Ersterscheinung 2.3.2003
von J. Peter Apel
Die Axialschaufel
Anwendung der neuen Aerokinetik für Axialgebläse/Turbine
Application of the new aerokinetics for axial blower/turbine.
Wirkprinzip
Das Wirkprinzip eines Schaufelrades ist so zu verstehen: Die Schaufeln setzen mittels drücken und saugen ihrer Flächen in Richtung deren Senkrechten die Luft in Bewegung. Es ist die beim Taragflügel mit Abstrom bezeichnete Strömung. Dadurch entsteht Durchfluß in axialer Richtung.
Einwirkungen von Flächen auf Gase bzw. Fluide können nur in Richtung zu deren Senkrechten erfolgen.
Das gilt für die Druck- wie auch die Saugseite.
Physikalisches Schaufeldreieck
Vu = Umfangsgeschwindigkeit
(entspricht der Fluggeschwindigkeit des Tragflügels)
aE = Einstellwinkel der Schaufel
Vo : Wenn Luft mit dieser Geschwindigkeit durch
das Schaufelrad strömen würde, würden keine aerokinetischen
Wechselwirkungen zwischen Schaufel und Luft entstehen.
Das ist die Geschwindigkeit, mit der sich die Schaufel entspechend
ihrer Steigung und Drehzahl durch die Luft schraubt und ist
aerokinetischer 0=Punkt des Geschehens.
(Dem entspricht der mit Fluggeschwindigkeit bewegte
Tragflügel bei Null-Auftrieb.)
VL = erzeugte absolute Luftgeschwindigkeit
Vax = Axialgeschwindigkeit der Luft in der Schaufelebene
Vp = in Geschwindigkeit ausgedrückter Gegendruck (Staudruck)
VLth = theoretische absolute Luftgeschwindigkeit
bei Reibungs- und Gegendruckfreiheit
aW = wirksamer Anstellwinkel auf Grund von inneren
Druckverlusten und äußeren Gegendrücken.
Legt den Schaufelprofilanfangswinkel fest.
Luftströmungsvektor bei Vorströmung
für bewegte Schaufelräder, z. B. Flugzeugturbinentriebwerke
aEv = fiktiver Einstellwinkel durch die Vorströmung
Vv = Vorströmgeschwindigkeit
VL´ = von der Schaufel erzeugte relative Geschwindigkeitserhöhung
VLv = aus Vv und VL´ sich ergebende
absolute Luftströmung in der Schaufelebene.
Grundsatzformeln
Die grundsätzliche Berechnung für ein Axialgebläse ohne Vorströmung und Gegendruck ist außerst einfach. Die verlustfrei zu erzielende absolute Luftgeschwindigkeit durch ein Gebläserad ist:VLth = Vu * sin aE
Für Reibungsverluste und Gegendrücke ist die Geschwindigkeit Vp, die diese Drücke als Staudruck hervorrufen würden, ab zu ziehen.Vp = (2 * Delta p * 1/rho)hoch 0.5
Es ergibt sich die reale Luftgeschwindigkeit VL.Vax = VL * cos aE
Für Durchfluß Null ergibt sich der maximale Druck zu:pmax = rho/2 * (Vu * sin aE)hoch 2
Physikalisch ergibt sich der max. Druck aus der Geschwindigkeit, mit der sich die Schaufelfläche in ihrer Senkrechten gegen die Luft bewegt. Oder: es ist der Staudruck, der sich aus der Relativbewegung in der Flächensenkrechten zwischen Fläche und Luft bilden muß. Beim Tragflügel erzeugen die in identischer Weise entstehenden Drücke die Luftkraft!