NO169360B - Ventilator for transversalstroemming - Google Patents

Description

Det tekniske område for den foreliggende oppfinnelse angår ventilatorer eller vifter for luftbevegelse med trans-versal eller radialt gjennomstrømmende luft, særlig anvendt for ventilasjon av et lokale eller luftkjøling av en maskin, eller for å bære et kjøretøy på en luftpute, for eksempel et fartøy av hydrofoiltypen.

I det følgende vil benevnelsen ventilator benyttes, selv om vifte ofte er det uttrykk som anvendes i dagligtale. Ventilatorer for transversalstrømming har vært kjent siden 1892 da Mortier fant opp en slik for ventilasjon av kullgruver. Det som er spesielt ved en slik ventilator er dens karakteristiske kurve for sammenhengen mellom levert luftmengde pr. tidsenhet og trykkforskjellen over ventilatoren, idet denne kurve har et bredt maksimum og hvor den stigende del av kurven,når levert luftmengde pr. tidsenhet er abscisse, dekker et område mellom 50 og 75 % av maksimal tilgjengelig ytelse for ventilatoren (det praktisk anbefalte arbeidsområde). En annen egenskap som er typisk for en slik transversalventilator er at den er i stand til å gi en trykkforskjell selv når den leverte luftmengde blir null. En tredje typisk egenskap for en slik ventilator er at den samtidig fremviser en stor koeffisient for den leverte luftmengde pr. tidsenhet, her kalt leveringskoeffisienten, også når ventilatoren må arbeide mot et relativt stort mottrykk slik at trykkforskjellen mellom luftutstrømmings-åpningen og innsuget er relativt stort. Til sammenlikning kan en sentrifugalventilator med tilsvarende størrelse kun fremvise en relativt høy trykkoeffisient, dvs. en koeffisient som er proporsjonal med trykkforskjellen over ventilatoren (se forøvrig nærmere omtale av denne koeffisient senere i beskri-velsen) under forutsetning av at leveringskoeffisienten er liten, og sammenliknes med en aksialventilator, er det typiske for denne at den bare kan fremvise en stor leveringskoeffisient under forutsetning av at trykkoeffisienten er lav. Følgelig er den aerodynamiske ytelse av en transversalstrømmende ventilator overlegen begge disse andre og vanlig anvendte ventilatorer. Det svake punkt for en slik ventilator av de gjengse typer er imidlertid den lave virkningsgrad som oppnås, men som det har vist seg være mulig å forbedre ganske vesentlig ved spesiell utforming av de statorelementer som omslutter ventilatorens løpehjul eller rotor.

Særlig er fra det tyske patentskrift DE-A-1 428 071 kjent en ventilator for transversalstrømming og som er kjennetegnet ved å kunne gi en stabil luftstrøm uten å være særlig beheftet med støy.

Likeledes kjennes fra DE-A-2 545 036 en vifte som bygger videre på det først omtalte patentskrift, idet det er innført et komplisert system med ledevegger og gjennomhullede skiller anordnet i luftstrømmen for å redusere støyen. Imidlertid blir denne fordel temmelig illusorisk etter hvert som det gjennomhullede skille tilstoppes ved en viss tids bruk.

Endelig kjennes fra FR-A-2 481 378 en liknende ventilator hvor det er lagt vekt på å redusere støyen og gi en øket ytelse med gitt rotorhastighet, ved at rotorens omsluttende statorhus er avrundet på en bestemt måte og har ledeelementer i form av kammer.

Man skal imidlertid merke seg at disse tre omtalte patentskrifter beskriver gjenstander som kun er tiltenkt hjemme-bruk og hvor ytelsen er under 0,05 m^/s ved et trykk (trykkforskjell over ventilatoren) på under 50 Pa.

Fra tidligere er også kjent en ventilatorinnretning for kjøle.væske i en radiator i et kjøretøy, i forbindelse med reostater, imidlertid kan ikke slike motorventilatorer sies å ha spesielle interessante trekk utover det at de er ekstra kompakt oppbygget.

I de kjente utførelser av ventilatorer er tverr-strømsprinsippet særlig valgt på grunn av ventilatorens ytelse uten at man har brydd seg særlig med å forbedre profilen på elementene i innsuget eller ledeprofilene for den utstrømmende luft, for samtidig å oppnå øket luftstrøm og bedre trykkegen-skaper og hvor samtidig virkningsgraden økes.

