NL9402191A - Ventilator. - Google Patents

Description

De uitvinding heeft betrekking op een ventilator, omvattende: een centrale naaf; een aantal met die naaf verbonden bladen, die zich althans min of meer in radiale richting uitstrekken, welke bladen een zodanige vorm bezitten, dat bij roterende aandrijving rond de hartlijn van de naaf een luchtverplaatsing optreedt; en aandrijfmiddelen voor het roterend aandrijven van de bladen met de naaf rond de hartlijn van de naaf.

Een dergelijke ventilator is bekend. Hij is zodanig uitgevoerd, dat de aandrijfmiddelen een motor met niet-verwaarloosbare diameter omvatten, de uitgaande as van welke motor rechtstreeks met de naaf is verbonden. De naaf vertoont een aan de diameter van de motor aangepaste, eveneens niet-verwaarloosbare diameter.

Het nadeel van een dergelijke bekende structuur is, dat het centrale gedeelte van de ventilator niet meewerkt aan het opwekken van de gewenste luchtstroom, hetgeen uit rendementsoverwegingen ongewenst is.

Een verder belangrijk rendement-beperkend aspect is de omstroming van de einden van de bladen, de zogenaamde tips.

Het zou gewenst zijn, deze tip-omstroming te elimineren.

Een ander nadeel van de bekende ventilator is, dat de motoras en de naaf rechtstreeks en star met elkaar zijn gekoppeld. Als gevolg van deze onverbrekelijke koppeling mist bekende ventilator elke flexibiliteit bij het kiezen van het type van de motor en wordt het motor-ontwerp volledig bepaald door het gewenste toerental.

Het is derhalve een doel van de uitvinding, een ventilator zodanig uit te voeren, dat verliezen als gevolg van de aanwezigheid van een aërodynamisch niet-werkzame naaf tot verwaarloosbare proporties zijn teruggebracht.

Een verder doel van de uitvinding is het zodanig uitvoeren van een ventilator, dat een grotere flexibiliteit wordt verkregen met betrekking tot de keuze van de of elke aandrijfmotor, waarbij de overbrenging tussen de rotor, omvattende naaf en de bladen, en de motor zodanig kan worden ontworpen, dat zowel de rotor als de motor op een zo gunstig mogelijk toerental draaien.

Ter verwezenlijking van deze doelstelling verschaft de uitvinding een ventilator van het vermelde type, die het kenmerk vertoont, dat de eindzones van de bladen door een ring verbonden zijn, welke ring roteerbaar in een behuizing gedragen is; en de aandrijfmiddelen een motor omvatten, die op afstand van de naaf buiten de door de aangedreven bladen opgewekte luchtstroom is geplaatst.

Een specifieke uitvoering is die, waarin de ring deel uitmaakt van de aandrijfmiddelen.

Bijvoorbeeld kan deze variant de bijzonderheid vertonen dat de ring door een motor wordt aangedreven.

Een specifieke uitvoering vertoont de bijzonderheid dat de ring de rotor van een eventueel collectorloze elektromotor is.

Een variant van deze laatste uitvoering vertoont de bijzonderheid, dat de rotor een lineaire inductiemotor is.

Gebruik kan worden gemaakt van mechanische roterende legering. In een alternatief vertoont de ventilator volgens de uitvinding de bijzonderheid dat de rotor tijdens bedrijf magnetisch is opgehangen.

Een verdere rendementsverhoging wordt verkregen met een uitvoering, waarin de bladen een aërodynamische vorm met gemaximaliseerde ct/cD bij een geminimaliseerde (cD)0, zijnde de vormweerstand bij cL = 0, bezitten.

Een lichte en niettemin mechanisch zeer sterke uitvoering vertoont de bijzonderheid dat de bladen onder voorspanning met de naaf en de ring verbonden zijn.

Weer een verdere variant met een zeer lichte rotor vertoont de bijzonderheid dat de bladen elk een uit metaal met een dikte van ten hoogste 1 mm bestaande huid omvatten.

Een bepaalde uitvoering vertoont de bijzonderheid dat de bladen elk een uit met treksterke vezels gewapende kunststof laag bestaande huid omvatten.

De hiervoor genoemde twee uitvoeringen kunnen het kenmerk vertonen dat de huid een dikte bezit van 0,001 -0,03 x de gemiddelde koorde van een blad.

In het bijzonder bij toepassing van voorspanning kan deze laatste variant gebruik maken van een zeer dunne huid. Bijvoorbeeld kan de ventilator dan de bijzonderheid vertonen dat de huid een dikte van (0,2 ± 0,1) mm bezit.

