NL8902346A - Inrichting voor het verplaatsen van fluida. - Google Patents

Description

Inrichting voor het verplaatsen van fluida.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het verplaatsen van fluida {media). De te verplaatsen media kunnen zijn gassen of vloeistoffen. Deze verplaatsing wordt bewerkstelligd door een waaierconstructie, die zich bevindt in een huis in de vorm van een doos of in de vorm van een slakkenhuis; ook een cilindervorm is mogelijk.

Een huidig gangbare uitvoeringsvorm van een dergelijke inrichting met vaste geleideplaten, genaamd schoepen, is uitgebreid weergegeven in het boek van Bruno Eek getiteld "VENTILATOREN" (Entwurf und Betrieb der Radial-, A.xial-und Querstromventilatoren, Spinger verlag,1972, ISBN 3-540-05600-95.). Voor pompen en compressoren is de omschrijving en berekening o.a te vinden in het boek "Pumpen", Ventilatoren und

Kompressoren (radialer en axialer Bauweise) van Dipl.-Ing. A. de Kovats en Ing.G. Desmur en in vele andere boekwerken.Zie bijvoorbeeld ook het artikel van Dr. Ing. W Honmann, klimaatbeheersing 7 (1978), blz. 56 - 63 en 123 - 132.

Voor de uitleg van de nadelen van de huidige stand der techniek wordt als voorbeeld genomen een luchtverplaatser (ventilator). Deze ventilator heeft twee hoofdcomponenten: een huis en een waaier die in het huis draait. Deze waaier is opgebouwd uit vaste schoepen welke onder een empirisch bepaalde hoek zijn geplaatst opgesloten tussen een vlakke plaat en een gevormde plaat. Door deze schoepenstand heeft de waaier een optimaal werkpunt op een punt van de karakteristiek en wel daar waar de minste wervelingen om de schoep plaats vindt. Alle andere plaatsen op deze karakteristiek zijn afgeleiden daarvan, waardoor deze overige punten alleen maar een verslechtering geven. Deze nadelen worden onderstaand weergegeven .- * Het rendement (voor kleinere afmetingen een rendement tussen <40% en 55% en voor grotere een rendement van 65% tot 83%) .

* Een hoog trillingsniveau.

Een hoog luchtgeluidsniveau.

* In verhouding met de afmeting een geringe verplaatsings capaciteit.

* Hoog gewicht door de toegepaste materialen.

* Een ingewikkelde mallenconstructie is nodig voor het vervaardigen met een hoge graad van nauwkeurigheid.

* Vaak moeilijke uitwisselbaarheid.

* Een gekompliceerde regelbaarheid door middel van toepassing van electrische regelaars of luchtzijdige regelingen met de daaraan gekoppelde energieverliezen.

* Een hoog GD2 waardoor lange aanlooptijd.

* Bovenstaande nadelen gelden ook voor andere apparaten welke verschillende media verplaatsen zoals pompen en compressoren.

De uitvinding heeft ten doel de reeds vanaf de eeuwwisseling ontworpen ventilatoren, pompen en compressoren aanzienlijk te verbeteren waardoor diverse problemen die nu nog ontstaan opgeheven of verminderd worden. De oplossing is in deze uitvinding verwerkt in de altijd zeer kritische schoepenhoek van het ronddraaiende deel, de zogenaamde waaier. De uitvoering van de waaier is essentieel. Volgens de uitvinding is de waaier opgebouwd uit een kooiconstruktie in de vorm van een cilinder, diabolo, bol, of kegel.De waaierconstuktie kan ook vlakke of gebogen vorm hebben in een cijlindrisch huis voor axiale verplaatsing. De waaier-construktie is vervaardigd van geperforeerd materiaal bijvoorbeeld gedrukt geweven gaas. Het toe te passen materiaal kan zeer verschillend sl.ln, b.v.

