DE2757092A1

DE2757092A1 - Geblaese

Info

Publication number: DE2757092A1
Application number: DE19772757092
Authority: DE
Inventors: Stanley Peter Hawes
Original assignee: Airscrew Howden Ltd
Current assignee: Ametek Airtechnology Group Ltd
Priority date: 1976-12-22
Filing date: 1977-12-21
Publication date: 1978-07-06
Also published as: SE7714216L; US4211514A; GB1596749A

Description

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G e υ I

LiId trflndung Jözlent sicn auf Ventilatoren und speziell, jedocn nicnt ausschI IeoIl cn auf MIscnströmunQsventIlatoren (mIxäd flow fans ) .

ein MlscnströmungsventI Iator vor der Lehre nacn unserem urltlscnön Patent 1 528 062 umfaßte ein PropeI Ior-Laufrad, welches Luft von einem einlauf nimmt, diese sowohl mit Axial- und Rad I a I Komponenten als auch mit einer Wlrbel-(oder perlpheren) Komponente versieht, und In ein Gehäuse führt, welches die Luf1 zu einem Ausyang führt, tin Tell der Kinetiscnen energie der Luft, die das Loufrand vei— lassen nat, wird In urucK Im Genause umgewandelt.

jie Lenre des Patents 1 328 082 Ist ein Miscnströmungsventllator, der ein Laufrand aufweist, das eine Reihe von Schaufeln umfasst, die an einem im allgemeinen Kegelstumpfförmigen Mittelteil Gefestigt Ist. Dieses Laufrand gibt direkt an die umgeoende Atmosphäre oder einen gefüllten Kaum die Luft as.

üer Ausdruck Ml schstroriiungsvent I I ator, wie er nachfolgend oenutzt wird, Ist derart zu verstehen, daß er sowohl den

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Ventllator mit direkt abgeDendem Laufrad nach unserem Patent 1 328 082 als auch den konventionellen Ventilator mit Le ItradumnüI Iung (diffuser casing) umfasst.

In einer Hinsicht umfasst die vorliegende Erfindung einen Ml schströmungsventI Iator mit tiη I aufführungsschaufeI η , um der Luft, die den Ventilator durchstreient, einen Wirbel In entgegengesetzter Richtung zur bewegung des Ventilators aufzuzwingen. Im Idealfall sind die Schaufeln so Konstruiert, daß Wlroel In der Luft, die das Laufrad verlassen, eliminiert sind; die Erfindung jedoch fasst aucn Ventilatoren ein, bei denen die Ausgangswirbel reduziert sind, jedoch nicht vollständig verschwunden sind. Die Wirkung der Verringerung besteht In der Zunahme der Ventllatoreffektivitat und ermöglicht eine verbesserte Leistungsfähigkeit, indem es gestattet Ist, eine Eingangsenergie bei einer gegebenen Umdrehungszahl zu absorbieren. Auch in konventionellen Ventilatoren hilft die Verringerung der Ausgangswirbel gegen Strömungsvertellung und verringert Druckverluste In einem Kanalsystem am Vent I Iatorausgang.

Führungsschaufeln können am Ausgang des Laufrades vorgesehen werden, um die Ausgangs*I rue I sowohl für unmittelbar luftabgeoende als auch konventionelle Ventilatoren zu verringern, Dies benötigt jedoch mehr Raum und gestattet dem Laufrad nicht, extra Energie zu absorbieren.

Die EI η I aufführungsscnaufeI η dienen als Halterungen für eine ZentraI Iagerung des Laufrades, die mit dem Laufrad durch Irgendeine gewünschte Vorrichtung angetrieben werden,

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wie ζ.a. mit einem Treibriemen auf der Einlaßseite. Alternativ kann das Laufrad auf eine Antriebswelle unabhängig von den Führungsschaufeln befestigt werden.

Auf der anderen Seite bezieht sich die Erfindung auf einen MischströmungsventIlator, dessen Laufrad die Luft unmittelbar In einen teilweise offenen Raum abgibt, der einen Verbrennungsmotor enthält, so daß die Luftströmung dazu dient, die Maschine direkt zu kühlen und/oder im Falle einer f I ilssigkel tsgeküh I ten Maschine einen Wärmeaustauscher für die Flüssigkeit zu kühlen, üer Raum mag ein Unterführ^rstandsgehäuse oder einen Motorhaubenraum eines PKWs oder eines LKW¹S darstellen. Das Gebläse gibt Im wesentlichen Luft In umgebende Luftoedlngungen oder in einen gefüllten Raum ab, z.d. gegen einen bestimmten, wenn auch geringen Gegendruck, was von den Verhältnissen der Konstruktion abhängt.

Der MlschströmungsventiIator in der zuvor gemeinten Kombination hat vorzugsweise die wiruelverrlngerden tIn laufschaufeln, wie sie oben beschrieben sind. Der Mlsch strömungsventllator In dieser Kombination hat den Vorteil, daß er die gewünschte Luftströmung bei einer geringen Umdrehungsgeschwindigkeit als die entsprechenden Axialgebläse erzeugen kann una gleichzeitig errelcnt er dieses mit einem verringerten Geräusch. Ein Querstromgebläse mit kanalisiertem Ausgang würde dagegen zu groß sein, um es in einer für Kraftfahrzeuge gedachten Umgebung zu verwenden, und die Ausgangsanordnung würde Probleme erzeugen.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden anhand der nachstehenden Zeichnung beschrieben.

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Es ze I gen:

Flg. 1 einen Langsscnnltt eines MischströmungsventI Iators, wobei Tel Ie des Ventilators unternalß der Mltel-MnIe zur Vereinfachung weggelassen worden sind,

Fig. 2 eine Vorderansicht des Geoldses rjernäS Flg. 1, eDenfalls nur teilweise dargestellt.

Flg. 3a 3d und 3 c

Teile einer EI η laufschaufeI an drei Punkten entlang Inrar Länge entsprechend den Punkten A-A, B-3 und C-C gemäß Flg. 1,

Fig. 4a und 4 υ

einen Ausschnitt hinsicntllch der Befestigung der E in I auf schaufeln,

Fig. 5 eine Darstellung, die zwei Rückenansichten Flg. 6 und eine Seitenansicht der Anordnung zeigt, in Fig. 7 der ein Ventilator in einem Maschinenraum eines LKW's befestigt Ist,

Flg. B Darstellungen ähnlich den Flg. b, 6 und 7, Flg. 9 jedocn mit einer anderen Anordnung von Ventilator Fig. 10 und Maschine und

Fig. II eine grafische Darstellung einer Kurvenschar, die die Leistung des Ventilators gemüü Flg. 1 und 4 verdaut I!ent.

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In den FIg. 1 Dls 4 ist ein Ventilator dargestellt, der eine quadratlscne Montageplatte 1 mit kreisförmiger Einlaßöffnung 2 umfasst. Die ringförmige Fläche um die Öffnung 2 Ist zum hinteren Teil hin leicht gekrümmt, wo sie In einen zylindrischen Teil 3 endet. Eine Reihe ähnlicher In gleichem Abstand angeordneter EI η I aufschaufe I η 4, die nachstehend näher beschrieben werden, sind an einem Ende der Montageplatte 1 um die öffnung 2 herum befestigt und erstrecken sich radial nach Innen, um einen Nabenaufbau 5 auf der Acnse der Öffnung 2 abzustützen.

Eine Achse 6, die auf dem Nabenaufoau 5 Defestigt Ist, hält ein mit der Bezugsziffer 7 bezeichnetes Laufrad und umfasst eine Reihe von nach hinten gekrümmten Schaufeln 8 zwischen dem Inneren und äußeren Umhüllungs - bzw. UmmanteIungsrI ng 9 und 10. Der äußere Ring 10 umglDt an seinem Einlaufende den zylindrischen Teil 3. Der Antrieb für die Achse 6 kann z.B. über einen Riemen zu einer Scheibe erfolgen, die am vorstehenden vorderen Ende der Achse 6 befestigt ist.

Eine solche Antriebsvorrichtung Ist In Flg. 5 gezeigt.

Die Einlauf schaufeln 4 weisen eine allmählich zunehmende Tiefe entsprechend der Annäherung zur Achse hin auf, wie es den Fig. 3a, 3b und 3c zu entnehmen Ist. Der Elnlaufrandtell 12 einer jeden Schaufel 4 liegt Im wesentlichen auf einer axialen Ebene und es folgt ein gekrümmter Teil 13, dem sich seinerseits ein gerader Teil 14 anschließt und sich gegen die hintere Flügelkante erstreckt. Das äußere Ende einer jeden EI η I aufschaufeI 4 Ist gebogen, um eben auf der Vorderseite der Montageplatte 1 zu liegen, wie durch die Bezugsziffer 15 erkennbar Ist,und Ist In seiner Lage durch eine nicht dargestellte Niete In einem

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uietloch Io befestigt. Das innere Ende einer jeden LI η I auf schaute I hat ein Paar von Ansätzen 17 und 13.

Der Vorderansat;; 1⁷ ϊ -> r Jarcrt gebogen, um auf einem vorderen befest 1gunjsrinj 19 zu liegen, der ein Teil der Nabe 5 bildet und i ät dort verschweigt. Ärmlich ist es bei der hinteren FlügelKante der Schaufel 4, wo der Ansatz 19 an einem defestigungsring 20 gesichert ist. Die Befestigungsrlnje liegen auf - und sind uefestigt mit - ringförmigen Stegen 21 <j u f einem Rohr 22, in dem Kugellager 2 3, 24 an beiden Enden angeordnet sind, um die Achse ό zu führen.

Das hintere Ende der Acnse υ ragt über das hintere Kugellager hervor, um eine Laufradnabe 30 zu führen, die mit der Achse verbunden ist und eine radiale Krempe 32 aufweist. Oör Innere Dodenring 9 des Laufrades 7 ist an seinem inneren Ende nach hinten gebogen - wie mit der Bezujszlffer 3i erkennbar - und mit der Krempe 32 durch bolzen 34 verbunden.

uie Einlaufschaufeln 4 sind derart ausgerichtet, daß Vorwärtswirbel in der tinlaufluft entgegengesetzt zur Richtung der Rotation des Laufrades erzeugt werden. Dieser Vorwärtsw|rbel ist beaos I cht I gt, um den Wirbel am Ausgang des Laufrades 7 zu beseitigen, um die oben aufgezählten VortelIe zu erz ie I en.

In den FIg. 5, 6 und 7 Ist ein Ventilator entsprechend Fig. dargestellt, der dazu verwendet wird, um eine Maschine eines Lastkraftwagens zu Kühlen. Der Ventilator 70 ist nur schematisch dargestellt. Die Maschine 71 Ist durch nicht dargestellte Elemente auf im Abstand befindliche einzelne Iongitudina Ie Fahrgestelltelle 72 Gefestigt. Eine Abdeckung 73 erstreckt sich über die Spitze der Maschine

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In einem reichlichen Abstand und auf der Hälfte an den Selten befindet sich ein Zwischenraum an jeder Seite. Die Vorrichtung ermöglicht ein Entweichen der Kühlluft durch oen Rdum 74 zwiscnen dem Fahrgeste I I te!I 72 und durch die Räume 75 oberhalb und an jeder Seite. An der Frontseite des Maschinenraums Ist ein Kühler 77 vorhanden, der von einem Ausgleichsbehälter 73 überragt wird. Auf der Einlaufseite des Kühlers Ist eine Reihe von Lüftungsöffnungen 79 angeordnet, die drenbar befestigt sind, um geöffnet oder geschlossen zu werden. Dieses erfolgt durch Temperaturregler, die empfindlich In Bezug auf die Temperatur des KühI erf IuIdums sind. Das Ventlator lauf rad 7 Ist direkt an die Maschinenachse 80 angekoppelt und wird durch einen Riemen 81 von der MaschInenkuroeI we I Ie betrieben. Die Maschine Ist von vorne nach hinten geneigt dargestellt und die Ventilatoröinlaufρ latte 1, die das Laufrad umgibt, ist derart angeordnet, um die Luft vom Künler 77, dessen Achse·horlzontaI gelagert Ist, zum Laufrad 7 zu führen, dessen Achse einen geringen Winkel zur Horizontalen aufweist.

