DE102010051759A1 - Axial fan with downstream diffuser and a device for equalizing the flow velocity - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Axiallüfter für den Einsatz in Trocknungsanlagen von Ziegeleien vorgeschlagen, der eine verbesserte Ausrichtung und Vergleichmäßigung der Trocknungsluft am Austritt eines Diffusors (9) bietet und dadurch bessere Trocknungsergebnisse bei geringerem Energieeinsatz ermöglicht.An axial fan is proposed for use in drying systems in brickworks, which offers an improved alignment and equalization of the drying air at the outlet of a diffuser (9) and thus enables better drying results with less energy consumption.
Description
Die Erfindung betrifft einen Axiallüfter, wie er in einer Trocknungsanlage eines Ziegelwerks eingesetzt werden kann. Die
Die Trocknungsanlage ist, vereinfacht ausgedrückt, ein langer Kanal, der seitlich von zwei Wänden
In der Trocknungsanlage zirkuliert heiße Trocknungsluft, welche das in den Ziegeln befindliche Wasser aufnehmen soll. Die Bewegungsrichtung der Ziegel
Die Trocknungsanlage ist so lang, dass die Ziegel
Der Axiallüfter
Allerdings sind die Strömungsgeschwindigkeiten der Trocknungsluft am Austritt aus dem Diffusor
Darüber hinaus ist der Energiebedarf zum vollständigen Trocknen der Ziegel höher als notwendig.In addition, the energy requirement for complete drying of the bricks is higher than necessary.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Axiallüfter bereitzustellen, der für den Einsatz in Ziegelwerken geeignet ist, welcher die genannten Nachteile der herkömmlichen Trocknungsanlagen weitestgehend vermeidet und somit eine Energieeinsparung ermöglicht und gleichzeitig die Ausbringung der Trocknungsanlage deutlich verbessert.The invention has for its object to provide an axial fan, which is suitable for use in brickworks, which largely avoids the disadvantages of conventional drying systems and thus enables energy savings while significantly improving the output of the drying plant.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Axiallüfter, umfassend ein Lüfterrad, einen dem Lüfterrad nachgeschalteten Leitapparat und einen dem Lüfterrad nachgeschalteten Diffusor dadurch gelöst, dass zwischen Diffusor und Lüfterrad ein Leitapparat angeordnet ist und dass innerhalb des Diffusors ein Konfusor angeordnet ist.This object is achieved by an axial fan, comprising a fan, a fan downstream of the nozzle and a fan downstream diffuser, characterized in that between the diffuser and fan a nozzle is arranged and that within the diffuser a confuser is arranged.
Durch die Zwischenschaltung eines Leitapparats zwischen dem Lüfterrad und dem Diffusor wird zunächst der Drall der aus dem Lüfterrad austretenden Trocknungsluft herausgenommen, was den Energiebedarf für den Antrieb des Lüfterrads deutlich reduziert. Außerdem werden dadurch, dass die ausströmende Trocknungsluft keinen oder nur noch einen sehr geringen Drall aufweist, die Ziegel orthogonal zur Transportrichtung und parallel zu den in den Ziegeln vorhandenen Kanälen angeströmt. Infolgedessen werden diese Kanäle, die im Inneren der Ziegel verlaufen, besser von der Trocknungsluft durchströmt, so dass die Trocknung der inneren Bereiche der Ziegel verbessert werden.Due to the interposition of a distributor between the fan and the diffuser, the twist of the air emerging from the fan is first taken out, which significantly reduces the energy required to drive the fan. In addition, characterized in that the outflowing drying air has no or only a very small swirl, the brick flows orthogonal to the transport direction and parallel to the channels present in the bricks. As a result, these channels, which run inside the brick, better flows through the drying air, so that the drying of the inner regions of the bricks are improved.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Axiallüfters besteht darin, dass durch den erfindungsgemäßen Konfusor die ungleichen Strömungsgeschwindigkeiten am Austritt des Diffusors vergleichmäßigt werden können, so dass über die gesamte Austrittsfläche des Diffusors annähernd gleiche Strömungsgeschwindigkeiten herrschen.Another advantage of the axial fan according to the invention is that the uneven flow velocities at the outlet of the diffuser can be made uniform by the confuser according to the invention, so that approximately the same flow velocities prevail over the entire outlet surface of the diffuser.
Eine in dieser Weise vergleichmäßigte Strömungsgeschwindigkeit führt dazu, dass die Stapel von Ziegeln, die an der Austrittsfläche des Diffusors vorbeibewegt werden, sehr gleichmäßig und rechtwinklig mit Trocknungsluft beaufschlagt werden und deshalb auch sehr gleichmäßig austrocknen. Dadurch werden die inneren Spannungen, die bei einer ungleichmäßigen Trocknung auftreten, minimiert und die Gefahr von Rissen in den Ziegeln nimmt deutlich ab.A uniform flow rate in this way means that the stacks of bricks which are moved past the exit surface of the diffuser are subjected to drying air very uniformly and at right angles and therefore dry very evenly. As a result, the internal stresses that occur in a non-uniform drying, minimized and the risk of cracks in the bricks decreases significantly.
Dies verbessert die Wirtschaftlichkeit einer mit erfindungsgemäßen Axiallüftern ausgerüsteten Trocknungsanlage drastisch und stellt im Übrigen einen erheblichen Beitrag zur Ressourcenschonung bei der Herstellung von Mauerziegeln und anderen Ziegeln dar.This drastically improves the economic efficiency of a drying plant equipped with axial fans according to the invention and, incidentally, represents a considerable contribution to resource conservation in the production of bricks and other bricks.
Um eine weitere Vergleichmäßigung der Strömungsgeschwindigkeiten am Austritt des Diffusors zu erreichen, kann weiter vorgesehen sein, den Diffusor als Multidiffusor mit mindestens zwei Teildiffusoren auszubilden. Es ist jedoch auch möglich, drei bis sechs Teildiffusoren auszubilden, die jeweils in einem Segment der Austrittsfläche die Strömungsgeschwindigkeit gezielt beeinflussen und somit eine weitere Vergleichmäßigung der Strömungsgeschwindigkeiten über den gesamten Austrittsquerschnitt FA erreichen. In order to achieve a further homogenization of the flow velocities at the outlet of the diffuser, it may further be provided to form the diffuser as a multi-diffuser with at least two partial diffusers. However, it is also possible to form three to six partial diffusers which in each case specifically influence the flow velocity in one segment of the outlet surface and thus achieve a further homogenization of the flow velocities over the entire outlet cross section F A.
Annähernd gleiche Strömungsgeschwindigkeiten im Zusammenhang mit der beanspruchten Erfindung sind so zu verstehen, dass in einem Bereich, der mindestens 85% der Austrittsfläche des Diffusors umfasst, die Strömungsgeschwindigkeiten der Trocknungsluft um weniger als 15% um den Mittelwert der Strömungsgeschwindigkeit schwanken.Approximately equal flow velocities associated with the claimed invention are to be understood as meaning that, in an area comprising at least 85% of the exit area of the diffuser, the flow rates of the drying air fluctuate less than 15% of the mean value of the flow rate.
Damit der Diffusor, die Teildiffusoren und der zentral angeordnete Konfusor in ihrer Lage gehalten werden, ist vorgesehen, dass zwischen dem oder den (Teil-)Diffusoren und dem Konfusor mehrere über den Umfang verteilte Streben vorhanden sind, die auch zur Positionierung und Fixierung der Teildiffusoren dienen. In manchen Anwendungen kann es vorteilhaft sein, diese Streben so auszubilden, dass ein eventuell vorhandener Restdrall der den Leitapparat verlassenden Trocknungsluft durch die entsprechend ausgerichteten Streben noch aus der Strömung herausgenommen wird. Dadurch ergibt sich eine weitere Vergleichmäßigung der ausströmenden Trocknungsluft.In order to keep the diffuser, the partial diffusers and the centrally arranged confuser in their position, it is provided that between the or the (partial) diffusers and the Confusor several distributed over the circumference struts are present, which also for positioning and fixing the partial diffusers serve. In some applications, it may be advantageous to design these struts in such a way that a possibly existing residual twist of the drying air leaving the guide apparatus is taken out of the flow by the appropriately aligned struts. This results in a further homogenization of the outflowing drying air.
Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn ein Verhältnis zwischen einer Eintrittsfläche FE und einer Austrittsfläche FA des Diffusors und/oder der Teildiffusoren kleiner oder gleich 0,95 ist. Der Wert dieses Verhältnisses muss für die Eintrittsfläche und die Austrittsfläche jedes Teildiffusors bzw. gesondert ermittelt und festgelegt werden. Es ist jedoch auch so, dass dieses Verhältnis von Teildiffusor zu Teildiffusor verschieden sein kann. Dadurch ist eine sehr genaue Steuerung der Austrittsgeschwindigkeit der ausströmenden Trocknungsluft möglich.It has proved to be advantageous if a ratio between an inlet surface F E and an outlet surface F A of the diffuser and / or the partial diffusers is less than or equal to 0.95. The value of this ratio must be determined and determined separately for the entrance surface and the exit surface of each partial diffuser. However, it is also true that this ratio may vary from partial diffuser to partial diffuser. As a result, a very precise control of the exit velocity of the outflowing drying air is possible.
Selbstverständlich ist dabei auch darauf zu achten, dass ein Öffnungswinkel des Diffusors und/oder der Teildiffusoren so gewählt wird, dass keine Ablösung der Strömung erfolgt. Dann nämlich würde der Strömungswiderstand des Diffusors oder des Teildiffusors deutlich ansteigen und es gibt Verwirbelungen in der Trocknungsluft, die zu einer ungleichen Verteilung der Strömungsgeschwindigkeit über die Austrittsfläche des Diffusors führen. Aus der einschlägigen Fachliteratur sind maximale Öffnungswinkel zur Verhinderung von der Strömungsablösung beschrieben, so dass im Zusammenhang mit der Erfindung auf die Angabe genauer Werte verzichtet wird.Of course, it is also important to ensure that an opening angle of the diffuser and / or the partial diffusers is chosen so that no separation of the flow takes place. Then namely the flow resistance of the diffuser or the partial diffuser would increase significantly and there are turbulences in the drying air, which lead to an uneven distribution of the flow velocity over the exit surface of the diffuser. From the relevant specialist literature maximum opening angles are described for preventing the flow separation, so that is omitted in the context of the invention to the specification of accurate values.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass ein Verhältnis zwischen einer Eintrittsfläche und einer Austrittsfläche des Konfusors größer oder gleich 1,04 ist. Bei Konfusoren ist die Gefahr einer Strömungsablösung nicht gegeben, da sich der Strömungsquerschnitt in Strömungsrichtung der Trocknungsluft verringert.In a further advantageous embodiment, it is provided that a ratio between an inlet surface and an outlet surface of the confuser is greater than or equal to 1.04. In Confusors the risk of flow separation is not given, since the flow cross-section is reduced in the flow direction of the drying air.
Durch eine geeignete Geometrie des Konfusors ist es möglich, im Zentrum der Austrittsfläche des Konfusors eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit zu erreichen und somit der Tendenz bei herkömmlichen Axiallüftern, dass im Zentrum eines nachgeschalteten Diffusors eine sehr geringe Strömungsgeschwindigkeit herrscht, kontrolliert entgegengewirkt wird. Auch dadurch wird die Strömungsgeschwindigkeit weiter vergleichmäßigt und die Qualität der Trocknungsanlage weiter gesteigert.By means of a suitable geometry of the confuser, it is possible to increase the flow velocity in the center of the outlet surface of the confuser and thus to counteract the tendency of conventional axial fans to have a very low flow velocity in the center of a downstream diffuser. This also further homogenizes the flow rate and further improves the quality of the drying plant.
Eine wichtige Voraussetzung zur Erzielung eines möglichst ausgeglichenen/homogenen Geschwindigkeitsprofils über die Austrittsfläche des Diffusors wird erreicht, wenn ein Nabenverhältnis des Lüfterrads möglichst klein ist. Dies bedeutet, dass die Nabe des Lüfterrads bezogen auf den Außendurchmesser des Lüfterrads möglichst klein ist. Bei der erfindungsgemäßen Axiallüfter lassen sich Nabenverhältnisse in einem Bereich zwischen 0,2 und 0,5, bevorzugt zwischen 0,3 und 0,4, realisieren.An important prerequisite for achieving a balanced as possible / homogeneous velocity profile over the exit surface of the diffuser is achieved when a hub ratio of the fan is as small as possible. This means that the hub of the fan is based on the outer diameter of the fan as small as possible. In the axial fan according to the invention, hub ratios in a range between 0.2 and 0.5, preferably between 0.3 and 0.4, can be realized.
Solche kleinen Nabenverhältnisse lassen sich nur realisieren, wenn die Anströmung des Lüfterrads nicht durch einen Elektromotor gestört wird.Such small hub ratios can only be realized if the flow of the fan is not disturbed by an electric motor.
Eine weitere Verbesserung und Vergleichmäßigung der Strömungsgeschwindigkeit wird erreicht, wenn die Leitschaufeln des Leitapparats an einer Eintrittskante konkav gekrümmt sind. Dabei hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn eine Tiefe der Leitschaufeln in einem Bereich zwischen 50% und 85% der Länge der Leitschaufeln ein Minimum aufweist. Nähere Einzelheiten zur Gestaltung der Leitschaufeln des Leitapparats sind in der Patentanmeldung
Um möglichst gute Anströmbedingungen für die Trocknungsluft an das Lüfterrad zu erreichen, ist in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass stromaufwärts des Lüfterrads ein Ansaugkanal vorgesehen ist, der eine radiale Zuströmung der Trocknungsluft über den gesamten Umfang von 360° ermöglicht. Dieser Ansaugkanal ermöglicht das seitliche bzw. radiale Ansaugen der Trocknungsluft und lenkt die Trocknungsluft in einem Bogen um etwa 90° um, so dass die Trocknungsluft in erster Näherung senkrecht auf die von dem Lüfterrad gebildete Ebene auftrifft und von dem Lüfterrad dann gefördert wird.In order to achieve the best possible flow conditions for the drying air to the fan, is provided in a further advantageous embodiment of the invention that upstream of the fan, an intake passage is provided which allows a radial inflow of the drying air over the entire circumference of 360 °. This intake channel allows the lateral or radial suction of the drying air and deflects the drying air in an arc by about 90 °, so that the drying air impinges in a first approximation perpendicular to the plane formed by the fan and then promoted by the fan.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Lüfterrad von einer Antriebswelle angetrieben wird und das Lüfterrad auf der Antriebswelle befestigt ist. Dieser indirekte Antrieb über eine Antriebswelle hat den Vorteil, dass der doch einen erheblichen Bauraum beanspruchende Elektromotor nicht in dem Ansaugbereich des Lüfterrads vorhanden ist. Dadurch können kleinere Nabenverhältnisse realisiert werden. In vielen ausgeführten Anlagen haben sich Längen einer Antriebswelle von mehr als einem Meter und sogar teilweise von mehr als zwei Metern als vorteilhaft erwiesen. In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the fan is driven by a drive shaft and the fan is mounted on the drive shaft. This indirect drive via a drive shaft has the advantage that the electric motor consuming considerable space is not present in the intake area of the fan wheel. As a result, smaller hub ratios can be realized. Lengths of a drive shaft of more than one meter and even in some cases of more than two meters have proven to be advantageous in many systems.
Damit die zu trocknenden Ziegel bestmöglich über die gesamte Höhe der aufeinander gestapelten Ziegel angeströmt wird, ist es vorteilhaft, wenn die Austrittsfläche des Diffusors rechteckig oder quadratisch ist. Dabei ist die Höhe der Austrittsfläche auf die Höhe der aufeinander gestapelten Ziegel abzustimmen.In order that the bricks to be dried are best flown over the entire height of the stacked bricks, it is advantageous if the outlet surface of the diffuser is rectangular or square. The height of the exit surface must be matched to the height of the stacked bricks.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar. Alle in der Zeichnung und deren Beschreibung offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.Further advantages and advantageous embodiments of the invention are the following drawings, the description and the claims removable. All features disclosed in the drawings and their description may be essential to the invention both individually and in any combination with one another.
Zeichnungendrawings
Es zeigen:Show it:
Die in den
In der Isometrie gemäß
Der Ansaugkanal
Die zweite Leitwand
Des Weiteren dient das Gehäuse
In
Wie aus der
Innerhalb des Diffusors
Im Zentrum des Diffusors
Dieser Konfusor
Der Konfusor
Dabei ist es möglich, dass das Flächenverhältnis des Konfusors
Infolgedessen ist es ohne Weiteres möglich, die Strömungsgeschwindigkeit sehr stark zu vergleichmäßigen und dadurch zu gewährleisten, dass die Ziegel
Der erfindungsgemäße Axiallüfter unterstützt die derzeit vorhandene Tendenz beim Bau oder der Modernisierung von Trocknungsanlagen von Ziegeleien einen großen Volumenstrom von Trocknungsluft mit relativ geringen Temperaturen umzuwälzen, so dass einerseits der Heizenergiebedarf für die Trocknungsanlage verringert wird und gleichzeitig ein sanfteres und trotzdem rasches Trocknen der Ziegel
Damit der Konfusor
In
In
Gleichzeitig lässt sich auch das Geschwindigkeitsprofil der Trocknungsluft am Austritt aus dem Leitapparat
Daran schließt sich in radialer Richtung weiter außen ein kreisringförmiges Maximum der Strömungsgeschwindigkeit an. Anschließend nimmt Strömungsgeschwindigkeit wieder ab, bis an den Außendurchmesser des Leitapparats
Durch die erfindungsgemäße konzentrische Anordnung mehrerer Diffusoren
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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