DE3604180A1

DE3604180A1 - Axialventilator mit einstroemduese und stabilisierungseinrichtung

Info

Publication number: DE3604180A1
Application number: DE19863604180
Authority: DE
Inventors: Frank DDR 8256 Weinböhla Dutschke; Lambert DDR 8256 Weinböhla Flugrat; Peter DDR 8250 Meißen Godermeier; Rainer DDR 8251 Niederau Kaden; Günter DDR 8250 Meißen Klingenberg; Dietmar DDR 8270 Coswig Leuner; Irena DDR 8250 Meißen Neuber
Original assignee: Ilka Luft & Kaeltetechnik
Current assignee: Ilka Luft & Kaeltetechnik
Priority date: 1985-03-05
Filing date: 1986-02-10
Publication date: 1986-09-11
Also published as: HUT46114A; FR2578589A1

Description

Axialventilator mit Binströmdüse und Stabilisierungseinrichtung

Die Erfindung betrifft Axialventilatoren mit Einströmdüsen und Schutzgitter, deren Druck-Volumen-Kennlinie stabilisiert werden soll.

Es ist bekannt, daß Axialventilatoren bei starker Drosselung einen instabilen Arbeitsbereich besitzen. Dieser entsteht durch Strömungsabriß im äußeren Teil des Laufradgitters. Bei Axialventilatoren mit Einströmdüse tritt bei starker Drosselung eine Rückströmung eines bestimmten Teils des Förderstromes aus dem peripheren Bereich des Ventilatorgehäuses ein, so daß der Zuströmquerschnitt am Ventilatoreintritt eingeschnürt und die Zweckbestimmung der Einströmdüse ungünstig beeinflußt wird. Ferner treten Druck- und Wirkungsgradabfall, Schwingungsanregungen der Vent il at orb aut eile und Pulsation des Fördermediums sowie eine höhere Schalleistung auf.

Da der maximale Ventilatorwirkungsgrad meist sehr nahe an diesem instabilen Arbeitsbereich liegt, kommt es sehr oft vor, daß der Arbeitspunkt des Ventilators in diesen instabilen Arbeitsbereich fällt. Zur Sicherheit wird auf den maximalen Wirkungsgrad verzichtet und der Arbeitspunkt weiter rechts auf der Ventilatorkennlinie festgelegt.

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Zur Kennlinienstabilisierung wurden bisher in Abhängigkeit von der Bauart des Axialventilators eine Reihe von Lösungswegen aufgezeigt, die jedoch für frei ansaugende Bauarten mit Einströmdüae nicht vorteilhaft sind.

In der DE-PS 815 374 ist die Anordnung eines Saugringes in der IDinströmdiise beschrieben. Nachteilig erscheint, daß der in unmittelbarer Mhe des Laufrades konzentrisch angeordnete düsenförmige Saugring eine Quelle für aerodynamische Verluste, Laufradschwingungen und höhere Geräusche darstellt. In der gleichen Schrift wird vorgeschlagen, zwischen Vorleitrad und Laufrad einen koaxialen zylindrischen Ring anzuordnen. Dieser Vorschlag wurde in dar DE-AS 1064 191 durch einen Ring im Eabenbereich erweitert.

Diese Lösungen haben den llachteil, daß sie nur eine teilweise Stabilisierung bewirken, ebenfalls Störeffekte aufweisen und für frei ansaugende Axialventilatoren nicht vorteilhaft sind.

In der DS-AS 1428 077 wird ein Axialventilator in Rohrbauweiee beschrieben, bei dem ein äußerer ringförmiger Rückführkanal die Kennlinienstabilisierung bewirkt. Das Sinlaufteil des Rückführkanals befindet sich im Bereich der äußeren Laufschaufeleintrittskante und ist in seinem Durchmesser größer als das Gehäuseteil des Axialventilators. In dem ringförmigen Rückführkanal bildet sich bei starker Drosselung eine entgegen der Hauptströmung gerichtete Rückströraung aus. Diese wird der Hauptströmung stromaufwärts wieder zugeführt. Nachteilig ist dabei die relativ große axiale Baulänge und der hohe technologische Aufwand.

