DD297208A5

DD297208A5 - Axialventilator

Info

Publication number: DD297208A5
Application number: DD90343575A
Authority: DD
Inventors: Heinz Wieland; Helmut Fuchs; Ulrich Ackermann; Andreas Jacobs; Joachim Mohr
Original assignee: ��@��@��@�K@��Kk��
Priority date: 1989-08-23
Filing date: 1990-08-22
Publication date: 1992-01-02
Also published as: DE59010616D1; EP0413987A2; EP0413987B1; DE3927791A1; ES2095226T3; ATE146855T1; EP0413987A3; DK0413987T3

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Axialventilator, der ein mit Laufschaufeln 14 versehenes Laufrad 6 aufweist, das in einem von einer Wand umgebenen Stroemungskanal angeordnet ist. Um die bei Drosselung des Volumenstromes entstehende rotierende Abreiszstroemung mit den damit verbundenen Nachteilen, wie geringerer Wirkungsgrad, reduzierte Lebensdauer, hoeherer Energiebedarf sicher auszuschlieszen, ist in oder an der Wand 1 im Bereich der Schaufelspitzen 15 mindestens eine OEffnung 20; 25 vorgesehen, die kanalseitig mit einer Durchbrechungen 22 aufweisenden Abdeckung 21 versehen ist. Fig. 1{Axialventilator; Volumenstromdrosselung; rotierende Abreiszstroemung; Stroemungskanal; Schaufelspitzen; kanalseitige OEffnung; gasdurchlaessige OEffnungsabdeckung}

Description

Als besonders zweckmäßig hat es sich herausgestellt, eine über den Umfang des Laufrades durchgehende Öffnung vorzusehen, die nach Art eines Ringspaltes oder Ringkanales ausgebildet Ist. Besonders vorteilhaft ist es ferner, die Abdeckung in Kombination aus einer Grobabdeckung und einer Feinebdeckung auszugestalten. Beide Abdeckungen werden vorteilhafterweise aufeinanderfolgend und Insbesondere aneinander anliegend angeordnet, so daß ein sandwichartiger Aufbau erzielt wird. Die Grobabdeckung ist bevorzugt dem Strömungskanal zugewandt, wählend in diesem Falle die Feinabdeckung radial weiter außen öffnungsseitig vorgesehen Ist. Eine besonders günstige Abdeckungskombination ergibt sich, wenn als Grobabdeckung eine Art Lochblech und als Feinabdeckung eine feine Gazo verwendet werden.

Die bevorzugte Ringkanalbreite beträgt ca. 20-30% des Laufraddurchmessers, vorzugsweise 25%. Die Ringkanaltiefe wird zweckmäßlgerwelee in Abhängigkeit von der äußeien Kontu' des Ringkanals ausgebildet. Wenn der Ringkanal kreisringartig aufgebaut Ist, Ist eine Kanaltiefe von ca. dem 0,1· bis 0,5fachen des Laufraddurchmessers vorteilhaft. Auch andere Ringkanalkonturen können zweckmäßig sein, in Axialrichtung gesehen z. B. quadratisch oder rechteckig. Die Kanaltiefe wird in diesem Falle vorzugsweise Beträge zwischen 0 und dem 0,2fachen des Laufraddurchmessers einnehmen können. Im Grenzfall ist die Seitenlänge des Quadrates gleich dem Durchmesser des Strömungskanal, so daß begrifflich kein durchgehender Ringkanal mehr vorhanden ist, sondern nur noch vier Einzelöffnungen, die sich jeweils paarweise diametral gegenüberliegen und insbesondere zwei rechtwinkelig zueinander verlaufende Flächen besitzen. Auch andere Öffnungskonturen sind möglich, insbesondere solche mit runden bzw. abgerundeten Wandbereichen.

