DE1428272A1

DE1428272A1 - Low-noise axial vane wheel

Info

Publication number: DE1428272A1
Application number: DE19641428272
Authority: DE
Inventors: Leo Hoepfner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1964-09-26
Filing date: 1964-09-26
Publication date: 1969-01-02

Description

Geräuscharmes A=ialflügelrad Den Konstrukteur von Ventilatoren werden von vexschiodenen Industriezweigen heutzutage nicht nur hohe Anforderungen hin- sichtlich technischer Daten, wie der Druckerzeugung oder des Wirkungsgrades gestellt, sondern es müssen in immer stärkers= Maße auch physiologische Gesichtspunkte, wie die Geräuschbe- lästigung, berücksichtigt werden, wodurch die gestellten Anforderungen noch komplexer werden.` So werden im Automobilbau für die Beheizung des Wageninneren Ventilatoren benötigt, die bei kleinem Leistungsbedarf einen' Ä hohen statischen Druck erzeugen und dazu noch geräuscharm laufen müssen. Bisher bekannte Konstruktionen arbeiten-wegen des hohen erforderlichen statischen Druckes, der insbesondere»durch die Luftwiderstände im Wärmetauscher,in den Zuleitungsschläuchen, sowie in den huftaustrittsdüsen bedingt ist, oft im Abreßgebiet, was einerseits mit einem schlechten Ventilatorwirkungsgrad und andererseits mit einer starken Geräuschbildung verbunden ist.Low-noise A = ial impeller The designers of fans nowadays not only have high demands in terms of technical data, such as pressure generation or efficiency, from vexschioden branches of industry , but also physiological aspects, such as noise pollution, have to be taken into account to an ever greater extent This makes the requirements even more complex . In the automotive industry, for example, fans are required to heat the interior of the car, which generate a high static pressure with a low power requirement and also have to run quietly. Previously known constructions often work in the tear-off area because of the high static pressure required, which in particular »is caused by the air resistance in the heat exchanger, in the supply hoses and in the hip outlet nozzles, which is associated on the one hand with poor fan efficiency and on the other hand with a lot of noise .

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Axialflügelrad zu schaffen, das die angeführten Nachteile beseitigen und das es ermöglichen soll, bei gutem Wirkungsgrad und ruhigem Lauf, einen hohen statischen Druck zu erzeugen.The object of the present invention is to create an axial vane wheel, that eliminates the disadvantages mentioned and that should make it possible, with good Efficiency and smooth running to generate a high static pressure.

Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch ein Axialflügelrad mit folgenden, gleichzeitig vorhandenen, kennzeichnenden Merkmalen gelöst; a) Das Verhältnis Nabendurchmesser/Flügelraddurchmesser Liegt innerhalb der Grenzen 0,551 d/D 4 0,65, b) Die Flügel sind kreisbogenförmig profiliert, c) Der Grad der Flügelwölbung verändert sich von der Flügelwurzel bis zur Flügelspitze, d) Die Flügel sind derart am Nabenumfang angeordnet,-daß sie sichiin axialer Richtung geseheniüber die gesamte Flügellänge nicht überschneiden. Mit Vorteil sind zur Erhöhgng der Stabilität der Strömung am Flügelrad die Flügel so geformt, daß sich die Flügelwölbung von der Flügelwurzel bis zur Flügelspitze vergrößert. Ebenso ist es vorteilhaft, daß die Länge der Flügelsehne von der Flügelwurzel bis zur Flügelspitze zunimmt oder zumindest gleich bleibt.This object is achieved according to the present invention by an axial impeller with the following, simultaneously present, characterizing features; a) The ratio of hub diameter / impeller diameter is within the limits 0.551 d / D 4 0.65, b) The wings are profiled in the shape of a circular arc, c) The degree of wing curvature changes from the wing root to the wing tip, d) The wings are at Hub circumference arranged so that they do not overlap seen in the axial direction over the entire length of the wing. Advantageously, in order to increase the stability of the flow on the impeller, the blades are shaped in such a way that the arching of the blades increases from the blade root to the blade tip. It is also advantageous that the length of the wing chord increases or at least remains the same from the wing root to the wing tip.