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Alle bisherigen Lösungen, die zum Ziel hatten, das zurückströmende Medium durch Ringe oder Umgehungskanäle zu steuern und es in einem relativ kurzen Abstand vor dem Laufrad wieder der Hauptströmung zuzuführen, haben entweder den Nachteil, daß das zugeführte Medium durch den Drall oder durch die radiale Geschwindigkeitskomponente die Hauptströmung stört und keinen vollständigen Stabilisierungseffekt ermöglicht.

Ziel der Erfindung ist die Stabilisierung der JJruck-Volumen-Zennlinie von Axialventiiatoren mit Einströmdüsen mit geringem technischen Aufwand, kurzer Baulänge und gutem Stabilisierungseffekt, um den nutzbaren Arbeitsbereich bei sich stark ändernden Anlagenwiderständen zu erweitern und einen zuverlässigen Parallelbetrieb zu erreichen.

f\ Aufgabe der Erfindung ist es, für kurzbauende Axialventiiatoren mit Sinströmdüse, deren Verhältnis von Außen- zu Innendurchmesser ^ 1,15 beträgt, die bei starker Drosselung entstehende Rückströmung so abzuleiten, daß die Hauptströmung nicht behindert wird und im optimalen Arbeitsbereich des Ventilators eine aerodynamische Verbesserung erzielt wird. Gleichzeitig ist durch ein Schutzgitter mit geringen Druckverlusten eine effektive Düsenbefestigung zu erreichen.

j&rfindungagemäß wird das dadurch erreicht, daß zwischen lüinströmdüse und Ventilatorgehäuse ein Ringspalt so angeordnet wird, daß durch diesen bei starker Drosselung, das aus dem Bereich des Laufrades bei Strömungsabri'3 zurückströmende Fördermedium in den freien Ilaum außerhalb des Ventilators entweichen kann. Vorteilhaft ist es, wenn der Durchmesser des Einström-

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5 rf

düsenaustrittsteiles gleich oder geringfügig größer, vorzugsweise 1,0 bis 1,03 des Ventilatorgehäusedurchcnessers ausgeführt wird. Die Breite des Ringspaltes beträgt 0,03 bis 0,07 des lichten Ventilatorgehäusedurchmessers.

An der Eintrittsöffnung des Ventilatorgehäuses ist ein Leitkonus so angeordnet, daß er sich entgegen der Hauptströmungsrichtung öffnet und dessen KeigungswinkelcC der Abströmrichtung des bei starker Drosselung zurückströmenden PÖrderinediums angepaßt ist. Der Neigungswinkel«*- liegt im Bereich von 35 bis 50 , bezogen auf die Ventilatorachse.

Das Laufrad ragt mit der Sintrittsseite der Laufschaufeln in den Bereich des Ringspaltes hinein. Vorteilhaft ist die Ausführung der Sinragtiefen von 20 % bis 50 % der axialen Erstreckung der Laufschaufeln am Au3endurchmesser.

Das Schutzgitter ist korbförmig ausgebildet und erweitert sich in Strömungsrichtung. In diesem korbförmigen Schutzgitter ist die Düse angeordnet. Dabei liegt sie an ihrem Umfang an den Schutzgitterstäben an. Damit erreichen die einzelnen labilen Teile durch ihre Verbindung eine hohe Steifigkeit. Der Abstand zwiechen dem Boden des Gehutzgitters und dem Eintritt der üinströmdüse beträgt 0,OiI bis 0,06 D, bezogen auf den Durchmesser des Axialventilators.

Die Rückströmung bei starker Drosselung wird entlang dem Leitkonus in den freien Raum außerhalb der Einströmdüse geleitet. Damit wird ein unmittelbares Vermischen des zurückströmenden Fördermediums mit der Hauptströmung vermieden. Der Restdrall der Rückströmung kann sich weitgehend auflösen.

Die abgeleitete Rückströmung entlang der Einströmdüsenkontur bildet über diese hinaus einen Segenstromfreistrahl aus, der eine Trennfläche zur Hauptströmung mit großem Kegelwinkel darstellt. Dadurch tritt keine Störung auf und das Laufrad wird über die Düsenzuströmung gleichmäßig beaufschlagt.