Die relative Axialposition zwischen Laufrad und zugeordneter Wandöffnung ist von Fall zu Fall wählbar. Von Vorteil ist es, wenn sich das Laufrad in Strömungsrichtung gesehen bereits zum Te" axial nach der zugeordneten Öffnung befindet. Ein Überlappungsgrad von ca. 50% ist hier zweckmäßig.

Es ist denkbar, auch bereits betriebsbereite Ventilatoren mit der erfindungsgemäßen Maßnahme nachzurüsten. Hierzu können z. B. in die den Strömungskanal umgebende Wand bzw. das Ventilatorgehäuse im Schaufelspitzenbereich Öffnungen eingeschnitten werden, über die dann die Feinabdeckung und weitere äußere Gehäuseabdeckungen gesetzt werden. Letztere können dabei gleichzeitig die Aufgabe von Gehäusefüßen übernehmen.

Ausführungsbeispiel Nachfolgend wird die Erfindung enhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen Fig. 1: eine erste Bauform des erfindungsgemäßen Axialventilators im Längsschnitt in schematischer Darstellung, Fig. 2: einen Querschnitt durch den Ventilator aus Fig. 1 entlang Schnittlinie H-Il, Fig. 3-5: in ebenfalls schematischer Darstellung und unter Weglassung des Laufrades verschiedene weil are

Ausführungsformen des Axialventilators und Fig. 6: einen Kennlinienvergleich zwischen einem Ventilator nach dem Stand der Technik und dem erfindungsgemäßen

Axialventilator. Von dem in den Fig. 1 und 2 nur schematisch und ausschnittsweise dargestellten Axialventilator erkennt man zunächst eine

hohlzylindrische Wand 1, die z.B. gleichzeitig das Ventilatorgehäuse bildet. An der Saugseite 2 ist sie innen trichterförmig unter

Bildung der Einlaufdüse 3 geformt. Die Wand 1 umschließt einen Strömungskanal 4. Darin ist, zwischen der Saugseite 2 und der axial nachgeordneten Druckseite 5,

ein Ventilator-Laufrad 6 angeordnet. Es ist um seine Längsachse 7 drehbar, die mit der Kanal-Längsachse 8 zusammenfällt. Der

Drehantrieb erfolgt über einen z. B. als Elektromotor ausgebildeten Motor 9, der das Laufrad 6 z. B. auf der Motorwelle 10 trägt. Auch de r Motor 9 ist zweckmäßigerweise im Strömungskanal 4 zentral angeordnet, wobei er sich an der Wand 1 ζ. Β. über

schemaiisch angedeutete Radialstreben 13 abstützen kann.

Das Laufrads 6 enthält mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Laufschaufeln 14. Deren Schaufelspitzen 15 liegen der

zylindrisch geformten Innenoberfläche 16 der Wand 1 mit radial gemessenem Spiel gegenüber. Im Betrieb führt das Laufrad 6eine motorgetriebene Rotationsbewegung z. B. gemäß Pfeil 17 aus, wodurch sich eine gemäß Pfeil 18 angedeutete axiale

Gasströmung von der Saugseite 2 zur Druckseite 5 einstellt. Bei dem gasförmigen Fördermedium handelt es sich insbesondere

um Luft.

Um den Phänomen des sogenannten „rotating stall" vorzubeugen, das auch als rotierende Abreißströmung bezeichnet werden

kann, ist in oder an der Wand 1 im Bereich der Schaufelspitzen 15 mindestens eine Öffnung 20 vorgesehen. Sie ist zum

Strömungskanal 4 hin, d. h. kanalseitig, mit einer Abdeckung 21 versehen. Dies weist eine Mehrzahl von Durchbrechungen 22

auf, über die die Öffnung 20 mit dem Strömungskanal 4 in Verbindung steht.

