DE2414610C3

DE2414610C3 - Querstromlufter

Info

Publication number: DE2414610C3
Application number: DE19742414610
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dr. Engelhardt; Bruno Keller
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1974-03-26
Filing date: 1974-03-26
Publication date: 1980-11-13
Also published as: FR2266016A1; FR2266016B1; AU7925275A; DE2414610A1; IT1034552B; ES436046A1; GB1498111A; DE2414610B2

Description

Die Erfindung betrifft einen Querstromlüfter, bestehend aus einem spiralförmig ausgebildeten, im Bereich des Druckraumes aus der Spiralform in eine ebene Fläche übergehenden, an seinen Enden mit Lüftergehäuseendscheiben versehenen Leitblech, einer innerhalb des Lüftergehäuses drehbar angeordneten Lüfterwalze mit parallel zur Drehachse verlaufenden Schaufelkanten und einem den Saugraum vom Druckraum nennenden, aus mehreren Leitwänden gebildeten Wirbelbildner. Ein solcher Querstromlüfter ist bekannt (DE-AS 15 03 673). Bei dem bekannten Querstromlüfter handelt es sich um einen mit Rezirkulation arbeitenden Lüfter, dessen Wirbelbildner aus mehreren gebogenen, im wesentlichen zur Strömungsrichtung im Druckraum querstehenden Leitwänden besteht, die im Saugraum enden und auf die Lüfterwalze hin gerichtet sind. Durch die derart entstandenen Kanäle wird ein Teil der den Lüfter durchströmenden Luft direkt aus dem Druckraum entnommen und dem Saugraum zugeführt. Bei dem bekannten Lüfter ist es möglich, höhere Drücke zu erzeugen, da mit zunehmender Drosselung immer mehr ene^rgiereiche Luft dem Saugraum und damit immer mehr Energie dem Wirbel zugeführt wird, jedoch tendiert der mit Rezirkulation arbeitende Lüfter dazu, im freistrahlnahen Drosselbereich geringere Luftmengen als ein Lüfter ohne Rezirkulation durchzusetzen. Auch hat der bekannte Lüfter ein spezifisches Geräuschspektrum für jeden Drosselpunkt, dessen extreme Schaufelfrequenzspitzen aber keineswegs bei denselben Drcsselpunkten auftreten wie bei einem Lüfter ohne Rezirkulation.

Da die physikalischen Eigenschaften eines Lüfters durch seine Drosselkennlinie ψ = f(<p) (φ = Druckziffer, φ = Lieferziffer) ausgedrückt werden, bedeutet dies, daß der bekannte Querstromlüfter, sofern er nicht mit beweglichen Steuerelementen ausgerüstet ist, nur jeweils eine spezifische Druck/Volumenkennlinie besitzt. Es bedeutet aber auch, daß in einem bestimmten Drosselpunkt der Kennlinie des Lüfters das Geräuschverhalten des bekannten Lüfters, insbesondere hinsichtlich der Schaufelfrequenzspitzen, wesentlich günstiger sein kann als in einem anderen Drosselpunkt.

Der bekannte Querstromlüfter weist den Mangel auf, daß er nur mit Rezirkulation betrieben werden kann und ein dafür spezifisches Betriebsverhalten zeigt.

Es ist weiterhin ein Radiallüfter bekannt (DE-PS 3 19 721), bei dem zur Vermeidung der Geräuschbildung vorgeschlagen ist, die Schaufelkanten des Trommelläu-

fers und die Gehäusenase gegeneinander schräg zu stellen. Durch diese Maßnahme soll verhindert werden, daß Schallimpulse gleichzeitig über die gesamte Schaufellänge wirksam werden und verstärkt ein Geräusch verursachen, das von der Schaufelzahl und der Drehzahl der Lüftertrommel abhängig ist

Im Gegensatz zum Radiallüfter, bei dem ausschließlich eine Strömung von innen nach außen im Schaufelkranz des Trommelläufers vorhanden ^:st, liegen beim Querstromlüfter völlig andere Strömungsverhältnisse vor, weil eine mehrmalige Änderung der Strömungsrichtung im Schaufelkanai über den Lüfterwalzenumfang stattfindet. Beim Querstromlüfter wird die Strömung im Gehäuse zweimal durch die beiden Engstellen beeinflußt, weiche beide einen erheblichen Einfluß auf die Lage und die Struktur des Wirbels haben und zu außerordentlich komplexen Strömungsverhältnissen führen.

Da beim Querstromlüfter die Strö»nungsverhältnisse im Wirbel und zwischen Wirbelbildnerinnenkante und Lüfterwalze sowie zwischen Leitblecheinlaufkante und Lüfterwalze für die Geräuschbildung ausschlaggebend sind, haben die von Radiallüftern bekannten Merkmale bei Querstromlüftern nicht zwangsläufig die gleichen Wirkungen.

Es ist weiterhin ein Radiallüfter bekannt (US-PS 21 09 742), der an der Luftaustrittskante eine gegen die Strömungsrichtung geneigte Luftablenkkante besitzt, die das offenbar teils durch Turbulenzen an den Trommelläuferschaufeln und teils durch Kontakt der Strömung mit der Leitwand entstehende zischende Geräusch vermindern soll. Da das Ablenkblech gegen die Strömungsrichtung angeordnet ist. liegt seine Wirkung in der Erzeugung kräftiger Luftwirbel im Lüfteraustritt mit für das Geräuschempfinden angenehmeren niedrigen Frequenzen. Der unangenehme Zischoder Pfeifton tritt zurück, da hochfrequente Wirbel der Strömung vor dem Austritt aus dem Lüfter aufgelöst werden und in der neu erzeugten Wirbelstruktur untergehen.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, einen Querstromlüffer zu schaffen, der bei unverändertem Aufbau an verschiedene Einlaß- und Auslaßquerschnitte anschließbar ist, unter Ausnutzung unterschiedlicher Rezirkulationsgrade auf unterschiedlichen Druck-Volumen-Kennlinien zu betreiben und derart ausgebildet ist, daß er bei verschiedenen Anschlußarien optimales Geräuschverhilten aufweist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Leitwände mehrere nicht untereinander in Verbindung stehende Kanäle bilden, welche sowohl zur Lüfterwalze hin als auch zur Hauptausströmöffnung hin offen sind, und auf der der Lüfterwalzc abgewandten Seite parallel zur Luftaustrittskante des Leitbleches verlaufenden Außenkanten besitzen, das Leitblech im Bereich des Druckstutzens mit einer sich parallel zur Lüfterwalzendrehachse erstreckenden Luftablenkkante versehen ist und die parallel zur Lüfterwalzenachse verlaufende Leitblecheinlaufkante einen stufenartigen oder geneigten Verlauf besitzt.

Vorteilhafte Ausge^''■!'.. j2n der Erfindung sind in den Ansprüchen 2 bis 14 enthalten. Sie ist nachstehend an Hand der F i g. 1 bis 5 erläutert. Es zeigt

F i g. la den Querschnitt eines bekannten Querstromlüfters ohne Rezirkulation,

Fig. Ib die Drosselkurve des bekannten Querstromlüfters nach F i g. 1 a,

Fig.2a den Querschnitt des bekannten Querstromlüfters mit Rezirkulation,

F i g. 2b die Drosselkurve des Querstromlüfters nach F ig. 2a,

F i g. 3a den Querschnitt einer Ausführungsform des neuen Querstromlüfters,

F i g. 3b und 3c Draufsichten auf Ausführungsbeispiele der Lufteintrittskante gemäß Schnitt III-III in F i g. 3a,

Fig.4a und 4b Querschnitte unterschiedlicher Anwendungsmöglichkeiten des neuen Querstromlüfters,

Fig.4c Drosselkurven des gemäß Fig.4a und 4b verwendeten Querstromlüfters,

Fig.4d eine weitere Anwendung des neuen Querstromlüfters,

Fig.5a eine weitere Ausgestaltung des neuen Querstromlüfters, und

Fig.5b—5e verschiedene Ausführungsformen der Leitwände des Wirbelbildners gemäß Schnitt V-V in F ig. 5a.

