DE3152556T1

DE3152556T1 - Strömungsfreier axialer Durchfluß- oder Strömungsventilator

Info

Publication number: DE3152556T1
Application number: DE19813152556
Authority: DE
Inventors: Adnan Mahmoud Blacktown Neusüdwales Abdel-Fattah; Bruce Arthur Queenscliff Neusüdwales Russell
Original assignee: James Howden Australia Pty Ltd
Current assignee: James Howden Australia Pty Ltd
Priority date: 1980-12-03
Filing date: 1981-12-03
Publication date: 1983-02-24
Also published as: WO1982001919A1; JPS57501876A; DK346482A; DE3152556C2; SE8204565L; SE436655B; GB2101685B; SE8204565D0; GB2101685A; US4511308A

Description

Patentanwälte Dipl.-IInJg. Η.'ψΕ^^ΑΝΝί,ρίρι.-ΡΗΥβ. Dr. K. Fincke

. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr.-Ing. H. Liska

8000 MÜNCHEN 86 _L 3.

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JAMES HOWDEN AUSTRALIA PTY. LTD., 97-103 Pacific Highway North Sydney, N.S.W.2060/Australien

Strömungsfreier axialer Durchfluß- oder Strömungsventilator

Technisches Feld

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf axiale oder gemischte Strömungsgebläse oder Saugventilatoren und mehr im speziellen auf solche Gebläse und Ventilatoren oder Verdichter, die eine verbesserte Betriebsstabilität aufweisen.
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Hintergrund des Standes der Technik

Es ist bekannt, daß herkömmliche Ventilatoren unter dem Problem des Strömungsabrisses leiden, wenn der Gasfluß hinter den Ventilacorblättern von der Oberfläche der Blätter und/oder dem den Ventilator umgebenden Gehäuse abbricht oder sich ablöst. Die erfindungsgemäßen Ventilatoren und Gebläse sind so konstruiert oder aus-

gelegt, daß sie die Neigung zu einem Strömungsabrißzustand, der über einem weiten Bereich möglicher Betriebszustände stattfindet, beträchtlich reduziert.

Offenbarung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung besteht in einem axialen oder gemischten Strömungsgebläse oder Saugventilator, das bzw. der ein lüngliches röhrenförmiges Gehäuse aufweist, in dem ein Ventilator- oder Flügelrad angeordnet ist, welches eine um die Längsachse des Gehäuses drehbare Nabe und eine Anzahl von Blättern aufweist, die sich davon radial erstrecken, wobei das Gehäuse einen röhrenförmigen Einlaßabschnitt aufweist, der an einem röhrenförmigen Zwischenabschnitt mit einem Querschnitt endet, dessen Durchmesser größer ist als der des Querschnitts des Einlaßabschnitts und der seinerseits an einem röhrenförmigen Auslaßabschnitt endet, dessen Querschnittsdurchmesser nicht größer ist ^als jener des Einlaßabschnitts, und wobei das Flügelrad so angeordnet ist, daß die Führungs- oder Vorderkante der Spitze eines jeden Blattes in dem Zwischenabschnitt angeordnet ist, während die nacheilende Kante oder Rückkante eines jeden Blattes in dem Auslaßabschnitt angeordnet ist.

Das Gehäuse des Gebläses oder Ventilators weist vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt auf. Der Einlaßabschnitt ist vorzugsweise kegelstumpf- oder zylinderförmig, während der Zwischen- und Auslaßabschnitt vorzugsweise zylinderförmig sind. Der Durchmesser des Auslaßabschnitts sollte nicht größer sein als der minimale Durchmesser des Einlaßabschnitts und ist vorzugsweise leicht kleiner als dieser minimale Durchmesser. Bei solchen Ventilatoren ist es üblich, daß der Durchmesser des Auslaßabschnitts nur gering-

fügig größer als der Durchmesser des Kreises ist, der von den sich drehenden Blättern des Ventilatorrades überstrichen wird.

Der Durchmesser des Zwischenabschnitts ist größer als der Durchmesser oder der minimale Durchmesser des Einlaß- und Auslaßabschnitts. Bevorzugterweise ist der Durchmesser des Zwischenabschnitts 1,1 - 1,5, mal grosser als der Durchmesser des Ventilatorrades und liegt bevorzugterweise zwischen dem 1,2 - und 1,4-fachen dieses Durchmessers.

Bevorzugterweise sind in dem Zwischenabschnitt eine Anzahl von fixierten Schaufeln oder Flügeln vorgesehen, die vorzugsweise radial zur Nabe und axial zu dem Gehäuse angeordnet sind. Insbesondere sind diese Ventilatorschaufeln oder -flügel sich in Strömungsabwärtsrichtung verengend.

Der Anfang und das Ende des Zwischenabschnitts sind vorzugsweise beide abrupt oder abgesetzt, wobei der Zwischenabschnitt mit dem Einlaß- oder Auslaßabschnitt durch einen ringförmigen Wandabschnitt verbunden sind, der in einer zur Längsachse des Ventilator- oder Gebläsegehäuses rechtwinkligen Ebene liegt. Während es nicht im wesentlichen darauf ankommt, daß der Zwischenabschnitt in Strömungsabwärtsrichtung abrupt endet, ist es wesentlich, daß ein solches Ende in einer axialen Richtung zwischen der Vorder·^ und Hinterkante der Ventilatorradblätter stattfindet.

Die erfindungsgemäße Anordnung kann bei Ventilatoren und Gebläsen mit fixiertem oder variablem Anstellwinkel in gleicher Weise vorteilhaft verwendet werden. 35

In gewissen Fällen ist es wünschenswert, in dem Einlaß-

. S.

abschnitt eine Anzahl von radial ausgerichteten Führungsschaufeln oder Flügeln anzuordnen, von denen jede bzw. jeder um seine eigene Längsachse verdrehbar ist. Diese Führungsschaufeln erstrecken sich vorzugsweise zwischen der Wand des Einlaßabschnittes und einem zylindrischen Stator, der koaxial zu dem Gehäuse angeordnet ist. Diese Führungsschaufeln werden vorzugsweise bei axialen Strömungsventilatoren und -gebläsen verwendet, bei denen die Blätter des Ventilatorrades

IQ nicht selbst um ihre eigene Längsachse verdrehbar sind. Diese Führungsschaufeln mit variablem Anstelloder Verstellwinkel können in Winkeln relativ zur Längsachse des Ventilators angeordnet sein, die zwischen +45° und -90° liegen. Der Winkel wird als positiv angesehen, wenn die Schaufeln bewirken, daß der ankommende Gasstrom so bewegt wird, daß er den Winkel, durch welchen die Bewegungsrichtung des Gasstromes von dem Ventilatorrad geändert wird, vergrößert. Er wird als negativ angesehen, wenn dieser Winkel reduziert wird. Eine ähnliche Konvention wird benutzt, wenn die fixierten Schaufeln in dem Zwischenabschnitt betrachtet werden. In Ventilatoren und Gebläsen, wo die Ventilatorradblätter verstellbar sind, sind solche Führungsschaufeln nicht generell erforderlich.

Der minimale Durchmesser des Einlaßabschnitts ist vorzugsweise geringfügig größer als der Durchmesser des Ventilatorrades. Der bevorzugteste minimale Durchmesser des Einlaßabschnitts liegt zwischen dem 1,01 bis zum 1,1 - fachen des Durchmessers des Ventilatorrades. Die Stabilität des Ventilators für einen gegebenen minimalen Durchmesser des Einlaßabschnitts wächst an, wenn der axiale Abstand zwischen der Vorderkante des Ventilatorrades und der Endkante des Einlaßabschnitts anwächst. Diese anwachsende Stabilität ist jedoch mit einem leichten Wirkungsgradverlust verbunden.

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Beste Ausführungsform der Erfindung

Im folgenden werden beispielsweise Details einer Anzahl von Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Längsschnitts durch eine Ausführungsform eines gemischten erfindungsmäßnge Strömungs

ventilators,

Fig. 2 ein Druck-ZVolumendiagramm für den gemischten Strömungsventilator nach Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Ansicht eines Längsschnitts durch eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen gemischten Strömungsventilators ,

Fig. 4 ein Druck-ZVolumendiagramm für den gemischten Strömungsventilator nach Fig. 3,

Fig. 5 eine schematische Längsschnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines

erfindungsgemäßen gemischten Strömungsventilators,

Fig. 6 eine schematische Längsschnittansicht einer noch weiteren Ausführungsform eines

erfindungsgemäßen gemischten Strömungsventilators, und

Fig. 7 ein Druck-/Volumendiagramm für die gemischten Strömungsventilatoren nach

den Fig. 5 und 6.

Beim Beschreiben der verschiedenen Ausführungsformen dieser Erfindung sind gleiche Bezugszeichen zur Beschreibung der gleichen Ganzheiten oder Bauelemente in den verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung verwendet.

Gemäß den Fig. 1, 3, 5 und 6 weist der Ventilator 10 ein Gehäuse 11 mit kreisförmigem Querschnitt auf, welches das Ventilatorrad 12 umgibt und koaxial dazu ist. Das Ventilatorrad weist eine Nabe 13 und eine Anzahl radial ausgerichteter Blätter 14 auf. Das zylindrische Gehäuse 11 ist in drei Hauptabschnitte unterteilt. Ein kegelstumpfförmiger Einlaßabschnitt 15 endet an einem zylindrischen Zwischenabschnitt 16 vergrößerten Durchmessers, der seinerseits an einem zylindrischen Auslaßabschnitt 17 endet. Der Zwischenabschnitt 16 endet und der Auslaßabschnitt 17 beginnt zwischen der Vorderkante und der Hinterkante der Ventilatorradblätter 14.

In Strömungsaufwärtsrichtung von dem Ventilatorrad ist koaxial dazu ein Zentrumsrohr oder zentrales Rohr 18 angeordnet. Eine Anzahl von radial ausgerichteten Leitschaufeln 19, von denen jedes auf einer Spindel 20 befestigt ist, sind um das zentrale Rohr 18 herum angeordnet. Jede Leitschaufel 19 erstreckt sich radial auswärts in Richtung der Innenfläche des Einlaßabschnitts oder der Einlaßpforte 15 des Gehäuses 11 und ist um seine Spindel 20 drehbar, so daß der Winkel der Leitschaufel bezüglich der Längsachse des Ventilators variiert werden kann.

Der Zwischenabschnitt 16 kann eine Anordnung fixierter Schaufeln 21 umfassen, die sich wie in den Fig. 3 und axial zu dem Ventilator sein können oder wie in Fig. unter einem Winkel zu dieser Achse stehen können.

In der in Fig. 1 dargestellten Anordnung ist der minimale Durchmesser des Einlaßabschnitts 15 gleich dem Durchmesser des Auslaßabschnitts 17, beispielsweise annähernd gleich dem Durchmesser des Ventilatorrades

Der Zwischenabschnitt weist eine Anzahl von fixierten Schaufeln 21 auf, von denen jede sich unter einem Winkel von 45° zu der Achse des Gehäuses erstreckt JO und relativ zum Ventilatorrad radial ausgerichtet ist.

Der Einlaßabschnitt 15 erstreckt sich nach rückwärts als zylindrische Wand 22, die den minimalen Durchmesser des Einlaßabschnitts 15 fortsetzt und die mit den I^ radial inneren Kanten der Schaufeln 21 verbunden sind.

Die Fig. 2 zeigt ein Druck-/Volumendiagramm für den Ventilator nach Fig. 1. Jede durchgezogene Linie repräsentiert das gemessene P/V-Verhältnis für die angezeigte Winkelstellung beweglicher Leitschaufeln. Die gestrichelten Linien repräsentieren Konturen oder Linien gleich hohen Wirkungsgrades, wobei der Punkt maximalen Wirkungsgrades durch ein Kreuz dargestellt ist. Aus der Fig. 2 ist zu entnehmen, daß der Ventilator nach Fig. für alle geprüften Schaufelwinkel eine glatte P/V-Kurve zeigt, woraus hervorgeht, daß der Ventilator über seinem ganzen Arbeitsbereich an keiner Stelle einen Strömungsabriß hatte.

Die Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei welcher der Zwischenabschnitt eine Anzahl fixierter Schaufeln aufweist, die sich axial zu dem Gehäuse und radial relativ zu dem Ventilatorrad erstrecken. Der Einlaßabschnitt 15 erstreckt sich bis zur kegelstumpfförmigen Wand 22, welche den minimalen Durchmesser des Einlaßabschnitts definiert.

In dieser Anordnung ist in den fixierten Schaufeln neben der Vorderkante des Zwischenabschnitts eine Öffnung belassen, um eine Wechselwirkung zirkulierender Strömung zwischen jedem Paar fixierter, stabilisierender Schaufeln zu erhöhen.

Aus der Fig. 4 ist zu entnehmen, daß die vorstehende Ausführungsform frei von Strömungsabrißcharakteristiken ist.

Die Fig. 5 und 6 zeigen weitere Ausführungsformen der Erfindung.

Die Fig. 5 zeigt eine Anordnung, in welcher axial und radial angeordnete Schaufeln 21 im Zwischenabschnitt vorgesehen sind. Die Fig. 6 zeigt eine sehr ähnliche Anordnung, jedoch ohne Schaufeln. In jeder dieser Situationen endet der Einlaßabschnitt abrupt am Beginn des Zwischenabschnitts.

In der Fig. 7 sind die P/V-Darstellungen der Ventilatoren nach Fig. 5 und 6 verglichen, wobei die Ergebnissse des Ventilators nach Fig. 5 in gestrichelten Linien und die des Ventilators nach Fig. 6 in durchgezogenen Linien dargestellt sind. Es ist zu entnehmen, daß die Entfernung der fixierten Leitschaufeln zwar keinen Strömungsabriß in dem Ventilator erzeugt, dafür aber Drücke bei niedrigen Volumina wesentlich reduziert hat.

Claims

Patentansprüche

(1 .) Axiales oder gemischtes Strömungsgebläse oder axialer oder gemischter Saugventilator, gekenn zeichnet durch ein längliches röhrenförmiges Gehäuse (11), in welchem ein Ventilatorrad (12) angeordnet ist, das eine um die Längsachse des Gehäuses (11) drehbare Nabe (13) und eine Anzahl sich davon radial erstreckender Blätter (14) aufweist, wobei das Gehäuse

(11) einen rohrförmigen Einlaßabschnitt (15) aufweist, der an einem röhrenförmigen Zwischenabschnitt (16) mit im Vergleich zum Einlaßabschnitt größeren Querschnittabmessungen endet, der seinerseits an einem rohrförmigen Auslaßabschnitt (17) endet, der in seinen Querschnittsabmessungen nicht größer als der Einlaßabschnitt (15) ist, und wobei das Ventilatorrad (12) so angeordnet ist, daß die Vorder- oder Leitkante der Spitze oder des Endes eines jeden Blattes in dem Zwischenabschnitt angeordnet ist, während seine Rückkante iⁿ dem Auslaßabschnitt angeordnet ist.
2. Axiales oder gemischtes Strömungsgebläse oder axialer oder gemischter Saugventilator nach Anspruch 1, in welchem der Einlaßabschnitt über seiner Länge eine konstante Querschnittsfläche aufweist oder bei Annäherung an den Zwischenabschnitt in der Querschnittsfläche abnimmt.
3. Axiales oder gemischtes Strömungsgebläse oder

axialer oder gemischter Saugventilator nach Anspruch 1 oder 2, in welchem die Querschnittsabmessungen des Auslaßabschnitts geringfügig kleiner als jene des Einlaßabschnitts sind.

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4. Axiales oder gemischtes Strömungsgebläse oder axialer oder gemischter Saugventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, in welchem das Gehäuse über seiner ganzen Länge einen kreisförmigen Querschnitt aufweist.
5. Axiales oder gemischtes Strömungsgebläse oder axialer oder gemischter Saugventilator nach Anspruch 4, in welchem der Durchmesser des Zwischenabschnitts das 1,1 - bis 1,5 - fache des Durchmessers des Ventilatorrades beträgt.
6. Axiales oder gemischtes Strömungsgebläse oder axialer oder gemischter Saugventilator nach Anspruch 5, in welchem der Durchmesser des Zwischenabschnitts das 1,2 ■*■ bis 1,4 - fache des Durchmessers des Ventilatorrades beträgt.
7. Axiales oder gemischtes Strömungsgebläse oder axialer oder gemischter Saugventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, in welchem eine Anzahl von fixierton Schaufeln in dem Zwischenabschnitt des Gehäuses vorgesehen sind, wobei jede Schaufel sich axial zum Gehäuse und radial zur Nabe erstreckt.
8. Axiales oder gemischtes Strömungsgebläse oder axialer oder gemischter Saugventilator nach Anspruch 7, in welchem jede Schaufel in Richtung des Auslaßabschnitts des Gehäuses in der Tiefe abnimmt.
9. Axiales oder gemischtes Strömungsgebläse oder axialer oder gemischter Saugventilator, in welchem der Zwischenabschnitt mit dem Einlaßt und/oder dem Auslaßabschnitt durch einen ringförmigen Wandabschnitt verbunden ist, der in einer zur Längsachse des Gehäuses rechtwinkligen Ebene liegt.

-K-
10. Axiales oder gemischtes Strömungsgebläse oder axialer oder gemischter Saugventilator im wesentlichen wie er unter Bezugnahme auf eine der Fig. 1, 3, 5 und 6 der beigefügten Zeichnungen vorstehend beschrieben ist.