Mit dieser Maßnahme wird erreicht, daß auch in Betriebsphasen mil stark gedrosseltem Volumenstrom eine praktisch

ablösungsfreie Umströmung der Laufschaufeln 14 erfolgt. Dadurch bleiben die für die Durchströmung des Fördermediums zu

Verfügung stehenden Strömungsquerschnitte in den einzelnen Schaufelkanälen 23 zwischen jeweils zwei einander in Umfangsrichtung benachbarten Laufschaufeln 14 konstant unverändert und erfahren keine Querschnittsverringerung. Auch bei

hoher Drosselung ist das ftetriobsverhalten stabil, es treten weder Wechselbelastungen für die Laufradbestandteile noch

Lärmbelästigungen auf. Die Lebensdauer des Axialventilators steigt um ein beträchtliches Maß. Auch der Wirkungsgrad wird mangels verlustbehaftete.r Strömung gesteigert. Die Ventilator-Kennlinie in Fig. 6 zeigt zum Vergleich den Kennlinienverlauf Vs eines Ventilators gemäß Stand der Technik

(strichpunktiert) und den Kennlinienverlauf V_E des erfindunsgemäßen Ventilators. Auf der Ordinate ist die Druckerhöhung Δρaufgezeichnet, während über die Abszisse der Volumonstrom V aufgetragen ist. Man erkennt deutlich den Druckabfall beiabsinkendem Volumenstrom beim Stand der Technik, während die Kennlinie des erfindungsgemäßen Ventila'.ors auf r. !ndiesem kritischen Bereich wie im gesamten übrigen Bereich stabil ist.

Zurückkommend auf die Fig. 1 und 2 erkennt man, daß sich die öffnung 20 wie auch Ihre zum Strömungskanal 4 gewandte Mündung 24 vorzugsweise mindestens über einen Teilbereich der Wand 11n deren Umfangsrichtung erstrecken. Im Gegensatz zu anderen, später noch erläuterten Ausführungsformen erstreckt sich die Öffnung 20 vorteilhafterweise über den gesamten Wandumfang, so daß sie den Strömungskanal 4 praktisch koaxial umgibt. Man kann sie demzufolge als Ringkanal 25 bezeichnen. Der abgebildete Ringknnal 25 ist von einfacher Kontur und nach Art eines rundum laufenden Einstiches von soiten der Innenoberfläche 16 in ie Wand 1 eingebracht. Die Herstellung ist deshalb relativ kostengünstig. Seine in Fig. 1 ersichtliche Querschnittsform ist bevorzugt quadratisch oder rechteckig. Es ist aber auch eine gerundete Querschnittsform möglich, z. B. ein Kreisquerschnitt, wobei im Bereich der Mündung 24 ein Abplattung odei Abflachung vorliegen kann. Entsprechende Querschnittsgestaltungen sind bei jeglicher Ausführungsform der Öffnung 20 möglich.

Die in Radialrichtung gemessene Tiefe b dea beim Ausführungsbeispiel gemäß Flg. 1 und 2 als Kreisringkanal 25' ausgebildeten Ringkanals 25 ist über den gesamten Umfang konstant und beträgt vorzugsweise das 0,1- bis 0,2fache des Durchmessers d des Laufrades 6 oder des Durchmessers d' des Strömungskanals 4.

Während die öffnung 20 bei allen Ausführungsbeispielen in die Wand 1 eingelassen ist, kann sie bei anderen Ausführungsbeispfelen unter Umständen auch außen an der Wand vorgesehen und z. B. von Zusatzeinrichtungen begrenzt sein. Auch sei darauf hingewiesen, daß die Wand 1 nicht unmittelbar von einem Gehäuse gebildet sein muß, bei ihr kann es sich auch um ein im Ventilator angeordnetes Zusatzbauteil handeln, das eventuell auch nachträglich in den eigentlichen Ventilator-Strömungskanal eingebracht wird. Wichtig ist lediglich, daß im Umfangsboreich des Laufrades eine Einrichtung vorgesehen ist, die eine öffnung begrenzt.

