NO172557B - Overgangskanal for sentrifugalvifte - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en sentrifugalvifte som er koblet til en overgangskanal,

idet nevnte sentrifugalvifte omfatter et generelt sylindrisk hus som har et generelt rektangulært vifteutløp med sider, en bunn og en topp som definerer et vifteutløpsområde,

idet nevnte overgangskanal omfatter:

en bunnplateseksjon,

to sideplateseksjoner som strekker seg oppad fra og er sammenføyet med sidekantene av nevnte bunnplateseksjon, og en topplateseksjon som har en konkav utforming langs den langsgående retning av overgangskanalen og en positiv utvidelsevinkel og med sidekanter sammenføyet med toppkanter av nevnte sideplateseksjoner,

idet nevnte bunn-, side- og topplateseksjoner danner en generelt rektangulær innløpsåpning ved en langsgående side av nevnte overgangskanal og en generelt rektangulær utløpsåpning ved den andre langsgående siden av nevnte overgangskanal, og

idet nevnte bunnplateseksjon har enten en null utvidelsesvinkel eller en positiv utvidelsesvinkel som er mindre enn den for nevnte topplate, hvorved nevnte kanal mellom nevnte topp og bunnplater gradvis divergerer fra nevnte innløpsåpning til nevnte utløpsåpning i den samme utviklingsretning som viftehusets volutte utvikling.

I mange anvendelser av sentrifugalvifter er plassen begrenset og kan likevel være en kritisk konstruksjonsbetraktning. Mange anvendelser krever at viften forbindes med en utløps-overgangskanal, hvis lengde og utformning kan i stor grad påvirke den totale ytelse for det totale systemets viftevirkningsgrad. Tradisjonelt har denne kanal vært av betydelig lengde og av en symmetrisk konfigurasjon i tverrsnitt perpendikulært på luftstrømningsretningen.

I Fan Application Manual fra Air Moving & Conditioning Association, angir seksjonen på sidene 22 - 23 at maksimal virkningsgrad som er vist i ytelsestabellene som leveres av produsenten "ikke vil bli oppnådd såfremt ikke en sammen- lignbar (overgangs-) kanal inngår i systemutformningen .... For 100$ (hastighet) gjenvinning bør (overgangs-) kanalen strekke seg minst to og en halv ekvivalent kanaldiametre." Den ekvivalente kanaldiameter for en rektangulær kanal bestemmes av en kanals høyde "a" og bredde "w" og er lik

For normale utløpshastigheter lik ca.

1.219 m/min. bør overgangskanallengden være så lang som 4 ekvivalente kanaldiametre, i henhold til håndboken. Tapet av viftevirkningsgrad kan være så meget som 50% dersom en albu eller lignende bend i kanalen var meget nær vifteutløpet.

De vanlig anbefalte overgangskanallengder har medført alvorlige konstruksjonsproblemer og begrensninger på visse vifteapplikasjoner, slik som når vifter er nærtilkoplet til kjøletårn. For å oppnå optimal viftevirkningsgrad er rom blitt tildelt for den anbefalte overgangskanallengden. I visse kjøletårnapplikasjoner, er det eksempelvis ønskelig å ha kjøletårnet så lavt og smalt som mulig. Hvor en sentrifugalvifte anvendes i kjøletårnet for enten inntaksluft i kjøletårnet eller til å drive ut luft fra kjøletårnet, er det nødvendig å tildele ekstra høyde og bredde til kjøletårnet for å oppta den anbefalte overgangskanallengden.

Følgelig er et formål med den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en buelinjet overgangskanal for anvendelse med en vifte som gir optimal viftevirkningsgrad uten altfor stor kanallengde, samt å anvende en slik overgangskanal med en sentrifugalvifte i et kjøletårn for å forbedre virknings-graden av hele luftbevegelsessystemet og forbedre luftfor-deling over kjøletårnet.

Videre tilsiktes ved denne oppfinnelse å tilveiebringe en ny overgangskanal som eliminerer alvorlig turbulens i avslutningsregionen, slik det typisk er for de tradisjonelle symmetriske kanaler, og å gi en glatt, ikke-brå kontinuitet i forlengelsen av viftehusets spiralkammer, hvorved en høy grad av hastighetstrykkgjenvinning påvirkes.

De angitte ovenstående formål med oppfinnelsen oppnås ved at nevnte viftehus har et øvre avslutningselement som definerer et åpent utblåsningsområde som er begrenset mellom sidene og bunnen av vifteutløpet og det øvre avslutningselementet, idet nevnte utblåsningsområde har et redusert areal sammenlignet med det for nevnte utløpsområde, og der det øvre avslutningselementet er innrettet med topplaten for innløpsåpningen til nevnte overgangskanal slik at det reduserte utblåsningsområdet er tilpasset i størrelse og posisjon med overgangs-kanalens innløpsåpning.

Ifølge ytterligere utførelsesform av sentrifugalviften og overgangskanalen har nevnte bunnplateseksjon i overgangskanalen større langsgående lengde enn den nevnte topplate-seksjonen i overgangskanalen, slik at et første plan i kontakt med kantene av innløpsåpningen skjærer et andre plan i kontakt med kantene av utløpsåpningen i en vinkel av mellom 1" og 60° . Bunnplaten i overgangskanalen er buet ved dannelse av et flertall av flate inkrementelle seksjoner. Krumningsradiusen for nevnte topplateseksjon i nevnte overgangskanal er mindre enn krumningsradiusen for nevnte bunnplateseksjon i nevnte overgangskanal. Sidekantene er laget konkave langs den langsgående retning av overgangskanalen, slik at bredden av utløpsåpningen er større enn bredden av innløpsåpningen. Dessuten er nevnte bunnplate-seks jon i nevnte overgangskanal rett og har mindre langsgående lengde enn nevnte topplateseksjon i nevnte overgangskanal, og de nevnte vertikale kanter av innløps og utløps-åpningene i overgangskanalen er parallelle med hverandre.

Ved at den totale langsgående lengde av kanalen i luftstrøm-ningsretningen er mindre enn den ekvivalente kanaldiameteren, avviker oppfinnelsen sterkt fra den teknikk som i øyeblikket hersker på området. Plassbesparelsene på grunn av minsket kanallengde gir vesentlige reduksjoner i konstruksjonsstør-relser for oppvarmnings og kjølesystemene, eller kjøletårnene i hvilke kanalene ifølge den foreliggende oppfinnelse anvendes. En slik besparelse er særlig ønskelig i et kjøletårn hvor minsket total høyde og bredde er ønskelig. Når en sentrifugalvifte anvendes med kanalen ifølge den foreliggende oppfinnelse, kan viften monteres fra en horisontal uttømning til kanalen, hvoretter utstrømningen fra kanalen vil bli noe oppad på grunn av den spisse vinkel mellom kanalinnløpet og utstrømningsflaten. Alternativt kan viften være dreibart montert til å uttømme nedad fra horisontalen slik at utløpsluftretningen fra kanalen vil være horisontal. En slik løsning er foretrukket for kjøletårnanvendelser. Således kan et motstrøms kjøletårn innbefatte en sentrifugalvif te og overgangskanal som definert ovenfor, der utløpet fra overgangskanalen er koblet til kjøletårnets luftinntak. Fig. 1 er et perspektivriss over en overgangskanal for vifte i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Fig. 2 er et sideriss av en sentrifugalvif te som er koplet til en viftes overgangskanal i henhold til den foreliggende oppf innelse. Fig. 3 er et sideriss, delvis i tverrsnitt, av et motstrøms-kjølingstårn som har en sentrifugalvifte koplet til en vifte-overgangskanal i henhold til den foreliggende oppfinnelse . Fig. 4 er et sideriss av en vanlig rett rektangulær viftekanalenhet. Fig. 5 er et sideriss av en vanlig symmetrisk ekspandert viftekanalenhet. Fig. 6 er et sideriss av en sentrifugalvifte som er forbundet med en andre utførelsesform av en vifte-overgangskanal i henhold til den foreliggende oppfinnelse.

Idet der nå vises til fig. 1 på tegningene, er en bueformet overgangskanal, i henhold til en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelse, vist generelt med henvisningstallet 10. Kanalen 10 består vanligvis av platemetall og er vanligvis galvanisert for motstand mot korrosjon. Toppseksjonen 12 av kanalen 10 består av en konkav (når sett fra kanalens 10 overside) metallseksjon. Toppseksjonen 12 er konkav langs den langsgående kanalaksen som er definert som den ene som sammenfaller med luftbevegelseretningen. Bunnseksjonen 14 av kanalen 10 kan være rett eller konkav langs den langsgående kanalaksen (når betraktet fra kanalens 10 overside). Endeseksjonene 16 og 18 er generelt identiske seksjoner av metall. De kan være svakt buet for tilfeller der kanalen også utvider seg sideveis. Endeseksjoner 16 og 18 har respektive toppkanter 30 og 32 som er sammenføyet med respektive sidekanter av toppseksjonen 12. Følgelig er toppkantene 30 og 32 av endeseksjonene 16 og 18 bueformet på en konkav måte (sett fra kanalens 10 overside) som tilsvarer krumningen av toppseksjonen 12. Endeseksjonene 16 og 18 har også nedre kanter, henholdsvis 34 og 36, som er sammenføyet med respektive sidekanter av bunnseksjonen 14. Følgelig kan de nedre kanter 34 og 36 av endeseksjonene 16 og 18 være buet på en konkav måte (sett fra kanalens 10 overside) som tilsvarer tilfeller der bunnseksjonen 14 kan være bueformet. Nevnte topp og endeseksjoner er vist til å krumme seg jevnt, mens bunnseksjonen kan være rett eller bueformet. Imidlertid skal det forstås at bunnseksjonen 14 kan omfatte eller innbefatte ett eller en flerhet av flate inkrementer 14A, og toppseksjonen 12 kan omfatte eller innbefatte en flerhet av flate inkrementer 12A, så lenge som den totale overgangskanal generelt utvider seg for derved gradvis å divergere. Dette sikrer at høyden av utløpet 22 alltid er større enn høyden av innløpet 20.

