DE573559C - Leitrad fuer Kreiselradarbeitsmaschinen, dessen Beschaufelung in zwei oder mehrere in der Umfangsrichtung gegeneinander versetzte Teilkraenze zerlegt wird - Google Patents

Description

Bekanntlich haben Kreiselradarbeitsmaschinen, wie Kreiselverdichter, -gebläse, -pumpen und Propeller, einen schlechteren Wirkungsgrad als rotierende Kraftmaschinen. Ein wesentlicher Grund hierfür besteht darin, daß bei diesen Arbeitsmaschinen die Umsetzung von Geschwindigkeits- in Druckenergie eine große Rolle spielt. Dieser Vorgang ist vielfach mit einer Ablösung des Arbeitsmittels von den Wandungen der Beschaufelung verbunden, da das Arbeitsmittel an der Wand haftet und die dadurch entstehende Grenzschicht an gewissen Stellen gegen die Druckerhöhung nicht mehr aufkommt. Die: hierdurch entstehenden Verluste kommen, besonders bei Radialrädern, im Leitrad stärker zur Geltung als im Laufrad.

Es sind Mittel angegeben worden, um die Ablösung zu verhindern oder einzuschränken; eines dieser Mittel ist die sog. Absaugung der Grenzschicht, wobei ein Teil des· geförderten Arbeitsmittels durch Schlitze oder Löcher in den Schaufeln in einen Raum geringeren Druckes abgeführt wird. Zu diesem Zwecke

as kann die Schaufelung in zwei oder mehr Teilkj'änze zerlegt und es können dabei die Teil-Schaufeln in den einzelnen Kränzen gegeneinander verstellt werden; tei geschlossenen Schlitzen bilden die Teilschaufeln ein ununterbrochenes Schaufelprofil. Die bekannte Einrichtung hat den Nachteil, daß sich zusätzliche' Verluste ergeben, indem das- Absaugen der Grenzschicht im gewissen Sinne einer Vermehrung der Spaltverluste gleichkommt.

Für das Laufrad ist andererseits vorgeschlagen worden, die Beschaufelung- in zwei oder mehrere Teilkränze zu unterteilen und die Schaufeln in den einzelnen Teilkränzen gegeneinander zu versetzen, wobei die Schaufelwinkel der aufeinanderfolgenden Kränze an der Übergangsstelle kleiner ausgeführt sind.

Die Erfindung hat die Verbesserung der Energieunisetzung in Leiträdern zum-Gegenstand. Dabei wird von den vorstehend angeführten, bei Laufrädern bekanntgewordenen Maßnahmen Gebrauch gemacht, jedoch mit der Maßgabe, daß der Eintritt der Schaufeln des nachfolgenden Kranzes dem an der Übergangsstelle sich einstellenden Strömungs-Vorgang angepaßt wird. Das Wesen der vorliegenden Erfindung besteht also darin, die Eintrittsverhältnisse (Gestalt, Krümmung, Winkel u. dgl.) der Schaufeln des nachfolgenden Kranzes so zu wählen, daß eine Unstetigkeit des Strömungsvorganges an der Übergangsstelle vermieden wird. Hierzu ist der Eintrittswinkel der Schaufeln des nachfolgenden Kranzes entsprechend der mittleren Ausströmrichtung des Fördermittels am Austritt eines Kranzes kleiner zu wählen als der Austrittswinkel der Schaufeln des vorangehenden

Kranzes. Die Größe des zu wählenden Winkelunterschiedes hängt von den Abmessungen und der Gestalt (Krümmung) der Schaufeln "sowie von deren Zahl ab. Je geringer die Zahl der Schaufeln ist, desto größer wird im allgemeinen der Winkelunterschied zu wählen sein. Die Gestalt und Stellung der Schaufeln in den einzelnen Kränzen ist also eine derartige, daß sie nicht als Teile eines einheitlichen Schaufelprofiles angesprochen werden können. Werden die Teilkränze unmittelbar hintereinander angeordnet, so soll an der Übergangsstelle· die durchschnittliche Strömungsgeschwindigkeit des Arbeitsmittels unverändert bleiben.

