DD213977A1 - Grossaxialventilator - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Grossaxialventilator mit einer energetisch optimierten Laufradnabe. Das Ziel ist es, einen Grossaxialventilator fuer luftgekuehlte Waermeuebertrager zum Einsatz zu bringen, der eine Verringerung des Materialaufwandes ermoeglicht und auch im Teillastbetrieb energiesparend betrieben werden kann. Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Grossaxialventilator zu schaffen mit stabilem Arbeits-u. optimalem Wirkungsgradbereich unter gleichzeitiger Verbesserung der Waermeuebertragungsleistung. Die Aufgabe wird dadurch geloest, dass innerhalb der Laufradnabe mehrere, gleichmaessig verteilte, segmentfoermig ausgebildete Freiraeume vorgesehen sind, in denen in Axial- und Umfangrichtung schwenkbar gelagerte, arretierbare Verschlusselemente angeordnet sind.An den Verschlusselementen befindet sich eine Verstelleinrichtung.In Umfangsrichtung sind die Verschlusselemente verschiebbar angeordnet und profiliert oder eben geformt ausgebildet. Die Anordnung selbst kann auf einem beliebigen Radius innerhalb der segmentfoermig ausgebildeten Freiraeume erfolgen.

Description

a) Titel der Erfindung Großaxialventilator

b) Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Großaxiaiventilator mit einer energetisch optimierten Laufradnabe für den Einsatz in luftgekühlten Wärmeübertragern der chemischen Industrie. Ein weiteres Einsatzgebiet sind Ventilatorkühltürme in Kraftwerksanlagen sowie Anlagen der Luft- und Kältetechnik und im Bergbau*

c) Charakteristik der bekannten technischen Lossagen

Axialventilatoren sind seit langem in der Technik bekannt» Sie werden wie alle Strömungsmaschine!} für einen bestimmten Betriebspunkt ausgelegt. In diesem Punkt mit Nennvoluxnenstrom und Nenn förderliche arbeiten sie mit maximalem Wirkungsgrad. Der kleinste Durchmesser der Nabe wird dabei durch die Schaafelzahl, die Profillänge der Schaufeln, den Auftriebsbeiwert des SehaufβIprofils und die Bedingungen zur Verstellbarkeit der Laufschaufeln bestimmt* Um die Energieübertragung auf das Fördermedium so verlustarm wie möglich zu gestalten, werden entsprechend den bekannten technischen Lösungen die NabeB von Axialventilatoren auf der Saug-seite mit halbkugelförmigen Anströmkappen und auf der Druckseite mit einem Nabenabfluß versehen. Der Nabenabfluß ist in

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den bekannten Lösungen als zylindrisches Rohr oder als ein sich in Strömungsrichtung verjüngendes Kanälelernent mit und ohne Nabendiffusor ausgebildet« Da einerseits die Anlagenverluste nicht immer exakt- vorausbersch.not werden können und andererseits der Volumendurchsatz des FördernlitteIs in Abhängigkeit vom Bedarf geregelt werden muß, arbeiten die eingesetzten Axiaiventilatoren vielfach abseits vom Punkt besten ¥irkungsgrades« Beträgt zum Beispiel der ¥irkungsgrad eines Ventilators ±m Auslegungspunkt 85 $» dann sinkt er bei der Drosselung des Volumenstroms um 30 % durchschnittlich auf 50 »,. 55 $* -Die Abreißgrenze ist auch schnell erreicht.

Dabei treten bei Axialventilatoren sowohl auf der Druckais auch auf der Saugseite der Laufradebene große ¥irbelgebieta auf, die zu Strömungsablösungen auf dem Schaufelprofil und damit trotz Nabeηverkleidung und NabenabfluS zu hohen Strömungsverlusten führen. Diese Problematik ist seit langem bekannt» In der Fachliteratur, zum Beispiel B* Eck, Ventilatoren, Springer-Verlag Berlin/Göttingen/Heidelberg, 1962 α« a.. wird vorgeschlagen, die ¥irbelgebiete mittels radialer Leitflächen oder konzentrischer Ringe zu zerschneiden, um die; Strömung zu stabilisieren,