Die Abdeckung 21 enthält vorzugsweise eine Feinabdeckung 29, die eine Vielzahl feiner bzw. feinporiger Durchbrechungen 22' aufweist. Al? Feinabdeckung kommt insbesondere ein Gewebe in Frage, und bevorzugt wir'!, wie beim Ausführungsbeispiel, als Feinabdeckung 29 sogenannte Gaze verwendet.

Die Verwendung gewobenen Materials als Feinabdeckung oder als Bestandteil der Feinabdeckun_d hat den Vorteil des Erhalts einer Vielzahl sehr kleiner Öffnungen bzw. Durchbrechungen, wie sie bie einem siebartigen Gewebe vorliegen. Je nach Bedarf läßt sich durch Webart die Maschenweite des Gewebestoffes auswählen.

Alternativ zur Feinabdeckung 29 kann die Abdeckung 21 auch eine Grobabdeckung 30 sein. Als besonders vorteilhaft hat es sich jedoch herausgestellt, eine Abdeckung 21 zu verwenden, die in Kombination sowohl eine Feinabdeckung 29 als auch eine Grobabdeckung 30 gleichzeitig umfaßt. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 und 2 ist dies der Fall. Die Grobabdeckung 30 enthält eine Mehrzahl größerer Durchbrechungen oder Löcher 22" und ist vorzugsweise nach Art eines Lochbleches ausgebildet. Es kann sich z.B. um ein hohlzylindrisch geformtes Abdockb.ind 31 handeln, das die Löcher 22" aufweist. Sie können in unregelmäßiger und vorzugsweise in regelmäßiger Folge vorliegen. Insbesondere sind sie entlang des Umfanges der Grobabdeckung 30 verteilt, die zweckmäßigerweise koaxial zum Strömung?kanal 4 angeordnet ist. Beim Ausführungsbeispiel sind Grobabdeckung 30 und Feinabdeckung 29 in Radialrichtung mit Bezug zur Längsachse 7,8 aufeinanderfolgend angeordnet. Beide Abdeckungen 29,30 sind praktisch bandförmig ausgebildet und haben dio Gestal* eines dünnwandigen, hohlzylindrischen Gebildes. Beide Gebilde sind koaxial zueinander angeordnet. Im Schnitt gesehen ergibt sich dadurch ein sandwichartiger Aufbau, wie die Vergrößerung in Fig. 2 deutlich macht. Obwohl beide Ringgebilde einander gegenüber beabstandet sein können, ist es doch zweckmäßig, sie unmittelbar aneinander anzubringen. Zweckmäßigerweise wird man die Grobabdeckung 30 mit der Feinabdeckung 29 beschichten. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, die Reihenfolge der Anordnung so zu wählen, daß die Grobabdeckung 30 dem Strömungskanal 4 zugewandt ist, während sich die Feinabdeckung 29 öffnungsseitig an der dem Strömungskanal 4 abgewandten radialen Außenseite der Grobabdeckung 30 befindet.

