DE3137554A1 - "RADIAL FAN" - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft einen Radialventilator mit einem Laufrad mit z. B. rückwärts gekrümmten Schaufeln, die zwischen einer Rückenscheibe und einer mit der Einlaufdüse zusammenwirkenden, das axial einströmende Medium führend übernehmenden Ringscheibe enthalten sind und eine dem zentralen Durchtritt durch die Ringscheibe für das Medium zugeordnete Eintrittskante, sowie eine Austrittskante besitzen, welchen Ein- und Austrittskanten Einrichtungen zum Beeinflussen der !Eurbulenzstrukturen im Schaufeleinlaß - bzw. -Auslaßbereich zugeordnet sind.The invention relates to a radial fan with an impeller with z. B. backward curved blades that are between a back disk and one that interacts with the inlet nozzle and takes over the axially inflowing medium Annular disk are included and have a leading edge associated with the central passage through the annular disk for the medium, as well as an exit edge, which inlet and Trailing edge facilities for influencing the eurbulence structures are assigned in the blade inlet or outlet area.
Radialventilatoren haben bei allen Vorzügen auch einen erheblichen Nachteil, nämlich ihren hohen Lärmpegel, der 90 bis 100 dezibel erreichen kann, wobei auch noch hinzukommt, daß die Zusammensetzung des Geräuschspektrums solcher Ventilatoren unter dem Gesichtspunkt der Reizwirkung auf den Menschen äußerst ungün-stig ist. Vor allem aus diesem letztgenannten Gesichtspunkt heraus wurden die Anforderungen mit Bezug aufCentrifugal fans also have a considerable number of advantages Disadvantage, namely their high noise level, which can reach 90 to 100 decibels, and there is also the fact that the composition of the noise spectrum of such fans from the point of view of the irritative effect on humans is extremely unfavorable. Especially from the latter Point out were the requirements with respect to
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Geräuscharmut, die man an die Radialventilatoren gestellt hat, in den letzten Jahren immer höher angesetzt, insbesondere bei Geräten oder Anlagen, die in unmittelbarer Nachbarschaft des Menschen betrieben werden, . - ' *The low noise level that has been placed on centrifugal fans has been set ever higher in recent years, especially for Devices or systems that are operated in the immediate vicinity of people,. - '*
Z^ B. Klimaanlagen, Wärmepumpen, Warmluftheizungen, Küchenentlüftungen, Garagenentlüftungen usw. In verschiedenen Anwendungsfällen hat man die Ventilatoren in besonderen, schallgedämpften Räumen untergebracht, oder man hat sie mit den Saug- und Druckkanälen von Geräuschdämpfern verbunden. Derartige Maßnahmen können beim Projektieren von Belüftungs- und Konditioniersystemen ohne weiteres eingeplant werden, sie lassen sich aber bei bereits vorhandenen Anlagen nicht immer realisieren, ganz abgesehen davon, daß diese Maßnahmen nur in bestimmten Anwendungsfällen überhaupt möglich sind. Für die Mehrzahl der Anwendungsfalle, wie sie im täglichen technischen Leben immer wieder vorkommen, hat man andere sekundäre Schalldämm- und Schalldämpfungsmaßnahmen vorgeschlagen, die aber alle mit viel konstruktivem und apparativem Aufwand verbunden sind und relativ hohe Gestehungskosten mit sich bringen. So z. B. wurde von J. I. Petrov Z ^ B. air conditioning systems, heat pumps, hot air heating, kitchen ventilation, garage ventilation, etc. In various applications, the fans have been housed in special, soundproofed rooms, or they have been connected to the suction and pressure ducts of noise suppressors. Such measures can easily be included in the planning of ventilation and conditioning systems, but they cannot always be implemented in existing systems, quite apart from the fact that these measures are only possible in certain applications. For the majority of the application cases, as they occur again and again in daily technical life, other secondary soundproofing and soundproofing measures have been proposed, but all of these are associated with a lot of construction and equipment effort and involve relatively high production costs. So z. B. was made by JI Petrov
