DE3325609A1

DE3325609A1 - Nach art einer turbine betaetigbarer, der belueftung dienender axial-ventilator

Info

Publication number: DE3325609A1
Application number: DE19833325609
Authority: DE
Inventors: Donald Dipl.-Ing. 1000 Berlin Herbst
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-07-13
Filing date: 1983-07-13
Publication date: 1985-01-31

Description

Nach Art einer Turbine betätigbarer, der Belüftung dienender Axial-Ventilator

Die Erfindung bezieht sich auf einen nach Art einer Turbine betätigbaren, der Belüftung dienenden Axial-Ventilator.

Bei der Verwendung von Axial-Ventilatoren, die als Antrieb üblicherweise einen Elektromotor besitzen, ergeben sich dann Probleme, wenn der Betrieb des Ventilators bei höheren Temperaturen erfolgen muß, da der Motor, der gegen derartige Temperaturen nicht widerstandfähig ist, an einer von dem Ventilator getrennten Stelle angeordnet werden muß, bei der dem Motor verträgliche Temperaturen herrschen. Diese erforderliche

Maßnahme verbietet in der Regel wegen des zusätzlichen Raum- und Kosten-Aufwandes die Verwendung solcher bekannter Ventilatoren.

um diesem Aufwand abzuhelfen, ist für einen Kühlturm ein Axialventilator bekannt, der als Antrieb keinen Elektromotor besitzt, sondern nach Art einer Turbine betätigbar ist. Zu diesem Zwecke ist in dem die Ventilatorflügel tragenden Radkörper ein Tubinenteil integriert, der mit dem abzukühlenden Wasser beaufschlagt wird. Die Nabe des Radkörpers ist auf einer mit Lagern versehenen Achse aufgenommen, an die Nabe schließt sich koaxial der Turbinenteil an, und an dem Rand des Tubinenteiles sind die Ventilatorflügel befestigt, die unter Bildung eines Spaltes von dem Ventilatorgehäuse •umgriffen sind. Zum Betrieb dieses bekannten nach Art einer Turbine betätigbaren Axial-Ventilators wird das dem Kühlturm mittels einer Pumpe zugeführte erhitzte Wasser über geeignete ortsfest angeordnete Düsen auf den Turbinenteil des Radkörpers gegeben, wobei das Wasser beim Durchgang durch den Turbinenteil zerstäubt wird und mit der durch den Ventilatorschaufeln geförderten Luft in Kontakt kommt und abgekühlt wird.

Diese bekannten motorlosen, durch ein fließfähiges Medium betätigbaren Turbinen-Ventilatoren sind immer noch mit Nachteilen behaftet dort, wo als Antriebsmedium ein erhitztes fließfähiges Medium zur Verfügung steht, oder wo der Betrieb des Ventilators

in einer erhitzten Umgebung erfolgen muß. Wegen der erforderlichen Wärmedehnung der der Radkörper im Betrieb unterliegt, muß der Spalt zwischen den Ventilatorflügeln und dem diese umgebenden Gehäuseteil des Ventilators eine entsprechende Größe besitzen, durch die der Wirkungsgrad nicht unerheblich im negativen Sinne beeinflußt wird. Außerdem müssen wegen der in dem Radkörper herrschenden Wärme Sonderlager benutzt werden, durch die der erforderliche Aufwand vergrößert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese dem bekannten Turbinen-Ventilator anhaftenden Nachteile zu beheben, und den Ventilator so auszubilden, daß die Notwendigkeit der Verwendung von Sonderlagern entfällt und die Anwendung eines Spaltes zwischen den Ventilatorflügeln und dem Gehäuse vermieden wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Axial-Ventilator nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches gelöst durch die in seinem kennzeichnenden Teil angegebenen Merkmale.

Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung nach dem Hauptanspruch dar.
30

Da die den Ventilatorteil bildenden Schaufeln innerhalb des Radkörpers und mit diesem fest verbunden angeordnet sind, entfällt der bisher erforderliche Spalt zwischen den Ventilatorschaufeln und dem Gehäuserahmen, sodaß bei gleicher Drehzahl ein

optimaler, von einer Wärmedehnung unabhängiger, gleichbleibender Wirkungsgrad des Ventilators gegeben ist. Da andererseits der Außenrand des Radkörpers von dem ortsfesten Rand des Rahmens übergriffen ist, und die sich übergreifenden einander benachbarten Oberflächen des Außenringes und des Rahmens unter Spaltbildung konisch zueinander verlaufen, ist die ebenfalls bisher erforderliche Anordnung einer mit Lagern ausgestatteten Achse überflüssig, da die konischen Flächen ein aufgrund ihrer Konizität sich selbst zentrierendes Lager bilden, das eine Wärmedehnung selbsttätig ausgleicht, so daß ein einwandfreier Betrieb auch bei höheren Temperaturen gewährleistet ist. Das zum Antrieb des Turbinenteiles erforderliche Medium wird in einer seiner Antriebsrichtung entgegengesetzten !Richtung zwischen die das Lager bildenden Oberflächen des Außenringes und des Rahmens eingeführt, so daß sich ein schwimmendes und somit verschleißfreies Lager bildet.

Der erfindungsgemäße Radkörper zeichnet sich durch einfache Herstellungsweise aus, und er kann beispielsweise aus einem in Massenfertigung herstellbaren Aluminiumspritzguß bestehen. Der erfindungsgemäße Radkörper und damit der Axial-Ventilator nimmt ein optimal geringes Einbauvolumen in Anspruch, so daß er praktisch in die Fläche einer Wand ohne Inanspruchnahme eines zusätzlichen Einbauraumes eingesetzt werden kann. Solche Wände sind praktisch immer gegeben, beispielsweise bei Kühltürmen, bei Einrichtungen zum Trocknen

feuchten Gutes oder zur Versorgung von Klimaanlagen. In Abhängigkeit von dem jeweiligen Bedarfszweck kann beispielsweise eine Mehrzahl der erfindungsgemäßen Ventilatoren in reihenweiser Anordnung in eine vorhandene Wand auch nachträglich eingesetzt werden. Eine Mehrzahl von Ventilatoren kann auch in Hintereinanderanordnung unter Inanspruchnahme eines geringstmöglichen Einbauraumes verwendet werden. Da der Ventilator keine Drehachse mehr benötigt, können die hintereinander angeordneten Ventilatoren wahlweise im Gleichlauf oder im Gegenlauf betrieben werden.

Wesentlich ist, daß die den Ventilatorteil bildenden Schaufeln fest innerhalb des Radkörpers angeordnet sind. Der Radkörper kann beispielsweise über einen koaxial zum Außenring angeordneten Zwischenring verfügen, wobei der Ventilatorteil zwischen Nabe und Innenring und der Turbinenteil zwischen Innenring und Außenring angeordnet ist. Die Anordnung des Turbinenteiles und des Ventilatorteiles kann auch umgekehrt sein. Der Ventilatorteil kann auch zwischen der Nabe und dem Außenring angeordnet sein, während der Turbinenteil am Umfang des Außenringes aufgenommen sein kann.

Als Antriebsmittel kann praktisch jedes fließfähige Mittel Anwendung finden, das geeignet ist zum Betrieb einer Turbine. Beispielsweise kann Wasser als Antriebsmedium dienen,, beispielsweise bei einem Kühlturm. In diesem Falle wird das durch die Belüftung zu behandelnde Medium, nämlich das Wasser, als An-

