DE1403034A1

DE1403034A1 - Trommellaeufer

Info

Publication number: DE1403034A1
Application number: DE19591403034
Authority: DE
Inventors: Eck Dr-Ing Bruno
Original assignee: Eck dr-Ing Bruno
Current assignee: Eck dr-Ing Bruno
Priority date: 1959-07-24
Filing date: 1959-07-24
Publication date: 1969-01-30
Also published as: US3394876A; GB954369A; DE1403034B2; BE593292A; CH377975A

Description

"'«rfftnngerSlrei Anlage zum Schreiben

vom 3&* August 1968 Akt Zt P 14 03 034.5 τη, Zi 2289/Dry Eck

Trommelläufer

Die Erfindung bezieht sich auf einen Trommelläufer mit nach vorwärts gekrümmten Schaufeln.

Derartige Schaufeln wurden bisher kreisbogenförmig, gebogen»

Diese Formgebung, die für derartige Schaufeln bei Trommelläufern typisch geworden ist, hat Nächteile.

Es wurde nämlich gefunden, dass kurz vor dem Schaufelaustritt erhebliche Ablösungen stattfinden, die auch dann nicht weggehen, wenn man gemäss neueren Ausführungen zu sehr kleinen Schaufelaustrittswinkeln der nach vorwärts gekrümmten Schaufeln übergeht» Heben den dadurch bedingten Verlusten sind es die durch Wirbel entstehenden Geräusche, die bei diesen Gebläsen stören. Diese Forderungen sind zum Beispiel bei Klimatisierungsanlagen wichtiger als Wirfcungsgradverbesserungen,

Aufgabe der Erfindung war es, Schaufelausführeungen zu finden, bei denen die vorher erwähnten Ablösungen nicht stattfinden»

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, dass jede Schaufel aus einem gekrümmten äusseren Ausstoss*-

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teil und einem inneren vorausgehenden Teil in gewölbter Form besteht, wobei der Winkel zwischen der Tangente an den Äusstossteil, die durch den Punkt des Schaufelaustritts geht und der Tangente an das laufrad durch d en gleichen Punkt in einem Bereich von -15 "bis +2o° liegt, und der Schaufelaustritt von der vorhergehenden Kreisform abweicht, derart, dass der Krümmungsradius am Schaufelaustritt entweder grosser oder kleiner ist.

Bei einer Schaufelform gemäss der Erfindung ist gegenüber denf herkömmlichen Bauart, bei der die Krümmungskurve konstant, also eine Kreiskurve ist, am Schaufelaustritt beispielsweise ein erheblich grösserer Krümmungsradius vorhanden. Bei dieser Schaufelform wird der relative Weg der luf tteilchen langer, die Schaufelzahl kann deshalb erheblich vermindert werden. Pur das Strömungsverhalten ist das Verhalten an der gekrümmten Aussenfläche der Schaufel entscheidend.

Der Erfinder hat selbst Versuche durchgeführt, um das Strömungsverhalten der bekannten Schaufeln gegenüber denen .der Erfindung zu prüfen» Oabei ist deutlich geworden, dass feei der bekannten Schaufel, bei der die Krümmungskurve eine KreiskurVe ist, am Schaufelaustritt Ablösungen auftreten, die bei der erfindungsgemässen erheblich flacheren Krümmung sehr weit hinausgeschoben werden können, sogar even-

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tuell bis zum Schaufelende_o Die für eine solche Ablösung entscheidende Kennzahl lsi; dem Wert w χ Ε proportional, so dasa bei der Erfindung eine um ein Mehrfaches höhere Kennzahl entsteht«

Bei der erfindungsgemässen Ausführungsform wird die Erweiterung bzw« die Verzögerung der Grenzstromlinie kleiner und damit kann erreicht werden, dass die Strömung anliegt.

Die erfindungsgemässe Ausführung wirkt sich bei vorwärts gekrümmten Schaufeln besonders günstig aus, weil der Schaufeldruck sehr gross ist und dementsprechend sich in diesem Querschnitt zwangsläufig grosse Geschwindigkeitsunterschiede ergeben. An der Innenseite ist die grosste Geschwindigkeit vorhanden| sie entspricht eventuell sogar einem unterdruck, der nachfolgend durch Verzögerung der Geschwindigkeit in Überdruck umgewandelt werden muss. Eine solche Verzögerung benötigt, wie es vom Diffusor her bekannt ist, eine lange Strecke.

Die Vermeidung des bei den bekannten Schaufelformen auftretenden Wirbels bedingt nicht allein kleinere Verluste gegenüber den bekannten Ausführungen, sondern sie bewirk! auch wesentlich geringere Geräusche, was bei einem Trommelläufer von grösster Wichtigkeit ist.

