DE3335648A1 - Leitradloser axialventilator, insbesondere zur belueftung von waermetauschern - Google Patents
Leitradloser axialventilator, insbesondere zur belueftung von waermetauschernInfo
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Description
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPA 83 P 3 3 3 *» QE
Leitradloser Axialventilator, insbesondere zur Belüftung von Wärmetauschern
Die Erfindung bezieht sich auf einen leitradlosen Axialventilator,
insbesondere zur Belüftung von Wärmetauschern gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs Ij ein derartiger
Axialventilator ist durch eine offenkundige Vorbenutzung bekannt.
Das Nabenverhältnis D-/D_ der bekannten Ventilatoren lag
bei Werten D./D :=>· 0,4 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, ins besondere 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 Druckunter schied, bei gleichzeitiger Forderung nach einem Mindestluftdruck
bei einem bestimmten Prozenzsatz dieser Luftmenge, z.B. bei einer wegen 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
G ■
—ζ— VPA 83 P 3 3 3 k DE
—ζ— VPA 83 P 3 3 3 k DE
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 D./D0 zur Erzielung
einer möglichst gleichmäßigen Geschwindigkeitsverteilung und damit geringen Geräuschentwicklung,
b) Erhöhung der Druckziffer,
c) Erhöhung der Volumenziffer.
30
30
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.
y.> Durch die Vorgabe maximaler Einbauverhältnisse sowie
—^- VPA 83 P 3 3 3 \ DE
von erforderlichem Druck und erforderlichem Volumenstrom sind die Dimensionsgroßen: 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./D_ 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 abhangigen
dimensionslosen Größen der Durchmesserzahl und Schnellaufzahl bekannt. In Abhängigkeit von diesen Grö-Ben
wird in dem genannten Lehrbuch jeweils ein bestimmtes Nabenverhältnis empfohlen, mit dem ein optimaler
Wert in Verbindung mit einem guten Wirkungsgrad gewährleistet werden kann. Ein wesentliches Abweichen von den
empfohlenen Werten soll zur Folge haben, daß kein guter 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.
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 für
.Ir·
—a— VPA 83 P 3 3 3 J* DE
Volumenstrom 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 führt.
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 zu den abströmseitigen Enden der Schaufeln anschließt,
wobei die Größe 1_ die Sehnenlänge des Schau-
et
felprofils im Außenschnitt bezeichnet, sowie dadurch,
daß die abströmseitigen Ecken der Schaufeln entsprechend einem Krümmungsradius von 0,1 1_ bis 0,3 1 abgerundet
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 Gehäuseteil anschließt, um etwa 25 % sprunghaft vergrößert
ist; spezielle Konstruktionsparameter fur eine Laufradauslegung,
eine spezifische Abrundung der Schaufelecken sowie das Vorhandensein eines zumindest abströmseitigen
Schutzgitters fehlen jedoch.
5
5
Die für 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
gleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung mit reduzierten Spitzenwerten hinter dem Ventilator und somit eine
weitere Geräuschminderung, 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 Diffusor-Gehäuseteil ein Gesamtöffnungs-
bzw. Durchmesserverhältnis von l,03iD2/Dft^ 1,25 und
eine gesamte axiale Länge von 0,10 D„^ 1D ^ 0,5 D^
vorgesehen ist, wobei Dft etwa die lichte Weite des Ventilatorgehäuses im Bereich des Laufrades und D2
den größten Durchmesser des Diffusor-Gehäuseteils bezeichnet.
Eine herstellungstechnisch besonders günstige Ausführung des Diffusor-Gehäuseteils ist dadurch gekennzeichnet, daß
für diesen Gehäuseteil zunächst eine hinter dem Laufrad
A.
—6— VPA 83 P 3 3 3 h OE
beginnende plötzliche Erweiterung mit einem Steigungswinkel: 15" ^· oi.1 ^ 60° bis auf ein Durchmessermaß:
1,02 Dfta==; D2ii^D2 unc* e^-ne anschließende allmähliche
Erweiterung mit dem Steigungswinkel: O0^oC2== io° 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.
Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden im folgenden anhand eines schematisch
dargestellten Ausführungsbeispiels in der Zeichnung näher erläutert; darin zeigen:
Fig. 1 die Seitenansicht einer in einem Ventilatorgehäuse 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.
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 i-st eine im wesentlichen aus einem Antriebsmotor
M mit auf dessen Abtriebswelle befestigtem Lüfterrad 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.
—*—. VPA 83 P 3 3 3 Ί OE
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß sich an den unmittelbar die Ventilatoreinheit M, LR
umgebenden ersten Gehäuseteil Gl austrittsseitig ein zweiter Diffusor-Gehäuseteil G2 von sprunghaft vergrößerter
lichter Weite im Abstandsbereich von ί 0,3 1 zu den abströmseitigen Ecken der Schaufeln S1-S8 anschließt,
wobei die Größe le die Sehnenlänge des Schaufelprofils
im Außenschnitt bezeichnet und als Ausgangspunkt des Abstandsbereichs laufradseitig von nicht abgerundeten
Ecken ausgegangen wird.
Um einerseits in lufttechnisch günstiger Weise eine 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: 150V ai-, ^ 60° bis
auf ein Durchmessermaß: 1,02 Dft^ D?l ^ D2 vor9esenen>
dem sich eine anschließende allmähliche Erweiterung mit einem Steigungswinkel: 0°£*£2<
10° auf das Durchmessermaß D2 anschließt; zweckmäßigerweise wird ein derart
ausgebildeter Diffusor-Gehäuseteil aus einem dem Durchmessermaß Dn zunächst entsprechenden Rohrstück hergestellt,
das durch einen die Außenmaße der Erweiterung aufweisenden Prägestempel aufgeweitet ist.