Die FIg. 8, 9 und 10 zeigen eine ähnliche Anordnung, bei der der Ventilator etwas tiefer angeordnet Ist und direkt mit der Kurbelwelle verounaen Ist. Gleiche Teile sind mit gleichen dezugszeIchen Dezlffert. Fig. 11 zeigt die Leistungsfähigkeit des Ventilators nach den Flg. 1 bis 4, dessen Kurven mit "with IGV's" bezeichnet sind, und werden mit einem ähnlichen MlschströmungsventI Iator verglichen, der keine Eiη I auf führungsschaufel aufweist, die eine ZufIuftabIenkung bewirken. Die entsprechenden Kurven sind mit "without IGV's" markiert. Beim zweiten Gebläse wird angenommen, daß die zentrale Lagerung von radialen Elementen getragen wird, die keine Strömung ablenken.

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Für jeden Ventilator 1st der Druck ps und der Wirkungsgrad T^ gegen die Verarue1tunqsmenge des Ventilators aufgetragen. QIe Überlegenheit des Vsntilators mit Etnlauf führungsschauf-alo I ^ t evidant.

Zahlreiche Änderungen können in den beschro1benen Ausführungsbeispielen vorjsnommen werden. So sann z.B. der In den Flg. 1 bis 4 dargestellte Ventilator hinsichtlich seines Einlaufteils 4 laicht konisch oder gebogen statt der zylindrischen Art ausgebildet sein, üie tinlaufschaufeln 4 können derart gestaltet sain, daß ihre Tiefe nach außen hin zunimmt, also entgegengesetzt zu der oben beschriebenen Form. Dies ware vom aerodynamischen Standpunkt heraus vorteilhaft. Die erläuterte Schaufelform Ist entworfen worden, um eine leichte Herstellung aus BogenmaterI a I zu ermöglichen, und falls die Schaufeln gegossen werden- ob aus Kunststoff oder Metall - Ist eine TragfIächenfIügeIform bevorzugt.

Der Ventilator kann mit einem Motor betrieben werden, wie er In unserem britischen Patent 1 328 082 beschrieben Ist.

Die E I η I aufführungsschaufeI η können derart konstruiert sein, daß sie aus einem einzigen Blech heraus gestanzt werden können.

Die EI η I aufführungsschaufeI η können als getrennte Einheit konstruiert werden, um bestehenden Ventilatoren zugefügt zu werden.

Während der Ventilator nach den Flg. 1 bis 4 für Blechkonstruktionen entworfen Ist, Ist es für dan DurchschnItts-

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fachmann selbstverständlich, da;i der tntwurf für Bauweisen In Metallguß wie z.B. Aluminium oder Magnes1 um leg Ierungen oder In geformtem isunststoff modifiziert werden kann. In einigen Fällen ist eine gemischte KonstruKtlon bevorzugt, z. ü. daii der Rotor dus Aluminiumguß unddle anderen Teile aus blech Dargestellt werden.

In beiden Beispielen, in denen der Ventilator der Fig. 1 bis 4 mit einer VerbrennungsmascnIne verbunden Ist, weist der Ventilator ungefähr den gleichen Durchmesser wie ein entsprechendes Axialgeuläse bekannter bauart auf. Jedoch Ist die UmI auf geschwi ndi grid 11 sehr viel geringer, etwa 70 k von der der Ax I a IgebIäsegeschwI no Igke11. Trotz der geringen Geschwindigkeit, liefert der Mischströmungsventllator die gleicne Leistung wie die bekannte Art des Ax I a IgebIäses . Die Geschwindigkeitsverringerung ermöglicht eine starke Verringerung der Garäuse. Qe1 eine typischen Benutzungsart 1st eine Verringerung von der Größenordnung von 10 db bei voller Geschwindigkeit erzielbar. Auch kann, wie In den Fig. 8, 9 und 10 gezeigt, der Ventilator direkt von der Kurbelwelle betrieben werden.

