EP0143235B2 - Axial ventilator without guide ring, especially for ventilating heat exchangers - Google Patents

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EP0143235B2
EP0143235B2 EP84111075A EP84111075A EP0143235B2 EP 0143235 B2 EP0143235 B2 EP 0143235B2 EP 84111075 A EP84111075 A EP 84111075A EP 84111075 A EP84111075 A EP 84111075A EP 0143235 B2 EP0143235 B2 EP 0143235B2
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EP
European Patent Office
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vane
housing part
impeller
guide ring
fan
Prior art date
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EP84111075A
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German (de)
French (fr)
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EP0143235B1 (en
EP0143235A1 (en
Inventor
Manfred Dr. Sellmann
Walter Dipl.-Ing. Koch
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication of EP0143235A1 publication Critical patent/EP0143235A1/en
Application granted granted Critical
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/52Casings; Connections of working fluid for axial pumps
    • F04D29/522Casings; Connections of working fluid for axial pumps especially adapted for elastic fluid pumps
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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    • F04D29/26Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/32Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/325Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps for axial flow fans

Definitions

  • the invention relates to a stator-less axial fan, in particular for ventilation of heat exchangers, according to the preamble of claim 1; such an axial fan is known from DE-A-25 21 416.
  • the inside diameter of the housing piece which adjoins the housing part encasing the flow-active part of the fan, to increase by about 25% by leaps and bounds;
  • the inside diameter of the housing piece which adjoins the housing part encasing the flow-active part of the fan, to increase by about 25% by leaps and bounds;
  • the required amount of air should leave the fan with a speed profile that is as uniform as possible and a swirl component that is as low as possible, as a result of which flow noises on the components that are to be flowed and cooled are kept small.
  • the maximum dimensions of such fans are prescribed for reasons of installation. Since the suction and pressure sides of the fans are still accessible, protective grilles must be fitted there for safety reasons, which in themselves conflict with the aforementioned requirements.
  • axial fans for use in water coolers are known, in which the fan blades are rounded at their ends and run in a housing that consists of a cylindrical part and a downstream, expanding Part exists.
  • the housing expands steadily without jumping into a funnel, the lateral surfaces of which follow a quarter circle in the side view. Because of this housing structure, the air flow leaves the housing largely in the radial direction with deliberate use of the coander effect.
  • the AT-PS 240653 discloses a cooling fan also with a housing which is continuously opening towards the outflow side and is referred to as an air guide ring, in which the fan blades protrude beyond the housing on both sides. Here, too, the air flow exits the fan radially.
  • DE-OS 31 29 236 finally relates to the mechanical attachment of an air guide housing to an axial fan.
  • the fan blades run in a fan ring that widens steadily towards the outlet side and radially deflects the pumped air
  • An axial fan is already known from DE-A-2 327125, the housing of which is provided with an extension, which begins on the outflow side either steplessly or step-wise behind the impeller or already within the impeller area;
  • extension which begins on the outflow side either steplessly or step-wise behind the impeller or already within the impeller area;
  • rounded downstream corners of the blades in cooperation with a housing that has been expanded in a certain way are neither described nor illustrated. To reduce noise, only the lowest possible speed is used.
  • a construction has proven to be a particularly expedient design for the entire fan housing, which is provided with an abruptly expanded diffuser housing part, which is characterized in that a total opening or diameter ratio of 1.03 ⁇ D 2 / D A for the diffuser housing part: 9 1.25, and an entire axial length of 0.10 D a ⁇ l ⁇ 0.5 D D a vorgesenhen, where D a is approximately the inside width of the fan housing in the region of the impeller, and D 2 is the greatest diameter of the diffuser Designated housing part.
  • a technically particularly advantageous design of the diffuser housing part is characterized in that for this housing part, a sudden expansion beginning behind the impeller with a pitch angle: 15 ° ⁇ ⁇ 1 60 60 ° to a diameter dimension of 1.02 D A D D 21 ⁇ D 2 and a subsequent gradual expansion with the pitch angle 0 ° ⁇ 2 ⁇ 10 ° to the diameter dimension D 2 is provided.
  • the diffuser housing part consists of a piece of pipe widened in the area of its expansion by means of a corresponding stamp.
  • the impeller design provided according to the configuration deviates from the previously mentioned or generally recommended values, it has surprisingly been shown that the fan according to the invention with the special design parameters for the blade profile while observing the required values for volume flow and maximum pressure at a certain percentage this volume flow as well as given maximum installation conditions and the lowest possible peripheral speed as well as a low hub ratio, tear-off phenomena do not occur in the impeller and the flow is closer to the state of a uniform speed change for a given volume flow than with larger, known hub ratios and that the absolute amount of this speed is lower.
  • the blade wheel design provided according to the invention with a high work distribution in the outer area of the blade unexpectedly results in a further improvement in combination with the housing design according to the invention and the wing edge rounding with regard to the most uniform possible speed distribution with reduced peak values behind the fan and thus, despite the high delivery capacity, a further noise reduction, which in total results in a reduction from 3 to 4 dB (A).
  • a fan unit consisting essentially of a drive motor M with a fan wheel LR attached to its output shaft with blades S1-S8 is arranged in a surrounding housing, which consists of a first housing part G1 directly surrounding the fan unit M, LR and a second diffuser housing part G2.
  • a protective grille SG is attached to both the inlet and the outlet side of the housing.
  • a second diffuser housing part G2 of abruptly enlarged clear width in the distance range of ⁇ 0.31 a to the downstream corners of the blades S1-S8- is connected on the outlet side to the first housing part G1 surrounding the fan unit M, LR , size 2, the chord length of the blade profile in the outer cut, and starting point of the spacing area on the impeller side starting from non-rounded corners.
  • a sudden expansion behind the impeller LR in the aforementioned sense is initially with a pitch angle: 15 ° 5 ⁇ 1 ⁇ 60 ° except for a diameter dimension: 1.02 D 2 ⁇ D 21 ⁇ D 2 , which is followed by a gradual expansion with a pitch angle: 0 ° ⁇ 2 ⁇ 10 ° to the diameter dimension D 2 ;
  • a diffuser housing part designed in this way is expediently produced from a tube piece initially corresponding to the diameter dimension D A , which is widened by a stamping die having the external dimensions of the extension.
  • a total opening diameter ratio is provided for the diffuser housing part G2: 1.03 D D 2 / D A 1 1.25 and a total axial length: 0.10 D A l l D 0,5 0.5 D a , where D A denotes the inside width of the fan housing (first housing part G1) in the region of the impeller LR and D 2 the largest diameter of the diffuser housing part G2 on its outlet side.
  • the entire blade profile can be determined on the basis of the usual calculation methods for profiled blades of compressors and fans; the overlap ratios customary and recommended for the construction of axial impellers are to be used as a basis.