Der bisher instabile Bereich tritt nicht mehr auf. Der Yerlauf der Druck-Volumen-Kennlinie weist in einem großen Laufscbaufelanstellwinkelbereich keine Druckabsenkung mehr auf. Der stabilisierte Kennlinienbereich ist praktisch nutzbar.

Bei Betrieb des Axialventilators im Bereich geringerer Drosselung, also auch im Punkt des maximalen Wirkungsgrades, wird vom Laufrad ein Teilstrom über den Ringspalt aus dem freien Raum angesaugt. Um eine verlustarme Zuströmung des Teilstromes zu erzielen, besitzt der Leitkonus im äußeren Bereich und im Übergang zum Ventilatorgehäuse düsenförmige Abrundungen mit Krümmungsradien von 0,003 bis 0,01 χ D des Ventilatorgehäuses. Durch die Teilung des Förderstromes am Düseneintritt ist der Druckverlust, bezogen auf das JSinströmsystem, Sinströmdüse und Ringspalt, geringer als bei der Ausführung ohne Stabilisierungseinrichtung. Die günstige Geschwindigkeitsverteilung führt zu einer geringen Erhöhung des Wirkungsgrades im gesamten Arbeitsbereich des Ventilators.

Durch die Anordnung der Einströmdüse im Schutzgitterkorb befindet sich das Schutzgitter sehr weit vom Laufrad entfernt und kommt damit in den Bereich geringer Zuströmgeschwindigkeiten. Dadurch wird ein geringer Druckverlust des Gitters erreicht und Fremdkörper bleiben nicht haften.

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Die Erfindung wird an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. In der Zeichnung bedeuten

Fig. 1 einen freiansaugenden Axialventilator mit Eachleitapparat.

Pig. 2 die Ventilatorkennlinien ohne und mit Stabilisier ungs einrichtung.

Pig. 3 Einzelheit A nach Fig. 1

Der Axialventilator besteht aus der Sinströmdüse 1, dem Ventilatorgehäuse 2 und dem Laufrad 5. Zwischen der Einströmdüse 1 und dem Ventilatorgehäuse 2 befindet sich ein Pangspalt 3.

Am Ventilatorgehäuse 2 ist an der iSintrittsÖffnung ein Leitkonus4 so angeordnet, daß er sich entgegen der Hauptströmungsrichtung 8 um den Neigungswinkel«*' öffnet. Das Laufrad 5 wird so zwischen Einströmdüse 1 und Ventilatorgehäuse 2 angeordnet, daß die Laufschaufeln jait 20 % bei 50 % ihrer Breite am Außendurchmesser im Sereich des Ringspaltes 3 liegen.

Der Leitkonus 4 geht durch eine düsenförmige Abrundung 10 in das Ventilatorgehäuse 2 über. In aieseoi Beispiel besitzt der Axialventilator eine Trennwand 11. An dieser wird das Schutzgitter 12 in bekannter Weise befestigt.

Das Schutsgitter 12 ist kegelstumpfförmig ausgebildet. Darin befindet sich die Sinströmdüse 1. Dabei kommt die Sinströmdüse 1 an den Gitterstäben 13 zur Anlage. Der Abstand der üinströmdüse 1 zürn Boden des Schutzgitters 12 wird durch nach innen gebogene Gitterstabenden 14 fixiert.

Sowohl das Schutzgitter 12 als auch die linströmdüse 1 sind leicht und stapelfähig ausgebildet. Hach der I£ontage erreichen sie eine hohe Steifigkeit. Durch die Lage der umgebogenen Gitterstabenden 14 wird die Breite des Pangspaltec 3 fixiert.

Bei stark gedrosselten Betrieb saugt der Ventilator die Hauptströmung 8 über die Binströ'mdüse 1 an. Im Laufradbereich entsteht am Außendurchmesser eine Ruckströmung 6. Diese wird durch den Ringspalt 3 außerhalb der 3instrb'mdüse 1 in den freien Raum 7 geleitet. Der Neigungswinkel <** des Leitkonus 4 entspricht der Hauptrichtung der Ruckströmung 6. Im optimalen Arbeitspunkt bei / / ^t 0,8 uaugt das Laufrad 5 die Hauptctrömung 8 durch die Einströmdüse und eine Teilströmung 9 durch den Ringspalt 3 an. Vorteilhaft ist eine Abrundung 10 auch am Außendurchmesser des Leitkonus 4. Die Trennwand 11 zwischen Saug- und Druckraum kann vom Außendurchmesser des Leitkonus bis hin zur Austrittsöffnung des Ventilatorgehäuses angeordnet werden.