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Die Ausführungsformen, bei denen der Krümmungsradius am Schaufelaustritt kleiner ist, sind für besondere Ausführungen interessant. Bei dieser Schaufelform entsteht eine scharfe JLbbiegung der Sehaufeldurch- . strömung in Richtung der TJmfangsvorrichtung· Deshalb kann durch weitstehende Schaufeln eine sehr grosse Umfangsablenkung erreicht werden und damit eine sehr hohe Druckerhöhung, ohne' die Anwendung sich lang erstreckender Schaufelenden· Hierbei ist zwar der Wirkungsgrad nicht besonders hoch. Ss wird aber mit einfachen, ganz neuen Mitteln erreicht, dass sich hohe Drücke ergeben. Diese Ausführungsform ist deshalb für solche Trommelläufer interessant, bei denen es auf hohe Drücke ankommt.

Es ist zwar ein Gebläse bekannt geworden, b;ei dem der Krümmungsradius der Schaufeln am Schaufelaustritt etwas anders als an dem diesem vorhergehenden kreisbogenförmigen Schaufelteil ausgebildet ist. Hierbei handeLt es sich aber nicht um einen Trommelläufer, sondern um eine ganz andere Konstruktion. Denn bei diesem bekannten Läufer wird die Begrenzung njcht durch Zylindermäntel gebildet. Bei einem solchen läufer, der beiderseitig durch Kegelmäntel begrenzt ist, ergeben sich zwangsläufig kleine Winkel, weil - auf Grund der relativ grossen radialen Erstreckung der Schaufeln - in der Nähe der Scheibe sonst ein halbwegs beschleunigter Schaufelkanal nur durch kleine Schaufelaustrittswinkel erreichbar ist„ Mit dieser bekannten Konstruktion sind aber weder hohe Schluckfähigkeiten noch gute Wirkungsgrade zu erreichen„ Wenn man einen Schnitt durch die Schaufel, und zwar nicht in der Mhe der Wabe, sondern aussen legt, und ausserdem einen in die Nähe der Nabe, so wird man feststellen müssen, dass bei dieser bekanntenKonstruktion in dem aussen-

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liegenden Schnitt die Schaufelkanäle in. Strömungsrichtung abnehmend sind, also "beschleunigt· Da es sich um vorwärts gekrümmte Schaufeln handelt, muss ;Jedoch ^tei· ^den Schaufelquerschnitten in Ua&e der Habe eine Strömungsumkehr erfolgen, denn die Schaufelkanäle sind im Gegensatz zum aussenliegenden Querschnitt nicht mehr in Strömungsrichtung abnehmend, sondern ungefähr gleich. E$ne Beschleunigung findet also nicht statte Es muss vielmehr eine Strömungsumkehr erfolgen_e Dieses bedeutet aber, dass nur an der hinteren konischen Nabe die luft durch das laufrad nach aussen strömt, während vorn eindeutig eine Rückströmung stattfinden muss» Hieraus ergibt sich klar, dass ganze ändert Strömungsverhältnisse eintreten, wenn man die erfindungsgemässe Beschaufelung wahllos auf eine Art von läufer anwendet, der innen konisch begrenzt, also kein Trommelläufer ist, wie ihn die bekannte Konstruktion zeigt. . ■ ·

In dem Buch von Pfleiderer "Die Kreiselpumpen für !Flüssigkeiten und Gase " (Springer-Verlag 1955» 4· Auflage) ist auf Seite 212 zu der einfachen Geometrie einer gebogenen Schaufel Stellung genommen· In den Abb> 122 und 123 wird gezeigt, wie bei gegebenen Winkeln Pl und P 2 eine Schaufel einmal mit zwei und einmal mit einem Krümmungsradius gezeichnet werden kann. Hier handelt es sich aber um eine reine Geometrie, und es wifd nichts darüber ausgesagt, ob dieses überhaupt zwectanässig sei· Auch über die Wirkung einer solchen Schaufel wird zunächst .nichts geäusserto ·

Auf Seite 213 heisst es· dann im 3» Absatzt

"Die gleiche Konstruktion gilt auch bei Vorwärtskrümmung oder axialer Beschaufelung, gleichgültig, ob die Punkte B und K ihre lage vertauschen und der Punkt M auf die andere Seite von GB fällt*"

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Dieses ist eine einfadiie geometrische Aussage, die man auch für. jede x-beliebige Turbinenschaufel aufstellen könnte. Sie besagt gar nichts über den physikalischen Sinn einer derartigen Massnahme.

