EP0616132A1

EP0616132A1 - Radialgebläse, insbesondere für Gebläsebrenner

Info

Publication number: EP0616132A1
Application number: EP94103308A
Authority: EP
Inventors: Peter Dipl.-Ing. Bruns; Hagen Dipl.-Ing. Heuer; Ernst Dipl.-Ing. Claussen
Original assignee: Koerting Hannover GmbH
Current assignee: Koerting Hannover GmbH
Priority date: 1993-03-17
Filing date: 1994-03-04
Publication date: 1994-09-21
Also published as: DE9303936U1

Abstract

Die Wärmeübertragungswirkungsgrade von Heizkesseln werden ständig verbessert. Die Verbesserung dieser Wirkungsgrade bedingt aber auch eine Erhöhung der Strömungswiderstände, so daß auch die Druckziffern von Gebläsen verbessert werden müssen. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Radialgebläse, insbesondere für Gebläsebrenner, zu schaffen, das mit einer sehr steilen Kennlinie, d.h. mit einer Druckziffer größer 6 arbeitet. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Radialgebläse (1) gelöst, dessen Einlaufdüse (3) derart zur Laufradachse (8) versetzt ist, daß, etwa Ende des zweiten Quadranten beginnend und bis in den Bereich der Gehäusezunge (10) reichend, zwischen dem Laufrad (6) und der eingezogenen Wandung (15) der Einlaufdüse (3) ein sichelförmiger Seitenkanal (17) gebildet ist, der aus dem diffusorartigen Spiralgehäuse in den Laufradinnenraum (18) führt. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Radialgebläse, insbesondere für Gebläsebrenner, mit einem in einem Spiralgehäuse umlaufenden Laufrad und einer axialen Lufteinlaufdüse, die in einer Höhe in das Spiralgehäuse hineinragt, daß sie den vorhandenen Abstand zwischen einlaufseitiger Gehäusewand und Laufradstirnseite annähernd überbrückt, wobei, beginnend im 1. Quadranten und endend im 2. Quadranten, die einlaufseitige Gehäusewand so weit nach innen gezogen ist, daß sie in diesem Bereich etwa bündig mit dem Rand der Einlaufdüse abschließt.
Gebläsebrenner werden in den meisten Fällen mit einem Radialventilator ausgestattet, der die für die Verbrennung benötigte Luft fördert. An diesen Ventilator wird die Forderung gestellt, daß er über eine steile Gebläsekennlinie verfügt, damit auch bei größeren Druckschwankungen keine oder lediglich geringfügige Volumenstromschwankungen auftreten. Bei der Gebläsegestaltung ist ferner auf geringe bauliche Abmessungen und auf eine geräuscharme Betriebsweise zu achten.
Bekannte Radialgebläse haben als Brennergebläse eine Ventilatorkennlinie, d.h. einen Druckverlauf in Abhängigkeit vom geförderten Volumenstrom, die etwa der Kennlinie 1 in Fig. 5 entspricht. Hierbei galten Druckziffern im Bereich von ψ = 3 ... 4 durchaus als sehr gut anzusehende Werte. Da mit immer besser werdenden Wärmeübertragungswirkungsgraden bei Heizkesseln aber auch die Strömungswiderstände ansteigen, ist mit zunehmender Tendenz eine solche Kennlinie nicht mehr ausreichend. Besonders in der Startphase bis zum Erreichen des Beharrungszustandes kann es zu erheblichen Druckstößen kommen. Brenner mit einer flachen Gebläsekennlinie reagieren darauf mit starken Volumenstromschwankungen der Verbrennungsluft, was zu instabilen Verbrennungszuständen, die sich in Flammenpulsationen ausdrücken, führt. Eine steile Kennlinie führt hier zu einem verbrennungstechnisch einwandfreien Startverhalten. Aber auch im stationären Betrieb ist eine solche Charakteristik von Vorteil. Im Laufe der Betriebszeit kann durch Verschmutzung des Ventilators, des Kessels oder des Kamins der Strömungswiderstand zunehmen oder es können sich die Umgebungszustände, z. B. durch klimatische Einflüsse, ändern. Auch in diesen Fällen reagiert die steile Kennlinie auf größere Schwankungen mit geringeren Volumenstromschwankungen, was zu sehr stabilen Verbrennungsergebnissen führt. Dank dieser konstanten Verbrennungsverhältnisse ist es dann möglich, den Brenner mit einem geringeren Luftüberschuß zu betreiben und dadurch den Wirkungsgrad der Kesselanlage erheblich zu verbessern.
Die soeben beschriebenen Zusammenhänge sind schon seit langem bekannt, und es fehlt daher nicht an Versuchen und Lösungen zur Erhöhung der Druckziffer von Radialgebläsen. So ist es bekannt, die Einlaufdüse des Spiralgehäuses exzentrisch oder zentrisch zur Laufradachse zu verlagern und einen Teilbereich der Einlaufdüse abzudecken (DE-OS 2 027 936), Maßnahmen bezüglich der Ausbildung der Gehäusezunge (DE-PS 18 07 385) oder der Spiralkontur des Gehäuses (DE-PS 32 38 913) vorzunehmen. Bekannt ist es auch, den Raum zwischen der Einlaufdüse und der Spiralgehäuseaußenkontur in einem Zentriwinkelbereich von 0° - 120° mit einem in Umfangsrichtung verlaufenden Steg auszufüllen.
