DE1428273C3 - Flügelrad für einen geräuscharmen Axialventilator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Flügelrad für einen geräuscharmen Axial ventilator, bei dem das das Flügelrad umschließende Gehäuse an der Anströniseitc zur Führung der Strömung einen zylindrischen Wulst aufweist und hinter dem Einlauf in seinem Durchmesser erweitert ist.

In vielen Fällen entstehen beim Betrieb von Axialvenlilatoren hohe Verluste und zusätzliche Geräusche, weil das Anbringen einer Eiiilaul'düse vor dem eigentlichen zylindrischen Venlilatorgehäuse aus Platzgriinden nicht möglich ist. Hs ist bereits der Versuch unternommen worden, die Ansiröniverhältnissc dadurch zu verbessern, daß das Gehäuse auf der Anströniseite mit einem zyliiideiförmigen Wulst mit kleinerer lichter Weite als der übrige Gehäuseteil versehen wird und das Flügelrad, von der Anströmseite aus gesehen, hinter diesem Wulst angebracht wird. Durch Ablöseeischeinungen entstehen aber auch hier zusätzliche Geräusche.

Weiterhin ist bereits ein geräuscharmer Ventilator bekannt (vgl. z. B. U.SA.-Patentschrift 2 325 222), bei dem tlas das Flügelrad umschließende Gehäuse in der Breite des Flügelrades als zylindrischer Wulst ausgebildet und hinter dem Einlauf in seinem Durchmesser erweitert ist. Diese Konstruktion ist jedoch hinsichtlich des möglichen Druckgewinnes noch nicht optimal.

Weiterhin ist bereits ein geräuscharmer Ventilator mit inehrflügeligcm Laufrad bekannt, bei dem die Schaitfelkanten stark abgerundet sind. Die im,wesentlichen axial aus diesem Rad austretende Luft wird gegen eine Gehäusewand geleitet, durch die sie in radialer Richtung abgelenkt wird. An das Gehäuse eines solchen Ventilators ist noch ein Spiralgehäuse angeschlossen, so daß die unter einem Winkel schiefgestellten Auslrittskanten des Schaufelrades die Innenkante der Gehäusezunge schiefwinkelig" überschneiden, damit erfolgt das Umlenken des Abfluß-Stromes des Laufrades in die mehr tangential Richtung in der Spirale nur allmählich. (Vgl. deutsche Patentschrift 634 449.)

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, das Flügelrad eines geräuscharmen Axialventilators der eingangs genannten Art so auszubilden, tlaß sich trotz gedrungener Bauweise eine erhebliche Drucksteigerung erzielen läßt.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Flügel des Flügelrades auf der Anslrömseitc Ausnehmungen aufweisen, in die der Wulst hineinragt. Hierdurch läßt sich trotz gedrungener Bauweise das Flügelrad in seinem Durchmesser hinter dem Wulst erheblich erweitern, so daß sich der Druck gegenüber den bekannten Konstruktionen noch erheblich steigern läßt. Außerdem wird durch diese Konstruktion auch eine bessere Spaltdichtung zwischen Laufrad und Gehäuse erzielt, so daß der vorstellend erwähnte Druckgewinn auch dann erhalten bleibt, wenn z. B. dem Axialventilator Drosselstellen nachgeschaltet sind.

Im Hinblick auf eine einfache Fertigung des Flügelrades sind die Flügel vorteilhafterweisc derart am Nabcniimfang anzuordnen, daß sie sich, in axialer Richtung gesehen, über die gesamte Flügellänge nicht überschneiden. Um eine hohe Förderleistung bei gutem Wirkungsgrad zu erzielen, sind günstigerweise die Flügel kreisbogenförmig profiliert, mit veränderlicher Wölbung von der Fliigclwurzel bis zur Flügelspitze. Für einen weiteren Druck- und Fördermengengewinn im Bereich höherer Drücke sind die Flügel vorteilhaftcrweise so aufgebaut, daß die Länge der Flügelsehnen von der Flügelwurzel bis zur Flügelspitze zunimmt oder zumindest gleichbleibt. Zur Erhöhung der radialen Strömungskomponente und damit zur Vergrößerung des erzielbaren statischen Druckes ist mit Vorteil die Nabe des Flügelrades halbkugelförmig gewölbt. Dabei sind die Flügel zur Erhöhung der Fördermenge vorteilhafterweise bis in

ίο die Nähe des Nabenmittelpunktes herangeführt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt, sie werden an Hand dieser Zeichnung im folgenden näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt in schcmalischer Darstellung eine der bisher bekannten Lösungen der Anordnung eines Äxialllügelratles in einem Gehäuse mit zylinderförmigem Wulst;

Fig. 2a und 2b zeigen die Anordnung eines Axialllügelrades in einem Gehäuse gemäß der Erfindung;

F i g. 3 zeigt die Ansicht des Axialflügelrades nach Fig. 2a ohne Gehäuse; ,·■

Fig. 4 zeigt einen Schnitt des Axialflügelrades nach Fig. 3 längs der Schnittebene IV-IV;

Fig. 5a, 5b und 5c zeigen Profilschnitte eines Flügels in Höhe der Flügelspitze, der Flügclmitte und der Flügelwurzel;

Fig. 6 zeigt die Ansicht des Axialflügelrades nach Fig. 2b ohne Gehäuse;

Fig. 7 zeigt einen Schnitt des Axialllügelrades nach F i g. 6 längs l\ct Schnittebene VII-VII.