Zweckmäßigerweise befindet sich die Abdeckung 31 im Bereich der Mündung 24 der jeweiligen Öffnung 20. Sie stellt dadurch eine Begrenzung der andererseits insbesondere von Bereichen der Wand 1 begrenzten Öffnung 20 dar. Um die Strömung 18 möglichst nicht negativ 2U beeinflussen, kann die Abdeckung 21 versenkt in der jeweiligen öffnung 20 angeordnet sein, insbesondere dergestalt, daß die kanalseitige Abdeckungsoberfläche 32 bündig mit der Innenoberfläche 16 verläuft. Die Art und Weise der Befestigung der Abdeckung 21 im Bereich der Öffnung 20 ist in den Zeichnungen nicht näher dargestellt. Es versteht sich jedoch, daß bei Bedarf erforderliche Befestigungseinrichtungen vorgesehen werden können. Für Wartungszwecke ist es günstig, die Abdeckung 21 auswechselbar z.B. an der Wand 1 zu befestigen. Anstelle als Kreisringkanal wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 und 2 kann der Ringkanal 25 auch eine eckige Umfangskontur haben. Hierzu sei beispielhaft auf die Fig. 4 verwiesen, bei der der Ringkanal 25" in Axialrichtung 7,8 des Laufrades 6 bzw. Strömungskanals 4 gesehen eine eckige Außenkontur 33 aufweist. Zweckmäßigerweise handelt es sich um eine regelmäßige Eckkontur, vorzugsweise oin Viereck. Bei der abgebildeten bevorzugten Ausführungsform folgt die Außenkontur 33 des Ringkanals 25" einem Rechteck, so daß die in Radialrichtung gemessene Tiefe über die gemäß Pfeil 34 angedeutete Kanallänge veränderlich ist. Als Ringkanal 25" liegt ein Raum vor, der am Außenumfang und an den beiden Axialseiten von Flächen eines Ojdde, s begrenzt wird, während die Begrenzung am Innenumfang einer Zylinderfläche entspricht. Bei bem in Fig. 3 abgebildeten Sondarfall entspricht die Außenkontur 33 des Ringkanals 25" einem quadratischen Verlauf. Allerdings sind die Konturlinien stellenweise tangential an den Innenumfang 16 des Strömungskanals 4 herangetreten, so daß ein Ringkanai im eigentlichen Sinne nicht mehr vorliegt. Vielmehr ergeben sich mehrere In Umfangsrichtung des Strömungskanals 4 aufeinanderfolgende Einzelöffnungen 20', wobei benachbarte Öffnungen 20' durch die Berührbereiche zwischen Außenkontur 33 und Innenumfang 16 voneinander getrennt sind. Entsprechende Trennbereiche sind in Fig.3 bei 36 angedeutet.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 liegen vier Einzelöffnungen 20' vor, die einander jeweils paarweise diametral gegenüberliegen. Im Querschnitt gemäß Fig. 3 gesehen hat jede Öffnung 20' eine dreieckförmige Kontur, wobei die beim Strömungskanal 4 zugewandte Seite entsprechend dessen Radius abgerundet ist. Je nach Außenkontur des „Ringkanals" können auch mehr oder weniger Einzelöffnungen 20' entstehen. Die Tiefe des „Ringkanals" 25" gemäß Fig.3 ändert sich über den Verlauf seines Umfanges 34. Vorteilhaft ist hierbei, wenn die Tiefenwerte zwischen 0 und dem 0,2fachen dee Laufrad-Durchmessers oder des Strömungskanal-Durchmessers variieren.

Unabhängig vom jeweiligen Ausführungsbeispiel Ist es vorteilhaft, wenn die in Axialrichtung 7 des Laufrades 6 gemessene Breite a des Ringkanals 25 das 0,2- bis 0,3fache des Laufrad-Durchmessers d oder Strömungskanal-Durchmssers d' beträgt. Vorzugsweise betragt die Tiefe 25% des entsprechenden Durchmessers.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 Hegt kein durchgehender Ringkanal vor. Hier sind, wie bein Ausführungsbeispiel gemäß Fig.3, mehrere Einzelöffnungen 20/20' entlang des Umfanges des Laufrades β verteilt in der Wand 1 angeordnet. Als Unterschied zum Ausführungsbeispiel gemäß Fig.3 sind die Öffnungslosen Wan iberelche 38 in Umfpngsrichtung des Strömungskanals 4 gemessen größer. Die einzelnen Öffnungen 20' sind dadurch deutlicher voneinander abgesetzt. Außerdem besteht hler die Außenkontur 37 der Öffnungen 20' aus einer kontinuierlichen, gerundeten Fläche, insbesondere kreisbogenförmig gekrümmt.

Bei allen Ausführungsbeispielen sind Identische oder entsprechende Bauteile mit identischen Bezugszeichen versehen worden. Wenn von „Außenkontur" die Rede ist, wird jeweils Bezug genommen auf nach außen gerichtete Bereiche in bezug auf die Längsachse 7,8.