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen leitradlosen Axialventilator, insbesondere zur Belüftung von Wärmetauschern, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1; ein derartiger Axialventilator ist aus der DE-A-25 21 416 bekannt.The invention relates to a stator-less axial fan, in particular for ventilation of heat exchangers, according to the preamble of claim 1; such an axial fan is known from DE-A-25 21 416.

Bei dem bekannten schallgedämpften Axialventilator mit einer von einem Gehäuse umschlossenen Ventilatoreinheit ist vorgesehen, den lichten Durchmesser des Gehäusestückes, welches sich an das den strömungsaktiven Teil des Ventilators ummantelnden Gehäuseteil anschließt, um etwa 25 % sprunghaft zu vergrößern; spezielle Konstruktionsparameter für eine Laufradauslegung, eine spezifische Abrundung der abströmseitigen Schaufelecken der Schaufeln des Laufrades sowie über das Vorhandensein eines zumindest abströmseitigen Schutzgitters fehlen im bekannten Fall.In the known sound-damped axial fan with a fan unit enclosed by a housing, it is provided that the inside diameter of the housing piece, which adjoins the housing part encasing the flow-active part of the fan, to increase by about 25% by leaps and bounds; There are no special design parameters for an impeller design, a specific rounding of the downstream blade corners of the blades of the impeller, and the presence of an at least downstream protective grille in the known case.

Eine typische Anforderung an Ventilatoren der eingangs genannten Art, insbesondere wenn sie zum Betrieb in Verbindung mit Kühlern eingesetzt werden sollen, ist die Forderung nach einer bestimmten Freiblasemenge, d.h. einer bestimmten geförderten Luftmenge ohne wesentlichen statischen Druckunterschied, bei gleichzeitiger Forderung nach einem Mindestluftdruck bei einem bestimmten Prozenzsatz dieser Luftmenge, z. B. bei einer wegen Kühlervereisung oder Kühler- bzw. Filterverschmutzung um 30 - 40 % vermindenen Freiblasemenge. Weiterhin soll die geforderte Luftmenge den Ventilator mit möglichst gleichmäßigem Geschwindigkeitsprofil und möglichst geringer Drallkomponente verlassen, wodurch Strömungsgeräusche an den beströmten und zu kühlenden Bauteilen klein bleiben. Ferner sind aus Einbaugründen die Maximalabmessungen derartiger Ventilatoren vorgeschrieben. Da weiterhin Saug- und Druckseite der Ventilatoren zugänglich sind, müssen aus Sicherheitsgründen dort Schutzgitter angebracht sein, die an sich den zuvor genannten Forderungen nachteilig entgegenstehen.A typical requirement for fans of the type mentioned at the outset, in particular if they are to be used for operation in conjunction with coolers, is the requirement for a certain amount of free air, i.e. a certain amount of air conveyed without a significant static pressure difference, while at the same time calling for a minimum air pressure at a certain percentage of this amount of air, e.g. B. in the case of a cooler icing or cooler or filter contamination reducing the amount of free air by 30 - 40%. Furthermore, the required amount of air should leave the fan with a speed profile that is as uniform as possible and a swirl component that is as low as possible, as a result of which flow noises on the components that are to be flowed and cooled are kept small. Furthermore, the maximum dimensions of such fans are prescribed for reasons of installation. Since the suction and pressure sides of the fans are still accessible, protective grilles must be fitted there for safety reasons, which in themselves conflict with the aforementioned requirements.