Die Wirkungsweise, weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindung-sgegenstandes werden anhand eines Ausführungsbeispieles nachstehend-näher erläutert.The mode of action, further details and advantages of the subject matter of the invention are explained in more detail below using an exemplary embodiment.

Fig. 1 zeigt die Ansicht eines Axialflügelrades gemäß der Erfindung, Fig. 2 zeigt einen Schnitt des Axialflügelrades längs der Schnittebene II-II in Figur 1.Fig. 1 shows the view of an axial impeller according to the invention, Fig. 2 shows a section of the axial impeller along the section plane II-II in Figure 1.

Fig. 3a, 3b und 3c zeigen Profilschnitte eines Flügels in Höhe der Flügelspitze, der Flügelmitte und der Flügelwurzel. In Figur 1 und 2 ist ein Flügelrad mit 1 und seine Nabe mit 2 bezeichnet. Am Umfang der Nabe 2 sind sieben Flügel angebracht, die mit 3 beziffert sind. Das Flügelrad 1 wird durch einen zeichnerisch nicht dargestellten Elektromotor in Richtung des Pfeiles A in Umdrehung gesetzt. Die Flügel 3 sind so an der Nabe 2 angebracht, daß in Höhe der Flügglwurzeln 4 jeweils ein Abstand 5 zwischen zwei aufeinander folgenden Flügeln 3 verbleibt.Mit Rücksicht auf eine wirtschaftliche Fertigungsweise des erfindungsgemäßen Axialflügelrades 1 sollte der Abstand 5 eine Größe von einigen mm nicht unterschreiten. Das Nabenverhältnis #d/D ist etwa 0,6. Versuche haben ergeben, daß für die Erfordernisse einer hohen Druckerzeugung in Verbindung mit einem geräuscharmen Lauf ein Axialflügelrad mit einem Nabenverhältnis im Bereich 0,55i d/D g#-:0,65 besonders vorteilhaft ist. Der obere Nabenverhältnis =äm Bereich .p, 5.5 g d/D 141 D_, 6-5 besonders vor- -teilhaft ist. Der obere Grenzwert dieses Nabenverhältnisses ist -durch @die .Tatsache -bedingt-, daß bei noch größeren Naben- verhältnissen nicht nur die Fördermenge des Flügelrades in , unerwünschter Weise sinkt., sondern inbe:sondere auch die S:palt- verluste steigen--und somit der Wirkungsgrad sinkt:. _Der untere Grenzwert .des angegebenen Nabenverhältnisses ist bei der vor--. liegenden Aufgabenstellung durch die erforderliche Höhe den statischen Druckes bedingt-. `WÜr.de man diesen unteren Grenz- wert unterschreiten, so könnte der notwendige Druck nur in einem Bereich :der p-v-Kennlinie- erreicht werden, der- im Ab- reiß.gebiet liegt,-also in einem Gebiet., in dem das Flü.-ge1- rad mit großen Ablbsungserscheinungeu arbeitet, -die starke ' Geräusche verursachen. In .den Figuren 3a, 3b und 3c- eind mit .,., 'T und 8 die Plüge3-- - - profil.e in .den Schnittebenen an der Pligelapitze 9 der Fliige1- matte 10 und ;der Flügelwurzel 4 bezel_ehn-et. - Die Verwendung von-,kreisbogenförmig profilierten Flügeln 3 (Radien Na, Rb, Re) bringt den Vorteil einer ,größeren 'Pbrder- leistung und eines günstigeren Wirkungsgrades im Vergleich mit ungewölbten Flügelprofilen-. Gegenüber der Verwendung von Flügeln mit Tragflüg.elprofil bietet sich der Vorteil einer einfacheren Fertigung und eines geringeren Gewichtes des Plügelradee 1 an. Die Flügelwölbungen in-den angegebenen Schnittebenen - fa/la, fb/lb, . @c/lc - sind von der Flügelspitze 9 bis zur Flügel- wurzel 4 verschieden. Beim dargestellten Axialflügelrad 1 1-st sie an der Flügelwurzel 4 am geringsten und vergrößert sich stetig bis zur Flügelspitze 9 hin. Diese Profilierungsmaß-, nahme ist für die Porderung einer hohen Druckerzeugung des Flügelrades ? besonders günstig; weil damit Ablösungsereeheinungen erst bei-höherezi Drücken auftreten, als das ohne diese Maßnahme der Fall:wäre. Dadurch wird somit die Stabilität der Sttümung am Flügelrad 1=erhöht.3a, 3b and 3c show profile sections of a wing at the level of the wing tip, the wing center and the wing root. In FIGS. 1 and 2, an impeller is denoted by 1 and its hub by 2. On the circumference of the hub 2, seven wings, numbered with 3, are attached. The impeller 1 is set in rotation in the direction of arrow A by an electric motor (not shown in the drawing). The vanes 3 are mounted on the hub 2, that the level of the Flügglwurzeln 4 are each a distance 5 between two consecutive wings 3 verbleibt.Mit regard to economic production manner of the Axialflügelrades 1 according to the invention, the distance 5 should be a size of a few mm do not fall below . The hub ratio # d / D is about 0.6. Tests have shown that an axial vane wheel with a hub ratio in the range 0.55i d / D g # -: 0.65 is particularly advantageous for the requirements of high pressure generation in connection with low-noise operation. The upper Hub ratio = in the area .p, 5.5 gd / D 141 D_, 6-5 especially - is part of it. The upper limit of this hub ratio is -due to the fact -conditional- that with even larger hubs- not only the flow rate of the impeller in, undesirably sinks., but in particular also the S: palt- losses increase - and thus the efficiency decreases :. _The lower The limit value of the specified hub ratio is at the front. underlying task due to the required height static pressure conditional. `WÜr.de one this lower limit value, the necessary pressure could only be in a range: the pv characteristic curve - which - in the down- is in an area, in which the Flü.-ge1- rad with great signs of absenteeism works, -the strong one 'Make noise. In the figures 3a, 3b and 3c and with.,., 'T and 8 the plugs 3-- - - profil.e in. the cutting planes at the tip of the pligella 9 of the wing 1 matt 10 and; the wing root 4 bezel_ehn-et. - The use of, circular arc-shaped profiled wings 3 (Radii Na, Rb, Re) has the advantage of a 'larger' group performance and a more favorable degree of efficiency compared to non-curved airfoils-. Opposite the use of wings with hydrofoil profile there is the advantage of a simpler Manufacturing and a lower weight of the Plügelradee 1. The wing curvatures in the specified sectional planes - fa / la, fb / lb,. @ c / lc - are from the wing tip 9 to the wing root 4 different. With the axial impeller shown 1 1-st it is lowest at the wing root 4 and increases steadily up to the wing tip 9. This profiling measure is for the requirement of a high pressure generation of the impeller? particularly cheap; because this means that detachment instincts only occur at higher pressures than would be the case without this measure. As a result, the stability of the luffing on the impeller 1 = is increased.