F i g. 1 zeigt die bisher bekannte Einbauweise eines AxialHügelrades 1 in ein Gehäuse 2 mit einem zylinderförmigen Wulst 3 an der Anströmseite. Durch den relativ großen Spalt 4 und die übergangslose Erweiterung des Gehäuses entstehen an den Flügelspitzen starke Wirbelbildungen, die den Wirkungsgrad des Axialllügelrades 1 herabsetzen und eine zu- ■ sätzliche Geräuschquelle darstellen. Der Verlauf der Strömungslinien ist durch die Pfeile 5 schematisch ' angedeutet. Die Strahlkontraktion an der Anströmseite des Ventilators ist groß, weil wegen des Fehleus einer geeigneten Einlaufdüse die Strömungsführung ungünstig ist. Damit kommt es im Axialflügelrad 1 zu (i, Ablösungserscheinungen, die eine weitere störende Geräuschquelle darstellen und außerdem den Wirkungsgrad noch verschlechtern.

In den Fig. 2a und 2b wird dargestellt, wie durch den neuartigen Einbau des Axialflügelrades 5 in das Gehäuse 6 eine flache Gehäusebauweise erreicht werden kann, wobei trotz fehlender Einlaufdüse die Wirkung einer solchen erzielt wird. Die Flügel 7 sind auf der Anströmseite B an der Flügelspitze mit Ausnehmungen 8 versehen, in die der zylinderförrrnge Wulst 9 des Gehäuses 6 hineinragt. Durch dieses Hereinziehen des Flügelrades 5 in den zylinderförmigen Wulst 9 an der Anströmscite B des Gehäuses 6 können nicht nur der Spalt und damit auch die Spaltverluste klein gehalten werden, sondern es wird insbesondere auch eine flache Gehäusebauweisc erreicht. Ferne,r ist mit dieser Maßnahme eine gute axiale Führung der Strömung gegeben, mit der Folge, daß die Strahlkontraktion gering ist und somit Ablösungserscheinungen der Strömung am Flügelrad 5 kaum auftreten. Damit ist aber eine für die Geräuschbelästigung wesentliche, zusätzliche Geräuschquelle ausgeschaltet. Durch die Gehäusevergrößerung im anschließenden Flügelbereich wird die rein axiale '

Führung der Strömung aufgehoben, und es wird somit ermöglicht, daß das angesaugte Medium mit einer radialen Komponente abströmen kann, was eine Druckerhöhung infolge der Fliehkraftwirkung ergibt. Diese Druckerhöhung durch die Fliehkraftwirkung kann durch die Verwendung eines Flügelrades 5 mit einer halbkugelfömiig gewölbten Nabe 10, wie in F i g. 2 b dargestellt ist, noch erhöht werden. Der Verlauf der Strömungslinien ist in schematischer Darstellung mit den Pfeilen S dargestellt.

In den Fig. 3 und 4 ist ein Axialllügelrad 5 dargestellt, wie es mit Vorteil gemäß Fig. 2a in ein Gehäuse 6 eingebaut wird. Das Flügelrad 5 wird durch einen zeichnerisch nicht dargestellten Elektromotor in Richtung des Pfeiles/1 in Umdrehung gesetzt. Über den Umfang der Nabe 11 sind die Flügel 7 so angebracht, daß in Höhe der Flügclwurzeln 12 jeweils ein Abstand 13 zwischen zwei aufeinanderfolgenden Flügeln 7 verbleibt. Dieser Abstand 13 sollte mit Rücksicht auf eine wirtschaftliche Fertigungsweise eine Größe von einigen Millimetern nicht unterschreiten. Das Nabenverhältnis dlD beträgt etwa 0,6. Für die Erzeugung hoher Drücke in Verbindung mit einem geräuscharmen Lauf hat sich ein Bereich des Nabenverhältnisses 0,55 ~"4 djD -A 0,65 als besonders vorteilhaft erwiesen. Die obere Grenze ist durch das Ansteigen der Spaltverluste gegeben, die untere Grenze durch die Höhe des erforderlichen statischen Druckes bei einer bestimmten Fördermenge. Der erforderliche statische Druck muß nämlich in einem Bereich der p-v-Kcnnlinie erreicht werden, der noch nicht im Abreißgebiet liegt, weil ansonsten starke Ablösungserscheinungcn hohe Geräusche und einen schlechten Wirkungsgrad des Flügelrades bedingen.

