DE19755615A1

DE19755615A1 - Axial fan for ventilation systems

Info

Publication number: DE19755615A1
Application number: DE19755615A
Authority: DE
Inventors: Volker Froehlich; Frank Wahl
Original assignee: Turbo Lufttechnik GmbH
Current assignee: Turbo Lufttechnik GmbH
Priority date: 1997-12-13
Filing date: 1997-12-13
Publication date: 1999-06-17
Also published as: ATE245255T1; EP0922862A2; EP0922862A3; DE59809019D1; EP0922862B1

Abstract

An insert ring (12) is fastened on the inside wall of the housing (1) and comprises a material which does not wear in use and which wears during smoke removal. The distance of the tips of the blades (8) from the inside wall of the housing is preferably 0.2-2.0% of the impeller diameter and from the inside of the insert ring is 0-0.5% of the impeller diameter.

Description

Die Erfindung betrifft einen Axialventilator für Lüftungsanlagen für den kombinierten Lüftungs- und Entrauchungsbetrieb mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.The invention relates to an axial fan for Ventilation systems for the combined ventilation and Smoke extraction company with the features of the generic term of Claim 1.

In der Lüftungstechnik werden Axialventilatoren eingesetzt, die sowohl für den Lüftungsfall als auch für die Entrauchung im Brandfall geeignet sein müssen. Bei Axialventilatoren ist man bestrebt, einen kleinen Laufradspalt zwischen den Laufschaufelspitzen und der Gehäuseinnenwand einzuhalten, um optimale Werte im Hinblick auf die Akustik, das aerodynamische Verhalten, den Wirkungsgrad und das Schwingungsverhalten des Axialventilators zu erreichen. Für den Brandfall besteht die Forderung, daß der Ventilator eine definierte Zeitspanne Brandtemperatur standhalten muß, die weit über der normalen Raumtemperatur liegen. Unter diesen Betriebsbedingungen dehnt sich das Laufrad und das Gehäuse unterschiedlich aus. Dabei kann der Fall eintreten, daß sich das Laufrad soweit aufweitet, daß es am Gehäuse anstreift. Dies ist unbedingt zu verhindern. Man ist daher gezwungen, den Laufradspalt von kombinierten Lüftungs- und Brandgasventilator soweit zu vergrößern, daß ein Anstreifen des Laufrades aufgrund der Wärmedehnung und der bleibenden Dehnung bei hohen Umfangsgeschwindigkeiten nicht auftreten kann. Eine solche Vergrößerung des Laufradspaltes führt jedoch zu enormen aerodynamischen Leistungseinbußen und zur Schallerhöhung, die für den Einsatz der Brandgasaxialventilatoren im Lüftungsbetrieb nicht hinnehmbar sind.Axial fans are used in ventilation technology for both ventilation and smoke extraction in Fire must be suitable. One is with axial fans strives to leave a small impeller gap between the Bucket tips and the inner wall of the housing to be observed optimal values in terms of acoustics, aerodynamics Behavior, the efficiency and the vibration behavior of the Achieve axial fan. In the event of fire there is Requirement that the fan have a defined period of time Fire temperature must withstand far above normal Room temperature. Stretches under these operating conditions the impeller and the housing are different. Here the case may occur that the impeller expands so far that it brushes against the housing. It is essential to prevent this. One is therefore forced to combine the impeller gap To enlarge ventilation and fire gas fan so far that a Brushing the impeller due to thermal expansion and permanent elongation at high peripheral speeds can occur. Such an enlargement of the impeller gap however, leads to enormous aerodynamic performance losses and to increase noise, which is necessary for the use of Fire gas axial fans in ventilation mode not acceptable are.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Axialventilator so zu gestalten, daß ein kombinierter Lüftungs- und Entrauchungsbetrieb des Axialventilators jeweils unter optimalen Bedingungen möglich ist.The invention has for its object the generic To design the axial fan so that a combined ventilation and smoke extraction operation of the axial fan each under optimal conditions is possible.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Axialventilator erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This task is performed with a generic axial fan according to the invention by the characterizing features of Claim 1 solved. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the subclaims.