Mit den bekannten Lösungen können Druckziffern von ca. 5 realisiert werden. Jedoch kann ein derartiger Wert unter den oben aufgezeichneten Bedingungen und Anforderungen moderner Feuerungen immer noch nicht befriedigen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Radialgebläse, insbesondere für Gebläsebrenner, zu schaffen, das mit einer sehr steilen Kennlinie, d.h. mit einer Druckziffer größer 6 arbeitet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Radialgebläse der eingangs genannten gattungsgemäßen Art gelöst, dessen Einlaufdüse derartig exzentrisch zur Laufradachse versetzt ist, daß etwa Ende des 2. Quadranten beginnend und bis in den Bereich der Gehäusezunge reichend, zwischen dem Laufrad und der eingezogenen Wandung der Einlaufdüse ein sichelförmiger Seitenkanal gebildet ist, der aus dem diffusorartigen Spiralgehäuse in den Laufradinnenraum führt.
Der Klarheit halber sei an dieser Stelle bemerkt, daß der Nullpunkt für die in Uhrzeigerrichtung erfolgende Zählung der Quadranten bzw. Zentriwinkel an der Gehäusezunge liegt.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Lösung tritt zu dem von den Querstromventilatoren her bekannten Querstromeffekt ein weiterer Effekt hinzu, der sogenannte Seitenkanaleffekt. Der Querstromeffekt bewirkt, daß Luft im Bereich des 3. Quadranten durch das Schaufelgitter aus dem Laufrad austritt und im Bereich des 4. Quadranten wieder in das Laufrad eintritt. Ein Teil des vom Laufrad geförderten Volumens durchströmt also das Laufrad mehrfach. Eine Erhöhung des rezirkulierenden Volumens wird durch den die Gebläsedruckseite und den Laufradinnenraum verbindenden Seitenkanal erreicht, da aus dem Laufrad austretende Luft um die Laufradstirnseite herum wieder in das Radinnere gefördert wird. Durch diese zusätzliche Rezirkulation erfährt das Gebläse eine starke Selbstaufladung, die zu den angestrebten hohen Druckziffern führt.
Damit dieser Mechanismus effektiv funktioniert, ist eine sorgfältige Abdichtung der Hochdruck- gegenüber der Niederdruckseite des Gebläses erforderlich. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist daher die Laufradachse gegenüber dem Zentrum des Spiralgehäuses zum Bereich der Gehäusezunge hin derart versetzt, daß sich zwischen Laufrad und Gehäusezunge ein minimaler Radialspalt ergibt. Ein Mindestspalt ist zur Vermeidung von Geräuschen jedoch erforderlich.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist als weiteres Mittel zur Abdichtung der Hochdruck- gegenüber der Niederdruckseite im Bereich eines Zentriwinkels von etwa 10° - 50° mindestens eine radial verlaufende Vertiefung in der einlaufseitigen Gehäusewand vorgesehen. In dieser Vertiefung bildet sich ein Wirbel aus, der ein Abströmen der Luft aus dem Hochdruck- in den Niederdruckbereich, ohne daß diese an der Druckerhöhung teilnimmt, verhindert, zumindest aber stark einschränkt.
Es ist erfindungsgemäß vorteilhaft, wenn das in Nähe der Gehäusezunge befindliche Ende des Seitenkanals als Leitfläche derart ausgebildet ist, daß die rezirkulierende Luft möglichst verlustfrei in den Laufradinnenraum gelangt.
Eine weitere, vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß in den Laufradinnenraum eine Luftleiteinrichtung hineinragt, die aus einer laufradeinwärts gebogenen, sich über die gesamte Breite der Einlaufdüse erstreckenden Einlauffläche besteht, die dann, in zwei Leitbleche geteilt, weiterverläuft, wobei das eine Leitblech noch weiter einwärts gebogen ist und sich im wesentlichen in den 3. Quadranten erstreckt, und das andere Leitblech wiederum nochmals weiter einwärts gebogen ist, und sich im wesentlichen in den 1. Quadranten erstreckt. Aufgrund dieser Ausbildung der Luftleiteinrichtung wird der angesaugte Luftvolumenstrom in das Hauptfördergebiet des Laufrades gelenkt, das in einem Zentriwinkelbereich zwischen 90° und 270° liegt. Das sich im wesentlichen in den 1. Quadranten erstreckende Leitblech hat die spezielle Aufgabe, einen sich dort im Laufradinnenraum ausbildenden Querstromwirbel zur Laufradnabe hin zu leiten.
Das erfindungsgemäße Radialgebläse zeichnet sich durch eine sehr steile Kennlinie und eine hohe Druckziffer aus. In Fig. 5 ist diese Kennlinie mit 2 gekennzeichnet und im Vergleich zur Kennlinie 1 eines konventionellen Radialgebläses dargestellt. Aufgrund der steilen Kennlinie werden die eingangs umrissenen Anforderungen bestens erfüllt. Das erfindungsgemäße Radialgebläse zeichnet sich zudem durch geringe Abmessungen und eine geräuscharme Betriebsweise aus.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Radialgebläses für einen Gebläsebrenner näher erläutert. In der dazugehörigen Zeichnung zeigt:

Fig. 1: eine Draufsicht auf die einsaugseitige Gehäuseinnenwand,
Fig. 2: einen Schnitt A-A nach Fig. 1,
Fig. 3: einen Schnitt B-B nach Fig. 1 im Bereich des Seitenkanalauslaufs,
Fig. 4a: ein weiteres Ausführungsbeispiel für den Bereich des Seitenkanalauslaufs,
Fig. 4b: einen Schnitt nach Fig. 4a, und
Fig. 5: Druck-Volumenstrom-Kennlinien eines üblichen und eines erfindungsgemäßen Radialgebläses.

In Fig. 2 ist ein Gebläsebrenner mit einem erfindungsgemäßen Radialgebläse 1 im Schnitt dargestellt. Im Gehäuse des Gebläses rotiert ein von einem Motor 2 angetriebenes Laufrad 6. Über eine axiale Einlaufdüse 3 wird Luft angesaugt, die, im Gebläse verdichtet, über einen Mischrohrkanal 4 in ein Mischrohr 5 gedrückt wird. Die weiteren Brennerbauteile sind ansonsten nicht dargestellt und werden im folgenden auch nicht weiter erläutert, da sie für die vorliegende Erfindung nicht von Bedeutung sind.
In der Draufsicht auf die einsaugseitige Gehäuseinnenwand nach Fig. 1 ist die Lage des Laufrades 6 gestrichelt angedeutet. Es wird von der Gehäusewand 7 spiralförmig umschlungen, wodurch sich in radialer Richtung eine diffusorartige Gehäuseerweiterung ergibt. Die Spirale des Gehäuses ist annähernd logarithmisch. Wie aus Fig. 2 weiterhin zu ersehen ist, liegt die Laufradachse 8 nicht im Gehäusemittelpunkt 9, sondern sie ist gegenüber diesem so weit nach oben verschoben, daß sich zwischen dem Außenumfang des Laufrades 6 und der Gehäusezunge 10 ein minimaler Radialspalt ergibt, dessen Minimierung allerdings, aber auch nur, durch eine Geräuschbildung Grenzen gesetzt sind.
Aus Fig. 2 ist zu erkennen, daß die Lufteinlaufdüse 3 so weit in das Gehäuse eingezogen ist, daß ihr Innenrand 11 dicht an der Laufradstirnseite 12 liegt. Der obere Bereich der Einlaufdüse 3 ist in Höhe ihres Innenrandes 11 durch ein Blech 13 über die gesamte Breite abgedeckt. Desweiteren ist die einlaufseitige Gehäuseinnenwand - wie dargestellt - im 1. und 2. Quadranten im Bereich zwischen der Innenwandung 15 der Einlaufdüse 3 und der Gehäusewand 7 bis in Höhe des Innenrandes 11 der Einlaufdüse 3 nach innen gezogen, so daß die einlaufseitige Gehäuseinnenwand in dem durch Schraffur hervorgehobenen Bereich auf einem einheitlichen, gegenüber dem übrigen Bereich (nicht schraffiert) der Gehäuseinnenwand höheren Niveau liegt, nämlich auf dem des Innenrandes 1 der Einlaufdüse 3. Etwa bei einem Zentriwinkel von 130° fällt die Gehäuseinnenwand - wie dargestellt - von diesem Niveau in einer sich allmählich verbreiternden Schräge 14 auf das Niveau des übrigen Bereichs der einlaufseitigen Gehäuseinnenwand ab. Der verbleibende, nicht abfallende Teil läuft, beginnend am Anfang der Schräge 14, bogenförmig aus, um etwa bei einem Zentriwinkel von 180° annähernd tangential an die Innenwandung 15 der Einlaufdüse 3 anzuschließen.