NL9401288A - Ventilator. - Google Patents

Description

korte aanduiding: Ventilator

De onderhavige uitvinding betreft een axiale ventilator omvattende een schoepenlichaam en een aandrijving voor het doen roteren van het schoepenlichaam.

Ventilatoren voor het doen circuleren van koellucht worden zeer wijd verbreid toegepast. Op industriëel gebied en bij klimaatregelingen vinden ze toepassing bij luchtgekoelde warmtewisselaars. Maar ook worden ze toegepast bij koelinstallaties, luchtgekoelde stoomcondensatoren en windtunnels. Dergelijke ventilatoren worden niet alleen voor het doen circuleren van lucht, maar ook voor het doen circuleren van andere fluïda toegepast.

Dergelijke ventilatoren worden gewoonlijk aangedreven door middel van een elektromotor, waarbij het motortoerental door middel van een tandwielkast- of riemoverbrenging wordt verlaagd tot het ventilator-toerental. De motor en de overbrenging zijn vaak op een traverse gemonteerd, die zodanig in een luchtkanaal is geplaatst, dat de ventilator op de juiste positie komt. Dergelijke ventilatoren hebben een groot aantal nadelen. Zo is de overbrenging storingsgevoelig, en verstoren de motor, overbrenging en traverse het doorstroomprofiel van het te circuleren fluïdum. Een verder probleem is de geluidsproduktie, die zowel wordt veroorzaakt door de overbrenging, bijvoorbeeld door het ingrijpen van tanden, de elektromotor, alsook door windruis ten gevolge van de obstructie ten gevolge van het aanbrengen van de elekromotor, overbrenging en traverse in de doorstroomopening.

Een verder probleem dat zich bij vele ventilatoren voordoet, is de zogenaamde "tipspeling", dat wil zeggen de speling tussen de schoepeinden en de het schoepenlichaam omgevende fanbell. Deze tipspeling heeft aërodynamische nadelen tot gevolg, zoals terugstroming, en een lager op te brengen drukverschil.

Voorgaande problemen doen zich in het bijzonder voor bij grotere ventilatoren, met diameters van 5 è 15 meter of zelfs meer.

De geluidsproduktie van de ventilatoren volgens de stand der techniek, in het bijzonder van zeer grote ventilatoren, is een steeds groter wordend probleem in het licht van de strenger wordende normen met betrekking tot de toegestane geluidsproduktie. De in het algemeen toegepaste oplossing is het terugbrengen van het toerental van de ventilator ten einde de tipsnelheid van de ventilatorbladen te verlagen. Bij een ventilator met een diameter van 10 m wordt het toerental dan bijvoorbeeld van 100 naar 80 omwentelingen per minuut teruggebracht, hetgeen echter ten koste gaat van het debiet van de ventilator. Dit verlies aan debiet wordt dan weer gecompenseerd door de ventilator, de doorstroomkanalen en verdere delen van de installatie, zoals bijvoorbeeld een warmtewisselaar, groter uit te voeren. Dit aanpassen van de gehele installatie brengt aanzienlijke kosten met zich mede.

De onderhavige uitvinding heeft tot doel een oplossing te bieden voor onder meer voornoemde problemen.

Dit doel wordt volgens de uitvinding bereikt, doordat de aandrijving van het schoepenlichaam een lineaire inductiemotor omvat, die aan de buitenomtrek van het schoepenlichaam is aangebracht, en die een aan het schoepenlichaam bevestigde rotor en een stationair aangebrachte, met de rotor samenwerkende stator heeft.

Met een dergelijke ventilator volgens de uitvinding is een hoog aandrijfrendement realiseerbaar, doordat het verlies aan mechanische arbeid in de overbrenging wordt vermeden. De werking van de ventilator volgens de uitvinding is zeer betrouwbaar, doordat behalve de ventilator zelf geen bewegende delen aanwezig zijn.

Voorts is bij een ventilator volgens de uitvinding de obstructie van de luchtstroom .aanzienlijk minder, doordat in de doorstroomopening geen motor, tandwielkast of andere aandrijving aanwezig is, en doordat in het bijzonder bij ventilatoren van grote diameter geen een traverse vormende loopbrug naar onderhoudsgevoelige onderdelen, zoals de motor en overbrenging nodig is. Voorts kan worden volstaan met een veel lichtere onder-steuningsconstructie voor de ventilator, hetgeen eveneens bijdraagt aan een vermindering van de obstructie in de doorstroomopening. De verminderde obstructie van de doorstroomopening resulteert in een groter aërodynamisch rendement van de ventilator, en bovendien kan met een lager door de ventilator op te leggen drukverschil worden volstaan, zodat het toerental van de ventilator lager kan zijn, hetgeen de geluidsproduktie van de ventilator lager doet worden.

Bij zogenaamde "stille" ventilatoren vormt de aandrijving de grootste geluidsbron. Met de ventilator volgens de uitvinding is deze geluidsproduktie nagenoeg geheel te elimineren, zodat dienovereenkomstig de geluidsproduktie ook hierdoor wordt verlaagd.

Volgens een constructief voordelige uitvoeringsvorm van de ventilator volgens de uitvinding omvat de rotor een ringvormig elektrisch geleidend plaatlichaam, spoelenlichaam of zogenaamde laddervormige rotor en omvat de stator ten minste één zich langs een deel van het ringvormige plaatlichaam uitstrekkend statordeel met elektrisch te bekrachtigen spoelen. Gezien de ringvorm van het plaatlichaam zal het statordeel bij voorkeur boogvormig zijn met een met het ringvormige plaatlichaam overeenkomstige kromming. Eventueel kan het statordeel zich ook rondom de gehele rotor uitstrekken. Een ringvormig elektrisch geleidend plaatlichaam laat zich zeer voordelig aan het schoepenlichaam, bij voorkeur aan de buitenomtrek van de schoepen, bevestigen, waarbij het tevens als versteviging van de schoepen kan dienen en de zogenaamde tipspeling volledig elimineert. Ook kan het plaatlichaam zijn voorzien van spoelen of als zogenaamde laddervormige rotor zijn gevormd.

Voor een efficiënte aandrijving is het volgens de uitvinding voordelig, wanneer de stator ten minste twee of meer, bijvoorbeeld 3. 5. 6 of meer, langs de omtrek van het ringvormige plaatlichaam verdeeld aangebrachte, statordelen omvat, waarbij de statordelen bijvoorkeur met onderling gelijke hoekafstanden zijn aangebracht.

Volgens een verdere voordelige uitvoeringsvorm van de uitvinding is het schoepenlichaam magnetisch gelagerd, bij voorkeur met behulp van de lineaire inductiemotor. Door een dergelijke magnetische lagering laat de obstructie van de doorstroomopening zich verder reduceren. Het is hierbij zelfs mogelijk dat het schoepenlichaam uitsluitend magnetisch is gelagerd, eventueel zelfs uitsluitend met behulp van de lineaire inductiemotor, maar een hulplagering kan met het oog op bijvoorbeeld het opstarten van een stilstaande ventilator zeer nuttig zijn. Bij de magnetische lagering kan gebruik worden gemaakt van zowel afstoting als aantrekking door magnetische krachten.

Voor een groot aandrijfrendement van de ventilator volgens de uitvinding is het voordelig wanneer de stator of rotor een in dwarsdoorsnede U-vormig lichaam omvat, en wanneer de rotor respectievelijk stator zich tussen de benen van de U-vormige stator respectievelijk rotor uitstrekt. Met behulp van een dergelijk U-vormig lichaam is een tweezijdig werkende aandrijving te bewerkstelligen.

Met het oog op het toelaten van radiale uitzettingen van de ventilator ten gevolge van bijvoorbeeld hoge toerentallen of temperaturen, is het volgens de uitvinding voordelig, wanneer de rotor een zich horizontaal uitstrekkend ringvormig plaatlichaam omvat.

De lineaire inductiemotor kan volgens de uitvinding zowel een synchrone als een asynchrone motor zijn.

De onderhavige uitvinding zal in het nuvolgende aan de hand van de bijgaande tekeningen nader worden toegelicht. Hierin toont: fig. 1 een schematisch bovenaanzicht van een eerste uitvoeringsvorm van een ventilator volgens de uitvinding; fig. 2 een zijaanzicht in doorsnede volgens fig. 1; fig. 3 een schematisch detailaanzicht, gedeeltelijk in doorsnede, van een tweede uitvoeringsvorm van een ventilator volgens de uitvinding; fig. 4 een schematisch detailaanzicht, gedeeltelijk in doorsnede, van een derde uitvoeringsvorm van een ventilator volgens de uitvinding; fig. 5 een schematisch detailaanzicht, gedeeltelijk in doorsnede, van een vierde uitvoeringsvorm van een ventilator volgens de uitvinding; fig. 6 een schematisch detailaanzicht, gedeeltelijk in doorsnede, van een vijfde uitvoeringsvorm van een ventilator volgens de uitvinding, en fig. 7, evenals fig. 8, schematisch een wijze van magnetische legering van de rotor.

Figuren 1 en 2 tonen een ventilatorsamenstel 2 omvattende een schoepenlichaam met schoepen 2 aangebracht op een centrale as 8, welke wordt ondersteund door aan dragers 6 bevestigde legeringen 7 · Aan de buitenomtrek van de schoepen 2 is een rotordrager 3 aangebracht, die op zijn beurt is voorzien van een zich verticaal uitstrekkend, een rotor vormend, plaatlichaam 4. *Dit plaatlichaam 4 strekt zich uit rondom de schoepen 2.

De rotor 4 vormt tezamen met een stator 5* in de vorm van twee op gelijke hoekafstanden langs de omtrek van de rotor 4 verdeeld aangebrachte statordelen 5, een lineaire inductiemotor.

Elk statordeel 5 bestaat uit een in dwarsdoorsnede U-vormig lichaam, dat de rotor aan weerszijden omvat, zodanig dat de rotor zich tussen de beide benen van de U-vormige statordelen 5 uitstrekt. Deze statordelen 5 zijn voorzien van elektrisch te bekrachtigen spoelen.

Wanneer met behulp van de lineaire inductiemotor het schoepenlichaam magnetisch wordt gelagerd, kan de legering bij de punten 7. en daarmee ook de steunen 6 eventueel vervallen.

In afwijking van gebruikelijke lineaire inductiemotoren, zijn bij de ventilator volgens de uitvinding de stator en de rotor gekromd gevormd. Voor het overige is de aandrijvende werking en opbouw van lineaire inductiemotoren algemeen bekend, zodat deze geen nadere toelichting behoeven.

Fig. 3 toont in een gedeeltelijk in doorsnede weergegeven detailaanzicht een tweede uitvoeringsvorm van de ventilator volgens de uitvinding. Hierbij omvat de rotor een plaatlichaam 14, dat is opgebouwd uit een aluminium bevattende plaat 17 en een ijzer bevattende plaat 16. De stator 15 is hierbij uitgevoerd als een enkelwerkend primair deel.

De uitvoeringsvormen van de lineaire inductiemotor volgens de figuren 1 t/m 3 zijn voordelig bij axiale verplaatsingen of vervormingen van de rotor. De spleetbreedte wordt dan constant gehouden, en daarmee het motorrendement.

In het algemeen kan worden gesteld dat hoe kleiner de spleetbreedte is, des te groter het motorrendement.

Fig. 4 toont een gedeeltelijk in dwarsdoorsnede weergegeven detailaanzicht van een derde uitvoeringsvorm van een ventilator volgens de uitvinding. De rotor 24 wordt hierbij gevormd door een zich horizontaal uitstrekkende aluminium bevattende, ringvormige plaat die is bevestigd aan de verticale, eveneens ringvormige rotordrager 23· De stator 25 is hierbij uitgevoerd als een horizontaal georiënteerd, in dwarsdoorsnede U-vormig lichaam, waarbij de van spoelen voorziene delen 29 hiervan zodanig zijn aangebracht, dat de rotor 24 zich hiertussen bevindt. Bij een dergelijk samenstel hebben vervormingen en verplaatsingen van de rotor in axiale richting geen invloed op de spleetbreedte, zodat het motorrende-ment hierdoor niet verandert. Door de tweezijdige aanbrenging van spoelen wordt het motorrendement verhoogd.

Fig. 5 toont een detail van een vierde uitvoeringsvorm van een ventilator volgens de uitvinding. De rotor is hierbij overeenkomstig de uitvoeringsvorm volgens fig. 4 gevormd als een horizontaal georiënteerde ringvormige plaat 3^. die is bevestigd aan een verticaal georiënteerde ringvormige, plaatvormige rotordrager 33· Als onderscheidend verschil met de uitvoeringsvorm volgens fig. 4 is de stator aan te wijzen. De stator 35 is hierbij, evenals bij de uitvoeringsvorm volgens fig. 3. uitgevoerd als een enkelwerkend primair deel. De voordelen van dit samenstel zijn dan ook verder hetzelfde. Verder omvat de horizontaal georiënteerde ringvormige plaat 34 een niet-magnetisch aluminium plaatdeel 37 en een magnetisch plaatdeel 36.

Fig. 6 toont een detailaanzicht van een vijfde uitvoeringsvorm van een ventilator volgens de uitvinding. De rotor is hierbij gevormd als een U-vormig lichaam, dat zich uitstrekt rondom het van schoepen 2 voorziene schoepenlichaam. De rotor 44 vormt hierbij dus een U-vormig, ringvormig kanaal. De rotor 44 is hierbij opgebouwd uit een laag 46 magnetisch materiaal en een aluminium omvattende laag 47· De stator 45 is bij deze uitvoeringsvorm uitgevoerd als een vast opgestelde, in de U-vormige rotor gelegen primaire wikkeling. Op deze wijze is het magnetisch strooiveld buiten de motor gering te houden, hetgeen bijvoorbeeld met het oog op elektromagnetische storingen, veiligheid en betrouwbaarheid, zeer voordelig is.

Het zal duidelijk zijn dat de stators en rotors volgens de uitvoeringsvormen van figuren 3~6 wat betreft hun vormgeving in bovenaanzicht grotendeels overeenkomen met die, zoals getoond in fig. 1.

Figuren 7 en 8 tonen twee varianten voor het magnetisch legeren van de rotor. Bij fig. 7 berust de legering op de afstotende werking tussen twee magneetvelden. Lichaam 58 is hiertoe voorzien van spoelen, bij voorkeur suprageleidende spoelen, die elektrisch worden bekrachtigd. Bij fig.

8 berust de legering op de door een magnetisch veld uitgeoefende aantrekkingskracht. Hiertoe is lichaam 68 voorzien van elektrisch spoelen waarmee een magnetische kracht is uit te oefenen, zodanig dat de rotor 64 in zwevende toestand verkeert. De van spoelen voorziene lichamen 59 en 69 kunnen een aantrekkende of afstotende magnetische kracht uitoefenen op respectievelijk de rotors 54 en 64. De lageringen volgens figuren 7 en 8 kunnen ook in combinatie worden toegepast.

Door met behulp van een regeling de magnetische krachten van de lagerlichamen 58, 59, 68, 69 te regelen, kan de spleetbreedte tussen de rotor en stator op een bepaalde, bij voorkeur constante waarde worden gehouden.

De voordelen van een dergelijke magnetische lagering zijn onder meer: er is geen mechanisch contact tussen de ventilator (rotor) en de rest van de constructie; krachten op de schoepenlichamen kunnen worden opgevangen waar ze ontstaan, waardoor het geheel lichter is te ontwerpen; de positie van de ventilator is nauwkeurig te regelen, en voor vervormingen en uitzettingen van de schoepenlichamen is te compenseren, zodat de spleetbreedte tussen stator en rotor constant is te houden; en luchtlekkage van de drukzijde naar de zuigzijde via de lageringen wordt beter beheersbaar.

De hier beschreven uitvoeringen van de rotor en stator zijn in hoofdzaak bedoeld als voorbeelden van de vele mogelijke varianten, het zal duidelijk zijn dat ook andere uitvoeringsvormen van de stator en/of rotor onder de strekking van de uitvinding vallen.

Voor wat betreft de nadere uitwerking van de stators en rotors kan worden verwezen naar de literatuur met betrekking tot lineaire inductie-motoren.

Claims (12)

1. Ventilator omvattende een schoepenlichaam en een aandrijving voor het doen roteren van het schoepenlichaam, met het kenmerk, dat de aandrijving van het schoepenlichaam een lineaire inductiemotor omvat, die aan de buitenomtrek van het schoepenlichaam is aangebracht, en die een aan het schoepenlichaam bevestigde rotor en een stationair aangebrachte, met de rotor samenwerkende stator heeft.

2. Ventilator volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de rotor een ringvormig elektrisch geleidend plaatlichaam omvat, en dat de stator ten minste één zich langs een deel van het ringvormige plaatlichaam uitstrekkend statordeel met elektrisch te bekrachtigen spoelen omvat.

3· Ventilator volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de stator ten minste twee of meer langs de omtrek van het ringvormige plaatlichaam verdeeld aangebrachte statordelen omvat, waarbij de statordelen bijvoor-keur met gelijke hoekafstanden zijn aangebracht.

4. Ventilator volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het schoepenlichaam magnetisch is gelagerd, bij voorkeur met behulp van de lineaire inductiemotor.

5. Ventilator volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de stator of rotor een in dwarsdoorsnede U-vormig lichaam omvat, en dat de rotor respectievelijk stator zich tussen de benen van de U-vormige stator respectievelijk rotor uitstrekt.

6. Ventilator volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de rotor een zich horizontaal uitstrekkend ringvormig plaatlichaam omvat.

7. Ventilator volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de rotor een zich verticaal uitstrekkend ringvormig plaatlichaam omvat.

8. Ventilator volgens één der conclusies 6 of 7· met het kenmerk, dat de stator een evenwijdig aan een deel van het ringvormige plaatlichaam aangebracht enkelwerkend primair deel is.

9· Ventilator volgens één der conclusies 6 of 7· eet het kenmerk, dat de stator een U-vormig lichaam omvat, dat met zijn benen zodanig aan weerszijden van het ringvormige plaatlichaam is aangebracht, dat het een dubbelwerkend primair deel vormt.

10. Ventilator volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de rotor een U-vormig, ringvormig lichaam omvat en dat de stator een in het U-vormige lichaam geplaatst primair deel omvat.

11. Ventilator volgens één der voorgaande conclusies 2-10, met het kenmerk, dat het plaatlichaam een goed geleidende, niet-magnetische plaat en/of plaat van magnetisch materiaal bevat.

12. Ventilator volgens één der voorgaande conclusies 2-11, met het kenmerk, dat de motor een synchrone of asynchrone motor is.