DK173253B1 - Aksialventilator, især tunnelventilator - Google Patents

Description

DK 173253 B1

Opfindelsen angår en aksialventilator, især tunnelventilator, af den i krav 1 ’s indledning angivne art.

I en tunnel 81 ved motorveje, som vist i fig. 8 på tegningen, kræves ventilation ved hjælp af et strømningsapparat, såsom en aksialventilator. Ventilatoren 82 sender vind 5 mod forhøjninger og fordybninger i vejen i forbindelse med trafiktætheden og atmosfæretrykket ved indgangen og udgangen af tunnelen 81, således at tunnelen 81 ventileres effektivt og økonomisk.

Der kendes i hovedsagen to typer ventilatorer til en sådan ventilation. Den ene er, som vist i fig. 9, en ventilator forsynet med faste skovle 91 med rektangulært tværsnit. Denne 10 ventilator leder vind i hver af sine to modsatte retninger, blot ved at ændre rotationsretningen af et skovlhjul (ikke vist), som skovlene 91 er fastgjort til. En anden ventilator er, som vist i fig. 10, en ventilator med drejelige skovle 101 med strømlinede tværsnit.

Når ventilationsretningen for denne ventilator ændres, roteres skovlhjulet modsat og skovlene 101 drejes altså om deres pågældende akser omkring 180°. I det første tilfælde 15 har de første skovle som angivet rektangulært tværsnit, så støjen er stor og ventilationseffektiviteten er lav. Desuden bruger denne ventilator næsten 10% mere elektrisk energi end den sidstnævnte ventilator.

Fra beskrivelsen til DK 70616 kendes en aksialventilator af den samme type som den sidstnævnte ventilator, altså en ventilator med vendbare skovle, hvor hver skovl har et 20 strømlinet tværsnit. Denne ventilator er af den art, som er angivet i indledningen til krav 1 i den foreliggende opfindelse. I den herfra kendte aksialventilator er skovlhjulet ikke fastgjort, men drejelig lejret i forhold til motorens rotationsaksel. Det store tandhjul er derimod fastgjort til motorakselen med enkile-not-forbindelse. Det store tandhjul drejer med motorakselen. Når en tap på det store tandhjul rammer anslag på skovlhjulet eller 25 en dermed forbundet del, begynder skovlhjulet at rotere. Eftersom skovhjulet ikke roterer, før det store tandhjuls tap rammer nævnte anlæg, drejer de små tandhjul og skovlene i omvendt retning. Denne konstruktion har følgende tre ulemper: DK 173253 B1 2 1) Der er relativ drejning mellem det tunge skovlhjul og motorakselen, således at der kræves bærende lejer. Skovlhjulet er tungt, fordi det bærer skovlene.

2) Eftersom det store tandhjul er forbundet med drivakselen, tilføres et stort start-drejningsmoment fra en motor (2-3 gange så stort som motorens normale drejningsmoment) 5 direkte og "impulsivt" på det store tandhjuls tænder og på anslaget på skovlhjulet. Dette medfører brud på tandhjulets tænder og anslaget. Især startes og standses en tunnelventilator mange gange om dagen, således at tandhjulets tænder og anslaget gentagne gange udsættes for beskadigelse som følge af anslagsdrejningsmomentet ved start.

3) Tunnelventilatoren roterer som følge af naturlig luftstrømning i en tunnel, selvom 10 motoren er standset. Hvis yderligere et antal ventilatorer er monteret på et loft i tunnelen, vil nogle af disse rotere, medens andre ikke gør det. Derfor bliver de hvilende ventilatorer lejlighedsvis roteret (løst løbende rotation) af vinde, som frembringes med de elektrisk roterende ventilatorer. Hvis denne løst løbende rotation eller frigangsbevæ-gelse for ventilatoren når en høj hastighed, indvirker en centrifugalkraft på skovlene, 15 således at en friktionskraft tilføres til et leje for skovlens aksel. Således er skovlhjulet og dets aksel fastgjort. Som et resultat overføres det drivende drejningsmoment ikke via anslaget i det danske patentskrift, men overføres til skovlhjulet via motorakslen, det store tandhjul og de små tandhjul. Hvis dette sker, kan skovlene ikke dreje i omvendt retning. Dette kan forekomme, hvis den fra det danske patent kendte ventilator anven-20 des. For at undgå denne ulempe, bør motoren således være forsynet med en konstruktionsmæssigt komplicerende bremse for at forhindre løst løbende rotation.

Opfindelsen har til formål at tilvejebringe en aksialventilator af den indledningsvis angivne art, som ikke er behæftet med de ovenstående ulemper, som er anført i forbindelse med den fra DK patent nr. 70616 kendte aksialventilator.

25 Dette formål opnås ifølge opfindelsen ved, at aksialventilatoren er indrettet som angivet i krav l's kendetegnende del.

3 DK 173253 B1 I denne ventilator er skovlhjulet fastgjort til motorakselen. Det store tandhjul er understøttet af en separat aksel. Bt dæmpningsorgan er fastgjort til enden af det store tandhjulsaksel. Skovlhjulet roterer med motorakslen. Det store tandhjul roterer ikke før det rammer stopperne, således at de små tandhjul først roterer. Når de små tandhjul roterer, 5 roterer de tilhørende skovle i modsat retning. Dæmpningsorganet sikrer skovlenes vendbarhed og tjener til at dæmpe anslags drejningsmomentet ved start, så tandhjulenes tænder med mere ikke udsættes for det direkte og "impulsive" anslags drejningsmoment ved start. I den foreliggende opfmdelse afhænger reverseringen af skovlene af den relative vinkelforskel mellem skovlhjulet og det store tandhjul, og det store tandhjul 10 standses eller bremses af dæmpningsorganet. Således er reverseringen af skovlene ifølge opfindelsen altid mulig.

Dæmpningsorganet frembyder en modstand, som har tilbøjelighed til at forringe ventilatorens virkningsgrad. Derfor er der ved en viderudvikling af ventilatoren ifølge opfindelsen tilvejebragt en kobling, som kan frakoble forbindelsen mellem det store tandhjuls-15 aksel og dæmpningsorganet. Når skovlene er drejet helt i den omvendte retning, bliver dæmpningsorganet derfor afbrudt fra det store tandhjul, f.eks. på en elektromagnetisk måde. Derfor udgør dæmpningsorganet ikke en modstand, når ventilatoren ifølge opfindelsen virker ved en normal drift. Ventilatoren ifølge opfindelsen virker ved normal drift efter vending af skovlene er afsluttet.

20 Opfindelsen forklares i den efterfølgende detaljerede beskrivelse i forbindelse med tegningen, hvor fig. 1 viser en udformning af en aksialventilator ifølge en foretrukken udførelsesform ifølge opfindelsen, fig. 2 og 3 forklarer, hvorledes den ovenfor nævnte udførelsesform virker, 25 fig. 4 er et billede af en anden udførelsesform ifølge opfindelsen, 4 DK 173253 B1 fig. 5 er et tidsskema, som viser hvorledes udførelsesformen i fig. 4 virker, fig. 6 og 7 viser en yderligere udførelsesform, fig. 8 er et skematisk billede af en installation af én konventionel ventilator, fig. 9 og 10 er billeder til at forklare problemer med den kendte teknik, og 5 fig. 11 og 12 er billeder, som hhv. viser yderligere udførelsesformer ifølge opfindelsen.

De foretrukne udførelsesformer ifølge opfindelsen vil nu blive beskrevet sammen med tegningsfigureme.

Den i fig. 1 viste ventilators 82 motor 1 er anbragt på understøtningsstivere 2 ved midten af ventilatorens 82 hus 3. Til motorens 1 aksel 4 er fastgjort et skovlhjul 5. Et antal 10 gennemgående huller 6 er boret i skovlhjulet 5 langs periferien heraf, og en aksel 7 er roterbart indsat i hvert gennemgående hul 6. Ved den ene ende af hver aksel 7, som stikker ud fra skovlhjulet 5, er der fastgjort en med akslen 7 bevægelig skovl 8 med strømlinieformet tværsnit, medens der ved den anden ende af akslen 7, som er inde i skovlhjulet 5, er fastgjort et lille tandhjul 9. Et stort tandhjul 10 er roterbart anbragt inde 15 i skovlhjulet 5, parallelt med skovlhjulets 5 bagvæg 11 med dets center værende i niveau med motorakslen 4, således at det kan være i indgreb med de små tandhjul 9. På den udad vendende ende af det store tandhjuls 10 aksel 12 er der anbragt en impeller 13, som er optaget i et hylster 14. Hylsteret 14 er fastgjort til ventilatorhuset 3 og fyldt med olie 15. Impelleren 13, hylsteret 14 og olien 15 tjener i kombination som dæmpningsorganer, 20 hvilket skal beskrives i det efterfølgende.

Et fremspring 16 er tildannet ved det store tandhjuls 10 bagside, medens to fremspring 17 og 18 er udformet ved forsiden af bagvæggen 11. De sidstnævnte fremspring kaldes hhv. en stopper 17 for normal omdrejningsretriing og en stopper 18 for omvendt omdrej- 5 DK 173253 B1 ningsretning. Disse stoppere 17 og 18 er anbragt på en måde som vist i fig. 2, således at det store tandhjul 10 ved normal omdrejningsretning kan dreje til den optimale position for normal omdrejningsretning, dvs. det drejer, indtil stopperen 17 for normal omdrejningsretning støder på fremspringet 16, medens det store tandhjul 10 ved omvendt 5 omdrejningsretning kan dreje sig til den optimale position for denne omvendte omdrejningsretning, nemlig indtil stopperen 18 for omvendt omdrejningsretning støder på fremspringet 16.

Når ventilatoren 82 er koblet til normal omdrejningsretning, begynder skovlhjulet 5, som er forbundet med motorakslen 4, at rotere, og såvel de små tandhjul 9 som det store 10 tandhjul 10 begynder at rotere. Samtidig begynder impelleren 13, som er anbragt på det store tandhjuls 10 aksel 12, også at rotere sammen med olien 15 inde i hylsteret 14, således at en modstandskraft påføres det store tandhjul 10 på grund af olien 15, dvs. via impelleren 13. Rotationen af de store tandhjul 10 forsinkes derfor i forhold til skovlhjulet 5, og de små tandhjul 9 roteres ved hjælp af det store tandhjul 10 inde i skovlhjulet 15 5, idet hver bevægelige skovl 8 roterer sammen med dens respektive aksel 7.

Når de store tandhjuls 10 fremspring 16 møder stopperen 17, vil den relative bevægelse mellem skovlhjulet 5 og det store tandhjul 10 derefter stoppe som vist i fig. 2, således at de begge roterer sammen med samme hastighed. På dette tidspunkt er hver bevægelig skovl 8, som vist i fig. 3a, blevet ført til den optimale position, og derfor sikres effektiv 20 ventilation.

Ved modsat omdrejningsretning af ventilatoren 82 roterer motoren 1 i modsat retning og ligeså det store tandhjul 10.1 dette tilfælde roterer det store tandhjul 10 som ovenfor nævnt langsommere end skovlhjulet 5 på grund af modstanden fra impelleren 13. Denne relative bevægelse fortsætter, som vist i fig. 2, indtil fremspringet 16 når stopperen 18.

25 Derefter roterer det store tandhjul 10 og skovlhjulet 5 sammen og hver skovl 8 er, som vist i fig. 3b, skråtstillet til den optimale ventilations vinkel, således at den leder vind på den mest effektive måde. Det forstås fra den ovenfor nævnte forklaring, at de bevægeli- 6 DK 173253 B1 ge eller vendbare skovle 8 automatisk drejes til den optimale position og derved ventilerer effektivt, når motoren 1 begynder at rotere enten i normal eller i modsat omdrejningsretning.

I fig. 4 er vist en anden udførelsesform ifølge opfindelsen, hvor der er indrettet en 5 elektromagnetisk kobling 19 mellem det store tandhjuls 10 aksel 12 og impelleren 13, således at effektoverføring derimellem kan styres. I dette tilfælde aktiveres den elektromagnetiske kobling 19, som vist i fig. 5, for at forbinde det store tandhjul 10 med impelleren 13 omtrent samtidigt med, at motoren 1 aktiveres. Og når motoren 1 roterer, overføres en modstandskraft til det store tandhjul 10 fra impelleren 13, hvorved de 10 bevægelige skovle 8 drejes til de optimale positioner. Når skovlene 8 fastgjort på deres aksler 7 har fuldført deres drejning og efter motoren 1 har nået sin påtænkte rotationshastighed, frigøres den elektromagnetiske kobling 19 automatisk, således at det store tandhjul 10 og impelleren 13 bliver adskilt indbyrdes. Den elektromagnetiske kobling 19 aktiveres og deaktiveres automatisk ved hjælp af en timer (der ikke er vist), således 15 at koblingen 19 kun aktiveres i tiden ΔΤ. Derfor er impelleren 13 og det store tandhjul 10 kun forbundet med hinanden, medens de vendbare skovle ændrer deres vinkel, og efter at motoren har nået dens forudbestemte hastighed og de bevægelige skovle 8 har nået deres optimale positioner, drives impelleren 13 ikke længere af motoren 1, hvorved den til sidst standser. Som følge heraf er energitabet på grund af modstandskraften fra 20 impelleren minimeret.

Når den elektromagnetiske kobling 28 er slået fra, holdes de vendbare skovle 8 ved deres optimale positioner, idet der er friktion ved lejerne på grund af centrifugalkraften på de vendbare skovle 8. Hvis der imidlertid er et stort moment, som forsøger at reducere skovlvinklen (stigningsvinkelreduktionsmoment) er der mulighed for at stignings-25 vinklen for de vendbare skovle kan ændres af vægtklodser 20, som er fastgjort til skovlakslen 7. Momentet Ml tilvejebragt af centrifugalkraften på den bevægelige skovl 8 opvejes af momentet M2 tilvejebragt ved hjælp af vægtklodseme 20, hvorved den optimale vinkel for den bevægelige skovl er bibeholdt.

7 DK 173253 B1

Imidlertid kan andet fluidum end olie fyldes op i hylsteret 14. Skovlhjulet 5 er ikke nødvendigvis anbragt på motorakslen 4. For eksempel kan motoren 1 og skovlhjulet 5 være forbundet med hinanden ved hjælp af tandhjulene 22 og 23, som vist i fig. 11, når ventilatorens 82 motoraksel 4 strækker sig under skovlhjulets 5 aksel 21. I de viste 5 tilfælde er rotationsresponset for skovlhjulet 5 i forhold til rotationen af motorakslen 4 hurtigere end ved de foregående udførelsesformer, idet tandhjulet 22 er større end tandhjulet 23.

Endvidere kan der som vist i fig. 12 anvendes en elektromagnetisk pulverkobling i dæmpningsorganet. I dette tilfælde er der anbragt en rotor 30 i niveau med det store 10 tandhjul 10, og rotoren 30 er forbundet med det store tandhjuls 10 aksel 12 ved hjælp af en kobling 31. Rotoren er roterbart anbragt i hylsteret 14 fastgjort til ventilatorens 82 hus 3. Der er anbragt magnetisk pulver 32 mellem rotoren 30 og hylsteret 14, og der er anbragt en spole 33 omkring hylsteret 14 langs periferien heraf. Det generelle henvisningstal 34 er en forbindelse til kraftkilden (ikke vist), og det generelle henvisningstal 15 35 angår en magnetisk fluks skillering. Når den magnetiske energi tilføres til spolen 33, exiteres det magnetiske pulver 32 og det overgår til fast form. Derved forbindes hylsteret 14 og rotoren 30 med hinanden, således at rotoren ikke længere er roterbar, hvorved den standser det store tandhjul 10. Efter der er slukket for den elektriske energi til spolen 33, returnerer det magnetiske pulver 32 fra den ovenfor nævnte faste tilstand til pulverfor-20 met tilstand og frigører rotoren 30 fra hylsteret 14. Styrken af forbindelsen mellem rotoren 30 og hylsteret 14 tilvejebragt ved hjælp af det magnetiske pulver 32, kan styres ved at justere strømstyrken, der leveres til spolen 33. Lignende funktion af den ovenfor beskrevne kobling tilvejebragt ved hjælp af dsmpningsorganeme, tilvejebringes endvidere ved hjælp af den elektromagnetiske kraft (f.eks. ved hjælp af hvirvelstrøm), der 25 exiteres på rotoren 30 og hylsteret 14.1 dette tilfælde er det magnetiske pulver 32 ikke nødvendigt.

De ovenfor nævnte udførelsesformer har følgende fordele.

8 DK 173253 B1 (i) Det er muligt automatisk at ændre stigningsvinklen for hver strømlinieformet bevægelige skovl 8 til en optimal vinkel ved anvendelse af ventilatorens 82 rotationsenergi, hvilket fører til en effektiv ventilation. Desuden reduceres støjniveauet sammenlignet med de konventionelle ventilatorer.

5 (ii) Idet der ikke kræves nogen yderligere drivmekanisme til ventilatoren 82, kan de konventionelle ventilatorer modificeres til ventilatoren ifølge opfindelsen.

Claims (9)

9 DK 173253 B1

1. Aksialventilator (82), især tunnelventilator, med vendbare skovle (8) anbragt på den ydre periferi af et skovlhjul (5), idet hver vendbare'skovl (8) er fastgjort på en aksel (7), 5 som er drejelig lejret i radial retning i et hul (6) i skovlhjulet (5) og strækker sig ind i dette, hvor det bærer et på akselen (7) fastgjort lille tandhjul (9), som er i indgreb med et stort tandhjul (10) i skovlhjulets (5) plan, og der er indrettet stoppere (17, 18) til at stoppe det store tandhjul (10) ved forudbestemte positioner i forhold til skovlhjulet (5) ved normal henholdsvis omvendt omdrejningsretning for ventilatoren (82), kende-10 tegnet ved, at skovlhjulet (5) er i drivforbindelse med en motordrevet rotationsaksel (4, 21), at det store tandhjul (10) er drejeligt lejret i niveau med skovlhjulet (5) på en akseltap (12), der ved sin anden ende er forbundet med et dæmpningsorgan (13,14,15, 30), der dæmper det store tandhjuls (10) drejebevægelse, og der derved kan frembringes en relativ vinkelforskel mellem skovlhjulet (5) og det store tandhjul (10) efter opstart af 15 ventilatoren (82).

2. Ventilator (82) ifølge krav 1,kendetegnet ved, at dæmpningsorganeme omfatte en impeller (13) anbragt på den forlængede ende af det store tandhjuls (10) aksel (12), et hylster (14) til at huse impelleren (13), og fluidum (15), fortrinsvis olie, fyldt på i hylsteret (14).

3. Ventilator (82) ifølge krav 2, kendetegnet ved en kobling, der kan frakoble forbindelsen mellem det store tandhjuls (10) aksel (12) og impelleren (13).

4. Ventilator (82) ifølge krav 3, kendetegnet ved, at koblingen er en elektromagnetisk kobling (19).

5. Ventilator (82) ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved, at 25 skovlhjulet (5) er fastgjort til motorens (1) roterende aksel (4). 10 DK 173253 B1

6. Ventilator (82) ifølge ethvert af kravene 1 til 4, k e n d e t e g n e t ved, at skovlhjulet (5) er forbundet med motorens (1) roterende aksel (4) via tandhjul (22, 23).

7. Ventilator (82) ifølge ethvert af kravene 3 til 6, kendetegnet ved, at vægtklodser (20) er fastgjort til de bevægelige skovle (8) for at undertrykke rotationen af de 5 bevægelige skovle (8) om deres pågældende aksler (7).

8. Ventilator (82) ifølge ethvert af de foregående krav, kendetegnet ved, at hylsteret (14) indeholder en rotor (30), der er forbundet med det store tandhjul (10) ved hjælp af en kobling (31), at magnetisk pulver (32) er anbragt mellem rotoren (30) og hylsteret (14), og at en spole (33) er anbragt rundt om hylsteret (14), således at det 10 magnetiske pulver (32) kan antage fast form og derved forbinde rotoren (30) med hylsteret (14).

9. Ventilator (82) ifølge krav 8, kendetegnet ved, at rotoren (30) og hylsteret (14) er forbundet med hinanden på dæmpende måde ved hjælp af den elektromagnetiske kraft tilvejebragt af spolen (33) eller en hvirvelstrøm fra spolen (33), når den elektriske 15 energi leveres til spolen (33).