¥eitere Lösungen werden in der OS 23 52 236 "und in der AS 1^ 28 150 vorgeschlagen. Die Lösung in OS 23 52 ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Verschiebung der Abreißgrenze im Bereich der Grenzschicht zwischen Laufrad und Mantel durch den Spalt zwischen den Schaufeln des Laufrades und des Mantels in Förderrichtung eine Hilfsströmung zugeleitet wird, welche die gleiche oder höhere Energie wie die geförderte Luft hinter dem Laufrad besitzt, wobei die Stärke des Strahles so zu wählen ist, daß seine Kernströmung den Laufradspalt zumindest ausfüllt. Die Ringdüse ist dabei in einem solchen Abstand zum Rad anzuordnen, daß die auf dieser Strecke mitgerissene Luft an jeder Stelle des Strömungsquer-

schnittes die mittlere Strömungsgeschwindigkeit erreicht. Zur Aufnahme der HilfsströmuDg aus dem Bereich hinter dem Laufrad ist -im Mantel ein Ringspalt, uni den Mantel ein Ringkanal und vor dan: Laufrad eine Ringstraialdüse angeordnet. Diese Lösung ist einerseits mit einem zusätzlichen Materialaufwand verbunden, der für GroSventilatoren unvertretbare Ausmaße annimmt, und andererseits nicht erfolgversprechend, weil die Hilfsströmung der ohnehin energiearmen Grenzschichtströmung entnommen werden soll, um sie anschließend auf der Saugseite ait erhöhter Energie der Grenzschichtströmung zuführen zu wollen, ohne die Energie der Hilfsströmung tatsächlich zu erhöhen.

Die zweite Lösung, AS 14 28 150» sieht eine Veränderung der Nabe und der Nabenverkleidung mit Anströnikappe und NabenabfluB in der Art vor; daß ein Teil des das Laufrad bereits passierten Förderstroms durch .eine Einlaßöffnung im Nabenabfluß zu einer Auslaßöffnung in der Anströmkappe, die in die Ansaugzone der Sciiaufelfüße mündet und verstellbar ist, geführt wird. Dabei ist die Nabe durchbrochen» Alle diese technischen Lösungen basieren auf der zum Teil aus dem Verdichterbau übernommenen und in Modellversuchen bestätigten Vorstellungen über das Strömungsbild eines Modellventilators und die dabei gewonnene Erkenntnis über die Notwendigkeit einer vollständigen Nabenverkleidung im Punkt besten ¥irkungsgrade s.

Folgender Stand kann zusammengefaßt werden: Soll ein guter Yirkungsgrad erreicht werden, ist immer eine Nabenverkleidung vorgesehen. Dabei kann die Nabe geschlossen oder durchbrochen sein, Werden keine besonderen Ansprüche an den Wirkungsgrad gestellt, wird auf die Nabenverkleidung verzichtet, und die Nabe ist nicht durchbrochen, da eine Rückströmung aus dem Druckin den Saugraum vermieden werden soll. Im chemischen Apparate- und Anlagenbau ist es üblich, zum Beispiel

luftgekühlte Wärmeübertrager tai-t einer freien Anströmfläche der Wärineübertragungseiemante von mehr als 36 m mit Großaxialventilatoren auszurüsten, deren Laufraddurchmesser 5 πι und Nabendurchmesser 1,8m beträgt.

Die Anwendung der bekannten Lösungen zur Energieoptirnierung für den eingangs dargestellten Einsatzfall ist sehr materialintensiv und unter dem Gesichtspunkt höchster Materialökonomie nicht vertretbar. Zusätzlich führt die relativ große Nabe zu einer großen Ungleichförmigkeit der Luftströmung und damit zur Verminderung der ¥ärmeübertragungsleistung der luftgekühlten ¥ärmeübertrager»

d) Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, einen Großaxialventilator für luftgekühlte Wärmeübertrager zum Einsatz zu bringen, mit dem gegenüber den bekannten technischen Lösungen ein wesentlich geringerer Materialaufwand notwendig wird und der auch im Teillastgebiet energiesparend betrieben werden kann,

e) Darlegung des ¥esens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Großaxialventilator zu schaffen mit einem stabilen Arbeitsund optimalen Wirkungsgradbereich, der eine Verbesserung der Wärmeübertragungsleistung des luftgekühlten Wärmeübertragers garantiert«

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Laufradnabe mehrere, gleichmäßig verteilte,__ segaientförmig ausgebildete Freiräume aufweist, in denen in Axial----und Umfaagsrichtung schwenkbar gelagerte, arretierbare Verschlußelernente angeordnet sind« Die Verschlußelemente sind mit einer Versteileinrichtung gekoppelt, in Umf angsrichtung· verschiebbar angeordnet

und profiliert oder eben geformt ausgebildet. Die Anordnung selbst kann auf einem beliebigen Radius innerhalb der segmentför-mig ausgebildeten Freiräuae erfolgen.

f) Ausfohrungsbeispiel

Die Erfindung wird anitand eines Ausführungsbexspxels näher erläutert. Die dazugehörige Zeichnung zeigt:

Figur: Veotilatornabe mit segmentförmigen Freiräumea und Verschlußelementen - Draufsicht -

In einem Großaxialventilator ist erfindungsgemäß eine Laufradnabe 1 gelagert, die mehrere, gleichmäßig verteilte, segmentförmige Freiräume 2 aufweist, in denen in Axial— und Umfangsrichtung schwenkbar gelagerte, vorzugsweise durch Klemmbacken 4 arretierbare, eben geformt ausgebildete Verschlußelemente 3 angeordnet sind. Am Umfang der Laufradnabe 1 sind die Laufschaufeln 5 in bekannter ¥eise befestigt.

