DE3236154C2 - Radialventilator - Google Patents

Abstract

Bei einem unter stark veränderlichen Betriebsbedingungen arbeitenden Radialventilator sollen trotz hoher Leistungsdichte die an sich zu erwartende Kennlinien-Unstetigkeit (Hysterese-Verlauf) in der Nähe des Optimalpunktes verhindert und die jeweils günstigeren Kennlinien-Werte erreicht werden; dazu wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, im Bereich der Zunge am Spiral-Gehäuse zwischen dessen Innenwandung und dem Laufrad eine Sperrwand anzuordnen, durch die ein Wiedereintritt der zur Austrittsöffnung geförderten Luft in den Spiralkreislauf des Spiral-Gehäuses verhindert ist. Eine Anwendung eignet sich insbesondere bei geregelten Radialventilatoren mit veränderlicher Drosselung, z. B. zum Einsatz in der Klima- und Belüftungstechnik.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Radialventilator gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1; ein derartiger Ventilator ist aus der DE-OS 19 29 337 bekannt.

Im bekannten Fall der DE-OS 19 29 337 ist zur Unterdrückung des typischen lokalen Minimums in der Druck-Volumenstrom-Kennlinie im Bereich kleiner Volumenströme ein einer Sperrwand ähnlicher Einbaukörper im Saugbereich des Gebläses zwischen Laufradachse und Gehäusezunge vorgesehen, durch den der saugseitige Druckverlust ohne Beeinträchtigung des Wirkungsgrades verringert werden soll.

Um bei einem Brennventilator mit Radialventilator und spiralförmigem Gehäuse den Luftdruck am Ausgang des Ventilators trotz Verringerung der Ventilatorleistung auf einen möglichst hohen Wert zu halten, wird bei einer durch die DE-OS 23 62 815 bekannten Konstruktion eine Sperrwand im Bereich der Zunge derart angeordnet, daß ein Teil der durch das Laufrad geförderten Luft durch eine gesonderte Durchlaßöffnung eingangsseitig in das Laufrad wieder eingeblasen und die dynamische Energie der auf diese Weise wiederverwirbelten Luft erhöht wird.

Durch die DE-OS 25 40 580 ist es auch bekannt, bei einem Radialventilator mit Spiralgehäuse zur Erhöhung der Gebläseleistung die Laufradbeschaufelung einströmseitig mittels eines feststehenden Abdeckgliedes im Bereich der Zunge abzudecken, um dadurch störende Rückwirkungen auf das Einströmen der Luft zu vermeiden.

Radialventilatoren sind oft, z. B. bei Verwendung in der Klima- und Belüftungstechnik, stark veränderlichen Betriebsbedingungen ausgesetzt. Im einzelnen hat sich dabei gezeigt, daß Radialventilatoren mit hoher Ausnutzung des Bauvolumens, d. h. hoher Leistungsdichte, Instabilitätspunkte in den Kennlinien

Ap = f(V), P = f(V), η = f(V) derart aufweisen, daß bei abnehmender Drosselung die den Ventilator charakterisierenden Größen, wie z. B. Volumenstrom, Druck und Wirkungsgrad, schlagartig auf höhere Werte springen und bei wiederansleigender Drosselung erst mit einer deutlichen Hysterese-Wirkung der Drosselungsänderung folgen und daß somit nicht in jedem Arbeitspunkt des Ventilators dem Wert des Volumenstroms V ein bestimmter Wert der Druckerhöhung Ap eindeutig zugeordnet werden kann.

Das vorbeschriebene Hysterese-Verhalten ist um so unerwünschter, wenn es in der Nähe des Auslegepunktes des Radialventilators auftritt; die Regelungsmöglichkeiten des Systems »Ventilator-Anlage« werden dadurch stark eingeschränkt. Der Betrieb auf dem unteren Niveau der Kennlinie ist außerdem mit spezifisch starker Geräuschentwicklung verbunden; außerdem nimmt gleichzeitig Mit dem plötzlichen Druckabfall der Wirkungsgrad stark ab, was den Betrieb auf dem unteren Kennlinienast der Hysterese auch noch unwirtschaftlich macht

