Verfahren zur Vermeidung der Ausbildung von Wirbeln an der Grenzschicht von umströmten Körpern Die Erfindung bezieht .sich auf ein Verfahren zur Vermeidung der Ausbildung von den Wirkungs grad von Strömungsmaschinen beeinträchtigenden Wirbeln im Grenzschichtbereich von umströmten Körpern, insbesondere an Schaufeln von Gebläse läufern.
Es ist bekannt, an umströmten Körpern Düsen, Spalte oder dergleichen anzuordnen, welche die Grenzschicht am Körper und damit die sich im Grenzschichtbereich bildenden Wirbel durch Weg blasen oder Absaugen der Grenzschicht vermeiden sollen. Diese Massnahmen haben in den meisten Fällen den Nachteil, dass der Strömungswiderstand des umströmten Körpers vergrössert wird. Ausserdem sind sie bei kleinen Körpern, wie z. B. Schaufeln an Gebläseläufern, nicht oder nur. bedingt anwend bar.
Diesen Nachteil vermeidet die vorliegende Er findung dadurch, dass die Geschwindigkeit zwischen umströmten Körper und umströmendem Medium je weils vor der Ausbildung von Wirbeln im Grenz- schichtbereich bzw. vor deren Ablösung in ihrer Richtung und/oder Grösse verändert wird.
Durch diese Änderung der Strömungsrichtung- bzw. grösse kann sich die im Grenzschichtbereich be ginnende Wirbelbildung nicht bis zur Ablösung der Wirbel entwickeln, sondern es wird, bevor der ener gieverbrauchende Wirbel fertig entwickelt ist bzw. bevor der Formwiderstand unwirtschaftlich hoch an steigt, die Strömung umgekehrt bzw. in ihrer Grösse oder Richtung so stark geändert, dass die entstandene Grenzschicht gestört bzw. zerstört wird.
Nach Ein setzen der neuen Strömung beginnt die neue Ent wicklung eines Grenzschichtwirbels, die aber wiederum vor ihrer Fertigentwicklung und damit schädlichen Ausbildung durch erneute Änderung, z. B. der Strömungsrichtung, unterbunden wird.
Vor der Entwicklung einer Grenzschicht ist der Einfluss des Formwiderstandes umströmter Körper unerheblich, so dass deren Berechnung weitgehend nach der Potentialtheorie erfolgen kann.
Aus dem gleichen Grund können Schaufeln z. B. für Gebläse grob gefertigt werden, wodurch sich ein erheblicher wirtschaftlicher Vorteil ergibt.
Zur Änderung der auf einen umströmten Körper auffallenden Strömungsrichtung kann z. B. ein mit Schaufeln versehener Läufer an verschieden gerich teten Düsen vorbeilaufen, so dass die Läuferschaufeln nacheinander abwechselnd verschieden gerichteten Strömungen ausgesetzt sind, wodurch jedesmal die innerhalb einer Strömungsrichtung entstandene Grenzschicht mit ihrer Wirbelbildung entfernt wird.
Es kann auch die Unterbrechung der Grenz- schicht- und Wirbelbildung dadurch erreicht werden, dass die mit einem Läufer rotierenden Schaufeln ab wechselnd durch durchströmte und strömungslose Zonen bewegt werden. Die hierbei an der Schaufel entstehende Strömung ist jeweils von gleicher Grösse und Richtung, jedoch in bestimmten Abständen un terbrochen, wodurch wiederum die Grenzschichtaus- bildung abgebrochen wird und sich beim Eintreffen der Schaufel in eine neue Strömungszone erst wieder neu beginnen muss, sich zu bilden.
Zur Erreichung einer nacheinander in entgegen gesetzter Richtung, z. B. auf eine Läuferschaufel auf treffenden Strömung, kann ein Axialgeblä,se mit am Läufer radial angeordneten Schaufeln so ausgebildet werden, dass die Strömung durch den Schaufelkranz hindurchgeführt wird, hinter diesem umgelenkt wird und wieder durch den Schaufelkranz zurückgelangt. Hierbei ist es möglich, die Schaufeln im Gebläse läufer um ihre Längsachse schwenkbar auszubilden und ihren Anstellwinkel jeweils der durchlaufenden Strömungsrichtung entsprechend einzustellen.
Zur Steuerung der Schaufelschwenkung kann ein an sich bekanntes kinematisches Getriebe Verwendung fin den. Bei dieser schwenkbaren Ausbildung der Schau feln ist es auch möglich, dass von der Strömung in die jeweils entsprechende Lage eingestellt werden.
Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens liegt darin, dass umströmte Profile, wie z. B. Gebläseschaufeln, im Zeitraum vor der ab geschlossenen Grenzschicht- und Wirbelbildung in hohem Masse unempfindlich gegen Winkeländerun gen der auftreffenden Strömungsrichtung sind, so dass nach dem erfindungsgemässen Verfahren arbeitende Maschinen in weiten Drehzahl- bzw. Strömungs- geschwindigkeitsgrenzen mit gutem Wirkungsgrad ar beiten.
Auch das Hindurchführen von Schaufeln durch Strömungen verschiedener Richtungen ist auf Grund dieser Tatsache mit gutem Wirkungsgrad mög lich, da praktisch nur der Wandreibungseinfluss vor handen ist, nicht aber der bedeutend grössere Form widerstandseinfluss, In der Zeichnung sind zur Erläuterung der Er findung Ausführungsbeispiele dargestellt.
Hierbei zei gen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein nach dem erfindungsgemässen Verfahren arbeitendes Axialge- bläse, Fig. 2 das gleiche Gebläse in Vorderansicht, Fig. 3 als weiteres Ausführungsbeispiel ein Axial gebläse in Vorderansicht, Fig. 4 das gleiche Gebläse im Längsschnitt und Fig. 5 einen Teilschnitt in der Ebene IV der Fig. 4.
Im einzelnen zeigt Fig. 1 ein Axialgebläse, bei dem das Schaufelrad 1 in an sich bekannter Weise in einem Gehäuse 2 läuft und bei dem dargestellten Beispiel vierflügelig ausgebildet ist. In Strömungs richtung vor dem Schaufelrad 1 ist ein Körper 3 angeordnet, der mindestens einen Flügel des Schau felrades 1 abdeckt.
Dadurch wird erreicht, dass die Schaufeln des Schaufelrades 1 bei jeder Umdrehung durch einen nicht durchströmten Bereich laufen, so dass ein Ab bau der inzwischen in der Entwicklung begriffenen Grenzschicht erfolgt. Es kann sich also bei dem er findungsgemäss ausgebildeten Gebläse an den Schau feln des Schaufelrades 1 keine Grenzschicht -mit den damit verbundenen Grenzschichtwirbelbildungen aus bilden.
Das in Fig. 3 dargestellte Axialgebläse besitzt einen in einem Gehäuse 4 umlaufenden Gebläse läufer 5, an dem radiale Förderschaufeln 6 angeord net sind. Der Förderquerschnitt des dargestellten Gebläses ist zu einem kleinen Teil durch Abdeck- teile 7 und 8 abgedeckt, von denen das Abdeckteil 7 in Strömungsrichtung vor dem Schaufelkranz, das Abdeckteil 8 hinter demselben angeordnet ist.
Das vor dem Schaufelkranz befindliche Abdeckteil 7 weist in der Nähe des Gebläseläufers 5 seitliche Aus- sparungen 9 auf, während das hintere Abdeckteil 8 in Achsnähe eine Öffnung 14 besitzt und radial vor dem Gehäuse 4 endet.
Durch diese Anordnung wird erreicht, dass sich im Bereich der Abdeckteile eine radial verlaufende Strömung zwischen den Förderschaufeln einstellt, die einerseits von vorne durch die Öffnungen 9 im Ab deckteil 7 radial nach aussen und anderseits durch die Öffnung 14 des Abdeckteiles 8 ebenfalls radial nach aussen verläuft. Durch diese radiale Strömung im Bereich der Abdeckteile 7 und 8 wird die im Aufbau befindliche Grenzschicht an den umlaufenden Schaufeln 6 abgeblasen und entfernt.
Der Wirkungsgrad der Schaufeln wird dadurch so weit erhöht, dass die Verengung des Strömungs querschnittes durch die Anordnung der Abdeck- körper 3 bzw. 7 und 8 mehr als aufgehoben wird. Darüber hinaus sind die Schaufeln bei so ausgebil deten Gebläsen weitgehend unempfindlich gegen Än derungen der Anströmrichtung, d. h. dass die Gebläse über einen weiten Drehzahlbereich mit sehr gutem Wirkungsgrad arbeiten. Auch die Formgebung der Schaufeln braucht nicht mit sonst üblicher hoher Präzision ausgeführt zu sein.
Das Verfahren lässt sich besonders vorteilhaft bei Gebläsen mit einer Vielzahl von relativ kleinen Schaufeln anwenden, da hierbei der abzudeckende Bereich relativ klein ist und anderseits die Vielzahl von Schaufeln nur sehr grob ausgeführt zu sein braucht, da der sonst störende Einfluss der Wirbel ablösung aus der Grenzschicht entfällt.