaugzone von einem beispielsweise zylindrischen Rotationsflächen-Mantelring umfasst werden. Er kann den Einlauf von der Druckseite trennen und zugleich zur Befestigung der Schaufeln dienen. So entsteht eine ganz neue Bauart von Trom melläufern, die im Gegensatz zu der herkömmlichen Bauart auf der vollen Kreisfläche des Läufers ansaugt.
Bei dieser Laufradform erfolgt die Umlenkung praktisch innerhalb der gekrümmten ansaugseitigen Schaufelenden, d. h. in einer Zone, wo durch Impuls kräfte und Energiezufuhr Umlenkverluste sofort ohne Ablösung ausgeglichen werden können. Durch diese Massnahme wird ein äusserer Ring des Luftzuflusses abgeschält und direkt in den ansaugseitigen Endteil der Beschaufelung eingeführt, während der übrige Teil wie bisher direkt in die weiter innen und an- triebsseitig gelegenen Teile der Beschaufelung umge lenkt wird.
Der zylindrische Abdeckring kann auch durch ein an das Gebläsegehäuse angeschlossenes zylindrisches Ansaugrohr ersetzt werden. Ebenfalls kann bei frei ansaugenden Gebläsen die beabsichtigte Wirkung da durch erzielt werden, dass der abgebogene Schaufel teil aus dem Gebläsegehäuse herausragt.
Bei nach vorwärts gekrümmten Schaufeln des Trommelläufers kann der axiale Einlauf den gleichen Aussendurchmesser wie der radiale Laufradteil haben. Diese Massnahme versagt jedoch dann, wenn nach rückwärts gebogene Schaufeln verwendet werden. Wahrscheinlich hängt dies damit zusammen, dass in diesem Falle die Randstromlinien bei dem Eintritt in die nach rückwärts gebogenen Schaufeln eine zu kleine Umfangsablenkung und damit eine zu geringe Druckererhöhung erfahren, so dass sich zu stark un terschiedliche Energieaufnahmen einstellen.
Es wurde nun gefunden, dass trotzdem der Erfindungsgedanke auch bei nach rückwärts gekrümmten Schaufeln ange wendet werden kann, wenn man den Aussendurch messer des axialen Einlaufes kleiner ausführt. Es ge lingt dabei, insbesondere bei Laufrädern mit einem Durchmesserverhältnis, welches grösser als 0,5 ist, eine Vergrösserung der Schluckfähigkeit zu erzielen. Diese Idee lässt sich mit Vorteil auch bei normalen Zentrifugalgebläsen anwenden, d. h. bei Gebläsen, deren Schaufeln eine grössere radiale Erstreckung als die axiale Erstreckung aufweisen.
Es wurde weiterhin gefunden, dass es genügt, bei nach rückwärts gebogenen Schaufeln die Schaufel enden an der Lufteintrittsseite mit einem einfachen Lappen zu versehen, der um seine Sehne umgebogen wird. Vorteilhaft ist es dabei, die Lappenenden abzu runden, insbesondere in der Weise, dass etwa eine abwickelbar gebogene, zum Beispiel halbkreisförmige Fläche, entsteht.
Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen Fig. 1, 2, ein bekanntes Zentrifugalgebläse in Axialschnitt bzw. Seitenansicht ; Fig. 3, einen Meridianschnitt durch den Schaufel rotor eines erfindungsgemässen Gebläses ; Fig. 4, 5, 6 zeigen Schnitte nach den Linien IV- IV, V-V bzw. VI-VI von Fig. 3 ;
Fig. 7, 8, 9, 10, zeigen verschiedene Varianten zu Fig. 3 je in Verbindung mit vorwärts gekrümmten Schaufeln ; Fig. 11 und 12 zeigen ein Gebläselaufrad mit rückwärts gekrümmten Schaufeln ; Fig. 13 und 14, zeigen in Axialschnitt und Seiten ansicht eine weitere Ausführungsform ; Fig. 15 und 16, zeigen noch zwei weitere Varian ten.
Das Zentrifugalgebläse bekannter und an sich bewährter Bauart gemäss den Fig. 1 und 2 zeigt ein auf der Ansaugstirnseite eine Ansaugöffnung A ent haltendes und eine Ausstossöffnung B bildendes Ge häuse 1. Ein in diesem Gehäuse 1 drehbar gelagertes, von der Welle 3 aus angetriebenes Laufrad 2 besteht aus einer antriebsseitigen Abschlusscheibe 20, von deren peripheren Rand in axialer Richtung Schaufeln 21 abstehen. Die Innenkanten dieser Schaufeln sind annähernd parallel zur Drehachse des Laufrades 2 orientiert und ihre radiale Ausdehnung ist gering, d. h. es ergibt sich ein relativ grösseres Verhältnis Di : Da (Innendurchmesser: Aussendurchmesser).
Die stirnseitigen Endkanten der Schaufeln 21 werden von einem gekrümmten, zur Drehachse des Laufrades ko axialen Ringmantel 22 überdeckt, welcher in eine in der Ansaugöffnung A des Gehäuses eingesetzten Düsenmantelfläche 4 übergeht. Wie aus den einge zeichneten Strömungslinien erkennbar ist, erfolgt die Umlenkung am ansaugseitigen Stirnende des Laufra des 2 am Umfang, d.h. entlang der inneren Rotations flächen 4, 22 mit relativ kleinem Krümmungsradius über einen Winkelbereich von gegen 90-.
