NO140397B - Festeringsanording ved elektriske koblings- og apparatbokser - Google Patents

Description

Sentrifugalvifte med et roterende gitter.

Der kreves på alle teknikkens områder ventilatorer som kan avgi en støyfattig luftstrøm. Det har da heller ikke manglet på forsøk på å konstruere slike ventilatorer, men disse forsøk har hittil bare vært vel-lykket opp til en bestemt grense. Det er konstatert at den omfattende del av en ventilators lydspektrum som er vanskelig å dempe og som ligger under den frekvens som tilsvarer skovlantall og turtall pr. sek., skriver seg fra tilbakevirkninger på gitter-gjennomstrømningen av enkelte forstyrrelser i avløpskanalen. Den type høyverdige og høyt belastede gittere som kan påtreffes i moderne radialventilatorer med fremad-bøyde skovler, viser nettopp en betydelig ømfintlighet.

Således er oppgaven den å skaffe et gitter, hvis gjennomstrømningskarakter ikke tillater noen sprangvise forskyvninger når enkelte forstyrrelser opptrer. Et første skritt består i anvendelsen av tallrike skov-

ler, mellom hvilke der allerede består laminære strømningstilstander. Imidlertid begrenses et godt resultat av denne for-holdsregel ved at multiskovlgitterne (f. eks.

64 skovler) har tendens til å danne stav-hvirvelskarer (Karman-baner) på skovl-endene. Forsøk med bølgeformede blikk-plater som tilnærmet danner et fint stav-gitter, viser at der ved fine inndelinger i omløpsretningen opptrer klare toner. Måle-resultater og beregninger viste hvorfor tallrike foreslåtte anordninger av ventilatorer med bølgeformede plater eller fine stav-gittere ikke førte til godt resultat. De til-

leggstap som oppstod, stod ikke i noe rime-

lig forhold til reduksjonen av støynivået.

De store drosseltap førte dessuten til at viftene måtte bygges ualminnelig store og bare i spesialtilfelle kan finne praktisk anvendelse.

En annen mangel ved disse vifter er kanalforstyrrelsenes tilbakevirkning på git-terstrømningene som alltid vil være tilstede når der foreligger en avhengighet mellom gjennomstrømningsmotstanden og inn- og utstrømningsretningenes romvinkler. Den-

ne avhengighet er alltid tilstede ved skovlgittere med elementer som forløper loddrett på omfangsretningen.

Foreliggende oppfinnelse eliminerer de beskrevne mangler ved at det strømmende medium tilføres en sentrifugalvifte med impulsvekslende roterende gitter, kjenne-tegnet ved at gitteret for utforming av de gjennomstrømmede gitterrom består av et flertall særlig fiberformede gitterlegemer som hovedsakelig ligger i rotasjonsplanet.

Ved anordningen ifølge oppfinnelsen bortfaller forannevnte mangler fordi en overføring av vinkelhastigheten ved elementer som ligger i omfangsretningen, bare er mulig som følge av treghetskrefter, på hvis størrelse den momentane inn- eller ut-strømningsvinkel ikke har noen innflytelse. Vinkelen mellom elementene kan innstille seg fritt. Der er da oppnådd en fullstendig frigjøring av gjennomstrømningstapene fra den momentane utstrømningsvinkel som tilsvarer et minimum av støydannelse.

Av konstruktive grunner må der være tilstede enkelte lengdeforbindelser mellom disse elementer. Forsøk med fibermateria-ler viste som resultat at tapene ved en gjennomstrømning parallelt med overfla-ten er vesentlig mindre enn loddrett på denne. På denne måte oppstod den tanke å anvende fibermateriale som gitter når gjennomstrømningen foregår slik at den del av fibrene som er loddrett på omfangsretningen og parallell med dreieaksen, er liten.

Forsøk med vifter bygget på denne måte viste overraskende store ydelser pr. byggeenhet ved et støynivå som bare svarte til den utstrømmende lufts kanalsus.

Ved hvert bestemt turtall vil det når dette har nådd en konstant verdi, frem-bringes et bestemt trykk som på sin side igjen bevirker en helt bestemt luftbeford-ringsmengde. Det fenomen som kalles «pumping» i betydningen sprang fra et skjæringspunkt til et annet, unngåes, be-fordringsmengden er stabil helt ned til 0.