Diverse geschikte materialen komen in aanmerking. Uit overwegingen van sterkte enerzijds en prijs anderzijds verdient die uitvoering de voorkeur, waarin de huid uit aluminium of roestvast staal bestaat.

Ter verkrijging van een vergrote bestendigheid tegen vervorming door stoten of dergelijke kan de ventilator de bijzonderheid vertonen dat de door de huid omsloten holte met een vulstof gevuld is.

Deze laatste uitvoering kan op een eenvoudige wijze worden vervaardigd. Deze variant vertoont de bijzonderheid dat de vulstof vooraf in een vormholte is gemodelleerd en vervolgens de huid daaromheen is aangebracht.

Nog een verdere verhoging van het rendement kan worden verkregen met een uitvoering, waarin het aantal bladen meer dan vier bedraagt. Bijvoorbeeld kan het aantal bladen acht of meer bedragen. Bij gebruik van een aërodynamisch geoptimaliseerde vormgeving kan het rendement ten opzichte van bekende ventilatoren zeer hoog zijn, terwijl verder het toerental-tolerantiegebied sterk is uitgebreid. Bijvoorbeeld kan de gemiddelde dikte van de bladen in de orde van 15 % van de koorden liggen. Bij bekende ontwerpen ligt deze dikte in de orde van 2 è 3 %. Met een dergelijk ontwerp neemt de weerstandscoëfficiënt cD af, terwijl de liftcoëfficiënt cL bijvoorbeeld van 0,8 naar 1,6 kan worden verhoogd. Het rendement van de ventilator hangt samen met het quotiënt cL/cD. Door deze maatregelen kan hierdoor het ventilatorrendement worden verhoogd tot in de orde van grootte van 90%. Bij bekende ontwerpen ligt dit rendement in de orde van grootte van maximaal 50 %. Ook draagt het verlagen van (cD)0 bij tot een reductie van het afgegeven geluid.

Een voordeel van het gebruik van een groter aantal bladen is, dat het toegepaste toerental lager kan zijn en de geluidproduktie corresponderend kan afnemen.

De bladen zullen voor een geoptimaliseerde aërodynamische vormgeving naar hun naar de ring gewende einden toelopen. De torsie van de bladen kan, gezien in de axiale richting van de ventilator, bij de hartlijn een torsie in de orde van 15° vertonen, terwijl de bladen aan de tips, dat wil zeggen de aan de ring grenzende einden, bijvoorbeeld een torsie in de orde van 65° kunnen vertonen.

Voor het zo goed mogelijk geleiden van de door de ventilator opgewekte luchtstroom kan de ventilator de bijzonderheid vertonen dat althans het binnenvlak van de ring een aërodynamische vorm vertoont.

Geluidbeperkend en rendement verhogend is die uitvoering, waarin de eindzones van de bladen vloeiend aansluiten aan het binnenvlak van de ring.

Deze uitvoering kan met voordeel het kenmerk vertonen dat de eindzones een zich over de gehele omtrek verbredende vorm vertonen met een kromtestraal in dezelfde orde van grootte als de karakteristieke dikte van de bladen.

Een variant, waarin de bladen een aërodynamische vorm met gemaximaliseerde cL/cD bij geminimaliseerde cD bezitten, kan met voordeel bovendien het kenmerk vertonen dat de bladen een achterrand met een ten opzichte van de aërodynamische grenslaag tijdens bedrijf van de ventilator geringe dikte bezitten.

In een variant, waarin de bladen elk een huid van metaal of gewapende kunststof omvatten kan de hiervoor genoemde uitvoering de bijzonderheid vertonen dat de achterrand is gevormd door één huidlaag, die aansluit aan een zone, waarin twee huidlagen elkaar overlappen, waarbij de huidlaag van de achterrand zich aan de convexe zijde bevindt.

De uitvinding zal nu worden toegelicht aan de hand van bijgaande tekeningen. Hierin tonen: figuur 1 een gedeeltelijk weggebroken perspectivisch aanzicht van een ventilator volgens de uitvinding in een eerste uitvoeringsvoorbeeld; figuur 2 een gedeeltelijk weggebroken perspectivisch aanzicht van een tweede uitvoeringsvoorbeeld; figuur 3 een gedeeltelijk weggebroken perspectivisch aanzicht van een derde uitvoeringsvoorbeeld; figuur 4 een langsdoorsnede door een vierde uitvoeringsvoorbeeld; en figuur 5 een gedeeltelijk weggebroken gedeeltelijk perspectivisch aanzicht van een deel van de ventilator.

