DE2321717C2

DE2321717C2 - Tandem-Gebläse

Info

Publication number: DE2321717C2
Application number: DE2321717A
Authority: DE
Inventors: Volker Dipl.-Ing. 7742 St Georgen Schlicker
Original assignee: Papst Motoren & Co Kg 7742 St Georgen GmbH; Papst Motoren GmbH and Co KG
Current assignee: Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Priority date: 1973-04-28
Filing date: 1973-04-28
Publication date: 1985-05-02
Also published as: DE2321717A1

Description

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Die Erfindung betrifft ein Tandem-Gebläse mit zwei gegenläufigen Lüfterrädern, wobei zwischen den gegenläufigen Lüfterrädern ein freier Ringraum ;>ngcordnet brist.

Aus der DE-OS 14 28 063 ist ein Gebläse bekannt, bei dem zum Antrieb jedes Laufrades ein Scheibenankermotor dient, die Schaufeln jeweils am Rotor befestigt und beide Rotoren drehbar auf einer feststehenden, die Statoren durchsetzenden Welle gelagert sind. Die Anordnung weist einen relativ großen axialen Zwischenraum zwischen den axial relativ kurzen Schaufeln der Laufräder auf. Ebenso zeigt sie praktisch nur ein Laufrad für ein gattungsgemäßes Gebläse ohne Gehäuse. Dieser Stand der Technik beschäftigt sich mit der Bauweise der Motoren als solchen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekanntlich relativ gute aerodynamische Gesamtwirkung gattungsgemäßer Gebläse mit zwei gegenläufigen axialen Lüfterrädern, sogenannter Tandemgebläse, weiter zu verbessern, d. h. ihre Leistungskennlinie (Druck-Volumen-Kennlinie), jedoch bei möglichst kleinem Geräusch, sowohl im Sinne minimaler Druckeinbrüche (sogenannter Sättel) als auch zu höheren Leistungswerten hin zu verändern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Tandem-Gebläse gelöst wie es durch den Anspruch Ί gekennzeichnet ist

Dabei wird dies in erster Linie dadurch erreicht, daß (der sonst zwischen den gegenläufigen Lüfterrädern befindliche starre Leitapparat weggelassen wird, so daß an seiner Stelle) ein freier Ringraum angeordnet ist, wobei erfindungsgemäß die axiale Projektion bzw. Länge der austrittsseitigen Lüfterschaufel etwa gleich groß ist wie die axiale Länge bzw. Projektion der eintrittsseitigen Lüfterschaufeln und die axiale Erstreckung dieses freien Ringraumes zusammen.

Wie bei den ausführlichen Erläuterungen zum Ausführungsbeispiel später noch gezeigt wird, ergibt sich nicht nur eine überraschend stark verbesserte Leistungskennlinie eines erfindungsgemäßen Gebläses, sondern es stellen sich auch in geräuschlicher Hinsicht sehr befriedigende Verhältnisse ein.

Weiter erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die axiale Projektion der eintrittsseihgün Schaufel etwa gleich groß zu machen wie die axiale Erstreckung des freien Ringraumes. Als entscheidend für den Fortschritt des Erfindungsgegenstandes wird nicht die Talsache angesehen, daß zwischen den gegenläufigen Lüfterrädern ein freier Ringraum überhaupt angeordnet ist. sondern das eine Variation der axialen Längenverhältnisse über das übliche Maß hinaus vorgenommen wird, was den erfindungscharakteristischen großen Fortschritt bringen dürfte. Die weiteren angegebenen Dimensionierungen bedeuten weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels im folgenden erläutert.

