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DE2017583A1 - Antrieb für Strömungsmaschinen - Google Patents

Antrieb für Strömungsmaschinen

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Publication number
DE2017583A1
DE2017583A1 DE19702017583 DE2017583A DE2017583A1 DE 2017583 A1 DE2017583 A1 DE 2017583A1 DE 19702017583 DE19702017583 DE 19702017583 DE 2017583 A DE2017583 A DE 2017583A DE 2017583 A1 DE2017583 A1 DE 2017583A1
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DE
Germany
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drive
drive according
paddle wheels
fluid flow
wheels
Prior art date
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Pending
Application number
DE19702017583
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English (en)
Inventor
der Anmelder. M ist
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Individual
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Publication date
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Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D25/00Pumping installations or systems
    • F04D25/02Units comprising pumps and their driving means
    • F04D25/06Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
    • F04D25/0606Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven the electric motor being specially adapted for integration in the pump
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D17/00Radial-flow pumps, e.g. centrifugal pumps; Helico-centrifugal pumps
    • F04D17/08Centrifugal pumps
    • F04D17/10Centrifugal pumps for compressing or evacuating
    • F04D17/12Multi-stage pumps
    • F04D17/127Multi-stage pumps with radially spaced stages, e.g. for contrarotating type
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D19/00Axial-flow pumps
    • F04D19/02Multi-stage pumps
    • F04D19/024Multi-stage pumps with contrarotating parts
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D25/00Pumping installations or systems
    • F04D25/02Units comprising pumps and their driving means
    • F04D25/06Units comprising pumps and their driving means the pump being electrically driven
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00Arrangements for cooling or ventilating
    • H02K9/02Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine
    • H02K9/04Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine having means for generating a flow of cooling medium
    • H02K9/06Arrangements for cooling or ventilating by ambient air flowing through the machine having means for generating a flow of cooling medium with fans or impellers driven by the machine shaft

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

  • @ntrie@ l@r Strömungsmaschinen Die Erfindung betrifft vorzugsweise elektrische Antriebe für mehrstufige Strömungsmaschinen. Der Grundgedanke sei am Beispiel von gegenläufigen Axialventilatoren erläutert.
  • Es ist bekannte daß gegenläufige Axialventilatoren hinsichtlich des erzielbaren Druckes und des Wirlwngsgrades als sehr günstige strömungstechnische Konstruktionen angesehen werden dürfen. Im einzelnen geben hierüber die in Betracht gezogenen und unten aufgeführten Arbeiten Aufschluß.
  • Der Verbreitung uber den Bereich der derzeitigen Anwendungen hinaus stehen die verhältnismäßig hohen Herstellungskosten und gelegentlich die Baulänge und das Gewicht entgegen* So ist für jede der beiden Stufen ein Antriebsmotor oder/und ein Getriebe erforderlich. Grössere Schaufelräder kennen nicht direkt über die Motorwelle - also auf die einfachste weise angetrieben werden, weil die Motoren für niedrige Drehzahlen zu teuer sind.
  • Die Erfindung basiert in erster Linie auf der Aufgabe, diese Nach teile der gegenläufigen Axialventilatoren auszuschalten. Die Zeichnung, Fig. 1, veranschaulicht schematisch ein Ausführungsbeispiel..
  • Sowohl der Rotor 1 als auch Stator 2 des Motors sind drehbar gelagert* Die erste Stufe des Ventilators, Schaufelrad 3, ist mit dem Stator 2, die zweite Stufe, Schaufelrad 4 ist mit dem Rotor 1 fest verbunden. Bei der Bauweise eines Außenläufer-Motors nach dem Ausführungsbeispiel der Zeichnung kann die Stromzuführung zur Wicklung durer die Welle 5 hindurchgeführt werden. Der Strom wird in bekannter Weise Uber Schleifringe 6 eingespeist. Die Welle 5 ist zweiseitig, in den Aufnahmekörpern 7 und 8, gelagert, Zwischen den Momenten der beiden Stufen, die gegensinnig zueinander wirken, entsteht ein Gleichgewicht. Eine virtuelle Erhöhung der Drehzahl einer Stufe würde nach den Gesetzen der Strömungslehre zu einem stark ansteigenden Morilent für diese Stufe führen. Somit Dleiben die Drehzahlerl stets im Gleichgewicht.
  • Die Motordrehzahl ist gleich der summe der Drehzahlen von der ersten und der zweiten Stufe. im Normalfall wird man die Drehzahl für die beiden Stufen gleich, d.h. also gleich der halben Motordrehzahl bemessen.
  • Man kann aber auch hiervon abweichen, -indem man die Momente bei glecher Drehzahl-unterschiedlich groß werden läßt. Das kann durch verschiedene konstruktive Maßnahmen geschehen, - unterschiedlich gekrümmte Schaufelprofile, unterschiedliche Durchmesser (Fig. 2), Anstellwinkel u.ä.
  • Erfindungsgemäß wird somit gegenüber zwei Motoren mit niedrigen Drehzahlen ein Motor mit doppelt so hoher Drehzahl beiiö'tigt. Dies ermöglicht betrSchtliche Einsparungen an Eierstellangskosten, Abmessungen und Gewichten.
  • Die Zeichnung, Fig. 2, veranschaulicht ein zweites Ausführungsbeispiel. Hier sind gegenüber Fig. 1 einige erfindungsgemäße ALwandlungen des Grundgedankens vereinigt: (1) Der Motor ist einseitig gelagert.
  • (2) Die Bauweise des Motors ist durch den Innenläufer charakterisiert.
  • (5) Die Schaufelräder stehen weiter auseinander.
  • (4) Die Schaufelräder haben unterschiedliche Durchmesser.
  • (5) In dem freien Zwischenraum entsteht ein Sprühraum (Zyklon).
  • ES können die verschiedensten Kombinationen dieser Abwandlungen angewendet werden0 Im einzelnen erkennt man in Fig. 2, links, das kleinere Schaufelrad 11 mit der Einströmdüse 12 und dem ebenfalls ringförmigen Prallzerstäuber 15 aus Draht o,ä. Die Teile 11 und 15 sind fest miteinander verbunden. Sle sind zusammen mit dem Rotor 14 auf der Welle 15 befestigt.
  • Das größere Schaufelrad 16 und der Stator 17 bilden mit der Welle 18 ein unverrückbares Teil, Der elektrische Strom kann von den Schleifringen 19 aus mit einem Kabel durch die Welle 18 zur Statorwicklung 17 geführt werden, Die Welle 18 ist mit zwei Wälzlagern in dem Aufnahmekörper 20 drehbar gelagert.
  • Das Gleichgewicht zum Moment des Schaufelrades 16 erlangt das klei nere Schaufelrad 11 erst bei hohen Drehzahlen. Auf einfache Weise wird hiermit erreicht, daß das Schaufelrad 16 genügend langsam läuft.
  • Das kann beispielsweise wegen der Geräusche notwendig sein.
  • In der Zeichnung, Fig. 2, ist zwischen den beiden Schaufelrädern 11 und 16 ein freier Raum, in dem sich der Drall in der Luftströmung vom Schaufelrad 11 auswirkt0 an kann diesen Zwischenraum als Spru'hkammer rür den Wärmer und Stoffaustausch ausnutzen, z.B. als Zyklon für einen Kühlturm oder Luftwäscher. Zur Verdeutlichung einer solchen Anwendung ist in der Zeichnung oben eine Düse 21 für die Wasserverteilung angedeutet'.
  • Die Düsen versprühen das Wasser in der Form eines Kegels von kleineren und größeren Tropfen. Die kleineren Tropfen werden vom Luftstrom sofort mitgerissen. Die größeren, die ihre Anfangsgeschwindigkeit nicht nach wenigen Zentimetern verlieren, treffen zum Teil auf einen Prallzerstäuber 13, der sie zu kleinen Tropfen zerschlägt. Auf diese Weise kann ein großer Anteil des Wassers in der Form von klei nen Tropfen verdunsten. Es ist bekannt, daß der viärme- und Stoffübergang bei kleinen Tropfendurchmessern sehr hohe Nusselt-Zahlen aufweist. Weiterhin kann als vorteilhaft angesehen werden, daß der Prallzerstäuber mit dein schneller laufenden Schaufelrad 11 rotiert.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel veranschaulicht die Zeichnung, Fig. 5. er handelt es sich um einen Zentrifugalventilator mit zwei gegenläufigen Schaufelrädern 71 und 32. Bemerkenswert ist bei dieser Ausführung, daß der Antrieb außerhalb des Strömungsraumes liegt. Das Schaufelrad 31 ist, ebenso wie der Rotor 34, auf der Welle 33 befestigt.
  • Das Schaufelrad 32, das die zweite Stufe bildet, ist, ebenso wie der Stator 35, mit dem rotierenden Hohlkörper 36 verbunden. Das Ganze ist in dem Aufnahmekörper 97 drehbar gelagert. Dieser Aufnahmekörper ist an der Rückwand des Ventilatorgehäuses 58 befestigt. Der elektrische Strom wird der Wicklung des Stators 55 von den Schleifringen 39 aus über ein kurzes Kabel zugeführt.
  • Als vorteilhaft bei dieser Bauweise kann hervorgehoben werden daß ein Spiralgehäuse entfällt. Die beiden gegenläufigen Schaufelräder können aerodynamisch so ausgebildet werden, daß die Luft in der zweiten Stufe das Schaufelrad 52 radial verläßt. Dies bringt eine Ersparnis an Platz und Herstellungskosten mit sich. Uoerdies ist man in der Konstruktion nicht an die tangentiale Abströmrichtung eines üblichen Spiralgehäuses gebunden.
  • Gegenüber den gegenwärtig nach der Kenntnis des Erfinders vorwiegend angewendeten einstufigen Zentrifugalventilatoren hat die beschriebene Bauweise den Vorteil des geringeren dynamischen Drucker lustes. Es tritt im Luftstrom, der das äußere Schaufelrad 52 verläßt, keine Umfangskomponente der Geschwindigkeit auf.
  • Die Kühlung des Stators ist einfacher, da sich dieser, ebenso wie der Rotor dreht. Ein zusätzlicher Motorventilator kann-entfallen.
  • Die drei Zeichnungen zeigen, daß nach der Erfindung die Baulänge infolge Wegfalls des einen Motors erheblich verringert werden kann, Der Erfindungsgedanke bietet weitere,Möglichkeiten der Kombination So kann die eine Stufe durch ein Zentrifugal- oder ein meridianbeschleunigtes Schaufelrad, die zweite durch ein axi-ales gebildet werden.
  • Als Fördermedien kommt nicht nur Luft sondern, allgemein, jeder gasförmige oder flüssige Stoff in Betracht. So mag in einer oder in beiden Stufen eine Pumpe angetrieben werden. Dies gilt auch für Kolben- und rotierende Verdrängermaschinen.
  • Es wurde bisher die Hauptanwendung bei elektrischen Motoren beschrieben. Daneben läßt sich indessen das Prinzip auf hydraulische und pneumatische Motoren übertragen. Bei der Zuführung dieser Fluide kann man auf Dekannte Vorrichtungen zurückgreifen.
  • Besonders vorteilhaft ist die Anwendung bei einem Axialventilator nach der Anmeldeschrift Nr. P 1505 5o6.o. Hier können die Tafeln, die die Ventilatorschaufeln bilden, unmittelbar auf Nocken an den rotierenden Motorteilen befestigt werden.
  • Die Lagerung des Antriebes kann für jede Arbeitsmaschine, namentlich für Werkzeugmaschinen, Zentrifugen, Fahrzeugantriebe, Haushaltsmaschinen, Frequenz- und Spannungsumformer, Fördermittel und fIebezeuge angewendet werden.
  • Für den Fall, daß bei der Inbetriebnahmc die eine Stufe schneller anlaufen soll als die zweite, kann die Drehzahl der zweiten entsprechend lange abgebremst werden.
  • In Betracht gezogene Druckschriften: P. Berliner und T. Rákóozy, Bewertung eines neuen Axialventilators.
  • 'Heizung-Lüftung-Haustechnik' 20 (1969) 12, S.431/35 T. Rákóczy, Berechnung von gegenläufigen Axialgebläsen.
  • 1Hcizung-Lüftung-Haustechnik1 20 (1969) 3, 5.104/109 W. Traupel, Versuche an einem gegenläufigen Axialventilator.
  • 'Heizung-Lüftung-Haustechnik' 10 (1959) 1, S.6/13 C.S. Vasiljevic, Der Axialventilator im Baukastensystem als neuartiges Bauelement der Lufttechnik. 'Heizung-Lüftung-Haustechnik' 14