in der sowjetischen Fachzeitschrift "Vestnik masinostwenija" (Maschinenbau-Anzeiger) Heft 11, 1971, Seite· 4-0 und 41 vorgeschlagen, zur Verringerung des Geräuschpegels von Radialventilatoren an den Eintritts- und Austrittskanten der Schaufeln Turbulenzsiebe anzubringen. Diese Anordnung bringt zwar gewisse Geräuschverbesserungen mit sich, sie hat jedoch den Nachteil, daß hiermit erhebliche Wirkungsgradverluste verbunden sind, mit einer Verschlechterung der aerodynamischen Leistung. In der DE-PS 12 53 4-02 ist vorgeschlagen worden,in the Soviet journal "Vestnik masinostwenija" (Maschinenbau-Anzeiger) Issue 11, 1971, pages 4-0 and 41 suggested, to reduce the noise level of centrifugal fans at the inlet and outlet edges of the To attach blades to turbulence screens. This arrangement brings certain noise improvements with it, but it has the disadvantage that this results in a considerable loss of efficiency are associated with a deterioration in aerodynamic performance. In DE-PS 12 53 4-02 it has been proposed
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zur Verringerung der Geräusche an vielschaufligen Radiallüftern, die zum Belüften elektrischer Maschinen verwendet werden, die Abstände zwischen benachbarten Schaufeln mitto reduce the noise on radial fans with multiple blades, that are used to ventilate electrical machines, the distances between adjacent blades with
einemone
einer nach/bestimmten Berechnungssystem ermittelten Ungleichmäßigkeit zu verteilen. Voraussetzung ist natürlich, daß die Schaufeln radial verlaufen. Bei diesen bekannten Anordnungen wird oedoch die insgesamt abgestrahlte Schallenergie nicht vermindert sondern lediglich über ein breiteres Frequenzband verteilt. Auch die Anordnung nach der DE-OS 26 27 34-4, bei der man zur Geräuschminderung der Rückenscheibe die Form eines stumpfen Kegels mit der Ansaugseite abgewendeter Spitze gibt und sie gegenüber den Schaufeln und dem Umfang der Ringscheibe mit einem Rand überstehen läßt, hat den Nachteil, daß sie neben höheren Gestehungskosten einen schlechteren Wirkungsgrad mit sich bringt. Die Erfindung will hier Abhilfe schaffen.to distribute an irregularity determined according to / a specific calculation system. The prerequisite is, of course, that the blades run radially. In these known arrangements, the total radiated acoustic energy is not reduced but only distributed over a wider frequency band o e yet. The arrangement according to DE-OS 26 27 34-4, in which one gives the shape of a truncated cone with the suction side facing away from the tip to reduce the noise of the back disk and allows it to protrude from the blades and the circumference of the annular disk with an edge, has the Disadvantage that, in addition to higher production costs, it brings with it a lower level of efficiency. The invention aims to remedy this.
Zu dem oben genannten Zweck hat sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe gestellt, das Laufgeräusch, insbesondere den Drehklang von Radialventilatoren durch primäre Maßnahmen mit einfachen Mitteln zu senken, ohne daß hierbei die Leistung des Ventilators und dessen Wirkungsgrad in Mitleidenschaft gezogen werden.The present invention has been made to the above purpose the task set, the running noise, especially the turning sound of centrifugal fans by primary measures with simple means without affecting the performance of the Fan and its efficiency affected will.
Zu dem oben genannten Zweck ist gemäß der Erfindung bei der neuen Anordnung vorgesehen, daß zum Beeinflussen der Turbulenzstruktur mindestens eine der beiden Kanten einer jeden Schaufel über mindestens einen Teil der Schaufelbreite in Richtung der Tiefe der Schaufel gesehen einen verzahnten oder zackenförmigen Verlauf hat. Hierbei kann z. B. die Schaufelaustrittskante in Richtung der Tiefe der Schaufel gesehen einen solchenFor the above purpose it is provided according to the invention in the new arrangement that for influencing the turbulence structure at least one of the two edges of each blade over at least part of the blade width in the direction of the Seen depth of the blade has a toothed or jagged course. Here z. B. the blade trailing edge such as seen in the direction of the depth of the shovel
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verzahnten oder zackenförmigen Verlauf haben oder die Schaufeleintrittskante oder schließlich beide Kanten, wobei die Verzahnung oder der zackenförmige Verlauf der jeweiligen Schaufelkante sich über die ganze Schaufelbreite erstrecken kann oder nur über einen Teil dieser Schaufelbreite, z„ B. den mittleren Bereich, den der Ringscheibe zugeordneten Teilbereich oder den der Rückscheibe zugeordneten Teilbereich. Durch eine derartige Gestaltung der Eintrittskante, wie oben geschildert, wird eine turbulente Grenzschicht an den Schaufelflächen erreicht, die geräuscherzeugende Instabilitäten und Wirbelablösungen vermeiden hilft oder zumindest einschränkt. Durch die entsprechende Ausbildung der Austrittskanten der Schaufel kommt es zu einer Vergleichmäßigung des mit den Schaufeln rotierenden Druckfeldes und damit zur Reduzierung der periodischen Kraftänderungen am Laufradumfang. Das Gesamtergebnis der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Maßnahmen ist eine Herabsetzung des Schallpegels, insbesondere bei mittleren und hohen Frequenzen, sowie eine starke Schwächung des Drehklangs. Das Laufgeräusch eines solchen Laufrades wird subjektiv angenehmer empfunden als das Laufgeräusch eines Laufrades ohne die oben beschriebenen Maßnahmen. Der Wirkungsgrad sowie die Druck-Volumen s trom-Kennlinie werden hierbei nur unwesentlich und vernachlässigbar wenig beeinflußt. Ein Laufrad mit erfindungsgemäßen Turbulenzerzeugern an den Schaufelkanten ist zudem nicht von einer Zuordnung zu einem Gehäuse abhängig und kann auch freilaufend ohne Spiralgehäuse betrieben werden.toothed or serrated course or the blade leading edge or finally both edges, the toothing or the serrated profile of the respective blade edge can extend over the entire blade width or only over part of this blade width, for example the middle one Area, the partial area assigned to the annular disk or the partial area assigned to the rear disk. By such a Design of the leading edge, as described above, a turbulent boundary layer is achieved on the blade surfaces, which Avoiding noise-generating instabilities and vortex shedding helps or at least restricts it. Through the appropriate Formation of the trailing edges of the blade, the pressure field rotating with the blades is evened out and thus to reduce the periodic changes in force on the impeller circumference. The overall result of the invention described above Measures is a reduction in the sound level, especially at medium and high frequencies, as well as a strong weakening of the rotating sound. The running noise of such The impeller is subjectively perceived as more pleasant than the running noise of an impeller without the measures described above. The efficiency as well as the pressure-volume flow characteristic are only insignificantly and negligibly little influenced. An impeller with turbulence generators according to the invention there is also no assignment at the blade edges dependent on a housing and can also be operated free-running without a spiral housing.
