-
Die Erfindung betrifft eine Ventilatorenanordnung mit einer Reihenschaltung von mindestens zwei frei ausblasenden Radialventilatoren sowie eine Entstaubungsanlage zur Reinigung von mit Partikeln, beispielsweise Schweißrauch oder Laserrauch, belasteter Luft, die eine derartige Ventilatorenanordnung aufweist.
-
Die Reihenschaltung zweier Ventilatoren, bei der ein Luft-Volumenstrom nacheinander erst durch einen stromaufwärtigen und anschließend durch einen stromabwärtigen Ventilator geleitet wird, ist an sich bekannt. Theoretisch verdoppelt sich dadurch die erzielbare Druckerhöhung bei konstantem Volumenstrom, wie in 1 dargestellt ist.
-
Dieses Prinzip wird in der Praxis bereits verwendet, z.B. bei Radialventilatoren mit Schneckengehäuse, die so miteinander verbunden werden, dass die Gehäuse-Ausblasöffnung eines stromaufwärtigen Radialventilators mit der Gehäuse-Ansaugöffnung eines stromabwärtigen Radialventilators verbunden wird, so dass die Drehachsen der Radiallaufräder beider Radialventilatoren rechtwinklig zueinander stehen. Radialventilatoren mit Schneckengehäuse sind jedoch einerseits relativ teuer, andererseits sind sie sehr schwer und sie benötigen relativ viel Bauraum. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine verbesserte Ventilatorenanordnung mit einer Reihenschaltung von mindestens zwei frei ausblasenden Radialventilatoren anzugeben, mit der die beschriebenen Nachteile des Standes der Technik behoben werden, die also einfach und kostengünstig herstellbar ist, ein geringes Gewicht und geringen Bauraumbedarf hat und die der theoretisch möglichen Druckerhöhung durch Reihenschaltung möglichst nahe kommt.
-
Dazu wird eine Ventilatorenanordnung mit einer Reihenschaltung von mindestens zwei frei ausblasenden Radialventilatoren vorgeschlagen, die jeweils mindestens ein Radiallaufrad mit Schaufeln und einer stirnseitigen Ventilator-Ansaugöffnung aufweisen, wobei mindestens ein stromaufwärtiger Radialventilator in einem Gehäuse mit einer Gehäuse-Ansaugöffnung und einer Gehäuse-Ausblasöffnung angeordnet ist, wobei der stromaufwärtige Radialventilator mit seiner Ventilator-Ansaugöffnung im Bereich der Gehäuse-Ansaugöffnung angeordnet ist und ein stromabwärtiger Radialventilator mit seiner Ventilator-Ansaugöffnung im Bereich der Gehäuse-Ausblasöffnung angeordnet ist, wobei in dem Gehäuse Strömungsleitelemente so angeordnet sind, dass der Luft-Volumenstrom vom Umfang des Radiallaufrads des stromaufwärtigen Radialventilators durch die Strömungsleitelemente in mindestens zwei Teil-Volumenströmen entlang sich verjüngender Schraubenlinien in die Ansaugöffnung des stromabwärtigen Radialventilators geleitet wird.
-
Ein frei ausblasender Radialventilator ist ein Radialventilator, bei dem ab Werk kein Gehäuse vorgesehen ist, das den austretenden Luft-Volumenstrom in eine vorbestimmte Richtung lenken würde. Vielmehr tritt die Luft über die gesamte Umfangsfläche des Radiallaufrads aus.
-
Derartige Lüfter sind klein, leicht und kostengünstig. Sie werden erfindungsgemäß dafür benutzt, zwei oder mehr Radialventilatoren in Reihe zu schalten, wozu mindestens ein erster Radialventilator in einem speziellen Gehäuse untergebracht wird, durch dessen Gehäuse-Ansaugöffnung Luft angesaugt wird, die nach der Verdichtung durch das Radiallaufrad dieses Radialventilators das Gehäuse durch die Gehäuse-Ausblasöffnung des Gehäuses verlässt und dort direkt in die Ventilator-Ansaugöffnung des nachfolgenden zweiten Radialventilators eingespeist wird. Wegen der Anordnung des ersten und zweiten Radialventilators bezogen auf die Strömungsrichtung des Luft-Volumenstroms wird der erste Radialventilator nachfolgend als strömungsaufwärtiger Radialventilator (bezogen auf den zweiten Radialventilator) bezeichnet und der zweite Radialventilator wird nachfolgend als strömungsabwärtiger Radialventilator (bezogen auf den ersten Radialventilator) bezeichnet.
-
Eine Besonderheit der vorgeschlagenen Ventilatorenanordnung besteht darin, dass die in Reihe geschalteten Radialventilatoren koaxial zueinander angeordnet sind, d.h. die Drehachsen der Radiallaufräder der Radialventilatoren verlaufen kolinear. Nicht zuletzt dadurch ergibt sich eine enorme Ersparnis an benötigtem Bauraum für die vorgeschlagene Ventilatorenanordnung im Vergleich mit bisher bekannten Lösungen.
-
Die Erfindung betrifft derartige Kombinationen von zwei oder mehr Radialventilatoren. Werden beispielsweise drei Radialventilatoren in Reihe geschaltet, so ist der zweite Radialventilator daher bezogen auf den ersten Radialventilator der stromabwärtige Radialventilator, gleichzeitig aber bezogen auf den dritten Radialventilator der stromaufwärtige Radialventilator und wäre daher ebenso in einem Gehäuse angeordnet, das wie oben beschrieben gestaltet wäre.
-
In einer Ausgestaltung der vorgeschlagenen Ventilatorenanordnung kann vorgesehen sein, dass sich die Querschnittsfläche des Gehäuses im Bereich des Radiallaufrads des stromaufwärtigen Radialventilators in stromabwärtiger Richtung vergrößert. Dadurch stellt das Gehäuse im Bereich des Austritts des Luft-Volumenstroms aus dem Radiallaufrad des stromaufwärtigen Radialventilators das benötigte Volumen zur Verfügung und erzeigt gleichzeitig eine in axialer Richtung des Radiallaufrades des stromaufwärtigen Radialventilators wirkende Kraft, die die Luft in Bewegung auf das Radiallaufrad des stromabwärtigen Radialventilators zu versetzt.
-
In einer weiteren Ausgestaltung der vorgeschlagenen Ventilatorenanordnung kann alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass sich die Querschnittsfläche des Gehäuses im Bereich zwischen dem Radiallaufrad des stromaufwärtigen Radialventilators und der Gehäuse-Ausblasöffnung in stromabwärtiger Richtung verkleinert. Hierdurch ergibt sich eine verbesserte Luftführung, die einer unerwünschten Verwirbelung des Luft-Volumenstroms entgegenwirkt. Wenn gleichartige Radialventilatoren in Reihe geschaltet werden, so tritt die Luft aus dem Radiallaufrad des stromaufwärtigen Radialventilators mit einem relativ großen Abstand zur Drehachse aus. Um die Luft zur Ventilator-Ansaugöffnung des stromabwärtigen Radialventilators zu bewegen, muss dieser Abstand verringert werden. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass die Luft entlang sich verjüngender Schraubenlinien in die Ventilator-Ansaugöffnung des stromabwärtigen Radialventilators geleitet wird. Mit anderen Worten bewegt sich der Luft-Volumenstrom in Form eines Strudels vom stromaufwärtigen Radialventilator zum stromabwärtigen Radialventilator. Diese Strudelbewegung kann entweder allein durch die Strömungsleitelemente oder, wie in dieser speziellen Ausgestaltung vorgeschlagen, durch das Zusammenwirken der Strömungsleitelemente mit der Geometrie des Gehäuses, namentlich dem sich verjüngenden Querschnitt desselben, erreicht werden.
-
Besonders einfach und kostengünstig kann die vorgeschlagene Ventilatorenanordnung dadurch realisiert werden, dass das Gehäuse aus zwei standardisierten Lüftungskanal-Formstücken zusammengesetzt ist. Beispielsweise kann ein erster Teil des Gehäuses, in dem der stromaufwärtige Radialventilator angeordnet ist, ein Lüftungskanal-Formstück mit einem quadratischen Querschnitt sein, der sich in stromabwärtiger Richtung zu einem kreisförmigen Querschnitt mit größerer Querschnittsfläche erweitert. Daran kann sich beispielsweise ein Lüftungskanal-Formstück mit einem kreisförmigen Querschnitt anschließen, der sich in stromabwärtiger Richtung zu einem kreisförmigen Querschnitt mit kleinerer Querschnittsfläche verjüngt.
-
Die Vorteile der vorgeschlagenen Ventilatorenanordnung können besonders bei der Verwendung der Ventilatorenanordnung in einer Entstaubungsanlage genutzt werden. Vorgeschlagen wird daher des Weiteren eine Entstaubungsanlage zur Entstaubung von Rohgas mit einem von Gehäusewänden begrenzten Anlagengehäuse, das eine Rohgas-Eintrittsöffnung und eine Reingas-Austrittsöffnung aufweist und das durch eine Filteranordnung in einen Rohgasraum und einen Reingasraum unterteilt ist, wobei die Entstaubungsanlage eine Ventilatorenanordnung zur Erzeugung einer Gasströmung von der Rohgas-Eintrittsöffnung zur Reingas-Austrittsöffnung der oben beschriebenen Art umfasst. Die Entstaubungsanlage kann daher ebenfalls relativ kostengünstig hergestellt werden, und die Ventilatorenanordnung benötigt relativ wenig Bauraum, so dass die Entstaubungsanlage trotz eines relativ großen erzielbaren Luft-Volumenstroms mit kompakten Abmessungen darstellbar ist. Dabei kann weiter vorteilhaft beispielsweise vorgesehen sein, dass die Ventilatorenanordnung entweder im Reingasraum oder stromabwärts hinter dem Reingasraum angeordnet ist, wodurch die Radialventilatoren nur mit dem Reingas in Berührung kommen.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen
- 1 ein Schaubild für die theoretisch erzielbare Druckerhöhung bei Reihenschaltung zweier Ventilatoren,
- 2 Messergebnisse aus eigenen Versuchen mit einem Gehäuse ohne und mit Strömungsleitelementen, und
- 3 und 4 ein Ausführungsbeispiel der vorgeschlagenen Ventilatorenanordnung.
-
Wie aus 1 ersichtlich ist, sind zwei Ventilatoren P1 und P2 in Reihe geschaltet, wobei der Luft-Volumenstrom V zuerst P1 und danach P2 passiert. Im zugehörigen Schaubild ist die Ventilatorkennlinie für P1 dargestellt, die bei gleichartigen Radialventilatoren für P2 identisch ist. Zusätzlich ist die kombinierte Ventilatorkennlinie für eine Reihenschaltung von P1 und P2 dargestellt, der entnehmbar ist, dass die damit erreichbare Druckdifferenz Δp theoretisch doppelt so groß ist wie für einen einzelnen Radialventilator, während der erzeugte Luft-Volumenstrom V gleich bleibt.
-
Die Voraussetzung für eine möglichst effiziente Druckerhöhung ist eine gute Anströmung des zweiten (stromabwärtigen) Radialventilators, sowie möglichst wenig Verluste im Übergangsbereich zwischen den beiden Radialventilatoren. Das bedeutet, der Luftstrom sollte möglichst wenig rotieren oder verwirbelt sein und die Ansaugöffnung des zweiten (stromabwärtigen) Radialventilators möglichst „gerade“ treffen. Um dies mit frei ausblasenden Radialventilatoren zu realisieren, muss der erste (stromaufwärtige) Radialventilator in ein Gehäuse ausblasen, welches den Luft-Volumenstrom zur Ventilator-Ansaugöffnung des zweiten (stromabwärtigen) Radialventilators führt. Nur ein leeres Gehäuse erzielt allerdings nicht den gewünschten Effekt, da der Luft-Volumenstrom im Gehäuse durch die Rotation des ersten Radiallaufrads rotiert, was zu hohen Verlusten und einer schlechten Anströmung des zweiten (stromabwärtigen) Ventilators führt. 2 zeigt die Ergebnisse einer Messung mit einem Gehäuse ohne Strömungsleitelemente (Messung vom 23.10.2018).
-
Um der theoretisch möglichen Verdopplung des Druckes mit einer Reihenschaltung zweier Radialventilatoren möglichst nahe zu kommen, muss der Luft-Volumenstrom durch integrierte Strömungsleitelemente möglichst direkt vom Radiallaufrad des ersten (stromaufwärtigen) Radialventilators abgenommen werden und zur Ventilator-Ansaugöffnung des zweiten (stromabwärtigen) Radialventilators geführt werden. Durch diese Strömungsleitelemente wird gleichzeitig eine Rotation des Luft-Volumenstromes verhindert. In einem Test mit einem Gehäuse, das Strömungsleitelemente aufweist, konnten sehr gute Werte erzielt werden. 2 zeigt auch die Ergebnisse dieser Messung mit einem Gehäuse mit Strömungsleitelementen (Messung vom 30.10.2018).
-
3 und 4 zeigen zwei Ansichten eines Ausführungsbeispiels der vorgeschlagenen Ventilatorenanordnung, mit dem die Messung vom 30.10.2018 durchgeführt wurde.
-
In der gezeigten Ventilatorenanordnung wurden zwei frei ausblasende Radialventilatoren 2 in Reihe geschaltet. Die Radialventilatoren 2 weisen jeweils ein durch einen Elektromotor 22 direkt angetriebenes Radiallaufrad 21 mit Schaufeln und einer stirnseitigen Ventilator-Ansaugöffnung auf.
-
Die Elektromotoren 22 sind jeweils an einer Halteplatte 15 befestigt, die mittels vier Stützen 14 an einer Grundplatte 12 befestigt ist, wobei die Grundplatte 12 eine Öffnung aufweist, an der eine Düse 13 angeordnet ist, welche in die stirnseitige Öffnung des Radiallaufrads 21 ragt, die die Ventilator-Ansaugöffnung bildet. Die Grundplatten 12 der beiden Radialventilatoren 2 sind durch Abstandshalter 16 so miteinander verbunden, dass die Drehachsen der beiden Radialventilatoren 2 kolinear ausgerichtet sind.
-
Der stromaufwärtige Radialventilator 2 ist in einem Gehäuse 1 mit einer Gehäuse-Ansaugöffnung und einer Gehäuse-Ausblasöffnung angeordnet, das sich zwischen den beiden Grundplatten 12 erstreckt. Der stromaufwärtige Radialventilator 2 ist in diesem Gehäuse 1 mit seiner Ventilator-Ansaugöffnung im Bereich der Gehäuse-Ansaugöffnung angeordnet, die von der an der ersten Grundplatte 12 angebrachten Düse 13 gebildet ist. Der stromabwärtige Radialventilator 2 ist mit seiner Ventilator-Ansaugöffnung im Bereich der Gehäuse-Ausblasöffnung angeordnet, die von der an der zweiten Grundplatte 12 angebrachten Düse 13 gebildet ist.
-
In dem Gehäuse 1 sind Strömungsleitelemente 17, so genannte Leitschaufeln, so angeordnet, dass der Luft-Volumenstrom vom Umfang des Radiallaufrads 21 des stromaufwärtigen Radialventilators 2 durch die Strömungsleitelemente 17 in mehreren Teil-Volumenströmen entlang sich verjüngender Schraubenlinien in die Ventilator-Ansaugöffnung des stromabwärtigen Radialventilators 2 geleitet wird.
-
Das Gehäuse 1 ist aus zwei standardisierten Lüftungskanal-Formstücken 11 zusammengesetzt, so dass sich die Querschnittsfläche des Gehäuses 1 im Bereich des Radiallaufrads 21 des stromaufwärtigen Radialventilators 2 in stromabwärtiger Richtung vergrößert und im Bereich zwischen dem Radiallaufrad 21 des stromaufwärtigen Radialventilators 2 und der Gehäuse-Ausblasöffnung in stromabwärtiger Richtung verkleinert.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Gehäuse
- 11',11"
- Lüftungskanal-Formstück
- 12',12"
- Grundplatte
- 13',13"
- Düse
- 14
- Stütze
- 15',15"
- Halteplatte
- 16
- Abstandshalter
- 17
- Strömungsleitelement
- 2',2"
- Radialventilator
- 21',21"
- Radiallaufrad
- 22',22"
- Elektromotor