Claims (8)

  1. Patentansprüche 1. Antrieb für Strömungsmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung von der Kraftmaschine Aber zwei Momente und mit zwei gegensinnigen Drehzahlen übertragen wird.
  2. 2. antrieb nach Anspruch 1-, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftmaschine elektrische Energie aufnimmt.
  3. 3. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere Arbeitsmaschinen angetrieben werden.
  4. 4. Antrieb nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufelräder von zwei Leistungsstufen einer Strömungsmaschine angetrieben werden.
  5. 5. Antrieb nach'Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichent, daß in dem Luftraum zwischen den Schaufelrädern oder unmittelbar im Lurtstrom vor oder hinter den Schaufelrädern für einen Wärme- oder Stoffübergang eine Flüssigkeit dem Luftstrom beigemischt wird.
  6. 6. Antrieb nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Luftraum zwischen den Schaufelrädern oder unmittelbar. Im Luftstrom vor oder hinter den Schaufelrädern Schalldämpfer angeordnet sind.
  7. 7. Antrieb nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung von der drehbar gelagerten Kraftmaschine über ein Getriebe auf die Atbeitsmaschinen übertragen wird.
  8. 8. Antrieb nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl der einen oder leider Antriebsseiten geregelt wird, L e e r s e i t e
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3722791A1 (de) * 1987-07-10 1989-01-26 Fortuna Werke Maschf Ag Geblaese zum umwaelzen grosser gasmengen fuer hochleistungs-laser nach dem gastransport-prinzip
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WO2021123706A1 (en) * 2019-12-20 2021-06-24 Dyson Technology Limited A contra-rotating fan drive assembly
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