Man kann auch die Schaufelenden des nachfolgenden Kranzes in die Zellen des vorhergehenden hineinragen lassen, oder man kann umgekehrt zwischen den einzelnen Kränzen _ao einen gewissen Abstand belassen. Geschieht dies bei Radiahrädern, so wird sich in dem Zwischenraum, sofern sich der nachfolgende Kranz außerhalb des vorangehenden befindet, der reine Diffusorvorgang vollziehen, wobei sich.die Strömgeschwindigkeit entsprechend vermindert. Sofern die axiale Breite des schaufellosen Zwischenraumes sich nicht ändert, wird hierdurch lediglich die Größe der Strömgeschwindigkeit beeinflußt, während der Winkel zwischen der Strömungs- und der Umfangsrichtung nahezu unverändert bleibt. Nur wenn sich die axiale Breite des schaufellosen Zwischenraumes verändert, wird auch die Richtung der Geschwindigkeit hiervon beeinflußt, und dann ist der Schaufeleintrittswinkel des nachfolgenden Kranzes auch noch um das Maß der Ablenkung im schaufellosen Zwischenraum kleiner zu wählen gegenüber dem Austrittswinkel der Schaufeln des vorangehenden Kranzes.

Die aufeinanderfolgenden Schaufelkränze eines Leitrades können die gleiche Zahl oder auch eine- verschiedene Zahl von Schaufeln aufweisen. Der Erfindungsgedanke läßt sieh für radiale und für axiale Kreiselradarbeitsmaschinen anwenden, und zwar sowohl wenn die Schaufeln so nahe nebeneinander angeordnet sind, daß Zellen entstehen, als auch dann, wenn sich infolge einer großen Sehaufel_go teilung Zellenlosigkeit ergibt.

In den Zeichnungen wird zunächst in den Abb. ι a und 1 b der Erfindungsgedanke näher erläutert. Wenn gemäß Abb. ia der Strömungsvorgang beim Halbmesser R₂ unterbrochen wird, so wird im Schrägabschnitt MM'N eine Ablenkung entstehen. Die Ablenkung würde nicht stattfinden, wenn der Kanal bis JViV' verlaufen würde. Der Vorgang der Energieumsetzung hört nun allerdings nicht im Querschnitt MM' auf, er verläuft vielmehr näherungsweise im Durchschnitt bis MO. Im Ergebnis erfolgt die Aus-, strömung des Druckmittels mit einer Geschwindigkeit C₂ unter einem Winkel a, der mit dem Schaufelaustrittswinkel α (bei M und N) nicht übereinstimmt. Die Schaufel B des nachgeschalteten Leitkranzes ist also bei ihrem Eintritt der Geschwindigkeitsrichtung C₂ anzupassen, und demgemäß ist der Eintrittswinkel der Schaufel B zu wählen. In Abb. 1 a kommt dies darin zum Ausdruck, daß die Tangente an den Eintritt der Schaufel B einen Kreis K₂ berührt, dessen Halbmesser größer ist als der des Kreises K₂, den die Tangente an den Austritt der inneren Schaufelt berührt. Abb. ib.stellt den Sonderfall dar, daß zwischen den beiden Teilkränzen ein schaufelloser Zwischenraum von konstanter axialer Breite verbleibt. Bis zum Austritt aus dem ersten Schaufelkranz verlaufen die Vorgänge wie im Fall der Abb. la; im schaufellosen Zwischenraum zwischen den Halbmessern R₂ und R'₂ verläuft die Strömung, da die Strömungswiderstände "nur , eine geringe Rolle spielen, nahezu nach einer logarithmischen Spirale Sp₁ wobei sich der Winkel, den -die Strömungsrichtung mit der Umfangsrichtung einschließt, praktisch nicht ändert und die Geschwindigkeit sich von C₂ auf c'₂ vermindert. Die Schaufel.B des äußeren Teilkranzes .ist der Richtung von c'₂ anzupassen und erhält den Neigungswinkel ß. Die Tangente an dem inneren Ende der Schaufel B berührt einen Kreis K₂.

