DE8328196U1 - Leitradloser Axialventilator, insbesondere zur Belüftung von Wärmetauschern - Google Patents

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPA 83 p 3 3 3 Ί OE

Leitradloser Axialventilator, insbesondere zur Belüftung von Wärmetauschern

Die Erfindung bezieht sich auf einen leitradlosen Axial« ventilator, insbesondere zur Belüftung von Wärmetauschern gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs Ij ein derartiger Axialventilator ist durch eine offenkundige Vorbenutzung bekannt.

Das Nabenverhältnis D₁ZD₈ der bekannten Ventilatoren lag bei Werten Dj/D^ °>⁴ sofern Ansprüche an Abreißsicherheit und hohe Druckerzeugung gestellt waren. Die Differenz der Schaufeleinstellwinkel am Außenschnitt bzw. am Innenschnitt entsprach dem üblichen Auslegungswinkel von ca. 28°. Das Verhältnis der Sehnenlängen im Innenschnitt zu dem im Außenschnitt war größer als 1.

Eine typische Anforderung an derartige Ventilatoren, insbesondere wenn sie zum Betrieb in Verbindung mit Kühlern eingesetzt werden sollen, ist die Forderung nach einer bestimmten Freiblasemenge, d.h. einer bestimmten geförderten Luftmenge ohne wesentlichen statischen Druckunterschied, bei gleichzeitiger Forderung nach einem Mindestluftdruck bei einem bestimmten Prozenzsatz dieser Luftmenge, z.B. bei einer weger Kühlervereisung oder Kühler- bzw. Filterverschmutzung um 30 - 40 % verminderten Freiblasemenge. Weiterhin soll die geforderte Luftmenge den Ventilator mit möglichst gleichmäßigem Geschwindigkeitsprofil und möglichst geringer Drallkomponente verlassen, wodurch Strömungsgeräusche an den beströmten und zu kühlenden Bauteilen klein bleiben. Ferner sind aus

Bk 2 Bim / 29.09.1983

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Einbaugründen die Maximalabmessungen derartiger Ventilatoren vorgeschrieben. Da weiterhin Saug- und Druckseite der Ventilatoren zugänglich sind, müssen aus Sicherheitsgründen dort Schutzgitter angebracht sein, die an sich den zuvor genannten Forderungen nachteilig entgegenstehen.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ausgehend von einem leitradlosen Ventilator der eingangs genannten Art ohne Notwendigkeit einer Vergrößerung bzw. Veränderung der Einbauverhältnisse, wie z.B. der Entfernung von ausströmseitigen Schutzgittern und ohne Verschlechterung des Laufradwirkungsgrades den spezifischen Schalleistungspegel wesentlich senken zu können.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt erfindungsgemäß durch die Lehre des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche.

Ausgehend vom lehrbuchmäßigen Stand der Technik sind zur Lösung der gestellten Aufgabe folgende Maßnahmen erfolgversprechend:

a) Verringerung des Nabenverhältnisses Dj/Dg zur Erzielung einer möglichst gleichmäßigen Geschwindigkeitsverteilung und damit geringen Geräuschentwicklung,

b) Erhöhung der Druckziffer,

c) Erhöhung der Volumenziffer.
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Diese drei dem Durchschnittsfachmann bekannten Auslegungsgrößen für Ventilatoren sind miteinander derart verkettet, daß die Größen a) und c) im gleichen Sinne jedoch entgegengesetzt zur Dimensionsgröße b) wirken. Durch die Vorgabe maximaler Einbauverhältnisse sowie

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- 3 - VPA 83 P 3 3 3 % OE

von erforderlichem Druck und erforderlichem Volumenstrom sind die Dimensionsgrößen: Druckziffer und Volumenziffer dadurch festgelegt, daß man versuchen wird, die Umfangsgeschwindigkeit bzw. Drehzahl des Laufrades aus Geräuschgründen möglichst klein zu halten. Der minimale zugehörige Wert der Umfangsgeschwindigkeit ist jedoch durch einen von der Bauart, insbesondere vom Nabenverhältnis D^ZD₈ des Laufrades abhängigen maximal möglichen Wert für die Druckziffer bestimmt. Als Auslegungsregel kann bekannterweise hierfür gelten, daß zum Erzielen eines guten Wirkungsgrades der Wert für die Druckziffer umso kleiner wird, je größer der Wert der Volumenziffer ist. Dieser Zusammenhang ist aus der einschlägigen Literatur als Cordier-Kurve bekannt. Aus dem Lehrbuch "Ventilatoren" von Bruno Eck, 1972, S.271, Abb.265, sind darüber hinaus modifizierte Zusammenhänge zwischen der Druckziffer und der Volumenziffer bzw. den davon linear abhängigen dimensionslosen Größen der Durchmesserzahl und Schnellaufzahl bekannt. In Abhängigkeit von diesen GrB-Ben wird in dem genannten Lehrbuch jeweils ein bestimmtes Nabenverhältnis empfohlen, mit dem ei*) optimaler Wert in Verbindung mit einem guten Wirkungsgrad gewährleistet werden kann. Ein wesentliches Abweichen von den empfohlenen Werten soll zur Folge haben, daß kein guWr

