EP1249615A2

EP1249615A2 - Gebläserotor

Info

Publication number: EP1249615A2
Application number: EP01130571A
Authority: EP
Inventors: Markus Rotert; Dieter-Heinz Dr.-Ing. Hellmann; Mathias Weber
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-04-12
Filing date: 2001-12-21
Publication date: 2002-10-16
Also published as: EP1249615A3; DE10118336B4; DE10118336A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gebläse für eine Gas-Brennwertkesseltherme zur Zuführung der Verbrennungsluft oder des Gas-Luftgemeisches für den Brenner in der Brennkammer, wobei dem Brenner ein Wärmeüberträger nachgeordnet ist, durch den das Abgas geleitet einem Abgassystem zugeführt wird. Eine höhere Sicherheit gegen systembedingte selbsterregte Schwingungen wird dadurch erreicht, dass das Gebläse mehrstufig mit Laufrädern (11,12) und jeweils einem zwischen aufeinander folgenden Laufrädern (11,12) angeordnetem, feststehendem Leitrad (20) ausgebildet ist und eine druckfeste Gebläsekennlinie mit großer Steilheit (α) aufweist, wobei die Laufräder (11,12) und/oder die Leiträder (20) mit möglichst kleinem Außendurchmesser (Da) und deren Schaufeln mit einem kleinen Schaufelaustrittswinkel (β) versehen sind. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft ein Gebläse für eine Gas-Brennwertkesseltherme zur Zuführung der Verbrennungsluft oder des Gas-Luftgemisches für den Brenner in der Brennkammer, wobei dem Brenner ein Wärmeüberträger nachgeordnet ist, durch den das Abgas geleitet einem Abgassystem zugeführt wird.

Stand der Technik

In den bekannten gebläseunterstützten Gas-Brennwertkesselthermen werden in der Regel einstufige Radialgebläse eingesetzt. Diese Gebläse sind vor dem Brenner angeordnet und fördern Verbrennungsluft oder ein Gas-Luftgemisch durch den Brenner, den Wärmeüberträger und das Abgassystem. Bei diesen Gas-Brennwertkesselthermen treten unter gewissen Betriebsbedingungen systembedingt selbsterregte Brennkammerschwingungen auf. Als energieumsetzendes Element des Gesamtsystems besitzt die Funktionseinheit Gebläse einen Einfluss auf dieses instabile Verhalten der Gas-Brennwertkesseltherme.

Es ist bekannt, dass mit Hilfe von unsymmetrischer Teilung der Laufrad- und Leitrad-Kanälen die von einem Gebläse erzeugten Geräusche beeinflusst, insbesondere verringert werden können.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Gebläse für eine Gas-Brennwertkesseltherme der eingangs erwähnten Art zu schaffen, das beim Einsatz im Gesamtsystem das Auftreten von selbsterregten Brennkammerschwingungen verhindern hilft.

Vorteile der Erfindung

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass das Gebläse mehrstufig mit Laufrädern und jeweils einem zwischen aufeinander folgenden Laufrädern angeordnetem, feststehendem Leitrad ausgebildet ist und eine druckfeste Gebläsekennlinie mit großer Steilheit aufweist, wobei die Laufräder und/oder die Leiträder mit möglichst kleinem Außendurchmesser und deren Schaufeln mit einem kleinen Schaufelaustrittswinkel versehen sind.

Durch die mindestens zweistufige Ausbildung des Gebläses mit einem Leitrad zwischen den beiden Laufrädern wird eine höhere Steilheit der Gebläsekennlinie erzielt, so dass äußere Störungen, wie Druckpulsationen, auf den geforderten Volumenstrom praktisch vernachlässigbar sind und keinen Einfluss mehr ausüben. Es wird dadurch eine Stabilisierung des Gesamtsystems der Gas-Brennwertkesseltherme erreicht und so werden instabile Betriebszustände eliminiert.
Zudem wird mit dem so ausgelegten, mehrstufigen Gebläse der Arbeitsbereich bei vollvormischendem, gebläseunterstütztem Brenner vergrößert, da es aufgrund der steilen Gebläsekennlinie durch Störungen im System zu deutlich geringeren Druck-Pulsationen kommt und daher über dem gesamten Modulationsbereich ein stabilerer Betrieb ermöglicht wird.

Das neue Gebläse bringt im Vergleich zu dem einstufigen Gebläse die Vorteile einer geringeren Geräuschentwicklung und eines höheren Wirkungsgrades bei der Luft- oder Gas-Luftgemisch-Zuführung. Durch die geänderte Strömungsführung im Gebläse wird auch eine höhere Rückschlagsicherheit gewährleistet.

Die mehrstufige Ausbildung des Gebläses ermöglicht kleinere Laufraddurchmessr bei gleichem Fördervolumen, so dass das Gebläse in einer kompakten Bauform erstellt werden kann.