Aus der DE-OS 2411 225 sowie der US-PS 4173995 sind Axiallüfter zur Verwendung bei Wasserkühlem bekannt, bei denen die Lüfter-Schaufelblätter an ihrem Ende abgerundet sind und in einem Gehäuse laufen, das aus einem zylindrischen Teil und einem ausströmseitig anschließenden, sich erweiternden Teil besteht. Das Gehäuse erweitert sich dabei stetig ohne Sprung zu einem Trichter, dessen Mantelflächen in der Seitenansicht einem Viertelkreis folgen. Wegen dieser Gehäusestruktur verläßt der Luftstrom das Gehäuse unter bewußter Ausnutzung des Coandereffektes weitgehend in radialer Richtung.
Die AT-PS 240653 offenbart ein Kühlgebläse ebenfalls mit einem sich zur Ausströmseite stetig öffnenden, als Luftführungsring bezeichneten Gehäuse, bei dem die Gebläse-Schaufelblätter zu beiden Seiten über das Gehäuse vorstehen. Auch hier tritt der Luftstrom radial aus dem Gebläse aus.
From DE-OS 2411 225 and US-PS 4173995 axial fans for use in water coolers are known, in which the fan blades are rounded at their ends and run in a housing that consists of a cylindrical part and a downstream, expanding Part exists. The housing expands steadily without jumping into a funnel, the lateral surfaces of which follow a quarter circle in the side view. Because of this housing structure, the air flow leaves the housing largely in the radial direction with deliberate use of the coander effect.
The AT-PS 240653 discloses a cooling fan also with a housing which is continuously opening towards the outflow side and is referred to as an air guide ring, in which the fan blades protrude beyond the housing on both sides. Here, too, the air flow exits the fan radially.

Die DE-OS 31 29 236 schließlich betrifft die mechanische Anbringung eines Luftführungsgehäuses an einem Axiallüfter. Die Lüfterschaufeln laufen in einem sich zur Austrittsseite stetig erweiternden Lüfterring, der die gefördete Luft radial ablenktDE-OS 31 29 236 finally relates to the mechanical attachment of an air guide housing to an axial fan. The fan blades run in a fan ring that widens steadily towards the outlet side and radially deflects the pumped air

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, einen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 ausgebildeten Axialventilatorzu schaffen, der einen weitgehend axialen Luftaustritt erreichbarwerden läßt und der es zuläßt, den spezifischen Schalleistungspegel zu senken, ohne daß die Notwendigkeit einer Vergrößerung bzw. Veränderung der Einbauverhältnisse besteht wie z.B. der Entfernung von Schutzgittem und ohne daß eine Verschlechterung des Laufradwirkungsgrades eintritt.In contrast, it is an object of the invention to provide an axial fan designed according to the preamble of claim 1, which allows a largely axial air outlet to be reached and which allows the specific sound power level to be reduced without the need to increase or change the installation conditions, e.g. the removal of protective grids and without a deterioration in the impeller efficiency.

Die lösung der gestellten Aufgabe gelingt erfindungsgemäß durch die Lehre des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche.The object is achieved according to the invention by the teaching of claim 1. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

Zwar ist durch die DE-A-2 327125 bereits ein Axialventilator bekannt, dessen Gehäuse mit einer Erweiterung versehen ist, das auf der Abströmseite entweder hinter dem Laufrad stufenlos bzw. stufenförmig oder bereits innerhalb des Laufradbereiches beginnt; abgerundete abströmseitige Ecken der Schaufeln im Zusammenwirken zu einem in bestimmter Weise erweiterten Gehäuse werden jedoch weder beschrieben noch zeichnerisch dargestellt Zur Geräuschminderung wird gezielt nur das Mittel einer möglichst geringen Drehzahl eingesetzt.An axial fan is already known from DE-A-2 327125, the housing of which is provided with an extension, which begins on the outflow side either steplessly or step-wise behind the impeller or already within the impeller area; However, rounded downstream corners of the blades in cooperation with a housing that has been expanded in a certain way are neither described nor illustrated. To reduce noise, only the lowest possible speed is used.

Es hat sich in überraschender Weise gezeigt, daß durch die erfindungsgemäße Kombination der Abrundung der abströmseitigen Ecken der Schaufeln in Verbindung mit einem sprunghaft erweiteren umgebenden Gehäuse im Widerspruch zur Lehrbuchmeinung, nach derdie Vergrößerung des mittleren Luftspaltes zwischen Laufrad und umgebenden Gehäuse an sich eine Geräuschpegelanhebung erwarten läßt und außerdem die maximal mögliche Druckerzeugung (Abreißpunkt) bei größeren Lufspalten verschlechtert wird, trotzdem keine Geräuschanhebung in Kauf genommen werden muß.It has been found, surprisingly, that G through the inventive combination of the rounding of the downstream corners of the vanes in conjunction with a sharply of enlargement of the surrounding housing contrary to Lehrbuchmeinun after derdie increasing the mean air gap between the impeller and the surrounding housing expect to a noise increase lets and also the maximum possible pressure generation (tear-off point) deteriorates with larger air gaps, nevertheless no noise increase has to be accepted.

Als besonders zweckmäßige Konstruktionsauslegung für das gesamte, mit einem sprunghaft erweiterten Diffusor-Gehäuseteil versehene Ventilatorgehäuse hat sich eine Konstruktion erwiesen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß für das Diffusor Gehäuseteil ein Gesamtöffnungs- bzw. Durchmesserverhältnis von 1,03 ≤ D2/DA:9 1,25 und eine gesamte axiale Länge von 0,10 DA ≤ ℓD ≤ 0,5 DA vorgesenhen ist, wobei DA etwa die lichte Weite des Ventilatorgehäuses im Bereich des Laufrades und D2 den größten Durchmesser des Diffusor-Gehäuseteils bezeichnet.A construction has proven to be a particularly expedient design for the entire fan housing, which is provided with an abruptly expanded diffuser housing part, which is characterized in that a total opening or diameter ratio of 1.03 ≤ D 2 / D A for the diffuser housing part: 9 1.25, and an entire axial length of 0.10 D a ≤ ℓ ≤ 0.5 D D a vorgesenhen, where D a is approximately the inside width of the fan housing in the region of the impeller, and D 2 is the greatest diameter of the diffuser Designated housing part.

Eine herstellungstechnisch besonders günstige Ausführung des Diffusor-Gehäuseteils ist dadurch gekennzeichnet, daß für diesen Gehäuseteil zunächst eine hinter dem Laufrad beginnende plötzliche Erweiterung mit einem Steigungswinkel: 15° ≤ α1 ≤ 60° bis auf ein Durchmessermaß: 1,02 DA ≤ D21 ≤ D2 und eine anschließende allmähliche Erweiterung mit dem Steigungswinkel 0° < α2 ≤ 10° auf das Durchmessermaß D2 vorgesehen ist. In vorteilhafter Weise besteht der Diffusor Gehäuseteil dabei aus einem im Bereich seiner Erweiterung mittels eines entsprechenden Prägestempels aufgeweiteten Rohrstück.A technically particularly advantageous design of the diffuser housing part is characterized in that for this housing part, a sudden expansion beginning behind the impeller with a pitch angle: 15 ° α α 1 60 60 ° to a diameter dimension of 1.02 D A D D 21 ≤ D 2 and a subsequent gradual expansion with the pitch angle 0 ° <α 2 ≤ 10 ° to the diameter dimension D 2 is provided. In an advantageous manner, the diffuser housing part consists of a piece of pipe widened in the area of its expansion by means of a corresponding stamp.

Die erzielbaren Vorteile der erfindungsgemäßen Konstruktion des umgebenden Ventilatorgehäuses in Kombination mit der vorgesehenen Flügelkantenabrundung lassen sich im Sinne derAufgabenstellung vorliegender Erfindung dadurch noch weiter verbessern, daß nach einer Ausgestaltung der Erfindung ein Laufrad für einen leitradlosen Axialventilator mit über den Umfang der Laufradnabe einer Ventilatoreinheit gleichmäßig bzw. ungleichmäßig verteilt angeordneten verwundenen profilierten Schaufeln mit derart gewöbter Skelettlinie, daß der Relativbetrag (f/f) von Wölbungshöhe (f) der Skelettlinie über Schaufelsehne zu Abstandslänge (f) zwischen Worder- und Hinterkante einer Schaufel im Bereich: 0,02 ≤ f/ℓ ≤ 0,1 liegt, vorgesehen ist, wobei das Laufrad nach einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung durch folgende weitere Konstruktionsparameter gekennzeichnet ist:

Figure imgb0001
mit folgenden Definitionen:

  • Da = Außendurchmesser des Laufrades;
  • D, = Nabendurchmesser des Laufrades;
  • a = Sehnenlänge zwischen Vorderkante und Hinterkante des Schaufelprofils im Außenschnitt;
  • 1 = Sehnenlängezwischen Vorderkante und Hinterkante des Schaufelprofils im Innenschnitt;
  • γA = Schaufeleinstellwinkel am Außenschnitt einer Schaufel gegen Umfangsrichtung D (Drehrichtung) gemessen;
  • γl = Schaufeleinstellwinkel am Innenschnitt einer Schaufel gegen Umfangsrichtung D (Drehrichtung) gemessen.
The achievable advantages of the construction according to the invention of the surrounding fan housing in combination with the provided wing edge rounding can be further improved in the sense of the task of the present invention in that, according to one embodiment of the invention, an impeller for a statorless axial fan with a fan unit that is uniform over the circumference of the impeller hub or unevenly distributed twisted profiled blades with such a curved skeleton line that the relative amount (f / f) from the curvature height (f) of the skeleton line over the blade chord to the distance length (f) between the front and rear edge of a blade in the range: 0.02 ≤ f / ℓ ≤ 0.1, is provided, the impeller according to an embodiment of the invention being characterized by the following further construction parameters:
Figure imgb0001
with the following definitions:
  • D a = outer diameter of the impeller;
  • D, = hub diameter of the impeller;
  • a = chord length between the front edge and the rear edge of the blade profile in the outer cut;
  • 1 = chord length between the front edge and the rear edge of the blade profile in the internal cut;
  • γ A = blade pitch angle measured on the outer cut of a blade against circumferential direction D (direction of rotation);
  • γ l = blade pitch angle measured on the inside cut of a blade against circumferential direction D (direction of rotation).

Auch die nach dieser Ausgestaltung vorgesehenen speziellen Konstruktionsparameter einer Flügelradauslegung liegen außerhalb der von der Fachliteratur empfohlenen Richtlinien, nach denen folgendes gilt:The special construction parameters of an impeller design provided according to this configuration are also outside the guidelines recommended by the specialist literature, according to which the following applies:

Ausgehend vom lehrbuchmäßigen Stand der Technik sind zur Lösung der gestellten Aufgabe folgende Maßnahmen erfolgversprechend:

  • a) Verringerung des Nabenverhältnisses Di/Da zur Erzielung einer möglichst gleichmäßigen Geschwindigkeitsverteilung und damit geringen Geräuschentwicklung,
  • b) Erhöhung der Druckziffer,
  • c) Erhöhung der Volumenziffer.
Based on the state of the art in textbooks, the following measures promise to solve the task:
  • a) Reduction of the hub ratio Di / Da in order to achieve the most uniform possible speed distribution and thus low noise,
  • b) increasing the print number,
  • c) Increase the volume figure.

Diese drei dem Durchschnittsfachmann bekannten Auslegungsgrößen für Ventilatoren sind miteinander derart verkettet, daß die Größen a) und c) im gleichen Sinne jedoch entgegengesetzt zur Dimensionsgröße b) wirken. Durch die Vorgabe maximaler Einbauverhältnisse sowie von erforderlichem Druck und erforderlichem Volumenstrom sind die Dimensionsgrößen: Druckziffer und Volumenziffer dadurch festgelegt, daß man versuchen wird, die Umfangsgeschwindigkeit bzw. Drehzahl des Laufrades aus Geräuschgründen möglichst klein zu halten. Der minimale zugehörige Wert der Umfangsgeschwindigkeit ist jedoch durch einen von der Bauart, insbesondere vom Nabenverhältnis D/Da des Laufrades abhängigen maximal möglichen Wert für die Druckziffer bestimmt. Als Auslegungsregel kann bekannterweise hierfür gelten, daß zum Erzielen eines guten Wirkungsgrades der Wert für die Druckziffer umso kleiner wird, je größer der Wert der Volumenziffer ist. Dieser Zusammenhang ist aus der einschlägigen Literatur als Cordier-Kurve bekannt. Aus dem Lehrbuch 'Ventilatoren" von Bruno Eck, 1972, S.271, Abb.265, sind darüber hinaus modifizierte Zusammenhänge zwischen der Druckziffer und der Volumenziffer bzw. der davon linear abhängigen dimensionslosen Größen der Durchmesserzahl und Schnellaufzahl bekannt. In Abhängigkeit von diesen Größen wird in dem genannten Lehrbuch jeweils ein Nabenverhältnis empfohlen, mit dem ein optimaler Wert in Verbindung mit einem guten Wirkungsgrad gewährleistet werden kann. Ein wesentliches Abweichen von den empfohlenen Wenen soll zur Folge haben, daß kein guter Wirkungsgrad erreichbar ist und insbesondere daß bei Unterschreitung der lehrbuchmäßig empfohlenen Werte des Nabenverhältnisses ein Abreißen der Strömung im Nabenbereich und eine entsprechende höhere Geräuschbildung eintreten.These three design sizes for fans known to the person skilled in the art are linked to one another in such a way that sizes a) and c) act in the same sense, however, in the opposite direction to dimension size b). By specifying the maximum installation conditions and the required pressure and volume flow, the dimension sizes: pressure number and volume number are determined by trying to keep the peripheral speed or speed of the impeller as low as possible for noise reasons. However, the minimum associated value of the peripheral speed is determined by a maximum possible value for the pressure figure, which depends on the design, in particular on the hub ratio D / D a of the impeller. As a rule of thumb, it is known that the greater the value of the volume figure, the smaller the value for the pressure figure, in order to achieve good efficiency. This relationship is known from the relevant literature as the Cordier curve. From the textbook 'Ventilatoren' by Bruno Eck, 1972, p.271, Fig.265, modified relationships between the pressure figure and the volume figure or the linearly dependent dimensionless sizes of the number of diameters and rapid number are known. Depending on these sizes In the textbook mentioned, a hub ratio is recommended in each case, with which an optimal value in connection with a good degree of efficiency can be guaranteed recommended values of the hub ratio, the flow in the hub area is broken off and a correspondingly higher noise level occurs.

