Einrichtung zur Stabilisierung der Charakteristik von Kreiselradarbeitsmaschinen Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Sta bilisierung der Charakteristik (VH-Kennfinie) von Kreiselradarbeitsmaschinen mit in einem Strömungs kanal angeordneten Laufrad, insbesondere von Axialpumpen und -ventilatoren.
Bei solchen Maschinen wird bei optimalem Be trieb das Laufrad erfahrungsgemäss meist gleichför mig beaufschlagt, d. h. die Zuströmgeschwindigkeit des Betriebsmediums ist über den ganzen Quer schnittsbereich des Laufrades hinweg zumindest un gefähr gleich. Dagegen ändert sich bei Teillastbetrieb die Zuströmgeschwindigkeit des Betriebsmediums über den Querschnittsbereich des Laufrades hinweg mehr oder weniger stark.
Dies ist zum einen darauf zurückzuführen, dass bei Teillast, also bei geänderter Zuordnung zwischen Strömungsvolumen und Förder- höhe, die einzelnen Partien der Laufradschaufeln mit zunehmendem Abstand von der Nabe eine zuneh mende Erhöhung des Energieinhaltes (Druck + kine tische Energie) des Betriebsmediums bewirken, wo durch sich hinter dem Laufrad eine Strömung aus gebildet, die mit zunehmendem Abstand von der Nabe stärker drallbehaftet ist, aber kleinere axiale Geschwindigkeiten aufweist.
Zum anderen ist die ungleiche Verteilung der Zuströmgeschwindigkeit des Betriebsmediums über den Querschnittsbereich des Laufrades hinweg darauf zurückzuführen, dass sich bei Teillastbetrieb bekanntlich hauptsächlich im Randbereich des Laufrades die sogenannten rotieren den Stauzonen ( rotating stall ) ausbilden, in denen die Durchströmgeschwindigkeit ungefähr gleich null ist und die mit einer Geschwindigkeit rotieren, die etwas kleiner ist als die Drehgeschwindigkeit des Laufrades.
Vorstehend genannte Erscheinungen, nämlich die mit wachsendem Abstand von der Nabe zunehmende Abbremsung der axialen Geschwindigkeit der Strö mung hinter dem Laufrad und die Ausbildung der rotierenden Stauzonen im Aussenbereich des Lauf rades, verursachen darüber hinaus die Entstehung eines Ringwirbels an der Wand des Strömungskanals vor dem Laufrad.
Dieser Ringwirbel, der sich, wie durch eingehende Beobachtungen festgestellt wurde, sowohl in Form eines geschlossenen Ringes wie auch in Form eines oder mehrerer über den Umfang ver teilter Ringsegmente ausbilden kann, hat die Eigen schaft, dass er mit ungefähr derselben Geschwindig keit wie die sogenannten Stauzonen in Umfangs richtung sowohl als auch etwa senkrecht dazu in sich selbst rotiert.
Als Folge der vorstehend genannten Erscheinun gen ergibt sich eine Stauung des Betriebsmediums in einem Teil des Durchflussquerschnitts des Laufrades. Dies hat eine mehr oder weniger starke Veränderung der Förderhöhe der Strömungsmaschine zur Folge und ist die Ursache für die Instabilität der Charakte ristik (VH-Kennlinie) dieser Maschine im Bereich einer gewissen Zone im Teillastgebiet. Diese soge nannte instabile Zone , in der die Förderhöhe so wohl kleiner ist als im Punkt besten Wirkungsgrades als auch bei der Fördermenge V = 0, ist aus der Kennlinie, auch Drosselkurve genannt, zu ersehen (vergleiche Fig. 1,
wo der stabile Teil der Keimlinie strichpunktiert und mit a bezeichnet, die instabile Zone der Kennlinie schraffiert und mit b bezeichnet, dargestellt ist).