Das Profil der Verzahnung bzw. des zackenförmigen Verlaufs an den Schaufelkanten des Laufrades kann verschiedentlich ausgebildet sein, z. B. mäanderförmig oder U-förmig oderThe profile of the toothing or the serrated profile on the blade edges of the impeller can vary be designed, e.g. B. meander-shaped or U-shaped or
schließlich zickzackförmig, C-förmig oder wellenförmig oder schließlich auch völlig unregelmäßig, wobei z. B. der Übergang zwischen den einzelnen Zähnen oder Zacken abgerundet oder spitz bzw. eckig sein kann.finally zigzag, C-shaped or wavy or finally also completely irregular, with z. B. rounded off the transition between the individual teeth or prongs or can be pointed or angular.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:In the drawing, exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown. Show it:
Fig. Λ das Laufrad eines Radialventilators gemäß derFig. Λ the impeller of a radial fan according to the
Erfindung in einer Seitenansicht in schematischer Darstellung und im Schnitt, wobei offen ist, ob dieses Laufrad mit oder ohne Spiralgehäuse eingesetzt wird,Invention in a side view in schematic Representation and in section, it is not clear whether this impeller with or without a volute casing is used,
Pig. 2 und 3 Einzelheiten von zwei Varianten des Erfindungsgegenstandes wiederum in Seitenansicht im Schnitt und in größerem Maßstab,Pig. 2 and 3 details of two variants of the subject matter of the invention again in side view in section and on a larger scale,
Pig. 4 Einzelheiten von verschiedenen weiteren Varianten bis 9 des Erfindungsgegenstandes wiederum in Seitenansicht und in schematischer Teildarstellung undPig. 4 details of various other variants to 9 of the subject matter of the invention again in a side view and in a schematic partial representation and
Pig. 10 eine schematische Darstellung eines Vergleichs hinsichtlich des Geräuschverhaltens zwischen einem Radialventilator bekannter Art und einem Radialventilator, der gemäß der Erfindung ausgebildet ist.Pig. 10 is a schematic illustration of a comparison with regard to the noise behavior between a centrifugal fan of known type and a Radial fan designed according to the invention.
Der erfindungsgemäße Radialventilator besitzt ein Laufrad 1, das z. B. rückwärts gekrümmte Schaufeln haben kann. Die Schaufeln 2, 5 sind jeweils zwischen einer Rückenscheibe 4 und einerThe radial fan according to the invention has an impeller 1 which, for. B. may have backward curved blades. The shovels 2, 5 are each between a back pane 4 and one
37 am Laufrad 38 der Pig. 7 gezeigt ist. In allen diesen Fällen ist zu erkennen, daß der Übergang zwischen des einzelnen Zähnen oder Zacken abgerundet (Figo 4 , Figo 7? Fig. 9) oder spitz bzw. eckig (Fig. 5» Fig. 6, Fig. 8) ist.37 on impeller 38 of the Pig. 7 is shown. In all of these In some cases it can be seen that the transition between the individual teeth or teeth is rounded (Figo 4, Figo 7? Fig. 9) or pointed or angular (Fig. 5 »Fig. 6, Fig. 8).
Bei Anwendung der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Gedanken ergeben sich die bereits erwähnten Vorteile: Eine Verzahnung oder zackenförmige Ausbildung der Eintrittskante der Schaufel hilft die geräuscherzeugenden Instabilitäten und Wirbelablösungen vermeiden, eine Verzahnung oder zackenförmige Gestaltung der Schaufelaustrittskanten führt zu einer Vergleichmäßigung des mit den Schaufeln rotierenden Druckfeldes und damit zur Reduzierung der periodischen Kraftänderungen am Laufrad. Insgesamt ergibt sich dadurch eine Herabsetzung des Sehallpegels, insbesondere bei mittleren und hohen Frequenzen, sowie eine starke Schwächung des Drehklangs ohne Beeinflussung des Wirkungsgrads sowie der Druck-Volumenstrom-Kennlinie in nennenswertem Umfange. Das Laufgeräusch eines erfindungsgemäßen Laufrades wird subjektiv angenehmer empfunden als das Laufgeräusch eines Laufrades bekannter Art. In Fig. 10 der Zeichnung ist ein Vergleich zwischen den von einem erfindungsgemäßen Laufrad erzeugten Geräusch, die in dieser Zeichnung auf der Kurve 50 dargestellt sind (die Kurve zeigt die Geräuschstärke in dezibel aufgezeichnet auf der Frequenz), während die Kurve *?Λ die Geräusche bei einem Laufrad ohne iCurbulenzerzeugung, also bei einem Laufrad bekannter Art zeigt.When using the inventive concept described above, the advantages already mentioned arise: a toothing or serrated design of the leading edge of the blade helps avoid the noise-generating instabilities and vortex shedding, a toothing or serrated design of the blade trailing edges leads to an equalization of the pressure field rotating with the blades and thus to reduce the periodic changes in force on the impeller. Overall, this results in a reduction in the visual reverberation level, especially at medium and high frequencies, as well as a strong attenuation of the rotary sound without influencing the efficiency and the pressure-volume flow characteristic curve to a significant extent. The running noise of an impeller according to the invention is subjectively perceived more pleasant than the running noise of an impeller of a known type Noise level in decibels recorded on the frequency), while the curve *? Λ shows the noise for an impeller without iCurbulence generation, i.e. an impeller of a known type.
