Spaltflügelrad für axiale Strömungsmaschinen sowie dessen Verwendung für Lüfter und Gebläse Die Erfindung betrifft ein Spaltflügelrad für axiale Strömungsmaschinen, das als Lauf- und/oder Leitrad arbeitet, sowie eine Verwendung des Spaltflügelrades für Lüfter und Gebläse, die als ein- oder mehrstufige Ma schinen ausgebildet sein können.
Es ist bekannt, Spaltflügelgitter für einen bestimm ten Zweck zu berechnen und für die gefundene Lösung der Schaufelanordnung die Schaufeln feststehend auszu führen. Die Umlenkeigenschaften der Spaltflügelgitter und damit im engsten Zusammenhang stehend die Kenn linien, verstanden als Abhängigkeit des Druckes von der Fördermenge, und der Wirkungsgrad von axialen Strö mungsmaschinen, die mit derartigen Gittern ausgestattet sind, werden in sehr weitem Masse von der gegenseitigen Lage von Eintrittsschaufel, Austrittsschaufel und Spalt beeinflusst.
Eine starre Anordnung der Schaufeln ist für die Erzielung günstigster Verhältnisse nachteilig, weil erfahrungsgemäss zwischen dem Betriebspunkt, der bei der Berechnung zugrundegelegt wurde und dem sich in einer Anlage tatsächlich einstellenden Betriebspunkt Ab weichungen vorhanden sind, die nachträglich infolge Fehlens der Verstellmöglichkeit nicht mehr korrigiert werden können.
Es ist weiterhin eine Anordnung bekannt, bei der die Austrittsschaufel unmittelbar an der Eintrittsschaufel schwenkbar befestigt ist, ähnlich wie bei Flugzeugtrag flügeln. Eine solche Ähnlichkeit besteht auch bei der Ausbildung der Austrittsschaufel als Hilfsschaufel. Die Austrittsschaufel ist in ganz geringem Abstand hinter der Eintrittsschaufel schwenkbar angeordnet, und die Verstellung wird mechanisch oder hydraulisch vorge nommen.
Es ist auch bekannt, Eintrittsschaufel und/oder Aus trittsschaufel wie bei normalen Axialrädern drehbar an zuordnen. Ebenso ist auch die Anordnung von Schaufeln in zur Umfangsrichtung geneigten, schraubenlinienför migen Nuten bekannt, deren Steigung meist dem Gitter staffelungswinkel entspricht. Dadurch ist neben der Schaufeldrehung auch eine Änderung des axialen Ab standes von Eintrittsschaufel und Austrittsschaufel mög- lich, jedoch nur nach Massgabe der unveränderlichen Neigung der Nuten.
Den bekannt gewordenen Verstellanordnungen haf tet der Mangel an, dass eine Möglichkeit zur umfassen den Beeinflussung von Druck- und Lieferziffer sowie des Wirkungsgrades durch die Veränderung der Umlenk- eigenschaften des Spaltflügelgitters nicht vorhanden ist.
Sofern Eintritts- und/oder Austrittsschaufel nur drehbar ausgeführt sind, so ist die Staffelung durch Dre hen derselben möglich. Der axiale Abstand von der Pro filhinterkante der Eintrittsschaufel zur Profilnase der Austrittsschaufel wlird zwangsläufig mit verändert, ohne dass die Möglichkeit gegeben ist, diesen nach strömungs technischen Erfordernissen beeinflussen zu können.
Wenn die Austrittsschaufel unmittelbar an der Ein trittsschaufel drehbar befestigt ist, so können beide nur unter Beibehaltung der vorgegebenen Neigungswinkel gegeneinander verstellt werden.
Die bekannten Spaltflügelräder können besonders bei sich ändernden Verhältnissen hinsichtlich der Förder menge und des Druckes, wie diese zum Beispiel in einer Grube vorkommen, wenn die Grubenweite infolge fort schreitenden Abbaues zunimmt, nicht den neuen Bedin gungen optimal angepasst werden.
Der Zweck der Erfindung besteht darin, die den be kannten Ausführungen anhaftenden Nachteile weitge- hendst zu beseitigen und die Spaltflügelräder so zu ge stalten,- dass diese sich ändernden Bedingungen laufend angepasst werden können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Spalt flügelrad für axiale Strömungsmaschinen, insbesondere für Lüfter und Gebläse, zu schaffen, das mittels einer Änderung der Gittergeometrie durch Verstellung von Eintritts- und/oder Austrittsschaufel ermöglicht, opti male Gittereigenschaften zu erreichen und die bei axialen Strömungsmaschinen sehr günstigen Regeleigenschaften durch Schaufelverstellung zu erzielen.