Die frage der Geräuschbildung des erfindungsgemäßen Axial-flügelrades 1 muß im Zusammenhang mit den bisherigen Ausführungen über die Förderleistung, insbesondere die Druck- erzeugung, betrachtet werden. Es wurde festgestellt, daß das dargestellte Flügelrad einen derart hohen Druck erzeugt, . daß es nicht im Abreißgebiet, wie die bisher üblichen Lüfterkonstruktionen dieser Art, arbeitet. Damit entfällt aber bereite eine wesentliche Geräuschquelle, wie sie ansonsten. durch die Ablöseerscheinungen im Abreißgebiet gegeben ist. Ferner ist die Förderleistung des Axialflügelrades4gemäß der Erfindung derart groß, daß es bei gleichem Flügelraddurchme$ser zur Erzielung einer vergleichbaren Leistung wesentlich langsamer laufen kann, als die bisher bekannten Lüfterkonstruktionen: Wenn man dabei berücksichtigt, daß die Geräuschbildung bzw. die Lautheit eines Ventilators mit der Ümfangsgeschwindigkeit des Flügelrades nicht nur linear, sondern etwa mit der 2,5ten Potenz zunimmt, so wird gerade der.duroh die geringeeümfangsgeschwindigkeit erreichbare Gewinn bezüglich der Geräuschbildung des erfindungsgemäßen Flügelrades besondgrs offenkundig. An den Vergleichswerten einer Geräuschmessung soll diese Tatsache noch kurznachgewiesen werden. 7-` ?` `@°". Als Vergleichsrad diente ein Flügelrad mit gleichem Raddurchmesser. Die wesentlichen Unterschiede lagen im Nabenverhältnis (0,42), in der Flügelzahl (5), sowie im Flügelaufbau -ustark@-verjüngte Flügellängen zur Flügelspitze hin, Kreisbogenpröfil mit konstanter Wölbung. Das Vergleichsrad lief mit 4.100 U/min, das erfindungsgemäße Flügelrad mit 2.800 U/min bei gleicher, vorgegebener Leistung. .The question of the generation of noise by the axial vane wheel 1 according to the invention must be considered in connection with the previous statements on the delivery rate, in particular the pressure generation . It has been found that the illustrated impeller generates such a high pressure . that it does not work in the breakaway area, like the fan designs of this type that have been customary up to now. However, this eliminates an essential source of noise that would otherwise be present. is given by the detachment phenomena in the tear-off area. Furthermore, the delivery rate of the axial impeller 4 according to the invention is so great that it can run much slower than the previously known fan designs with the same impeller diameter to achieve a comparable performance : If one takes into account that the noise generation or the loudness of a fan with the If the circumferential speed of the impeller increases not only linearly but approximately with the power of 2.5, the gain that can be achieved with regard to the noise generation of the impeller according to the invention is particularly evident. This fact should be briefly demonstrated in the comparison values of a noise measurement. 7-`?` `@ °". An impeller with the same wheel diameter was used as a comparison wheel. The main differences were in the hub ratio (0.42), in the number of blades (5) and in the wing structure - strongly @ - tapered blade lengths towards the wing tip The comparison wheel ran at 4,100 rpm, the impeller according to the invention at 2,800 rpm with the same, specified power.