Es heisst dann -in dem Buch weiter«

"Die Verwendung zweier Kreisbögen gewährt eine etwas grössere Anpassungsfähigkeit als die Verwendung eines einzigen Kreisbogens. Jedoch scheint letztere Anordnung hinsichtlich des . Wirkungsgrades günstig zu sein."

Der Leser muss sich also nach dieser Anweisung merken»

"Man kann also auch zwei Kreisbögen verwenden} doch ist ein Kreisbogen im Wirkungsgrad günstiger!"

für Nach dieser Anweisung wird also/dem Leser unter allen

Umständen nur ein Kreisbogen in Frage kommen,,

Auf Seite 14o, 2· Absatz, wird der Leser im gleichen Buch wie folgt aufgeklärt?

"Bei Luftförderung auf mittleren und hohen Druck ist die massig rückwärts gekrümmte Schaufel mit = 4-0 - 6o in Gebrauch»

Weiterhin erfährt er Genaueres über Trommelläufer auf Seite im 2o Absatz, wo es heisst:

"Der Umschlag der gesunden in die verlustreiche Abreisströmung erfolgt also bei diesen sogenannten Trommelläufern schon bei Überlast und bleibt über das ganze Leistungsgebi-et bestehen ».<,"

Abb· 127 (siehe Seite 1) zeigt, wie sich Pfleiderer einen Trommelläufer vorstellt. Dabei lässt er merkwürdigerweise die Schaufeln radial enden»

Diese unverständliche Aufklärung endet dann auf Seite

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in der Offenbarung, die der Leser nun schliesslich als zusammenfassendes Ergebnis ait auf den Weg bekommt,, und die lautetι

"Man ersieht also, dass die im Ventilatorenbau sehr häufig anzutreffende Schaufelform nach der Art der Abb. 127 (Trommelläufer) als Fehlkonstruktion anzusehen ist."

Aus diesen Ausführungen ist ja doch nun wohl unmöglich die vorliegende Erfindung zu entnehmen. Der Leser wird im Gegenteil dazu geführt, dass= er unter allen Umständen eine Schaufelform mit einem Kreisbogen verwenden soll.

Ausserdem wird er aber überhaupt im ganzen davon abgebracht, Trommelläufer zu verwanden·

Obwohl der Trommelläufer seit Jahrzehnten in weit grösseren Stückzahlen als irgendeine andere Art von Kreiselmaschinen gebaut worden ist, obwohl diese Sonderausführung in Bezug auf das Geräusch von keinem anderen Typ überboten werden kann und obwohl diese Bauart bei weitem die kleinste aller Kreiselmaschinen darstellt und einen höchst realen Platz verdient und auch in der Praxis einnimmt, wird in dem Buch von Pfleiderer - und zwar aich in den früheren Auflagen - der Trommelläufer in fleder Hinsicht abgelehnt und nur negatives über ihn ausgesagt. Gerade die Einstellung von Pfleiderer hat in dieser Beziehung sehr weite Kreise gezogen, derart, dass ein grosser Teil des technischen Nachwuchses die Einstellung hat, dass diese Konstruktion von vornherein verurteilt werden muss und technisch überhaupt nicht in Trage kommen kann. Gerade durch diese Einstellung "von Pfleiderer wurde die !Forschung in ganz falsche Bahnen gelenkt.

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Die bei Pfleiderer angegebenen Austritts-Sohaufelwinkelwerden aber bei dem Trommelläufer gemäss der Erfindung gar nicht in Anspruch genommen· Es werden Austrittsschaufelwinkel von -15° bis + 2o° angegeben· In dem ganzen Buch von Pfleiderer befindet sich aiel kein Anhaltspunkt dafür, dass solche·Schaufelwinkel bei Gebläsen überhaupt möglich sind und irgendeinen Sinn haben· Darüberhinaus kann kein Leser aus den Ausführungen von Pfleiderer entnehmen, dass bei diesen kleinen Winkeln und bei einem aussen grösseren oder kleineren Krümmungsradius eine bestimmte, bisher überhaupt nicht bekannt gewordene Ablösung vermieden wird.

ί In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt·
Dabei zeigtt

Abb· 1 die Krümmungskurve eines normalen Trommelläufers in Kreisbogenform,

Abb· 2 eine Ausführungsform gemäss der Erfindung, bei der der Krümmungsradius am Schaufelaustritt grosser

Abb· 3 und 4 zwar solche Ausführungsformen, bei denen der Schaufelaustritt kliiner ist·

Abb· 1 zeigt eine herkömmliche Bauart mit einem Krümmungsradias R, wobei der Krümmungsradius konstant ist und die Krümmungskurve eine Kreisbogenform hat·

In Abb· 2 ist am Schaufelaustritt ein erheblich grösserer Krümmungsradius R* vorhanden. In dieser Abbildung ist zum Vergleich der Kreisbogen der Abb* I gestrichelt eingezeichnet. Bei dieser Schaufelform (Abb. 2) wird der relative Weg der Luftteilchen länger, die Schaufel-

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zahl kann erheblich vermindert werden» Pur das Strömungsverhalten ist-das Verhalten an der gekrümmten Aussenfläehe der Schaufel entscheidend.