Wirkungsgrad erreichbar ist und insbesondere daß bei

Unterschreitung der lehrbuchmäßig empfohlenen. Werte des Nabenverhältnisses ein Abreißen der Strömung im Nabenbereich und eine entsprechende höhere Geräuschbildung eintreten.

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Die gemäß Patentanspruch 1 vorgesehenen erfindungsgemäßen Konstruktionsparameter liegen außerhalb der von der Fachliteratur empfohlenen Auslegung; trotzdem hat sich in überraschender Weise gezeigt, daß der erfindungsgemäße

Ventilator unter Einhaltung der geforderten Werte fur

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Voltunenstrom und Maximaldruck bei einem bestimmten Prozentsatz dieses Volumenstroms sowie bei gegebenen Maximaleinbauverhältnissen und möglichst geringer Umfangsgeschwindigkeit sowie einem geringen Nabenverhältnis Abreißerscheinungen im Laufrad nicht auftreten und die Strömung dem Zustand einer gleichmäßigen Geschwindigkeitsverteilung bei gegebenem Volumenstrom näher liegt als bei größerem Nabenverhältnis und daß der absolute Betrag dieser Geschwindigkeit geringer ist.

Außerdem hat sich gezeigt, daß der Druckverlust am austrittsseitigen Schutzgitter geringer ist, was zu einer weiteren Geräuschreduzierung in Folge geringerer zu erbringender Luftleistung und in Folge reduzierter Strömungsgeräusche fuhrt.

Eine weitere Geräuschminderung bei Gewährleistung der übrigen geforderten Daten läßt sich in vorteilhafter Weise dadurch erreichen, daß sich an einen unmittelbar die Ventilatoreinheit umgebenden ersten Gehäuseteil austrittsseitig ein zweiter Diffusor-Gehäuseteil von sprunghaft vergrößerter lichter Weite im Abstandsbereich von - 0,3 1_Q zu den abströmseitigen Enden der Schaufeln anschließt, wobei die Größe 1_ die Sehnenlänge des Schaufelprofils im Außenschnitt bezeichnet, sowie dadurch, daß die abströmseitigen Ecken der Schaufeln entsprechend einem Krümmungsradius von 0,1 1_ bis 0,3 1_ abgerundet

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sind.

Durch die DE-OS 25 21 416 ist zwar ein schallgedämpfter Axialventilator mit einer von einem Gehäuse umschlossenen Ventilatoreinheit bekannt, bei welcher der lichte Durchmesser des Gehäusestückes, welches sich an das den strömungsaktiven Teil des Ventilators ummantelnden Gehauseteil anschließt, um etwa 25 % sprunghaft vergrößert

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ist; spezielle Konstruktionsparameter für eine Laufradauslegung, eine spezifische Abrundung der Schaufelecken sowie das Vorhandensein eines zumindest abströmseitigen Schutzgitters fehlen jedoch.
5

Die fur den erfindungsgemäßen Ventilator gewählte Laufradauslegung mit hoher Arbeitsverteilung im Laufradaußenbereich ergibt in Kombination mit der zuvor beschriebenen Gehäuseausführung und Flügelkantenabrundung eine weitere Verbesserung im Hinblick auf eine möglichst gleichmaßige Geschwindigkeitsverteilung mit reduzierten Spitzenwerten hinter dem Ventilator und somit eine weitere Gerauschminderung, die insgesamt eine Absenkung von 3 bis 4 dB(A) ermöglicht. Auch diese Maßnahmen liegen zumindest teilweise im Widerspruch zur Lehrbuchmeinung, nach der die Vergrößerung des mittleren Spaltes zwischen Laufrad und umgebenden Gehäuse an sich eine Geräuschpegelanhebung erwarten lassen. Außerdem wird allgemein angenommen, daß sich die maximal mögliche Druckerzeugung (Abreißpunkt) bei größeren Spalten zwischen Laufrad und Gehäuse verschlechtert.