Fi g. la zeigt einen bekannten Querstromlüfter ohne Rezirkulation. Seine Drosselkurve nach Fig. Ib hat eine verhältnismäßig kleine maximale Druckziffer φ_Μ, jedoch eine verhältnismäßig große maximale Lieferziffer ψπαχ.

Ein bekannter Querstromlüfter mit Rezirkulation ist in Fig.2a dargestellt Die zugehörige Drosselkurve in F i g. 2b zeigt eine hohe maximale Druckziffer und eine etwas geringere maximale Lieferziffer gegenüber derjenigen des gleichen Querstromlüfters ohne Rezirkulation. Die der Walze zugeführte energiereiche Luft wird bei allen bekannten Querstromlüftern mit Rezirkulation direkt dem Druckstutzen entnommen.

F i g. 3a zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Querstromlüfters. Er besteht aus der Lüfterwalze 1, dem Leitblech 2 mit der Lufteintrittskante 3, dem Druckstutzen 27 und dem Wirbelbildner mit den Leitwänden 5,6 und 7. Im Bereich des Druckstutzens 27 befindet sich am Leitblech 2, im Abstand des 0- bis 0,5fachen Durchmessers der Lüfterwalze 1, von der Luftaustrittskante 26 aus gemessen, eine Luftablenkkante in Form einer Stufe 22, Abreißkante 23 oder Welle 24, welche die Luftströmung im Druckraum 4 zum Wirbelbildner hin ablenkt und dadurch beim Übergang zum Rezirkulationsbetrieb stabilisiert, wobei gleichzeitig eine günstige Beeinflussung des Geräuschverhaltens erreicht wird. Da die Luftablenkkanten im Austritt des Querstromgebläses nicht gegen die Strömung angeordnet sind, unterstützen und stabilisieren sie die Strömung im Rezirkulationsgebiet. Die dabei gleichzeitige Verbesserung des Geräuschverhaltens entsteht durch eine Vergleichmäßigung der Geschwindigkeitsverteilung am Lüfteraustritt über einen Abbau der wandnahen (verzögerten) Grenzschichtgebiete der Luftströmung. Die Luftablenkkante erstreckt sich parallel zur Drehachse der Lüfterwalze 1 über die ganze Länge des Querstromlüfters oder Teile davon, ihre Höhe entspricht maximal dem 0,08-fachen Durchmesser der Lüfterwalze 1.

Fig.3b und 3c zeigen Ausführungsbeispiele der Lufteintrittskante 3 am Leitblech 2. Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 3b besitzt die Lufteintrittskante einen stufenartigen Verlauf, gemäß Fig.3c ist sie gegenüber der Drehachse der Lüfterwalze stetig geneigt. Die Lufteintrittskante wurde bisher zur Geräuschminderung nicht genutzt, da man sich wegen der Strömungsumkehr im benachbarten Schaufelbereich keine günstige Beeinflussung versprach. In den Schaufelkanälen sind erhebliche Druckschwankungen vorhanden, die Geräusche mit der Schaufelfrequenz

anregen.

Durch den stufenartigen oder geneigten Verlauf der Lufteintrittskante 3 um 0,3 bis 1,5 Schaufeiteilungen f zwischen den Lüfterendscheiben 18 und 19 wird ein Teil der Frequenzspitzen dadurch abgebaut, daß eine Schaufel der Lüfterwalze 1 immer nur an Teilen einer der Leitblechkanten vorbeigeführt wird. Die Abschlußkante 25 verläuft aus Einbaugründen jedoch gerade und parallel zur Drehachse der Lüfterwalze 1.

