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Laufrad für Radial-Ventilator oder Pumpe. Die Ausführung der EintrittsdUse
nach dem Hauptpatent mit der sich ergebenden-Verminderung der Strömungsverluste
bei der Umlenkung der axialen Strömungsrichtung in die radiale gibt die Möglichkeit,
ausser der durch Me Eintrittsdüse zu erreichenden Herabsetzung der-Spalt- und Gehäuseverluste
auch die
| Laufradverluste zu vermindern ,#( und dadurch besonders |
hohe Ventilatorwirkungsgrade bei einfacher Ausführung zu erreichen.
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Radialventilatoren -mit Wirkungsgraden bis zu ca. 85 %
werden
allgemein als Hochleistungsventilatoren bezeichnet. Es ist auch möglichp
den Vlirkungsgrad bis auf den optimal erreichbaren von ca. 90 % zu erhöheng
wenn man besonders grosse Spiralgehäuse anwendet und auf eine sehr sorgfältige Herstellung
der Laufräder CD achtet, mit kleinstem Laufradspaltg ausgekehlten---und geglätteten
Schweissnähten un d lackierten Oberflächen. Eine solche Herstellung ist aber
sehr teuer und nur bei sehr hohen Leistungeng wie beispielsweise von Grubenlüfterny
lohnend.
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Es ist auch bekanntg dielffirbelverluste der Krümmerströmung vor dem
Laufrad beim Übergang von der axialen Eintrittsrichtung zum radialen Laufradeintritt
durch Beschleunigung der KrLümerströmung zu vermindern, doch treten duxch eine solche
Beschleunigung höhere Geschwindigkeiten und höhere Umsetzungsverluste
im
Schaufelkanal auf.
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Es ist auch bekanntg die Eintrittsströmung zum Laufra'd hin
zu verzögerno Die Erfindung be#;wecktg ohne die erwähnten Nachteile eine erhebliche
Verzögerung der Krümmerströmung vor dem Laufradeintritt und eine geringe Geschwindigkeit
i m Schaufelkanal zu erreichen und damit die Umsetzungsverluste im Laufrad soweit
herabzusetzen# dass Ventilator-Wirkungsg grade von ca. 90 % erzielbar sind.
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Die Laufradverluste entstehen'neben der Reibung im wesentli-. chen
dadurch. dass der Durchfluss des Förderstrom-es durch die
| Schaufelkanäle und am Austritt nicht gleichmässig istXI-und |
sich nach der Bernoullilschen Gleichung in den Kanälen statische Druckunterschiede
ergebeng welche die Energieumsetzung im Laufrad nachteilig beeinflussen.
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Diese statischen-Druckunterschiede sind proportional abhängig von
den Unterschieden der Quadrate der Geschwindigkeiten des Förderstromes, werden also
um so kleiner, je geringer die Geschwindigkeit im Schaufelkanal ist.
Für die Energieumsetzune ist also ein Kanal mit grosser-Schaufelbreite günstig,
jedoch sind diesbezüglich obere Grenzen dadurch gesetztg dass bei der Umlenkung
der axialen Strömungsrichtung in die radiale in der Krümmerströmung Wirbel und an
der Laufraddeckscheibe Ablösungen auftreten.
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Die Eintrittsdüse nach dem Hauptpatent beschleunigt den eintretenden
Förderstrom bis zu ihrem kleinsten Querschnitt und erzeugt ein Geschwindigkeitsfeld
gleich grosser Geschwindigkeitsvektoren in diesem Querschnitt bis dicht an die Umrandung
hin. Hierdurch ist die Voraussetzung dazu gegebeng dase der Förderstrom in dem darauf
folgenden Teil der Düße
mit ihrem durch Sehne und Pfeilhöhe bestimmten
erzeugenden Kreisbogen divergiert und nach allen Seiten während der Umlenkung gleichmässig
und ohne nennenswerte Verluste sehr stark verzögert wird.
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Dieser Erfolg ist in Schaufelkanälen mittlerer Länge zu erreichen,
die im wesentlichen durch das Verhältnis des. Eintrittsdurchmessers d i des
Laufrades zum Austrittsdurchmesser d2 (d i /d 2) gekennzeichnet ist.
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Die Grenzen der Länge des Schaufelkanals sind dadurch gegebeng dass
bei längeren Schaufelkanälen (d 1/d2---o?45) die absolute Austrittsgeschwindigkeit
grösser wird als die des zwischen Gehäusewand-und Laufraddeckscheibeum die Eintrittsdüse
rotierenden Gehäusestromes und bei Auftreten auf den Gehäusestrom einen Carnot'schen
Stossverlust hervorruft, der grosse Gehäuseverluste zur Folge hat. Auch treten durch
höheren Drucksprung im Laufrad grössere Spaltverluste auf. Bei kürzeren Schaufeln
(d 1 '/d 2'::::_o 963) dagegen wird der Austrittswinkäl der absoluten
Austrittsgeschwindigkeit, und damit die Differenz dieses Winkels zu dem des r'otier%-#nden
"7>#o-,rosszl dass durch Scherkräfte- ein Aufrollen -- -,- # I
U t:' -
des Gehäusestromes und dadurch grosse Gehäuseverluste bewirkt
werden.