triebsmittel für die Turbine und auch als Betriebsmittel für das Lager verwendet. In durchaus vorteilhafter Weise kann jedoch auch Luft als Antriebsmittel verwendet werden, wobei die zu diesem Zwecke verwendete Luft beispielsweise durch einen Kompressor unter einem bestimmten geeigneten Druck steht, überall dort, wo kein durch die vom Ventilator geförderte Luft zu behandelndes Medium zur Verfügung steht, bietet sich, wie beispielsweise bei Trockenvorrichtungen und bei Klimaanlagen die zu fördernde Luft als Antriebsmittel an. Hierbei wird die für den Betrieb des Kompressors erforderliche Energie zu einem wesentlichen Teil beim Betrieb des Ventilators zurückgewonnen, da die aus dem Turbinenteil austretende Antriebsluft zur Verstärkung und Beschleunigung der von den Ventilatorflügeln geförderten Luft dient. •Zur Speisung der konischen, das schwimmende Lager bildenden Oberflächen mit dem Antriebsmittel wird zweckmäßigerweise ein ringförmiger Kanal auf der dem Lager abgewandten Oberfläche des ortsfesten Rahmens angeordnet, und das Innere des Kanales wird durch auf den Umfang im Abstand gleichmäßig verteilte Bohrungen mit der konischen Oberfläche des Rahmens verbunden, wodurch auf einfache Weise ein durch Luft schwimmend gehaltenes Lager geschaffen wird.

Das Antriebsmedium wird dem Lager dadurch zugeführt, daß der Rahmen an seiner der konischen Oberfläche gegenüberliegenden Oberfläche einen durch das Antriebsmedium beaufschlagten Ringkanal %rägt, der durch im Abstand angeordnete Bohrungen mit der

konischen Oberfläche des Rahmens in Verbindung steht. Als Antriebsmeidum für den Turbinenteil und für das Lager bietet sich an sich normale/ praktisch in jedem Betrieb zur Verfügung stehende Druckluft an, da hierbei der Vorteil gegeben ist, daß die den Turbinenttil durchströmende Druckluft, die die gleiche Richtung wie die durch den Ventilatorteil geförderte Luft besitzt, die Förderwirkung des Ventilatorteiles unterstützt, so daß die für den Antrieb des Ventilators aufgewendete Energie praktisch in vollem Umfange genutzt wird. Als Antriebsmittel für den Turbinenteil und als Polster für das Lager kann beispielsweise auch Wasserdampf verwendet werden. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn bei einem Prozeß ohnehin die Zugabe von Wasserdampf erforderlich ist.

Der erfindungsgemäße Axial-Ventilator kann auch dann Anwendung finden, wenn der Radkörper in einer zur horizontalen geneigten Stellung angeordnet ist. Hierbei ist erfindungsgemäß der dem Antriebsmedium für das Turbinenteil zugekehrten Oberfläche der Nabe ein Halteglied zugeordnet, das im Ruhestand des Axialventilators bei der aufgrund der Schwerkraft erfolgenden Verlagerung des Radkörpers gegenüber dem Rahmen mit der Nabe in Eingriff tritt und den Radkörper im Bereich seiner Lagerflächen solange fixiert gehalten wird, bis sein Lager durch erneute Aufgabe des Antriebsmediums wieder zentriert wird.

Die belügenden Zeichnungen zeigen eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung und

es bedeutet:

Fig. 1 perspektivische Schemadarstellung des Radkörpers und seines einen Teil einer Wandung bildenden Rahmens im Schnitt;

Fig. 2 schematische Darstellung bei

senkrecht angeordnetem Radkörper mit dem seiner Fixierung in der Ruhestellung dienenden Halte

glied.

Die Fig. 1 zeigt einen den Teil einer Wandung bildenden Rahmen 1 und eine» in diesem angeordneten Radkörper 2, der einen mit Ventilatorflügeln ausgestatteten Ventilatorteil 3 und einen massiven Außenring 4 besitzt, der einen ringförmigen Rand 5 des Rahmens 1 übergreift. Die einander benachbarten Oberflächen 6, 7 des Radkörpers 2 und des Rahmens 1 besitzen einander parallele Flächen, die nach den Rändern zu konisch verjüngend verlaufen und ein Lager 8 bilden, wie später beschrieben wird.