Eine andere Ausgestaltung der Lufteintrittskante 3 ist in Fig.4a und 4b dargestellt. Das Leitblech 2 entfernt sich, nach seiner größten Annäherung an die Lüfterwalze 1 im Druckraum 4, im Saugraum 8 in Form eines S-Schlages wieder von derselben, wobei der engste Abstand zwischen Leitblech 2 und Lüfterwalze 1 über die ganze Länge gegenüber der Drehachse der Lüfterwalze 1 um etwa eine Schaufelteilung t geneigt ist. Der Wirbelbildner ist aus den Leitwänden 5, 6 und 7 zusammengesetzt und trennt den Druckstutzen 27 vom Saugraum. Die Leitwand 5 schließt mit dem ebenen Teil des Leitbleches 2 den sich in Ausströmrichtung diffusorartig erweiterten Druckraum ein. Die Leitwände ermöglichen verschiedene Anschlußquerschnitte mit den Höhen Λΐ, Λ2 und Λ3 auf der Druckseite. Sie können eben oder verwölbt, geboden oder geknickt sein, eine durchgehend konstante Dicke haben oder z. B. Profilform aufweisen.

In Fig.4a ist der Querströmlüfter mit dem durch die Höhe A₂ festgelegten Querschnitt an einen Abströmkanal 9 angeschlossen und saugt Luft aus der freien Atmosphäre 10 an. Durch den Kanal 11 zwischen den Leitwänden 5 und 6 wird der Lüfterwalze Rezirkulationsluft zugeführt, der Kanal 12 zwischen den Leitwänden 6 und 7 bleibt bezüglich der Rezirkulation inaktiv, die Leitwand 7 erfüllt lediglich eine Leitfunktion für die angesaugte Luft. Wäre der Lüfter mit dem durch die Höhe Ai festgelegten Querschnitt an einen Abströmkanal angeschlossen, so würde er vollkommen ohne Rezirkulation arbeiten. Beim Anschluß mit dem zur Höhe Λ3 gehörenden Querschnitt würde die Rezirkulation voll ausgenützt werden. Die zu diesen drei Betriebszuständen gehörenden Drosselkurven sind aus F i g. 4c ersichtlich. Man sieht, daß für die Anschlußquerschnitte mit Ai bzw. Λ3 die maximale Liefer- bzw. Druckziffer erreicht wird, während die Drosselkurve für den Querschnitt mit der Höhe A2 dazwischen eine Mittellage einnimmt.

In Fig.4b ist der Querstromlüfter auf der Saugseite mit dem durch die Breite Zj₂ festgelegten Querschnitt an einem Zulaufkanal 13 angeschlossen; er bläst die Luft auf der Druckseite in die freie Atmosphäre 10 aus. infolge des Druckgefäües zwischen der freien Atmosphäre 10 und dem Saugraum 8 wirkt der Kanal zwischen den Leitwänden 5 und 6 als Rezirkulationskanal, die Leitwand 7 erfüllt nur eine Leitfunktion für die angesaugte Luft Durch den Anschluß des Saugraumes 8 an den zur Breite b\ gehörenden Querschnitt des Zulaufkanals 13 würde der Lüfter völlig ohne Rezirkulation betrieben; durch Anschluß an den durch 63 festgelegten Querschnitt des Zulaufkanals 13 dagegen würde die Rezirkulation voll ausgenützt werden. Die Außenkanten 28 der Leitbleche sind horizontal um den Betrag bi—bi bzw. bi—b\ gegeneinander versetzt der größer sein muß als der engste Abstand zwischen den entsprechenden Leitblechen 5 unf 6 bzw. 6 und 7, um eine ausreichende Luftzufuhr durch die Kanäle zu gewährleisten.