Durch die Anordnung des Einlegeringes läßt sich der im Lüftungsfall einzustellende Laufradspalt zwischen den Laufschaufelspitzen und dem Einlegering strömungstechnisch korrekt auslegen, so daß der Axialventilator in diesem Betriebsfall optimal läuft. In dem Maße, wie das Laufrad im Brandfall bei der Entrauchung mit ansteigender Temperatur des Fördermediums wächst, wird der Einlegering durch die Laufschaufelspitzen abgerieben. Dadurch nähert sich der Laufradspalt zwischen dem jetzt vergrößerten Laufraddurchmesser und dem in der Dicke verringerten Einlegering auf den unter diesen Betriebsverhältnissen strömungstechnisch korrekten Wert an. Damit läuft der Axialventilator auch im Brandfall unter optimalen Bedingungen.The arrangement of the insert ring allows the Impeller gap to be set between the ventilation case Flow tips and the insert ring fluidically lay out correctly so that the axial fan in this Operating case runs optimally. To the extent that the impeller in Fire event during smoke extraction with increasing temperature of the Medium increases, the insert ring is replaced by the Blade tips rubbed off. This brings the Impeller gap between the now enlarged impeller diameter and the reduced thickness of the insert ring on the bottom these operating conditions are the correct flow values on. This means that the axial fan also gets under in the event of a fire optimal conditions.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention is in the drawing shown and is explained in more detail below. Show it:

Fig. 1 den Längsschnitt durch einen Axialventilator, Fig. 1 is a longitudinal section through an axial fan,

Fig. 2 die Seitenansicht nach Fig. 1, Fig. 2 shows the side view of FIG. 1,

Fig. 3 die Einzelheit Z nach Fig. 2, Fig. 3 shows the detail Z in Fig. 2,

Fig. 4 schematisch einen Axialventilator im Lüftungsfall und Fig. 4 shows schematically an axial fan in the case of ventilation and

Fig. 5 schematisch einen Axialventilator im Entrauchungsfall. Fig. 5 shows schematically an axial fan in the case of smoke extraction.

Der dargestellte Axialventilator dient der Belüftung von Bauwerken und ist für den kombinierten Lüftungs- und Entrauchungsbetrieb geeignet. Der Axialventilator enthält ein Gehäuse 1, das mit zwei Anschlußflanschen 2 versehen ist. In dem Gehäuse 1 sind ein Laufrad 3 und ein Motortopf 4 angeordnet. Der Motortopf 4 nimmt einen Motor 5 für den Antrieb des Laufrades 3 auf. Das Laufrad 3 besteht aus einer durch den Motor 5 angetriebenen Welle 6, aus einer Nabe 7 und aus in der Nabe 7 angeordneten, vorzugsweise einstellbaren Laufschaufeln 8.The axial fan shown is used to ventilate buildings and is suitable for combined ventilation and smoke extraction. The axial fan contains a housing 1 which is provided with two connecting flanges 2 . An impeller 3 and a motor pot 4 are arranged in the housing 1 . The motor pot 4 receives a motor 5 for driving the impeller 3 . The impeller 3 consists of a shaft 6 driven by the motor 5 , of a hub 7 and of preferably adjustable blades 8 arranged in the hub 7 .

Zwischen dem Gehäuse 1 einerseits und dem Motortopf 4 und der Nabe 7 des Laufrades 3 andererseits besteht ein ringförmiger Strömungskanal 94 durch den das Fördermedium in Richtung der Pfeile 10 gefördert wird. Stromabwärts von den Laufschaufeln 8 sind in dem Strömungskanal 9 feststehende Leitschaufeln 11 angeordnet.Between the housing 1 on the one hand and the motor pot 4 and the hub 7 of the impeller 3 on the other hand, there is an annular flow channel 94 through which the medium is conveyed in the direction of the arrows 10 . Downstream of the rotor blades 8 , stationary guide blades 11 are arranged in the flow channel 9 .

In den Laufradspalt zwischen dem Gehäuse 1 und dem Laufrad 3 ist ein Einlegering 12 eingesetzt, der an der Innenseite des Gehäuses 1 befestigt ist. Dieser Einlegering 12 besteht aus einem Werkstoff, der im Normalbetrieb, das heißt zur Lüftung von Räumen unter Förderung von Raumluft, verschleißfest und zumindest kurzfristig während eines einmaligen Entrauchungsfalles wärmebeständig ist. Der Abstand der Spitzen der Laufschaufeln 8 von der Innenwand des Gehäuses 1 beträgt 0,2 bis 2%, und der Abstand der Spitzen der Laufschaufeln 8 von der Innenseite des Einlegeringes 12 beträgt 0,0 bis 0,5% des Laufraddurchmessers. Im Normal- oder Lüftungsbetrieb ist der Laufradspalt strömungstechnisch korrekt ausgelegt.In the impeller gap between the housing 1 and the impeller 3 , an insert ring 12 is inserted, which is attached to the inside of the housing 1 . This insert ring 12 is made of a material that is wear-resistant in normal operation, that is to say for ventilation of rooms by conveying room air, and is heat-resistant at least for a short time during a single smoke extraction case. The distance of the tips of the blades 8 from the inner wall of the housing 1 is 0.2 to 2%, and the distance of the tips of the blades 8 from the inside of the insert ring 12 is 0.0 to 0.5% of the impeller diameter. In normal or ventilation operation, the impeller gap is designed to be fluidly correct.

