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1,Seitenkanalverdichter" Die Erfindung bezieht sich auf einen Seitenkanalverdichter,
mit einem an eine Ansaug- und eine Druckleitung angeschlossenen Verdichtungs@aum,
wobei an den Übergangsbereichen zwischen der Ansaug- bew. Druckleitung und dem Verdichtungsraum
eine Umlenkung des Mediums erfolgt.
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Seitenkanalverdichter werden beispielswelae zur Speisung von Maschinen
und Anlagen für die Verpackungs-, Lebensmittet-, Arzneimittel - und Metallintustrie
verwendet, bei welchen eine hohe statische Druckhöhe bei kleinster Baugröße erforderlich
ist. Da eine optimale Auslegung der Verdichterleistung in bezug auf die Verdichterabmessungen
häufig mit einer unzulässig hohen Geräuschentwicklung verbunden ist, müssen sowohl
auf der Ansaug- als auch auf der Druckseite Schalldämpfungseinrichtungen vorgesehen
werden, welche ihrerseits eine Leistungsverminderung zur Folge haben können. Diesem
Nachteil könnte zwar auf einfache Weise durch eine Erhöhung der installierten Leistung
begegnet werden; da indessen bei einem Seitenkanalverdichter der erzielbare Druck
im wesentlichen von der Länge des Seitenkanals und damit von dem Laufraddurchmesser
abhängig ist, scheitert eine Leistungserhöhung häufig an den vorgegebenen räumlichen
Einbauverhältnissen, welche eine Vergrößerung des Laufraddurchmessers nicht gestatten.
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Ebenso ist im allgemeinen eine Vergrößerung der Schalldämpfungseinrichtung
aufgrund der größeren Abmessungen nicht möglich.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Seitenkanalverdichter
zu schaffen, welcher bei vorgegebenen Werten für die Leistung und den Geräuschpegel
eine Verringerung des Laufraddurchmessers gegenüber bekannten Seitenkanalverdichtern
ermöglicht, bzw bei vorgegebener Baugröße eine Erhöhung der Leistung bei gleichbleibendem
bis reduziertem Geräuschpegel gewährleistet.
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Die Aufgahe wird bei cinem Verdichter der eingangs genannte Art erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß an wenigstens einem cer beiden Übergangsbereiche eine die EinUritts-
bzw. Austrittsströmung teilende Strömungsleiteinrichtung angeord@et ist.
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In vorteilhafter Weise ist die Strömungsleiteinrichtung an beiden
Übergangsbereichen vorgesehen.
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In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß als Strömungsleiteinrichtung
eine Leitschaufel vorgesehen ist.
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Eine Möglichkeit besteht darin daß als Strömungsleiteinrichtung ein
System von mehreren, vorzugsweise parallel angeordneter Leitschaufeln vorgesehen
ist.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält eine derartige
Anordnung uld Ausbildung Jeder Leitschaufel, daß das medium an dem betreffenden
ttbergangsbereich im Seitenkanal in gleiche Teilströmungen aufgeteilt wird, wobei
der Str@-mungsweg längs der dem Laufrad abgewandten Leitschaufelfläche
kleiner
bemessen ist als der Strömungsweg längs der dem Laufrad zugewandten Leitschaufelfläche.
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In zweckmäßiger Weis«tst das Querschnittsprofil jeder Leitschaufel
am stauseitigen Ende annähernd halbkreisförmig ausgebildet und am entgegengesetzten
Ende annähernd spitzwinklig ausgebildet.
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Die Erfindung wird mit ihren Vorteilen und weiteren Einzelheiten anhand
der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt: Fig 1 einen Ausschnitt aus einem Seitenkanalverdichter
in perspektivischer@arstellung, Fig. 2 einen Ausschnitt aus dem Laufrad eine Seitenkanalverdichters
in perspektivischer Darstellung, Fig. 3 einen Teilschnitt durch den Eintritts- Austrittsbereich
eines bekannten Seitenkanalverdichters in perspektivischer Darstellung und Fig.