Der Radkörper 2 besitzt einen Zwischenring 9, der koaxial im Abstand zum Außenring 4 angeordnet ist. Zwischen der zentralen Nabe 11 des Radkörpers 2 und dem Zwischenring 9 ist der Ventilatorteil 3 befestigt, während zwisehen dem Zwischenring 9 und dem Außenring 4 ein Turbinenteil 10 befestigt ist, dessen Blätter von in Fig. 2 schematisch angedeuteten Düsen 18 mit einem durch die Pfeile 12 angedeuteten Antriebsmedium beaufschlagbar sind.

Unterhalb der konischen Oberfläche 7 des Rahmens 1 ist ein ringförmiger Kanal 13 befestigt,

der durch im Abstand angeordnete Bohrungen mit der konischen Oberfläche 7 verbunden ist. Das unter Druck stehende Antriebsmittel 12 wird durch den Anschluß 17 in der in Figur angedeuteten Pfeilrichtung in den Kanal 13 eingeführt, sodaß im Betrieb das Antriebsmedium 12 den Gaspuffer für das sich selbst zentrierende schwimmende Lager 8 bildet.

Die Fig. 2 entspricht der Fig.1 mit der Ausnähme, daß der Radkörper 2 in senkrechter Richtung angeordnet ist in einem mit dem ebenfalls senkrecht angeordneten Rahmen 1 ausgestatteten Rohrkörper. Damit bei außer Betrieb befindlichem Axial-Ventilator der Radkörper 2 nicht unter Wirkung seines Gewichtes von dem Rahmen 1 abfällt, ist ein Halteglied 16 vorgesehen, das nur dann mit dem Radkörper 2 in Eingriff kommt, wenn dieser bei Ausschaltung des An-"triebsmediums unter der Wirkung seines Gewichtes seine Lage verändert, wobei er durch das Halteglied so fixiert gehalten wird, daß bei erneuter Inbetriebsetzung unter der Wirkung des Antriebsmediums der Radkörper 2 die in Fig. 2 gezeichnete Lage selbsttätig wieder einnimmt.

Beim Betrieb wird der Radkörper 2 durch das unter Druck stehende aus den Düsen 18 auf den Turbinenteil 11 gerichtete Antriebsmedium 12 gegen das Lager 8 gedrückt, in dem gleichzeitig durch das gleiche Antriebsmedium 12 ein Puffer zwischen den- konischen Oberflächen 6, 7 gebildet wird, sodaß ein schwimmendes sich selbst zentrierendes Lager 8 gebildet wird. Während des Betriebes wird durch den Ventilatorteil 3 die der Belüftung

dienende Umluft 15 gefördert, die mit der den Turbinenteil 10 beaufschlagenden Antriebsmedium gleichgerichtet ist, sodaß das unter Druck stehende Antriebsmedium 12 durch seine Injektorwirkung die Förderung des Ventilatorteiles 3 unterstützt. Bei Außerbetriebsetzung des Ventilators wird zunächst der zum Antrieb des Turbinenteiles 10 dienende Teil des Antriebsmediums 12 abgeschaltet, während der der Stützung des Lagers 8 dienende Teil des

IQ Antriebsmediums bis zum Stillstand des Radkörpers 2 aufrechterhalten wird. Im Ruhezustand liegen die Oberflächen 6, 7 des Rahmens 1 und des Außenringes 4 des Radkörpers 2 aufeinander auf. Bei erneuter Inbetriebsetzung wird das Antriebsmedium 12 gleichzeitig auf den Turbinenteil 10 und das Lager 8 gegeben, wodurch das Lager 8 zentriert und der Radkörper 2 in Drehung versetzt wird.