Et første forsøk i så måte finnes fra en teoretisk utredning av G. Heid i en artikkel i Revue francaise de mécanique 1986-2, ' denne artikkel bygger på Bidards - teori for pumpevirkningen i kompressorer, og artikkelen trekker paralleller mellom disse og tverrstrømsventilatorer. Det er faktisk slik at samtlige kjente utførelser av tverrstrøms- ventilatorer har vært låst til det spesielle problem å tilveie-bringe en høy ytelse, og en fagmann vil ikke lett kunne bygge videre på de oppnådde resultater ved ekstrapolasjon. Den nevnte artikkel har således for første gang påpekt følgende: med hensyn til trykkforholdene kan rotoren betrak-tes som om den er én enkelt enhet, hvilket gir den fordel at mengden av utstrømmende luft kan økes ved rett og slett å øke lengden av rotoren,

det er kun usymmetrien.mellom inntakssiden og utstrømmingskanalen som bestemmer gjennomløpsretningen,

for et bestemt forhold trykk/levert luftmengde pr. tidsenhet kan flere kombinasjoner diameter/lengde/omløpshastig-het for rotoren velges.

Hensikten med den foreliggende oppfinnelse er således for første gang å kunne konstruere en tverrstrømsventilator hvis karakteristiske egenskaper kan bestemmes på forhånd og som samtidig i e"tt og samme tekniske anlegg kan oppnå både trykk- og leveringskoeffisienter mellom 2,5 og 3, hele tiden ved opprettholdelse av et stabilt arbeidspunkt innenfor et større ytelsesomfang, og særlig innenfor den stigende del av karakteristikken trykk/levert luftmengde pr. tidsenhet, i hvilket område man vet at pumpefenomener vil kunne gjøre seg gjel-dende. Det er kjent at slike pumpefenomener gir seg til kjenne som periodiske pulseringer~i den leverte luft og i trykket av denne, kjennetegnet ved en pumpefrekvens og -amplitude som vil kunne hindre industriell anvendelse av en bestemt ventilator-type.

Denne hensikt er oppnådd ved at det i samsvar med oppfinnelsen er skaffet til veie en

ventilator for transversalstrømm-ing, omfattende et inntak avgrenset av en øvre flate i et snekkehus og en ledeflate i et ledeelement, en rotor eller et løpehjul med skovler og et ventilatorutløp med utover økende tverrsnitt og avgrenset av en snekkeflate i snekkehuset og en utløpsflate i ledeelementet, ' idet inntaket og ut-løpet mot løpehjulet og i et plan normalt på dettes dreieakse avgrenser to smale spalter, henholdsvis en ledespalte og en snekkespalte med på den ene side en snekkekant

i snekkehuset og på den annen side en ledekant i ledeelementet, og ventilatoren er kjennetegnet ved at

det i et rettvinklet referansekoordinatsystem med akser X og Y med origo i løpehjulets dreieakse og hvor X-aksen ligger parallelt med utløpsflaten i ledeelementet er anordnet følgende:

- ledekammen i ledeeleméntet beskriver en vinkel ABGAM me-'--'-om 290 og 330° i en avstand fra løpehjulet eller ledespalten mellom 2 og 8 % av løpehjulets ytterdiameter (Dg), - en indre tverrflate i ledeelementet og som beskriver en vinkel ADD_ hvis toppunkt sammenfaller med spissen av ledekammen og er mellom -20 og+60° i forhold til et plan parallelt med et ordinatplan gjennom ledekammens spiss, - at den rettlinjede snekkekam i snekkehuset

beskriver en vinkel A^,. mellom 7 6 og 112° i en avstand fra

DV

løpehjulet eller snekkespalten mellom 2 og 8 % av løpe-hjulets ytterdiameter ;Dg og

- en øvre flate som går gjennom spissen av snekkekammen i snekkehuset og ligger skrått med en vinkel

A„7l_,TT mellom 0 og 70° i forhold til det plan som forbinder

FABV Dc

løpehjulets dreieakse med spissen av snekkekammen.

Fortrinnsvis er oppfinnelsens ventilator slik anordnet at avstanden mellom kammene i ledeelementet er mellom 1 og 40 % av løpehjulets ytterdiameter, og tykkelsen av ledeelementet kan f.eks. være 16 % av denne.

Den indre tverrflate som vender fra ledeelementet mot løpehjulets omkrets er fortrinnsvis plan og skrå i forhold til koordinatsystemets ordinatakse med en vinkel mellom -20 og+60°, men den indre tverrflate kan alternativt være konkavt krum og tverrsnittet kan følge en sirkelbue som går gjennom spissen av de to kammer i ledeelementet, idet begge disse ligger i ett og samme plan parallelt med Y-aksen, slik at tangenten i ledekammen avgrenser en vinkel mellom parallellplanet og Y-planet på mellom 0 og+60°.

Lengden av ledeflaten på ledeelementet, projisert på abscisseaksen X kan være mellom 90 og 100 % av løpehjulets ytterdiameter, og ledeflaten kan danne en plan flate som ligger mellom 10 og 30° skrått i forhold til X-aksen, særlig kan denne vinkel være 2 6° og lengden / 95 % av løpehjulets ytterdiameter.