4 einen Teilschnitt durch den Eintritts- Austrittsbereich eines erfindungsgemäßen
Seitenkanalverdichters in perspektivischer Darstellung, Fig. 5 einen Teilschnitt
durch den Eintrittsbereich eines erfindungsgemäßen Seitenkanalverdichters ohne Strömungsleiteinrichtung
und Fig. 6 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Leitschaufel.
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Der in Fig. 1 ausschnittsweise dargestellte Seitenkanalverdichter
1 weist eine untere kreisförmige Gehäuseschale 2 und eine obere kreisförmige Gehäuseschale
3 auf, die über einen Flansch 4 und nicht dargestellte Befestigungsmittel mit der
unteren Gehäuseschale 2 lösbar verbunden ist. Die obere Gehäuseschale 3 weist am
Umfangsbereich einen Ringkanal 5 dessen Querschnitt annähernd halbkreisförmig ausgebildet
ist.
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Der von dem Ringkanal 5 umschlossene Raum bildet den Seitenkanal 6.
Spiegelsymmetrisch zu dem Ringkanal 5 beflndet sich die Felle 7 des Laufrades ,
welches einer den Boden 9 lt der Welle 10 einer Antriebsmaschine 11 verouden ist.
Die ehenfalls als Ringkanal mit im wesentlichen halbkreislörmigem Querschnitt ausgebildete
Felge 7 wird bei la@fender Antriebsmaschine 11 relativ @@ m Ringkaral 5 in der mit
dem Pfeil 12 eingezeichneten Drchrontung bewegt. Um Strömungsverluste bzw. einen
Lurtaustausch mit der Umgebung zu verhindern, ist die Innenfläche der unteren Gehäuseschale
2 an ihrem Umfang 13 nach oben gewölbt, so daß zwischen den Gehäuseaußenkanten 4
und 13 eine Abdichtung möglich ist.
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Das im Seitenkanal 6 enthaltene oder strömende gas- qder dampfförmige
Medium, beispielsweise Luft, wird Uber einen Saugkanal 14 angesaugt, welches in
dem von dem Ringkanal 5 und der Felge 7 umschlossenen Verdichtungsraum längs des
Strömungsweges komprimiert und anschließend über einen Druckkanal 15 einem nicht
dargestellten Verbraucher zugeführt wird. Zur Komprimierung des Mediums weist die
Felge 7 eine Vielzahl von Laufradschaufeln 16 auf, deren Anordnung in Fig. 2 anhand
eines Teilschnitts durch das Laufrad 8 näher dargestellt ist.
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Die Laufradschaufeln 16 bestehen im dargestellten Beispielsfall aus
annähernd halbkreisförmigen, äquidistant angeordneten Scheiben, deren Dickenabmessung
sich zur Lauffläche 17 der Felge 7 hin konisch verjüngen kann und deren Hauptebene
radial zur Antriebsachse ausgerichtet ist. Bei der Drehung des Laufrades 8 tritt
eine Wechselwirkung zwischen dem Medium im SeitenkarL 6 und dem in den Räumen zwischen
den eil:tzelnen Laufradschaufeln 16 auf, welche zu einer mit wachsendem Abstand
zu der Anaugleitung 14 ansteigenden Komprimierung des Mediums führt.
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Bei dem Ein- ur.d Austritt des Medium in den bzw. als der Se?-tenkanal
6 e-faolgt eine Umlenkung des Mediums, deren Größe von dem Neigungswinkel # zwischen
der Längsachse des Ansaug-bzw. Druckkanals 14 dzw. 15 und der Tangente des Ringkanales
an der Übergangsstelle zwischen den Anschlußkanälen und dem der Neigung Seitenkanal
sowie / in radialer Richtung bestimmt ist. Im allgemeinen beträgt der Neigungswinkel
# = 900; es können aber auch anstelle einer rechtwinkligen Befestigung der Leitungen
14 und 15 schiefe Neigungswinkel im Bedarfsfalle vorgesehen werden.