Durch einen Betrieb des mehrstufigen Gebläses bei vom Optimum abweichenden, geringeren Volumenströmen entsteht im Saugbereich eine Sekundärströmung, welche zur Verbesserung der Gas-Luftmischung führt (Teillastwirbel).

Mit dem mehrstufigen Gebläse können Gas-Brennwertkesselthermen mit größeren Längen der Abgasrohre im Abgassystem betrieben werden. Der Aufwand und die Kosten für den Gebläsemotor können reduziert werden, da eine geringere, nutzbare Drehzahlbandbreite erforderlich ist.

Durch die vorhandene Drucksteife des Gebläses verringern sich auch die Einstellarbeiten vor Ort bei der Inbetriebnahme der Gas-Brennwertkesseltherme. Die Unterschiede der Anlagenverluste bei einer Variation des Abgassystems wirken sich bei dem mehrstufigen, drucksteifen Gebläse in sehr viel geringerem Maße auf den geförderten Volumenstrom aus. Daher verringert sich oder entfällt der Vorgang der einmaligen Anpassung der Gebläsedrehzahl vor Ort an das verwendete Abgassystem.

Die Gebläsekennlinie gibt die Abhängigkeit der spezifischen Förderarbeit Δptot/s vom Fördervolumen V an, wobei die Förderarbeit durch den Gesamt-Förderdruck Δptot, bezogen auf die Dichte

des Fördermediums (Luft oder Gas-Luftgemisch), definiert ist.

Die Steilheit der Gebläsekennlinie ist durch den Winkel α zwischen der Gebläsekennlinie und der gesamten Systemkennlinie der Gas-Brennwertkesseltherme definiert.

Nach einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Laufräder auf einer gemeinsamen Antriebswelle drehfest aufgebracht sind.

Die Gebläsekennlinie läßt sich nach einer weiteren Ausgestaltung dadurch zusätzlich beeinflussen, dass die Laufräder auf getrennten Antriebswellen drehfest aufgebracht und individuell antreibbar sind.

Die Sicherheit gegen selbsterregte, systembedingte Schwingungen läßt sich dadurch erhöhen, dass die Laufräder und/oder das Leitrad mit Schaufeln unterschiedlicher Breite und/oder Länge in Umfangsrichtung in unterschiedlicher Teilung versehen und als Helmholtz-Resonatoren mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen ausgebildet sind, da diese Resonatoren charakteristische Frequenzen derartiger Schwingungen auslöschen. Die Gestaltung dieser Resonatoren = Schwingungsdämpfer wird durch die Variation der Schaufelteilung und/oder der Breite und/oder der Länge der Kanäle in Umfangsrichtung erzielt, wobei die Laufräder und/oder das Leitrad entsprechend gestaltet sein können.

Zeichnungen

Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen dargestellten zweistufigen Gebläses näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: Gebläsekennlinie und Systemkennlinie beim Einsatz eines einstufigen Gebläses bei einer Gas-Brennwertkesseltherme,
Fig. 2: im Schnitt ein zweistufiges Gebläse mit einem zwischen den beiden Laufrädern angeordneten Leitrad,
Fig. 3: in schematischer Ansicht ein Leitrad und
Fig. 4: Gebläsekennlinie und Systemkennlinie eines Gebläses nach Fig. 2.

Ausführungsbeispiel

Im Diagramm nach Fig. 1 ist eine konventionelle Gebläsekennlinie eines einstufigen Gebläses bei konstanter Drehzahl η wiedergegeben, sowie die Systemkennlinie der gesamten Gas-Brennwertkesseltherme. Die Kennlinien geben die Abhängigkeit der spezifischen Förderarbeit Δptot bezogen auf die Dichte

des Fördermediums vom Volumenstrom V wieder. Beide Kennlinien schneiden sich im Arbeitspunkt B und lassen erkennen, dass kleine Schwankungen der spezifischen Förderarbeit beachtliche Veränderungen im geförderten Volumenstrom V nach sich ziehen.

Ein Gebläse nach der Erfindung ist mindestens zweistufig ausgebildet und weist in einem Gehäuse 10 zwei auf einer Antriebswelle 13 drehfest aufgebrachte Laufräder 11 und 12 auf. Zwischen diesen beiden Laufrädern 11 und 12 ist ein Leitrad 20 feststehend angeordnet. Der Durchmesser Da der Laufräder 11 und 12 wird mit der Gestaltung der Schaufeln so gewählt, dass eine steilere Gebläsekennlinie nach Fig. 4 erreicht wird. Dabei spielen die Schaufelteilung in Umfangsrichtung und die Breite und/oder die Länge der Kanäle zwischen den Schaufeln eine Rolle. Im Ergebnis wird jedoch der Außen-Durchmesser Da der Laufräder 11 und 12 gegenüber einem einstufigen Gebläse reduziert, so dass das Gebläse als kompakte Einheit gebaut werden kann. Entscheidend ist für das geförderte Volumen auch der Schaufelaustrittswinkel β nach Fig. 3, der sowohl bei den Laufrädern 11 und 12 als auch bei dem Leitrad 20 als Parameter für die Gebläsekennlinie mit einbezogen werden kann. Der Schaufelaustrittswinkel β ist definiert durch den Winkel zwischen Tangente am Schaufelende und der Kreistangente am Schaufelende.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist die Zuströmung des Volumenstromes axial und die Abströmung radial, wie die Pfeilbündel E und A zeigen. Es sind jedoch sämtliche Kombinationen von axialer und radialer Zu- und Abströmung des Volumenstromes möglich. Zudem kann das Gebläse auch mehr als 2 Stufen aufweisen, wobei zwischen aufeinander folgenden Laufrädern jeweils ein feststehendes Leitrad angeordnet wird.

