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Die
Erfindung bezieht sich auf Zentrifugallüfter, auch bekannt als regenerative
Lüfter,
die verwendet werden für
die Zufuhr eines Luftstroms zu Brennöfen oder in anderen industriellen
Anwendungen.
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Kurz,
diese Lüfter
bestehen aus einem Rotor, der durch einen Motor veranlasst wird
zu rotieren, allgemeiner Elektrik, wobei er die Form einer Scheibe aufweist,
an deren Rand die Blätter
angeordnet sind.
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Die
Letzteren bewegen sich innerhalb einer ringförmigen im Stator ausgebildeten
Kammer, die mit einem Ansaugkanal und einem Abzugskanal in Verbindung
steht, die auf einer Seite des Motors parallel zur Rotationsachse
angeordnet sind.
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Beim
Betrieb von Seitenkanallüftern überträgt die Beschaufelung
Druck auf die Luft oder ein anderes verwendetes Fluid, wobei sie
gezwungen wird, in einem spiralförmigen
Pfad entlang der ringförmigen
Kammer zu zirkulieren.
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Der
Aufbau der Beschaufelung beeinflusst maßgeblich die Leistung von Seitenkanallüftern; es gibt
jedoch auch andere Faktoren, die einen entscheidenden Effekt haben,
besonders wenn es gewünscht
wird, die Durchflussmenge oder den Druck des von dem Lüfter verwendeten
Fluids zu erhöhen.
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Zu
diesem Zweck sind Lüfter
bekannt, die zwei Stufen parallel verwenden, um eine höhere Durchflussmenge
aufzuweisen, oder in Reihe verwenden, um einen größeren Abzugsdruck
zu erzielen; es folgt daraus jedoch nicht, dass ein Verdoppeln der
Rotoren auch die Durchflussmenge oder den Druck der Luft verdoppelt,
wohingegen es sicher ist, dass es die Komplexität der Maschine erhöht.
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Aus
diesem Grund sind Maschinen mit nur einem Rotor erfunden wurden,
in denen die Beschaufelung und der Stator ausgebildet sind, um in
mehr als einem Modus durch Wechseln der relativen Position der Ansaug-
und Abzugsöffnungen
zu arbeiten; eine ähnliche
in dem US-Patent 3,915,589 beschriebenen Lösung erscheint nicht vorteilhaft,
jedoch da die (theoretisch) erzielten Vorteile nicht die Nachteile kompensieren,
wenn der Lüfter
mit parallelen Stufen arbeitet, ist seine Durchflussmenge kleiner
verglichen mit der eines normalen Lüfters, der dieselben Abmaße aufweist.
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Mit
anderen Worten, der theoretische Anstieg des Abzugsdrucks, der aus
der Verbindung der Stufen in Reihe resultiert, wird zum Nachteil
der Durchflussmenge des Lüfters
erzielt, wenn er unter normalen Bedingungen mit parallelen Stufen
arbeitet. Ein Seitenkanallüfter
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 ist bekannt aus dem US-Patent 6,394,748 und aus
dem US-Patent 3,963,371.
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Das
technische Problem, das durch die vorliegende Erfindung angesprochen
wird, ist daher das des Überwindens
der Nachteile der derzeit bekannten Lüfter; das Konzept zur Lösung dieses
Problems besteht in der Herstellung einer Maschine mit modularen
Stufen, dass heißt
Stufen, die einzeln oder verbunden in Reihe oder parallel verwendet
werden können.
Dieses technische Problem wird durch die Merkmale des Anspruchs
1 erzielt.
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Gemäß einer
bevorzugten Form der Erfindung ist der Lüfter dadurch gekennzeichnet,
dass das Ansaugen und Ausstoßen
von Luft von jeder Stufe mittels Verteiler erreicht wird, die den
Luftstrom so aufteilen, dass er zu dem Betrieb der Stufen in Reihe oder
parallel passt.
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Andere
Merkmale der Erfindung und der sich daraus ableitenden Effekte werden
aus der folgenden Beschreibung deutlich werden, die ein bevorzugtes
und nicht beschränkendes
Beispiel einer Ausführungsform
betrifft, die in den zugehörigen
Zeichnungen veranschaulicht ist, in denen:
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1 ein
Längsschnitt
eines Lüfters
gemäß der Erfindung
ist;
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2 und 3 eine
Ansicht von vorn und eine Schnittansicht entlang des Durchmessers
des Rotors des Lüfters
in 1 ist;
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4 und 5 entsprechend
von vorn und von hinten eine Hälfte
der ringförmigen
Kammer des Lüfters
in 1 zeigen;
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6 ein
Schnitt entlang der Linie VI-VI in 5 ist;
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7 und 8 entsprechend
eine Ansicht von vorn teilweise im Schnitt und eine Seitenansicht eines
Lüfters
gemäß der Erfindung
mit zwei Stufen in Reihe sind;
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9 und 10 Schnitte
des vorangegangenen zweistufigen Lüfters zeigen, gesehen von der im
Vergleich zu 7 gegenüberliegenden Seite;
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11 ein
Schnitt eines Lüfters
gemäß der Erfindung
mit zwei parallelen Stufen ist.