In den Fig. 5a, 5b und 5c sind mit 14, 15 und 16 die Flügelprolile in den Schnittebenen an der Flügelspitze 17, der Flügelmitte 18 und der Flügelwurzel 12 bezeichnet.

Die Flügel 7 sind kreisbogenförmig profiliert (Radien Ra, Rb, Rc) mit veränderlichen Wölbungen (fa/la, fd/lb, feile) von der Flügelwurzel 12 zur Flügelspitze 17. Die Verwendung derartig profilierter Flügel 7 bringt den Vorteil einer größeren Förderleistung und eines günstigeren Wirkungsgrades im Vergleich mit ungewölbten Flügelprofilen. Außerdem sind die Flügel 7 derart ausgebildet, daß die Länge der Flüj>elsehnen (la, Ib, Ic) von der Flügelwurzel 12 bis zur Flügelspitze 17 zunimmt oder zumindest nicht abnimmt. Ein solchermaßen an der Flügclspitze 17 verbreiterter Flügel 7 weist gegenüber einem Flügel 7 mit gegen die Flügelspitze 17 hin abnehmender Flügelsehne den Vorteil auf, daß er im Bereich höherer Drücke einen zusätzlichen Druck- und Förderlnengengewinn bringt. Das Flügelrad 5 (Fig. 3, 4, 6, 7) mit einem Nabenverhältnis 0,55 ■< dlD ·% 0,65 und mit zur Flügelspitze 17 hin vergrößerter Flügelsehne wird man immer dann mit Vorteil verwenden, wenn eine hohe statische Druckerzeugung gefordert ist. Falls nicht die Höhe der Druckerzeugung entscheidend ist, sondern allein der geräuscharme Lauf, so kann das Flügelrad 5 auch ohne die Konstruktionsmerkmale eines großen Nabenverhältnisses und der Flügelverbreiterung zur Flügelspitze hin aufgebaut sein. In diesem Fall kann das Nabenverhältnis dlD etwa nur 0,4 sein.

In den Fig. 6 und 7 ist ein Axialflügelrad 5 mit halbkugelförmig gewölbter Nabe 10 dargestellt. Die Flügel 7 sind bis in die Nähe des Nabenmittelpunktes 19 herangeführt. Dadurch wird die Flügelfläche und somit auch die Förderleistung gegenüber dem Flügelrad nach Fig. 3 und 4 noch vergrößert. Außerdem wird durch die halbkugelförmig gewölbte Nabe 10 die radiale Druckkomponente an der Abströmseite des Flügelrades 5 noch erhöht, so daß der erzielbare statische Druck noch höher als beim früher beschriebenen Flügelrad liegt. Das bedeutet aber, daß dieses Flügeliad bei gleicher Leistungsabgabe mit einer kleineren Umfangsgeschwindigkeit und somit noch geräuscharmer als das Vergleichsrad der Fi g. 3 und 4 laufen kann. Ansonsten ist das Flügelrads der Fig. 6 und 7 mit den gleichen Merkmalen versehen, wie das bereits weiter oben beschriebene, insbesondere sind die Merkmale hinsichtlich des Nabenverhältnisses, der Fliigelverbreiterung zur Flügelspitze hin und der Flügelausnehmungen an der Flügelspitze unverändert.

Es hat sich als günstig herausgestellt, die Ausnehmungen 8 an der Flügelspitze 17 bei beiden dargestellten Flügelrädern 5 so auszuführen, daß die Länge / der Ausnehmung 8 etwa der halben Flügelbreite an der Flügelspitze 17 und die Tiefe t der Ausnehmung 8 etwa 5% des Flügeldurchmessers D entspricht.

Für die Merkmale der Unteransprüche wird Patentschutz nur im Zusammenhang mit Anspruch 1 beansprucht. ..

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Flügelrad für einen geräuscharmen Axialven-■ tilator, bei dem das das Flügelrad umschließende Gehäuse an der Anströmseite zur Führung der Strömung einen zylindrischen Wulst aufweist und hinter dem Einlauf in seinem Durchmesser erweitert ist, dadurchgekennzeichnet, daß die Flügel (7) des Flügelrades auf der Anströmseite (B) Ausnehmungen aufweisen, in die der Wulst (9) hineinragt.

2. Flügelrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel (7) derart am Nabenumfang angeordnet sind, daß sie sich, in axialer Richtung gesehen, über die gesamte Flügellänge nicht überschneiden.

3. Flügel des Flügelrades nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügel (7) kreisbogenförmig profiliert sind mit veränderlicher Wölbung (///) von der Flügelwurzel (12) bis zur Flügelspitze (17).

4. Flügel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Flügelsehne von der Flügelwurzel (12) bis zur Flügelspitze (17) zunimmt oder zumindest gleichbleibt.

5. Flügelrad des Axialventilators nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (10) halbkugelförmig gewölbt ist und die Flügel (7) bis in die Nähe des Nabenmittelpunktes (19) herangeführt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen