DE2717612A1 - Radialluefter - Google Patents

Description

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PATENTANWÄLTE Dipl.·Ing. R. BEETZ sen. Dipl.-Ing. K. LAMPRECHT Dr.-Ing. R. BEETZ Jr. Dipl.- Phym. U. H EIDRICH auch Rechtsanwalt Dr.-Ing. W. TIMPE DIpI.-Ing. J. SIEGFRIED

81-26.8l6P(26.8l7H)

20. h. 1977

HITACHI , LTD., Tokio (Japan)

Radiallüfter

Die Erfindung bezieht sich auf Radiallüfter mit einem Schaufelblattrotor und axialer Einsaugöffnung, einem Gehäuse für den Schaufelblattrotor mit einem Auslaß und einem Spiralwinkelteil von weniger als 6/8 seines Umfangswinkels.

Derartige Radiallüfter werden in kleineren Ausführungen für Heißluftheizer usw. benutzt.

Im allgemeinen besteht ein Radiallüfter, wie er in Fig. 1 gezeigt wird, aus einem Schaufelblattrotor 1

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und einem Lüftergehäuse, das den Rotor 1 aufnimmt. Bei dieser Lüfterbauart wird ein Fluid, das durch eine Einsaugöffnung 3 von einer Mehrzahl von Schaufeln la des Lüfterrotors eingesaugt wird, längs der Wände des LUftergehäuses 2 bewegt und durch einen Auslaß 4 ausgetrieben. Ein Strom von Fluid, der durch den Auslaß 4 austritt, strömt durch diesen Auslaß derart, daß ein Anteil des Fluidstromes in einem Diffusor-Abschnitt 4a eine größere Menge darstellt, als der Anteil, der durch den "Nasenquerschnitt" 4b fließt. Überdies benehmen sich Wirbel 5 des Fluids, die entstehen, wenn der Fluidstrom durch den Auslaß 4 hindurchtritt, in einer unstabilen Weise. Insbesondere, wenn das Lüftergehäuse 2, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, einen kleinen Spiralwinkel 0 hat, wird ein Anteil der Fluidströmung im Bereich des Nasenquerschnitts 4b, in dem Wirbel 5 des Fluids entstehen, erneut von den Schaufelblättern la dem Diffusorabschnitt 4a zugeführt oder durch die Ansaugöffnung 3 angesaugt, wobei sich ein Rückflußstrom-Phänomen ergibt. Wenn der Lüfter einen statischen Druck in Abhängigkeit von der Liefermenge gemäß Kurve B in Fig. 6 hat, neigt ein derartiger Lüfter in einem Zwischenbereich der Luftlieferung dazu, eine Charakteristik zu haben, die einen unstabilen, von links unten nach rechts oben gerichteten Kurvenanteil hat, was im allgemeinen als Wellenstoß-Phänomen bezeichnet wird. Dieses Phänomen ist verantwortlich für zunehmendes Geräusch, das von dem Lüfter erzeugt wird.

Außerdem übt das LUftergehäuse 2 großen Einfluß auf das aerodynamische Verhalten des Lüfters aus. Dies ergibt sich einwandfrei aus der Fig. 3, die in Abhängigkeit von dem Spiralwinkel 0 in Fig. 1 den statischen Druck PS wiedergibt, wie er bei einem beliebig ausgewählten Luftströmungsbereich erhalten wird. Wie man klar aus Fig. 3 er-

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kennen kann, wird das Verhalten plötzlich verschlechtert, wenn der Spiralwinkel 0 kleiner als 6/8 des Umfangswinkels ist.

Aufgrund der oben erwähnten Gründe ist die vorherrschende Praxis in dem Bereich der Luftheizer-Geräte, den Spiralwinkel θ in einen Bereich zu legen, der größer als 6/8 des Umfangswinkels des Lüftergehäuses ist. Einige Nachteile sind mit dieser Praxis verbunden. Der größte Nachteil besteht darin, daß es notwendig ist, eine große Lufteinlaßöffnung von erheblicher Weite vorzusehen; der Abstand zwischen der Lufteinflußöffnung und der Auslaßöffnung des Lüfters wird unvermeidbar groß. Dies macht es wiederum unvermeidbar, die gesamten Abmessungen eines Luftgebläses zu vergrößern.

Die Erfindung betrifft einen Radiallüfter, d. h. einen Vielschaufellüfter, der Bauart, bei dem der Spiralwinkel des Lüftergehäuses kleiner als 6/8 des Umfangswinkels dieses Gehäuses ist, wobei die aerodynamische Wirkungswelse des Lüfters verbessert und das von ihm während des Betriebes erzeugte Geräusch verkleinert werden soll.

Gemäß der Erfindung ist ein Radial- oder Vielschaufellüfter, der einen Schaufelblattrotor mit Einsaugöffnung, ein Gehäuse für den Schaufelrotor mit einem Auslaß und einem Spiralwinkelteil von weniger als 6/8 seines Umfangswinkels hat, dadurch gekennzeichnet, daß Reguliervorrichtungen für die Luftströmung im Auslaß an einer Stelle angeordnet sind, die von dem äußeren Umfang des Rotors einen Abstand von 1/2 bis 1/6 des Rotordurchmessers hat.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung werden nunmehr ausgewählte Ausführungsbeispiele beschrieben, die in der Zeichnung veranschaulicht sind; es zeigen:

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Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Erläuterung eines Radiallüfters nach dem bekannten Stand der Technik;

Fig. 2 eine Darstellung zur Erläuterung der Wirkungsweise des Radiallüfters nach dem bekannten Stand der Technik, wie ihn die Fig. 1 zeigt;

Fig. 3 eine graphische Darstellung, welche die Beziehung zwischen dem Spiralwinkel O des Lüftergehäuses und dem statischen Druck in dem Radiallüfter der in Fig. 1 dargestellten bekannten Art zeigt;

Fig. 4 einen schematischen Schnitt durch eine Ausführung des Radiallüfters gemäß der Erfindung, die die wesentlichen Teile erkennen läßt;

Fig. 5 eine Teilschnittdarstellung längs der Linie V-V der Fig. 4;

Fig. 6 eine graphische Darstellung, welche die Ergebnisse von Versuchen über die Verhältnisse zwischen dem statischen Druck und dem Geräuschpegel einerseits und der Luftdurchflußmenge andererseits wiedergibt;

Fig. 7 eine Darstellung zur Erläuterung der Wirkungsweise eines Radiallüfters der bekannten Art;

Fig. 8 eine Darstellung zur Erläuterung der Wirkungsweise des Radiallüfters gemäß der Erfindung;

Fig. 9 bis 13 sind Darstellungen, welche die Ergebnisse von Versuchen zeigen, die mit dem Radiallüfter gemäß der Erfindung durchgeführt wurden; und

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Fig. 14 eine Schnittdarstellung einer Abwandlung der Ausführung der Erfindung gemäß Fig. 4.

Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die Fig. 4 bis 6 beschrieben. In Fig. 4 ist ein Schaufelblattrotor 1 mit einer Mehrzahl von Schaufeln la drehbar in ein Lüftergehäuse 2 eingebaut. Das Bezugszeichen 3 bezeichnet eine axiale Einsaugöffnung und das Bezugszeichen 4 bezeichnet einen Auslaß. Eine strömungsregulierende Vorrichtung 6, die die Funktion des Regulierens der Luftströmung hat, ist in der Auslaßöffnung 4 angeordnet und in einer Lage, die von dem äußeren Umfang des Lüfterrotors 1 einen Abstand hat, der 1/2 bis 1/6 des Durchmessers des Lüfterrotors 1 beträgt. Die Strömungsregulierungsvorrichtung 6 umfaßt eine Mehrzahl von parallelen Bauteilen 6a, die in einer Weise angeordnet sind, daß sie voneinander einen Abstand von weniger als 1/2 des äußeren Durchmessers des Lüfterrotors 1 haben. In der Ausführung, wie sie hier dargestellt und beschrieben wird, ist die Strömungsregulierungsvorrichtung 6 ein Wärmetauscher der dünnen Rippenbauart, bei der die Rippen mit einer großen Teilung angeordnet sind und parallel zu der Strömungsrichtung des Luftstromes liegen. Jedoch ist die Erfindung nicht auf diese Type des die Strömung regelnden Gerätes beschränkt.

Fig. 6 zeigt die Ergebnisse von Versuchen über die Verhältnisse der statischen Luftströmungsdrücke, des Geräuschpegels und der Luftströmungsmenge, die mit einem Lüfter durchgeführt wurden, der ein Strömungsregulierendes Mittel gemäß der Erfindung hat, und einem Lüfter der bekannten Bauart ohne Strömungsregulierendes Mittel. Bei den Versuchen hatte der Lüfterrotor einen Außendurchmesser d von 190 mm und jedes Blatt hatte eine Weite in axialer Richtung von 80 mm. Der Lüfterrotor war in einem Lüfter-

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gehäuse untergebracht, das einen Spiralwinkel O hatte, der ungefähr 5/8 des Umfanges war und die Drehzahl betrug 700 U/min. Das Strömungsregulierende Mittel war in einer Lage angeordnet, die von dem äußeren Umfang des Lüfterrotors einen Abstand L von ungefähr 70 mm hatte, es bestand aus einem Wärmetauscher der Rippenbauart, dessen Rippen eine Länge A von 700 mm hatten, die in einer Rippenteilung P von 7 mm angeordnet waren.

In Fig. 6 stellen die Kurven A und B jeweils die statischen Drücke in Abhängigkeit von der Fördermenge des Lüfters gemäß der Erfindung und des Lufters der bekannten Art dar; die Kurven C und D stellen das Geräusch in Abhängigkeit von der Luftfördermenge in Form einer Charakteristik für den Lüfter gemäß der Erfindung und den Lüfter nach der bekannten Art dar; und eine Kurve R zeigt den Verlust, der durch den Wärmetauscher erzeugt wird. Eine Kurve B¹ gibt den statischen Druck zur Luftdurchströmungsmenge wieder, der erhalten wird, wenn ein Wärmetauscher in dem Auslaß des Lüftergehäuses angeordnet und in einer Stellung weit entfernt von dem äußeren Umfang des Rotors des Lüfters gemäß der bekannten Technik angeordnet wird. Genauer gesagt, die Kurven A und B¹ zeigen einen Vergleich des Lüfters gemäß der Erfindung mit einem Wärmetauscher, der so angeordnet ist, daß er als strömungsregulierendes Mittel anzusehen ist, und dem Lüfter gemäß der bekannten Technik, der einen Wärmetauscher in einer üblichen Stellung aufweist; und die Kurven A und B stellen einen Vergleich des Lüfters mit einem Strömungsregulierenden Mittel im Auslaß des Lüftergehäuses gemäß der Erfindung und dem Lüfter gemäß der bekannten Technik dar, der kein strömung sregulierendes Mittel aufweist. Der Wärmetauscher der Rippenbauart, der in den Versuchen benutzt wurde, schließt eine Brennkammer 6b ein, die axial in dem zentralen Teil des Wärmetauschers untergebracht ist, wobei der Wärmetauscher eine Breite 1 von 90 mm und die Brennkammer 6b eine Breite I¹ von jJO mm hat,

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Wie man klar aus Fig. 6 erkennt, kann der Wärmetauscher, der bisher als ein Mittel zur Erzeugung eines Widerstandes gegenüber der Luftströmung diente, als ein str ömungsregulierendes Mittel ausgebildet werden, indem man ihn in einer Stellung anordnet, die in der Nähe des Lüfterrotors liegt. Durch diese Anordnung ist es möglich, nicht nur den unstabilen Bereich zu beseitigen, der bisher in dem Zwischen-Luftströmungsbereich erzeugt wurde, sondern auch Geräusch zu vermeiden und das aerodynamische Verhalten eines Lüfters zu verbessern. Diese Vorteile, welche die Erfindung bringt, werden unter Bezugnahme auf die Fig. 7 und 8 beschrieben.

Fig. 7 zeigt einen Lüfter, der kein strömungsregulierendes Mittel enthält und Fig. 8 zeigt einen Lüfter, bei dem das Strömungsregulierende Mittel 6 in dem Auslaß 4 des Lüftergehäuses 2 angeordnet und in einer Stellung liegt, die nahe zu dem Lüfterrotor 1 ist. Bei beiden Lüftern wird die Beschreibung im Interesse der Kürze unter Bezugnahme auf eine Mehrzahl von Luftströmungslinien gemacht, die von dem LUfterrotor 1 erzeugt werden. Das Bezugszeichen 7 bezeichnet eine von einer Mehrzahl von Luftströmungslinien. Die Bezugszeichen 5a und 5b bezeichnen Wirbel, die von der Luftströmungslinie 7 in einem Dlffusorabschnitt 4a und einem Nasenabschnitt 4b erzeugt werden. Man erkennt, daß, obgleich die Wirbel 5a und 5b, die von der Strömungslinie 7 gebildet werden, nach der Abströmseite hin sich bewegen, was erfolgt, wenn keine strömungsregelnden Mittel vorgesehen sind. Derartige Wirbel 5a und 5b treffen auf das Strömungsregulierende Mittel 6, wenn das strömungsregulierende Mittel in der Nähe der äußeren Umgebung des Lüfterrotors 1 angeordnet ist, mit dem Ergebnis, daß die Luft, die in Wirbelform fließt, in eine Mehrzahl von Teilströmen unterteilt und veranlaßt wird, nach der stromabwärts liegenden Seite zu fließen, indem sie die Richtung ihrer Bewegung ändert. Insbesondere wird der größere Teil der Luft,

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die in dem Wirbel 5a in dem Diffusorabschnitt 4a vorhanden ist, in eine Mehrzahl von Zweigströmungen unterteilt und veranlaßt, nach der Abströmseite durch die die Strömung regulierenden Mittel 6 abzufließen. Dank der Anwesenheit des Strömungsregulierenden Mittels 6 wird ein Teil der Luft, der in Form des Wirbels 5b in dem Nasenabschnitt 4b fließt, veranlaßt, nach der Abströmseite durch das Strömungsregulierende Mittel 6 abzufließen; Drücke in dem Diffusorabschnitt 4a und dem Nasenabschnitt 4b werden im wesentlichen gleich und positiv, während der Nasenabschnitt 4b einen negativen Druck und der Diffusorabschnitt 4a einen positiven Druck haben, wenn keine Strömungsregulierung durch eine Vorrichtung 6 vorhanden ist. So ist der Druck in der Auslaßöffnung 4 ausgeglichen, so daß die Wirbel 5b, die erzeugt werden, geringer in Anzahl oder in ihrer Form stabiler sind. Es sei darauf hingewiesen, daß es gemäß der vorangegangenen Beschreibung durch Einbau des Strömungsregulierenden Mittels 6 in der Nähe des äußeren Umfangs des Lüfterrotors 1 möglich ist, einen Strömungsverlust durch die Erzeugung der Wirbel 5a und 5b zu vermeiden. Dies führt zu einem verbesserten aerodynamischen Verhalten und verringert das Geräusch des Lüfters.

Die Ergebnisse der Versuche, die sich auf den Einfluß des Abstandes L zwischen dem Strömungsregulierenden Mittel 6 und dem äußeren Umfang des Lüfterrotors 1, die Teilung P zwischen den parallelen Gliedern 6a und die Länge H der parallelen Glieder 6a auf das aerodynamische Verhalten des Lüfters und das dabei erzeugte Geräusch beziehen,werden nunmehr unter Bezugnahme auf die Fig. 9 bis 12 beschrieben.

Fig. 9 zeigt die Ergebnisse von Versuchen, die mit dem Lüfter unter Veränderung des Abstandes L zwischen dem

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Strömungsregulierenden Mittel 6 und dem äußeren Umfang des Lüfterrotors 1 erhalten wurden. Bei den Experimenten waren die Ausbildung des Strömungsregulierenden Mittels und andere Versuchsbedingungen ähnlich zu denen, die zu den vorher erwähnten Serien von Versuchen genannt wurden. Fig. 10 bis 12 zeigen die Ergebnisse von Experimenten, die mit dem Lüfter durchgeführt wurden, indem man den Abstand P zwischen den parallelen Gliedern 6a des strömungsregulierenden Mittels 6 geändert hat, während der Abstand L zwischen der Vorrichtung 6 und dem Rotor 1 konstant auf 70 mm gehalten wurde.

Fig. 10, 11 und 12 zeigen die Ergebnisse von Versuchen, die erhalten wurden, wenn die Längen H paralleler Glieder auf 20 mm, 80 mm und I50 mm geändert wurden, bei einer Änderung des Verhältnisses zwischen dem Abstand P zwischen den parallelen Gliedern zu dem Rotordurchmesser d. In den Versuchen, die unter Bezugnahme auf die Fig. 10 bis beschrieben werden, hatte das Strömungsregulierende Mittel 6, das benutzt wurde, keine Brennkammer und bestand nur aus den parallelen Gliedern 6a. Es soll darauf hingewiesen werden, daß in den Fig. 6 bis 12 eine Zunahme und eine Abnahme des Geräusches Δ SL und eine Zunahme und eine Abnahme des statischen Druckes Δ PS einer Differenz zwischen den Kurven C und D entspricht bzw. eine Differenz zwischen den Kurven A und B, die unter Bezugnahme auf Flg. 6 beschrieben wurden.