Die Laufräder 11 und 12 können über eine gemeinsame Antriebswelle 13 in Drehbewegungen versetzt werden. Jedes der Laufräder 11 und 12 kann aber auch auf einer individuellen Antriebswelle drehfest aufgebracht und daher individuell angetrieben werden, um die Gebläsekennlinie zu optimieren.

Fig. 3 zeigt die Ansicht eines Leitrades 20 mit auf einer Scheibe 22 angeordneten, gekrümmten Schaufeln 21.1; 21.2; 21.3; 21.4.... 21.n, die in Umfangsrichtung der Scheibe 22 in unterschiedlicher Teilung t1, t2, t3 aufgebracht und auch in verschiedener Krümmung ausgeführt sind. Auf diese Weise bilden sich zwischen den Schaufeln unterschiedliche Kanäle, wobei auch die Längen I1, 12, I3 der Schaufeln 21.1 bis 21.n und die Teilungen t1, t2, t3 eine Rolle spielen.
Eine derartige Schaufelanordnung können auch die Leiträder 11 und 12 aufweisen. Damit lassen sich Helmholtz-Resonatoren bilden, die charakteristische Frequenzen von systembedingten selbsterregten Schwingungen des Gesamtsystems auslöschen, zudem läßt sich bei kleinem Außendurchmesser Da der Laufräder 11 und 12 der geforderte Volumenstrom erreichen.

Wie Fig. 4 zeigt, wirken sich äußere Durckpulsationen Δp nur noch in kleinen Volumenstromanalogen ΔV aus, wenn die Steilheit α, der Winkel zwischen den Tangenten an die Gelbäsekennlinie und die Systemkennlinie größer ist als bei einem einstufigen Gebläse, wie Fig. 1 dokumentiert.

Claims

Gebläse für eine Gas-Brennwertkesseltherme zur Zuführung der Verbrennungsluft oder des Gas-Luftgemisches für den Brenner in der Brennkammer, wobei dem Brenner ein Wärmeüberträger nachgeordnet ist, durch den das Abgas geleitet einem Abgassystem zugeführt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass das Gebläse mehrstufig mit Laufrädern (11, 12) und jeweils einem zwischen aufeinander folgenden Laufrädern (11, 12) angeordnetem, feststehendem Leitrad (20) ausgebildet ist und eine druckfeste Gebläsekennlinie (Δptot/
= f(V) mit großer Steilheit (α) aufweist, wobei die Laufräder (11, 12) und/oder die Leiträder (20) mit möglichst kleinem Außendruckmesser (Da) und deren Schaufeln (21.1 bis 21.n) mit einem kleinen Schaufelaustrittswinkel (β) versehen sind.
Gebläse nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Gebläsekennlinie die Abhängigkeit der spezifischen Förderarbeit (Δptot/
) vom Fördervolumen (V) angibt, wobei die Förderarbeit durch den Gesamt-Förderdruck (Δptot) bezogen auf die Dichte ( ) des Fördermediums definiert.
Gebläse nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die Steilheit (α) der Gebläsekennlinie durch den Winkel α zwischen der Gebläsekennlinie und der gesamten Systemkennlinie der Gas-Brennwertkesseltherme im Betriebspunkt (Schnittpunkt der beiden Kennlinien) definiert und möglichst groß ist.
Gebläse nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass die Laufräder (11,12) auf einer gemeinsamen Antriebswelle (13) drehfest aufgebracht sind.
Gebläse nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass die Laufräder (11, 12) auf getrennten Antriebswellen drehfest aufgebracht und individuell antreibbar sind.
Gebläse nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass die Laufräder (11, 12) und/oder das Leitrad (20) mit Schaufeln (21.1 bis 21.n) unterschiedlicher Breite und/oder Länge (I1, I2, 13) in Umfangsrichtung in unterschiedlicher Teilung (t1, t2, t3) versehen und als Helmholtz-Resonatoren mit unterschiedlichen Resonanzfrequenzen ausgebildet sind.
Gebläse nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, dass die Resonanzfrequenzen der Helmholtz-Resonatoren im Frequenzbereich der systembedingten, selbsterregten Schwingungen des Gesamtsystems der Gas-Brennwertkesseltherme gewählt sind.