CH662618A5 - RADIAL FAN. - Google Patents
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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. The invention relates to a centrifugal fan with an impeller with blades which are contained between a back disk and an annular disk cooperating with the inlet nozzle and guiding the axially inflowing medium and having an inlet edge assigned to the central passage through the annular disk for the medium and an outlet edge, which Inlet and outlet edges are assigned devices for influencing the turbulence structure in the blade inlet and outlet area.
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. Centrifugal fans have all the advantages of a significant disadvantage, namely their high noise level, which can reach 90 to 100 decibels, with the added factor that the composition of the noise spectrum of such fans is extremely unfavorable from the point of view of the irritant effect on humans. Especially from this latter point of view, the requirements with regard to low noise, which have been placed on the centrifugal fans, have been set higher and higher in recent years, in particular in the case of devices or systems which are operated in the immediate vicinity of people, e.g. B. air conditioning, heat pumps, hot air heating. Kitchen vents, garage vents, etc. In various applications, the fans have been housed in special, soundproofed rooms, or they have been connected to the suction and pressure channels of silencers. Such measures can be easily planned when planning ventilation and conditioning systems, but they cannot always be implemented in existing systems, quite apart from the fact that these measures are only possible in certain applications. For the majority of applications, as they occur again and again in everyday technical life, other secondary sound insulation and sound attenuation measures have been proposed, but they are all associated with a lot of construction and equipment and involve relatively high production costs. So e.g. was developed by J.I. Petrov in the Soviet journal «Vestnik masinostrojenijav (Maschinenbau-20 Anzeiger) issue 11, 1971, pages 40 and 41 proposed to attach turbulence screens to the inlet and outlet edges of the blades to reduce the noise level of radial fans. Although this arrangement brings certain improvements in noise, it has the disadvantage that considerable losses in efficiency are associated with it, with a deterioration in aerodynamic performance. In DE-PS 12 53 402 it has been proposed to distribute the distances between adjacent blades with a non-uniformity determined according to a specific calculation system in order to reduce the noise on multi-bladed radial fans which are used for venting electrical machines. The prerequisite is, of course, that the blades run radially. In these known arrangements, however, the total radiated sound energy is not reduced, but only distributed over a wider frequency band. The arrangement according to DE-OS 26 27 344, in which one gives the shape of a blunt cone with the suction side of the tip to reduce the noise of the back disk and allows it to be overlooked with respect to the blades and the circumference of the annular disk, has the disadvantage that, in addition to higher production costs, it brings with it a lower efficiency. The invention seeks to remedy this.
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. For the above-mentioned purpose, the present t5 invention has set itself the task of reducing the running noise, in particular the rotary sound of centrifugal fans, by means of primary measures using simple means, without the fan's performance and efficiency being affected.
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 For the above-mentioned purpose, according to the invention it is provided that, in order to influence the turbulence structure, at least one of the two edges of each blade has a toothed profile over at least part of the blade width in the direction of the depth of the blade. 55 Here, e.g. B. the blade leading edge in the direction of the depth of the blade have such a toothed or serrated profile or the blade leading edge or finally both edges, wherein the toothing or the toothed profile of the respective blade edge 60 can extend over the entire blade width or only over a part thereof Bucket width, e.g. B. the middle area, the area assigned to the ring disk or the area assigned to the rear disk. Such a design of the leading edge, as described above, 65 achieves a turbulent boundary layer on the blade surfaces, which helps to avoid or at least restricts noise-generating instabilities and vortex detachments. Through the appropriate formation of the trailing edges of the show
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. The pressure field rotating with the blades is evened out and the periodic changes in force on the circumference of the impeller are reduced. The overall result of the measures according to the invention described above is a reduction in the sound level, in particular at medium and high frequencies, and a strong weakening of the rotary sound. The running noise of such an impeller is subjectively more pleasant than the running noise of an impeller without the measures described above. The efficiency and the pressure-volume flow characteristic are only marginally and negligibly influenced. An impeller with turbulence generators according to the invention on the blade edges is also not dependent on an assignment to a housing and can also be operated in a free-running manner without a spiral housing.
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. The profile of the toothing or the serrated course on the blade edges of the impeller can be designed in various ways, e.g. meandering or U-shaped or finally zigzag, C-shaped or wavy or finally completely irregular, z. B. the transition between the individual teeth or teeth can be rounded or pointed or angular.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt: Es zeigen: Exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown in the drawing, in which:
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. 1 shows the impeller of a radial fan according to the invention in a side view in a schematic representation and in section, it being open whether this impeller is used with or without a spiral housing.