In der Fig. 9 erkennt man, daß, wenn der Wert des Verhältnisses von L/d in der Größenordnung zwischen 1/6 und 1/2 liegt, die beiden Aufgaben einer Verbesserung des aerodynamischen Verhaltens und eines Verringerns des Geräusches erfüllt werden können. Aus den Fig. 10 bis kann man sehen, daß das aerodynamische Verhalten verbessert

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und das Geräusch verringert werden kann, wenn der Wert von P/d kleiner als 1/2 der Länge H der parallelen Glieder 6a ist.

Bei der Ausführung, wie sie dargestellt und oben beschrieben wurde, hat das Strömungsregulierende Mittel 6 parallele Glieder 6a. Es dürfte klar sein, daß die gleichen Ergebnisse erzielt werden können, indem man ein Drahtnetz als Strömungsregulierendes Mittel verwendet. Die Ergebnisse von Versuchen, die unter Benutzung von Drahtnetzen als strömungsregullerendes Mittel durchgeführt wurden, sind in Fig. 13 dargestellt. Bei den Versuchen war der Wert von L 70 mm und das Drahtnetz hatte eine Maschenweite von 5,4 mm.

Es ist noch zu erwähnen, daß bei Benutzung eines aus Rippen oder Platten bestehenden Wärmetauschers als strömungsregulierendes Mittel es möglich ist, eine gesamte gedrungene Abmessung bei Luftkonditionsgeräten zu erzielen, weil der Abstand zwischen dem Wärmetauscher und dem Lüfterrotor verringert werden kann.

Eine Änderung der oben beschriebenen Ausführungen ist in Fig. 14 gezeigt, in der das Strömungsregulierende Mittel 6 in einer Weise angeordnet ist, daß es den Lüfterrotor 1 umgibt bzw. sich in seiner Umfangsform in einem gewissen Maße dem Rotor anpaßt. Diese Änderung kann die gleichen Ergebnisse im Betrieb ergeben, wie die oben beschriebene Ausführung. Diese Änderung bietet aber einen zusätzlichen Vorteil darin, daß der Auslaß in bezug auf seine Abmessungen vergrößert werden kann und dabei sich auch die Wärmeübertragungsfläche vergrößert.

Aus der vorangegangenen Beschreibung wird ersichtlich, daß es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich ist, ein

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unstabiles Verhalten eines Luftstromes, das auf Wirbel zurückzuführen ist, die in der Strömung entstehen, möglich ist, das aerodynamische Verhalten zu verbessern und Geräusche zu verringern, indem man ein strömungsregulierendes Mittel in der Nähe des LUfterrotors in der Auslaßöffnung des Lüftergehäuses anordnet, wobei dieses Gehäuse einen Spiralteil hat, der kleiner als 6/8 seines Umfanges ist.

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Leerseite

Claims (4)

1. ■/■

   Ansprüche

   11.)Radiallüfter mit einem Schaufelblattrotor mit Einsaugöffnung, einem Gehäuse für den Schaufelrotor mit einem Auslaß und einem Spiralwinkelteil von weniger als 6/8 seines Umfangswinkels,

   gekennzeichnet durch Reguliervorrichtungen (6) für die Luftströmung (5, 7) im Auslaß (4a, 4b), an einer Stelle angeordnet, die von dem äußeren Umfang des Rotors (1) einen Abstand von 1/2 bis 1/6 des Rotor-Außendurchmessers (d) hat.
2. 2. Lüfter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Auslaßströmung regulierende Vorrichtung (6) parallel zur Drehachse des Lüfterrotors (1) liegt und eine Mehrzahl von parallelen Gliedern (6a) hat, die parallel zu der Richtung verlaufen, in der die Luftströmung ausgestoßen wird und daß der Abstand (Teilung P) zwischen diesen parallelen Gliedern weniger als 1/2 des äußeren Durchmessers (d) des Lüfterrotors ist.
3. 3. Lüfter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (6) zum Regulieren der Luftströmung ein Wärmetauscher der Rippentype ist.
4. 4. Lüfter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher der Platten- oder Rippenbauart eine Brennkammer (6b) enthält, die in dem zentralen Teil angeordnet ist und daß sich Blechrippen in entgegengesetzten Richtungen von der Brennkammer erstrecken.

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   ORK3INAL 1N6PECTED