Figuur 1 toont een ventilator 1, omvattende een centrale naaf 2, acht met die naaf 2 verbonden bladen 3, die zich althans min of meer in radiale richting uitstrekken en een zodanige vorm bezitten, dat bij roterende aandrijving rond de hartlijn van de naaf 2 een luchtverplaatsing optreedt. De eindzones 4 van de bladen 3 zijn met elkaar verbonden door een ring 5, die roteerbaar en aandrijfbaar is gedragen in een behuizing 6.

Voor aandrijving van de rotor 2,3,4,5 dient een motor 7, die via een overbrenging 8 een aandrijfrol 9 aandrijft. Deze drijft op zijn beurt door wrijvingscontact de ring 5 aan. Deze wordt verder gedragen door twee vrije geleidingsrollen 10,11, die verend van en naar de ring 5 in de behuizing 6 zijn opgenomen.

Het binnenvlak 12 van de ring 5 vertoont een afgeronde aërodynamische vormgeving.

Figuur 2 toont een ventilator 12, waarvan de behuizing 13 is ingericht voor het accommoderen van twee rotoren 2,3,4,5. De motor 7 drijft beide rotoren aan. Daartoe wordt gebruik gemaakt van een door een dor de motor 7 aangedreven tandwiel 14 aangedreven tandriem 15, die samenwerkt met een rond elke ring 5 aangebracht rondsel 16. Twee vrij draaiende tandwielen 17,18 zijn vast ten opzichte van de behuizing 13 gelagerd en dienen voor de correcte positionering van de beide rotoren 2,3,4,5, in combinatie met de trekspanning in de tandriem 15. Ruimtewinst is geboekt door gebruik van twee vrij draaiende omleidrollen 19,20, waardoor de tandriem zowel aan bovenzijde als aan de onderzijde van de rotoren in in hoofdzaak horizontale richting aangrijpt.

Figuur 3 toont een ventilator 21, waarvan de behuizing 22 roterend is gedragen door gestel 23. De behuizing 22 is buisvormig uitgevoerd en vertoont aan zijn binnenvlak 24 een aërodynamische vorm. Aan dat binnenvlak 24 is een rotor 2,3,4,5 bevestigd. Opgemerkt wordt, dat voor produktiedoeleinden de ring 15 kan zijn toegepast. Ook zou deze achterwege kunnen blijven, namelijk in het geval, waarin de bladen 3 rechtstreeks, bijvoorbeeld onder voorspanning, met het binnenvlak 24 verbonden zijn.

Via schematisch aangeduide elektrische aansluitingen 25,26 wordt elektrische energie toegevoerd aan een statorwikkeling 27, die deel uitmaakt van het gestel 23. De behuizing 22, die, zoals gezegd, roteerbaar is ten opzichte van het gestel 23, draagt een krans 28 van magneetmiddelen, die samen met de statorwikkeling 27 een collectorloze elektromotor vormen. Desgewenst kan deze motor zodanig zijn uitgevoerd, dat de behuizing 22 tijdens bedrijf elektrisch is opgehangen.

Figuur 4 toont een ventilator 29 met een kunststof behuizing 30 en een beschermkap 31 van metaalgaas.

De rotor 2,3,4,5 draagt magneten 32, die samenwerken met een statorwikkeling 33, analoog aan de uitvoering volgens figuur 3.

De bladen 3 omvatten een schuimkern 34, bijvoorbeeld van kunststof, zoals PUR, met roestvaststalen huidplaten met een dikte in de orde van 0,2 mm. Ter verkrijging van een voldoend grote mechanische sterkte en stijfheid omvat de wand van de behuizing 30 een aantal daarmee verlijmde metalen staven 36.

In het gebied van de rotor 2-5 vertoont het binnenvlak van de behuizing 30 een stroomlijnvorm, zoals in de linkerbovenhoek van figuur 4 te zien is. Terwille van gering gewicht is gebruik gemaakt van een schuimstof-vulling 37.

In een uitvoering, waarin de bladen een huid omvatten, bezit de huid een dikte, die bij voorkeur samenhangt met de spanwijdte en de koorde van die bladen.