Im Brandfall soll der Axialventilator Rauch- und Brandgase von erhöhter Temperatur fördern. Der Werkstoff des Einlegeringes 12 ist nun so gewählt, daß er mechanisch gegenüber dem Werkstoff des Laufrades 3 bei gegenseitiger Reibbeanspruchung zwischen Laufrad 3 und Einlegering 12 verschleißend ist. Da sich das Laufrad 3 unter dem Einfluß der erhöhten Temperatur des Fördermediums dehnt und dadurch im Durchmesser wächst, werden jetzt die Spitzen der Laufschaufeln 8 den Einlegering 12 abreiben, ohne mit dem Gehäuse 1 in Berührung zu kommen. Die Dicke des Einlegeringes 12 ist so zu wählen, daß die Laufschaufeln 8 niemals an dem Gehäuse 1 anstreifen. Durch das Abtragen des Einlegeringes 12 stellt sich im Entrauchungsbetrieb bzw. im Brandfall ein Laufradspalt von optimaler Breite selbsttätig ein.In the event of a fire, the axial fan is intended to convey smoke and fire gases of elevated temperature. The material of the insert ring 12 is now selected so that it is mechanically wear-resistant with respect to the material of the impeller 3 with mutual frictional stress between the impeller 3 and the insert ring 12 . Since the impeller 3 expands under the influence of the elevated temperature of the pumped medium and thereby grows in diameter, the tips of the rotor blades 8 will now rub off the insert ring 12 without coming into contact with the housing 1 . The thickness of the insert ring 12 is to be chosen so that the blades 8 never touch the housing 1 . By removing the insert ring 12 , an impeller gap of optimal width is automatically set in the smoke extraction mode or in the event of a fire.

Die Wirkungsweise des Einlegeringes 12 ist in den Fig. 4 und 5 anschaulich gezeigt. In Fig. 4 ist der Axialventilator in seiner ursprünglichen Form dargestellt, wie er für den Lüftungsbetrieb in Frage kommt. Die Fig. 5 zeigt, daß sich der Durchmesser des Laufrades 3 aufgrund der angestiegenen Temperatur der heißen Rauch- und Brandgase vergrößert hat. Die Spitzen der Laufschaufeln 8 haben einen Teil des Einlegeringes 12 abgerieben, so daß wiederum ein Laufradspalt von geringer Höhe zwischen dem Laufrad 3 und dem nun veränderten Einlegering 12 besteht.The mode of operation of the insert ring 12 is shown clearly in FIGS. 4 and 5. In Fig. 4 the axial fan is shown in its original form, as it comes into question for the ventilation operation. Fig. 5 shows that the diameter of the impeller 3 has increased due to the increased temperature of the hot smoke and combustion gases. The tips of the blades 8 have rubbed off part of the insert ring 12 , so that in turn there is an impeller gap of low height between the impeller 3 and the insert ring 12 which has now been changed.