I motsetning til skovlgittere utgjør det anvendte fibergitter en strømningsavslut-ning ved stillstand, slik at ytterligere av-slutningsmidler i mange tilfelle blir over-flødige.

Som følge av radialsymetrien av gjen-nomstrømningen gjennom fiberlegemet skjer innsugningen med samme gjennom - strømningshastighet fra alle retninger ved vifteinnløpet og må ikke, som tilfellet er ved skovlventilatorer, først sikres ved foranliggende blandere.

Som følge av fiberlegemets spesielle egenskaper er hendene i størst mulig utstrekning beskyttet ved berøring av motoren mens denne er igang, slik at særskilte ytre beskyttelsesgittere er overflødige og dessuten bortfaller den ved skovlgittere omstendelige utbalansering av rotoren som følge av fiberlegemets lille masse. Dessuten er fremstillingen tenkelig enkel og billig og lar seg anvende universalt.

En særskilt karakteristisk egenskap ved oppfinnelsen består i at det gjennomstrøm-mende fiberlegeme har filtrerende egenskaper fremkalt ved de små innbyrdes fi-beravstander. Disse filtrerende egenskaper kan ytterligere forsterkes når fiberlegemet er av kunststoff og således får en elektro-statisk oppladning.

Det har for enkelte anvendelsesområ-der vist seg hensiktsmessig å velge fiberlegemet skiveformet. Luften strømmer da aksialt inn i det roterende fiberlegemes indre og trer radialt ut igjen. Det er imidlertid i de fleste tilfelle gunstigere å anvende kurv- eller sylinderformen, særlig i de tilfelle hvor motoren bygges inn i det indre av kurven.

Den lille grad av ømfintlighet som slike gittere har for tilbakevirkninger fra av-løpskanalen, gjør det mulig å gi dem for-mer som ved radialventilatorer med normale gittere forårsaker for sterke forstyrrelser og hvirveldannelser. Ved en utvikling av spiralvolumene i retning av rotoraksen og på en slik måte at motoren som trekker ventilatorens rotor, ligger i gjennomstrøm-ningen, er det særlig lykkes å holde bygge-målene på tvers av rotoren betydelig mindre enn dette var mulig selv ved normale med skovler utstyrte, sterkt fremadkrum-mede radialvifter med forholdsvis store ut-løpshastigheter. Ved en rotordiameter på 1,5 kunne der oppnåes en kapselbredde på 2.

Denne ufølsomhet kan benyttes til å konstruere vifter med i det vesentlige aksial utløpsretning, som til tross for de spesielle akustiske egenskaper ikke overskrider de vanlige mål, hvorved den filterbærende skive kan være utformet som en roterende klokke som samtidig danner den indre konus i et diffusorrom i forbindelse med en faststående ytre kapselklokke, og hvor den aksiale inn- og aksiale utstrømmende luft-strøm avbøyes mellom dem.

Denne ufølsomhet kan videre utnyttes ved innbygging av elementer som varierer utløpstverrsnittet og som vanligvis er meget støyfrembringende, særlig varmelege-mer eller kjøleslanger, uten å måtte frykte for akustiske tilbakevirkninger på gitteret.

For rengjøring av rotorlegemet som virker som filter, er fiberlegemet anbragt på drivaggregatet med lett løsbare feste-midler.

Endelig er der også anordnet en fukte-innretning for det roterende fiberlegeme.

Som følge av den store berøringsflate mellom den gjennomstrømmende luft og

fibermaterialet, bringes væsker som fuk-ter fibrene i meget intens berøring med luftstrømmen, slik at luftfuktningen eller fordampningskjølingen er mulig på enkles-te måte.

Tegningene gjengir noen utførelses-eksempler; fig. 1 er et vertikalsnitt gjennom en ventilator, fig. 2 et planriss av samme, fig. 3 et tverrsnitt av en ventilator som samtidig bevirker motorkjøling og fig.

