CH662618A5

CH662618A5 - Radialventilator.

Info

Publication number: CH662618A5
Application number: CH5464/82A
Authority: CH
Inventors: Heinz Wieland
Original assignee: Gebhardt Gmbh Wilhelm
Priority date: 1981-09-22
Filing date: 1982-09-15
Publication date: 1987-10-15
Also published as: FR2513324A1; GB2105791A; DE3137554A1; FR2513324B1; GB2105791B

Description

Die Erfindung betrifft einen Radialventilator mit einem Laufrad mit Schaufeln, die zwischen einer Rückenscheibe und einer mit der Einlaufdüse zusammenwirkenden, das axial einströmende Medium führend übernehmenden Ringscheibe enthalten sind und eine dem zentralen Durchtritt durch die Ringscheibe für das Medium zugeordnete Eintrittskante sowie eine Austrittskante besitzen, welchen Ein- und Austrittskanten Einrichtungen zum Beeinflussen der Turbulenzstruktur im Schaufeleinlass bzw. -auslassbereich zugeordnet sind.

Radialventilatoren haben bei allen Vorzügen auch einen erheblichen Nachteil, nämlich ihren hohen Lärmpegel, der 90 bis 100 dezibel erreichen kann, wobei auch noch hinzukommt, dass die Zusammensetzung des Geräuschspektrums solcher Ventilatoren unter dem Gesichtspunkt der Reizwirkung auf den Menschen äusserst ungünstig ist. Vor allem aus diesem letztgenannten Gesichtspunkt heraus wurden die Anforderungen mit Bezug auf Geräuscharmut, die man an die Radialventilatoren gestellt hat, in den letzten Jahren immer höher angesetzt, insbesondere bei Geräten oder Anlagen, die in unmittelbarer Nachbarschaft des Menschen betrieben werden, z. B. Klimaanlagen, Wärmepumpen, Warmluftheizungen. Küchenentlüftungen, Garagenentlüftungen usw. In verschiedenen Anwendungsfällen hat man die Ventilatoren in beson-5 deren, schallgedämpften Räumen untergebracht, oder man hat sie mit den Saug- und Druckkanälen von Geräuschdämpfern verbunden. Derartige Massnahmen können beim Projektieren von Belüftungs- und Konditioniersystemen ohne weiteres eingeplant werden, sie lassen sich aber bei bereits vorhan-io denen Anlagen nicht immer realisieren, ganz abgesehen davon, dass diese Massnahmen nur in bestimmten Anwendungsfällen überhaupt möglich sind. Für die Mehrzahl der Anwendungsfälle, wie sie im täglichen technischen Leben immer wieder vorkommen, hat man andere sekundäre Schall-15 dämm- und Schalldämpfungsmassnahmen vorgeschlagen, die aber alle mit viel konstruktivem und apparativem Aufwand verbunden sind und relativ hohe Gestehungskosten mit sich bringen. So z.B. wurde von J.I. Petrov in der sowjetischen Fachzeitschrift «Vestnik masinostrojenijav (Maschinenbau-20 Anzeiger) Heft 11, 1971, Seite 40 und 41 vorgeschlagen, zur Verringerung des Geräuschpegels von Radialventilatoren an den Eintritts- und Austrittskanten der Schaufeln Turbulenzsiebe anzubringen. Diese Anordnung bringt zwar gewisse Geräuschverbesserungen mit sich, sie hat jedoch den Nach-25 teil, dass hiermit erhebliche Wirkungsgradverluste verbunden sind, mit einer Verschlechterung der aerodynamischen Leistung. In der DE-PS 12 53 402 ist vorgeschlagen worden, zur Verringerung der Geräusche an vielschaufligen Radiallüftern, die zum Belüften elektrischer Maschinen verwendet werden, 30 die Abstände zwischen benachbarten Schaufeln mit einer nach einem bestimmten Berechnungssystem ermittelten Ungleichmässigkeit zu verteilen. Voraussetzung ist natürlich, dass die Schaufeln radial verlaufen. Bei diesen bekannten Anordnungen wird jedoch die insgesamt abgestrahlte Schalles energie nicht vermindert, sondern lediglich über ein breiteres Frequenzband verteilt. Auch die Anordnung nach der DE-OS 26 27 344, bei der man zur Geräuschminderung der Rückenscheibe die Form eines stumpfen Kegels mit der Ansaugseite abgewendeter Spitze gibt und sie gegenüber den Schaufeln « und dem Umfang der Ringscheibe mit einem Rand übersehen lässt, hat den Nachteil, dass sie neben höheren Gestehungskosten einen schlechteren Wirkungsgrad mit sich bringt. Die Erfindung will hier Abhilfe schaffen.

Zu dem oben genannten Zweck hat sich die vorliegende t5 Erfindung die Aufgabe gestellt, das Laufgeräusch, insbesondere den Drehklang von Radialventilatoren durch primäre Massnahmen mit einfachen Mitteln zu senken, ohne dass hierbei die Leistung des Ventilators und dessen Wirkungsgrad in Mitleidenschaft gezogen werden.

5o Zu dem oben genannten Zweck ist gemäss der Erfindung vorgesehen, dass zum Beeinflussen der Turbulenzstruktur mindestens eine der beiden Kanten einer jeden Schaufel über mindestens einen Teil der Schaufelbreite in Richtung der Tiefe der Schaufel gesehen einen verzahnten Verlaufhat. 55 Hierbei kann z. B. die Schaufelaustrittskante in Richtung der Tiefe der Schaufel gesehen einen solchen verzahnten oder zackenförmigen Verlauf haben oder die Schaufeleintrittskante oder schliesslich beide Kanten, wobei die Verzahnung oder der zackenförmige Verlauf der jeweiligen Schaufelkante 60 sich über die ganze Schaufelbreite erstrecken kann oder nur über einen Teil dieser Schaufelbreite, z. B. den mittleren Bereich, den der Ringscheibe zugeordneten Teilbereich oder den der Rückscheibe zugordneten Teilbereich. Durch eine derartige Gestaltung der Eintrittskante, wie oben geschildert, 65 wird eine turbulente Grenzschicht an den Schaufelflächen erreicht, die geräuscherzeugende Instabilitäten und Wirbelablösungen vermeiden hilft oder zumindest einschränkt. Durch die entsprechende Ausbildung der Austrittskanten der Schau

fei kommt es zu einer Vergleichsmässigung des mit den Schaufeln rotierenden Druckfeldes und damit zur Reduzierung der periodischen Kraftänderungen am Laufradumfang. Das Gesamtergebnis der oben beschriebenen erfindungsge-mässen Massnahmen ist eine Herabsetzung des Schallpegels, insbesondere bei mittleren und hohen Frequenzen, sowie eine starke Schwächung des Drehklangs. Das Laufgeräusch eines solchen Laufrades wird subjektiv angenehmer empfunden als das Laufgeräusch eines Laufrades ohne die oben beschriebenen Massnahmen. Der Wirkungsgrad sowie die Druck-Volumenstrom-Kennlinie werden hierbei nur unwesentlich und vernachlässigbar wenig beeinflusst. Ein Laufrad mit erfin-dungsgemässen Turbulenzerzeugern an den Schaufelkanten ist zudem nicht von einer Zuordnung zu einem Gehäuse abhängig und kann auch freilaufend ohne Spiralgehäuse betrieben werden.

Das Profil der Verzahnung bzw. des zackenförmigen Verlaufs an den Schaufelkanten des Laufrades kann verschiedentlich ausgebildet sein, z.B. mäanderförmig oder U-förmig oder schliesslich zickzackförmig, C-förmig oder wellenförmig oder schliesslich auch völlig unregelmässig, wobei z. B. der Übergang zwischen den einzelnen Zähnen oder Zacken abgerundet oder spitz bzw. eckig sein kann.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt: Es zeigen:

Fig. 1 das Laufrad eines Radialventilators gemäss der Erfindung in einer Seitenansicht in schematischer Darstellung und im Schnitt, wobei offen ist, ob dieses Laufrad mit oder ohne Spiralgehäuse eingesetzt wird.

Fig. 2 und 3 Einzelheiten von zwei Varianten des Erfindungsgegenstandes wiederum in Seitenansicht im Schnitt und in grösserem Massstab,

Fig. 4 bis 9 Einzelheiten von verschiedenen weiteren Varianten des Erfindungsgegenstandes wiederum in Seitenansicht und in schematischer Teildarstellung und

Fig. 10 eine schematische Darstellung eines Vergleichs hinsichtlich des Geräuschverhaltens zwischen einem Radialventilator bekannter Art und einem Radialventilator, der gemäss der Erfindung ausgebildet ist.

Der erfindungsgemässe Radialventilator besitzt ein Laufrad 1, das z.B. rückwärts gekrümmte Schaufeln haben kann. Die Schaufeln 2, 3 sind jeweils zwischen einer Rückenscheibe 4 und einer Ringscheibe 5 enthalten, die mit der Einlaufdüse 6 zusammenwirkt und die das axial gemäss Pfeil 7 einströmende Medium in Richtung der Pfeile 8 führend übernimmt. Die Schaufeln besitzen eine dem zentralen Durchtritt 9 durch die Ringscheibe zugeordnete Eintrittskante 10, sowie eine Austrittskante 11, wobei den Ein- und Austrittskanten Einrichtungen zum Beeinflussen der Turbulenzstruktur im Schaufeleinlassbereich bzw. Schaufelauslassbereich zugeordnet sind. 12 ist die Nabe, die zur Herstellung der Verbindung zwischen Laufrad und Antriebswelle dient. Das Laufrad gemäss Fig. 1 ist erfindungsgemäss so ausgebildet, dass es in einem - in der Zeichnung nicht weiter dargestellten, weil bekannten - Spiralgehäuse enthalten ist, und in diesem umläuft. Die erfindungsgemässe Anordnung macht es jedoch auch möglich, das Laufrad ohne Spiralgehäuse zu verwenden, dann ist das Laufrad freilaufend ausgebildet und gehäuselos gelagert.

Erfindungsgemäss ist vorgesehen, dass zum Beeinflussen der Turbulenzstruktur mindestens eine der beiden Kanten 10 und 11 einer jeden Schaufel über mindestens einen Teil der Schaufelbreite in Richtung der Tiefe der Schaufel gesehen einen verzahnten oder zackenförmigen Verlauf hat. Die Anordnung kann natürlich auch so getroffen sein, dass entweder nur die Schaufelaustrittskante oder nur die Schaufeleintrittskante verzahnt oder gezackt ist, je nach dem Einsatzfall, je nach den zu erwartenden Geräuschen.

Bei der Variante nach Fig. 2 erstreckt sich die Verzahnung

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oder der zackenförmige Verlauf der Schaufelkante 15 und der Schaufelkante 16 über die gesamte Schaufelbreite b, die Verzahnung ist bei 17 und 18 dargestellt. Bei der Variante nach Fig. 3 hingegen streckt sich bei der Schaufelaustrittskante 19 der Schaufel 21 die Verzahnung 20 nur über den mittleren Bereich der Schaufelkante, während bei der Schaufeleintrittskante 22 die Verzahnung 23 sich über einen der Ringscheibe 24 des Laufrades 25 zugeordneten und an diese angrenzenden Teilbereich der Schaufelkante, der z.B. bis etwa in die Mitte der Schaufelkante reichen oder evtl. noch früher enden kann. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Verzahnung oder der zackenförmige Verlauf der Schaufelkante sich über einen der Rückscheibe 26 zugeordneten und an diese angrenzenden Teilbereich der Schaufelkante erstreckt, diese Ausführungsform ist in der Zeichnung nicht dargestellt.

Die Verzahnung der Zick-Zack-Form kann verschiedenes Profil haben, sie kann z. B. U-förmig sein, wie bei 27 am Laufrad 28 der Fig. 4 gezeigt ist. Sie kann jedoch auch ein zick-zackförmiges Profil haben, wie bei 29 am Laufrad 30 der Fig. 5 gezeigt ist. Sie kann andererseits auch ein unregelmässiges Profil, mit tiefen und weniger tiefen, hochstehenden und weniger hochstehenden Zacken aufweisen, wie bei 31 am Laufrad 32 der Fig. 6 gezeigt ist. Das Profil der Verzahnung oder des zickzackförmigen Verlaufs kann z.B. auch mäanderförmig sein, wie bei 33 am Laufrad 34 gemäss der Fig. 8 dargestellt ist. Das Profil der Verzahnung oder des zickzackförmigen Verlaufs kann C-förmig sein, wie bei 35 am Laufrad 36 gemäss Fig. 9 gezeigt ist, es kann schliesslich auch wellenförmig ausgebildet sein, wie bei 37 am Laufrad 38 der Fig. 7 gezeigt ist. In allen diesen Fällen ist zu erkennen, dass der Übergang zwischen den einzelnen Zähnen oder Zacken abgerundet (Fig. 4, Fig. 7, Fig. 9) oder spitz bzw. eckig (Fig. 5, Fig. 6, Fig. 8) ist.

Bei Anwendung der oben beschriebenen erfindungsge-mässen Gedanken ergeben sich die bereits erwähnten Vorteile: Eine Verzahnung oder zackenförmige Ausbildung der Eintrittskante der Schaufel hilft die geräuscherzeugenden Instabilitäten und Wirbelablösungen vermeiden, eine Verzahnung oder zackenförmige Gestaltung der Schaufelaustritts-kanten führt zu einer Vergleichmässigung des mit den Schaufeln rotierenden Druckfeldes und damit zur Reduzierung der periodischen Kraftänderungen am Laufrad. Insgesamt ergibt sich dadurch eine Herabsetzung des Schallpegels, insbesondere bei mittleren und hohen Frequenzen, sowie eine starke Schwächung des Drehklangs ohne Beeinflussung des Wirkungsgrads sowie der Druck-Volumenstrom-Kennlinie in nennenswertem Umfange. Das Laufgeräusch eines erfin-dungsgemässen Laufrades wird subjektiv angenehmer empfunden als das Laufgeräusch eines Laufrades bekannter Art. In Figur 10 der Zeichnung ist ein Vergleich zwischen den von einem erfindungsgemässen Laufrad erzeugten Geräusch, die in dieser Zeichnung auf der Kurve 50 dargestellt sind (die Kurve zeigt die Geräuschstärke in Dezibel aufgezeichnet auf der Frequenz), während die Kurve 51 die Geräusche bei einem Laufrad ohne Turbulenzerzeugung, also bei einem Laufrad bekannter Art zeigt.

Im übrigen muss noch betont werden, dass bei dem erfindungsgemässen Radialventilator eine Geräuschminderung, die sehr beachtlich ist, wie aus der Skizze hervorgeht, und in der Grössenordnung von 5 bis 10% liegt, mit einfachsten kosntruktiven Mitteln erzielt wird, es ist praktisch kein zusätzlicher Aufwand vonnöten. Zudem ist ein Laufrad mit Turbulenzerzeugern gemäss der Erfindung an den Schaufelkanten nicht von einer Zuordnung zu einem Gehäuse abhängig und kann auch freilaufend ohne Spiralgehäuse betrieben werden.

Die Erfindung kann mit gleichem Vorteil auch bei Radialventilatoren mit radial endenden oder vorwärtsgekrümmten Schaufeln verwendet werden.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Radialventilator mit einem Laufrad (1,25,28, 30,32, 34,36,38) mit Schaufeln (2,3,14,21), die zwischen einer Rückenscheibe (4,26) und einer mit der Einlaufdüse (6) zusammenwirkenden, das axial einströmende Medium führend übernehmenden Ringscheibe (5,24) enthalten sind und eine dem zentralen Durchtritt (9) durch die Ringscheibe (5, 24) für das Medium zugeordnete Eintrittskante (10,16,22) sowie eine Austrittskante (11,15,19) besitzen, welchen Ein-und Austrittskanten Einrichtungen zum Beeinflussen der Turbulenzstruktur im Schaufeleinlass- bzw. -auslassbereich zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass zum Beeinflussen der Turbulenzstruktur mindestens eine der beiden Kanten (10,11,15,16,19,22) einer jeden Schaufel (2,3,14,21) über mindestens einen Teil der Schaufelbreite (b) in Richtung der Tiefe der Schaufel gesehen, einen verzahnten Verlauf hat.

2. Radialventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufelaustrittskante (11,15,19) und/ oder die Schaufeleintrittskante (10,18,22) in Richtung der Tiefe der Schaufel (2,3,14,21) gesehen einen verzahnten Verlauf hat.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Radialventilator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung (17,18) der Schaufelkanten (15,16) sich über die gesamte Schaufelbreite (b) erstreckt.

4. Radialventilator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung (20) der Schaufelaustrittskante (19) sich über den mittleren Bereich der Schaufelkante erstreckt.

5. Radialventilator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung (23) der Schaufeleintrittskante (22) sich über einen an die Ringscheibe (24) angrenzenden Teilbereich der Schaufeleintrittskante erstreckt.

6. Radialventilator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung (23) der Schaufeleintrittskante (22) sich über einen an die Rückscheibe (26) angrenzenden Teilbereich der Schaufeleintrittskante erstreckt.

7. Radialventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil der Verzahnung mäanderförmig (33) oder U-förmig (27) oder zickzackförmig (29) oder wellenförmig (37) oder unregelmässig (31) ist.

8. Radialventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln (2,3, 14,21) rückwärts gekrümmt sind.