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Ventilator oder Kreiselpumpe mit Gehäuse Die Erfindung betrifft Ventilatoren
oder Kreiselpumpen mit Gehäuse und hat sich zur Aufgabe gestellt, diese so auszubilden,
daß sie bei nachgeschalteten Wärmeaustauschern mit erzwungener Konvektion einen
besonders guten Wärmeübergang auf das geförderte Medium erzielen.
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Diese Aufgabe wird so gelöst, daß die Ventilatoren oder Kreiselpumpen
zur Erzielung eines pulsierenden Volumenstroms Schaufeln verschiedener Leistungseigenschaften
aufweisen.
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Durch den pulsierenden Volumenstrom wird der Wärmeübergang erhöht,
was so.zu erklären ist, daß dauernd Anfahrwirbel erzeugt und teilweise abgelöst
werden.
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Es ist bereits bekannt, zur Erzielung von pulsierenden Strömen offene
Räder ohne Gehäuse mit windmühlenflügelartigen Flügeln zu versehen, die paarweise
unter verschiedenen Winkeln angestellt werden. Bei derartigen Rädern können jedoch
keine statischen Druckdifferenzen erzeugt werden.
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Es sind auch Ouerstromgebläse mit Laufrädern bekanntgeworden, die
nur teilweise mit unter sich gleichen Schaufeln besetzt waren. Derartige Querstromgebläse
liefern jedoch praktisch nur kinetische Energie und bedürfen daher im allgemeinen
zur überwindung eines statischen Druckgefälles der Nachschaltung eines Diffusors.
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Weiterhin tritt der Nachteil auf, daß diese Gebläse infolge der ungleichmäßigen
Verteilung der Schaufeln nicht ausgewuchtet sind und durch Unwuchterscheinungen
beschädigt oder zerstört werden können. Schließlich wird durch die nur teilweise
Bestückung des Laufrades mit Schaufeln der Förderstrom plötzlich unterbrochen.
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Die geschilderten Nachteile treten beim Erfindungsgegenstand nicht
auf. Es wird vielmehr auch ohne nachgeschalteten Diffusor statischer Druck aufgebracht,
und Unwuchterscheinungen werden beispielsweise durch ungleiche Verteilung der ungleichen
Schaufeln vermieden.
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Es ist bekannt, daß die Leistungseigenschaften, insbesondere die Fördermenge
und die Gesamtdruckdifferenz von Ventilatoren und Pumpen unter anderem von der Gestaltung
der Beschaufelung abhängig sind. Die Erfindung nutzt diese Tatsache aus und bildet
zur Erreichung des pulsierenden Volumenstroms die Schaufeln mit verschiedenen Abmessungen
und/oder in verschiedener Form und/oder in verschiedener Teilung aus.
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Der Ventilator oder die Kreiselpumpe hat durch die Anordnung von Schaufeln
verschiedener Leistungseigenschaften eine Reihe von Kennlinien, während die angeschlossene
Anlage nur eine Kennlinie besitzt, abgesehen von geringen Abweichungen auf Grund
von Beschleunigungen. Es ergeben sich somit mehrere Schnittpunkte der Kennlinie,
also mehrere Betriebspunkte des Ventilators oder der Kreiselpumpe; infolgedessen
wechseln die statischen und Gesamtdruckdifferenzen sowie Strömungsgeschwindigkeiten
im Gehäuse, und deshalb entsteht ein Volumenstrom in der Anlage, der aus einem Strom
mit überlagertem veränderlichere pulsierendem Strom besteht.
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Die bereits geschilderten Möglichkeiten der unterschiedlichen Schaufelgestaltung,
nämlich der Länge, der Breite, der Stellungen, der Formen und der Teilungen der
Schaufeln, die einzeln und gemeinsam verändert werden können, dienen dazu, Frequenz,
Amplitude und Form des Pulsierens beliebig festzulegen. Es ist sogar möglich, mit
den erfindungsgemäßen Maßnahmen das Pulsieren so einzustellen, daß der gesamte Volumenstrom,
also der Hauptstrom und der überlagerte pulsierende Strom, kurzzeitig zurückfließen.
Hierdurch werden die Anfahrwirbel besonders gut abgelöst, und der Wärmeübergang
wird entsprechend erhöht. Es kann auch vorteilhaft sein, die einzelnen Möglichkeiten
der Veränderung der Leistungseigenschaften der Schaufeln so zu kombinieren, daß
der pulsierende Luftstrom in seiner Frequenz auf die Eigenfrequenz-der ablösenden
Anfahrwirbel am Rohr eingestellt wird= Wesentlich ist es, daß die Schaufeln so konstruiert
sind, daß trotz ihrer Verschiedenheit Unwucht vermieden wird, denn nur dann werden
große Umlaufgeschwindigkeiten ermöglicht. Mit Vorteil werden beispielsweise Radialventilatoren
so ausgebildet, daß ein über den Radumfang unterschiedlicher Teil der
an
sich gleichen und gleichmäßig angeordneten Schaufeln durch Einsatzbleche abgeschaltet
ist. Hierbei ist die Unwucht des Einsatzblechs zu kompensieren.
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Bei Axialventilatoren können die Schaufeln mit Vorteil so ausgebildet
sein, daß sie von der größten Länge zur kleinsten Länge gleichmäßig übergehen und
die Teilungen sich entsprechend von dem größten Schaufelabstand bei der längsten
Schaufel zum kleinsten Schaufelabstand bei der kürzesten Schaufel gleichmäßig ändern.
Durch diese Maßnahme ist jede Unwucht von vornherein vermieden. Bei der Anordnung
können außerdem die kurzen Schaufeln noch steiler angestellt werden als die langen
Schaufeln, wodurch das Pulsieren des Förderstroms noch verstärkt wird. Es ist auch
daran gedacht, bei einer derartigen Anordnung eine Nabentrommel in Richtung zur
kleinsten Schaufel, exzentrisch zur Umlaufachse verschoben, anzuordnen. Hierdurch
kann einerseits zur Vermeidung der Unwucht beigetragen und andererseits das Totwassergebiet
erheblich verkleinert werden.
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Im folgenden wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen
mit Hilfe von Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen stellen dar in Fig. 1
die Kennlinien mehrerer Laufräder und ihre Schnittpunkte mit der Kennlinie einer
Anlage oder eines Gerätes, Fig.2 den durch eine Anlage oder ein Gerät fließenden
Hauptstrom mit überlagert pulsierendem Strom auf einer Zeitachse, Fig. 3 in gleicher
Weise den gesamten Volumenstrom mit Rückströmung, Fig.4 einen Axialschnitt durch
eine Radialmaschine mit verschieden langen Schaufeln und angeschlossener Anlage
mit Wärmeaustauscher, Fig.5 den Meridianschnitt eines Radialrades mit Schaufeln
verschiedener Formen und Anstellwinkel, Fig.6 einen Axialschnitt durch einen Axialventilator
mit Wärmeaustauscher, Fig. 7 die Ansicht des Axialventilators nach Fig. 6. In Fig.
1 sind die Gesamtdruckdifferenzen J p",
als Funktion der Fördermenge
V dargestellt. Es ergeben sich die Kennlinien 1 a, 1 b,
1 c, 1 d und 1 e von Laufrädern mit Schaufeln, die für jedes Laufrad
verschiedene, jedoch in jedem einzelnen Laufrad gleiche Leistungseigenschaften haben.
Weiterhin ist eingetragen und mit 2 bezeichnet die Kennlinie der an den Ventilator
oder die Kreiselpumpe angeschlossenen Anlage oder des Gerätes am Wärmeaustauscher,
wobei die zur Überwindung der Widerstände notwendige Gesamtdruckdifferenz A p"z>
gleichfalls als Funktion der Fördermengen V eingezeichnet ist. Die Schnittpunkte
3 a bis 3 e der Kennlinie 2 mit den Kennlinien 1 a bis 1 e
sind die Betriebspunkte 3 a bis 3 e, die das Betriebsverhalten der einzelnen Räder
mit gegeneinander verschiedenen Förderleistungen und Gesamtdruckdifferenzen angeben.
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Bei Verwendung von Schaufeln verschiedener Leistungseigenschaften
in einem Laufrad wird dieses entsprechend den Kennlinien 1 a bis 1 e bzw. den Betriebspunkten
3 a bis 3 e im Umlauf für jeden Punkt der Austrittsfläche der Maschine ständig sich
ändernde Förderleistungen und Gesamtdrücke hervorbringen. Der Förderstrom wird sich
also in der Austrittsfläche der Maschine und in dem angeschlossenen Wärmeaustauscher
ständig ändern. Als Funktion der Zeit ist in Fig. 2 der sich ständig ändernde Förderstrom
in einen stetig fließenden Hauptstrom 4 und einen überlagert pulsierenden Strom
5 zerlegt. Frequenz, Amplitude und Form der Kurve des sich periodisch ändernden
Stromes selbst können durch entsprechende Ausbildung der Schaufeln gestaltet werden.
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In Fig. 3 wird in gleicher Weise wie in Fig. 2 durch die Kurve 6 der
überlagerte pulsierende Strom dargestellt. Es zeigt sich, daß der gesamte Volumenstrom
auch im negativen Bereich verlaufen, also eine Rückströmung mit den bereits erwähnten
Vorteilen erreicht werden kann.
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Für die Ausbildung der Schaufeln mit verschiedenen Leistungseigenschaften
werden einige Beispiele angeführt.
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In Fig. 4 ist eine Ausführungsmöglichkeit für eine Radialmaschine
gezeigt. Das Laufrad 7 ist mit Schaufeln 8 gleicher Länge ausgeführt, die wirksamen
Schaufellängen sind jedoch teilweise durch ein Abdeckblech 9 verkleinert. Es können
bei dem gleichen Laufrad zusätzlich Schaufelwinkel, Schaufelform und Schaufelteilung
verschieden ausgeführt sein. Dadurch, daß das Laufrad 7 an sich symmetrisch ausgebildet
ist, tritt keine Unwucht auf. Es braucht also lediglich die Unwucht des Abdeckbleches
9 auf beliebige, an sich bekannte Weise kompensiert zu werden.
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Fig.5 zeigt eine andere Ausführungsmöglichkeit für Radialmaschinen.
In diesem Fall sind die Schaufelformen 10, 11, 12 und die Schaufelwinkel unterschiedlich.
Radialmaschinen werden insbesondere für Anlagen mit größeren Widerständen mit Vorteil
angewendet. Für Apparate, in denen im allgemeinen geringere Widerstände zu überwinden
sind als in Anlagen, finden Axialventilatoren auch wegen ihre geringen Raumbedarfs
vorteilhaft Verwendung, beispielsweise wie in Fig. 6 und 7 gezeigt.
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Der Axialventilator 13 steht in unmittelbarer Verbindung mit dem Wärmetauscher
14. Die Laufradschaufeln werden in verschiedenen Längen ausgeführt, gleichmäßig
übergehend von der Schaufel mit der größten Länge 15 bis zu derjenigen mit der kleinsten
Länge 16. Die Schaufelteilung ist bei der Schaufel 15 am größten und geht gleichmäßig
über zu der kleinsten Teilung bei Schaufel 16. Das Pulsieren des Förderstromes kann
noch verstärkt werden, wenn beispielsweise die kurze Schaufel 16 steil und die lange
Schaufel 15 weniger steil angestellt wird. Durch die verschieden ausgeführte Schaufelteilung
wird auch hier der Unwucht des Rades vorgebeugt. Im gleichen Sinne wirkt die exzentrische
Lage der Scheibe 17. Durch diese exzentrische Lage der Scheibe 17 und die dadurch
verursachte Rotation des Totwassergebietes stromabwärts der Scheibe 17 bzw. im Wärmeaustauscher
14 wird ein großer Teil des Totwassergebietes fortgeblasen, und es bleibt
nur ein kleiner Kern 18 übrig. Die Heizfläche des Wärmeaustauschers im Totwassergebiet
wird mehr ausgenutzt.
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Während bisher vielfach angenommen wurde. daß durch unregelmäßige
Schaufelteilungen zusätzliche Geräusche hervorgerufen werden, haben neue Untersuchungen
einwandfrei gezeigt, daß im Gegenteil die Lautstärke geringer wird, so daß auch
insofern beim Gegenstand der Erfindung noch ein zusätzlicher Fortschritt eintritt.
Besonders vorteilhaft ist, daß mit einfachen Mitteln unter Anwendung leicht durchführbarer
Maßnahmen bei üblichen Ventilatoren oder
Kreiselpumpen gängiger
Ausführung durch die Erzeugung eines pulsierenden Volumenstroms mit Hilfe von Schaufeln.
verschiedener Leistungseigenschaften eine wesentliche Erhöhung des Wärmeübergangs
in den Wärmeaustauschern erreicht wird.