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Mit
Bezug auf diese Zeichnungen bezeichnet in ihnen die Nummer 1 als
ein Ganzes einen Lüfter gemäß der Erfindung,
der eine äußere Verkleidung 2 aufweist,
in der ein Elektromotor 3 eines bekannten Typs aufgenommen
ist.
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Der
Letztere treibt eine Welle 4 an, mit der ein Kühlventilator 5 an
einem Ende und ein Rotor 6 zur Verarbeitung der Luft an
dem entgegengesetzten Ende verkeilt ist.
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Der
Rotor 6 ist aufgebaut durch eine zentrale Scheibe 8,
die sich von der Nabe 9 zu einem umfänglichen Ring 10 erstreckt,
entlang dessen die Blätter 12 angeordnet
sind; diese weisen eine konvexe Löffelform auf und sind in der
Medianebene durch eine Ablenkplatte 14 aufgeteilt, die
durch eine sich verjüngende
Verlängerung
des Rings 10 gebildet ist, die sich so weit wie die Enden
der Blätter 12 erstreckt.
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In
dem Lüfter 1 bewegen
sich die Blätter 12 des
Rotors in einer ringförmigen
Kammer 15, die zwischen einem Gehäuse 16, das mit Schrauben
an der Verkleidung 2 angebracht ist, und einer Abdeckung 18,
die an dem oben genannten Gehäuse
angebracht ist, ausgebildet ist; das Gehäuse 16 und die Abdeckung 18 bilden
entsprechende Schalen einer Verkleidung aus, die den Rotor enthält: ihre
im Wesentlichen gleichartige Form vorausgesetzt, wird nur die erste
dieser im folgenden unter Bezug auf die 4–6 beschrieben
werden, und das, was dargelegt werden wird, soll auch als für die zweite
geltend verstanden werden.
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Wie
zu sehen ist, ist das Gehäuse 16 außen mit
radialen Rippen 20 und umfänglichen Rippen 21 versehen,
während
es innen einen ringförmigen Hohlraum 23 aufweist,
der die Innenwand der ringförmigen
Kammer 15 ausbildet.
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In
dem Bodenteil des Hohlraums 23 mit Bezug auf die 4 und 5 sind
zwei Anschlüsse 25, 26 vorhanden,
die entsprechend mit den Verteilern 27 und 28 in
Verbindung stehen, die dem Ansaugseitenkanal 29 und dem
Abzugsseitenkanal 30 des Lüfters zugeordnet sind (in 1 ist
nur Kanal 30 gezeigt).
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Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
sind die Verteiler 27 und 28 durch entsprechende
Wände 37 und 38 aufgebaut,
die eine im Wesentlichen halbkreisförmige Form (vgl. 4 und 5) aufweisen,
so dass sie oben offen sind, wodurch sie den Luftdurchgang in Richtung
der Anschlüsse 25 und 26 vereinfachen.
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Jede
der halbkreisförmigen
Wände 37 und 38 ist
von einem Raum 39 und 40 umgeben, dessen Funktion
im folgenden deutlicher werden wird, wenn der Lüfter mit zwei parallelen Stufen
behandelt wird; in dem Lüfter
der 1 mit nur einer Stufe sind die oben genannten
Räume stattdessen
durch eine akustische Isolation 42 verschlossen, die in
den Seitenkanälen 29, 30 zum
Ansaugen und zum Abzug vorhanden ist.
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An
dem entgegengesetzten Ende sind die Seitenkanäle 29, 30 und
die Verteiler 27, 28 durch eine Abdeckung 44 verschlossen.
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Zuletzt
weist in dem Bereich 31 zwischen den Anschlüssen 25 und 26 der
Hohlraum 23 eine Form auf, die der der Blätter 12 entspricht
(vgl. 1); dies wurde hergestellt, um eine Labyrinthdichtung
zwischen den zwei Anschlüssen
auszubilden, wodurch die Luft durch die oben genannten Anschlüsse während des
Betriebs des Lüfters,
der wie folgt stattfindet, ausgestoßen werden kann.
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Die
von außen
kommende Luft betritt den Lüfter
durch den Seitenansaugkanal 29 (nicht gezeigt, aber parallel
zu dem Kanal 30) und erreicht weiter durch den Verteiler 27 die
ringförmige
Kammer 23; es ist anzumerken, dass dasselbe auch auf der anderen
Seite der ringförmigen
Kammer, ausgebildet durch die Abdeckung 18, passiert, auf
der Anschlüsse ähnlich den
Anschlüssen 25 und 26 auf
dem Gehäuse 16 vorhanden
sind, das den Rotor 6 aufnimmt.
