EP0340471A2 - Radiallüfter mit integriertem Schmutzabscheider - Google Patents

Radiallüfter mit integriertem Schmutzabscheider Download PDF

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EP0340471A2
EP0340471A2 EP89106120A EP89106120A EP0340471A2 EP 0340471 A2 EP0340471 A2 EP 0340471A2 EP 89106120 A EP89106120 A EP 89106120A EP 89106120 A EP89106120 A EP 89106120A EP 0340471 A2 EP0340471 A2 EP 0340471A2
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ABB AB
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ABB Asea Brown Boveri Ltd
Asea Brown Boveri AB
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    • F04D29/701—Suction grids; Strainers; Dust separation; Cleaning especially adapted for elastic fluid pumps
    • F04D29/703—Suction grids; Strainers; Dust separation; Cleaning especially adapted for elastic fluid pumps specially for fans, e.g. fan guards
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
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    • F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
    • F04D29/44—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
    • F04D29/46—Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable
    • F04D29/462—Fluid-guiding means, e.g. diffusers adjustable especially adapted for elastic fluid pumps

Definitions

  • the invention relates to a radial fan, which is arranged coaxially in a cylindrical air duct housing, with axial inflow and essentially axial outflow through an annular space between the radial impeller and the housing wall.
  • the invention relates to a state of the art, as it is for example from the special print of the magazine "Electric trains” 7/1987, "The electric locomotives RE 414 of the BT and the SZU with three-phase current technology" (publication no. CH-VT 1371 87D by the applicant), p. 7, picture 10.
  • Modern electric traction vehicles require large amounts of cooling air to cool the electrical and electronic apparatus installed on the traction vehicle and to cool the traction motors.
  • This cooling air is drawn in via ventilation grilles or blinds using axial or radial fans. After flowing through the various coolers or traction motors, the heated air exits outside.
  • suction paths must be designed so that entrained dust, snow and rain are largely separated from the components to be cooled.
  • Previously used separators either require large suction areas (e.g. grids with Mat filters) and periodic maintenance or considerable installation volume (e.g. acceleration filter) with installation of additional flushing devices.
  • a centrifugal separator for separating dust, snow and water drops from the cooling air for an electrical machine consisting of a cylindrical housing, an air flow guide body and a collection container for dust, snow and water drops which is circular in cross section and is attached to the cylindrical housing.
  • an axial counterflow fan consisting of two fans rotating against each other;
  • An axial air flow guide body is provided on the air outlet side of the counterflow fan, which on the one hand has radially three-dimensionally curved guide vanes on the air outlet side of the counterflow fan, which are fastened in the cylindrical housing and deflect the air flow spirally around the air flow guide body and on the other hand has radially three-dimensionally oppositely curved guide vanes at its end. which are attached to the inside of the cylindrical collecting container which is connected to the cylindrical housing and has an annular opening in the direction of the counterflow fan.
  • the collecting container is designed in the shape of a screw and has a nozzle-shaped outlet opening, the screw being designed to fall in the direction of this outlet opening.
  • the noise generated by it is used Axial fan considerably or disruptively at the necessary high speed.
  • the invention has for its object to provide a radial fan with integrated dirt separation, which is characterized by a small footprint, acceptable noise removal and high separation efficiency.
  • this object is achieved in that, at the level of the fan wheel of the radial fan, the housing wall is provided over its entire circumference with guide devices which form outflow channels or screens between them, through which a fraction of the air conveyed by the radial fan can be guided in a separation space, which separating space essentially completely surrounds the outflow space.
  • the guide devices are preferably formed in one piece with the housing wall and are formed by wall parts bent out of the wall by a few angular degrees. In this way, they act as baffle plates, on which dirt can settle, but which is entrained in the outflow channel due to the high flow velocity.
  • the amount of purging air flowing through these channels can be adapted to the respective operating conditions, purging air amounts between 10 and 15% of the total amount of air conveyed by the radial fan proving to be expedient.
  • the guide devices can be designed as adjustable slats, which are activated, for example, by a common adjusting and locking means, which gave way, for example, for winter use is where large amounts of flying snow have to be separated.
  • a radial fan wheel 3 driven by a motor 2 is arranged concentrically in a cylindrical air guide housing 1 and held by a motor mount 4.
  • the motor mount 4 is supported on the air duct housing 1 via radial webs 5.
  • the air duct housing 1 continues on the outflow side via a flange connection 6 in an outflow pipe 7.
  • the air conveyed by the centrifugal fan is fed from there to the individual machine and system parts to be cooled, such as air / oil coolers, traction motors, etc. (cf. the cooling concept shown in Figure 12 in the magazine "Electric Railways" mentioned at the beginning).
  • the inflow end of the air duct housing 1 is also connected via a flange connection 8 to an inflow pipe 9, which leads to the air inflow openings on the upper part of the locomotive box (see upper side view in Figure 10, op. Cit.).
  • the wall of the air duct housing 1 is provided with guide devices.
  • these consist of lamellae 10 which are made in one piece with the wall and are bent outwards therefrom and which extend uniformly over the entire wall circumference.
  • a separating space 11 designed as an annular channel with a cross section widening in the direction of rotation of the fan surrounds the wall zone formed by the bent-out slats 10.
  • the separation chamber 11 is connected via a flange connection 12 to a pipe 13, which preferably leads to the underside of the locomotive box.
  • the amount of purge air can be increased by Aperture or adjustment of the slats 10 are enlarged. This is shown schematically in the development of the subject of the invention according to FIG. 3.
  • the connection between the outflow space 14 of the fan and the separating space 11 is made through openings 15 in the wall of the ventilation housing 1.
  • slats 16 serving as guide devices can be pivoted, e.g. attached via a self-locking hinge 17.
  • the opening angle of the slats 16 determines the amount of purge air through the openings 15.

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Abstract

Bei einem insbesondere für Triebfahrzeuge geeigneten Radiallüfter wird ein 10-15 % grosser Teil der geförderten Luftmenge radial durch Leiteinrichtungen (10), welche gleichzeitig als Abscheider dienen, aus dem Kühlluftweg geleitet, der Hauptanteil gelangt nach 90°-Umlenkung zu den Kühlern. Auf diese Weise werden Schmutzteile wie Staub, Schnee, Sprühwasser etc. wirksam von den Kühlern ferngehalten.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Radiallüfter, der koaxial in einem zylindrischen Luftführungsgehäuse angeordnet ist, mit axialer Zuströmung und im wesentlichen axialer Abströmung durch einen Ringraum zwischen Radiallüfterrad und Gehäusewand. Die Erfindung nimmt dabei Bezug auf einen Stand der Technik, wie er sich beispielsweise aus dem Sonderdruck der Zeitschrift "Elek­trische Bahnen" 7/1987, "Die elektrischen Lokomotiven RE 414 der BT und der SZU mit Drehstromtechnik" (Druckschrift Nr. CH-­VT 1371 87D der Anmelderin), S. 7, Bild 10, ergibt.
    • Technologischer Hintergrund und Stand der Technik
  • Moderne elektrische Triebfahrzeuge erfordern grosse Kühlluft­mengen zur Kühlung der auf dem Triebfahrzeug installierten elektrischen und elektronischen Apparate und zur Kühlung der Fahrmotoren. Diese Kühlluft wird über Lüftungsgitter oder Ja­lousien mittels Axial- oder Radialventilatoren angesaugt. Nach Durchströmen der verschiedenen Kühler bzw. der Fahrmotoren tritt die erwärmte Luft wieder ins Freie aus.
  • Die Ansaugwege müssen so ausgebildet sein, dass mitgerissener Staub, Schnee und Regen zum grossen Teil vor den zu kühlenden Komponenten abgeschieden werden. Bisher gebräuchliche Abschei­der erfordern entweder grosse Ansaugflächen (z.B. Gitter mit Mattenfiltern) und periodische Wartung oder aber beträchtliche Einbauvolumen (z.B. Beschleunigungsfilter) mit Installation zusätzlicher Spüleinrichtungen.
  • Mit speziell aufgebauten Lüftungsgittern, wie sie beispiels­weise im Buch von Sachs "Elektrische Triebfahrzeuge", 2. Auf­lage, Band 1, Springer Verlag, Wien/New York 1973, S. 721-728, beschrieben sind, lassen sich die heutigen Anforderungen in be­stimmten Fällen nicht mehr erfüllen.
  • Ein Weg zur Erhöhung des Abscheidungswirkungsrades ist in der AT-PS 375 843 beschrieben. Aus dieser Druckschrift ist ein Fliehkraftabscheider zur Abscheidung von Staub, Schnee und Wassertropfen aus der Kühlluft für eine elektrische Maschine bekannt, bestehend aus einem zylindrischen Gehäuse, einem Luft­stromführungskörper und einem im Querschnitt kreisringförmigen am zylindrischen Gehäuse befestigten Auffangbehälter für Staub, Schnee und Wassertropfen. In dem zylindrischen Gehäuse ist ein axiales Gegenstromgebläse, bestehend aus zwei gegeneinander ro­tierenden Lüftern; an der Luftaustrittsseite des Gegenstromge­bläses ist ein axialer Luftstromführungskörper vorgesehen, wel­cher einerseits bei der Luftaustrittsseite des Gegenstromge­bläses radial dreidimensional gekrümmte Leitschaufeln aufweist, die im zylindrischen Gehäuse befestigt sind und den Luftstrom spiralförmig um den Lufstromführungskörper ablenken und an­dererseits an seinem Ende radial dreidimensional entgegenge­setzt gekrümmte Leitschaufeln aufweist, die innen an dem zylin­drischen Auffangbehälter befestigt sind, der mit dem zylindri­schen Gehäuse verbunden ist und eine kreisringförmige Oeffnung in Richtung des Gegenstromgebläses aufweist.
  • Der Auffangbehälter ist schneckenförmig ausgebildet und besitzt eine düsenförmige Auslassöffnung, wobei die Schnecke in Rich­tung dieser Auslassöffnung fallend ausgebildet ist.
  • Abgesehen von der recht aufwendigen Bauart einer derartigen Kombination ist die Geräuschbildung durch die dabei verwendeten Axiallüfter bei der notwendigen hohen Drehzahl erheblich bzw. störend.
    • Kurze Darstellung der Erfindung
  • Ausgehend vom Bekannten liegt der Erfindung die Aufgabe zu­grunde, einen Radiallüfter mit integrierter Schmutzabscheidung zu schaffen, der sich durch geringen Platzbedarf, annehmbare Geräuschentwinklung und hohen Abscheidungswirkungsgrad aus­zeichnet.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass auf der Höhe des Lüfterrades des Radialventilators die Gehäusewand über ihren gesamten Umfang mit Leiteinrichtungen versehen ist, die zwischen sich Ausströmkanäle bzw. Blenden bilden, durch welche ein Bruchteil der vom Radialventilator geförderten Luft in einem Abscheideraum führbar ist, welcher Abscheideraum den Abströmraum im wesentlichen vollständig ringförmig umgibt.