Im übrigen muß noch betont irerden, daß die erfindungsgemäße Geräuschminderung, die sehr beachtlich ist, wie aus der SkizzeIn addition, it must be emphasized that the invention Noise reduction which is very considerable, as from the sketch
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hervorgeht, in der Größenordnung von 5 bis 10 %.liegt,
mit einfachsten konstruktiven Mitteln erzielt wird, es ist praktisch kein zusätzlicher Aufwand vonnöten. Zudem ist ein
Laufrad mit Turbulenzerzeugern gemäß der Erfindung an den
Schaufelkanten nicht von einer Zuordnung zu einem Gehäuse abhängig und kann auch freilaufend ohne Spiralgehäuse betrieben
werden.is in the order of magnitude of 5 to 10%,
is achieved with the simplest structural means, there is practically no additional effort required. In addition, an impeller with turbulence generators according to the invention on the blade edges is not dependent on an assignment to a housing and can also be operated free-running without a spiral housing.
Die Erfindung kann mit gleichem Vorteil auch bei Radialventilatoren mit radial endenden oder vorwärtsgekrümmten Schaufeln verwendet werden.The invention can also be used with centrifugal fans with the same advantage can be used with radially ended or forward curved blades.
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Ringscheibe 5 enthalten, die mit der Einlaufdüse 6 zusammenwirkt und die"das axial gemäß Pfeil 7 einströmende Medium in Richtung der Pfeile 8 führend übernimmt. Die Schaufeln besitzen eine dem zentralen Durchtritt 9 durch die Ringscheibe zugeordnete Eintrittskante 10, sowie eine Austrittskante 11, wobei den Ein- und Austrittskanten Einrichtungen zum Beeinflussen der Turbulenzstruktur im Schaufeleinlaßbereich bzw. Schaufelauslaßbereich zugeordnet sind. 12 ist die Nabe, die zur Herstellung der "Verbindung zwischen Laufrad und Antriebswelle dient. Das Laufrad gemäß Fig. 1 ist erfindungsgemäß so ausgebildet, daß es in einem - in der Zeichnung nicht weiter dargestellten, weil bekannten - Spiralgehäuse enthalten ist, und in diesem umläuft. Die erfindungsgemäße Anordnung macht es jedoch auch möglich, das Laufrad ohne Spiralgehäuse zu verwenden, dann ist das Laufrad freilaufend ausgebildet und . gehäuselos gelagert.Contain ring disk 5, which interacts with the inlet nozzle 6 and which "takes over the medium flowing in axially according to arrow 7 in the direction of arrows 8. The blades have an entry edge 10 assigned to the central passage 9 through the annular disk, as well as an exit edge 11, the inlet and outlet edges being equipped with devices for influencing the turbulence structure in the blade inlet area or Shovel outlet area are assigned. 12 is the hub which is used to establish the connection between the impeller and the drive shaft serves. The impeller according to FIG. 1 is designed according to the invention so that it is in one - not further in the drawing shown because known - volute casing is included, and revolves in this. The arrangement according to the invention makes however, it is also possible to use the impeller without a volute casing use, then the impeller is designed to run freely and. stored without a housing.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß zum Beeinflussen der Turbulenzstruktur mindestens eine der beiden Kanten 10 und 11 einer jeden Schaufel über mindestens einen Teil der Schaufelbreite in Richtung der Tiefe der Schaufel gesehen einen verzahnten oder zackenförmigen Verlauf hat. Die Anordnung kann natürlich auch so getroffen sein, daß entweder nur die Schaufelaustrittskante oder nur die Schaufeleintrittskante verzahnt oder gezackt ist, je nach dem Einsatzfall, je nach den zu erwartenden Geräuschen.According to the invention it is provided that, in order to influence the turbulence structure, at least one of the two edges 10 and 11 of each blade over at least a part of the blade width, viewed in the direction of the depth of the blade, a toothed one or has a jagged course. The arrangement can of course also be made so that either only the blade trailing edge or only the blade leading edge is toothed or serrated, depending on the application, depending on what is to be expected Noises.