Als besonders zweckmäßige Konstruktionsauslegung für das gesamte, mit einem sprunghaft erweiterten Diffusor-Gehäuseteil versehene Ventilatorgehäuse hat sich eine Konstruktion erwiesen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß für das Dlffusor-Gehäuseteil ein Gesamtoffnungs- bzw. Durchmesserverhältnis von l,03£D₂/D_A^ 1,25 und eine gesamte axiale Länge von 0,10 D^ 1_Q ^ 0,5 D_ft vorgesehen ist, wobei D_A etwa die lichte Weite des Ventilatorgehäuses im Bereich des Laufrades und D₂ den größten Durchmesser des Diffusor-Gehäuseteils bezeichnet.

Eine herstellongstechnisch besonders günstige Ausführung des Diffusor-Gehäuseteils ist dadurch gekennzeichnet, daß für diesen Gehäuseteil zunächst eine hinter dem Laufrad

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- 6 - VPA 83P33 3 4DE

beginnende plötzliche Erweiterung mit einem Steigungswinkel: 15* sg Q^₁ s^ 60° bis auf ein Durchmessermaß: 1,02 D_ft==; D₂₁SsD₂ und eine anschließende allmähliche Erweiterung mit dem Steigungswinkel: O⁰^oI₂=S 10° auf das Durchmessermaß D₂ vorgesehen ist. In vorteilhafter Weise besteht der Diffusor-Gehäuseteil dabei aus einem im Bereich seiner Erweiterung mittels eines entsprechenden Prägestempels aufgeweiteten Rohrstück.

Did Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden im folgenden anhand eines schematisch dargestellten Ausfuhrungsbeispiels in der Zeichnung naher erläutert; darin zeigen:

Fig. 1 die Seitenansicht einer in einem Ventilatcrge-

häuse angeordneten Ventilatoreinheit eines leitradlosen Axialventilators,

Fig. 2 eine stirnseitige Draufsicht auf die Anordnung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 einen vergrößerten Teilausschnitt der Darstellung

in Fig.l,
Fig. 4 eine radiale Draufsicht auf einen Teil der als Abwicklung dargestellten Nabenoberfläche mit der Darstellung eines Schaufelprofils im Innen- und im Außenschnitt.

Gemäß Fig. 1, 2 1st eine im wesentlichen aus einem Antriebsmotor M mit auf dessen Abtriebswelle befestigtem LOfterrad LR mit Schaufeln S1-S8 bestehende Lüftereinheit in einem umgebenden Gehäuse angeordnet, das sich aus einem unmittelbar die Ventilatoreinheit M, LR umgebenden ersten Gehäuseteil Gl und einem zweiten Diffusor-Gehäuseteil G2 zusammensetzt. Sowohl an der Eintritt- als auch an der Austrittsseite des Gehäuses ist

Jeweils ein Schutzgitter SG befestigt.

- 7 - VPA 83P33340E ■ Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,

{ daß sich an den unmittelbar die Ventilatoreinheit M, LR

,' umgebenden ersten Gehäuseteil Gl austrittsseitig ein

zweiter Diffusor-Gehauseteil G2 von sprunghaft vergrö- \ 5 ßerter lichter Weite im Abstandsbereich von - 0,3 1_ §' zu den abströmseitigen Ecken der Schaufeln S1-S8 an-

schließt, wobei die Große 1 die Sehnenlänge des Schaufelprofils im Außenschnitt bezeichnet und als Ausgangs-

% punkt des Abstandsbereichs laufradseitig von nicht ab-

gerundeten Ecken ausgegangen wird.

Um einerseits in lufttechnisch gunstiger Weise eine j sprunghafte Erweiterung des Gehäuses zu erreichen und

andererseits diese Erweiterung mit möglichst geringem Fertigungsaufwand herstellen zu können, ist nach einer Ausgestaltung der Erfindung für den Diffusor-Gehäuseteil G2 eine hinter dem Laufrad LR im vorgenannten Sinne zunächst mit einem Steigungswinkel: 15⁰^^- oL^ ^ 60° bis auf ein Durchmessermaß: 1,02 ⁿ„$ ^u?i ^ ^D? ^vor9^esehen> dem sich eine anschließende allmähliche Erweiterung mit j einem Steigungswinkel: 0°^*^,^ 10° auf das Durchmesser

maß D₂ anschließt; zweckmäßigerweise wird ein derart ausgebildeter Diffusor-Gehäusetell aus einem dem Durchmessermaß Dj. zunächst entsprechenden Rohrstuck hergustellt, das durch einen die Außenmaße der Erweiterung aufweisenden Prägestempel aufgeweitet ist.

Nach weiterer Ausgestaltung der Erfindung 1st für das Diffusor-Gehauseteil G2 ein Gesamtöffnungs-Durchmesserverhältnis: 1,03«? D₂/D_A ^ 1,25 und eine gesamte axiale Länge: 0,10 D^ I_n^ 0,5 D_ft vorgesehen, wobei D^ etwa die lichte Weite des Ventilatorgehäuses (erster Gehäuseteil Gl) im Bereich des Laufrades LR und D₂ den größten Durehmesser des Dlffusor-Gehäusetells G2 an seiner Austrittsseite bezeichnet.

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- 8 - VPA 83 P333*»DE

D,	25 ί	Di/D	a	i ^r	0,35
70	ο s	^ ι			80°
35		a	Γ	50°
ο,	7° 5	I1Zl	a	1
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D. = Nabendurchmesser des Laufrades; Wie Inbesondere aus Fig. 3 ersichtlich, ist im Sinne 'j_:

eines guten Luftradwirkungsgrades bei gleichzeitiger $

hoher Gerauscharmut in Kombination mit der erfindungs- | gemäßen Aufweitung des Gehäuses im Bereich des Diffusor-Gehäuseteils G2 vorgesehen, daß zumindest die abströmseitigen Ecken der Schaufeln S1-S8 entsprechend einem
Krümmungsradius von 0,1 l_a^ r jS" 0,3 1_ abgerundet
sind.

Weiterhin ist in Kombination mit den vorgenannten Kon- ^} struktionsparametern des Ventilatorgehauses und der ab- » strömseitigen Ecken der Schaufeln unter Bezugnahme auf
die Teilabwicklung der Nabe N gemäß Fig.4 mit den dort
eingetragenen Bezugsgrößen fur ale Drehrichtung D, die |

Luftströmungsrichtung L und einen im Außen- und Innen- I schnitt dargestellte Schaufel eine erfindungsgemaße Laufradkonstruktion für einen leitradlosen Axialvefttilator r mit Ober den Umfang der Laufradnabe einer Ventilatorein- ' heit gleichmäßig bzw. ungleichmäßig verteilt angeordne-

ten verwundenen profilierten Schaufeln mit derart gewölb- ; ter Skelettlinie, daß der Relativbetrag (fZl) von WBlbungshöhe (f) der Skelettlinie ober Schaufelsehne zu ; Abstandslinge (1) zwischen Vorder- und Hinterkante einer | Schaufel im Bereich: 0,02 <TZl ^l0,1 liegt, durch fol- J'

gende Konstruktionsparameter gekennzeichnet: f.

mit folgenden Definitionen: |

D_e = Außendurchmesser des Laufrades? |

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1 s Sehnenlänge zwischen Vorderkante und Hinterkante

des Schaufelprofils Im Außenschnitt) 1, = Sehnenlange zwischen Vorderkante und Hinterkante des Schaufelprofils im Innenschnitt) f_a = Schaufeleinstellwinkel am Außenschnitt einer

Schaufel gegen Umfangsrichtung D (Drehrichtung) gemessen)
JT₁ s Schaufeleinstellwinkel am Innenschnitt einer

Schaufel gegen Umfangsrichtung D (Drehrichtung) gemessen.

Mit den vorgenanten Konstruktionsparametern ist das gesamte Schaufelprofil unter Zugrundelegung der üblichen Berechnungsverfahren für profilierte Schaufeln von Verdichtem und Ventilatoren bestimmbar) dabei sind die bei Konstruktionen von Axiallaufrädern üblichen und empfohlenen Uberdeckungsverhältnisse zugrundezulegen.