F i g. 1 zeigt einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Tandem-Gebläse mit Bezifferung der Einzelteile und alphabetischer Bezeichnung der wichtigen Dimensionen, während

F i g. 2, 3, 4 in entsprechender axialer Positionierung unter der Fig. 1 die Schaufelprofile darstellen, wobei Fig.3 die Abwicklung am Mantelumfang des Außenläufer-Motors, d. h. auf der inneren Zylinderfläche oder der inneren Grenze des aktiven Laufradbereiches, während F i g. 4 die Abwicklung auf der äußeren Zylinderflache oder der Umhüllenden des aktiven l.aufradbcreiches darstellt (Fig. 2 betrifft die austrittsscitigen l.üfterschaufeln, während die F i g. 3 und 4 die eintrittsscitigen Lüfterschaufeln betreffen).

Fig. 5 stellt eine Draufsicht in axialer Richtung entgegen der Strömungsrichtung dar, während

F i g. 6 eine in die Ebene abgewickelte ausirilissciiigc

Schaufel der Ansicht von F i g. 5 zeigt, welche an einer Außenecke druckseitig nach F i g. 7 abgekrümmt ist

F i g. 8 zeigt die Leistungskennlinie eines erfindungsgemäßen Gebläses im Vergleich mit seinen Komponenten, sowie

F i g. 9 die Geräuschverbältrasse, in Form eines sogenannten Optav-Spektrums dargestellt

Im einzelnen zeigt F i g. 1 ein erfindungsgemäßes Tandem-Gebläse, das aus zwei um 180° gegeneinander verschwenkten und in dieser Lage zusammengesetzten Axial-Ventilatoren I, Il aufgebaut ist Zwischen den gegenläufigen Lüfterrädern 3, 2 befindet sich der freie Ringraum 3, wobei die axialen Längenverhältnisse A, B, C die axiale Projektion der eintrittsseitigen Lüfterschaufel (A) des Ringraumes (C) sowie die axiale Projektion der austrittsseitigen Lüfterschaufel (B) bedeuten. Die Außenläufer-Rotoren 4 und 5 sind in den nur zum sehr geringen Teil sichtbaren Innenstatoren 6 und 7 einseitig gelagert — jedes der Außenläufer-Gehäuse von 4,5 bildet eine sogenannte Rotor-Glocke, vobei die beiden Glockenboden im engen Abstand s einander gegenüberstehen und — sich gegenläufig im Betrieb drehend — einen Spalt 15 bilden. Jeder Axial-Ventilator ist über den Innenstator 6, 7, der die Lagerungselemente aufnimmt, jeweils über den Flansch 61,71 und von dort über Streben 62, 72 mit dem Gehäusemantel 9,10 verbunden und gehalten. Die gesamte Strömungskanallänge ist etwa gleich groß wie der lichte Durchmesser des aktiven Strömungsringkanals D. Die Pfeile 11 und 12 /eigen die Drehrichtung der Motoren und die Pfeile 13 die Richtung der entsprechend erzeugten Strömung. Die elektrischen Zuleitungen 16,17 (4adrig jeweils) gehen durch eine speziell dafür hohl ausgebildete Strebe über den Flansch 61, 71 in das Motorinnere 6, 7. Die Befestigungsansätze 18, welche beim einzelnen Axial-Ventilator schon vorhanden sind, können beim Ausführungsbeispiel gleichzeitig zur gegenseitigen Verschraubung mittels ochraubelementen 19 (angedeutet), in gleicher Weise wie beim einzelnen Axial-Ventiiator zur Befestigung, dienen.

Die Innenstatoren 6, 7 der Außenläufermotoren 4, 5 sind jeweils auf einer Stirnseite über Streben 62, 72 gehaltert, so daß ohne zusätzlichen konstruktiven Aufwand der freie Ringraum erreicht wi;'d, so daß von den Stirnseiten her im strömungsmäßig weniger aktiven Zentrum die Halterung von Motor und Laufrad jeweils ungeordnet ist.

