DE69022405T2 - Zentrifugalgebläse mit schaufeln mit variabler krümmung. - Google Patents
Zentrifugalgebläse mit schaufeln mit variabler krümmung.Info
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Description
- Die Erfindung betrifft Zentrifugalgebläse und -ventilatoren. Zentrifugalgebläse und -ventilatoren schließen im allgemeinen ein Schaufelrad ein, das in einer vorgegebenen Richtung in einem Gehäuse rotiert, und das durch einen elektrischen Motor angetrieben werden könnte. Das Schaufelrad weist gekrümmte Schaufeln auf, die Luft axial, entlang der Rotationsachse des Schaufelrades, ziehen und Luft radial nach außen abgeben. Solche Gebläse werden bei einer Vielzahl von Anwendungen gebraucht, die eine Vielzahl von Gestaltungspunkten für den Druckunterschied, das Luftströmungsvolumen, die Motorkraft, Motorgeschwindigkeit, den Raumzwang, die Einlaß- und Auslaßkonfigurationen den Geräuschpegel sowie die Herstellungstoleranzen vorgeben.
- Ein wichtiger Gestaltungspunkt in einem Zentrifugalventilator ist der Winkel der Schaufelspitze relativ zur Tangente zu der Spitze. Dieser Winkel wird "Schaufelausgangswinkel" genannt. Falls der Schaufelausgangswinkel größer als 90º ist, soll das Schaufelrad nach vorn gekrümmte Schaufeln aufweisen; falls der Schaufelausgangswinkel weniger als 90º beträgt, soll das Schaufelrad nach hinten gekrümmte Schaufeln aufweisen.
- Spezielle Zentrifugalgebläse, die in früheren Patenten beschrieben sind, werden nachfolgend diskutiert.
- Koger et al., U.S. 4,526,506 und DE 2 210 271, offenbaren nach hinten gekrümmte Zentrifugalgebläse mit einem Ausströmraum [volute].
- GB 2,080,879 offenbart ein nach hinten gekrümmtes Zentrifugalgebläse mit Statorschaufeln, um einen radialen Luftstrom in einen axialen Luftstrom umzuwandeln.
- Zochfeld, U.S. 3,597,117 und GB 2,063,365, beschreiben nach vorne gekrümmte Zentrifugalgebläse mit einem Ausströmraum [volute].
- Calabro, U.S. 3,967,874, beschreibt ein Gebläse 16 , welches sich in einer Luftkammer 14 befindet. Die Schaufelkonfiguration und Gebläsegestaltung sind nicht ersichtlich, aber die Öffnung 46 in dem Boden der Luftkammer steht mit dem Gebläseauslaß in Verbindung.
- GB 2,166,494 beschreibt ein Zentrifugalschaufelrad in einem rotationssymmetrischen, kegelförmigen Gehäuse mit Führungsschaufeln, um eine axiale Abluft zu schaffen.
- GB 1,483,455 und GB 1,473,919 beschreiben Zentrifugalgebläse mit einem Ausströmraum [volute].
- GB 1,426,503 beschreibt ein Zentrifugalgebläse mit doppelten Öffnungen.
- Shikatani et al., U.S. 4,269,571, offenbart ein Zentripetalgebläse, das Luft in einen axialen Eingang 26 und heraus aus der oberen Fläche der Scheibe 22 und aus dem axialen Ausgang 27 (3:26-36) zieht.
- Die kanadische Schrift 1,157,902 beschreibt ein nach hinten gekrümmtes Zentrifugalgebläse mit einem gekrümmten Metalleitblech.
- FR 1 170 390 beschreibt ein Zentrifugalgebläse mit nach hinten gekrümmten, sich radial ausdehnenden Schaufeln, wobei diese eine positive Krümmung an einem radial inneren Bereich der Schaufel und eine negative Krümmung an einem rückseitigen äußeren Bereich der Schaufel aufweisen.
- Wir haben herausgefunden, daß die Grenzschichttrennung von nach hinten abgeschrägten, sich radial ausdehnenden Schaufeln eines Zentrifugalschaufelrades besser gesteuert werden kann durch Gestaltung der Schaufelradblätter mit einer "S"-Krümmung und mit zwei Sätzen von Schaufeln, nämlich erste Schaufeln, wie oben gesagt, und zweite Schaufeln, die zwischen den ersten Schaufeln positioniert sind, wobei die ersten Schaufeln sich radial nach innen weiter als die zweiten Schaufeln ausdehnen.