Obwohl die nach der Ausgestaltung vorgesehene Laufradauslegung von den zuvor genannten bzw. allgemein empfohlenen Werten abweicht, hat sich trotzdem in überraschender Weise gezeigt, daß der erfindungsgemäße Ventilator mit den speziellen Konstruktionsparametern für das Schaufelprofil unter Einhaltung der geforderten Werte für Volumenstrom und Maximaldruck bei einem bestimmten Prozentsatz dieses Volumenstroms sowie bei gegebenen Maximaleinbauverhältnissen und möglichst geringer Umfangsgeschwindigkeit sowie einem geringen Nabenverhältnis Abreißerscheinungen im Laufrad nicht auftreten und die Strömung dem Zustand einer gleichmäßigen Geschwindigkeitsveneilung bei gegebenem Volumenstrom näher liegt als bei größeren, bekannten Nabenverhältnissen und daß der absolute Betrag dieser Geschwindigkeit geringer ist. Außerdem ergibt die erfindungsgemäß vorgesehene Schaufelradauslegung mit hoher Arbeitsverteilung im Schaufelaußenbereich in unerwarteterweise in Kombination mit der erfindungsgemäßen Gehäuseausführung und Flügelkantenabrundung eine weitere Verbesserung im Hinblick auf eine möglichst gleichmäßige Geschwindigkeitsverteilung mit reduzierten Spitzenwerten hinter dem Ventilator und somit trotz hoher Förderleistung eine weitere Geräuschminderung, die insgesamt eine Absenkung von 3 bis 4 dB(A) ermöglicht.Although the impeller design provided according to the configuration deviates from the previously mentioned or generally recommended values, it has surprisingly been shown that the fan according to the invention with the special design parameters for the blade profile while observing the required values for volume flow and maximum pressure at a certain percentage this volume flow as well as given maximum installation conditions and the lowest possible peripheral speed as well as a low hub ratio, tear-off phenomena do not occur in the impeller and the flow is closer to the state of a uniform speed change for a given volume flow than with larger, known hub ratios and that the absolute amount of this speed is lower. In addition, the blade wheel design provided according to the invention with a high work distribution in the outer area of the blade unexpectedly results in a further improvement in combination with the housing design according to the invention and the wing edge rounding with regard to the most uniform possible speed distribution with reduced peak values behind the fan and thus, despite the high delivery capacity, a further noise reduction, which in total results in a reduction from 3 to 4 dB (A).

Außerdem hat sich gezeigt, daß der Druckverlust an einem nach einer Ausgestaltung vorgesehenen austrittsseitigen Schutzgitter geringer ist, was zu einer weiteren Geräuschreduzierung infolge geringerer zu erbringender Luftleistung und infolge reduzierter Strömungsgeräusche führt.In addition, it has been shown that the pressure loss at an outlet-side protective grille provided according to one embodiment is lower, which leads to a further reduction in noise as a result of lower air output and as a result of reduced flow noise.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden im folgenden anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels in der Zeichnung näher erläutert; darin zeigen:

  • Fig. 1 die Seitenansicht einer in einem Ventilatorgehäuse angeordneten Ventilatoreinhelt eines leitradlosen Axialventilators,
  • Fig. 2 eine stimseitige Draufsicht auf die Anordnung gemäß Fig. 1,
  • Fig. 3 einen vergrößerten Teilausschnitt der Darstellung in Fig.l,
  • Fig. 4 eine radiale Draufsicht auf einen Teil der als Abwicklung dargestellten Nabenoberfläche mit der Darstellung eines schaufelprofils im Innen- und im Außenschnitt.
The invention and further advantageous embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to a schematically illustrated embodiment in the drawing; show in it:
  • 1 is a side view of a fan unit arranged in a fan housing of an axial fan without stator,
  • 2 is a frontal top view of the arrangement of FIG. 1,
  • 3 is an enlarged partial section of the illustration in Fig.l,
  • Fig. 4 is a radial plan view of a part of the hub surface shown as a development with the representation of a blade profile in the inner and outer cut.

Gemäß Fig. 1, 2 ist eine im wesentlichen aus einem Antriebsmotor M mit auf dessen Abtriebswelle befestigtem Lüfterrad LR mit Schaufeln S1-S8 bestehende Lüftereinheit in einem umgebenden Gehäuse angeordnet, das sich aus einem unmittelbar die Ventilatoreinheit M, LR umgebenden ersten Gehäuseteil G1 und einem zweiten Diffusor-Gehäuseteil G2 zusammensetzt. Sowohl an der Eintritt- als auch an der Austrittsseite des Gehäuses ist jeweils ein Schutzgitter SG befestigt.1, 2, a fan unit consisting essentially of a drive motor M with a fan wheel LR attached to its output shaft with blades S1-S8 is arranged in a surrounding housing, which consists of a first housing part G1 directly surrounding the fan unit M, LR and a second diffuser housing part G2. A protective grille SG is attached to both the inlet and the outlet side of the housing.

Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß sich an den unmittelbardie Ventilatoreinheit M, LR umgebenden ersten Gehäuseteil G1 austrittsseitig ein zweiter Diffusor-Gehäuseteil G2 von sprunghaft vergrößerter lichter Weite im Abstandsbereich von ± 0,31a zu den abströmseitigen Ecken der Schaufeln S1-S8- anschließt, wobei die Größe 2, die Sehnenlänge des Schaufelprofils im Außenschnitt bezeichnet und als Ausgangspunkt des Abstandsbereichs laufradseitig von nicht abgerundeten Ecken ausgegangen wird.According to the invention, it is provided that a second diffuser housing part G2 of abruptly enlarged clear width in the distance range of ± 0.31 a to the downstream corners of the blades S1-S8- is connected on the outlet side to the first housing part G1 surrounding the fan unit M, LR , size 2, the chord length of the blade profile in the outer cut, and starting point of the spacing area on the impeller side starting from non-rounded corners.

Um einerseits in Lufttechnisch günstiger Weise eine sprunghafte Erweiterung des Gehäuses zu erreichen und andererseits diese Erweiterung mit möglichst geringem Fertigungsaufwand herstellen zu können, ist nach der Erfindung für den Diffusor-Gehäuseteil G2 eine plötzliche Erweiterung hinter dem Laufrad LR im vorgenannten Sinne zunächst mit einem Steigungswinkel: 15° 5 α1 ≤ 60° bis auf ein Durchmessermaß: 1,02 D2 ≤ D21 ≤ D2 vorgesehen, dem sich eine anschließende allmähliche Erweiterung mit einem Steigungswinkel: 0° < α2 ≤ 10° auf das Durchmessrmaß D2 anschließt; zweckmäßigerweise wird ein derart ausgebildeter Diffusor-Gehäuseteil aus einem dem Durchmessermaß DA zunächst entsprechenden Rohrstück hergestellt, das durch einen die Außenmaße der Erweiterung aufweisenden Prägestempel aufgeweitet ist.In order to achieve an abrupt expansion of the housing on the one hand in terms of ventilation technology, and on the other hand to be able to produce this expansion with the least possible manufacturing outlay, according to the invention for the diffuser housing part G2, a sudden expansion behind the impeller LR in the aforementioned sense is initially with a pitch angle: 15 ° 5 α 1 ≤ 60 ° except for a diameter dimension: 1.02 D 2 ≤ D 21 ≤ D 2 , which is followed by a gradual expansion with a pitch angle: 0 ° <α 2 ≤ 10 ° to the diameter dimension D 2 ; A diffuser housing part designed in this way is expediently produced from a tube piece initially corresponding to the diameter dimension D A , which is widened by a stamping die having the external dimensions of the extension.

Gemäß der Erfindung ist für das Diffusor-Gehäuseteil G2 ein Gesamtöffnungs-Durchmesserverhältnis: 1,03 ≤ D2/DA≤1,25 und eine gesamte axiale Länge: 0,10 DA ≤ℓD≤ 0,5 Da vorgesehen, wobei DA etwa die lichte Weite des Ventilatorgehäuses (erster Gehäuseteil G1) im Bereich des Laufrades LR und D2 den größten Durchmesser des Diffusor-Gehäuseteils G2 an seiner Austrittseite bezeichnet.According to the invention, a total opening diameter ratio is provided for the diffuser housing part G2: 1.03 D D 2 / D A 1 1.25 and a total axial length: 0.10 D A ℓ ℓ D 0,5 0.5 D a , where D A denotes the inside width of the fan housing (first housing part G1) in the region of the impeller LR and D 2 the largest diameter of the diffuser housing part G2 on its outlet side.

Wie inbesondere aus Fig. 3 ersichtlich, ist im Sinne eines guten Lufradwirkungsgrades bei gleichzeitiger hoher Geräuscharmut in Kombination mit der erfindungsgemäßen Aufweitung des Gehäuses im Bereich des Diffusor-Gehäuseteils G2 vorgesehen, daß zumindest die abströmseitigen Ecken der Schaufeln S1-S8 entsprechend einem Krümmungsradius von 0,1 ℓa ≤ r ≤ 0,2 ℓa abgerundet sind.As can be seen in particular from FIG. 3, in the sense of a good pneumatic wheel efficiency with simultaneous high low noise in combination with the inventive expansion of the housing in the region of the diffuser housing part G2, it is provided that at least the downstream corners of the blades S1-S8 correspond to a radius of curvature of 0 , 1 ℓ a ≤ r ≤ 0.2 ℓ a are rounded off.