In einem weiteren bekannten Fall (Abschlußbereich des Forschungsvorhabens »Kennlinienstabilität bei Radialventilatoren« des Instituts für Strömungslehre und Strömungsmaschinen der Universität Karlsruhe, April 1975) wird nun als wirksamstest Mittel zur Beseitigung der zuletzt beschriebenen Unsleiigkeit in der Kennlinie bei einem Radialventilator mit rückwärts gekrümmten Schaufeln eine Verringerung der Schaufelzahl und damit eine spezielle Konstruktion des Laufrades empfohlen; die aut das Auftreten der instationären Ablösung: »Rotating Stall« zurückgeführte Unstetigkeit der Kennlinie kann gemäß dem genannten Abschlußbericht durch Maßnahmen an der Gehäusekontur nicht verhindert werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, bei Radialventilatoren mit hoher Ausnutzung des Bauvolumens, d. h. hoher Leistungsdichte, mit einfacheren konstruktiven Maßnahmen eine Stetigkeit der Kennlinie derart zu erreichen, daß auch bei unterschiedlichen Drosselwerten der Radialventilator unabhängig vom jeweiligen Arbeitsbereich auf dem höheren, durch die bekannte Hysterese-Kennlinie vorgegebenen Niveau arbeitet. Unter Leistungsdichte ist im vorgenannten Sinne das Produkt aus dimensionsloser Volumenstromziffer und dimensionsloser Druckziffer zu verstehen, wie es z. B. durch die Veröffentlichung: »Neuere Entwicklungen auf dem Gebiet der Radialventilatoren hoher Leistungsdichte« in der Zeitschrift HLH 30, 1979, Nr. 11, Seiten 443 bis 447 beschrieben ist.

Ausgehend von der Erkenntnis, daß die Instabilität der Kennlinien durch eine mehrfach kreisende Strömung des Fördermediums im Spiral-Gehäuse aufgrund von Druckunterschieden und insbesondere der Schleppwirkung des rotierenden Laufrades verursacht werden, wird als Lösung dieser Aufgabe bei einem Radialventilator der eingangs genannten Art erfindungsgemäß eine Maßnahme gemäß Kennzeichen des Patentanspruchs 1

vorgeschlagen; vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Erfindung sind jeweils Gegenstand der UnteransprOche.

Es hat sich gezeigt, daß durch die einfache Maßnahme der auch nachträglich ohne weitere konstruktive Änderung des Radialventilators anzubringenden Sperrwände bei unterschiedlicher Drosselung die gewünschte hohe Leistungsdichte gewährleistet werden kann. Zweckmäßigerweise werden die Sperrwandteile mit einer entsprechend dem Strömungsverlauf gekrümmten Sperrfläche in das Innere des Spiral-Gehäuses hineinragend ausgeführt Ei ie noch weitere Verbesserung hinsichtlich eines niedrigen Geräuschverhaltens sowie besseren Wirkungsgrades kann dadurch erreicht werden, daß die freien Anströmkanten der Sperrwand mit wulstartigen Abrundungen versehen werden, die entweder einstükkig an die Anströmkanten der Sperrwände angeformt oder als getrennte Bauteile nachträglich auf die Anströmkanten der Sperrwände aufgesteckt und an dieser gehaltert werden.

Die erfindungsgemäße Lösung wird vorzugsweise bei Laufrädern mit rückwärts gekrümmten Schaufeln eingesetzt, zeigt die erstrebte Verbesserung jedoch auch bei Laufrädern mit vorwärts oder radial endenden Schaufeln.

Die Erfindung wird im folgenden anhand verschiedener, schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele in der Zeichnung näher erläutert; darin zeigen

Fig. 1, 2 im Axialschnitt zwei verschiedene Ausführungen einer zwischen Innenwandung des Spiral-Gehäuses und Laufrad angeordneter Sperrwand;

F i g. 3 bis 6 jeweils im Merianschnitt vier verschiedene Ausführungen der Sperrwand gemäß Schnittverlauf Λ-AinFig. I;

Fig. 7 bis 10 jeweils im Merianschnitt vier verschiedene Sperrwandausführungen mit unterschiedlichen Wulstabdeckungen ihrer Anströmkanten;

F i g. 11 bis 13 jeweils im Axialschnitt drei verschiedene Sperrwandausführungen;

F i g. 14 die Kennlinienverläufe der Druckziffer, total: ψ,\ der Druckziffer dynamisch: ψα; des Wirkungsgrades, total, am Laufradeingang: η,ι sowie der Leistungsdichte: {φ ■ ψ!) in Abhängigkeit von der Volumenstromziffer φ.

F i g. 1 und 2 zeigen im Axialschnitt zwei verschiedene Ausführungen eines zwischen der Innenwandung eines Spiral-Gehäuses 2 und dem darin drehbar gelagerten Laufrad 1 im Bereich der Zunge 22 angeordneten Sperrwand 3 bzw. 4. Als Zunge bezeichnet man üblicherweise die engste Stelle zwischen dem spiralförmig sich von dieser Stelle zur Austrittsöffnung 21 erweiternden Spiral-Gehäuse 2 und dem Laufrad 1. Während in F i g. 1 die Sperrwand 3 in konstruktiv besonders einfacher Weise lediglich aus einem ebenen Blech besteht, weist die Sperrwand 4 gemäß Fi g. 2 eine entsprechend dem Strömungsverlauf gekrümmte, in das Innere dos Spiral-Gehäuses 2 ragende Sperrfläche auf.

Die F i g. 3 bis 6 zeigen jeweils im Merianschnitt vier verschiedene Ausführungsformen der ebenen Sperrwand 3 gemäß Schnittverlauf A-A in Fig. 1 jeweils mit dem Unterschied, daß der Zwischenraum zwischen dem Laufrad und der Ausströmöffnung des Spiral-Gehäuses vollkommen oder nur teilweise gegen einen Wiedereintritt der an sich zum Austritt aus der Austriitsöffnung 21 bestimmten Luft in den Spiralkreislauf des Spiral-Gehäuses 2\ abgedichtet ist.

Im einzelnen zeigt Fig.4 eine Sperrwand 3, die sich aus einem ersten, den Zwischenraum zwischen der Ausströmöffnung und der Außenwandung des Spiral-Gehäuses im Bereich der Zunge 22 verschließenden Sperrwandteil 31, einem zweiten, den Zwischenraum zwischen dem gesamten Laufrad 1 und der Außenwandung des Spiral-Gehäuses 2 im Bereich der Zunge 22 ab-' schließenden Sperrwandteil 32 und einem dritten, den Zwischenraum zwischen der wellenseitigen Rückseite des Laufrades 1 und der rechten Stirnseite des Spiral-Gehäuses 1 abschließenden Sperrwandteil 33 zusammensetzt. Die einzelnen Sperrwandteile 31, 32, 33 können entweder als getrennte Bauteile oder als zusammenhängende Sperrwand 3 ausgebildet und montiert sein. Fig.4 unterscheidet sich von der Ausführung gemäß Fig.3 dadurch, daß ein geringfügig vergrößerter Zwischenraum zwischen dem Laufrad 1 und der Sperrwand, insbesondere dem zweiten Sperrwandteil 32, vorgesehen ist; Fi g. 5 und F i g. 6 zeigen noch weiter vereinfachte Sperrwände, bei denen lediglich gemäß F i g. 5 das erste Sperrwandteil 31 und das dritte Sperrwandteil 33 und gemäß Fig.6 allein das erste Sperrwandieil 33 und gemäß Fi g. 6 allein das erste Sperrwandteil 31 vorgesehen sind.

Die größte Wirkung hinsichtlich der Vermeidung der Hysterese wird mit einer sehr weitgehenden Absperrung erreicht; eine demgegenüber geringere Teilabsperrung stellt einen optimaleren Kompromiß zwischen einem geringen Drehklanganteil im Geräuschspektrum und einer weitgehenden Vermeidung der unerwünschten Kennlinien-Hysterese dar.

Fig. 7 bis 10 zeigen, unter Bezugnahme auf die Schnittverläufe C-C in Fi g. 3 bis 6 und bei Weglassung des Spiral-Gehäuses 2. verschiedene Ausführungen der Sperrwand 3 mit jeweils an ihren Anströmkanten zur Vermeidung von geräuschbildenden Luftverwirbelungen vorgesehenen wulstartigen Abrundungen. F i g. 7 und Fi g. 8 zeigen derartige Abrundungen 321, 331 bzw. 322, 332, die zusätzlich an den Sperrwänden 3 gemäß den Ausführungsbeispielen nach F i g. 3 und F i g. 4 angebracht sind. Gemäß Fig. 7 sind die wulstartigen Abrundungen 321 bzw. 331 an die Sperrwandausführung gemäß Fig. 3 bzw. Fig.4 und bei der Ausführung gemaß F i g. 9 an eine Sperrwandausführung gemäß F i g. 5 bzw. F i g. 6 einstückig angeformt; F i g. 8 zeigt unier Bezugnahme auf die Sperrwandausführung gemäß Fig. 3 und 4 bzw. Fig. 10 zeigt unter Bezugnahme auf die Sperrwandausführung gemäß F i g. 5 und F i g. 6 jeweils wulstartige Abrundungen 322 bzw. 332 in Form von getrennten, auf die Anströmkanten der Sperrwand jeweils aufgesetzten und an diesen genäherten Bauteilen.