aluminium,staal,koper, maar ook kunststof of andere vormbare materialen. Aan de kooiconstruktie (trommel) of vlakke of gebogen constructie worden langwerpige flexibele uitsteeksels (draden) bevestigd welke diverse uitvoeringsvormen kunnen hebben zowel wat de lengte van de draden betreft als de doorsnede daarvan. Deze uitvoeringsvorm is afhankelijk van de te verplaatsen gassen of vloeistoffen.De draden kunnen van verschillend materiaal zijn, bijvoorbeeld touw, textiel, rubber, thermoplastische kunststof of een ander flexibel materiaal. Door de waaier uit te voeren als een constructie in de vorm van een cilindrische kooi (trommel), of een andere vorm, welke vervaardigd is van een geperforeerd materiaal waaraan naar behoefte een groot aantal draden wordt bevestigd, kan men spreken van een ontelbaar aantal kleinere oppervlakten welke tesamen een groot oppervlak vormen. Door de centrifugale kracht welke bij het draaien van de kooi door de draden wordt uitgeoefend op het medium wat zich op het oppervlak van deze draden bevindt, wordt dit medium aan de top van de draden afgeslingerd waardoor een herrangschikking van mediumdeeltjes naar de top plaats vindt. Hierdoor zal aan de basis van de draad een onderdruk ontstaan en een nieuw mediumdeeltje door de geperforeerde kooi aan de basis van de draden worden toegevoerd. De hoekinstelling van de draden vanaf de basis tot aan de top geschied geheel overeenkomstig het krachten-spel tussen de centrifugale kracht en de gevraagde kracht om het medium te verplaatsen met een bepaalde hoeveelheid en druk. De in theorie verlangde hoekstand wordt automatisch ingesteld en wel geheel afhankelijk van de gevraagde capaciteit en drukopbrengst. Deze automatische instelling wordt gerealiseerd doordat de draden alleen bij de basis zijn gekoppeld aan de geperforeerde kooi (trommel) en aan de topniet aan elkaar en niet aan een ander ondersteun-ingsconstructie of koppeldeel zijn verbonden waardoor deze draden zich vanaf de basis tot aan de top onbelemmerd kunnen bewegen en instellen zoals verlangd. Door deze automatische instelling worden de wervelingen tot een minimum teruggebracht en sullen de verliezen op de draden alleen bestaan uit wrijvingsverliezen van het medium met de draad. Voor elk punt op de karakteristiek wordt volgens deze vinding een optimaal werkpunt verkregen. Het gevolg hiervan is dat de eerder genoemde nadelen zoals trillingen en geluid sterk verbeteren en zich tot een minimum beperken. Ook het rendement wordt sterk verbeterd. De juiste vormgeving van de draden zowel in de lengterichting als in doorsnede dragen bij tot een nog efficiëntere werking. Deze vormgeving dient afgestemd te worden op het te verplaatsen medium.

De onderhavige uitvinding wordt aan de hand van bijgevoegde tekeningen toegelicht.Tevens worden de verhoudingen van de diverse oppervlakken rekenkundig nader weergegeven. Deze gegevens zijn afgeleid ’'an enkele proefopstellingen waarvan tevens de meetresultaten worden behandeld om duidelijkheid te scheppen in de grote mate van mogelijkheden en uitvoeringsvormen en ter bevestiging van de uitvinding. Figuren la en lb geven een samenstelling weer van een centrifugaal-ventilator, waarin getekend de trommelwaaier (1) met daaraan bevestigd de draden (2). De aansuigopeningen (3) zijn afgestemd op de binnendiameter van de trommel (1). In het bovenaanzicht fig. lb is te zien dat de draden over de volledige breedte (4) van het huis zijn aangebracht. De trommel wordt door middel van afstandhouders (5) verbonden met een as (6). Deze as wordt aan beide zijden opgesloten in een lagering (7) . Een gedeelte van de as (6) wordt verlengd uitgevoerd ten behoeve van de aandrijving welke door middel van een transmissie of op direkte wijze werkt. Deze aandrijving is niet in de tekeningen opgenoraen. Het ventilatorhuis (8) is in een spiraalvorm opgebouwd. De uitblaasmond (9) is aan de bovenzijde onder een hoek van 7 graden oplopend uitgevoerd en aan de onderzijde van een geleideconstructie (10) voorzien. In figuren 2a en 2b worden details van de draden (2) en de trommel(1) weergegeven. Met de knoopconstructie (11) wordt een mogelijkheid aangegeven van de verbinding tussen draden en trommel. Vele andere constructies zijn mogelijk. In het bovenaanzicht (fig. 2b) is de vrije doorlaat van de trommel met draden duidelijk zichtbaar. In figuur 3 wordt in doorsnede een mogelijke uitvoering van de draad getoond. Deze vorm kan afhankelijk Van het- t-e verplaatsen medium worden aangepast. In de figuren 4a, 4b en 5 worden schetsmatig enkele mogelijke uitvoeringsvormen van de inrichting volgens de uitvinding getoond. Zowel in radiaal als axiaal werkende inrichtingen is het principe van de uitvinding toepasbaar. In de figuren 6 en 7 zijn een tweetal uitvoeringen van de waaier geschetst welke tot de mogelijkheden behoren. Ook hier geldt dat zeer veel uitvoeringsvormen mogelijk zijn.

Op basis van de aangeduide uitvoeringsvormen zijn een aantal proeven genomen met een schaalmodel met de afmeting en vorm zoals in figuren 4a, 4b en la, lb zijn aangegeven.

Onderstaand worden twee proeven nader omschreven.