Nach weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist für das Diffusor-Gehäuseteil G2 ein Gesamtöffnungs-Durchmesserverhältnis:
1,03 ^ D2/Dft ^ 1,25 und eine gesamte axiale
Länge: 0,10 D«^ In^ 0,5 D* vorgesehen, wobei D„ etwa
die lichte Weite des Ventilatorgehäuses (erster Gehäuseteil Gl) im Bereich des Laufrades LR und D2 den größten
Durchmesser des Diffusor-Gehäuseteils G2 an seiner Aus-
trittsseite bezeichnet.
•Μ-
—β— VPA 83 P 3 3 3 k DE
Wie inbesondere aus Fig. 3 ersichtlich, ist im Sinne eines guten Luftradwirkungsgrades bei gleichzeitiger
hoher Geräuscharmut in Kombination mit der erfindungsgemäßen 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 le·^ r ^" 0,3 1 abgerundet
öl α
sind.
Weiterhin ist in Kombination mit den vorgenannten Konstruktionsparametern
des Ventilatorgehäuses und der abströmseitigen Ecken der Schaufeln unter Bezugnahme auf.
die Teilabwicklung der Nabe N gemäß Fig.4 mit den dort
eingetragenen Bezugsgrößen für die Drehrichtung D, die Luftströmungsrichtung L und einen im Außen- und Innenschnitt
dargestellte Schaufel eine erfindungsgemäße Laufradkonstruktion für einen leitradlosen Axialventilator
mit über den Umfang der Laufradnabe einer Ventilatoreinheit gleichmäßig bzw. ungleichmäßig verteilt -angeordneten
verwundenen profilierten Schaufeln mit derart gewölbter Skelettlinie, daß der Relativbetrag (f/1) von Wölbungshöhe
(f) der Skelettlinie über Schaufelsehne zu Abstandslänge (1) zwischen Vorder- und Hinterkante einer
Schaufel im Bereich: 0,02 s=s.f/l s=s;0,l liegt, durch folgende
Konstruktionsparameter gekennzeichnet:
0,25 ^ Di/n a ^ °>35
70° se ^1 <^ 80°
35° ^ fa - fi ^ 50°
0,7° ^ l./i <=r ι
mit folgenden Definitionen:
D_ = Außendurchmesser des Laufrades; D^ = Nabendurchmesser des Laufrades;
'»V
-*—- VPA 83 P 3 3 3 Ί OE
-*—- VPA 83 P 3 3 3 Ί OE
1 = Sehnenlänge zwischen Vorderkante und Hinterkante
des Schaufelprofils im Außenschnitt;
1. = Sehnenlänge zwischen Vorderkante und Hinterkante des Schaufelprofils im Innenschnitt;
Va ~ Scnaufeleinstell*'inkel am Außenschnitt einer
Schaufel gegen Umfangsrichtung D (Drehrichtung)
gemessen;
2". = Schaufeleinstellwinkel am Innenschnitt einer Schaufel gegen Umfangsrichtung D (Drehrichtung) gemessen.
2". = 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 Überdeckungsverhältnisse zugrundezulegen.
9 Patentansprüche
4 Figuren
4 Figuren
Claims (9)
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.
~ VPA 83 P 3 3 3 Ί OE
2. Leitradloser Axialventilator nach Anspruch 1, mit einem zusätzlichen, zumindest die Ventilatoreinheit
umgebenden Gehäuse, dadurch gekennzeichnet, daß sich an einen unmittelbar die Ventilatoreinheit (M,LR) umgebenden ersten Gehäuseteil
(Gl) austrittsseitig ein zweiter Diffusor-Gehäuseteil (G2) von sprunghaft vergrößerter lichter Weite im Abstandsbereich
von - 0,3 1Q zu den abströmseitigen Ecken
CL
der Schaufeln (S1-S8) anschließt, wobei die Größe I0
die Sehnenlänge des Schaufelprofils im Außenschnitt bezeichnet.
3. Leitradloser Axialventilator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
abströmseitigen Ecken der Schaufeln (S1-S8) entsprechend einem Krümmungsradius von 0,1 1-^ r.<0,3 1 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,.=s: 1,25 vorgesehen
ist, wobei Dft etwa die lichte Weite des Ventilatorgehäuses
(erster Gehäuseteil Gl) im Bereich des Laufrades (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 Dft ==■ In =~ 0,5 Dft vorgesehen ist, wobei Dft
etwa der lichten Weite des Ventilstorgehäuses (erster Gehäuseteil (Gl) im Bereich des Laufrades (LR) entspricht.
6. Leitradloser Axialventilator nach einem der Ansprüche
2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für den Diffusor-Gehäuseteil (G2) eine hinter dem
Laufrad (LR) beginnende plötzliche Erweiterung mit einem Steigungswinkel: 150^ 06, ^. 60° bis auf ein Durchmessermaß:
1,02 Dß< D2-, <
D2 und eine anschließende allmähliche Erweiterung mit dem Steigungswinkel: O11Wb^2 ^ 0° auf
das Durchmessermaß D2 vorgesehen ist.
7. Leitradloser Axialventilator nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der Diffusor-Gehäuseteil (G2) aus einem im Bereich seiner Erweiterung.mittels eines 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-Gehäuseteil (G2) zusammen ein einstückiges Rohrstück bilden.
9. Leitradloser Axialventilator nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß der Diffusor-Gehäuseteil (G2) ausströmseitig mit einem Schutzgitter (SG) versehen ist.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8130 | Withdrawal |