9 ansprüche
A Figuren

Claims (1)

1. -ίο - VPA

   1. Leitradloser Axialventilator, insbesondere zur Belüftung von Wärmetauschern, mit Ober den Umfang der Laufradnabe einer Ventilatoreinheit gleichmäßig bzw. ungleichmaßig verteilt angeordneten verwundenen profilierten Schaufeln mit derart gewölbter Skelettlinie, daß der Relativbetrag (f/1) von Wölbungshohe (f) der Skelettlinie über Schaufelsehne zu Abstandslänge (1) zwischen Vorder- und Hinterkante einer Schaufel im Bereich: 0,02 ^f/1 liegt, gekennzeichnet durch folgende weitere Konstruktionsparameter für das Laufrad der Ventilatoreinheit:

   0,25 ss: D₁ZD₃ ^ 0,35

   7o ^ J i ^~ 80

   35° «S jf - f *Sr ₅₀o

   0,7 ^ 1,/I_n ^ 1

   mit folgenden Definitionen:

   25D= Außendurchmesser des Laufrades: a

   D, = Nabendurchmesser des Laufrades;

   1 = Sehnenlänge zwischen Vorderkante und Hinterkante des Schaufelprofils im Außenschnitt;

   1, = Sehnenlänge zwischen Vorderkante und Hinterkante des Schaufelprofils im Innenschnitt;

   = Schaufeleinstellwinkel am Außenschnitt einer Schaufel gegen Umfangsrichtung D (Drehrichtung) gemessen;

   = Schaufeleinstellwinkel am Innenschnitt einer Schaufel gegen Umfangsrichtung D (Drehrichtung) gemessen.

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   iv 2. Leitradloser Axialventilator nach Anspruch 1, mit

   einem zusätzlichen, zumindest die Ventilatoreinheit

   |; umgebenden Gehäuse, dadurch gekenn-

   zeichnet, daß sich an einen unmittelbar die |, 5 Ventilatoreinheit (M,LR) umgebenden ersten Gehäuseteil f (Gl) austrittsseitig ein zweiter Diffusor-Gehäuseteil

   (G2) von sprunghaft vergrößerter lichter Weite im Ab-

   Standsbereich von - 0,3 l_a zu den abstromseitigen Ecken

   der Schaufeln (S1-S8) anschließt, wobei die Größe l_a die Sehnenlänge des Schaufelprofils im Außensc:-nitt bezeichnet.

   ; 3. Leitradloser Axialventilatcr nach Anspruch 2,

   dadurch gekennzeichnet, daß die abstromseitigen Ecken der Schaufeln (S1-S8) entsprechend einem Krümmungsradius von 0,1 I₃^ r.^0,3 l_g abgerundet sind.

   4. Leitradloser Axialventilator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß für

   '· das Diffusor-Gehäuseteil (G2) ein Gesamtöffnungs- bzw.

   Durchmesserverhältnis: 1,03^ D₂/D_fl^: 1,25 vorgesehen ist, wobei D_A etwa die lichte Weite des Ventilatorgehäuses (erster Gehäuseteil Gl) im Bereich des Laufrades 2b (LR) und D₂ den größten Durchmesser des Diffusor-Gehäuseteils (G2) bezeichnet.

   5. Leitradloser Axialventilator nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß für den Diffusor-Gehäuseteil (G2) eine gesamte axiale Länge: 0,10 D_Assl_D=»0,5 D_ft vorgesehen ist, wobei D_ft etwa der lichten Weite des Ventilstorgehäuses (erster Ge-, häuseteil (Gl) im Bereich des Laufrades (LR) entspricht.

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   6. Leitradloser Axialventilator nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für den Diffusor-Gehluseteil (G2) eine hinter dem
   Laufrad (LR) beginnende plötzliche Erweiterung mit einem Steigungswinkel: 15⁰^ ^₁ < 60° bis auf ein Durchmessermaß: 1,02 D^C D₂₁ ^ D₂ und eine anschließende allmfihliehe Erweiterung mit dem Steigungswinkel: O⁰Wb^₂^ 0° auf das Durchmessermaß D₂ vorgesehen ist.

   7. Leitradloser Axialventilator nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffusor-Gehöuseteil (G2) aus einem im Bereich
   seiner Erweiterung mittels einen entsprechenden Prägestempels aufgeweiteten Rohrstück besteht.

   8. Leitradloser Axialventilator nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Gehäuseteil (Gl) und der Diffusor-Geh&useteil (G2) zusammen ein einstückiges Rohrstück bilden.

   9. Leitradloser Axialventilator nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffusor-Geh&useteil (G2) ausstromseitig mit

   ^ einem Schutzgitter (SG) versehen ist.