Wie im Motor 5,7 gestrichelt angedeutet, wird durch einen bei Betrieb auftretenden Sog im Spalt 15 durch dort cbenfails gestrichelt angedeutete Durchströmungsöffnungen 25 im Boden der Rotor-Glocke 5 (wie auch 24 im Flansch 71) einen den Motor zusätzlich kühlende Strömung in Richtung des Pfeiles 23 erzeugt. Unter Umständen entsteht im entsprechend gestalteten Motor 4,6 eine solche zusätzliche Strömung des Motors ebenfalls, jedoch in Richtung des Pfeiles 23 auch, obwohl am Umfang des Spaltes 15 ein Sog auftritt, der die Luft aus dem Motorinneren herausziehen will. Wenn jedoch der Druck im Ringraum 3 entsprechend groß ist, kann sich die Richtung der zusätzlichen Durchströmung im Motor 4 umkehren, weil das Druckgefälle der Hauptströmung nur eine zusätzliche parallele Durchströmung, etwa 23, entgegen der Richtung der Hauptströmung unterstützt. Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 zeigt die Verwendung zweier etwa gleicher Axial-Ventilatoren I, II, wobei nur die Schaufeln für das eintrittsseitige Ventilator-Laufrad gemäß Fig 3 und 4 gegenüber Fig. 2 geändert wurden. Das ausuiUsseitige Lüfterrad 2 hat sieben Schaufeln 20, das eintrittsseitige Lüftenrad 1 ha· ebenfalls sieben Schaufeln 10 beim Ausführungsbeispiel. Bei einer Drehzahl von etwa 2500 bis 2800 U/min erscheint das bei den weiter genannten Proportionen optimal, obwohl eine Vergrößerung der Schaufelzahl des austrittsseitigen Lüfterrades 2 noch weiter vorteilhaft sein könnte,

Unter der Annahme, daß die Stegdicken grob vernachlässigbar sind, so daß die Gesamtstrecke

to A + B + C etwa der Kanallänge der Strömung im Gehäuse entspricht, erscheint ein Verhältnis dieser Gesamtstrecke A + B + C zur radialen Dicke des Strömungsringprofils R₃ — R, wie 3 :1 vorteilhaft Natürlich würde eine Verkleinerung von Rj, dem Halbmesser des antreibenden Außenläufers mehr Fördervolumen bringen, doch sinkt dabei die Motorleistung ab. Die Verwendung zweier etwa gleicher Außenläufer-Motoren mit etwa walzenförmig gleichen Durchmesser bringt auch den strömungsmäßig vorteilhaftt:.· etwa gleichen Durchmesser der rotierenden antreibenden Motorkerne. Der oben angesprochenen Optimierung entspricht auch ein Verhältnis vom lichten Strömungsdurchmesser D zum Außendurchmesser der Außenläufer-Motoren 2 R,r wie 2:1. Wenn man die Rotorböden näher zueinander setzt, wird das von den Fertigungstoleranzen her eventuell zu teuer. Außerdem könnte ein zusätzliches, wesentliches Reibungsmoment im Spalt 15 durch Luftreibung entstehen und die Kühlung ginge dann auch zurück. Will man also eine gewisse Kühlung bei norrr.a-

jo len Fertigungsbedingungen, ist eine gewisse Spaltweite s erforderlich, vorzugsweise wird sie zu einem Zehntel des Radius /?, des Außenläufer-Gehäuses gewählt. Wenn man den Spalt zu groß macht, wird die Strömung im Ringraum, zunächst sicher unwesentlich, beeinträchtigt

F i g. 2 zeigt die Ansicht einer Schaufelstirn des austrittsseitigen Lüfterrades von radial außen, wobei die im wesentlichen ebene Schaufel 20 an der druckseitigen AuPenecke 27 in Strömungsrichtung hin in einem gewissen Bereich abgebogen ist, wie das im einzelnen die F i g. 6 und 7 maßgerecht zeigen. Der Austrittswinkel y der Schaufel 20 liegt zwischen 110° und 15C", vorzugsweise beträgt er etwa 135°. Die Abbiegung der Schaufel 20 verläuft auf dem letzten Drittel ihrer radialen Er-Streckungsrichtung mit konstantem Krümmungsradius (vergleiche F i g. 7).

Die F i g. 5 zeigt die stark abgerundete Kontur dieser radialen äußeren druckseitigen Ecke bei Draufsicht in axialer Richtung entgegen der Strömungsrichtung 13.

so F i g. 5 zeigt auch die diametral die Stirnseiten des Gibläsetubus durchziehenden Streben 72, völlig er.tsprecnend zur Anordnung auf der Einströmseite 62; ebenso zur Einströmseite analog die Flanschbereiche 71 bzw. 61. Die Lüftungslöcher 24 dienen gegebenenfalls einer zusätzlichen Durchströmung des Motorinneren zur besseren Wärmeabfuhr der Verlustwärme im Motor. Die eintrittsseitigen S.reben 62 und die austrittsseitigen Streben 72 sind aus dem strömungsaktiven Raum, in dem sich die Flügelräder 1,2 und der Raum 3 befinden, herausgenommen, so daß dort in durch stehende Teile ungestörter Weise die Strömung gebildet werden kann. Ausblasseitig sind die Austrittskanten 29 von den Stegen 72 weiter entfunt als auf der Eintrittseite 62, was hinsichtlich der Geräuschbildung ebenfalls vorteilhaft

F i g. 3 zeigt die Abwicklung der eintrittsseitigen Schaufelwurzel aus dem Mantel des Außenläufer-Gehäuses 4. Dabei ist der Anstellwinkel λ an der Eintritts-

kante der Schaufeln 10 zwischen der Tangente an die Schaufelfläche und der Drehrichtung (umfangsmäßig) dieser Schaufel verstanden, während der Austrittswinkel β der eintrittsseitigen Schaufel entsprechend zwischen der Tangente an die Schaufelfläche an der Hinter· 5 kante und ebenfalls der Drehrichtungsbewegung dieser Kante gebildet wird. Der Index / bedeutet die Verhältnisse an der inneren Umhüllenden des aktiven Schaufelkranzes auf dem Zylindermantel des Außenläufers 4, der den Radius Λ, hat. 10

Fig.4 zeigt die Abwicklung am Außenmantel, der Umhüllenden, mit dem Radius R₁, weshalb der Index a eingeführt wurde. — Die eintrittsseitigen Schaufeln sind so verwunden, daß der Anstellwinkel λ an der Eintrittskante zur Schaufel 10, radial nach außen abnehmend, zwischen x, = 45 und Ct₂ = 0° liegt, und der Austrittswinkei der Sciiauicl 10, radial nach außen zunehmend, zwischen # etwa 90° und ß, = etwa 150° liegt. Die eintrittsseitigen Schaufeln 1 weisen eine ausgeprägte Ekkenkontur auf, d. h. daß die Schaufeln soweit auslaufende Flügelspitzen oder Ecken haben, wie das von dem begrenzenden Gehäusemantel und den Streben her möglich ist. Diese Eckenkontur ist jedoch auch auf der abströmseitigen Kante eckig ausgebildet. Die Verwindung der Schaufel 10 ist in F i g. 1 auch dargestellt, indem eine Stirnansicht von radial außen auf die Schaufel 10 angedeutet ist.

F i g. 8 zeigt den 'eistungsmäßigen Fortschritt des erfindungsgemäßen Gebläses nach F i g. 1 und folgende. Die Kurve 81 ist die gemessene Kennlinie des linken Gebläses 1 der Fig. 1; die Kurve 82 die des rechten Axial-Ventilators 11 der F i g. 1. Die graphische Addition der Drücke führt zur Kurve 83, während die erfindungsgemäße Kombination I mit 11 eine gemessene Kennlinie nsch 84 ergibt

F i g. 9 stellt die Geräuschverhältnisse dar. Der Gegenlauf der Tandem-Gebläse macht diese an sich sehr laut.