In einer r\raftfdrirzeujö betreffenden Gestaltung ent-Sfjrecnend der Fig. 3, 9 und 10 mit einer ü i ese I rnascn i ne von 224 ixilowdtt, die mit automat i scnam Getrieue betrieuen wird, wurde ein O,4o5 Quadratmeter-Kühler üenutzt, der 175,3 Kilowatt pro Minute jei einer umgebenden Luft von 5 1 , /° ü üüertrdjt. üsr Ventilator ist mit Mdsch i nengescnwindigKeit uetrieoen worden, bei 2.300 Umdrehungen pro Minute g_aj der Ventilator eine Veraroeitungsmenge von 323 MjJ i Krriötern pro Minute oei 521 Newton pro Quadratmeter ao, una veroroucnte 7,5 Kilowatt. Der Gerauschpegel betrug 102 da. Lin verg I e i cnüares Axialgebläse würde uel nöha"er Geschwinaig^eit üetrieoen werden, veroraucnte die olte Leistung und nätte einen GaräuscnpegeI von 10 dB

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Claims

PATENTANWALT DIPL-INQ. JOACHIM STRASSE

HANAU · ROMERSTR. 19 · POSTFACH 79J · TEt. (OMOT) tO»OJ/iO74O · TELEX. 4184788 pal · TELEQRAMME: HANAUPATENT

AIRSCRuW HOWDt* L IM I TLu

Weybrldga Surrey KTId 2QH

tngland 21. Dezember 1977

(0064415 Gd) Sto/Bz - 11 616

Gebläse

Ansp riJche

Mi scfiströmungsvent M ator mit E I η I auf f ührungsschauf e I n, dadurch genennzelcnnet, daß die tIn I aufscnaufelη (4) der in den Ventilator (70) eintretenden Luft einen Wirbel aufzwingt, der ent* gegengesetzt zur Richtung der Umdrenung des Ventilators gerichtet ist.
2. MlscnströmungsventMator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Ventilator (70) verlassende Luft durch den durch die Führungsschaufeln (4) dor eintretenden Luft aufgeprägten Wirbel wirbelfrei oder nahezu wirbelfrei Ist.
3. MlschströmungsventIiator nach Anspruch 1 und/oder 2, gekennzeichnet durch ein Ventllatoriaufrad (7), das die Luft unmittelbar an die umgebende Atmosphäre oder einen gefüllten Raum abgibt.

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4. Ventilator nach einem der Ansprücne I □ I s 3, d a durcn gekennzeicnnet, daß die Fünrungsschaufe I η (4) das Laufrad (7) tragen.
5. Anordnung, oestehend aus einem teilweise von einem Genäuse umgeoenen Verorennungsmotor und einem ein Laufrad aufweisenden MIschstromunqsventiIator nach einem aer vorhergenanden Ansprüche, dadurch geKennze 1 cnnet, daß die Luftabgaoe zur Künlung der Maschine (71) unmittelbar In das Gehäuse (73) erfoljt.
ο. Anordnung nach Ansprucn 5 mit einer f I üssIgkeItsgekünlten Mascnine, dadurch gekenn- < -) I c h η --■ t , daß dar Ventilator (70) Kühlluft durcn einen die Flüssigkeit uetreffenden Wärmeaustauscher treibt.
7. Anordnung nacn Anspruch 5 und/oder Anspruch b, dadurch gekennzeichnet, da.i das Ventl I ator I au f rad (7) auf der Kurbelwelle der Maschina aefestljt Ist.

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