Zwecks Vermeidung der durch die Instabilität der Charakteristik der Kreiselradarbeitsmaschinen sich ergebenden Nachteile sind schon verschiedene Vorschläge gemacht worden. So hat man schon ver sucht, diese Instabilität dadurch zu beheben, dass bei einem Axialventilator in der Anordnung Lauf- rad-Nachleitrad vor dem Laufrad ein Saugring ange ordnet wurde.
Des weiteren wurde schon bei einem Axialventilator in der Anordnung Vorleitrad-Lauf- rad vorgeschlagen, zwischen dem Laufrad und dem Vorleitrad einen koaxialen dünnen Ring, einen so genannten Aussenring, mit möglichst grossem Durch messer, nämlich mit einem etwa $/1o des äusseren Laufraddurchmessers betragenden Durchmesser, ein zubauen.
Obwohl dabei versucht wurde, durch ver schiedene Formgebung des Aussenringes zum Ziel zu kommen, konnten keine befriedigenden Ergebnisse erzielt werden. Zwar wurde eine Verbesserung der Instabilität erreicht, aber dies nur auf Kosten einer erheblichen Verschlechterung des Wirkungsgrades.
Die Erfinder sind nun zu der Erkenntnis gelangt, dass eine Stabilisierung der Charakteristik von Krei- selradarbeitsmaschinen auf eine viel wirksamere und vorteilhaftere Art durch wenigstens eine an der Wand des Strömungskanals unmittelbar vor dem Laufrad angeordnete, zumindest angenähert in der Längs richtung des Strömungskanals verlaufende, strö mungsgünstig ausgebildete, im wesentlichen radiale und mit einer bis höchstens 50 % der radialen Er streckung der Laufschaufeln betragenden radialen Erstreckung ausgebildeten Rippe erreicht wird.
Durch diese Rippe bzw. Rippen, die mit ihrer ebenen Er streckung etwa senkrecht zur Drehrichtung der ro tierenden Ringwirbel vor dem Laufrad sowie der rotierenden Stauzonen im Laufrad stehen können, werden die rotierenden Stauzonen nämlich viel wir kungsvoller abgebaut bzw.
schon an ihrem Entstehen gehindert, als dies durch einen Ring möglich ist, des sen Profil in Schnittebenen senkrecht zur Drehrich tung der Ringwirbel und Stauzonen relativ gering ist und dessen ebene Erstreckung in. allen Punkten sehr genau mit der Drehrichtung übereinstimmt, dem Um laufen dieser Störzonen also lediglich mit der Rei bungswirkung zwischen Störzonen und Ring entge genwirkt.
Da sich die rotierenden Stauzonen entsprechend den jeweiligen Verhältnissen mehr oder weniger stark über die axiale Erstreckung der Laufschaufeln hinaus bis vor das Laufrad erstrecken und sich dement sprechend auch die Ringwirbel in einem mehr oder weniger grossen Abstand vom Laufrad vor diesem ausbilden, sollte der axiale Abstand zwischen der Austrittskante der Rippe und der Eintrittskante der Laufschaufeln möglichst klein gewählt, auf jeden Fall aber so klein gehalten werden,
dass zumindest der austrittsseitige Teil der Rippe in die rotierende Stau zone hineinragt. Die Länge der Rippe in axialer Richtung sollte dabei möglichst klein gehalten wer den, jedoch zweckmässig mindestens so gross, dass ihre Eintrittskante den rotierenden Ringwirbel min destens zum Teil erfasst. Die Lage und Form der Eintritts- und Austrittskante der Rippe wird zweck mässig ebenfalls den jeweiligen Verhältnissen, d. h. den an das Betriebsverhalten der Maschine gestellten Anforderungen angepasst.