4 den samme ventilator i planriss; fig. 5

viser et tverrsnitt av en ventilator med aksialt luftavløp, fig. 6 et kurvformet fiber-

legeme, fig. 7 et skiveformet fiberlegeme, fig. 8 et tverrsnitt av en ventilator med motoren anbragt i det kurvformede fiberlegeme, fig. 9 den samme ventilator sett fra den ytre sugeside og fig. 10 et diagram. Ved radialventilatoren ifølge fig. 1 trekkes luften inn gjennom åpningen 1 over ventilatoren og suges i pilens 2 retning inn i en rotor 3 som består av en fiber-kurv som er festet til en skive 4. Denne sitter med det påsatte nav 5 på motorens 6 aksel. Ventilatorhuset 7 har på innstrøm-ningssiden et avrundet inntak 8 og er forbundet med motoren 6 over en mantel 9. Når rotoren 3 settes i rotasjon, kommer luften gjennom fiberkurven og blir etter-hvert akselerert i rotasjonsretningen og trer, etter å ha strømmet gjennom det porøse lag, ut i samlerommet 11 i pilens 10 retning.

Fig. 2 viser et planriss av den på fig. 1 viste ventilator. Luften trer inn i rotoren 3 gjennom åpningen 12. Rotoren dreies i pilens 14 retning. Den innstrømmende luft har en radial retning 15 som med den indre omfangshastighet 17 setter seg sammen til en relativ tilstrømningsretning 16. Ved gjennomstrømning av fiberlegemet bevirker skj ærkraften at der tas med luft i omfangsretningen; og den således fremkomne vinkelhastighet som luftpartiklene får, bevirker en sentrifugalkraft. Den relative bane forandrer seg og svarer ved utløpet til pilen 18. Ved sammensetning med den større omfangshastighet 20 fås den resul-terende utløpsretning 19 med hvilken luften strømmer inn i rommet 11. Dette rom er begrenset av veggen 23.

Ved hjelp av hastighets-parallello-grammene 15, 16, 17 og 18, 19, 20 kan det påvises at gjennomstrømningsmotstanden som funksjon av tilstrømningshastigheten 15 må være tilnærmet uavhengig av den momentane uttredelsesvektor 19.

Forandringer i denne utløpsvektors 19 retning som følge av kanalforstyrrelser eller — feil i rommet 11 er ansvarlige for de lavfrekvente støydannelser ved ventilatorer av vanlig konstruksjon, idet de ved gittere ofte forårsaker store forandringer av oppdrifts- og motstandsverdiene, hvilke forandringer dessuten skjer med forsinkelser inntil der dannes en ny grense-sjiktlikevekt. De fremkomne fasevinkler som følge av tidsforsinkelse er medansvar-lige for energitilførselen i det lavfrekvente støyområde. Hvis denne følsomhet og for-sinkelse bortfaller, kan de alltid forhån-denværende forskyvninger av utløpsstrøm-men i kanalrommet ikke lenger fremkalle noen selvforsterkende eller selvoppholden-de svingninger i spaltegjennomstrømnin-gen. Den laminære gjennomstrømnings særegne karakter som ikke fastlegger rom-vinklene 16 og 18 geometrisk, er ansvarlig for denne vidtgående frigjøring. Fig. 3 viser en ventilator som har sær-lige fordeler ved den praktiske anvendelse. Den i pilens 28 retning tilstrømmende luft passerer rundt vulsten 31 og trer inn i rotoren 32. Den utstrømmende luft går ifølge pilen 39 delvis inn i rommet mellom kapselen 33 og motoren 36 og ifølge pilen 35 delvis ut i det frie kapselrom. Hjulskiven 34 kan da gis en spesiell form som begunstiger en krumning av strømningen ved små tap. Skiven er forbundet med motorakselen over et nav 30. Bunnplaten 37 forbinder kapselen 33 med motorflensen. Fig. 4 viser et radialsnitt av fig. 3, som antydet. Luften som trer ut av rommet 40 og inn i rotoren 32 støtes ut i rommet 45 i pilenes 42, 43, 44, 46 og 47 retning. Ved begynnelsen av pilen 47 ligger kapselveggen 41 ennu meget nær rotoren 32. Den uttre-dende luft tvinges derfor til å strømme ut under rotorskiven etter den strektegnede del av pilen 47 omkring motorhuset 48. Luften fanges opp av tungen 51 og føres etter pilen 44 ut i rommet 45.