- In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird ein Zentrifugalgebläse oder - ventilator bereitgestellt, bestehend aus einem Schaufelrad, so angebracht, daß es auf einer Achse rotiert, wobei das Schaufelrad aus einem ersten Satz von nach hinten gekrümmten, sich radial ausdehnenden Schaufeln besteht, die eine positive Krümmung an einem radial nach innen gekehrten Bereich der Schaufel aufweisen und eine negative Krümmung an einem radial nach außen gekehrten Bereich der Schaufel, wobei die Grenzschichttrennung gesteuert wird, um die Gebläseeffizienz zu verbessern, wobei das Gebläse dadurch gekennzeichnet ist, daß das Gebläse einen Satz von zweiten Schaufeln enthält, wobei jede der zweiten Schaufeln zwischen einem Paar von ersten Schaufeln positioniert ist und wobei sich die ersten Schaufeln radial nach innen weiter ausdehnen als die zweiten Schaufeln und wobei das Schaufelrad aus spritzgegossenem Kunstoff hergestellt ist.
- In bevorzugten Ausführungsformen sind die Schaufeln zweidimensional und streichen über einen dreidimensionalen Festkörper (einen Zylinder), d.h. die mittlere Schaufelkrümmungslinie ändert sich nicht in der Richtung der Schaufelbreite senkrecht zu der Schaufeltiefe.
- Vorzugsweise beträgt die positive Krümmung der ersten Schaufeln etwa 2-5% der Schaufeltiefe und die maximale positive Krümmung liegt bei 20-30% der gesamten Schaufeltiefe [Mittellinie]. Die maximale negative Krümmung liegt bei 70-80% der Gesamtschaufeltiefe. Die zweiten Schaufeln können (müssen aber nicht notwendigerweise) eine "S"-Form aufweisen, wie oben beschrieben. Eine Kontrolle des Geräuschpegels wird geschaffen durch die Verkleinerung der Einlaßfläche (πr² für die Eintrittsfläche in dem Gebläse) um mindestens 20% im Vergleich zur Auslaßfläche (πd.S, wobei d der Gebläsedurchmesser und S die Schaufelbreite ist).
- Andere Merkmale und Vorteile können der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform entnommen werden. Die nachfolgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform dient dazu, die Erfindung zu zeigen, nicht sie zu beschränken.
- Die Abbildungen zeigen in
- Fig. 1 einen Querschnitt eines Zentrifugalgebläses und einen eines Verdampfers [evaporator] einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs;
- Fig.2 einen Querschnitt der Schaufelradschaufeln des Gebläses der Fig. 1;
- Fig.2B einen vergrößerten Teilausschnitt von Fig. 2A;
- Fig.3 eine Draufsicht, teilweise aufgebrochen, der ringförmigen Ummantelung des Gebläses von Fig. 1;
- Fig.4 einen Graphen des Druckes als eine Funktion der tangentialen Wirbelgeschwindigkeit;
- Fig.5 eine Auftragung des lokalen Flächendrucks als Funktion der Lage der Schaufeltiefe.
- In Figur 1 weist das Gebläse 10 ein Schaufelrad 12 auf, bestehend aus einer Vielzahl von Schaufeln (14 und 15, gezeigt in Fig. 2), die detaillierter weiter unten beschrieben werden.
- Das Schaufelrad 12 wird von einem elektrischen Motor 16 angetrieben, befestigt an der Schaufelradachse 18.
- Das Schaufelrad 12 rotiert in einem Stator 20, der ein Teil des im allgemeinen zylindrischen Gehäuses 21 ist, das sich koaxial ausdehnt zu dem Schaufelrad 12 und dem Motor 16. Im allgemeinen bildet das zylindrische Motorgehäuse 22 den inneren Durchmesser der ringförmigen Ummantelung 24. Der äußere Durchmesser der ringförmigen Ummantelung 24 wird durch das Gehäuse 21 gebildet.
- In der ringförmigen Ummantelung 24 sind zwei Sätze 25 und 27 von Flügelschaufeln positioniert, am besten gezeigt in Fig. 3 CL bezeichnet die Mittellinie (Achse) des Motors, Gebläses und Schaufelrades. Die Flügel ziehen die tangentiale (rotierende oder verwirbelnde) Geschwindigkeit von der Luft ab, die das Schaufelrad verläßt, und sie nehmen diese Energie als statischen Druck wieder zurück.