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Nach dem Gesagten bezieht sich die Erfindung auf einen Radialventilator
oder Pu#ipe mit einer Eintrittsdüse nach dem Hauptpatent und mit einem Laufrad mit
nicht profilierten Schaufeln, dessen Eintrittsdurchmesser d i im Verhältnis
zum Austrittsdurchmesser d zwischen o',45 und o,63 liegt (0,45 "#d'
- o,63) 2 1 /d2:5
und kennzeichnet sich dadurchy dass der Ringquerschnitt
F 1
im-Schaufeleintritt des Laufrades 2114 bis.3-mal-so gross ist wie der
kleinste kreisförmige Querschnitt F 0 der.Eintrittsdüse (2,4 #-# Fi /FO 3)
e und - dass der Schaufelwinkel ß vom Schaufeleintritt bis zum Schaufelaustritt
grösser als 23 0 und kleiner als 27 0 ist (23 0 #:-27
0).
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert.
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Fig. 1 zeigt im Querschnitt das Laufrad und die Eintrittsdüse.
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Fig. 2 zeigt das Dreieck der Geschwindigkeitsvektoren am Iaufradeintritt
in meridionaler Ebeneg und in einer dazu normalen axialen Ebene den Vektor der Eintritts-.geschwindigkeit
im kleinsten Düsenquerschnitt.
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Fig. 1 zeigt die Eintrittsdüse mit dem kleinsten
' Durchmesser d 0 und dem kleinsten Querschnitt F 0 (F
0 = d 0 i/4).q bis zu welchem der eintretende Förderstrom beschleunigt
wird. Die Eintrittädüse ist entsprechend dem Hauptpatent geformt und erzeugt ein
Geschwind:igkeitsfeld gleich grosser Geschwindigkeitsvektoren in dem Querschnitt
F 0 bis dicht an die Umirand:ung hin.
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Anschliessend an den Querschnitt F 0 divergiert der Förderstrom
nach allen Seiten gleichmässig bis zum Eintritt in die Schaufeln 2 des Laufrades
3. Der Eintrittsdurchmesser der. Schaufeln ist mit d' und der Austrittsdurchmesser
mit d be-1 2 zeichnet. Der Förderstrom tritt mit der Breite b durch
den ringförmigen Querschnitt F i (F d b in die.Schaufeln 2 ein. Der.Riiigquerschritt
F ist erfindungsgemäss-294 bis 3-mal so groso bemessen wie der Querschnitt
F (2,4 L-' F* IF "-#-3) 9
0 1 0
und die Geschwindigkeit im kleinsten
Düsenquerschnitt F 0 wird in der Krümmerströmung bei Übergang von der axielen
in die radiale Richtung nahezu verlustlos auf einen 2t4 bis 3-fach kleineren Wert
stark verzögert. Dadurch wird die Geschwindigkeit im Schaufeleintritt und insbesondere
im Schaufelkanal so klein# daso ein.Minimum an Umsetzungs- und auch Reibungs-'
verlusten auftritt* D i e Grenzschichtströmung,trifft beim Übergang von.der
feststehenden Bintrittadüse 1 im stumpfen Winkel -auf die mit dem Laufrad
3 rotierende Düse 4 des laufraddeökels 5 und erhält
durch
die Düse 4 eine Energiezufuhr, die das zum Rand hin gleichmässig abfallende
Ge.schwindigkeitsprofil aufrecht er-, hält.
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Die genannten Grenzen der optimalen Geschwindigkeitsverzögerung bestimmen
sich daraus, dass bei zu geringer Verzögerung grössere Umsetzungs- und Reibungs-Verluste
im Schaufelkanalg und bei zu grosser Verzögerung Grenzschichtablösungen an der laufraddüse
4 auftreten. ,
Fig. 2 zeigt in zwei zueinander normalen Ebenen 6 und
7
die Geschwindigkeitsvektoren. Durch den Düsenquerschnitt F 0
fliesst
der Förderstrom in axialer Richtung mit der Geschwindigkeit c 0 und wird
inder Krämmerströmung auf die meridionä-le-Geschwindigkeit elm stark verzögert.
Durch Untersuchungen wurde festgestelltg dass die geringe Geschwindigkeit von
0 lm ein Minimum von Laufradverlusten ergibtp wenn die Relativ.;-Geschinr
0
digkeit w in einem Winke10 von ca. 65 zur meridionalen Richtung-der
Geschwindigkeit el, in den Schaufelkanal einströmt. Es ergibt sich dadurch als Kompleinent-Winkel
ein Schaufeleintrittswinkelß von ca 25 0 t wodurch bekannterweise Stossverluste
am Eintritt vermieden werden. Dieser Winkel wird zur Vermeidung ungünstiger örtlicher
Beschleunigungen und Verzögerungen, die im Schaufelkanal an den Schaufeln auftreten
könnten, bis zum S,chaufelaustritt beibehalten. Die Schaufeln werden zu diesem Zweck
als logarithmiBehe Spiralen geformt.
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Der Vorteil der Erfindung ist derg dass die Laufradverluste herabgesetzt
werdenp und dass in Zusammenwirkung mit der Herabsetzung der Spalt- und Gehäuseverluste
nach dem Hauptpätent Ventilatoren in normaler einfacher Serienfertigung hergestellt
werden könneny deren Iffirkungsgrade die optimai--ilö'glichen von ca.
90 % erreichen.