Daraus ergibt sich, dass es unter Umständen genügt, wenn die eine oder auch mehrere, vorzugsweise bis zu zwölf, auf den Umfang des Strömungskanals verteilt angeordneten Rippen sowohl in bezug auf ihre Längserstreckung als auch in bezug auf ihre radiale Erstreckung in sich gerade ausgebildet werden. Beispielsweise können die Rippen mit in Ebenen senkrecht zur Längsrichtung des Strömungskanals von aussen nach innen sich stetig verjüngendem Querschnitt ausgebildet werden. Es kann sich aber auch als zweckmässig erweisen, dass die Rippen, insbesondere zur Erzeugung eines positi ven oder negativen Dralles, einfach oder doppelt gekrümmt ausgebildet werden.
Die Anwendung der erfindungsgemässen Einrich tung beschränkt sich nicht auf Axialpumpen und -ventilatoren, sie kann vielmehr in der gleichen vor teilhaften Weise auch bei Halbaxial- oder Radial pumpen, Radialventilatoren und Axialkompressoren Verwendung finden.
Die Fig.2 und 3 der beiliegenden Zeichnung stellen ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegen standes dar. Es zeigen Fig. 2 in einem Längsschnitt durch einen Strö mungskanal das Laufrad einer Kreiselradarbeitsma- schine mit einer vor diesem angeordneten Rippe, Fig. 3 hierzu einen Querschnitt längs der Linie a-a.
In diesen Figuren bezeichnet 1 den Strömungskanal, 2 die Schaufeln und 3 die Nabe des im Strömungs kanal angeordneten Laufrades einer Kreiselradar- beitsmaschine, beispielsweise einer Axialpumpe, das in Richtung des Pfeiles angeströmt wird.
Mit Bezug auf die Anströmung des Laufrades ist unmittelbar vor demselben an der Wand des Strömungskanals die in bezug auf die Strömungsrichtung flügelprofil- artig ausgebildete Rippe 4 angeordnet, deren Aus trittskante 5 der Eintrittskante 2a der Laufschaufeln 2 angepasst und deren Eintrittskante 6 hier als eine unter einem Winkel von etwa 45 gegen die Strö mungsrichtung geneigte Gerade ausgebildet ist.
Wie aus Fig.2 zu ersehen ist, ist der axiale Abstand zwischen der Eintrittskante 2a der Laufschaufeln 2 und der Austrittskante 5 der Rippe 4 so bemessen, dass das austrittsseitige Ende der Rippe 4 sowohl den mit strichpunktierter Begrenzung und schraffiert angedeuteten rotierenden Ringwirbel 7 vor dem Lauf rad als auch die mit gestrichelter Begrenzung und schraffiert angedeutete und sich über die axiale Länge der Laufschaufeln 2 hinaus erstreckende rotierende Stauzone 8 erfasst.
Wie aus dem Schnitt gemäss Fig. 3 zu ersehen ist, ist die Rippe 4 mit in ihrer genau ra dialen Richtung von aussen nach innen sich stetig verjüngendem schwach kegelförmigem Profil ausge bildet und sowohl in Richtung ihrer genau mit der Achse des Strömungskanals parallel verlaufenden Längsrichtung als auch in Richtung ihrer Radial erstreckung in sich gerade.
Ihre radiale Erstreckung ist reit weniger als 0,5 der radialen Erstreckung der Laufschaufeln bemessen. Erforderlichenfalls kann zur Abschirmung der gesunden Strömung gegen das Na bentotgebiet hinter dem Laufrad zusätzlich ein an sich bekannter Nabenring mit einem Durchmesser, der in Abhängigkeit vom jeweiligen Nabenverhältnis etwa 10 bis<B>30%</B> grösser als der Nabendurchmesser ist, und einer axialen Länge von etwa 0,1 des Lauf radaussendurchmessers angeordnet sein,
der in den Fig. 2 und 3 als zylindrischer Ring 9 strichpunktiert eingezeichnet ist, aber auch, im Längsschnitt gesehen, etwa konisch oder kreisbogenförmig oder ähnlich aus gebildet sein kann.
Betreffend Änderungen wird auf die weiter oben gemachten Ausführungen verwiesen.