Der Großaxialventilator mit der erfindungsgemäßen Lösung arbeitet wie folgt:

Durch die Rotation des Laufrades überstreichen die Laufschaufeln 5 eine von der Laufradnabe 1 und dem Axialventilatorgehäuse begrenzte Kreisringfläche» Durch diese Kreisringfläche werden die Stromfäden geführt und erfahren immer dann einen Impuls, wenn eine Laufschaufel die Stromfäden schneidet. Dieser Vorgang ist instationär und bei Großventilatoren mit einer relativ niedrigen Impulsfrequenz behaftet. Die zwischen den einzelnen Stromflächen wirkenden Zähigkeitskräfte der Luft beeinflussen ebenfalls die Luftteilchen, die sich nicht in unmittelbarer Nähe der Laufschaufeln befinden. Gleichfalls wirkt dieser Strönjungsmechanismus auch dann, wenn die Laufradnabe 1 mit ein Ausströmkappe und einem Nabennachlauf verkleidet ist. Im vorliegenden Großaxialventilator mit der erfindungsgemäß ausgeführten Laufradnabe wird jedoch im Auslegungspunkt ein Teil des Luftstromes

durch die segmentförmigen Freiräume 2 von der Saugseite zur Druckseite gefördert. Der Fördermechanismus durch die Laufradnabe 1 resultiert aus einer Injektorwirkung der Luftströmung. Beim Einsatz des Großaxialventilators außerhalb des Bestpunktes, beispielsweise im stark gedrosselten Zustand, strömt ein Teil der Luft von der Ventilatordruckseite durch die Freiräunie 2 in der Laufradnabe 1 zur Saugseite. Durch die Überlagerung dieser Rückströmung mit der durch die Laufradschaufeln erzeugten Hauptströmung entsteht auf natürlichem Weg ein Strömungsbild, das dem aus der Überlagerung von Quelle, Senke und Parallelströmung entstehenden potentialtheoretischen Strömungsbild ähnelt» Über die Verstelleinrichtung werden die Verschlußelemente 3 innerhalb der segmentförmigen Freiräume 2 so geregelt, daß die Stärke der '•Quellen-Senken-Strömung¹¹ entsprechend der Einsatzerfordernisse des Großaxialventilators reguliert werden kann»

Der Einsatz des Großaxialventilators mit der erfindungs· gemäßen Laufradnabe 1 ist ebenfalls ohne Verstelleinrichtungen möglich*

Dia Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung sind:

- Wegfall der materialaufwendigen Nabenverkleidung an Großaxialventilatoren und Erreichung einer ''Quellen-Senken-Strömung¹¹ auf natürlichem "ffegj

- Verhinderung von Strömungsverlusten und Strömungsablösungen auf den Laufschaufeln bei gedrosselter Fahrweise;

- Senkung des Materialeinsatzes und Verringerung von Energiekosten im Teillastbereich des Großaxialventilators;

- Erhöhung der ¥ärmeübertragungsleistung durch den Abbau der ungleichförmigen Beaufschlagung der Tvarsieübertragungselemente des nach- oder vorgeschalteten luftgekühlten Wärmeübertragers,

Claims (3)

7 Srfindungsansorucb.

1. Asialventilator mit axial durchbrochener Laufradnabe, gekennzeichnet dadurch, daß die Laufradnabe (i) gleichmäßig verteilte, segmentförsig ausgebildete Freiräuxne

2. Axialventilator mit axial durchbrochener Laufradnabe nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Verschlußeleinente (3) fnit einer bekannten Verstelleinrichtung gekoppelt und in Umfangsrichtung verschiebbar angeordnet sind*

(2) aufwei.st, in denen in Axial- und Utnfangsrichtung schwenkbar gelagerte, arretierbare Verschlußelesente

(3) vorhanden sind,

3* iLxialventilator mit asial durchbrochener Laufradnabe nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Verschlußelemente (3) profiliert oder eben geformt und auf einem beliebigen Radius den segmentförmig ausgebildeten Freiräumen (2) zugeordnet sind.

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