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist die Mitte 16 der Einlaufdüse 3 gegenüber der Laufradachse 8 und auch gegenüber dem Gehäusemittelpunkt 9 zum 1. bzw. 2. Quadranten, also zur Niederdruckseite hin versetzt. Aufgrund dieses Versatzes entsteht auf der Hochdruckseite ein sichelförmiger Seitenkanal 17, der eine Verbindung zwischen der diffusorartigen Gehäuseerweiterung auf der Hochdruckseite und dem Laufradinnenraum 18 schafft. Die Innenwandung 15 der Einlaufdüse 3 stellt dabei die Begrenzungswand für den Seitenkanal 17 dar. Dieser beginnt etwa bei einem Zentriwinkel von 180° und endet im Bereich der Gehäusezunge 10. Das Ende des Seitenkanals 17 ist so ausgeformt, daß die durch den Kanal rezirkulierende Luft in Richtung der Laufradnabe umgelenkt wird. Im dargestellten Ausführungbeispiel ist das Seitenkanalende als schräge ebene Fläche 19 ausgebildet, wie das auch aus der Schnittdarstellung nach Fig. 3 hervorgeht. In einem weiteren, in den Figuren 4a und 4b dargestellten Ausführungsbeispiel für das Seitenkanalende, ist dieser als der Strömung angepaßte gekrümmte Fläche 20 ausgeführt. Es sind natürlich auch andere Ausformungen geeignet, sofern sie eine möglichst verlustfreie Umlenkung der rezirkulierenden Luft zur Laufradnabe hin ermöglichen.
Als eine Maßnahme zur Abdichtung des hohen Druckniveaus am Diffusorende gegenüber dem Gehäusespiralanfang wurde bereits weiter oben der minimale Randspalt zwischen Laufradumfang und Gehäusezunge 10 beschrieben. Als weitere Maßnahme ist unmittelbar hinter dem Seitenkanalende eine Art Labyrinthdichtung 21 vorgesehen. Diese liegt im Bereich eines Zentriwinkels von etwa 10° bis 50°. Die Dichtung ist in Form einer Vertiefung in die einsaugseitige Gehäusewand eingelassen.
An das den oberen Bereich der Einlaufdüse 3 abdeckende Blech 13 schließt sich eine laufradeinwärts gebogene Einlauffläche 22 an. An dieser sind noch weiter einwärts gebogene Leitbleche 23, 24 befestigt. Der sich aufgrund der einwärts gebogenen Einlauffläche 22 und des Leitbleches 23 zwischen diesen und dem Innenrand 11 der Einlaufdüse 3 ergebende Spalt ist mittels entsprechend angepaßter Randbleche 26 und 25 verschlossen. Die Einlauffläche 22 und das Leitblech 23 haben die Aufgabe, den angesaugten Luftvolumenstrom in das Hauptfördergebiet des Laufrades 6 zu lenken, das im Bereich zwischen einem Zentriwinkel von 90° und 270° liegt. Im 1. Quadranten ist die Fördermenge relativ gering. Es befindet sich im oberen Laufradinnenraum jedoch ein ausgeprägter Querstromwirbel, der durch das Leitblech 24 zur Laufradnabe hin geleitet wird.
Mit dem im Ausführungsbeispiel beschriebenen Radialgebläse können Druckziffern deutlich über 6 erreicht werden.