Bei der Variante nach Pig. 2 erstreckt sich die Verzahnung oder -der zackenförmige Verlauf der Schaufelkante 15 und der Schaufelkante 16 über die gesamte Schaufelbreite b, die Verzahnung ist bei 17 und 18 dargestellt. Bei der Variante nach Pig. 2 hingegen streckt sich "bei der Schaufelaustrittskante der Schaufel 21 die Verzahnung 20 nur über den mittleren Bereich der Schaufelkante, während bei der Schaufeleintrittskante 22 die Verzahnung 23 sich über einen der Ringscheibe 24 des Laufrads 25 zugeordneten und an diese angrenzenden Teilbereich der Schaufelkante, der z. B. bis etwa in die Mitte der Schaufelkante reichen oder evtl. noch früher enden kann. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, daß die Verzahnung oder der zackenförmige Verlauf der Schaufelkante sich über einen der Rückscheibe 26 zugeordneten und an diese angrenzenden Teilbereich der Schaufelkante erstreckt, diese Ausführungsform ist in der Zeichnung nicht dargestellt.In the Pig variant. 2 extends the toothing or the serrated profile of the blade edge 15 and the blade edge 16 over the entire blade width b, the toothing is shown at 17 and 18. With the variant after Pig. 2, however, "stretches" at the blade trailing edge of the blade 21 the toothing 20 only over the middle area of the blade edge, while at the blade leading edge 22 the toothing 23 extends over one of the annular disks 24 of the impeller 25 assigned and adjoining this sub-area the blade edge, the z. B. extend to about the middle of the blade edge or possibly end even earlier. However, it can also be provided that the toothing or the serrated profile of the blade edge extends over a the rear disk 26 associated with and extends to this adjoining portion of the blade edge, this embodiment is not shown in the drawing.
Die Verzahnung oder Zick-Zack-Porm kann verschiedenes Profil haben, sie kann z. B. U-förmig sein, wie bei 27 am Laufrad 28 der Pig. 4 gezeigt ist. Sie kann jedoch auch ein zickzackförmiges Profil haben, wie bei 29 am Laufrad 30 der Pig. 5 gezeigt ist. Sie kann andererseits auch ein unregelmäßiges Profil, mit tiefen und weniger tiefen, hochstehenden und weniger hochstehenden Zacken aufweisen, wie bei 31 am Laufrad 32 der Pig. 6 gezeigt ist. Das Profil der Verzahnung oder des zickzackförmigen Verlaufs kann z. B. auch mäanderförmig sein, wie bei 33 am Laufrad 34 gemäß der Pig. 8 dargestellt ist. Das Profil der Verzahnung oder des zickzackförmigen Verlaufs kann C-förmig sein, wie bei 35 am Laufrad 36 gemäß Pig. 9 gezeigt ist, es kann schließlich auch wellenförmig ausgebildet sein, wie beiThe toothing or zigzag Porm can have different profiles. B. U-shaped, as at 27 on the impeller 28 the pig. 4 is shown. However, it can also have a zigzag profile, as at 29 on the impeller 30 of the Pig. 5 is shown. On the other hand, it can also have an irregular profile, with deep and less deep, upright and less upright Have spikes, as at 31 on the impeller 32 of the Pig. 6 shown is. The profile of the toothing or the zigzag course can, for. B. also be meandering, as in 33 on the impeller 34 according to Pig. 8 is shown. The profile of the toothing or the zigzag course can be C-shaped be, as at 35 on the impeller 36 according to Pig. 9 is shown it can finally also be formed in a wave shape, as in
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