Ved begynnelsen av pilen 46 er der allerede mer plass tilstede i radial retning. Det er imidlertid ennu ikke helt tilstrekke-lig, slik at der fås en delvis fortrengning inn i det dypere liggende rom 49 omkring motoren 48. Den midlere avløpsretning tilsvarer omtrent pilens 43 retning.

Pilen 42 angir at luften kan strømme radialt direkte ut i dette avsnitt og ikke behøver å passere rommet under skiven. Tungen 51 danner begynnelsen på det egentlige diffusorrom 45 hvor utstrømnin-gen forsinkes.

Denne anordning har spesielle fordeler.

Ved små ventilatorer med ydelser på opp til 200 ltr./sek. og trykk opp til 30—40 mm VS anvendes av prismessige hensyn elektro-motorer med store termiske tap, særlig motorer med splittede poler. Disse motorer må avkjøles, hvilket normalt skjer ved hjelp av en tilleggsvifte på motorakselen som i stor utstrekning er uten gunstige aerodyna-miske forutsetninger.

Da motoren dessuten hører med i vifte-volumet og i hele sin dybde danner et blind-rom ved den i apparatbyggingen vanligvis rettvinklede rominndeling, er det meget gunstig å benytte motoromgivelsene som samlekanal. Motoren kjøles direkte og ef-fektivt, forsinkelsen av den utstrømmende luft kan ved et minst mulig rom føres til ekvivalens mellom inn- og utløpstverrsnit-tet. Utformning av tungene ifølge fig. 4 muliggjør oppnåelsen av meget jevn has-tighetsfordeling ved utløpet.

Fig. 5 viser i lengdesnitt en ventilator ifølge oppfinnelsen med aksialt luftutløp. Den i pilens 60 retning tilstrømmende luft trer inn i rotoren 62 og deretter etter pilene 65 i akseretningen ut igjen i ringformet rom. Skiven 63 er formet som en klokke og kan samtidig danne den innvendige konus i et diffusorrom i pilenes 65 område. I rommet 64 avbøyes strømningen, hvorved der oppstår en særlig god vedhenging til klokken 63a som følge av grenseskiktets kontinuitet og krumningen begunstiges (Coandaeffekt).

Denne anordning tillater en kjøling av motoren 71 ved hjelp av en tilbakeføring av luft gjennom åpningene 69. Luften strøm-mer til av trykkrommet ved 72. Bunnplaten 77, som i området for utløpstverrsnittet består av ribber 76, forbinder kapselen 70 med motoren 71.

Som følge av det anvendte gitters mindre følsomhet for tilbakevirkning kan denne anordning anvendes uten at der oppstår ytterligere hvirveldannelser, hvilket ville vært uunngåelig ved et normalt skovlgitter. Anordningen er støymessig sett overlegen over aksialviften og er ikke vesentlig større enn denne ved den samme luftydelse.

Fig. 6 viser i perspektiv en særlig ut-førelse av rotoren, nærmere betegnet som et fiberlegeme med ring- eller kurvform, hvis fibre ligger i hovedsaken i et i forhold til rotoraksen vannrett plan. Forsøk har vist at gjennomstrømningsmotstanden i det vannrette plan er betydelig mindre og at de samme gode gitteregenskaper opptrer på utløpssiden som ved skivegitterne. Fi-berstrukturens radiale utstrekning 81 kan i dette tilfelle velges slik at de strømninger som utgår fra en indre bærekurv, som består av ringer 82 og staver 83, fullstendig oppheves ved viskos dempning.

Slike rotorer løser samtidig oppgaven med luftfiltrering, og ved den på fig. 3 og 4 viste anordning beskyttes motoren også mot forurensning som følge av uren kjøle-luft.

Fig. 7 viser et fiberlegeme uten noen utsparing innvendig. Luften trer aksialt inn i legemet i pilenes 85 retning og trer ut igjen i radial retning som antydet ved pilene 86.

Som følge av de lagvis anordnede fil-ters filtervirkning finner der samtidig med luftbefordringen sted en luftfiltrering.