Eventuelt kan ledeflaten være krum og ha et tverrsnitt som beskriver en sirkelbue som åpner mot løpehjulet og hvis tangent i spissen av ledekammen i forhold til det radial-plan som går gjennom denne spiss danner en vinkel mellom 20 og 80°.

Fortrinnsvis går snekkehusets buede snekkeflate via et plant utløpsparti over i en plan utstrømmingsflate som kan skrå utover i 7° i forhold til abscisseaksen X, regnet fra et punkt i et plan parallelt med ordinataksen Y og som passerer utløpskammen i en avstand mellom 60 og 90 % av løpehjulets ytterdiameter.

Snekkeflaten avgrenses i snitt av en sirkelbue med et sentrum som sammenfaller med løpehjulets omdreiningsakse slik at det dannes et buet ledeparti, og deretter beskriver snekkeflaten et buet snekkeparti hvis tverrsnitt følger en sirkelbue som forbinder det buede ledeparti med det plane utløpsparti som går over i den plane utstrømmingsflate.

Sentrum av den sirkelbue som tverrsnittet av snekkehusets buede snekkeparti beskriver kan ligge i et punkt som har en avstand i Y-retningen fra utløpskammen mellom 60 og 120 % av løpehjulets ytterdiameter, og denne avstand er fortrinnsvis valgt til å være 59 % av ytterdiameteren.

Rotoren eller løpehjulet kan være av "ekornhjul"-typen med buedeskovler som omslutter en indre sylinder med diameter mellom 7 0 og 80 % av hjulets ytterdiameter,

og hvor hver skovl i tverrsnitt beskriver en sirkelbue med krummingsradius mellom 10 og 15 % av løpehjulets ytterdiameter, spenner over en korde som likeledes ligger mellom 10 og 15 % av ytterdiameteren, og har et slankhetsforhold mellom 1 og 5.

Skovlene er fortrinnsvis vridd i sin lengderetning slik at hver skovls angrepskant ytterst ved løpehjulets omkrets beskriver en skruelinje og slik at skovlens vridning tilsvarer en dreievinkel på under 10° over skovlens lengde. I tillegg er gjerne selve løpehjulet dreid i lengderetningen ved at dets endeflenser er dreid i forhold til hverandre, som et alternativ kan imidlertid i stedet ledekammen og/eller snekkekammen være dreid.

Når de ovenfor viste dimensjoner benyttes ved kon-struksjonen av en ventilator for transversalstrømming av den type som samsvarer med oppfinnelsen, kan det oppnås en virkningsgrad som økes med mellom 70 og 80 % i forhold til tidligere kjente ventilatorer. Videre kan det med denne type ventilator oppnås en karakteristisk egenskap som gir seg til kjenne som at den utstrømmende luft kan virke som en luftbarriere eller et luftteppe og hvor følgelig ytelsen vil være direkte proporsjonal med løpehjulets lengde når turtallet holdes kon-stant, og man opprettholder da en lav verdi for de aeromeka-niske faktorer (fr.: coefficients aérauliques réduits).

Et annet resultat som oppnås er en større margin overfor pumpefenomener.

Videre kan oppnås ytelser i størrelsesorden megawatt uten å gå ut over det sammenlikningsgrunnlag som maskiner med tilsvarende størrelse gir.

Det er kjent at en ventilators eller en viftes karakteristiske egenskaper kan beskrives av de dimensjonsløse parametre: ytelses- eller leveringskoeffisient C^, trykkoeffisienten C P og virkningsgraden n, og disse parametre defineres slik:

hvor L er løpehjulets lengde (i meter), w er ventilatorens turtall (i hele omløp pr. sek.), R er løpehjulets radius (i meter),, per luftens tetthet (kg/cm<3>), Q er levert luftmengde pr. sek. (m 3/s), og A P er den midlere trykkforskjell mellom utløpet og innsuget (i Pa). C er en faktor.

Oppfinnelsen vil bedre forstås ved gjennomgåelse av

den nå følgende detaljbeskrivelse av en bestemt utførelsesform av ventilatoren og som støtter seg til de ledsagende tegninger, hvor fig. 1 viser et generelt tverrsnitt av en tverrstrømsven-tilator, fig. 2 viser skjematisk hvordan den ene del av ventilatorens ledeelement på innsugssiden er utformet med en

ledekam som vender mot løpehjulet, fig. 3 viser skjematisk ledeleementets indre tverrflate i plan utførelse, mens fig. 4 viser tilsvarende en krum indre tverrflate, fig. 5 viser skjematisk den øvre flate på ledeelementet, her i plan utførelse, mens fig. 6 viser en tilsvarende krum øvre flate på ledelemen-tet, fig. 7 viser skjematisk et tverrsnitt av ventilatorens løpehjul med den snekkekam som ventilatorens snekkehus danner ved innsuget og på løpehjulets øvre side, og likeledes fremgår av fig. 7 hvordan snekkehuset har en skrådd øvre flate på innsugssiden av snekkekammen, fig. 8 viser i tverrsnitt hvordan det gjennomgående luftkammer forbi løpehjulet er anordnet inne i snekkehuset, fig. 9 viser et utsnitt i større målestokk av en skovl i løpehjulet, fig. 10 viser selve løpehjulet i per-spektiv, idet det her vises to skråstilte og vridde skovler, og fig. 11 viser den typiske sammenheng mellom trykkforskjellen over en slik ventilator og den leverte luftmengde pr. tidsenhet (kurve A P) og virkningsgraden - n, likeledes som funksjon av levert luftmengde pr. tidsenhet (Qv).

I tverrsnittet av en typisk ventilator for transver-salstrømming, vist på fig. 1, fremgår at den roterende del består av en rotor eller et løpehjul 1 som i drift dreies i den krumme pils F retning mellom et spesielt utformet element som her skal kalles ledeelement 2 på ventilatorens innsugsside og et andre stillestående element som delvis omslutter løpe-hjulet og her skal kalles snekkehus 3. De to stasjonære elementer utgjør ventilatorens stator, og selve løpehjulet 1 danner i ventilatoren et skille mellom dens innsugs- og utstrømmingsparti eller utløp 4. I drift vil luft bevege seg fra ventilatorens innsugsparti gjennom løpehjulet og ut i dennes utstrømmingsparti, og begge partier har avsmalnende form inn mot løpehjulet. Utstrømmingspartiet eller utløpet 4 har følgelig en utløpskanal 4a med utover økende tverrsnitt, beregnet til å tilkoples et utenforliggende nytte-anlegg 4b som på fig. 1 kun er vist med en konisk tilkoplings-kanal.

Ventilatorens ledeelement 2 omfatter en øvre ledeflate 5 som nærmest løpehjulet går ut i en ganske spiss kant i form av en ledekam 6, og på den andre side av denne har ledeelementet 2 en indre tverrflate 7 som vender mot utstrøm-mingssiden av hjulet. Lengst fra løpehjulet avsluttes den indre tverrflate 7 i en utløpskam 8 som på samme måte som ledekammen danner en spiss kant, og på den andre side av ut-løpskammen har ledeelementet 2 en plan utløpsflate som vender mot utløpet 4.

Ventilatorens snekkehus 3 omfatter en øvre flate 10 som vender mot innsugspartiet, og denne flate avsluttes nederst i en snekkekam 11 som på samme måte som de øvrige kammer danner en spiss kant, og på den andre side av snekkekammen danner snekkehuset 3 en relativt lang, buet snekkeflate 12 som delvis omslutter løpehjulet.

Ledekammen 6 holdes i en bestemt, mindre avstand fra løpehjulets 1 omkrets, og denne avstand danner den såkalte ledespalte 13 (ECR). Tilsvarende befinner snekkekammen 11 seg en viss avstand fra løpehjulet og da på innsugspartiets mot-satte side, og denne avstand danner den såkalte snekkespalte 14 (EVR).

For nærmere å kunne beskrive de karakteristiske egenskaper for oppfinnelsens ventilator fra dennes geometri legges et rettvinklet koordinatsystem OXY med origo i løpehjulets dreieakse og abscissen X parallelt med utløpsflaten 9 på ledeelementet. Dimensjonene kan da uttrykkes på klassisk måte i prosentandel av løpehjulets 1 ytterdiameter De«

Plasseringen av ledekammen 6 på ledeelementet 2 fastlegges i henhold til fig. 2 av en vinkel ABCAMmellom abscisse-aksen X og en stråle fra origo O (dreieaksen) gjennom ledekammen 6. Vinkelen velges fortrinnsvis mellom 290 og 330°.

I praksis velges en bestemt verdi for denne vinkel og stillin-gen av de øvrige elementer i ventilatoren fastlegges så i forhold til denne vinkel og koordinatsystemet. På fig. 2 er vinkelen vist å være 309°.

Bredden av ledespalten 13, også vist med bokstaveneECRpå fig. 2, velges så mellom 2 og 8 % av løpehjulets ytterdiameter De, og helst mellom 2 og 3 %.

På fig. 3 vises ledekammen 6 lagt helt inn til berøring med løpehjulet 1 slik at ledespalten 13 blir null,

og ledeelementets 2 tykkelse er her skjematisk vist som E^.

Ledekammen 6 er på fig. 3 vist spissere enn 90° ved at den dannes mellom et plan 16 parallelt med X-aksen (egentlig parallelt med X-planet når koordinatsystemet tenkes utvidet til et romkoordinatsystem med en Z-akse vinkelrett på papirets plan), og den indre tverrflate 7a som i dette eksempel danner en vinkel AFR(_, med et parallellplan 15 som på sin side ligger parallelt med Y-aksen (Y-planet). Parallellplanet 15 er lagt gjennom berøringspunktet (-linjen) mellom ledekammen 6 og løpehjulets 1 omkrets. Tykkelsen Ecvelges gjerne mellom 0,1 og 40 % av løpehjulets 1 ytterdiameter D£og fortrinnsvis mellom 14 og 18 %.

Når så tykkelsen Ec er fastlagt kan den indre tverrflate 7, 7a, 7b være plan som på fig. 2 og 3 eller buet som på fig. 4 for å bevirke en ønsket gjennomgående luftstrømming i ventilatoren, alt etter formålet. For eksempel kan vinkelen AFRCve^-9es mellom -30 og +60° i forhold til parallellplanet 15 (fig. 3) og særlig kan dette vinkelomfang ligge mellom -10 og +10°. Den krumme indre tverrflate vist på fig. 4 følger i tverrsnittet en sirkelbue med radius RFRCog krummingssentrum B, og i det viste eksempel ligger ledekammen 6 og utløpskammen 8 i samme parallellplan 17 som tilsvarer parallellplanet 15 på fig. 3 og ligger parallelt med Y-aksen. Normalen fra krummingssentrum B på kordeplanet 18 som er den del av parallellplanet 17 som ligger mellom ledekammen 6 og utløpskammen 8, skjærer følgelig kordeplanet midt mellom kammene, og vinkelen A^-, gjenfinnes da mellom normalplanet fra krummingssentrum B og et normalplan på tangentplanet 19 gjennom ledekammen 6. Denne vinkel velges mellom 0 og 60° og fortrinnsvis mellom 10 og 25°. Det skal bemerkes at når vinkelen AFR(~. er null, sammenfaller den indre tverrflate 7b med den plane flate 7 vist på fig. 2.

Ledeflaten 5, 5a, 5b kan også velges plan (5a, fig.

5) eller krum (5b, fig. 6) og fastlegges som en flate som strekker seg fra ledekammen 6 til et punkt MFAC(egentlig en linje normalt på papirplanet). Den plane flate 5a blir i praksis fastlagt ved vinkelen ApAC ved abscisseaksen X, og med lengden, angitt som lengden / av projeksjonen av flaten på X-aksen. Vinkelen A^,^ ligger mellom 25 og 80°, og den projiserte lengde / kan være mellom 90 og 100 % av løpehjulets

1 ytterdiameter Dg.

Når ledeflaten er krum såsom vist på fig. 6, bestemmes den av vinkelen mellom den stråle som går fra origo 0 gjennom ledekammen 6 og tangenten gjennom denne, og den ønskede krumming. Vinkelen AFACvelges som tidligere mellom 25 og 80 , og særlig mellom 60 og 78 . Krummingssentrum C for den krumme ledeflate 5 når denne i tverrsnitt følger en sirkelbue, befinner seg som tilsvarende fig. 4 på normalen på den korde 2 0 som forbinder punktet MFA(_, og ledekammen 6, og den projiserte lengde / av den konkavt krumme ledeflate 5b på en parallell med X-aksen er som tidligere mellom 90 og 100 % av løpehjulets 1 ytterdiameter Dg.

Snekkekammen 11 er skjematisk vist på fig. 7 inntil løpehjulet 1 på dettes øverste side, og denne kam danner den ytterste linje som avgrenser et buet ledeparti 21 som følger løpehjulets ytterdiameter et stykke innover med en fast avstand som bestemmer bredden av snekkespalten 14 (EVR). Avstanden velges mellom 2 og 8 % av løpehjulets ytterdiameter Dg. Den sirkelbue som ledepartiet 21 spenner over i tverrsnittet fastlegges av en sektorvinkel ABC som gjerne velges mellom 76 og 112°. På fig. 7 fremgår videre at den øvre flate 10 som vender mot innsugspartiet her er skrådd med en vinkel A„TT,T, i forhold

FVAB

til den stråle som går ut fra origo eller løpehjulets dreieakse og går gjennom snekkekammen 11. Denne vinkel velges mellom 0 og 70°, og på samme måte som sektorvinkelen A^,-, velges vinkelen slik at det kan finne sted en optimal lufttilførsel til ventilatoren og dennes løpehjul, i samsvar med et bestemt arbeidspunkt.

Fig. 8 viser i tverrsnitt den sammensatte snekkeflate 12 som dannes av snekkehusets 3 sammenhengende partier 21, 22 og 23. Det første av disse er det buede ledeparti 21 som alltid ligger konsentrisk i forhold til løpehjulet 1 og danner et selvstendig parti når sektorvinkelen AB(_, er mindre enn 112°. Dernest følger selve det buede snekkeparti 22 og et plant utløpsparti 23. Snekkepartiet 22 kan karakteriseres av et horisontalt snitt SHBCAV i forlengelsen av utløpsflaten 9, parallelt med X-aksen og hvis lengde kan velges mellom 80 og 100 % av løpehjulets 1 ytterdiameter De, og et vertikalsnitt

SVBCAV i parallellplanet 15, og dette snitts lengde kan velges mellom 60 og 90 % av diameteren Dg. Disse to snitt skjærer snekkeflaten 12 i punktene MTTT,_,,TT henholdsvis NTT„_11>TT. Selve

cHBCAV VBCAV

det buede snekkeparti 22 beskriver i planet en sirkelbue som går over fra det buede ledeparti 21 i flukt med dette og fortsetter i flukt med det plane utløpsparti 23 som så passerer punktet<N>VgCA<y/>idet partiet 23 her har en vinkel på fortrinn-

vis 7° i forhold til et plan parallelt med abscisse-aksen X.

Det plane utløpsparti 23 går fluktende over i en

skrå utstrømmingsflate 24 som likeledes da fortrinnsvis danner 7° med X-aksen, og ventilatorens utstrømmingsparti eller utløp 4 dannes således, mellom den skrå utstrømmingsf late 24 og den overliggende plane utløpsflate 9 ved at utstrømmingspartiet gradvis får økende tverrsnitt etter hvert som avstanden fra løpehjulet øker, og vinkelverdien 7° er ifølge teorien for og prak-tiske forsøk innen fluidmekanikk funnet å være i nærheten av det optimale for å få minst mulig strømmingstap.

Rotoren eller løpehjulet 1 i en slik tverrstrøms-ventilator kan fastlegges på kjent måte ved følgende parametre: Ytterdiameter Dg, innerdiameter D^, dvs. innerdiameteren av det sylindriske rom som i et løpehjul av "ekornhjul"-typen inn-skrives av de perifert plasserte skovler, hjulets aksiale lengde, antallet skovler, skovlenes konstante eller varierende krummingsradius, bredden eller kordlengden av hver skovl, hver skovls vinkelmessige plassering ved den ene, henholdsvis den andre ende av løpehjulet, og bredden av den radialt utstikkende del av løpehjulets flens på sine respektive ender. Variasjons-omfanget for disse parametre er også fastlagt og det anses derfor ikke nødvendig å gjennomgå dette nærmere i detalj her.

For enkelhets skyld er på fig. 9 vist et utsnitt av tverrsnittet av et løpehjul 1 med en skovl 25 utformet som et skrådd og vridd flatestykke, og den ytterste kant 28, angrepskanten på skovlen, danner en spiss vinkel med hjulets omkrets,

dvs. den utvendige vinkel som vist på figuren er over 90°. Hver av skovlene i et slikt løpehjul fastlegges på følgende måte:

- forholdet mellom innerdiameteren D^ og ytterdiameteren De, idet dette forhold gjerne velges mellom 0,7 og 0,8, - krummingsradius R i et plan vinkelrett på løpe-hjulets lengdeakse for skovlens krumming, idet denne radius er mellom 10 og 15 % av løpehjulets ytterdiameter De, - korden C, idet lengden av denne også velges til å ligge mellom 10 og 15 % av ytterdiameteren De, og - hver skovls 25 såkalte slankhetsforhold som defineres som forholdet mellom skovlens lengde og bredde, og dette forhold velges gjerne mellom 1 og 5.

Disse dimensjonsparametre gir basis for en korrekt plassering av skovlene i løpehjulet 1, når de utvendige anleggs-vinkler j3, , og er fastlagt. Disse vinkler kan henholdsvis velges mellom 120 og 170° og mellom 70 og 100°.

Løpehjulet 1 kan så vris slik som vist på fig. 10

ved at dets respektive endeflenser 26 og 27 vris om den felles lengdeakse, en bestemt dreievinkel A^. Angrepskanten 2 8 på hver skovl 25 vil da gjerne følge en skruelinje hvis stigning tilsvarer dreievinkelen A„ over løpehjulets lengde. Vinkelen A„ velges gjerne mindre enn 10 . Ved denne vridning av hjulet oppnås en reduksjon av den genererte støy og vibrasjoner. I

en varierende utførelse kan i stedet snekke- 11 og ledekammen 6 skrås langs en skruelinje med akser som sammenfaller med løpehjulets dreieakse.

Fig. 11 viser de karakteristiske driftskurver for en tverrstrømsventilator av denne type og som har følgende geome-triske data:

ytterdiameter Dg = 2 83 mm

innerdiameter D. = 223 mm, dvs. D./D = 78,95 %

i i e

antallet skovler N =40

P

ledeelementets tykkelse Ec= 46 mm, dvs. E^/De= 16,25 %

A =0°

F RC U

A„Ar, ved minimal ledespalte = 40

krummingsradius for ledeelementets ledeflate = 251 mm A„,„TT ved minimal snekkespalte 40°

FABVc

s ved minimal ledespalte = 166 mm, dvs. 58,64 %

HBC^AV

av D

e

S^ TurA^ T ved minimal ledespalte = 220 mm, dvs. 77,73 % av D

e

krummingsradius for snekkeflaten = 301 mm, dvs. 106,47 % av D ,

bredde av snekkespalten EVR = 6 mm, dvs. 2,12 % avDg, bredde av ledespalten ECR = 8 mm, dvs. 3,0 3 % av De-Den ytelse som kunne oppnås med en slik ventilator ble målt til ca. 2 kW ved ventilatorlengde L= 420 mm, mens det for å oppnå en tilsvarende ytelse fra en aksial- eller sentrifugalventilator ville ha vært nødvendig med en diameter på minst to eller tre ganger den valgte Dg = 283 mm. Størrel-sene på trykkforskjellen over ventilatoren, AP og den leverte luftmengde pr. tidsenhet, Qvmåles ved ventilatorens utgang. Kurven for trykkforskjellen AP på fig. 11 viser variasjonen over et større ytelsesområde, og kurven " v "for ventilatorens virkningsgrad er også vist for samme ytelsesområde.

Det som spesielt skal fremheves fra diagrammet på fig. 11 er at det tilnærmet samtidig oppnås maksimal trykkforskjell, nemlig i størrelsesorden 750 Pa, og en stor levert luftmengde pr. tidsenhet, nemlig i området over 2 m /s. Virkningsgraden v har riktignok maksimum noe lavere, men

en virkningsgrad på over 50 % oppnås likevel mot relativt store ytelser. Sikkerheten mot utilsiktede pumpebevegelser fremgår av området AQ, og til sammenlikning med kjente maskiner med arbeidskarakteristikker som utviser et sentralt maksimum er det sikre område relativt stort, slik at den foreliggende ventilator meget vel kan anvendes over et stort ytelsesomfang uten nevneverdig risiko. Det sikre område for den beskrevne tverrstrømsventilator er således i størrelsesorden 1 m 3/s. Følgelig kan en slik ventilator med hell benyttes som aktivt bæreelement for eksempel for et overflatefartøy av luftputetypen.

Claims (17)

1. Ventilator for transversalstrømming, omfattende et inntak avgrenset av en øvre flate (10) i et snekkehus (3) og en ledeflate (5) i et ledeelement (2), en rotor eller et løpehjul (1) med skovler og et ventilatorutløp (4a) med utover økende tverrsnitt og avgrenset av en snekkeflate (12) i snekkehuset (3) og en utløpsflate (9) i ledeelementet (2), idet inntaket og ut-løpet mot løpehjulet og i et plan normalt på dettes dreieakse avgrenser to smale spalter, henholdsvis en ledespalte (13) 'og en snekkespalte (14) med på den ene side en snekkekant (11), i snekkehuset og på den annen side en ledekant (6) i ledeelementet , karakterisert vedat det i et rettvinklet referansekoordinatsystem med akser (X) og (Y), med origo i løpehjulets (1) dreieakse og hvor X-aksen ligger parallelt med utløpsflaten (9) i ledeelementet (2) er anordnet følgende: - ledekammen (6) i ledeelementet beskriver en vinkel<A>BCAMmelloitl 290°9330° i en avstand fra løpehjulet (1) eller ledespalten (13) mellom 2 og 8 % av løpehjulets ytterdiameter (Dg) , - en indre tverrflate (7) i ledeelementet og som beskriver en vinkel A„_.^hvis toppunkt sammenfaller med spissen av ledekammen (6) og er mellom -20 o og+60 o i forhold til et plan (15) parallelt med et ordinatplan gjennom ledekammens spiss, - at den rettlinjede snekkekam (11) i snekkehuset (3) beskriver en vinkel AD„ mellom 76 og 112° i en avstand fra BV løpehjulet eller snekkespalten (14) mellom 2 og 8 % av løpe-hjulets ytterdiameter (De), og - en øvre flate (10) som går gjennom spissen av snekkekammen (11) i snekkehuset og ligger skrått med en vinkel A_._.T mellom 0 og 70° i forhold til det plan som forbinder FABV *c løpehjulets dreieakse med spissen av snekkekammen.

2. Ventilator ifølge krav 1, karakterisert vedat ledeelementet (2) er slik anordnet at avstanden mellom ledekammen (6) og utløpskammen (8) ligger mellom 1 og 40 % av løpehjulets (1) ytterdiameter (De) .