Die Drosselkurven gemäß Fig.4c gelten auch für Querstromlüfter, die in ein Kreislaufsystem eingebaut sind. Jeder Betriebspunkt innerhalb der Hüllkurven des schraffierten Drosselbereiches ist ohne Änderung des Lüfters selbst durch geeignete Drosselung der Rezirkulationsluft von außen her, d. h. vom angeschlossenen Gerät aus einstellbar.

Eine Möglichkeit der Regulierung der Rezirkulationsluft von außen her, durch die Art des Anschlusses am Gerät, ist an Hand der Fig.4d erläutert. Der Lüfter besitzt einen aus zwei Leitwänden 5 und 6 bestehenden Wirbelbildner und ist druckseitig an eine Kammer 14 angeschlossen. Die Anschlußwand 15 dieser Kammer ist ais Maske ausgebildet, an weicher der Lüfter mit dem Leitblech 2 und der Leitwand 6 abschließt, an der Leitwand 5 jedoch einen Schlitz 16 freiläßt, durch den die für die jeweilige Drosselkurve erforderliche Rezirkulationsluftmenge hindurchströmen kann. Es ist auch möglich, die Rezirkulationsluft durch Schlitze oder Löcher in der Anschlußwand 15 zwischen den Leitblechen 5 und 6 durchtreten zu lassen, die in diesem Fall bis zur Leitwand 5 reichen würde.

Eine Gehäusestelle, die der Lüfterwalze nahe kommt und welche wegen der in diesem Bereich besonders hohen Luftgeschwindigkeiten Geräusche mit der Schaufelfrequenz erregen kann, ist der Wirbelbildner. Er ist mit den Leitwänden 5 und 6 ausgerüstet, deren Innenkanten 29 einen stetigen Verlauf zueinander und zur Außenkante 28 besitzen (Fig. 5a). Durch entsprechende Ausbildung der Öffnungen zwischen den Leitwänden auf der Seite der Lüfterwalze als Schlitze mit einer Höhe der 0,1- bis 0,5fachen Schaufelteilung t können die Frequenzspitzen des Geräuschspektrums abgebaut werden. In Fig 5b bis 5e sind andere mögliche Ausführungsformen dieser Schlitze dargestellt. Fig.5b zeigt eine Ausführungsform der walzenseitigen schlitzartigen Austrittsöffnung 17 des Kanals zwischen den Leitwänden 5 und 6, die in axialer Richtung derart geneigt sind, daß sie einen an den beiden Endscheiben 18 und 19 des Lüfters um etwa eine Schaufelteilung t versetzten Schlitz mit konstanter Höhe bilden.

Fig. 5c zeigt eine Variante zu Fig. 5b. Dort ist der Schlitz nur auf einer Teillänge, bei diesem Ausführungsbeispiel über die halbe Lüfterlänge, versetzt die Schlitzhöhe nimmt von der Mitte aus nach außen hin zu. Die Pfeilung der Leitwände kann auch umgekehrt sein.

F i g. 5d zeigt einen Wirbelbildner, bei dem der Schlitz zwischen den Leitwänden in Richtung der Lüfterachse unterteilt ist und die so entstehenden Schlitze 20 und 2! in Stufen von 0,3 bis 0,6 Schaufelteilungen /stufenförmig verlaufen, wobei die Kanten der Leitwände parallel zur Lüfterlängsachse liegen.

In Fig.5e ist die Schlitzhöhe im Bereich der Endscheiben des Lüfters mit etwa 0,5 t größer als im Mittelteil, wo sie 0,2 bis 0,3 beträgt Dadurch wird der Lüfterwalze beim Betrieb mit Rezirkulation im Bereich der Endscheiben mehr Energie zugeführt als im Mittelteil, wodurch das Druckverhalten des Lüfters günstig beeinflußt wird.