Bei äer Anordnung gemäß Fig. 2 befindet sich im Ruhestand der Radkörper 2 im Eingriff mit dem Halteglied 16, das als Nadel ausgebildet ist, die in eine entsprechende Ausnehmung der Nabe 11 eingreift. Wenn beim Stillstand des Ventilators das Antriebsmedium von dem Lager 8 abgeschaltet wird, fällt der Radkörper 2 unter der Wirkung seines Gewichtes nach unten und wird über die konischen Lagerflächen nach außen geführt und bei Eingriff mit dem Halteglied 16 in dieser Stellung solange fixiert gehalten, bis das Antriebsmittel erneut auf das Lager 8 gegeben wird, wodurch zunächst das Lager in seine zentrierte Stellung geführt, und der Radkörper durch das über die Düsen 18 auf den Turbinenteil wirkenden Antriebsmedium erneut in Drehung versetzt wird.

-If-

- Leerseite -

Claims

Patentansprüche

Nach Art einer Turbine betätigbarer, der Belüftung dienender Axial-Ventilator, bestehend aus einem in einem ortsfesten Rahmen angeordneten, einen Ventilatorteil und einen durch ein fließfähiges Medium antreibbaren Turbinenteil koaxial aufnehmenden, eine Nabe aufweisenden Radkörper, dadurch gekennzeichnet, daß die den Ventilatorteil (3) bildenden Schaufeln innerhalb des Radkörpers (2), mit diesem fest verbunden angeordnet sind, daß der Radkörper (2) einen in sich geschlossenen seinen Rand bildenden Außenring (4) aufweist, daß der Außenring (4) von dem Rand des Rahmens (1) übergriffen ist, und daß die sich übergreifenden einander benachbarten Oberflächen (6, 7) des Außenringes (4) und des Rahmens (1) zu ihren Rändern hin sich konisch verjüngend und einander parallel laufend ein sich selbst zentrierendes Lager (8) für den Radkörper (2) bilden.
2. Axialventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Radkörper (2) einen inneren koaxial im Abstand zu dem Außenring (4) angeordneten in sich geschlossenen Zwischenring (9) besitzt, und daß die den Turbinenteil (10) bildenden Blätter zwischen dem Außenring (4) und dem Zwischenring (9) und die den Ventilatorteil (3) bildenden Flügel zwischen dem Zwischenring (9) und der Nabe (11) befestigt sind.
3. Axialventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Turbinenteil (10) bildenden Blätter am äußeren Umfang des Außenringes (4) befestigt und die den Ventilatorteil bildenden Flügel zwischen dem Außenring (4) und der Nabe (11) des Radkörpers (2) befestigt sind.
4. Axialventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsmedium (12) des Turbinenteils (10) in einer seiner Antriebsrichtung entgegengesetzten Richtung zwischen die das Lager (8) bildenden Oberflächen (6, 7)des Außenringes (4) und des Rahmens (1) einführbar ist zur Bildung eines schwimmenden Lagers.
5. Axialventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß auf der der konischen Oberfläche (7) des Rahmens (1) gegenüberliegenden Oberfläche ein ringförmiger mit dem Antriebsmedium (12) beaufschlagbarer Kanal (13) befestigt ist, der durch in dem Rahmen (1) im Abstand angeordnete Bohrungen (14) mit seiner konischen Oberfläche (7) verbunden ist.
6. Axialventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsmedium (12) des Turbinenteiles (10) Druckluft ist, und daß die Förderrichtung der Druckluft und die Richtung der durch den Ventilatorteil (3) geförderten Umluft (15) einander gleichgerichtet sind.
7. Axialventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer zur Horizontalen geneigten Anordnung des Radkörpers (2) der dem Antriebsmedium (12) für den Turbinenteil (10) zugekehrten Oberfläche der Nabe (11) ein Halteglied (16) zugeordnet ist, das im Ruhezustand des Axialventilators bei der aufgrund der Schwerkraft erfolgenden Verlagerung des Radkörpers (2) gegenüber dem Rahmen (1) mit der Nabe (11) in Eingriff tritt und den Radkörper (2) im Bereich seiner Lagerflächen (4, 1) fixiert hält.