Bei den Ausführungen gemäss den Abb. 1 und 2 sind die Austrittsschaufelwinkel gleich. Bei Abb. 1 wird der Übergang mit einem kleineren Krümmungsradius E erreicht, während er bei Abb. 2 (erfindungsgemässe Ausführungsform) der erheblich grössere Krümmungsradius E^r zu sehen ist. Die Ablösung an einer solchen gekrümmten Tläche am 'Schaufelaustritt hat man bisher nicht beachtet« Sie ist aber wichtig, weil zum Beispiel bei Abb. 1 (normale Eorm) etwa bei A die Ablösung stattfindet, während bei der erheblich flacheren Krümmung gemäss der Erfindung die Ablösung bis nach A^f, eventuell sogar bis zum Schaufelende herausgeschoben werden kann. Die für eine., solche Ablösung entscheidende Kennzahl ist dem Wert w R proportional, so dass bei der Erfindung ein um ein Mehrfaches höhere Kennzahl entsteht. Auch können höhere Druokziffern mit dieser Formgebung erreicht werden»

Die erfindungsgemäss vorgesehene grosse Änderung des Krümmungsradius am Austritt kann auch in der entgegengesetzten Richtung angewendet werden· Zum Beispiel ist bei Abb ο 4 ein kleinerer Austiittsfcrümmungsradius vorhanden mit nach innen abgebogener Kante. Dadurch wird gemäss den eingezeichneten Stromlinien die Strömung ebenfalls scharf umgelenkt. Bei billigen Ausführungsformen kann diese Variante interessant sein. Denn bei dieser Ausführungsform mit Überkrümmung des Schaufelendes nach innen und mit negativen Austritts-Schaufelwinkeln wird eine äusserst scharfe Strömungsablenkung erzielt, die bewirkt, dass bei kleinerer Schaufelzahl bereits ein höherer Druck erreicht wird.

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Ausserdem ergibt sich eine Schaufelform, bei der die Biegungsbeanspruchung der Zentrifugalkräfte wegen der mehr radialen Erstreckung wesentlich kleiner werden als die entsprechenden bei den anderen lOrmen, So können extrem billige läufer gebaut werden, die trotzdem eine sehr grosse Druckziffer erreichen lassen» Allerdings ist die Wirkungsgradsteigerung bei dieser Ausführungsform nicht so gross β Dieses spielt aber bei vielen Ausführungen ■ und insbesondere bei Kleinstausführungen keine grosse Holle.

Auch die Ausführungsform gemäss Abb_e 3» bei der der Krümmungsradius unendlich klein ist und die Form einer scharfen Abknickung 4 hat, bringt für bestimmte Ausführungsformen Vorteile, Bs zeigte sich zum Beispiel, dass §ie Anbringung einer solchen Leiste bei den bekannten Ausführungsformen eine Drucksteigerung um 2o bis 3o $ ergibt β

Die erfindungsgemässen Ausführungsformen bieten also ganz einfache, bisher unbekannte Möglichkeiten zur Verbesserung von Trommelläufern an·

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Claims

Dta]-foe., Lieselotte Weilmg . , _ .

^P y.fenf«nw.lt ^¹**^{6 eum} Schreiben

S Κβίη,ΙΑίπ0·Γ3ΐΓ,81 vom.J©. August 1968

AktZt P 14 .03 Ο34-.3

m.Zt 2289 / Dr. Eck

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Patentanspruch

Tromiaelläufer mit nach, vorwärts gekrünmten, nicht profilierten Schaufeln, dadurch gekennzeichnet, dass jaäe Schaufel aus einem gekrümmten äusseren Aueatoset5il und einem inneren vorausgehenden Teil in gewölbter Form besteht, wobei der Winkel zwischen der Tangente an den Auestoseteil, die durch den Punkt des Schaufelaustritts geht und der langentβ an das laufrad durch den gleichen Punkt in einem Bereich von -15 bis +2o° liegtt und der Schaufelaustritt von der vorhergehenden Kreiaform abweicht« derart, dass der Krümmungeradius am Sohaufelaustritt entweder grosser oder kleiner ist.

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