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Mit
anderen Worten, wenn er den Verteiler 27 erreicht, teilt
sich der durch den Ansaugkanal laufende Strom der Außenluft
und betritt die ringförmige Kammer 15 von
zwei Seiten, einer auf der Gehäuseseite
und einer auf der Abdeckungsseite.
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In
der ringförmigen
Kammer führen
die Blätter 12 die
Luft entlang entgegengesetzter Seiten bezüglich der Ablenkplatte 14:
die Letztere wirkt daher als Trennwand, die eine Störung in
der Bewegung der Luft verhindert, welche einen Druckverlust verursachen
könnte.
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Es
ist zu beobachten, dass die Ablenkplatte 14 und die Blätter 12 dieselbe
radiale Höhe
aufweisen, wodurch sie einheitliche Bedingungen bezüglich der
Medianebene und bezüglich
des Außenumfangs des
Rotors 6 erzeugen.
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Vorteilhafter
Weise ist jedoch die radiale Höhe
der Ablenkplatte und der Blätter
kleiner im Vergleich zu der der ringförmigen Kammer 15,
um so den gleichen Druck auf beiden Seiten des Rotors aufrechtzuerhalten.
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Luft
wird durch den Abzugskanal 30 bei jeder Umdrehung des Rotors
durch den Anschluss 26 geschickt; der Letztere ist an der
Seite bezüglich
der Blätter 12 angeordnet,
während
sich der Verteiler 28 in einer tangentialen Position bezüglich des
Pfades der Blätter
befindet und mit einem halbkreisförmigen Querschnitt ausgebildet
ist.
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Dies
gewährleistet
den Luftausstoß aus
der ringförmigen
Kammer 15, da der Seitenanschluss 26 an sie angrenzt
und keine Hindernisse oder Kanäle zu
durchlaufen sind, während
die Position und die halbkreisförmige
Form des Verteilers 28 die zentrifugale Komponente der
Geschwindigkeit der Luft unterstützt,
um die zugehörige
Energie vollständig
zu nutzen und keinen Druck zu verlieren.
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Die
gleichen vorteilhaften Effekte werden auch, mit kleinen Abweichungen,
durch die Luft erzielt, die durch den Einlassanschluss 25 und
den Verteiler 27 angesaugt wird.
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Der
wichtigste Punkt jedoch ist, dass diese Effekte auch im Falle eines
Lüfters
mit zwei Stufen S, S' in
Reihe oder parallel erzielt werden.
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Der
erste dieser ist in den 7–10 gezeigt,
die verschiedene Ansichten eines Lüfters mit zwei in Reihe verbundenen
Stufen S, S' geben,
wobei die Teile, die bereits in dem vorhergehenden Beispiel zu sehen
waren, durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet werden, während die
neuen durch ein Apostroph unterschieden werden.
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Wie
zu sehen ist, ist in diesem Fall der Ansaugkanal 29 nicht
mehr horizontal an der Seite des Elektromotors 3 angeordnet,
sondern vertikal und an dem Ende des Lüfters angeordnet; der Letztere
ist mit einer zusätzlichen
Kompressionsstufe ausgestattet, die einen Rotor 6' umfasst, der
auf die Welle 4 neben den anderen Rotor 6 aufgekeilt
ist und identisch damit ist.
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Der
Lüfter 6' ist in einem
Gehäuse 16' aufgenommen,
dass von einer Abdeckung 18' verschlossen
ist, identisch denen des angrenzenden Rotors, aber bezüglich diesen
um einem Winkel α gedreht (8),
um den Auslassverteiler 28' der
ersten Stufe mit dem Einlassverteiler 27 der anderen Stufe
(vgl. 10) abzugleichen; auf diese
Weise sind die zwei Stufen in Reihe miteinander verbunden.
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Es
ist anzumerken, dass der Verteiler 28' der ersten Stufe durch einen Stopfen 44' an dem entgegengesetzten
Ende des Verteilers bezüglich
jenem verschlossen ist, an dem er mit der zweiten Stufe verbunden
ist, welches wiederum durch einen Stopfen 44 an dem freien
Ende verschlossen ist.
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Der
Betrieb jeder Stufe S, S' dieses
Lüfters ist
identisch mit dem des vorhergehenden Falles, so dass aus Abkürzungsgründen Bezug
darauf genommen werden kann, was bereits gesagt worden ist; es ist
auf jeden Fall klar, dass an dem Abzugsauslass des Lüfters ein
etwa doppelter Druck vorhanden sein wird im Vergleich zu dem eines
einstufigen Lüfters.