Weiterhin ist in Kombination mit den Vorgenannten Konstruktionsparametem des Ventilatorgehäuses und der abströmseitigen Ecken der Schaufeln unter Bezugnahme auf die Teilabwicklung der Nabe N gemäß Fig. 4 mit den dort eingetragenen Bezugsgrößen für die Drehrichtung D, die Luftströmungsrichtung L und eine im Außen- und Innenschnitt dargestellte Schaufel eine erfindungsgemäße Laufradkonstruktion durch folgende Konstruktionstparameter gekennzeichnet:

  • Da = Außendurchmesser des Laufrades.
  • Dj = Nabendurchmesser des Laufrades;
  • a = Sehnenlänge zwischen Vorderkante und Hinterkante des Schaufelprofils im Außenschnitt;
  • 1 = Sehnenlänge zwischen Vorderkante und Hinterkante des Schaufelprofils im Innenschnitt;
  • Ya = Schaufeleinstellwinkel am Außenschnitt einer Schaufel gegen Umfangsrichtung D( Drehrichtung) gemessen;
  • γl = Schaufeleinstellwinkel am Innenschnitt einer Schaufel gegen Umfangsrichtung D (Drehrichtung) gemessen.
Furthermore, in combination with the aforementioned construction parameters of the fan housing and the downstream corners of the blades with reference to the partial development of the hub N according to FIG. 4 with the reference values entered there for the direction of rotation D, the air flow direction L and a blade shown in the outer and inner cut an impeller construction according to the invention is characterized by the following construction parameters:
  • D a = outer diameter of the impeller.
  • D j = hub diameter of the impeller;
  • a = chord length between the front edge and the rear edge of the blade profile in the outer cut;
  • 1 = chord length between front edge and rear edge of the blade profile in the internal cut;
  • Ya = blade pitch angle measured on the outer cut of a blade against circumferential direction D (direction of rotation);
  • γ l = blade pitch angle measured on the inside cut of a blade against circumferential direction D (direction of rotation).

Mit den vorgenanten Konstruktionsparametern ist das gesamte Schaufelprofil unter Zugrundelegung der üblichen Berechnungsverfahren für profilierte Schaufeln von Verdichtern und Ventilatoren bestimmbar; dabei sind die bei Konstruktionen von Axiallaufrädern üblichen und empfohlenen Überdeckungsverhältnisse zugrundezulegen.With the aforementioned construction parameters, the entire blade profile can be determined on the basis of the usual calculation methods for profiled blades of compressors and fans; the overlap ratios customary and recommended for the construction of axial impellers are to be used as a basis.

Claims (6)

1. Axial fan without guide ring, particularly for the ventilation of heat exchangers, having a first housing part which directly surrounds a fan unit, and a second diffusor housing part directly adjoining on the outflow side and having an abruptly increased internal width, characterised in that at least the downstream comers at the outer edge of the vanes (S1-S8) of the fan unit (M; LR) are rounded (radius of curvature r), and in that the beginning of the abruptly increased internal width of the diffusor housing part (G2) is located at a distance in the region of ± 0.3 Ia from the point of intersection of the prolongation of the rear edge of the vane, on the one hand, and the vane chord, on the other hand, in the region of the downstream corners of the vanes (S1-S8) of the impeller (LR), where the diffusor housing part has an abrupt widening, starting after the impeller (LR), having an angle of divergence of 15° 5 a1 ≤ 60° up to a diameter dimension of 1.02 DA ≤ D21 ≤ D2 and an adjoining gradual widening having an angle of divergence of 0° < α2 ≤10° to the diameter dimension D2, with a total opening ratio or diameter ratio of 1.03 ≤ D2/DA ≤1.25 and an overall axial length of 0.10 DA ≤ ID ≤ 0.5 DA, where la is the chord length of the vane profile at the outer section, DA is the internal width of the first housing part (G1) and D2, is the largest diameter of the diffuser housing part (G2).
2. Axial fan without guide ring according to Claim 1, characterised in that the diffusor housing part ( G2) consists of a tubular element which has been expanded in the region of its widening by means of a expanded in the region of its widening by means of a corresponding press die.
3. Axial fan without guide ring according to Claim 1 or 2, characterised in that the first housing part (G1) and the diffusor housing part (G2) together form an integral tubular element.
4. Axial fan without guide ring according to one of Claims 1 to 3, characterised in that the diffusor housing part (G2) is provided on the outflow side with a protective screen (SG).
5. Axial fan without guide ring according to Claim 1, characterised in that the downstream corners of the vanes (S1-S8) are rounded according to a radius of curvature of 0.1 · la ≤ r ≤ 0.3 la.
6. Axial fan without guide ring having twisted, profiled vanes which are arranged so as to be uniformly or non-uniformly distributed around the periphery of the impeller hub of a fan unit, the mean camber line of a vane being curved in such a way that the ratio (f/l) of height of curvature (f) of the mean camber line relative to the vane chord to the spacing length (I) between the front and rear edges of a vane is in the range of 0.02 5 f/l ≤ 0.1, according to one of Claims 1 to 5, characterised by the following design parameters of the fan unit impeller:
Figure imgb0003
with the following definitions:
Da = external diameter of the impeller,
Dl = hub diameter of the impeller,
la = chord length between the front and rear edges of the vane profile at the outer section;
Il = chord length between the front and rear edges of the vane profile at the inner section;
ya = vane adjustment angle at the outer section of a vane, measured in the peripheral direction D (direction of rotation);
yi =vane adjustment angle atthe innersection of a vane, measured in the peripheral direction D (direction of rotation).
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