Abb. 2 zeigt, in welcher Weise die Erfindung bei dem Leitrad eines Radialgebläses mit geraden Schaufeln verwirklicht werden kann. Das Leitrad besteht aus zwei Kränzen A und B mit den Schaufeln a_v a₂, O₃ .... und &i, b₂, &g.... Die Schaufeln b_1} i₂, b₃ .... sind gegenüber α_υ O₂, a_s.... versetzt angeordnet, und zwar beispielsweise gemäß der Darstellung derart, daß die beiden Kränze um eine halbe Teilung .gegeneinander versetzt sind. Wesentlich ist, daß die Winkel, die die i°5 Schaufelenden der einzelnen Kränze A und B an der Übergangsstelle zwischen diesen beiden Kränzen mit der Umfangsrichtung bilden, nicht miteinander übereinstimmen, vielmehr' eine derartige Abweichung aufweisen, daß die durchschnittliche Strömungsgeschwindigkeit an der,Übergangstelle nahezu unveränderlich bleibt. Die Tangenten an den Schaufelenden von A und B berühren verschiedene Grundkreise, z. B. die Schaufeln α den Grundkreis K₁, die Schaufeln b den Grundkreis K₂, dessen Durchmesser größer ist als der des Grundkreises K₁. Der Winkel β ist also etwas kleiner als der Winkel α. Zwischen MN und OP findet nur eine ganz geringfügige Um-Setzung von Geschwindigkeits- in Drucknergie, entsprechend der Zunahme der Halb-

messer, statt; der durch die Leitschaufeln A bedingte Verdichtungsvorgang wird also unterbrochen.

Abb. 3 zeigt eine Ausfuhrungsform, bei der die Schaufelenden des Kranzes B in die Beschaufelung des Kranzes A hineinragen. Die Neigung der Schaufelenden der beiden Kränze ist auch hier in dem angegebenen Sinne verschieden zu wählen.

Abb. 4 zeigt eine Aus führ ungs form, bei der die einzelnen Kränze eine verschiedene Zahl von Schaufeln aufweisen. In dem dargestell-. ten Beispiel hat der Kranz B zweimal so viel' Schaufeln als der Kranz A. Hier kann es sich empfehlen, die Neigungen β der einzelnen Schaufelenden des Kranzes B voneinander etwas verschieden zu machen, so daß z. B. ß' größer wird als ß.

Abb. 5 zeigt eine Ausführung mit gekrümmten Schaufeln. Bei der beispielsweisen Darstellung erfolgt die Versetzung der beiden Kränze A und B derart, daß die Teilung der Schaufeln des inneren Kranzes B nicht halbiert wird. Auch hier sind die Winkel β kleiner als α.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Leitrad für Kreiselradarbeitsmaschinen, wie Kreiselverdichter, -gebläse, -pumpen und Propeller, wobei die Beschaufelung in zwei oder mehrere in der Umfangsrichtung gegeneinander versetzte Teilkränze zerlegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittsverhältnisse (Gestalt, Krümmung, Winkel u. dgl.) der Beschaufelung des nachfolgenden Kranzes der sich an der Übergangsstelle einstellenden Strömung dadurch angepaßt werden, daß der Eintrittswinkel (/S) der Schaufeln des nachfolgenden Kranzes entsprechend der mittleren Ausströmrichtung des Fördermittels kleiner gewählt wird als der Austrittswinkel (α) der Schaufeln des vorangehenden Kranzes, so daß bei unmittelbarer Aneinanderreihung der Teilkränze die mittlere Strömungsgeschwindigkeit an der Übergangsstelle annähernd unverändert bleibt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen