DE10022788B4

DE10022788B4 - Hot gas fan for installation in a chamber furnace

Info

Publication number: DE10022788B4
Application number: DE2000122788
Authority: DE
Inventors: Reinhard Grundmann; Carl Kramer
Original assignee: Individual
Current assignee: KRAMER, CARL, PROF. DR.-ING., 52076 AACHEN, DE
Priority date: 2000-05-10
Filing date: 2000-05-10
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2020-05-11
Also published as: DE10022788A1

Abstract

Heißgasventilator zum Einbau in einen Kammerofen
a) mit einem halbaxialen Laufrad (1),
b) an das sich unmittelbar eine 90°-Umlenkung (6) anschließt,
c) die den aus dem halbaxialen Laufrad (1) austretenden Volumenstrom radial von der Laufradachse wegführt,
d) mit einem Diffusor (7, 11),
e) in den die 90°-Umlenkung (6) mündet, und
f) mit einer weiteren, in einen Düsenkasten (14) mündenden Strömungsumlenkung (13),
g) der mit Düsen zur Blasung des zu erwärmenden Gutes versehen ist.Hot gas fan for installation in a chamber furnace
a) with a semi-axial impeller (1),
b) directly followed by a 90 ° deflection (6),
c) which leads away from the semi-axial impeller (1) flow radially away from the impeller axis,
d) with a diffuser (7, 11),
e) into which the 90 ° deflection (6) opens, and
f) with a further, in a nozzle box (14) opening out flow deflection (13),
g) is provided with nozzles for blowing the material to be heated.

Description

Die Erfindung betrifft einen Heißgasventilator zum Einbau in einen Kammerofen.The The invention relates to a hot gas fan for Installation in a chamber furnace.

Als Heißgasventilatoren sind Radialventilatoren und Axialventilatoren bekannt. Axialventilatoren werden üblicherweise auf einer freikragenden Welle gelagert. Um eine zu große, für den Heißgasbetrieb untaugliche Kraglänge der Welle zu vermeiden, werden die Ventilatoren in der Nähe einer Ofenwand eingebaut. Daher steht die für den Einbau eines Nachleitrades notwendige Einbaulänge nicht zur Verfügung. Die Leistungen eines solchen Ventilators, gekennzeichnet durch Druckzahl, Lieferzahl und Wirkungsgrad sind deshalb eher bescheiden. Die Druckzahlen liegen typisch bei 0,2, und die Lieferzahlen höchstens bei 0,3. Die Wirkungsgrade liegen höchstens bei 0,4.When Hot gas fans Radial fans and axial fans are known. Axial fans are usually stored on a free-standing shaft. Too large, unfit for hot gas operation cantilever length To avoid the wave, the fans are near one Furnace wall installed. Therefore, stands for the installation of a Nachleitrades necessary installation length not available. The performance of such a fan, characterized by pressure, Delivery number and efficiency are therefore rather modest. The pressure numbers are typically at 0.2, and the delivery figures at most 0.3. The efficiencies lie at most at 0.4.

Die DE 38 18 471 A1 zeigt einen Heißgasventilator mit einem Laufrad für einen Ofen zur Wärmebehandlung von Eisen- und Stahlteilen. Ein Flügel des Ventilators ist über dem Deckel der Heizkammer dieses Ofens angeordnet und wird von einem darauf befestigten Ventilatormotor angetrieben. Über einen an der Oberseite der Heizkammer mündenden, ringförmigen Ansaugkanal wird Gas aus dem Innern der Heizkammer zur Stirnseite des Ventilators gesaugt und von diesem radial nach außen in die Ventilatorkammer gefördert, von wo das Gas in rohrfömige Heizelemente gelangt.The DE 38 18 471 A1 shows a hot gas fan with an impeller for a furnace for the heat treatment of iron and steel parts. One blade of the fan is disposed over the lid of the heating chamber of this furnace and is driven by a fan motor mounted thereon. Gas is sucked from the interior of the heating chamber to the front side of the fan via an opening at the top of the heating chamber, annular intake and conveyed by this radially outward into the fan chamber, from where the gas passes into rohrfömige heating elements.

Weiterhin zeigt die DE 29 03 369 A1 ein Kleingebläse mit einem elektrischen Antriebsmotor, wie es beispielsweise in Haushaltsgeräten eingesetzt wird. Dieses Kleingebläse weist ein halbaxiales Laufrad und eine sich in das Laufrad unmittelbar anschließende 90°-Umlenkung auf, die den aus dem Laufrad austretenden Volumenstrom radial von der Laufradachse wegführt.Furthermore, the shows DE 29 03 369 A1 a small fan with an electric drive motor, as used for example in household appliances. This small fan has a semi-axial impeller and a 90 ° deflection immediately adjacent to the impeller, which radially guides away the flow exiting the impeller from the impeller axis.

Weiterhin zeigt das DE 68 01 232 ein halbaxiales Ventilatorlaufrad, bei dem die Schaufeln im äußeren Bereich kreisbogenförmig profiliert sind und zur Laufradachse hin eine Profilumkehr aufweisen. Dieses halbaxiale Ventilatorlaufrad soll bei der Raum- und Gerätebelüftung eingesetzt werden, bei der große Luftmengen gefördert werden müssen.Furthermore, that shows DE 68 01 232 a semi-axial fan impeller in which the blades are profiled arcuate in the outer region and have a profile reversal towards the impeller axis. This semi-axial fan impeller should be used for room and unit ventilation, where large quantities of air have to be pumped.

Heißgasradialventilatoren haben aus Festigkeitsgründen üblicherweise radial endende Schaufeln oder vorwärtsgekrümmte Schaufeln mit enger Krümmung, wie z. B. die Schaufeln von Heißgas-Trommelläuferventilatoren. Die Folge dieser Schaufelform ist eine relativ hohe absolute Abströmgeschwindigkeit mit einer relativ großen Komponente in Umfangsrichtung. Zur Erzielung der gewünschten statischen Druckerhöhung muss der dynamische Druck aus der Abströmung zumindest teilweise zurückgewonnen werden. Dies erfordert eine entsprechende Gestaltung des Gehäuses. So können z. B. Heißgas-Trommelläuferventilatoren günstig nur in 360°-Spiralgehäusen eingesetzt werden. Sie eignen sich daher nicht zum Einbau in der Ofendecke eines Kammerofens, in welchem die Abströmung vom Ventilator zu zwei gegenüberliegenden Seiten erfolgen muss. Für diesen Anwendungsfall werden meist Radialventilatorlaufräder mit längeren Schaufeln und schwächerer Vorwärtskrümmung eingesetzt, bei denen man versucht, durch Multidiffusoren einen gewissen Rückgewinn von statischem Druck zu erhalten. Ein weiterer Nachteil bei Radialventilatoren der vorerwähnten Art mit zweiseitiger Ausblasung des geförderten Volumenstroms ist die recht ungleichförmige Geschwindigkeitsverteilung über den beiden Ausblasquerschnitten. Das Verhältnis von maximaler Geschwindigkeit zu minimaler Geschwindigkeit beträgt üblicherweise mehr als 2. Der Unterschied ist auch noch in einem nachgeschalteten Düsenfeld zu spüren, so dass man hier von der sogenannten Ventilatordiagonalen spricht, weil die höchste Geschwindigkeit auf der einen Seite da auftritt, wo auf der anderen Seite sich die niedrigste Geschwindigkeit einstellt. Die Druckzahlen von Radialventilatoren mit schwach vorwärts gekrümmten Schaufeln liegen bei etwa 1,2, sind also deutlich höher als bei Axialventilatoren. Dafür sind aber die Lieferzahlen wesentlich geringer und erreichen für die vorgenannte Druckzahl kaum Werte über 0,25. Von dieser gegenüber einem Axialventilator wesentlich höheren Druckzahl muss jedoch ein beträchtlicher Teil für Strömungsverluste im Ausblasgehäuse aufgewendet werden, in welchem die Abströmung mit starker Umfangskomponente in die beiden gegengerichteten Ausblasrichtungen umgelenkt wird.Hot axial fans have strength reasons usually radially ending blades or forward curved blades with narrow curvature, such as z. B. the blades of hot gas drum fans. The consequence of this blade shape is a relatively high absolute outflow velocity with a relatively large one Component in the circumferential direction. To achieve the desired static pressure increase the dynamic pressure from the outflow must be at least partially recovered become. This requires a corresponding design of the housing. So can z. B. hot gas drum-type fans Cheap only used in 360 ° spiral housings become. They are therefore not suitable for installation in the furnace roof a chamber furnace, in which the outflow from the fan to two opposite Pages must be made. For This application will usually radial centrifugal fans with longer Shovels and weaker Forward curvature used, in which one tries, by means of multi-diffusers a certain recovery to get from static pressure. Another disadvantage with centrifugal fans the aforesaid Type with two-sided blow-out of the delivered volume flow is the rather non-uniform velocity distribution over the two outlet sections. The ratio of maximum speed at minimum speed is usually more than 2. The There is also a difference in a downstream nozzle field to feel, so that one speaks here of the so-called fan diagonal, because the highest Speed on one side occurs where on the other side the lowest speed is set. The pressure figures of Radial fans with slightly forward curved blades are included about 1.2, so are significantly higher as with axial fans. Therefore but the delivery numbers are much lower and reach for the aforementioned Pressure value barely exceeds values 0.25. From this opposite However, an axial fan much higher pressure must a considerable one Part for flow losses in the blow-out housing be spent, in which the outflow with a strong peripheral component is deflected in the two oppositely directed Ausblasrichtungen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die obigen Nachteile zu vermeiden und insbesondere einen Heißgasventilator zu schaffen, der eine ausreichende Druckzahl bei mindestens der Lieferzahl eines üblichen Axialventilators aufweist, der den Betrieb in einer Einbausituation mit zweiseitiger oder allseitiger Ausblasung ohne aufwendige und verlustreiche Strömungsleit- und -umlenkeinrichtungen gestattet und dabei in den Ausblasquerschnitten eine hinreichende Strömungsgleichmäßigkeit aufweist.Of the The invention is therefore based on the object, the above disadvantages to avoid and in particular to provide a hot gas fan, the sufficient number of pressure at least the delivery number of a conventional Axial fan which has the operation in a mounting situation with two-sided or all-round blow-out without elaborate and lossy flow control and -derleninrichtungen permitted and thereby in the Ausblasquerschnitten has sufficient flow uniformity.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den im Patentanspruch 1 beschriebenem Heißgasventilator mit halbaxialem Laufrad gelöst.These The object is achieved by the in claim 1 described hot gas fan with semi-axial Impeller solved.

Die Unteransprüche 2 bis 7 beschreiben vorteilhafte Ausführungsdetails.The under claims 2 to 7 describe advantageous embodiment details.

Im folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert werden. Die Figuren dienen der Veranschaulichung. Es zeigen:in the Following, the invention will be explained with reference to an embodiment. The figures are for illustration. Show it:

1 den Ventilator nach der Erfindung mit allseitiger radialer Ausblasung, dargestellt in einem schematischen Längsschnitt. 1 the fan according to the invention with all-round radial blow-out, shown in a schematic longitudinal section.

2 den gleichen Ventilator mit einer zweiseitigen Ausblasung und an die beiden Ausblasquerschnitte anschließender 90°-Umlenkung. 2 the same fan with a two-sided blow-out and 90 ° deflection following the two blow-off sections.

3a die in 2 schematisch dargestellt Ausblassituation bei Einbau eines Ventilators nach der Erfindung in der Decke eines Kammerofens für Bandbunde im Querschnitt. 3a in the 2 schematically illustrated blow-out situation when installing a fan according to the invention in the ceiling of a chamber furnace for band coils in cross section.

3b einen Längsschnitt des Kammerofens. 3b a longitudinal section of the chamber furnace.

4 die dimensionslosen Kennlinien ψ über φ und η über φ für die Einbausituationen nach 1 und 2, die für einen erfindungsgemäßen Ventilator im Modellversuch auf dem Prüfstand gemessen wurden. 4 the dimensionless characteristic curves ψ over φ and η over φ for the installation situations 1 and 2 , which were measured for a fan according to the invention in the model test on the test bench.

Kernstück des erfindungsgemäßen Ventilators ist ein Ventilatorlaufrad 1, das aus einer kegelig ausgeführten Ventilatornabe 2 und auf die Nabe 2 aufgesetzten zwei- oder dreidimensional gekrümmten Laufschaufeln 3 besteht. Der Ventilator ist in ein Rohr mit Kreisquerschnitt 4 eingebaut, das auf der Ansaugseite mit einem gerundeten Einlauf 5 versehen ist. Hinter dem Ventilatorlaufrad 1 schließt sich an das Kreisrohr 4 eine 90° Umlenkung 6 an, die in einen Radialdiffusor 7 mündet. Hinter dem Laufrad 1 befindet sich ein Abströmkörper 8, der vorteilhaft aus mindestens zwei Kreiskegelstümpfen 9 und 10 besteht.The heart of the fan according to the invention is a fan impeller 1 , which consists of a conical fan hub 2 and on the hub 2 attached two- or three-dimensional curved blades 3 consists. The fan is in a tube with circular cross-section 4 installed on the intake side with a rounded inlet 5 is provided. Behind the fan impeller 1 joins the circular tube 4 a 90 ° deflection 6 on that into a radial diffuser 7 empties. Behind the wheel 1 there is an outflow body 8th which advantageously consists of at least two circular truncated cones 9 and 10 consists.

Für den Einbau in der Decke eines Kammerofens ist die Ausführungsform mit zweiseitiger Ausblasung günstig, s. 2. Statt als Radialdiffusor wird der Diffusor als Plattendiffusor 11 ausgeführt. An die beiden Austrittsquerschnitte 12 schließt sich jeweils eine Strömungsumlenkung 13 an. Diese Umlenkung mündet z. B. in einen Düsenkasten 14, der im unteren Bereich mit den Düsen zur Beblasung des zu erwärmenden Gutes versehen ist. Die Breite des Düsenkastens 14 kann dabei derart gewählt werden, dass der Einbau einer Heizeinrichtung, wie z. B. der Einbau von Strahlheizrohren 15 in diesen Kasten möglich ist, wie dies in 3a schematisch gezeigt ist.For installation in the ceiling of a chamber furnace, the embodiment with two-sided blow-out is favorable, s. 2 , Instead of a radial diffuser, the diffuser becomes a plate diffuser 11 executed. At the two outlet cross sections 12 each closes a flow deflection 13 at. This deflection leads z. B. in a nozzle box 14 , which is provided in the lower area with the nozzles for blowing the material to be heated. The width of the nozzle box 14 can be chosen such that the installation of a heater such. B. the installation of Strahlheizrohren 15 in this box is possible, as in 3a is shown schematically.

Es kann zweckmäßig sein, zur Festlegung der Strömungsverzweigung in der Laufradabströmung zu den beiden Ausblasquerschnitten hin noch Strömungsteiler 16 einzubauen, wie in 2 angedeutet ist.It may be expedient, for determining the flow branching in the impeller outflow to the two Ausblasquerschnitten out flow divider 16 to be installed as in 2 is indicated.

Als günstig hat sich ein Nabenverhältnis auf der Eintrittsseite von 0,45 bis 0,65 erwiesen, das im Laufradaustrittsquerschnitt um 15 % bis 30 % ansteigt. Strömungsuntersuchungen haben gezeigt, dass trotz dieses relativ hohen Nabenverhältnisses die Abströmung hinter der Umlenkung im Radialdiffusor 7 bzw. in den dem zweiseitig ausblasenden Plattendiffusor 11 keinen nennenswerten Drall aufweist. Es kann also auf eine Strömungsumlenkung mit Hilfe eines Leitapparates völlig verzichtet werden. Dennoch beträgt die Strömungsungleichförmigkeit im Ausblasquerschnitt nur ca. ± 5 % vom Mittelwert und liegt damit um etwa eine Größenordnung unter der Ungleichmäßigkeit, die sich bei der Abströmung der vorbeschriebenen bekannten Radialventilatoren für vergleichbare Einbausituationen ergibt.A hub ratio on the inlet side of 0.45 to 0.65, which increases in the impeller outlet area by 15% to 30%, has proved to be favorable. Flow tests have shown that despite this relatively high hub ratio, the outflow behind the deflection in the radial diffuser 7 or in the two-sided Ausblasenden plate diffuser 11 has no significant twist. It can therefore be dispensed with a flow deflection using a diffuser completely. Nevertheless, the flow nonuniformity in the discharge cross section is only about ± 5% of the mean and is thus about one order of magnitude below the unevenness that results in the outflow of the above-described known centrifugal fans for comparable installation situations.

Wie die mit einem Modellventilator gemessene Kennlinie ψ und η über φ (s. 4) zeigt, ist ψ ~ 0,4 für φ = 0,3. Auch der Wirkungsgrad des Ventilators nach der Erfindung liegt einschließlich der Strömungsverluste in der Umlenkung 13 und bei der Erweiterung des Strömungsquerschnittes in der Umlenkung vom Querschnitt 12 auf die Breite des Düsenkastens 14 bei noch beachtlichen 50 % und ist damit wesentlich höher als der Wirkungsgrad, der mit bekannten Heißgasventilatoren für die gleiche Einbausituation erzielt werden kann.As measured with a model fan characteristic ψ and η over φ (s. 4 ), ψ ~ 0.4 for φ = 0.3. The efficiency of the fan according to the invention, including the flow losses in the deflection 13 and in the expansion of the flow cross-section in the deflection of the cross section 12 on the width of the nozzle box 14 at a considerable 50% and is thus much higher than the efficiency that can be achieved with known hot gas fans for the same installation situation.

Claims

Hot gas fan for installation in a chamber furnace a) with a semi-axial impeller ( 1 ), b) directly to a 90 ° deflection ( 6 ), c) that from the semi-axial impeller ( 1 ) radially away from the impeller axis, d) with a diffuser ( 7 . 11 ), e) in which the 90 ° deflection ( 6 ), and f) with another, into a nozzle box ( 14 ) flow diversion ( 13 ), g) is provided with nozzles for blowing the material to be heated.

Hot gas fan according to claim 1, characterized in that the impeller ( 1 ) a tapered hub ( 2 ) having.

Hot gas fan according to claim 2, characterized in that to the impeller hub ( 2 ) subsequent bodies ( 8th ) of at least one truncated cone ( 9 . 10 ), the base surface of the impeller ( 1 ) is turned away.

Hot gas fan after at least one of Claims 1 to 3, characterized in that the diffuser ( 7 . 11 ) has a width that does not change across the flow direction at least over a radial extent of the channel width.

Hot gas fan according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the outer diameter of the impeller ( 1 ) is approximately constant in the flow direction.

Hot gas fan according to at least one of the claims 1 to 5, characterized in that the hub ratio in Impeller inlet cross section 0.3 to 0.8, in particular 0.45 to 0.65 is, and in the impeller outlet cross section by 5% to 40%, in particular to 15% to 30%, increases.

Hot gas fan according to one of claims 1 to 6, characterized in that the blades ( 3 ) of the fan wheel ( 1 ) are curved at least two-dimensionally.