Eine Geräuschmessung ergab eine Gesamtlautstärke von ?.1,5 (dB) für das Vergleichsrad und von 59 (dB) für das Flügelrad gemäß der Erfindung.In einem Frequenzbereich von 500 bis 2000 Hz betrug die Differenz des Schallpegels im Mittel über 10 dB zu Gunsten des erfindungsgemäßen Flügelrades. Wenn man dabei bedenkt, daß eine Zunahme um etwa 10 dB einer Verdoppelung der subjektiven Geräuschempfindung entspricht, so wird der Fortschritt des erfindungsgemäßen Flügelrades auch hinsichtlich der Geräuschbildung klar ersichtlich.A noise measurement showed an overall volume of? .1.5 (dB) for the comparison wheel and of 59 (dB) for the impeller according to the invention In the frequency range from 500 to 2000 Hz, the difference in the sound level was on average over 10 dB in favor of the impeller according to the invention. When you consider that an increase of about 10 dB means a doubling of the subjective noise perception corresponds, so the progress of the impeller according to the invention is also in terms of clearly visible from the noise generation.

Abschließend ist noch zu erwähnen, daß das Flügelrad gemäß der Erfindung überall dort mit Vorteil eingesetzt werden kann, wo eine hohe Druckerzeugung, verbunden mit einem geräuscharmen Lauf, erwünscht oder erforderlich ist. Durch die Erfüllung dieser zunächst als unvereinbare Gegensätze erscheinendalForderungen befriedigt der Erfindungsgegenstand gleichzeitig ein technisches, sowie auch ein physiologisches Bedürfnis.Finally it should be mentioned that the impeller according to the invention can be used with advantage wherever a high pressure generation is connected with a quiet run, is desired or required. Through fulfillment these initially appear as irreconcilable opposites as demands satisfied the subject of the invention is both a technical and a physiological one Desire.

Claims

Claims 1 @ Low-noise Axiälflügelrad, characterized by the simultaneous presence of the following, partially known, features: a. The hub diameter / impeller diameter ratio (d / D) is within the limits 0.551S d / DS 0.65 b. The wings are profiled in a circular arc c. The degree of wing curvature (f / 2) changes from the _. Wing root to wing tip k d. The blades are arranged on the hub circumference in such a way that, viewed in the axial direction, they do not overlap over the entire length of the blade.

2. Aaialflügelrad according to claim 1, characterized in that the wing camber (f / s) of the wing root to the wing tip increases. __

3. Social impeller according to claim 1 and 2, characterized in that the length of the wing chord of the wing root increases to the wing tip - or at least remains the same.