Ein erfindungsgemäßes Tandem-Gebläse baut in optimaler Weise die Geschwindigkeitsenergie ab, wandelt sie in Druckenergie um, wobei das Geräusch relativ gering ist. Durch Weglassen des Leitapparates zwischen den gegenläufigen Lüfterrädern und entsprechender Gestaltung der Schaufeln bei entsprechenden axialen Proportionen wird dies nicht durch konstruktive Maßnahmen vorteilhaft erreicht, sondern die Verwendung zweier etwa gleicher Axial-Ventilatoren, unmittelbar umgekehrt zu einem Tandem-Gebläse verschraubt, wobei lediglich beirr, einen die Schaufeln variiert sind, stellt eine sehr wirtschaftliche Lösung dar. Die eintrittsseitige Schaufel ist für große Fördermenge ausgebildet, sie ist axial kürzer und insgesamt von steilerem Anstellwinkel, während die austrittsseitige Schaufel zur Druckerhöhung dient, im Gegensatz zu den Eintrittsschaufeln, weiche stärker verwunden und profiliert sind, im wesentlichen eben geformt ist, axial eine längere Projektion hat, aber insgesamt einen kleineren Anstellwinkel. Ein erfindungsgemäßes Tandem-Gebläse ergibt außerdem eine verbesserte Leistungskennlinie, praktisch ohne Druckeinbrüche (Sattel). Neben dieser Verbesserung des Kennlinienverlaufs ergibt die Erfindung auch eine beträchtliche Verbesserung der Leistungswerte an sich.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen
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Claims

Patentansprüche:

1. Tandemgebläse mit zwei gegenläufigen Lüfterrädern, wobei zwischen den gegenläufigen Lüfterrädem ein freier Ringraum angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Projektion (B) der austrittsseitigen Lüfterschaufeln (20) etwa gleich groß ist wie die axiale Projektion (A) der eintrittsseitigen Lüfterschaufeln (10) und die axiale Erstrekkung (C) dieses freien Ringraumes zusammen.

2. Tandemgebläse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Projektion (A) der eintrittsseitigen Schaufeln (tO) etwa gleich groß ist wie die axiale Erstreckung (C) des Ringraumes (3).

3. Tandemgebläse nach einem der Ansprüche 1 oder Z dadurch gekennzeichnet daß der Anstellwinkel (alpha) ζ? der Eintrittskante der eintrittsseitigen Schaufeln (43) radial nach außen (alpha,-... alpha.,) abnehmend zwischen 45 und 0° liegt.

4. Tandemgebläse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Austrittswinkel (beta) der eintrittsseitigen Schaufel (10) radial nach außen (beta,·... beta?) zunehmend zwischen 90 und 150° liegt.

5. Tandemgebläse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die eintrittsseitigen Schaufeln (10) eine ausgeprägte Ekkenkontur aufweisen, d. h. nahezu so weit auslaufende Flügelspitzen haben, wie das von dem begrenzenden Gehäusa her möglich ist

6. Tandemgebläse nav-h einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Lüfterflügelflächen (20) des austrittsseitigen Laufrades (2) im wesentlichen wenigstens annähernd eben sind, wobei ihr Austrittswinkel (gamma) vorzugsweise etwa bei 135° liegt.

7. Tandemgebläse nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die druckseitigen, radial äußeren Ecken (27) der Schaufeln (20) bei Draufsicht in axialer Richtung eine stark abgerundete Kontur aufweisen.

8. Tandenigebläse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abrundung der Kontur durch Abbiegen der druckseitigen Außenecken (27) in Strömungsrichtung erreicht wird.

9. Tandemgebläse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Strecke A + B + C etwa der dreifachen Strecke R_f — Ri entspricht.

10. Tandemgebläse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß R₃ etwa zwei Λ, entspricht.

11. Tandemgebläse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß R, wenigstens dem fünffachen, vorzugsweise dem zehnbis zwölffachen der Dicke (s) des Spaltes (15) entspricht.