Figuur 5 toont in gedeeltelijk weggebroken perspectivisch aanzicht de structuur van de ventilatorbladen 3. Elk blad 3 omvat een tot een aërodynamische vorm gemodelleerde huid 38, zodanig dat het blad 3 een convexe vlak 39 en een concaaf vlak 40 vertoont. Deze vlakken sluiten aan elkaar aan via een gebogen voorrand 41 met relatief geringe kromtestraal. In de achterzone 42 overlappen de vlakken 39 en 40 elkaar. Voorbij de overlapzone 43 steekt dat huiddeel uit, dat aansluit aan het convexe vlak 39. Aldus ontstaat een uitstekende achterrand 44, bestaande uit een dunne laag, overeenkomstig de dikte van de huid.

Het blad 3 is verder met schuimstof 45 gevuld.

In de uitvoeringsvoorbeelden volgens de figuren 1,2 en 5 sluiten de eindzones van de ventilatorbladen vloeiend aan aan het binnenvlak van de ring. Deze eindzones vertonen een zich over hun gehele omtrek verbredende vorm. De kromtestraal is min of meer constant en vertoont een waarde in dezelfde orde van grootte als de karakteristieke dikte van de ventilatorbladen.

Claims (21)

1. Ventilator, omvattende: een centrale naaf; een aantal met die naaf verbonden bladen, die zich althans min of meer in radiale richting uitstrekken, welke bladen een zodanige vorm bezitten, dat bij roterende aandrijving rond de hartlijn van de naaf een luchtverplaatsing optreedt,· en aandrijfmiddelen voor het roterend aandrijven van de bladen met de naaf rond de hartlijn van de naaf, met het kenmerk. dat de eindzones van de bladen door een ring verbonden zijn, welke ring roteerbaar in een behuizing gedragen is; en de aandrijfmiddelen een motor omvatten, die op afstand van de naaf buiten de door de aangedreven bladen opgewekte luchtstroom is geplaatst.

2. Ventilator volgens conclusie l, waarin de ring deel uitmaakt van de aandrijfmiddelen.

3. Ventilator volgens conclusie 2, waarin de ring door een motor wordt aangedreven.

4. Ventilator volgens conclusie 2, waarin de ring de rotor van een eventueel collectorloze elektromotor is.

5. Ventilator volgens conclusie 4, waarin de rotor een lineaire inductiemotor is.

6. Ventilator volgens conclusie 4, waarin de rotor tijdens bedrijf magnetisch is opgehangen.

7. Ventilator volgens conclusie 1, waarin de bladen een aërodynamische vorm met een gemaximaliseerde cL/cD bij een geminimaliseerde (co)0, zijnde de vormweerstand bij cL = 0, bezitten.

8. Ventilator volgens conclusie 1, waarin de bladen onder voorspanning met de naaf en de ring verbonden zijn.

9. Ventilator volgens conclusie 1, waarin de bladen elk een uit metaal bestaande huid omvatten.

10. Ventilator volgens conclusie 1, waarin de bladen elk een uit met treksterke vezels gewapende kunststof laag bestaande huid omvatten.

11. Ventilator volgens conclusie 9 of 10, waarin de huid een dikte bezit van 0,001 - 0,03 x de gemiddelde koorde van een blad.

12. Ventilator volgens conclusie 9 of 10, waarin de huid een dikte van (0,2 ± 0,1) mm bezit.

13. Ventilator volgens conclusie 9 of 10, waarin de huid uit aluminium of roestvast staal bestaat.

14. Ventilator volgens conclusie 9 of 10, waarin de door de huid omsloten holte met een vulstof gevuld is.

15. Ventilator volgens conclusie 14, waarin de vulstof vooraf in een vormholte is gemodelleerd en vervolgens de huid daaromheen is aangebracht.

16. Ventilator volgens conclusie 1, waarin het aantal bladen meer dan vier bedraagt.

17. Ventilator volgens conclusie 1, waarin althans het binnenvlak van de ring een aërodynamische vorm vertoont.

18. Ventilator volgens conclusie 17, waarin de eindzones van de bladen vloeiend aansluiten aan het binnenvlak van de ring.

19. Ventilator volgens conclusie 18, waarin de eindzones een zich over de gehele omtrek verbredende vorm vertonen met een kromtestraal in dezelfde orde van grootte als de karakteristieke dikte van de bladen.

20. Ventilator volgens conclusie 7, waarin de bladen een achterrand met een ten opzichte van de aërodynamische grenslaag tijdens bedrijf van de ventilator geringe dikte bezitten.

21. Ventilator volgens conclusie 20 en 9 of 10, waarin de achterrand is gevormd door één huidlaag, die aansluit aan een zone, waarin twee huidlagen elkaar overlappen, waarbij de huidlaag van de achterrand zich aan de convexe zijde bevindt.