EP0340471B1 - Radiallüfter mit integriertem Schmutzabscheider - Google Patents
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- EP0340471B1 EP0340471B1 EP89106120A EP89106120A EP0340471B1 EP 0340471 B1 EP0340471 B1 EP 0340471B1 EP 89106120 A EP89106120 A EP 89106120A EP 89106120 A EP89106120 A EP 89106120A EP 0340471 B1 EP0340471 B1 EP 0340471B1
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- 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
- 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. grilles with mat filters) and periodic maintenance or considerable installation volumes (e.g. acceleration filters) with the 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 collecting container for dust, snow and water drops, which is circular in cross section and 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 blower, 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. Apart from the rather complex design of such a combination, the noise generated by the axial fans used is considerable or disruptive at the necessary high speed.
- GB-PS 821,574 The subject of GB-PS 821,574 is a dust separator. Dust-laden air arrives laterally from below or below into an antechamber, where it is set into an upward helical movement by fixed guide vanes, which is caused by a fan at the outlet of a separation chamber. All of the air supplied to the dust collector must be passed through an annular gap between the fan and the fins.
- screens are installed in the wall of the separator housing, which guide part of the dust into a dust outlet.
- the invention has for its object to provide a radial fan with integrated dust or dirt separator for electric traction vehicles, which is characterized by a small footprint, acceptable noise and high separation efficiency.
- it should also offer the possibility of easily changing operating conditions, e.g. Winter use to be customizable.
- 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.
- control devices can be configured as adjustable slats, e.g. be activated by a common adjustment and locking means, be formed, which e.g. is important for winter use 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.
- the inflow end of the air guide 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 top 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 separating space 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 increasing the 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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Description
- 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 Lufaustrittsseite 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.
- Gegenstand der GB-PS 821,574 ist ein Staubabscheider. Staubbeladene Luft gelangt von unten oder unten seitlich in eine Vorkammer, wird dort durch feststehende Leitschaufeln in eine nach oben gerichtete helixartige Bewegung versetzt, welche durch einen Ventilator am Ausgang einer Trennkammer verursacht wird. Die gesamte, den Staubabscheider zugeführte Luft muss durch einen Ringspalt zwischen Ventilator und Lamellen hindurchgeleitet werden. Zusätzlich sind in der Wandung des Abscheidergehäuses Blenden eingebaut, welche einen Teil des Staubes in einen Staubauslass leiten.
- Ausgehend vom Bekannten liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Radiallüfter mit integrierter Staub- bzw. Schmutzabscheider für elektrische Triebfahrzeuge zu schaffen, der sich durch geringen Platzbedarf, annehmbare Geräuschentwicklung und hohen Abscheidungswirkungsgrad auszeichnet. Darüber hinaus soll er auch die Möglichkeit bieten, in einfacher Weise an geänderte Betriebsbedingungen, z.B. Wintereinsatz, anpassbar zu sein.
- Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die in den Patentansprüchen gekennzeichneten Merkmale.
- 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.
- 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.
- 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.
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