Gemäss den Fig. 3 bis 6 wird die beschriebene Bauweise wie folgt abgeändert.
Die peripher auf der antriebsseitigen Abschluss- scheibe 20 sitzenden, axial vor ihr gegen die Ansaug öffnung A abstehenden Schaufeln 121 tragen auf der Ansaugstirnseite in bezug auf den Drehsinn des Lauf rades 2 nach vorn abgebogene Endstücke 123, deren Endkanten 124 frei in der offenen Abschlusstirnebene des Laufrades liegen. Die peripheren Aussenkanten dieser abgebogenen Schaufelenden 123 werden von einem Zylindermantel 5 umfasst, der auf die Innen kante des Einlaufdüsenmantels 4 in der Ansaugöff nung A des Gehäuses 1 ausgerichtet ist.
Bei dieser neuartigen Bauweise eines Zentrifugalgebläses wird die Luft auf der vollen Kreisfläche des Laufrades an gesaugt, auch wenn das Durchmesserverhältnis Di Da relativ klein, d. h. die radiale Ausdehnung der Schaufeln aus Festigkeitsgründen und im Interesse einer hohen Umfangsgeschwindigkeit des Laufrades relativ gross gewählt werden.
Im Ausführungsbeispiel eines Laufrades nach Fig. 7 sind die nach vorn abgebogenen ansaugstirn- seitigen Enden 223 der Schaufeln 221 radial nach innen abgesetzt und der sie aussen haltende Zylinder mantelring 51 geht über eine Krümmungszone 52 in eine radialorientierte Abschlusscheibe 53 über.
Fig. 8 entspricht praktisch vollständig der Fig. 3, nur erweitert sich der Zylindermantelring 50, welcher die Aussenränder der abgebogenen Schaufelenden <B>123</B> umfasst, gegen die Antriebsseite hin in stetiger Krümmung.
Beim Laufrad nach Fig. 9 bildet ein sich ähnlich wie bei Fig. 8 gegen die Antriebsseite hin erweitern der Zylinderring 54 die einzige Verbindung zwschen vorwärts gekrümmten Schaufelenden 323 und den ge raden Schaufelteilen 321, d. h. die Schaufelenden 323 sind am Ringmantel 54 angeschweisst.
Fig. 10 zeigt eine weitere Möglichkeit zur Ge staltung der Aussenränder der abgebogenen Endteile 423 der Schaufeln 421 und des sie haltenden Mantel ringes 55 in der Einlaufzone.
Fig. 11 und 12 zeigen ein. Schaufelrad mit axial kurzer und radial relativ breiter rückwärts gekrümm ter Beschaufelung 521, wobei ebenfalls auf der An saugstirnseite nach vorn gekrümmte Schaufelenden 523 vorgesehen sind, deren Aussenränder von einem Mantelring 56 gehalten werden.
In den Fig. 13 und 14 ist dargestellt, wie die Schaufeln 621 eines Laufrades an der Ansaugstirn seite mit um ihre Sehne gebogenen Lappen 623 ver sehen werden können. Vorteilhaft ist es daher, die Schaufeln 621 im Bereich der Umbiegestellen der Lappen 623 geradlinig auslaufen zu lassen, so dass eine einfache abwickelbare Umbiegung möglich ist, wie durch die Linie 624 angedeutet. Bei dieser Schaufelform ergibt sich am Einlauf eine quasi axiale Umlenkung, indem eine axiale Umlenkung nicht um eine radiale Kante, sondern um eine gegen den Um fang schräge Kante erfolgt.
Wenn der umgebogene Lappen 623 eine grössere radiale Erstreckung nach innen aufweist, können sich infolge der auftretenden Zentrifugalkräfte Festigkeits schwierigkeiten ergeben. Um diesen zu begegnen, ist es empfehlenswert, etwa in Richtung der Stromlinie kurze Rippen 625 aufzuschweissen, so dass den Schaufeln jede gewünschte Festigkeit gegeben wird.
Eine weitere Verstärkung der Schaufeln kann durch einen im Bereich der Schaufelumbiegestelle ange brachten Ring 626 erreicht werden, der zum Beispiel aus einem Rohr oder einem Rundeisen bestehen kann. An diesem Ring werden die Innenkanten der Schau feln durch eine Schweissverbindung befestigt. Ferner kann es empfehlenswert sein, die Aussenkante der Schaufeln mit einem; weiteren Ring 627, der vorzugs weise aus einem hochstehenden Flacheisenring be steht, durch Schweissen zu verbinden.
Auch die Anordnung einer Einlaufdüse 4 (Fig. 13), die in gleichmässiger Abrundung auf den zylin- drischen Teil des Abdeckringes 57 übergeht, hat sich als zweckmässig herausgestellt. Wie ersichtlich, ist dabei der Durchmesser der verengten Düsenstelle kleiner als der Innendurchmesser des zylindrischen Teils des Abdeckringes 57.
Fig. 15 zeigt im Meridianschnitt ein Zentrifugal gebläse der Trommell'äuferbauart, bei dem der Ab- deckring 5 durch das zylindrische Ansaugrohr 40 des Gehäuses 1 ersetzt ist. Die Schaufeln 721 tragen ab gebogene Enden 723, die in das genannte Ansaugrohr 40 hineinragen.
Fig. 16 deutet ein frei ansaugendes Zentrifugal- gebläse der Trommelläuferbauart an, bei dem die abgebogenen Enden 823 der Schaufeln 821 aus dem Gehäuse 1 herausragen.