Die in F i g. 5a bis 5e beschriebenen Ausführungsformen können auch sinnvoll miteinander kombiniert werden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

I. Querstromlüfter, bestehend aus einem spiralförmig ausgebildeten, im Bereich des Druckraumes aus der Spiralform in eine ebene Fläche übergehenden, an seinen Enden mit Lüftergehäuseendscheiben versehenen Leitblech, einer innerhalb des Lüftergehäuses drehbar angeordneten Lüfterwalze mit parallel zur Drehachse verlaufenden Schaufelkanten und einem den Saugraum vom Druckraum trennenden, aus mehreren Leitwänden gebildeten Wirbelbildner, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitwände (5, 6, 7) mehrere nicht untereinander in Verbindung stehende Kanäle bilden, welche sowohl zur Lüfterwalze (1) hin als auch zur Hauptausströmöffnung hin offen sind, und auf der der Lüfterwalze abgewandten Seite parallel zur Luftaustrittskante (26) des Leitbleches (2) verlaufenden Außenkanten (28) besitzen, das Leitblech (2) im Bereich des Druckstutzens mit einer sich parallel zur Lüfterwalzendrehachse erstreckenden Luftablenkkante (22, 23, 24) versehen ist und die parallel zur Lüfterwalzenachse verlaufende Leitblecheinlaufkante (3) einen stufenartigen oder geneigten Verlauf besitzt.
2. Querstromlüfter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der Lüfterwalze zugewandten Innenkanten (29) der Leitwände (5, 6, 7) in Richtung der Lüfterwalzendrehachse einen stetigen oder stufenartigen Verlauf zueinander und zur Außenkante besitzen.
3. Querstromlüfter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände der Innenkanten der Leitwände (5, 6, 7) zueinander 0,3 bis 0,7 Schaufelteilungen f betragen.
4. Querstromlüfter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftablenkkante (22,23,24) in einem Abstand von der Luftaustrittskante (26) angeordnet ist, der dem 0- bis 0,5-fachen Lüfterwalzendurchmesser entspricht.
5. Querstromlüfter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Luftablenkkante (22, 23, 24) maximal dem 0,8-fachen Durchmesser der Lüfterwalze (1) entspricht.
6. Querstromlüfter nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Stufen an der Leitblecheinlaufkante (3) 0,3 bis 1,5 Schaufelteilungen f beträgt.
7. Querstromlüfter nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitblecheinlaufkante (3) zwischen den Lüftergehäuseendscheiben (18, 19) gegenüber der Drehachse der Lüfterwalze (1) stetig geneigt ist.
8. Querstromlüfter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung der Leitblecheinlaufkante zwischen den Lüftergehäuseendscheiben (18, 19) 0,3 bis 1,5 Schaufelteilungen t beträgt.
9. Querstromlüfter nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich der geringste Abstand zwischen Leitblech (2) und Lüherwalze (1) über die Walzenlänge um etwa eine Schaufelteilung t stetig verschiebt.
10. Querstromlüfter nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenkanten der Leitwände (5,6, 7) zwischen den Lüftergehäuseendscheiben (18, 19) um etwa eine Schaufelteilung / versetzt sind.
II. Querstromlüfter nach den Ansprüchen 1 bis 7,

dadurch gekennzeichnet, daß die Innenkanten der Leitwände (5,6,7) gepfeilt sind.
12. Querstromlüfter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Luftaustrittsschlitze zwischen den Innenkanten der Leitwände (5, 6,7) von der Mitte aus zu den Lüfterendscheiben (18, 19) hin zunimmt
13. Querstromlüfter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Luftaustrittsschlitze (17, 20, 21) zwischen den Innenkanten der Leitwände (5, 6, 7) im Bereich der Lüfterwalzenendscheiben größer ist als in der Lüftermitte.
14. Querstromlüfter nach den Ansprüchen 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Luftaustrittsschlitze (17,20,21) zwischen den Leitwänden (5, 6,7) 0,1 bis 0,6 Schaufelteilungen ibeträgt