Proef (1)

Deze is uitgevoerd met een huis zoals is weergegeven in figuren 4a en 4b, echter is een van de uitblaasopeningen afgeblind. Door deze afblinding kan de lucht alleen aan de open zijde ontsnappen. De afmetingen van de uitblaasopeningen zijn B=200 mm, H=300 mm. De aanzuigopening is aan beide zijden gesitueerd; de afmeting is 200 mm rond. De trommel is breed 195 mm en heeft een diameter van 205 mm en is vervaardigd van gaas met een maaswijdte van 13 mm in vierkante vorm. De draaddikte is 0,5 mm.De totale oppervlakte van de trommel is 0,628 m2 . Het aantal vierkanten bedraagt 710 stuks. Aan een zijde van deze vierkanten zijn drie draden bevestigd met een effectieve lengte van 45 mm en een diameter van 1,1 mm. De vorm van de draden zijn bij deze proef rond.

Op de trommel zijn bevestigd 2132 draden met een lengte van 45 mm. De oppervlakken van de diverse onderdelen zijn : * Aanstroomopening 2 maal 200 mm rond is 0,0628 m2.

* Doorstroom opening van de trommel omtrek is 0,126 m2 bij 30% afblinding bedraagt deze 0,094 m2.

* Oppervlakte van de draden is 2132 * 0,045 * 0,0011 = 0,106 m2. .

* Uitblaasopening is 0,3 * 0,2 = 0,06 m2.

Gemeten is met een geïnstalleerd motorvermogen van 250 watt en een toerental van 1370 toeren per minuut. De trommel werd direct aangedreven, dus motortoerental is trommeltoerental.

De gemeten uitblaassnelheid bij de uitblaasopening varieerde tussen de 4 en 8 m/s, een gemiddelde van 6 m/s. Dit geeft een capaciteit van 6 * 0,06 = 0,36 m3/s bij een geschatte tegendruk van ongeveer 20 pa. Indien de trommel was voorzien van een dubbel aantal draden, wat constructief zonder problemen uitvoerbaar is, zal een verdubbeling van de capaciteit optreden.

Proef (2).

Deze proef is met een spiraalvormig huis uitgevoerd met de vorm en afmetingen zoals in figuren la en lb is getekend. De trommel met draden is gelijk aan die van proef 1. De resultaten bij meting direkt in de uitblaasmond bedragen gemiddeld 9 m/s, wat een luchtverplaatsing geeft van 0,54 m3/s. Ook is een meting verricht met een verlengstuk op de uitblaasopening met gelijke afmetingen en een lengte van 1 meter. Het resultaat was een verhoging van de gemiddelde uitblaassnelheid tot 12 m/s, wat een vermeerdering inhoudt van ongeveer 35 procent. De luchtverpdaatsing bedroeg 12 * 0,06 = 0,72 m3/s met een tegendruk van ongeveer 50 pa.Indien een verdubbeling van de draden zou worden toegepast is de luchtverplaatsing ongeveer twee maal zo groot en komt deze op 1,44 m3/s. Uit bovenstaande proeven mag geconcludeerd worden dat na verfijning van de vormgeving van de trommel en de draden een veel hogere capaciteit behaald wordt dan bij de huidige gangbare uitvoering. Het resultaat daarbij is dat het rendement stijgt, het geluidsniveau daalt en een bijzonder kleine ruimte voor opstelling nodig is. Ook is de toepassing voor pompen en compressoren uitvoerbaar.

Claims (7)

1. Inrichting voor het verplaatsen van fluida omvattende een huis met toe- en afvoer en een waaierconstruktie, die draaibaar in het huis is aangebracht en bij aandrijving het fluïdum centrifugaal of axiaal verplaatst, met het kenmerk, dat de waaierconstruktie een om een centrale as draaibare kooiconstruktie of vlakke of gebogen construktie van geperforeerd materiaal is, waaraan langwerpige, flexibele uitsteeksels zijn bevestigd, die bij rotatie van de waaierconstruktie de verplaatsing van het fluïdum bewerkstelligen.

2} Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de kooiconstruktie de vorm heeft van een cilinder, diabolo, bol of kegel.

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk,dat het geperforeerde materiaal gaas is.

4. Inrichting volgens conclusie 1 en 3, met het kenmerk, dat de langwerpige flexibele uitsteeksels draden zijn.

5. Inrichting volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de draden een driehoekige doorsnede hebben.

6. Inrichting volgens conclusie 4 of 5, met het kenmerk, dat de oppervlakte van de doorsnede van de draden maximaal de helft is van de oppervlakte van de kooiconstruktie of vlakke of gebogen construktie.

7. Inrichting volgens conclusie 4 en 6. met het kenmerk, dat de draden een lengte hebben welke afgestemd is op het te verplaatsen medium, en op de te verplaatsen hoeveelheid en tegendruk.