3. Ventilator ifølge krav 2,karakterisert vedat tykkelsen av ledeelementet (2) er lik 16,25 % av ytterdiameteren (De).

4. Ventilator ifølge krav 2 eller 3,karakterisert vedat den indre tverrflate (7, 7a) er plan og skrådd en vinkel (AFAC) mellom -20 og +60° i forhold til et parallellplan (15) som på sin side ligger parallelt med Y-aksen.

5. Ventilator ifølge krav 2 eller 3,karakterisert vedat den indre tverrflate (7b) er konkavt krummet og har et tverrsnitt som følger en sirkelbue som går gjennom ledekammen (6) og utløpskammen (8) på ledeelementet (2), at begge kammer (6, 8) ligger i et parallellplan (17) som på sin side er parallelt med Y-aksen, og at tverrflaten (7b) er slik bestemt at tangentplanet ..(19) gjennom ledekammen (6) danner en vinkel (AFRC) med parallellplanet (17) på mellom 0 og 60 .

6. Ventilator ifølge ett av kravene 1-5,karakterisert vedat den projiserte lengde ( £) av ledeflaten (5, 5a, 5b) på abscisseaksen X er mellom 90 og 100 % av ytterdiameteren (De).

7. Ventilator ifølge krav 6,karakterisert vedat ledeflaten (5, 5a) er plan og skrår en vinkel (ApAC) mellom 10 og 30° i forhold til abscisseaksen X.

8. Ventilator ifølge krav 7,karakterisert vedat vinkelen (AFAC) er lik 26° og at den projiserte lengde (1) er 95 % av ytterdiameteren (De).

9. Ventilator ifølge krav 6,karakterisert vedat ledeflaten (5b) i tverrsnitt følger en sirkelbue og åpner konkavt mot løpehjulet (1) slik at ledeflatens (5b) tangentplan gjennonm ledekammen (6) danner en vinkel (AFAC) mellom 20 og 80° med en stråle fra løpehju-lets (1) dreieakse gjennom ledekammen (6).

10. Ventilator ifølge ett av de foregående krav,karakterisert vedat snekkeflaten (12) fluktende går over i en plan utstrømmingsflate (24) som danner en vinkel på 7° i forhold til abscisseaksen X, i et punkt som ligger i et plan som går gjennom utløpskammen (8) og er parallell med Y-aksen, og i en avstand fra kammen (8) på mellom 60 og 90 % av ytterdiameteren (Dg) .

11. Ventilator ifølge krav 10,karakterisert vedat snekkeflaten (12) danner en sylindersektor hvis øvre grenselinje i et felles plan går over i et tverrsnittsmessig vinkelbuet ledeparti (21) konsentrisk i forhold til løpehjulet (1), og at snekkeflaten (12) på motsatt side danner et buet snekkeparti (22) som fluktende går over i et plant utløpsparti (23) og fortsetter i den plane utstrømmingsflate (24) .

12. Ventilator ifølge krav 11,karakterisert vedat snekkehuset (3) i tverrsnitt følger en sirkelbue med sentrum i et punkt som har en avstand i Y-retningen fra utløpsflaten (9) og utløpskammen (8) på mellom 60 og 120 % av ytterdiameteren (D£).

13. Ventilator ifølge krav 12,karakterisert vedat avstanden er 59 % av ytterdiameteren (Dg) .

14. Ventilator ifølge ett av de foregående krav,karakterisert vedat løpehjulet (1) er av "ekorn-hjul"-typen med buede skovler (25) slik at hjulets utvendige krans med skovlene omslutter en innvendig sylinder med en diameter (D^) mellom 70 og 80 % av ytterdiameteren (Dg), og at hver skovl (25) i tverrsnitt beskriver en sirkelbue med krummingsradius (R) mellom 10 og 15 % av ytterdiameteren (Dg), spenner over en korde (C) som likeledes ligger mellom 10 og 15 % av ytterdiameteren (D£), og har et slankhetsforhold mellom 1 og 5.

15. Ventilator ifølge krav 14,karakterisert vedat skovlene (25) er vridd i sin lengderetning slik at det dannes en dreievinkel (A„n)mellom korden (C) ved skovlens respektive ender på under 10 .

16. Ventilator ifølge krav 15, karakterisert vedat løpehjulet (1) er vridd i lengderetningen ved å dreie dets endeflenser (26, 27) i forhold til hverandre slik at hver skovls angrepskant (28) til-5nærmet følger en skruelinje med en lengdeakse som sammenfaller med løpehjulets dreieakse.

17. Ventilator ifølge krav 15,karakterisert vedat ledeelementet (2) er dreid i forhold til løpehjulets dreieakse slik at ledekammen (6) følger en skruelinje hvis stigning tilsvarer en dreievinkel på mindre enn 10° over løpehjulets lengde.