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In Fig. 3 sind die Umlenkbereiche eines bekannten Seitenkanalverdichters
anhand eines perspektivischen Teilschnitts dargestellt, um die bei dem erfindungsgemäßen
Seitenkanalverdichter vorgesehenen Maßnahmen besse-r zu veranschaulichen. Die Bezugszeichen
in Fig. 3 sind dabei so gewählt, daß diejenigen Teile, welche mit in Fig. 1 und
2 dargestellten Teilen identisch sind, mit entsprechenden Bezugszeichen versehen
sind.
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Der Ringkanal 5 des bekannten Seitenkanalverdichters weist an der
Stelle zwischen dem Ansaugkanal 18 und dem Druckkanal
19 einen Steg
20 auf, welcher sich in Richtung Laufrad erweiternd bis an die Oberkanten der Laufradschaufeln
16 erstreckt und einen Strömungskurzschluß zwischen dem Ansaug-und dem Druckkanal
infolge einer Umgehung des Seitenkanals 6 oder einer reinen Umlaufströmung im Seitenkanal
ohne Ausstoßen der verdichteten Luft verhindert. Du-ch den gerundeten ttbergang
zwischen dem Anschluß des Steges 20 wird eine stetige. d.h. strömungswiderstandsarme
Umlenkung des Mediums aus dem Ansaugkanal 18 in den Seitenkanal 6 bzw. aus dem Seitenkanal
6 in den Druckkanal 19 erzielt. Der Verlauf der bei einer Drehung der Felge 7 in
wichtung des Pfeiles 12 sich einstellenden Strömung f.st in Fig. 5 durch Strömurgspfeile
ange deutet.
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Die durch die Verbreiterung des Steges 20 her orger@fene Wirkungsgradverschlechterung
ist durch den Umstand bedingt daß die wirksame Länge des Seitenkanals mit steigender
Länge der Zunge 21 verringert wird, da der von der Zunge 21 überdeckte Teil der
Felge 7 nicht in Wechselwirkung mit dem Seitenkanal 6 tritt. Der geschilderte Nachteil
einer derartic-en Verbreiterung des Steges 20 überwiegt zwar den damit verbundenen
Vorteil einer strömungsarmen Umlenkung des Mediums nicht, doch beeinträchtigen sie
in unerwünschter Weise die optimale Auslegung des Verdichters.
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Der erwähnte Nachteil des bekannten Seitenkanalverdichters wird durch
die in Fig. 4 dargestellte erfindngsgemäße Ausbildung des Umlenkbereichs eines Seitenkanalverdichters
behoben.
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Der Erfindungsgedanke besteht darin, in dem Ansaugkanal 18 und/oder
dem Druckkanal 19 aus dem Seitenkanal heraus
eine Strömungsleiteinrichtung
anzuordnen, die im-Beispielsfalle aus einer Leitschaufel 22 bzw. 23 besteht. Jede
Leitschaufel teilt die Strömung in dem Ansaug- bzw. Druckkanal 18 bzw. 19 in eine
untere und eine obere Teilströmung 26 bzw.
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27 gleicher Größe. Hierzu werden die Leitschaufeln 22, 23 so ausgebildet
und angeordnet, daí3 die Achse 24 (Fig.6), ihres Querschnittprofils der-idealen
mittleren Strömungslinie 25 (Fig. 5) der B-ntritts- bzw. Austrittsströmung des Mediums
folgt. Des weiteren wird das Leitschaufelprofil zur Erzielung eines möglichst geringen
SSt standes an seiner angeströmten Kante annähernd halbkreisförmig und an seiner
der Anströmungsrichtung abgewandten Kante annähernd spitzwinklig ausgebildet, wodurch
eine gute Annäherung an das ideale Tragflächen profil gewahrleistet ist. Durch die
teitwirkung der Schaufeln 22, 23 auf die jeweiligen unteren und oberen Teilströmungen
26 bzw. 27 kann bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf die strömungsgünstig gekrümmte
Ausbildung des Steges 20 verzichtet werden. Wie aus Fig. 4 erkennbar ist, kann vielmehr
die Zunge 21 sehr schmal bemessen werden, wodurch wesentliche Vorteile gegenüber
der bekannten Vorrichtung nach Fig 3 erzielt werden. Ein erster Vorteil besteht
in einer Vergrösserung der wirksamen Seitenkanallänge und damit in einer Wirkungsgradverbesserung
der erfindungsge-.
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mäßen Vorrichtung, da der von der Zunge 21 überdeckte Teil der Felge
7 um ein Vielfaches geringer ist als bei der bekannten Vorrichtung. Ein zweiter
Vorteil besteht in der Verringerung des durch die Zunge 21 verursachten Geräusches.
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Dieser Vorteil gestattet eine Verkleinerung der ansaug-bzw. druckseitig
installierten Schalldämpfer.
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+/ z.B. in der Breite dem einfachen Schaufelabstand des Laufrades
entsprechend,
Eine Verringerung des Geräuschpegels ergibt sich darüber
hinaus auch durch die mit der Anpassung der Leitschaufelform an die ideale mittlere
Stromungslinie 25 verbundene Leitschaufelkrümmung. Wie nachstehend noch begründet
werden soll, entsteht durch die Krümmung der Leitschaufel in der unteren Teilströmung
26 ein relativer Unterdruck gegenüber der oberen Teilströmung 27. Der relative Unterdruck
in der unteren Teilströmung 26 führt wiederum in begrenztem Umfang zu einer Absaugung
des Mediums von der Zunge 21 und aus den darunterliegenden, zwischen den Schaufeln
des Laufrades befindlichen Kammern und damit zu einer geringer@@ Geräuschentwicklung
durch die untere Teilströmung an dieser Stelle.
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Die Druckdifferenz zwischen der unteren una oberen Teil strömung 26
und 27 wird dadurch verursacht, daß der Strömungsweg an der unteren Leitschaufelfläche
größer ist als an der oberen Leitschaufelfläche. Aufgrund der unterschiedlichen
Strömungswege entste@nen entsprechend unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten,
die wiederum unterschiedliche dynamische Drücke an don Leitschaufelflächen hervorrufen.
Hierfür gilt die mathematische Beziehung
wobei p der Gesamtdruck vor der Leitschaufel, plder statische Druck an der oberen
Leitschaufelfläche, p2der statische Druck an der unteren Leitschaufelfläche, V1
die Strömungsgeschwindigkeit an der oberen Leitschaufelfläche, V2 die Strömungsgeschwindigkeit
an der unteren Leitschaufelfläche,
f spezifisches Gewicht des strömenden
Mediums g die Erdbeschleunigung, y'V der dynamische Druck an-der oberen Leitschaufelfläche
2g und der dynamische Druck an der unteren Leitschaufelfläche 2 ist.
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Aus der vorstehend mathematischen Beziehung ergibt sich ohne weiteres,
daß an der unteren Leitschaufelfläche rait dem gtMsseren Strömungsweg und damit
der größeren Strömungsgeschwindigkeit der statische Druck kleiner ist als Rn der
oberen Leitschaufelfläche.
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Anstelle der in Fig. 4 dargestellten einen Leitschaufel 22 bzw. 23
in dem Ansaug- und dem Druckkanal 18 bzw. 19 kann auch ein System von mehreren nebeneinander
angeordneten Leitschaufeln vorgesehen werden, welche eine Teilung der Eintritts-bzw.
Austrittsströmung in entsprechend mehrere Teilströmungen bewirken. Die Ausbildung
und Anordnung der einzelnen Schaufeln jedes Leitschaurelsystems erfolgt dabei nach
den gleichen Gesichtspunkten, wie sie vorstehend am Beispiel von nur einer Leitschaufel
erläutert wurden.