In Fig. 2 sind die Kennlinien des Axialventilators ohne und mit erfindungsgemäßem Stabilisator dargestellt. Dabei sind die dimensionslosen strömungstechnischen Kennzahlen *f , V und ^ als Verhältniszahlen zum Optimalpunkt des Ventilators dargestellt. Der dargestellte spezifische Schalleistungspegel wurde definiert zu

- ^{10 1}S ^dB<^A) - ^{20 1}S —^ES— CLB(A)

1m/s 1 Pa

Ohne Stabilisator gelten die Kennlinien A, B und C, mit Stabilisator ergeben sich die Kennlinien D, 3 und F.

Für den Ventilator ohne Stabilisator steigt mit zunehmender Drosselung die Druckzahl (Kennlinie A) links vom ¥irkungsgradoptiaaum zunächst bis zum Punkt Ί an. Durch Strömungsabriß im Laufradgitter fällt bei weiterer Drosselung die Druckzahl ab und steigt dann bei auf Hull abnehmender Lieferzahl wieder an. Im Gebiet links vom Scheitelwert X arbeitet der Ventilator in-

stabil, verbunden mit erhöhter Schalleistung (Kennlinie C) und stärkerem »irkungsgradabfall (Kennlinie B).

Mit dem erfindungsgeraäSen Stabilisator weist der Druckzahlverlauf (Kennlinie D) keinen kritischen Bereich mehr auf. Die Druckzahly zeigt mit steigender Drosselung einen annähernd stetig steigenden Verlauf. Dabei sind die Druckzahl und der Wirkungsgrad (Kennlinie S) deutlich angestiegen.

Der SchalleistungE'pegel (Kennlinie F) weist links vom Ventilatoroptimum in einem breiten Gebiet einen annähernd konstant niedrigen Wert auf.

Der wirtschaftliche Arbeitsbereich des Ventilators mit Stabilieierungseinrichtung ist praktisch bis ¹^: Ψ opt = 0,5 nutzbar.

β ti f* «ft 4

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Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1	ain3tromdu.se
2	Ventilatorgehäuse
3	Ringspalt
4	Leitkonus
VJl	Laufrad
6	Rückströmung
7	freier Raum
8	Hauptströmungsrichtung
9	'Teilströmung
10	Abrundung
11	■Trennwand
12	Schutzgitter
13	Gitterstäbe
14	Gitterstabenden

Leerseite -

Claims

Patentanspruch

1. Axialventilator mit Sinströmdüse und Stabilisierungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Austrittsöffnung der Einströmdüse (1) und der Eintritt soff nung des Ventilatorgehäuses (2) ein Leitkonus (4) so angeordnet ist, daß er sich entgegen der Hauptströmungsrichtung (8) öffnet und in einen freien Raum (?) mündet.

2. Axialventilator und Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leitkonus (4) einen Neigungswinkel von 35° bis 50° besitzt.

3. Axialventilator und Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Austrittsdurchmesser der Binströmdüse (1) 1 bis 1,03 x D und die Breite des Ringspaltes (3) 0,03 bis 0,07 χ D des Eintrittsdurchmessers des Ventilatorgehäuses (2) beträgt.

4. Axialventilator nach den Ansprüchen 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln des Laufrades (5) mit 20 % bis 50 % ihrer Breite am Außendurchmesser im Bereich des Ringspaltes (3) liegen.

5. Axialventilator nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzgitter C12) korbförmig konisch ausgebildet ist, es sich in Hauptströmungsrichtung (8) erweitert, die Einströmdüse (1) im Inneren des Schutzgitters (12) so angeordnet ist, da£ sie einen Mindestabstand zum Boden des Schutzgitters (12) von 0,02 bis 0,06 D aufweist und mit ihrem Außendurchmesser allseitig am Schutzgitter (12) anliegt.