193674. lajstromszámú szabadalom • Szerkezeti elrendezés áramlási veszteségek csökkentésére áramlástechnikai gépeknél és berendezéseknél
193674 1 A találmány tárgya szerkezeti elrendezés az áramlási veszteségek lecsökkentésére az áramlási irány megváltozása esetén, illetőleg rendezett áramlási viszonyok megvalósítására áramlástechnikai gépekben és berendezések ben. A találmány tárgyát képező szerkezeti elrendezés igen előnyösen alkalmazható radiális, félaxiális, illetőleg axiális ventillátorok és szivattyúk, valamint egyéb csővezetékek és légtechnikai berendezésekben, ott, ahol az áramlás beömlésénél és a lapátrácsra történő rááramlásnál, könyökben, hirtelen kereszt metszet csökkenés miatt az áramló közeg irányváltozásra kényszerül. Az irányváltozás, illetőleg a nem megfelelő irányváltozás miatt természetesen komoly veszteségek lépnek.föl, Ahhoz, fjogy a problémát, illetőleg a kitűzött feladatot kissé részletesebben is bemutassuk,'a""mellékelt ábrákon néhány példán ismertetjük az áramlás megváltozását, illetőleg az áramlás áramvonalainak irányváltozás esetén történő alakulását. Az 1. ábrán látható egy radiális átömlésű gépnél a gépbe való beáramlás során az áramlási irány megváltozása. Az ábrán látható az 1 járókerék és a 2 szívócső, látható továbbá, hogy a beáramló közeg a járókerék felé történő áramláskor jelentős irányváltozásra kényszerül. Látható az ábrán, hogy lényegében két helyen történik az irányváltozás: az egyik a gépbe való beömlés helye, a másik pedig az 1 járókerék és a 2 szívócső csatlakozási helye. Az ábrán bemutattuk azt, hogy az irányváltozás helyén, tehát a gépbe való beáramlás helyén és az 1 járókerék és a 2 szívócső csatlakozásnál, ahol az áramlásirány megváltozik, egy-egy leválási buborék képződik. Ez a leválási buborék egy összehúzódott kontrahált pramlási teret határol körül. Az áramlás kontrakcióját okozó leválási buborék két mechanizmus révén okoz áramlási veszteséget, egyrészt a Borda-Carnot jellegű veszteség keletkezik az összehúzódott folyadékáramlás kitágulásánál, másrészt az energia átalakulás hatásfoka csökken le, ha a lapátozás jelentős részét a leválási buborék foglalja el. Ez a gyakorlatban annyit jelent, hogy a lapátnak az alsó része nem is vesz részt a folyamatban, illetőleg a lapátnak ez a része a tervezettől eltérő viszonyok közt üzemel. Ugyanezt a jelenséget bemutatjuk a 2. ábrán az axiális gépeknél, ahol a beömlésnek a helyén ugyancsak keletkezik a leválási buborék, ffasonló jelenség figyelhető meg továbbá a 3, 4. és 5. ábrákon bemutatott jelenségeknél, azaz a 3. ábrán a csőbe való beszívás esetén mutatjuk be, a 4. ábrán ha az áramló közeg hirtelen keresztmetszetcsökkenésen kell átáramoljon, az 5. ábra pedig a sík diffúzor esetét mutatja be. Mindhárom ábrán, tehát a 3, 4. és 5. ábrán jól megfigyelhető a leválási buborékok keletkezése. Mivel tehát a leválási buborékok egyértelműen az áramlási veszteségek növeléséhez járulnak hozzá, eddig is sokirá-2 2 nyú kísérletet végeztek arra, hogy az áramlási veszteségeket lecsökkentsék. Az áramlás irányváltozásával járó veszteségek csökkentésének ismert módszere az, hogy az irányváltozás helyén lévő éleket lekerekítjük. Ennek eredményeként az áramlás megváltozása fokozatosan, kedvező kialakítás esetén pedig az áramlás jelentős leválása nélkül megy végbe. Hengerszimmetrikus áramlási keresztmetszeteket határoló élek lekerekítése negyed tóruszfelületek, vagy ehhez hasonló felületek kialakításával történhet, ami különösen lemezszerkezetek esetében bonyolult és költséges domborítási technológia alkalmazását teszi szükségessé, öntvényeknél és forgácsolással készített berendezéseknél vagy berendezési elemeknél a lekerekítés elkészítése költséges műveleteket és többlet anyagfelhasználást igényel. Még a legegyszerűbb esetekben is, például négyszögletes lemezcsatorna esetében, viszonylag bonyolult szerkezetet eredményez a lekerekítés, hengeres átmeneteknél viszont sok esetben ez a berendezés gyártástechnológiai szempontból legigényesebb része. Egyszerű lemeztechnológiával készülő radiális átömlésű ventillátoroknál például a járókerék előtt elhelyezkedő szívócsőből a járókerékbe való befordulás helyén a járókerék előlapon, vagy a szívócsővön — esetleg mindkettőn — az addigi megoldásoknál ki kell alakítani a tóruszfelületű lekerekítési. Míg a ventillátor összes többi eleme sík lemezből készül, vagy hajlítással kialakítható, ez a szerkezeti elem domborítást igényel. Ez rendkívül hátrányos abból a szempontból, hogy még azonos típuscsaládba tartozó gépek különböző méretváltozásainál is különféle és költséges sajtolószerszámra van szükség. Ennek elkészítése azonban csak nagy sorozatoknál kifizetődő, így kis sorozatú, vagy egyedi ventillátoroknál érthetően a szaktudást és nagy élőmunka ráfordítást igénylő kézi domborítást alkalmazzák. Ez a megoldás egyrészt költséges, másrészt pedig a termék minősége sem lesz sok esetben megfelelő. Nagyméretű berendezések esetében a toroidális felületeket előre sajtolt levelekből hegesztik össze, a radiális járókerekek előlapjának ilyen kialakítása azonban szilárdságtani szempontból kerülendő. Hasonló nehézségek merülnek föl szabadból szívó áramlástechnikai berendezések szívótölcséreinek vagy axiális, illetőleg félaxiális turbógépek agyának orrkúpjával is. Általában egy gyártóüzem többféle típusú áramlástechnikai gépet, például különböző ventillátorokat gyárt igen sokféle méretben és elrendezésben, így tehát az adott szerkezeti elemek megfelelő lekerekítése minden esetben igen komoly költségeket jelent. Más, például öntési technológiával előállított hasonló jellegű szerkezeti elemek — például öntött szivattyú, járókerék stb. — esetében a lekerekítések, befordulási helyek el-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