Erfindungsgemäss wird das nun dadurch erreicht, dass Eintrittsschaufeln und/oder Austrittsschaufeln um eine radial gerichtete Achse, die durch einen Punkt des Profilschnittes verläuft, drehbar sind und ein Austritts schaufeltragkörper gegenüber einem Eintrittsschaufel- tragkörper in Umfangsrichtung drehbar und parallel zur Antriebsachse verschiebbar ausgebildet ist.
Die Eintrittsschaufeln und/oder Austrittsschaufeln können einzeln oder mittels eines Verstellungsmechanis- mus gleichzeitig drehbar sein. Die Verdrehbarkeit des Tragringes gegenüber dem Nabenkörper in Umfangs richtung ist dabei vorteilhaft auf eine Schaufelteilung be schränkt.
Die Verschiebung parallel zur Antriebsachse von Nabenkörper und Tragring des Spaltflügelrades gegen einander ist zweckmässig so gewählt, dass sich in Um fangsrichtung gesehen Eintrittsschaufeln und Austritts schaufeln axial überdecken oder durch einen Spalt ge trennt sind. Eine Relativbewegung des Tragringes gegen über dem Nabenkörper kann durch Schraubenbolzen am Tragring und Gewindebüchsen bewirkt sein, die drehbar im Nabenkörper angebracht sein und über Zahnräder gleichmässig gedreht werden können. Es können aber auch hydraulisch oder pneumatisch betätigte Servomoto ren zur axialen Verstellung benutzt werden.
Sämtliche Verstellbewegungen können je nach Aus führungsplan wahlweise im Stillstand oder bei Rotation durchführbar sein.
Bei Anwendung eines Spaltflügelrades können die Druck- und Lieferzahl wesentlich, nämlich um das Zwei bis Dreifache gesteigert werden. Die Umlenkeigenschaf- ten der Spaltflügelgitter und damit verbunden die Kenn linien der axialen Strömungsmaschinen sind in sehr weit gehendem Masse durch die gegenseitige Lage von Ein gangs- und Ausgangsschaufel und dem vorhandenen Spalt beeinflussbar. Auch der Wirkungsgrad der axialen Strömungsmaschine kann durch die Lage der Schaufeln zueinander günstig beeinflusst werden.
Einen grossen Vorteil bieten die Verstellmöglichkeiten für die Gestal tung eines regelbaren Lüfters oder Bebläses.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausfüh rungsbeispiel näher erläutert werden: In der zugehörigen Zeichnung zeigen: Fig. 1 die Möglichkeiten einer Schaufelverstellung, Fig. 2 die Ansicht eines Spaltflügelrades als Laufrad entgegen der Durchströmungsrichtung mit im Stillstand verstellbaren Elementen, Fig. 3 die Ansicht des Spaltflügelrades in der Durch strömungsrichtung, Fig. 4 den Schnitt A-A Fig. 2.
In Fig. 1 sind die einzelnen Verstelhnöglichkeiten, und zwar die Drehung von Eingangs- und Ausgangs schaufel um eine radial. gerichtete Achse, die Drehung in Umfangsrichtung und die axiale Verschiebung von Ein gangs- und Ausgangsschaufel gegeneinander dargestellt.
Das auf der Antriebswelle 1 sitzende Spaltflügelrad ist in der Weise aufgebaut, dass die Schaufeln auf zwei Tragkörpern angeordnet sind, von denen der Eingangs schaufeltragkörper 2 mit der Nabe 2a auf der Welle 1 befestigt ist. Der Ausgangsschaufeltragkörper 3 ist über die Nabe 3a mit einer zweckentsprechend gewählten Passung auf dem Eingangsschaufeltragkörper 2 gelagert. Die Eingangsschaufeln 4 sind durch Tragzapfen 5 und Muttern 6 mit dem Eingangsschaufeltragkörper 2 leicht lösbar verbunden.
Analog sind die Ausgangsschaufeln 7 über Tragzapfen 8 und Muttern 9 mit dem Ausgangs schaufeltragkörper 3 leicht lösbar verbunden. Im Aus- gangsschaufeltragkörper 3 sind Bolzen 10 so befestigt, dass der Bund 11 der Bolzen 10 an diesem anliegt. Mit den Muttern 12 wird der Ausgangsschaufeltragkörper 3 auf dem Schaft 13 der Bolzen 10, welche durch Verstell schlitze 14 gesteckt sind, befestigt.
Die mit Gewinde 15 versehene Seite der Bolzen 10 steht mit den Gewinde büchsen 16, die im Eingangsschaufeltragkörper 2 dreh bar gelagert sind, im Eingriff. Die Gewindebüchsen 16 sind mit den Zahnrädern 17 fest verbunden und stehen mit dem Ritzel 18 im Eingriff, das an seinem Umfang Nuten 19 besitzt. In der Praxis wird man in der Regel drei Bolzen 10, Verstellschlitze 14, Gewindebüchsen 16 und Zahnräder 17 wählen, die gleichmässig auf einem Teilkreis angeordnet sind.
Die Verstellung der Eingangsschaufeln 4 und der Ausgangsschaufeln 7 erfolgt durch das Lösen der Mutter 6 und 9, die gegen das Lockern unter dem Einfluss der Flieh- und Strömungskräfte durch an sich bekannte Massnahmen gesichert sind. Danach werden die Ein- gangsschaufeln 4 und Ausgangsschaufeln 6 mit einer Lehre um die Tragzapfen 5 und 8 in die gewünschte Gitterstaffelung gedreht und die Muttern 6 und 9 wieder angezogen und gesichert. Sollen die Eingangsschaufeln 4 und Ausgangsschaufeln 7 in Umfangsrichtung gegenein ander verstellt werden, so sind die Muttern 12 zu lösen.
Der Ausgangsschaufeltragkörper 3 kann gegen den Ein gangsschaufeltragkörper 2 nach Massgabe der Länge der Verstellschlitze 14, die in Umfangsrichtung betrach tet, so lang sind, dass sie die Drehung um das Mass einer Schaufelteilung gestatten, gedreht werden.
Nach dem Lösen einer nicht gezeigten Sicherung des Ritzels 18 gegen Drehung ist es möglich, dieses mit Hilfe eines Hakenschlüssels, der in die Nuten 19 eingreift, auf dem Eingangsschaufeltragkörper 2 zu drehen. Dadurch geraten auch die Gewindebüchsen 16 über die Zahn räder 17 in Drehung. Die Bolzen 10 werden dadurch in axialer Richtung verschoben, und es erfolgt gleichzeitig auch die axiale Verschiebung des Ausgangsschaufeltrag- körpers 3 gegen den Eingangsschaufeltragkörper 2.
Slotted impeller for axial flow machines and its use for fans and blowers The invention relates to a split impeller for axial flow machines that works as an impeller and / or stator, as well as a use of the split impeller for fans and blowers that are designed as single or multi-stage machines can.
It is known to calculate split vane grids for a specific purpose and to lead the blades fixed trainees for the solution found for the blade arrangement. The deflection properties of the split vane grille and, closely related to it, the characteristic curves, understood as the dependence of the pressure on the flow rate, and the efficiency of axial flow machines equipped with such grids, are to a very large extent dependent on the mutual position of the inlet blade, Outlet blade and gap.
A rigid arrangement of the blades is disadvantageous for achieving the most favorable conditions, because experience shows that there are deviations between the operating point on which the calculation is based and the operating point actually established in a system, which can no longer be corrected afterwards due to the lack of adjustment .
Furthermore, an arrangement is known in which the exit vane is pivotably attached directly to the entry vane, similar to wings in aircraft support. Such a similarity also exists in the design of the outlet vane as an auxiliary vane. The outlet shovel is arranged pivotably at a very small distance behind the inlet shovel, and the adjustment is made mechanically or hydraulically.
It is also known to assign inlet scoop and / or From step scoop rotatable as with normal axial gears. The arrangement of blades in helical grooves inclined to the circumferential direction is also known, the pitch of which usually corresponds to the grating angle. As a result, in addition to the blade rotation, it is also possible to change the axial distance between the inlet blade and the outlet blade, but only in accordance with the unchangeable inclination of the grooves.
The adjustment arrangements that have become known have the disadvantage that there is no possibility of influencing the pressure and delivery rate as well as the degree of efficiency by changing the deflection properties of the split vane grille.
If the inlet and / or outlet blades are only designed to be rotatable, staggering by rotating them is possible. The axial distance from the trailing edge of the profile of the inlet blade to the profile nose of the outlet blade is inevitably also changed, without the possibility of being able to influence it according to the technical flow requirements.
If the outlet shovel is rotatably attached directly to the A shovel, both can only be adjusted against each other while maintaining the predetermined angle of inclination.
The well-known split vane wheels can not be optimally adapted to the new conditions, especially in changing conditions in terms of the delivery rate and pressure, as these occur, for example, in a pit when the pit width increases as a result of progressive degradation.
The purpose of the invention is to largely eliminate the disadvantages associated with the known designs and to design the split vane wheels in such a way that these changing conditions can be continuously adapted.
The invention is based on the object of creating a gap impeller for axial flow machines, in particular for fans and blowers, which by means of a change in the grid geometry by adjusting the inlet and / or outlet blades enables optimal grid properties to be achieved and the axial flow machines to achieve very favorable control properties through blade adjustment.
According to the invention, this is achieved in that inlet blades and / or outlet blades are rotatable about a radially directed axis which runs through a point of the profile section and an outlet blade support body is designed to be rotatable in the circumferential direction and parallel to the drive axis relative to an inlet blade support body.
The inlet blades and / or outlet blades can be rotatable individually or simultaneously by means of an adjustment mechanism. The rotatability of the support ring relative to the hub body in the circumferential direction is advantageously limited to a blade division be.
The displacement parallel to the drive axis of the hub body and support ring of the split vane against each other is expediently chosen so that seen in the circumferential direction inlet blades and outlet blades overlap axially or are separated by a gap ge. A relative movement of the support ring with respect to the hub body can be brought about by screw bolts on the support ring and threaded bushings, which are rotatably mounted in the hub body and can be rotated evenly via gear wheels. But it can also be used hydraulically or pneumatically operated Servomoto ren for axial adjustment.
Depending on the execution plan, all adjustment movements can optionally be carried out at a standstill or while rotating.
When using a split impeller, the number of prints and deliveries can be increased significantly, namely by two to three times. The deflection properties of the split vane grille and the associated characteristics of the axial flow machines can be influenced to a very large extent by the mutual position of the inlet and outlet blades and the existing gap. The efficiency of the axial flow machine can also be favorably influenced by the position of the blades relative to one another.
The adjustment options for the design of an adjustable fan or blower are a great advantage.
The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment: In the accompanying drawings: Fig. 1 shows the options for blade adjustment, Fig. 2 shows the view of a split impeller as an impeller against the direction of flow with elements that can be adjusted at a standstill, Fig. 3 shows the view of the Slotted impeller in the direction of flow, Fig. 4 the section AA Fig. 2.
In Fig. 1, the individual adjustment options, namely the rotation of the input and output blades about a radial. directed axis, the rotation in the circumferential direction and the axial displacement of an input and output blades against each other.
The split vane wheel seated on the drive shaft 1 is constructed in such a way that the blades are arranged on two support bodies, of which the input blade support body 2 is fastened to the shaft 1 with the hub 2a. The outlet blade support body 3 is mounted on the inlet blade support body 2 via the hub 3a with an appropriately selected fit. The inlet blades 4 are easily detachably connected to the inlet blade support body 2 by supporting pins 5 and nuts 6.
Analogously, the output blades 7 are easily detachably connected to the output blade support body 3 via support pins 8 and nuts 9. Bolts 10 are fastened in the outlet blade support body 3 in such a way that the collar 11 of the bolts 10 rests against it. With the nuts 12, the output vane support body 3 is attached to the shaft 13 of the bolts 10, which are inserted through adjustment slots 14.
The threaded 15 side of the bolt 10 is with the threaded sleeves 16, which are rotatably mounted in the inlet blade support body 2 bar, in engagement. The threaded bushings 16 are firmly connected to the gears 17 and are in engagement with the pinion 18, which has grooves 19 on its circumference. In practice, three bolts 10, adjustment slots 14, threaded bushings 16 and gears 17 will be selected, which are evenly arranged on a pitch circle.
The adjustment of the inlet blades 4 and the outlet blades 7 takes place by loosening the nuts 6 and 9, which are secured against loosening under the influence of centrifugal and flow forces by measures known per se. Then the inlet blades 4 and outlet blades 6 are rotated with a jig around the support pins 5 and 8 into the desired lattice graduation and the nuts 6 and 9 are tightened again and secured. If the inlet blades 4 and outlet blades 7 are to be adjusted against each other in the circumferential direction, the nuts 12 must be loosened.
The output vane support body 3 can be rotated against the input vane support body 2 according to the length of the adjustment slots 14, which are viewed in the circumferential direction, so long that they allow rotation by the amount of a vane pitch.
After releasing a locking mechanism (not shown) of the pinion 18 against rotation, it is possible to rotate it on the inlet blade support body 2 with the aid of a hook wrench that engages in the grooves 19. As a result, the threaded bushings 16 get on the gear wheels 17 in rotation. The bolts 10 are thereby displaced in the axial direction, and at the same time the axial displacement of the outlet blade support body 3 against the inlet blade support body 2 also takes place.