Claims

Radialgebläse, insbesondere für Gebläsebrenner, mit einem in einem Spiralgehäuse umlaufenden Laufrad und einer axialen Lufteinlaufdüse, die in einer Höhe in das Spiralgehäuse hineinragt, daß sie den vorhandenen Abstand zwischen einlaufseitiger Gehäusewand und Laufradstirnseite annähernd überbrückt, wobei, beginnend im 1. Quadranten und endend im 2. Quadranten, die einlaufseitige Gehäusewand soweit nach innen gezogen ist, daß sie in diesem Bereich etwa bündig mit dem Rand der Einlaufdüse abschließt, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaufdüse (3) derartig zur Laufradachse (8) versetzt ist, daß, etwa Ende des 2. Quadranten beginnend und bis in den Bereich der Gehäusezunge (10) reichend, zwischen dem Laufrad (6) und der eingezogenen Wandung (15) der Einlaufdüse (3) ein sichelförmiger Seitenkanal (17) gebildet ist, der aus dem diffusorartigen Spiralgehäuse in den Laufradinnenraum (18) führt.
Radialgebläse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufradachse (8) gegenüber dem Gehäusemittelpunkt (9) derart zum Bereich der Gehäusezunge (10) hin verschoben ist, daß sich zwischen Laufrad (6) und Gehäusezunge (10) ein minimaler Radialspalt ergibt.
Radialgebläse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich eines Zentriwinkels von etwa 10° - 50° mindestens eine radial verlaufende Vertiefung (21) in der einlaufseitigen Gehäusewand vorgesehen ist.
Radialgebläse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das in Nähe der Gehäusezunge (10) befindliche Ende des Seitenkanals (17) als Leitfläche (19, 20) derart ausgebildet ist, daß die rezirkulierende Luft möglichst verlustfrei in den Laufradinnenraum (18) gelangt.
Radialgebläse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in den Laufradinnenraum (18) eine Luftleiteinrichtung hineinragt, die aus einer laufradeinwärts gebogenen, sich über die gesamte Breite der Einlaufdüse (3) erstreckende Einlauffläche (22) besteht, die dann geteilt in zwei Leitbleche (23, 24) weiterverläuft, wobei das Leitblech (23) noch weiter einwärts gebogen ist und sich im wesentlichen in den 3. Quadranten erstreckt, und das Leitblech (24) wiederum nochmals weiter einwärts gezogen ist, und sich im wesentlichen in den 1. Quadranten erstreckt.