- Der Verdampfer [Evaporator] 30 ist mit dem Auslaß 28 der Ummantelung 24 verbunden. Ein Wirbel in dem Flügel, der den Verdampfer 30 erreicht, ist im wesentlichen ausgeschlossen, und der Luftdruck über dem Verdampfer wird erhöht. Insbesondere sind die Flügel 25 und 27 wichtig, weil etwa 1/4 bis 1/2 der Strömungsenergie, die durch ein nach hinten gekrümmtes Zentrifugalgebläse hervorgebracht wird, in der Geschwindigkeitsenergie steckt; die Flügelschaufeln nehmen einen wesentlichen Prozentsatz (40-80%) dieser Strömungsenergie zurück.
- Die Effizienz des Gebläses in Form der Gleichheit der Abluftgeschwindigkeit und der Strömungsenergiewiedernahme wird unterstützt durch den Aufbau der ringförmigen Ummantelung, die radial symmetrisch und gleichmäßig gekrümmt ist. Außerdem ist die radiale Ausdehnung der Ummantelung gering, so daß der Druck und die Geschwindigkeit relativ gleichmäßig über dem Ausgang sind.
- Die Druck-/Wirbelungsbedingungen, bei denen das Gebläse arbeitet, sind in Fig. 4 gezeigt, wobei hier der Druckkoeffizient (cp) als eine Funktion der tangentialen Wirbelgeschwindigkeit (vt) aufgetragen ist. In Fig. 4 ist cp definiert durch die folgende Gleichung:
- cp = (1/2 v²)/(1/2 v²tip)
- In dieser Gleichung ist v die Strömungsgeschwindigkeit der Luft, die aus dem Laufrad herausströmt, und vtip die Geschwindigkeit an der Schaufefradspitze. vt* ist die tangentiale Geschwindigkeit der das Schaufelrad verlassenden Luft: vt. Die theoretische Beziehung mit (x) und ohne (o) Wirbelauftretung wird aufgezeigt. Unsere Gebläse arbeiten vorzugsweise innerhalb der querschraffierten Fläche, wobei vt = 0,5-1 und cp = 0,5-2 ist.
- Fachleute auf diesem Gebiet werden verstehen, daß der genaue Winkel der Flügel 25 und 27 abhängig sein wird von der Schaufelkonfiguration (weiter unten erläutert) und der Rotationsgeschwindigkeit des Schaufelrades (d.h. der Bereich der Rotationsgeschwindigkeit, innerhalb dem das Gebläse so ausgelegt ist zu arbeiten). Es ist wünschenswert, die Vorderkante des Flügels an die Richtung des Auftreffswinkels dieser Vorderkante auszurichten, so daß der Einfallswinkel vernachlässigbar ist. Im allgemeinen trifft Luft auf die Ummantelung 24 in einem Winkel von 20-30º vom Tangentialen unter Bedingungen, wie sie oben beschrieben worden sind.
- Es ist weiterhin wünschenswert, eine im wesentlichen konstante Querschnittsfläche des Flügels zu erhalten (entlang der Gebläseachse). Zu diesem Zweck liegt eine Reduzierung im Nabendurchmesser am zweiten Abschnitt des Stators vor, um (bezeichnet mit 29 in Fig. 1) den reduzierten Querschnitt an den zweiten Abschnitt anzupassen, hervorgebacht durch die höhere Dichte [density] des Stators.
- Fig. 3 ist überlagert von einem Vektordiagramm für den Strom v&sub1;, der in den Stator eintritt, wobei vt1 die tangentiale Eintrittwirbelgeschwindigkeit und wobei vx1 die Axialgeschwindigkeit des in den Stator eintretenden Luftstromes bezeichnet. vt&sub0; bezeichnet die tangentiale Geschwindigkeit des Gebläserades (Schaufelrades). Der Winkel α&sub1; beträgt 20- 30º und der Winkel β&sub2; 60-70º. Ähnliche Diagramme könnten gezeichnet werden für den den Abschnitt 1 verlassenden und in den Abschnitt 2 eintretenden Strom und für den Abschnitt 2 verlassenden Strom. Für den den Abschnitt 2 verlassenden Strom v&sub2; würde der Winkel α&sub2; zwischen vt2 und vx2 bei 80-90º liegen und der Winkel β&sub2; zwischen 0 und 10º liegen. Der Nettoeffekt davon ist, daß v&sub2; « v&sub1; ist wegen des Wechsels des Strömungswinkels, auch wenn vx1 = vx2 gilt.
- Der zweite Abschnitt ist notwendig, weil der Grenzschichtbelastungswert für einen einzelnen Abschnitt den maximalen rechnerischen Wert (0,6) überschreitet, verbunden mit angelegtem Strom. In diesem Zusammenhang ist der Durchströmungsfaktor definiert als (1- v&sub2;/v&sub1;) + (vt1-vt2)/2 v&sub1;, wobei v&sub1; und v&sub2; die entsprechenden Flügelgeschwindigkeiten sind, die in den Abschnitt eintreten und diesen verlassen, und wobei vt1 und vt2 die entsprechenden tangentialen Abschnitteintritts- und Austrittsgeschwindigkeiten sind und wobei die Schaufeldichte bezeichnet (d.h. Schaufeltiefe bezogen auf Schaufelabstand).
- Die Figuren 2A und 2B sind Querschnittsabbildungen der Schaufeln 14 und 15, die deren "S"-Form zeigt (d.h. ihre rückseitige Krümmung). Die Schaufeln sind nach hinten gekrümmt und entwickeln (gegeben sei ihre relativ kleine Größe) einen großen Schub oder Druck bei guter Effizienz und geringen Lärmpegel. Insbesondere die Figuren 2A und 2B zeigen die "S"-Form der Schaufeln von langer Schaufeltiefe 14 und der Hilfsschaufeln von kürzerer Schaufeltiefe 15.
- Ein bedeutendes Problem in der Gestaltung einer nach hinten gekrümmten Schaufel, die einen hohen Schub bewirkt, ist, einen Strom an der Saugfläche der Schaufeln entlang des gesamten Bereichs von der Vorderkante zur Hinterkante aufrechtzuerhalten (d.h. des Gebläseaußendurchmessers). Die Grenzschichttrennung führt zu einer Abweichung zwischen den geometrischen Krümmungslinien der Gebläseschaufeln und der wahren Stromflußlinien. Diese Abweichung führt direkt in eine reduzierte Ausführung, weil der Durchströmungsprozeß (das Umwandeln der Geschwindigkeitsenergie in Druck) an dem Punkt endet, an dem die Grenzschichttrennung auftritt. Die Abweichung zwischen den Schaufeln und Stromlinien führt auch direkt zu einer schlechteren Leistung durch die Verminderung der tangentialen Geschwindigkeit des Abluftstromes.
- Für das Aufrechterhalten des anliegenden Stroms ist es erforderlich, daß die Grenzschichtenergie der Schaufelsaugfläche erhalten wird, weii sie entlang der Schaufeltiefe zerstreut wird. Die Grenzschicht der Saugfläche muß drei bedeutende Verzögerungskräfte überwinden:
- Beschleunigung, verbunden mit der inneren Beziehung Rahmen-Krümmung der Schaufeloberfläche, einen Druckgradienten, begründet in einem Druckanstieg, der an der Vorderkante der Schaufel bis zu deren Hinterkante erscheint und Reibung, die an der Grenzfläche Schaufel-Luft auftritt. Das heißt, daß die Luft eine Hügel aufwärts rollen würde; die Luft in der Grenzschicht beginnt ihren Weg mit einem bestimmten kinetischen Energiebetrag welcher teilweise durch Reibung zerstreut und welcher teilweise in potentielle Energie umgewandelt wird. Zur gleichen Zeit folgt die Luft einem gekrümmten Weg, und der Wechsel des Momentes, verbunden mit dieser Krümmung, verstärkt die Grenzschicht.
- In die Grenzschicht wird Energie durch den Hauptstrom eingebracht, aber weniger effektiv, falls die Dicke der Schicht zunimmt. Eventuell werden die Verzögerungskräfte größer als die Hebekräfte, und der Strom teilt sich auf, was bedeutet, daß er von der Schaufelfläche abhebt. Zu diesem Zeitpunkt beginnen die Verlusteffekte, die oben beschrieben werden, zu wirken.
- Unsere Gebläsegestaltung zeigt eine Kombination von einer großen positiven Krümmung nahe der Vorderkante und scheinbaren negativen Krümmung zwischen Mitteltiefe und Hinterkante. Daher reißt die Schaufel stark an dem Strom, wenn das BL stark ist und sanft, wenn das BL schwach ist. Das starke Reißen an dem Strom erzeugt zuerst Platz für mehr erste Schaufeln. Die Verminderung der Grenzschichtkräfte wird über die gesamte Schaufelfläche proportional verteilt, weil die Nettoarbeit durch das Gebläse aufgebracht wird. Zusätzlich wird Raum für dazwischenliegende Schaufeln durch kürzere Schaufeltiefen geschaffen, indem das nachteilige Anheben bezüglich der BL-Kräfte wieder sinkt. Die Krümmungslinien dieser kurzen Schaufeln setzen die ersten Schaufeln in dem Bereich fort, wo die kürzeren Schaufeln existieren. Sie können (müssen aber nicht) die "S"-Form der ersten Schaufeln aufweisen.
- Insbesondere wird die Schaufelkonfiguration eines Zentrifugalgebläses u.a. unter Verwendung der Kenntnis der folgenden Charakteristika der Gebläse ausgewählt:
- 1. Die Druckkapazität eines Gebläses steigt mit dem Quadrat der Tangentialgeschwindigkeit an der Schaufelspitze an deren äußeren Durchmesser. Diese Geschwindigkeit ist das Produkt von Durchmesser und Rotationsgeschwindigkeit. Daher bestimmt weitgehend der Druck, der durch die Anwendung gefordert wird, Gebläsegeschwindigkeit und Durchmesser.
- 2. Der Druck, der im Gebläse erzeugt wird, steigt theoretisch zu einem Maximalwert, wenn der Gebläseausgangswinkel 90º beträgt, wie gezeigt in Fig. 4. Jedoch erreicht der experimentell beobachtete Druck einen Maximalwert bei einem Winkel von vielleicht 50-60º, wenn der Schaufellaustrittswinkel noch nach hinten gekrümmt ist. Im wesentlichen definiert die zweidimensionale Geometrie der Schaufeln einen Durchströmungsweg, der die längste Gesamtdurchströmung aufweist, wenn der Schaufelausgangswinkel 90º beträgt. Die physikalischen Bedingungen an der Grenzschicht verhindern, daß diese maximale Durchströmung erreicht wird.
- 3. Die Geschwindigkeit der Luft, die durch das Gebläse ausgestoßen wird, steigt, wenn der Schaufelausgangswinkel steigt, und erreicht einem Maximalwert bei einem Schaufelausgangswinkel weit über 90º hinaus. Die Energie, die investiert wird, steigt mit dem Quadrat der Geschwindigkeit. In Anwendungen, bei denen statischer Druck verlangt wird, kann dieser durch Durchströmung von einem Auslaßfluß von hoher Geschwindigkeit abgezogen werden. Die Effizienz des Durchströmungsprozesses ist im allgemeinen weit größer beim Schaufeln des Gebläses als in jedem anderen Prozeß, der den Auslaßstrom zerstreut - so hoch wie 90% des "Schaufel"-Prozesses gegen etwa 50% für den Auslaßprozeß. Daraus folgt, daß das am meisten effiziente Gebläse im allgemeinen das ist, das die höchste Durchströmung im Schaufeln zustande bringt. Jedoch schafft die Gebläseschaufelgestaltung, die hier beschrieben worden ist, die Kombination von hoher Effizienz mit geringem Durchmesser und geringer Rotationsgeschwindigkeit (führt zu geringem Geräuschpegel).
- 4. Für geringen Geräuschpegel und beste Schaufeldurchströmung ist es nötig, die Schaufelvorderkante am Strom auszurichten. Deshalb wird der Schaufeleintrittswinkel definiert durch das RPM, den Einlaßdurchmesser sowie die Breite der Schaufelvorderkante und den Strömungsgestaltungspunkt [flow design point] (ft³/min).
- Fig. 5 zeigt einen Graphen des lokalen Oberflächendruckes (cp), aufgetragen gegen die Schaufeltiefenposition (bezeichnet als Prozentsatz der Gesamttiefe von 0 an der Vorderkante bis 1 an der Hinterkante), wobei cp durch die folgende Gleichung definiert ist, in der Ps den Oberflächendruck bezeichnet und vtip die Geschwindigkeit an der Spitze.
- cp = Ps /1/2p(vtip)²
- Die Auftragung der Figur 5 basiert auf einem Computermodell der Ausführung von nur ersten Schaufeln. Die untere Auftragung bedeutet den lokalen Oberflächendruck an der Saugfläche, und die obere Auftragung zeigt den lokalen Oberflächendruck an der Druckfläche. Die insgesamt geleistete Arbeit ist gekennzeichnet durch den Unterschied zwischen dem mittleren Druck, der in die Schaufel eintritt (linke Achse, der halbe Weg zwischen den zwei Plots) und dem mittleren Druck, der die Schaufel verläßt (rechte Achse, Konvergenz der zwei Abbildungen). Der Graph der Figur 5 zeigt einen Strom von 240 CFM (0,1133m³/s), einen statischen Druck von 2,29 (570Pa) und eine statische Effizienz von 0,46.
- Die "S"-förmige Schaufel zieht stark, wie in Figur 5 mittels des Δcp gezeigt, von der Hochdruckseite der Schaufel zu der Saugseite der Schaufel im Tiefenbereich 0,0 bis 0,4. Für den Tiefenbereich von 0,4 bis 1,0 arbeitet die Schaufel weniger.
- Insbesondere weisen die Schaufeln eine große positive Krümmung nahe der Vorderkante auf und eine negative Krümmung an irgendeinem Punkt zwischen dem Mittelpunkt und dem Ende der Schaufel. in bevorzugter Weise erreicht die positive Krümmung einen maximalen Wert von 1-3% in der vorderen Hälfte [beispielsweise 20-30%] der Schaufel; und die negative Krümmung erreicht 0,25-3% in der hinteren Hälfte [beispielsweise 70-80%9] der Schaufel.
- Die Betriebsbedingungen des Gebläses werden weiterhin definiert durch die Flußzahl [flow number] (J) und die Druckzahl (Kt) wie folgt:
- In der oberen Gleichungen bedeutet n die Rotationsgeschwindigkeit in Umdrehungen pro Sekunde und D den Durchmesser des Schaufelrades in Fuß. Der statische Druck ist gemessen in Zollwassersäule und ist korrigiert worden zu dem Atmosphärendruck (29,92 Zoll Quecksilber).
- Vorzugsweise liegt die Flußzahl J zwischen 0,35 und 0,8 und die Druckzahl kt größer als 2,4. Die Reynolds-Zahl der Schaufeltiefe liegt zwischen 40.000 und 200.000. Gebläse mit diesen Charakteristika weisen weniger als 2 Fuß (0,6096m) im Durchmesser und bevorzugt weniger als 12 Zoll (0,3048m) auf.
- Es ist auch bedeutsam, daß die Querschnittsfläche des Auslasses 15 der Ummantelung 24 größer ist (zumindest 1,2 mal) als die Einlaßfläche 13. Die vergrößerte Fläche bedeutet eine Schaufeldurchströmung, weil der Auslaß 15 mit einem Luftstrom gefüllt ist. Die verminderte Fläche reduziert im bedeutenden Maße den Geräuschpegel.
- Das Gebläse wird aus spritzgegossenem Kunstoff hergestellt, beispielsweise wird hierbei ein faserverstärkter Kunstoff verwendet.
Claims (8)
1. Zentrifugalgebläse oder -ventilator, bestehend aus einem Schaufefrad, das zur
Rotation an einer Achse befestigt ist, wobei das Schaufelrad einen ersten Satz von nach
hinten gekrümmten sich radial ausdehnenden Schaufeln aufweist, die eine positive
Krümmung an einem radial inneren Bereich der Schaufel und eine negative Krümmung an
einem radial äußeren Bereich der Schaufel aufweisen, wobei die Grenzschichttrennung
gesteuert wird, um die Gebläseeffizienz zu verbessern, wobei das Gebläse dadurch
gekennzeichnet ist,
daß das Gebläse einen Satz von zweiten Schaufeln aufweist, wobei jeder dieser zweiten
Schaufeln zwischen einem Paar erster Schaufeln angeordnet ist, wobei sich die ersten
Schaufeln mehr radial nach innen ausdehnen als die zweiten Schaufeln und wobei das
Schaufelrad aus spritzgegeossenem Kunstoff hergestellt ist.
2. Zentrifugalgebläse oder -ventilator gemäß Anspruch 1,
wobei die positive Krümmung 2-5% der Schaufeltiefe beträgt.
3. Zentrifugalgebläse oder -ventilator gemäß Anspruch 1,
wobei die maximale negative Krümmung etwa 0,25-3% der Schaufeltiefe beträgt.
4. Zentrifugalgebläse oder -ventilator gemäß Anspruch 2,
wobei die maximale positive Krümmung bei einem Schaufelradius von 20-30% der
Gesamtschaufellänge auftritt.
5. Zentrifugalgebläse oder -ventilator gemäß Anspruch 3,
wobei die maximale negative Krümmung bei einem Schaufefradius von 70-80% der
Gesamtschaufellänge auftritt.
6. Zentrifugalgebläse oder -ventilator gemäß Anspruch 1oder 2,
wobei die zweiten Schaufeln eine positive Krümmung an einem radial nach innen gekehrten
Bereich der Schaufel aufweisen und eine negative Krümmung an einem radial nach außen
gekehrten Bereich der Schaufel.
7. Zentrifugalgebläse oder -ventilator gemäß Anspruch 1,
die Gebläseeinlaßfläche zumindest 20% kleiner als die Gebläseauslaßfläche.
8. Zentrifügalgebläse oder -ventilator gemäß Anspruch 1,
wobei die Schaufeln zweidimensional sind und wobei sie über einen dreidimensionalen
Festkörper streichen.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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---|---|---|---|---|
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WO1992015787A1 (en) * | 1991-03-08 | 1992-09-17 | Baker Hughes Incorporated | Pitot pump with improved rotor cover |
US5335718A (en) * | 1992-04-02 | 1994-08-09 | Ford Motor Company | Space-efficient air conditioning/heating module |
US5588803A (en) * | 1995-12-01 | 1996-12-31 | General Motors Corporation | Centrifugal impeller with simplified manufacture |
US5605444A (en) * | 1995-12-26 | 1997-02-25 | Ingersoll-Dresser Pump Company | Pump impeller having separate offset inlet vanes |
US5743710A (en) * | 1996-02-29 | 1998-04-28 | Bosch Automotive Motor Systems Corporation | Streamlined annular volute for centrifugal blower |
US5832606A (en) * | 1996-09-17 | 1998-11-10 | Elliott Turbomachinery Co., Inc. | Method for preventing one-cell stall in bladed discs |
US6139273A (en) * | 1998-04-22 | 2000-10-31 | Valeo Climate Control, Inc. | Radial flow fan |
JP4075264B2 (ja) * | 2000-01-28 | 2008-04-16 | セイコーエプソン株式会社 | 軸流ファン、遠心力ファン、およびこれらを用いた電子機器 |
US6814545B2 (en) * | 2000-04-21 | 2004-11-09 | Revcor, Inc. | Fan blade |
US6447251B1 (en) | 2000-04-21 | 2002-09-10 | Revcor, Inc. | Fan blade |
US6712584B2 (en) * | 2000-04-21 | 2004-03-30 | Revcor, Inc. | Fan blade |
KR100380228B1 (ko) * | 2000-05-16 | 2003-04-16 | 엘지전자 주식회사 | 창문형 에어컨의 시로코팬 |
EP1423203B1 (de) | 2001-03-05 | 2009-12-02 | Robert Bosch LLC | Kompaktes zentrifugalgebläse mit ringförmigem stator |
JP2004060447A (ja) * | 2002-07-24 | 2004-02-26 | Sanden Corp | 多翼ファン |
US6942457B2 (en) * | 2002-11-27 | 2005-09-13 | Revcor, Inc. | Fan assembly and method |
US7108482B2 (en) * | 2004-01-23 | 2006-09-19 | Robert Bosch Gmbh | Centrifugal blower |
US7607886B2 (en) * | 2004-05-19 | 2009-10-27 | Delta Electronics, Inc. | Heat-dissipating device |
DE202004012015U1 (de) * | 2004-07-31 | 2005-12-22 | Ebm-Papst Landshut Gmbh | Radialgebläserad |
WO2008109037A1 (en) * | 2007-03-05 | 2008-09-12 | Xcelaero Corporation | Low camber microfan |
US8007241B2 (en) * | 2007-11-27 | 2011-08-30 | Nidec Motor Corporation | Bi-directional cooling fan |
US20090317237A1 (en) * | 2008-06-20 | 2009-12-24 | General Electric Company | System and method for reduction of unsteady pressures in turbomachinery |
US8764400B2 (en) * | 2009-07-31 | 2014-07-01 | Ag Growth Industries Partnership | Blower for a particulate loader and transfer apparatus |
CN102135110B (zh) * | 2010-01-27 | 2014-12-31 | 德昌电机(深圳)有限公司 | 离心式叶轮 |
WO2011114925A1 (ja) | 2010-03-15 | 2011-09-22 | シャープ株式会社 | ファン、成型用金型および流体送り装置 |
CN101922468A (zh) * | 2010-03-24 | 2010-12-22 | 南通大通宝富风机有限公司 | 一种离心风机叶轮 |
JP6155544B2 (ja) * | 2012-03-12 | 2017-07-05 | 日本電産株式会社 | 遠心ファン |
CN103225625A (zh) * | 2013-03-28 | 2013-07-31 | 无锡小天鹅股份有限公司 | 离心风扇和具有其的干衣机 |
JP5705945B1 (ja) * | 2013-10-28 | 2015-04-22 | ミネベア株式会社 | 遠心式ファン |
EP3066345B1 (de) * | 2013-12-23 | 2020-06-17 | Fisher&Paykel Healthcare Limited | Gebläse für eine atemvorrichtung |
JP6411118B2 (ja) * | 2014-07-31 | 2018-10-24 | 株式会社日立製作所 | 遠心羽根車およびそれを用いた一軸多段形遠心圧縮機および遠心羽根車の製造方法 |
EP3015713A1 (de) | 2014-10-30 | 2016-05-04 | Nidec Corporation | Gebläsevorrichtung |
US9777741B2 (en) * | 2014-11-20 | 2017-10-03 | Baker Hughes Incorporated | Nozzle-shaped slots in impeller vanes |
JP2019082129A (ja) * | 2017-10-30 | 2019-05-30 | 株式会社デンソー | 送風機 |
Family Cites Families (25)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US13200A (en) * | 1855-07-03 | Cork-machine | ||
US1240949A (en) * | 1914-08-03 | 1917-09-25 | Buffalo Forge Co | Centrifugal fan. |
FR1170390A (fr) * | 1956-03-31 | 1959-01-14 | Appbau Rothemuehle Dr Brandt & | élément d'aubage tournant pour machines centrifuges |
FR1162814A (fr) * | 1956-04-12 | 1958-09-17 | Bronswerk Nv | Roue à pales pour ventilateur |
US2975962A (en) * | 1957-05-10 | 1961-03-21 | Konink Maschf Gebr Stork & Co | Impellers for centrifugal fans |
FR1308014A (fr) * | 1961-09-20 | 1962-11-03 | Compresseur centrifuge | |
US3597117A (en) * | 1969-01-10 | 1971-08-03 | Rotorn Inc | Fan for narrow environments |
DE2210271C3 (de) * | 1972-03-03 | 1984-08-09 | Ltg Lufttechnische Gmbh, 7000 Stuttgart | Radialventilator |
US3763660A (en) * | 1972-06-05 | 1973-10-09 | Westinghouse Electric Corp | Air conditioning condenser fan arrangement with condensate removal |
GB1483455A (en) * | 1973-09-08 | 1977-08-17 | Nu Way Heating Plants Ltd | Radial flow blowers |
GB1473919A (en) * | 1975-03-17 | 1977-05-18 | British Leyland Uk Ltd | Motor vehicle engine-cooling system |
CH616728A5 (en) * | 1975-07-31 | 1980-04-15 | Le Polt I Im M I Kalinina | Radial-flow compressor. |
US3967874A (en) * | 1975-09-30 | 1976-07-06 | Calabro Anthony Denis | Uniformly cooled printed circuit board mounting assembly |
JPS55134797A (en) * | 1979-04-06 | 1980-10-20 | Hitachi Ltd | Centrifugal vane |
US4269571A (en) * | 1979-08-14 | 1981-05-26 | Kabushiki Kaisha Shikutani | Blowing apparatus |
DE2940773C2 (de) * | 1979-10-08 | 1986-08-14 | Punker GmbH, 2330 Eckernförde | Hochleistungs-Radialventilator |
DE3028606A1 (de) * | 1980-07-28 | 1982-03-04 | Wilhelm Gebhardt Gmbh, 7112 Waldenburg | Zum einbau in rohrleitungen, kanaele oder kanalaehnliche gehaeuse bzw. in lueftungs- und klimageraete bestimmte ventilatoreinheit |
DE3029406A1 (de) * | 1980-08-02 | 1982-03-11 | Karl 3188 Feldafing Prestl | Gehaeuse fuer einen heizluefter mit radialgeblaese |
JPS58128243A (ja) * | 1982-01-27 | 1983-07-30 | Nippon Light Metal Co Ltd | 羽根車の製造方法 |
JPS5941700A (ja) * | 1982-09-01 | 1984-03-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電動送風機 |
DE3264089D1 (en) * | 1982-12-29 | 1985-07-11 | Gebhardt Gmbh Wilhelm | Radial ventilator with backwards-curved profiled blades |
US4531890A (en) * | 1983-01-24 | 1985-07-30 | Stokes Walter S | Centrifugal fan impeller |
JPS60125798A (ja) * | 1983-12-09 | 1985-07-05 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 電動送風機 |
JPS6012798A (ja) * | 1984-02-17 | 1985-01-23 | 株式会社日立製作所 | 電子部品の供給装置 |
DE3439780A1 (de) * | 1984-10-31 | 1986-04-30 | Wolter GmbH Maschinen und Apparatebau KG, 7502 Malsch | Ventilator, insbesondere rohrventilator |
-
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