Minderleistungseffekt bei Radialventilatorlaufrädern mit Zwischenschaufeln

Abstract

Gemäß der Euler’schen Impulsmomentengleichung wird der Energieumsatz in einem Radialventilator unter anderem vom relativen Austrittswinkel des Laufrades beeinflusst. Dabei weicht die Richtung der Relativströmung am Austritt deutlich von der Schaufelrichtung ab. Diese Abweichung entsteht durch die Rotation des Bezugssystems und wird als Minderleistungseffekt bezeichnet. Im ersten Abschnitt der Arbeit wird der Minderleistungseffekt theoretisch untersucht. Der sogenannte Minderleistungsfaktor μ wird als ein Maß für die Abweichung zwischen der idealen, theoretisch möglichen und der tatsächlich erreichten Schaufelarbeit eines Laufrades definiert. Diese dimensionslose Größe wird durch die Schaufelanzahl, das Verhältnis der Durchmesser am Eintritt und Austritt sowie den Schaufelaustrittswinkel beeinflusst. Verschiedene Modelle, wie beispielsweise Stodola, Eck, Busemann, von Backström etc, beschreiben diesen Faktor für Laufräder mit vollständiger Schaufelanordnung und werden in dieser Thesis ebenso verglichen. Im weiteren Teil der Arbeit wird untersucht, welche dieser Modelle auf Laufräder mit Zwischenschaufeln anwendbar sind. Zwischenschaufeln werden bei Laufrädern mit kleinem Durchmesserverhältnis aufgrund von Festigkeitsanforderungen eingesetzt. Sie beeinflussen den Austrittswinkel am Laufrad und somit auch den Minderleistungsfaktor. Die Herleitung des geeigneten Modells zur Bestimmung des Minderleistungsfaktors wird erarbeitet, und der Einfluss der Zwischenschaufeln auf den Minderleistungsfaktor wird mathematisch analysiert, was den Kern dieser Arbeit bildet.

According to Euler's momentum equation, the energy conversion in a radial fan is influenced, among other things, by the relative outlet angle of the impeller. Thedirection of the relative flow at the outlet deviates significantly from the blade direction. This deviation is caused by the rotation of the reference system and is referred as the slip effect. In the first section of the thesis, the slip effect is examined theoretically. The so-called slip factor μ is defined as a measure of the deviation between the ideal, theoretically possible blade work of an impeller and the blade work actually achieved. This dimensionless quantity is influenced by the number of blades, the ratio of the diameters at the inlet and outlet, and the blade outlet angle. Various models, such as Stodola, Eck, Busemann, von Backström, etc., describe this factor for impellers with a complete blade arrangement and are also compared in this thesis. The rest of the thesis examines which of these models are applicable to impellers with splitter blades. These are used in impellers with a small diameter ratio due to strength requirements. They influence the outlet angle at the impeller and thus also the slip factor. The derivations of suitable models for determining the power loss factor are developed, and the influence of the splitter blades on the slip effect is analyzed mathematically, which forms the core of this work.