Die mindestens eine Öffnung 20 kann in einer Diametralebene angeordnet sein, die mit derjenigen des Laufrades 6 zusammenfällt. Eine derartige Anordnung ist id Fig. 1 bis38gestrichelt angedeutet. Bei bevorzugten Ausführungsformen ist das Laufrad allerdings in Axialrichtung gegenüber der Diametra!ebene der zugeordneten Öffnung 20 versetzt. Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 und 2 befindet bzw. befinden sich das Laufrad 6 bzw. die Schaufelspitzen 15 zumindest zum Teil axial neben der Öffnung 20. Das Laufrad 6 befindet sich also zum Teil axial außerhalb der Öffnung 20 bzw. dis Ringkenais 25. Hierbei befindet es sich zweckmäRigerwelse in dem druckseitigen Endbereich der Öffnung 20. Als bevorzugte Wert hat sich ergeben, den Überlappungsgrad so zu wählen, daß sich das Laufrad zu 50% Im Öffnungsbereich und zu 50% außerhalb des Öffnungsbereiches befindet.

Bei den Ausführungsbeispielen gemäß Fig.3 bis 5 sind die Abdeckungen der Öffnungen 20 der Einfachheit halber nicht dargestellt. Ihr Aufbau kann demjenigen des unter den Fig. 1 und 2 beschriebenen entsprechen. Je nachdem, ob ein durchgehender Ringkanal oder Einzelöffnungen vorliegen, können sich geschlossene, ringförmige Abdeckungen oder Einzelabdeckungen Verwendung finden. Die Abdeckungen können auch durchbrechungslos ausgebildet sein und allein durch ihre Formgebung, z. B. durch ihren Randverlauf, zusammen mit den umgebenden Bereichen der Wand 1 durch Freilassung die erforderlichen Durchbrechungen bereitstellen.

Claims

1. Axialventilator, mit einem Laufschaufeln aufweisenden Laufrad, das in einem von einer Wand umgebenen Strömungskanal angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß in oder an der Wand (1) im Bereich der Schaufelspitzen (15) mindestens eine Öffnung (20) vorgesehen ist, die kanalseitig mit einer Durchbrechungen (22) aufweisenden oder freilassenden Abdeckung (21) versehen ist.

2. Axialventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (21) eine feine oder feinporige Durchbrechungen (/!2') aufweisende Feinabdeckung (29) ist.

3. Axialventilator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (21) eine ein Gewebe umfassende Feinabdeckung (29) aufweist.

4. Axialventilator nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (21) eine Gaze enthaltende und insbesondere aus Gaze bestehende Feinabdeckung (29) aufweist.

5. Axialventilator nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (21) eine Grobabdeckung (30) mit einer Mehrzahl von Löchern (22,22') aufweist.

6. Axialventilator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Groabdeckung (30) lochblechartig oder gitterartig ausgestaltet ist.

7. Axialventilator nach Anspruch 5 oder 6, jeweils in Verbindung mit einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (21) in aufeinanderfolgender Anordnung eine Grobabdeckung (30) und eine Feinabdeckung (29) öfffnungsseitig angeordnet ist.

8. Axialventilator nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (21) im Mündungsbereich (24) der Öffnung (20) zum Strömungskanal (4) angeordnet ist.

9. Axialventilator nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Öffnung (20) und insbesondere auch ihre zum Strömungskanal (4) gerichtete Mündung (2¹*) mindestens über einen Teilumfangsbereich der Wand (1) erstrecken.

10. Axialventilator nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere mit Abdeckungen (21) versehene Öffnungen (2ü, 20') entlang des Umfangas des Laufrades (6) verteilt angeordnet sind, z. B. vier sich jeweils paarweise diametral mit Bezug zur Drehachse (7) des Laufrades (6) gegenüberliegende Öffnungen (20').

11. Axialventilator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenkontur (37) der Öffnungen (20,20'), in Axialrichtung (7) des Laufrades (6) gesehen, rund oder eckig ausgebildet ist.

12. Axialventilator nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Öffnung (20) über den gesamten Umfang der Wand (1) bzw. des Strömungskanals (4) erstreckt und einen mit der Abdeckung (21) versehenen Ringkanal (25) bildet.

13. Axialventilator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal (25) ein Kreisringkanal (25') ist.

14. Axialventilator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanaltiefe (b) zumindest in etwa das 0,1- bis 0,2fache des Laufraddurchmessers (d) beträgt.

15. Axialventilator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal (25,25"), in Axialrichtung (7) des Laufrads (6) gesehen, eine eckige und insbesondere viereckige Außenkontur aufweist, die zweckmäßigerweise quadratisch oder rechteckig ist.

16. Axialventilalor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenkontur (33) des Ringkanals (25") stellenweise tangential an den Innenumfang (16) des Strömugskanals (4) herantritt, bei quadratischer bzw. rechteckiger Außenkonturzweckmäßigerweise an zwei oder vier einander jeweils paarweise diametral gegenüberliegenden Stellen (36).

17. Axialventilator nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe (b) des Ringkanals (25") je nach Stelle seines Umfanges zumindest in etwa Werte zwischen 0 und dem 0,2fachen des Laufraddurchmessers (d) einnimmt.

18. Axialventilator nach Anspruch 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die in Axialrichtung (7) des Laufrades (6) gemessene Breite (a) des Ringkanals (25) zumindest in etwa das 0,2- bis 0,3fache und vorzugsweise das 0,25fache des Laufraddurchmessers (d) beträgt.

19. Axialventilator nach Anspruch 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (20) bzw. Öffnungen (20') dem Laufrad radial außerhalb gegenüberliegen und zweckmäßigerweise in einer gemeinsamen Diametralebene mit diesem angeordnet sind.

20. Axialventilator nach Anspruch 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (20) bzw. Öffnungen (20') mit Bezug zum Laufrad (6) axial versetzt angeordnet sind, derart, daß die Schaufelspitzen (15) zumindest zum Teil axial neben den Öffnungen angeordnet sind, z. B. um einen Betrag von etwa 50% ihrer in Axialrichtung (7) des Laufrades (6) gemessenen Breite.

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft oinon Axialventilator, mit einem Laufschaufeln aufweisenden Laufrad, das in einem von einer Wand umgebenen Strömungskanal angeordnet ist.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Axialventilatoron enthalten im Innern ihres Gehäuses ein beschaufeltes Laufrad, das mittels eines Motors in Rotation versetzbar ist. Das rotierende Laufrad fördert gasförmiges Medium, insbesondere Luft, in Axialrichtung von der Saugseite zur Druckseite. Der als Volumenstrom V bezeichnete Durchsatz pro Zeiteinheit hängt unter anderem von der Laufrad-Drehzahl ab. Das Betriebsverhalten bekannter Axialventilatoren wird bei zunehmender Drosselung des Volumenstromes instationär. Bei Unterschreitung eines maschinenabhängigen Mindestwertes beginnt die Strömung im Ventilator abzureißen. Als Folge bildet sich eins als „rotating stall" bezeichnete rotierende Abreißströmung aus. Die Ablösung der Strömung am Schaufelprofil, die sich bei stark verminderter Durchtirttsgeschwindigkeit einstellt, tritt nicht an allen Profilen gleichzeitig auf. Zunächst entsteht eine gewisse Ablösezone auf der Schaufelsaugseite. Der sich dadurch bildende Totraum ist gekennzeichnet durch starke innere Verwirbelungen, die mit einem hohen Energieverlust verbunden sind. Die dort durch die Ablösung entstehende Querschnittsversperrung bewirkt ein Ausweichen der Strömung, und bei Erreichen eines kritischen Volumenstromes, dem sogenannten Abrißpunkt, werden schlagartig einzelne Schaufelkanäle verstopft. Weil dadurch die Anströmung benachbarter Schaufeln beeinflußt wird, wandern die hinsichtlich ihrer Durchströmung behinderten Schaufelkanäle und laufen, relativ gesehen, um das Laufrad entgegen Jessen eigentlicher Drehrichtung, Als Resultat ergibt sich so eine stark pulsierende Strömung, die einen reibungslosen Betrieb in diesem instabilen Bereich unmöglich macht. In ungünstigen Fällen führen die auftretenden hohen Biege- und Biegewechselkräfte zu einer Zerstörung des Laufrades und von bauteilen der mit dem Ventilator betriebenen Anlage. In dem betreffenden Teillastbereich ist die Kennlinie des Axialventilators durch einen sprunghaften Druckabfall gekennzeichnet.