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Worauf
hier jedoch hingewiesen werden soll, ist das Ausführungsbeispiel
des Lüfters
in modularer Form, das erhalten wird durch die Verwendung einer längeren Welle 4,
um die zwei identischen Rotoren 6, 6' befestigen
zu können,
und das Hinzufügen,
verglichen mit dem vorhergehenden einstufigen Lüfter, der Abdeckung 18 und
des Gehäuses 16', die identisch miteinander
sind und die einfach in Reihe durch Verdrehen eines bezüglich des
anderen verbunden sind.
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Dieses
einfache und effektive Ausführungsbeispiel
stellt deutliche Einsparungen für
die industrielle Produktion bereit, da die Unterschiede zwischen den
Lüftern
mit einer oder zwei Stufen im Wesentlichen auf ein paar Teile reduziert
sind.
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Es
sollte außerdem
darauf hingewiesen werden, dass die auf diesem Weise aufgebaute
modulare Struktur im Prinzip auch für die Herstellung von Lüftern mit
drei oder mehr Stufen geeignet ist; alles, was zu diesen Zweck erforderlich
ist, ist das Hinzufügen
eines Rotors zu der Welle 4, der zwischen einem Gehäuse und
einer Abdeckung wie die beschriebenen aufgenommen ist, wobei er
winklig bezüglich
der Angrenzenden entsprechend der eben gegebenen Beschreibung versetzt
ist.
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Dasselbe
trifft zu für
den Lüfter
mit zwei Stufen, die parallel liegen, gezeigt in 11,
obwohl dort kein winkliger Versatz zwischen ihnen vorhanden ist.
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Der
Grund dafür
ist, dass in diesem Fall die Lufteinlassverteiler 27, 27' abgeglichen
sind (und nicht versetzt), um durch den gleichen Luftstrom gespeist
zu werden, der in dem Seitenkanal 29 angesaugt wird; das
gleiche geschieht mit den Auslassverteilern 28, 28' (nicht gezeigt
in 11), durch die die Luft, die durch die Rotoren 6, 6' geblasen wird, austritt.
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Es
ist klar, dass in diesem Fall das Volumen der durch den Lüfter verarbeiteten
Luft größer ist
als das vorhergehende; aus diesem Grund wird der Raum 39, 39', der die Verteiler 27, 27' umgibt, auch verwendet,
um den Querschnitt zu erhöhen,
durch den die Luft tritt.
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Insbesondere
weist der Kanal 29 vorteilhafter Weise einen Querschnitt
auf, der gleich dem des Verteilers 37 mit dem zugehörigen Raum 39 ist,
mit dem er mittels einer Kupplung 47 verbunden ist (Letztere
ist nicht erforderlich, wenn der Kanal 29 einen solchen
Durchmesser aufweist, dass er mit dem Verteiler 27 verbunden
werden kann).
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Auf
diese Weise wird der Luftstrom, der von dem Kanal 29 kommt,
aufgeteilt, und ein Teil geht in den Verteiler 27, während der
andere in den Raum 39 und 39' tritt; der erste Teil wird dann
weiter reduziert, da ein Teil davon durch die erste Stufe S des
Lüfters abgezogen
wird, während
die andere in den Verteiler 27' geht, um von der zweiten Stufe
S' abgezogen zu werden.
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Im
Gegensatz dazu strömt
der Luftstrom, der in den Raum 39 und 39' tritt, direkt
in den Verteiler 27',
um von der zweiten Stufe S' abgezogen
zu werden: dies gestattet der Letzteren unter einheitlichen optimalen
Bedingungen zu arbeiten, da der Strom, der sie speist, im Wesentlichen
gleich dem ist, der die erste Stufe S erreicht.
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Dieser
Strom ist gegeben durch die Summe dessen, was in den Verteiler 27 tritt
und was nicht durch die erste Stufe S abgezogen wird, plus dem, was
in den Raum 39, 39' tritt.
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Dementsprechend,
wie zu sehen ist, stellt in diesem Fall auch das modulare Ausführungsbeispiel des
Lüfters
eine einfache zweistufige Maschine zur Verfügung, die sich von den vorhergehenden
nur durch ein paar Teile unterscheidet.
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Letztlich
sollte darauf hingewiesen werden, dass er, obwohl der Lüfter gemäß der Erfindung
in diesem Beispiel für
das Blasen von Luft beschrieben worden ist, in jedem Fall mit anderen
Gasen verwendet werden kann, und auch verwendet werden kann, um
ein Vakuum zu erzeugen; für
diesen Zweck ist es nur notwendig, seinen Einlasskanal mit dem Volumen
zu verbinden, in welchem das Vakuum erzeugt werden soll.