Walchetseder, D. (2015). Strömungstechnische Auslegung von radialen Heißgasventilatoren [Diploma Thesis, Technische Universität Wien]. reposiTUm. http://hdl.handle.net/20.500.12708/79985
E302 - Institut für Energietechnik und Thermodynamik
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Date (published):
2015
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Number of Pages:
81
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Keywords:
Radialventilator; Heißgas; Auslegung
de
Radial Fan; Hot Gas; Design
en
Abstract:
Bei der Förderung von Heißgasen (Fluidtemperaturen über 500 °C) mit Radialventilatoren kommt es mit der üblicherweise rückwärts-gekrümmten Schaufelgeometrie zur Überschreitung der, durch die hohe Temperatur abgesenkten, zulässigen Spannungen im Laufrad. Bei Ventilatoren sind in erster Linie die Fliehkräfte infolge der Rotation maßgebend und die Kräfte die vom Fluid auf das Laufrad ausgeübt werden, spielen aufgrund der geringen Dichte des Fördermediums nur eine untergeordnete Rolle. Durch die radial-endende Schaufelform können diese Spannungen auf ein erträgliches Maß verringert werden, da die Schaufeln durch die Fliehkräfte nur mehr in Längsrichtung und nicht mehr quer, auf Biegung, beansprucht werden. Mit der Vergrößerung des Schaufelwinkels auf 90° am Austritt steigt aber auch der Anteil der dynamischen Druckerhöhung (bis zu 50%) nach dem Laufrad welcher nur mit hohen Verlusten im Spiralgehäuse in die gewünschte statische Druckerhöhung umgewandelt werden kann. Aus diesem Grund werden im Regelfall rückwärts-gekrümmte Laufschaufeln verwendet, da dort der Großteil der statischen Druckerhöhung (mit weniger Verlusten) im Laufrad stattfindet und somit ein höherer Gesamtwirkungsgrad erzielt werden kann. Der zweckmäßig gewählte Schaufelwinkel von 90° am Austritt hat auch Einfluss auf die Grundauslegung des Laufrades und des Gehäuses. Es müssen deshalb die aus der Literatur bekannten Berechnungsschritte an die mehr oder weniger vorgegebene Schaufelform angepasst werden. Das betrifft im Besonderen die Wahl des Außendurchmessers sowie die Abschätzung der Minderleistung. Die hohen Fluidtemperaturen erfordern zudem noch einen vergrößerten Spalt zwischen (stillstehender) Einstromdüse und der vorderen Deckscheibe des (rotierenden) Laufrades um eventuelle Berührungen durch die unterschiedliche Wärmeausdehnung der einzelnen Bauteile auszuschließen.
For transportation of hot gases (fluid temperatures above 500 °C) in radial fans the stress in back-curved impeller blades rise above the stability limits which are decreased due to the high temperature. In centrifugal compressors the centrifugal forces are the major demands. Due to the low density, the inertia of the fluid has a marginal effect. With the assignment of radial tipped impeller blades the centrifugal forces have the same direction as the blades. As a result the forces normal to the blade surface and the bending moment become zero. The increased blade angle of 90° rises the proportion of the dynamic pressure up to 50% at the impeller outlet. The transformation of the dynamic pressure part in static pressure increase leads to high pressure losses in the spiral casing and a decreased efficiency. As a result of lower gas temperature centrifugal compressors usually are equipped with back-curved impeller shapes. The blade angle of 90° at the impeller outlet also influences the basic design of the impeller and the casing. Therefore, the common calculation methods of the literature must be adapted to the predetermined blade shape. This affects particularly the choice of the outer impeller diameter and the approach of the slip factor. The high fluid temperatures require also an enlarged gap between the inlet nozzle and impeller cover plate in order to avoid any contacts because of the different thermal expansion of the adjacent components.
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Additional information:
Abweichender Titel nach Übersetzung der Verfasserin/des Verfassers Zsfassung in engl. Sprache