Der Betrieb des Ventilators in dem angegebenen kritischen Bereich ist außerdem mit einer starken Geräuschentwicklung verbunden.

Weil sich der Beginn des instabilen Betriebsbereiches meistens nur wenig entfernt vom optimalen [letriebspunkt befindet, muß die Auslegung besonders sorgfältig und mit hohem Aufwand vorgenommen werden. Es wurde bereits in der DE-OS 3322295 eine Problemlösung vorgeschlagen. Dort wird zusätzlich eine beschaufelter Ringksnal vorgesehen, der die Ablösungsströmung und den in ihr enthaltenen Drall aufnimmt und stabilisieren soll. Allerdings kann eine solche Ausführung nicht ohne weiteres auf beliebige Laufradgeometrien angewandt werden. Es ist sehr schwierig, die Beschauflung im Ringkanal zu optimieren, die dazuhin eine erhebliche Verteuerung des Ventilators bewirkt.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, auf einfache Weise das Entstehen einer rotierenden Abreißströmung zu unterbinden und die damit verbunden Nachteile wie verminderter Wirkungsgrad, geringere Lebensdauer, höherer Energiebedarf etc. auszuräumen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Axialventilator zu schaffen, der eine über den gesamten Volumenstrombereich stabile Kennlinie aufweist, wobei die getroffenen Maßnahmen problemlos an beliebigen Axialventilatoren und auch bei Axialverdichteri) anwendbar sein müssen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in oder an der Wand im Bereich der Schaufelspitzen mindestens eine Öffnung vorgesehen ist, die kanalseitig mit einer Durchbrechungen aufweisenden oder freilassenden Abdeckung versehen ist. Anstelle einer üblicherweise glatten Wand des das Laufrad enthaltenen Strömungskanals des Axialverdichters ist jetzt eine im Bereich der Schaufelspitzen mit mindestens einer Öffnung versehene Strömungskanalwand vorhanden. Sie kann z. B. als vom Strömungkanal ausgehend in die Wand eingebrachte Vertiefung ausgebildet sein. Zum Strömungskanal hin ist die Öffnung abgedeckt, wobei die hierzu verwendete Abdeckung Durchbrechungen aufweist. Die Folge der erfindungsgemäßen Ausgestaltung ist ein äußerst konstanter Kennlinienverlauf, unabhängig von der Intensität der jeweils vorgenommenen Drosselung. Auch bei sehr niedrigen Volumenstrombeträgen wird die Entstehung von „rotating stall" verhindert. Dabei ist der gegenüber einem konventionellen Ventilator erforderliche Aufwand relativ gering. Die baulichen Abwandlungen sind kostengünstig vornehmbar und können bei beliebigen Axialventilatoren angewandt werden. Komplizierte Auslegungsarbeiten erübrigen sich, vorteilhafterweise kann die Öffnung völlig unbeschaufelt ausgebildet sein. Wegen der verhindei <er, Entstehung der Abreißströmung reduziert sich die Geräuschentwicklung insbesondere in dem bisher kritischen Betriebsbereich beträchtlich. Die Erfindung läßt sich vorteilhaft sowohl bei einstufigen als auch bei mehrolufigen Ventilatoren und Verdichtern anwenden. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.