Die Fig. 12 bzw. 13 bzw. 14 zeigen jeweils in einem Axialschnitt gemäß dem Schnittverlauf B-B in F i g. 4 die Sperrblechteile 32 und 33 in ebener glattflächiger Ausführung ohne wulstartige Abrundung (F i g. 11), mit als getrenntes Bauteil aufgesetzter wulstartiger Abrundung 322 bzw. 332 (Fig. 12) und mit einstückig angeformter wulstartiger Abrundung321 bzw.331 (Fig. 13). Fig. 15 zeigt die Kennlinienverläufe für die totale Druckziffer ψ,, die dynamische Druckziffer i/\i. den totalen Wirkungsgrad am Laufradeingang //,/ sowie die Leistungsdichte (g> · ψ,) in Abhängigkeit von der Volumen-Stromziffer g> jeweils im gestrichelten Kennlinienverlauf für einen herkömmlichen, nicht er!"indungsgeinäß ausgebildeten Radialventilator und im ausgezogenen Kennlinienverlauf für den gleichen herkömmlichen, jedoch mit zusätzlich einfach anzubringender Sperrwand ausge

b5 statteten Radialventilator unter Zugrundelegung der eingezeichneten Drosselparabel DP und entsprechenden Drosselungsänderungen in Richtung einer geringeren Drosselung ( —) bzw. einer stärkeren Drosselung

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( + ). In den Kennlinien der totalen Druckziffer ψ,, der dynamischen Druckziffer ■#»</, des Wirkungsgrades ijtl der Leistungsdichte {φ ■ ip_t) jeweils als Funktion der Vo- ' lumenstromziffer ί(φ) sind jeweils die Hysterese-Kennlinienverläufe eingezeichnet, die sich bei einem herkömmlichen Radialventilator bei einer bestimmten Drosselminderung und anschließenden Drosselsteigerung ergeben. Im Gegensatz dazu wird bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Radialventilator vorteilhafterweise gewährleistet, daß bei gleichbleibend hoher Leistungsdichte keine Instabilitätspunkte mit Hysterese-Kennlinie auftreten, sondern vielmehr der Radialventilator bei unterschiedlicher Drosselung immer auf dem durch die Hysterese vorgegebenen höheren, günstigeren Niveau arbeitet,

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (6)

Patentansprüche:

1. Radialventilator mit einem sich von der Zunge an der Unterkante seiner Luftaustrittsöffnung zu deren Oberkante spiralförmig um ein Laufrad erweiternden Spiral-Gehäuse sowie mit einer am Spiralgehäuse im Bereich der Zunge angeordneten Sperrwand, der trotz stark veränderlicher Betriebsbedingungen mit weitgehend stabiler Kennlinie Ap = f(V) arbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrwand (3, 4) zwischen der Innenwand des Spiral-Gehäuses (2) und dem Laufrad (1) angeordnet und dadurch ein Wiedereintritt der zur Austrittsöffnung (21) geförderten Luft in den Spiralkreislauf des Spiral-Gehäuses (2) verhindert ist.

2. Radialventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrwand (4) mit einer entsprechend dem Strömungsverlauf der Luftströmung gekrümmten Sperrfläche in das Innere des Spiral-Gehäuses (2) ragt (F i g. 2).

3. Radialventilator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Anströmkanten der Sperrwand (3 bzw. 4) mit wulstartigen Abrundungen (321; 331; 322; 332) versehen sind (Fig. 7-10; Fig. 12,13).

4. Radialventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die wulstartigen Abrundungen (321; 331) einstückig an die Sperrwand (3) angeformt sind (F ig. 7,9, 12).

5. Radialventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die wulstartigen Abrundungen (322; 332) als getrennte Bauteile auf die Sperrwand (3) aufgesetzt und an dieser gehaltert sind(Fig.8,10,12). - ' ■ -

6. Radialventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Laufrad (1) mit rückwärts gekrümmten Schaufeln vorgesehen ist (Fig. 11-13).

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