  • Die Leiteinrichtungen sind dabei vorzugsweise einstückig mit der Gehäusewand ausgebildet und durch um wenige Winkelgrade aus der Wand herausgebogene Wandteile gebildet. Auf diese Weise wirken sie als Prallplatten, auf denen sich intermediär Schmutz absetzen kann, der jedoch infolge der hohen Strömungs­geschwindigkeit im Ausströmkanal mitgerissen wird.
  • Die durch diese Kanäle strömende Spülluftmenge kann den jewei­ligen Betriebsverhältnissen angepasst werden, wobei sich Spül­luftmengen zwischen 10 bis 15 % der gesamten vom Radialventi­lator geförderten Luftmenge als zweckmässig erweisen.
  • Um extrem ändernden Betriebszuständen Rechnung zu tragen, kön­nen die Leiteinrichtungen als verstellbare Lamellen, die z.B. durch ein gemeinsames Verstell- und Arretiermittel aktiviert werden, ausgebildet sein, was z.B. für den Wintereinsatz wich­ tig ist, wo grosse Mengen Flugschnee abgeschieden werden müs­sen.
  • Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nach­folgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausfüh­rungsbeispiels näher erläutert.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • In der Zeichnung zeigt
    • Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Radialventilaor mit integrierter Schmutzabscheidung;
    • Fig. 2 einen Querschnitt durch Fig. 1 längs deren Linie AA;
    • Fig. 3 eine Abwandlung von Fig. 1 mit der Möglichkeit der Verstellung der Leiteinrichtung im vergrösserten Massstab.
    Detaillierte Beschreibung der Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels
  • In Fig. 1 ist in einem zylindrischen Luftführungsgehäuse 1 ein von einem Motor 2 angetriebenes Radiallüfterrad 3 konzentrisch angeordnet und von einem Motorträger 4 gehalten. Der Motorträ­ger 4 stützt sich über radiale Stege 5 am Luftführungsgehäuse 1 ab. Das Luftführungsgehäuse 1 setzt sich abströmseitig über eine Flanschverbindung 6 in einem Abströmrohr 7 fort. Die vom Radialventilator geförderte Luft wird von dort aus den einzel­nen zu kühlenden Maschinen- und Anlageteilen wie Luft/Oel-Küh­lern, Fahrmotoren etc. zugeführt (vgl. hierzu das in Bild 12 dargestellte Kühlkonzept in der eingangs genannten Zeitschrift "Elektrische Bahnen").
  • Das einströmseitige Ende des Luftführungsgehäuses 1 ist gleich­falls über eine Flanschverbindung 8 mit einem Zuströmrohr 9 verbunden, das an die Lufteinströmöffnungen am Oberteil des Lokomotivkastens führt (vgl. obere Seitenansicht im Bild 10, a.a.O.).
  • Auf der Höhe des Radiallüfterrades 3 ist die Wand des Luftfüh­rungsgehäuses 1 mit Leiteinrichtungen versehen. Diese bestehen im Beispielsfall aus einstückig mit der Wand ausgeführten und aus dieser nach aussen herausgebogenen Lamellen 10, die sich über den gesamten Wandumfang gleichmässig verteilt erstrecken. Ein als Ringkanal ausgebildeter Abscheideraum 11 mit einem sich in Drehrichtung des Ventilators erweiternden Querschnitt umgibt die durch die herausgebogenen Lamellen 10 gebildete Wandzone. Der Abscheideraum 11 ist über eine Flanschverbindung 12 mit einem Rohr 13 verbunden, das vorzugsweise an die Unterseite des Lokomotivkastens führt.
  • Gelangen beim Betrieb des Lüfters mit der Ansaugluft Staub, Spritzwasser etc. in den Radiallüfter, so wirkt auf die Luft und diese Masseteilchen unterschiedliche Fliehkraft. Die Unmit­telbar nach dem Radaustritt erfolgende 90°-Umlenkung in axialer Richtung bewirkt eine Trennung von Luft und in ihr enthaltenen Masseteilchen und eine direkte Abscheidung der mit grösserer Fliehkraft (als die Luft) behafteten Masseteilchen an den La­mellen 10. Durch die Zwischenräume zwischen den einzelnen Lamellen 10 gebildete Oeffnungen (Blenden) strömt ein Bruchteil der vom Radialventilator geförderten Luft (typisch 10-15 %) als Spülluft und reisst wegen der hohen Strömungsgeschwindigkeit in den Blenden die abgeschiedenen Masseteilchen mit. Durch die Spiralform des Abscheideraums wird sichergestellt, dass die Abscheidewirkung über den gesamten Umfang etwa gleichmässig ist. Anstelle einer 360°-Spirale, wie sie in Fig. 2 veranschau­licht ist, können auch zwei 180°-Spiralen vorgesehen werden.
  • Um unterschiedlichen Schmutzmengen Rechnung zu tragen, z.B. bei Winterbetrieb, kann die Spülluftmenge durch Vergrösserung der Blenden bzw. Verstellen der Lamellen 10 vergrössert werden. In der Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes nach Fig. 3 ist dies schematisch dargestellt.
  • Die Verbindung zwischen dem Ausströmraum 14 des Ventilators und dem abscheideraum 11 ist durch Durchbrüche 15 in der Wand des Lüftungsgehäuses 1 bewerkstelligt. An den zwischen den Durch­brüchen verbleibenden Stegen sind als Leiteinrichtung dienende Lamellen 16 schwenkbar, z.B. über ein selbstklemmendes Schar­nier 17, befestigt. Der Oeffnungswinkel der Lamellen 16 be­stimmt die Spülluftmenge durch die Durchbrüche 15.

Claims (5)

1. Radiallüfter, der koaxial in einem zylindrischen Luftfüh­rungsgehäuse (1) angeordnet ist, mit axialer Zuströmung und im wesentlichen axialer Abströmung durch einen Ring­raum (14) zwischen Radiallüfterrad (3) und Gehäusewand, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Höhe des Radiallüf­terrades (3) die Gehäusewand über ihren gesamten Umfang mit Leiteinrichtungen (10,16) versehen ist, die zwischen sich Ausströmkanäle (15) oder Blenden bilden, durch welche ein Bruchteil der vom Radialventilator (3) geförderten Luft in einemn Abscheideraum (11) führbar ist, welcher Abscheideraum (11) den genannten Ringraum (14) im wesent­lichen ringförmig umgibt.
2. Radiallüfter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abscheideraum (11) einen sich in Drehrichtung des Ra­dialventilators (3) erweiternden Querschnitt aufweist.
3. Radiallüfter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­net, dass die Leiteinrichtungen als einstückig mit der Gehäusewand ausgeführte Lamellen (10) ausgebildet sind.
4. Radiallüfter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­net, dass die Leiteinrichtungen als verstellbare Lamellen (16) ausgebildet sind, die an der Gehäusewand schwenkbar befestigt sind.
5. Radiallüfter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen den Leiteinrichtungen abströmende Spülluft 10-15 % der vom Radialventilator (3) geforderten Luftmenge beträgt.
EP89106120A 1988-04-30 1989-04-07 Radiallüfter mit integriertem Schmutzabscheider Expired - Lifetime EP0340471B1 (de)

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EP0340471A2 true EP0340471A2 (de) 1989-11-08
EP0340471A3 EP0340471A3 (en) 1990-01-17
EP0340471B1 EP0340471B1 (de) 1992-06-24

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EP (1) EP0340471B1 (de)
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AU (1) AU620607B2 (de)
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DE (2) DE3814721A1 (de)
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