Die Vorderkantenebene des Einlegeringes 12 ist glatt und steht unter einem Winkel von 90° zur Achse der Welle 6 des Laufrades 3. Der Einlegering 12 ist bei dem größtmöglichen Schaufeleinstellwinkel möglichst bündig zur Laufradeintrittsebene 13 eingebaut, um eine einwandfreie Anströmung des Laufrades 3 zu gewährleisten. Bei kleineren Schaufeleinstellwinkeln steht die Schaufelvorderkante geringfügig über. Wird der Einlegering 12 nicht bündig zur Vorderkante der Laufschaufeln 8 plaziert und steht an der Anströmseite über, so wird im Brandfall dieser vorne überstehende Bereich nicht abgeschliffen. Dadurch kann es durch eine schlechte Anströmung des aufgeweiteten Laufrades 3 zu einem Strömungsabriß kommen. Das Laufrad 3 läuft dann in einer Sicke, die wie ein zu großer Laufradspalt wirkt. Ein geringer überstand des Einlegeringes 12 von wenigen mm ist jedoch unschädlich.The front edge plane of the insert ring 12 is smooth and is at an angle of 90 ° to the axis of the shaft 6 of the impeller 3 . The insert ring 12 is installed as flush as possible with the impeller inlet plane 13 at the largest possible blade pitch angle in order to ensure a perfect flow against the impeller 3 . The blade leading edge protrudes slightly at smaller blade setting angles. If the insert ring 12 is not placed flush with the front edge of the blades 8 and protrudes on the inflow side, this area which protrudes at the front is not ground in the event of a fire. This can lead to a stall due to poor flow against the expanded impeller 3 . The impeller 3 then runs in a bead, which acts like an excessively large impeller gap. A small projection of the insert ring 12 of a few mm is harmless.

Der Einlegering 12 erstreckt sich mindestens über den von den Laufschaufeln 8 bestrichenen Bereich. Er kann auch über die Abströmkante der Laufschaufeln 8 hinaus bis zur rückwärtigen Kante der Nabe 7 oder bis zu den Leitschaufeln 11 reichen. Die Abströmkante des Einlegeringes 12 kann ebenso wie die Anströmkante glatt sein oder konisch in den Durchmesser des Gehäuses 1 einlaufen.The insert ring 12 extends at least over the area covered by the moving blades 8 . It can also extend beyond the trailing edge of the blades 8 to the rear edge of the hub 7 or to the guide blades 11 . The trailing edge of the insert ring 12 can, like the leading edge, be smooth or run conically into the diameter of the housing 1 .

Das für den Einlegering 12 verwendete Material ist biegsam und besteht vorzugsweise aus Fasermatten, die als Bahnen an die runden Form des Gehäuse 1 angepaßt werden. Der Einlegering 12 kann aus einer oder mehreren Schichten 14 übereinander aufgebaut werden, die an der Innenwand des Gehäuse 1 angeklebt oder mit Hilfe von Nieten 15 befestigt werden. Diese Nieten 15 werden im Entrauchungsbetrieb durch die Laufschaufeln 8 zusammen mit dem Einlegering 12 abgerieben.The material used for the insert ring 12 is flexible and preferably consists of fiber mats, which are adapted as webs to the round shape of the housing 1 . The insert ring 12 can be built up from one or more layers 14 which are glued to the inner wall of the housing 1 or fastened with the aid of rivets 15 . These rivets 15 are rubbed in the smoke extraction mode by the moving blades 8 together with the insert ring 12 .

Claims

1. Axial fan for ventilation systems for combined ventilation and smoke extraction operation with an impeller ( 3 ) rotating in a housing ( 1 ) and provided with rotor blades ( 8 ), the tip of the rotor blades ( 8 ) and the inner wall of the housing ( 1 ) there is an impeller gap, characterized in that an insert ring ( 12 ) is arranged in the impeller gap, which is attached to the inner wall of the housing ( 1 ) and that the insert ring ( 12 ) consists of a material which is essentially wear-free in ventilation mode and in Smoke extraction operation is wearing.

2. Axial fan according to claim 1, characterized in that the distance of the tips of the blades ( 8 ) from the inner wall of the housing ( 1 ) 0.2 to 2% and the distance of the tips of the blades ( 8 ) from the inside of the insert ring ( 12 ) 0.0 to 0.5% of the impeller diameter.

3. Axial fan according to claim 1 or 2, characterized in that the insert ring ( 12 ) with the leading edge of the blades ( 8 ) closes or protrudes slightly beyond the leading edge.

4. Axial fan according to one of claims 1 to 3, characterized in that the insert ring ( 12 ) corresponds at least to the width of the area covered by the impeller ( 3 ).

5. Axial fan according to one of claims 1 to 4, characterized in that the insert ring ( 12 ) projects beyond the trailing edge of the blades ( 8 ).

6. Axial fan according to one of claims 1 to 5, characterized in that the insert ring ( 12 ) consists of flexible fiber mats which are integrally formed on the inner wall of the housing ( 1 ) and fastened there.

7. Axial fan according to one of claims 1 to 6, characterized in that the insert ring ( 12 ) consists of a heat-resistant material.