Fig. 2 und 3 Einzelheiten von zwei Varianten des Erfindungsgegenstandes wiederum in Seitenansicht im Schnitt und in grösserem Massstab, 2 and 3 details of two variants of the subject matter of the invention again in side view in section and on a larger scale,
Fig. 4 bis 9 Einzelheiten von verschiedenen weiteren Varianten des Erfindungsgegenstandes wiederum in Seitenansicht und in schematischer Teildarstellung und 4 to 9 details of various further variants of the subject of the invention again in a side view and in a schematic partial representation and
Fig. 10 eine schematische Darstellung eines Vergleichs hinsichtlich des Geräuschverhaltens zwischen einem Radialventilator bekannter Art und einem Radialventilator, der gemäss der Erfindung ausgebildet ist. 10 shows a schematic illustration of a comparison with regard to the noise behavior between a radial fan of a known type and a radial fan which is designed in accordance with the invention.
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. The radial fan according to the invention has an impeller 1 which e.g. backward curved blades. The blades 2, 3 are each contained between a back disk 4 and an annular disk 5, which cooperates with the inlet nozzle 6 and which takes over the medium flowing axially according to arrow 7 in the direction of arrows 8. The blades have an entry edge 10 assigned to the central passage 9 through the annular disk, and an exit edge 11, the entry and exit edges being assigned devices for influencing the turbulence structure in the blade inlet area or blade outlet area. 12 is the hub used to connect the impeller to the drive shaft. 1 is designed such that it is contained in and rotates in a spiral housing (not shown in the drawing because it is known). However, the arrangement according to the invention also makes it possible to use the impeller without a spiral housing, in which case the impeller is designed to run freely and is mounted without a housing.
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. It is provided according to the invention that, in order to influence the turbulence structure, at least one of the two edges 10 and 11 of each blade has a toothed or serrated profile over at least part of the blade width in the direction of the depth of the blade. The arrangement can of course also be such that either only the blade leading edge or only the blade leading edge is toothed or serrated, depending on the application, depending on the noise to be expected.
Bei der Variante nach Fig. 2 erstreckt sich die Verzahnung In the variant according to FIG. 2, the toothing extends
662 618 662 618
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. or the serrated shape of the blade edge 15 and the blade edge 16 over the entire blade width b, the toothing is shown at 17 and 18. In the variant according to FIG. 3, on the other hand, in the case of the blade trailing edge 19 of the blade 21, the toothing 20 extends only over the central region of the blade edge, while in the case of the blade leading edge 22 the toothing 23 extends over an annular disk 24 of the impeller 25 and adjoins it Part of the blade edge, for example up to about the middle of the blade edge or possibly end earlier. However, it can also be provided that the toothing or the serrated shape of the blade edge extends over a portion of the blade edge which is assigned to the rear disk 26 and adjoins this, this embodiment is not shown in the drawing.
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. The teeth of the zigzag shape can have different profiles, they can e.g. B. be U-shaped, as shown at 27 on the impeller 28 of FIG. 4. However, it can also have a zigzag profile, as shown at 29 on the impeller 30 of FIG. 5. On the other hand, it can also have an irregular profile, with deep and less deep, raised and less raised teeth, as shown at 31 on the impeller 32 of FIG. 6. The profile of the toothing or the zigzag shape can e.g. also be meandering, as shown at 33 on the impeller 34 according to FIG. 8. The profile of the toothing or of the zigzag-shaped course can be C-shaped, as shown at 35 on the impeller 36 according to FIG. 9, and finally it can also be wave-shaped, as shown at 37 on the impeller 38 of FIG. 7. In all of these cases it can be seen that the transition between the individual teeth or teeth is rounded (FIG. 4, FIG. 7, FIG. 9) or pointed or angular (FIG. 5, FIG. 6, FIG. 8) .
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. Applying the above-described inventive ideas results in the advantages already mentioned: A toothing or jagged design of the leading edge of the blade helps to avoid noise-generating instabilities and vortex detachments, a gearing or jagged design of the blade leading edges leads to an evening of the with the blades rotating pressure field and thus to reduce the periodic changes in force on the impeller. Overall, this results in a reduction in the sound level, particularly at medium and high frequencies, and a strong weakening of the rotary sound without influencing the efficiency and the pressure-volume flow characteristic curve to a significant extent. The running noise of an impeller according to the invention is subjectively perceived to be more pleasant than the running noise of an impeller of a known type. In FIG. 10 of the drawing there is a comparison between the noise generated by an impeller according to the invention, which are shown in this drawing on curve 50 (the curve shows the noise level in decibels recorded on the frequency), while curve 51 shows the noise in an impeller without turbulence generation, that is to say in an impeller of a known type.
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. Furthermore, it must be emphasized that the radial fan according to the invention achieves a noise reduction that is very considerable, as can be seen from the sketch, and is of the order of magnitude of 5 to 10% with the simplest design means; it is practically no additional effort necessary. In addition, an impeller with turbulence generators according to the invention on the blade edges does not depend on an assignment to a housing and can also be operated in a free-running manner without a spiral housing.
Die Erfindung kann mit gleichem Vorteil auch bei Radialventilatoren mit radial endenden oder vorwärtsgekrümmten Schaufeln verwendet werden. The invention can also be used with the same advantage in radial fans with radially ending or forward-curved blades.
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PL | Patent ceased |