Av stor betydning for den totale virk-ningsgrad for kombinasjonen av luftbe-fordring og filtrering som oppnåes ved anordningen ifølge oppfinnelsen sammenlig-net med den vanlige adskilte luftbeford-ring og filtrering, er den omstendighet at luftpartiklene ved gjennomstrømningen av filtret stadig tilføres energi som følge av sentrifugalkraftfeltet. Nødvendigheten av en f jern virkning ved overtrykk eller undertrykk med de tilhørende diffusor- hhv. ka-naltap mellom en ventilator og et filter bortfaller. Samtidigheten av energitilførsel ved hjelp av rotoren og energiforbruk som følge av filtergjennomstrømning stiller som idealtilfelle vesentlig høyere virkningsgra-der i utsikt enn i de tilfelle hvor der foreligger rommessig adskillelse med overfø-ring ved trykk henholdsvis undertrykk i luftstrømmen. Fig. 8 viser et snitt av en ventilator med et kurvformet fiberlegeme, i hvilket motoren 101 er anordnet konsentrisk. Det kurvformede gitter 102 er festet til motoren som er utformet med utvendig rotor. Den faststående akse 103 er festet til kapselen 106 over fjærer 104 og gummiklosser 105. Fiberlegemet 107 består av tre ringer som hviler løs i gitteret 102 og er lette å ta ut for rengjøring. Fig. 9 viser den samme ventilator som beskrevet på fig. 8 sett utenfra mot luft-innløpssiden. Luften trer inn mellom mo-torkapselen 111 og fiberlegemet 107. De tre ringer som danner fiberlegemet, holdes i stilling, både radialt og aksialt av gitteret 102. Fig. 10 viser måleresultatene. Trykket er avsatt langs ordinaten A og befordrings-mengden langs abscissen B. I det nedre område C er videre inntegnet virkningsgraden for de to radialvifter. Kurven II er trykk-mengde-karakteristikken for en kjent høy-verdig radialvifte med 150 mm løpehjuls-diameter. Til tross for den store hjulvirk-ningsgrad denne vifte har (48 pst.) gir

kombinasjonen med et separat luftf ilter

bare en maksimalvirkningsgrad 99 på 19,7

pst. ifølge kurve IV. Som følge av den nevn-te samtidighet ligger virkningsgraden for

ventilatorene ifølge oppfinnelsen vesentlig

høyere og blir for en rotor med diameter

150 mm og samme filtermateriale som an-vendt ved separat filter 30,2 pst. ifølge 98,

kurve III.

Claims (8)

1. Sentrifugalvifte med et roterende

gitter bestående av fine enkeltlegemer som bevirker transport av gasser og damper,karakterisert ved at gitteret (3) for utformning av de gjennomstrømmende gitterrom består av et flertall særlig fiberformede gitterlegemer, som hovedsakelig ligger i rotasjonsplanet.

2. Sentrifugalvifte ifølge påstand 1, karakterisert ved at det gjennom-strømmende fiberlegeme har filtrerende fibre med regelmessig eller/og uregelmessig innbyrdes fiberavstand.

3. Sentrifugalvifte ifølge en av de foregående påstander, karakterisert ved at det gjennomstrømmede fiberlegeme bestar av en i omfangsretningen lagvis an- ordnet kunststoffstruktur og på innløps- siden anordnede elementer som danner en bærende avstøtning i aksial retning.

4. Sentrifugalvifte ifølge en av de foregående påstander, karakterisert ved at fiberlegemet har kurvform (fig. 6) eller skiveform (fig. 7).

5. Sentrifugalvifte ifølge en av på-standene 1—4, karakterisert ved at motoren ved fiberlegemets kurvform er anordnet i kurvens indre.

6. Sentrifugalvifte ifølge en av på-standene 1—5, karakterisert ved at det roterende fiberlegeme er anordnet sammen med drivmotoren uten skillevegg i et felles hus eller kammer.

7. Sentrifugalvifte ifølge en av på-standene 1—6, karakterisert ved at den skive (63) som holder fiberkurven, er utformet som en klokke som samtidig danner den innvendige konus i et diffusorrom i forbindelse med en faststående ytre kapselklokke, og at den aksialt inn- og den aksialt utstrømmende luftstrøm avbøyes mellom begge. .

8. Sentrifugalvifte ifølge en av på-standene 1—8, karakterisert ved at det roterende fiberlegeme er forsynt med en befuktningsanordning.