Luft innløp 20 er dannet ved hjelp av de fire kantene av toppseksjonen 12, sideseksjonen 16, bunnseksjonen 14 og sideseksjonen 18 ved en langsgående side av kanal 10. Luftutløp 22 dannes vanligvis av de fire kantene av toppseksjonen 12, sideseksjonen 16, bunnseksjonen 14 og sideseksjonen 18 på den andre langsgående siden av kanalen 10. Den totale høyden av utløp 22 er alltid større enn høyden av innløp 20. Følgelig er høyden av endeseksjonene 16 og 18 på utløpet 22 større enn deres høyde på innløp 20. Endeseksjonen 16 og 18 er fortrinnsvis bueformet utad sideveis mot utløpet 22 slik at den totale bredde av utløpet 22 også er vanligvis større enn bredden av innløp 20. Bunnseksjonen 14 har større langsgående lengde enn toppseksjonen 12.

Imaginære plan som danner kontakt med kantene av innløpet 20 og utløpet 22, når forlenget over kanal 10, danner en vinkel A som er mellom 1° og 60° og fortrinnsvis mellom 5° og 45° i henhold til den foreliggende oppfinnelse.

Idet der på ny vises til fig. 2, er sentrifugalvif ten 40 forbundet med innløp 20 på kanal 10 slik at forlengelsen 31 av kanalens toppseksjon 12 møter avslutningen 48 på viften, i utblåsningsområdet som er begrenset mellom sidene og bunnen av viften og avslutningselementet. En slik konfigurasjon fremmer hastighetstrykkgjenvinning ved å fremheve utvidelse nedstrøms relatert til avslutningsregionen 48. Den vertikalt ekspanderende kontur av kanalen 10 eliminerer luftsepara-sjonen som er tilstede i vanlige lange kanaler, hvor luftstrøm utvider seg brått mellom viftens 42 utløp og kanalen.

Vifte 40 er skråstillet i en vinkel Å fra vertikalen, slik at utløpet 22 fra kanalen 10 er vertikalt. Utløpet 22 er i sin tur forbundet med et system 46, slik som et kjøletårn. I alternativet kunne viften 40 være horisontal ved sin basis, slik at vifteutløpet 42 ville være i et vertikalt plan, eller ville ligge ved siden av kanalinnløpet 20. En slik vifteorientering er et konstruksjonsvalg. Det vil forstås at kanalen 10 kan oppta praktisk talt hvilken som helst vifteorientering enten den er fullstendig vertikal, fullstendig horisontal eller en hvilken som helst forestilt vifteorientering som dikteres av konstruksjons- og installa-sjonskrav.

Idet der nå vises til fig. 3, er sentrifugalvifte 40 forbundet med kanalen 10 som i sin tur er forbundet ved sitt utløp 22 med innløp 52 til motstrømskjøletårn 50. Kjøletårn 50 opererer til å avkjøle en væske som føres i en øvre kanal 56 og som sprøytes nedad fra dyse 58 i den øvre kanalen 56. Væskespruten danner kontakt med fyllduker som er oppstilt i et side-ved-side adskilt forhold slik at væsken kan ha kontakt og strømmer nedover fylldukene 54. Luft, som passerer gjennom den foreslåtte overgangskanal, får en vertikal komponent i sin strømlinjer på grunn av den konkave formen av kanalens toppanel. En slik retning er uhyre gunstig for luftfordelingen over fyllflatearealet 70.

I tillegg vil luftutvidelse i rommet mellom flatearealet 70 og vannivået 62, samt luftutvidelse mellom fylldukene fremme ytterligere hastighetstrykkgjenvinning. Således blir hele luftbevegelsessystemet mer effektivt. Luft føres oppad mellom fylldukene 54 og ut gjennom øvre sjalusiventiler 60. Sjalusiventilene eller eliminatorene 60 er vanligvis tett adskilte blader for å oppsamle meget av de små luftbårne væskedråper som blåses oppad av luften og tvinge disse til å falle nedad på fylldukene 54. Væsken avkjøles når den passerer nedad langs fylldukene 54 og faller til et drifts-nivå 62 i et reservoar 68. Væsken fjernes fra reservoaret 68 og anvendes i kjøleapparaturen til å absorbere varme. Den oppvarmede væsken bringes tilbake til den øvre kanalen 56 hvorfra væsken kommer ut gjennom dyser 58 til å begynne væskeavkjølingsoperasjonen slik som beskrevet ovenfor.

Når systemet avstenges av forskjellige grunner, vil væskesprøytingen opphøre og praktisk talt all væske lagres i reservoaret 68 på avstengningsnivå 64. Dette avstengningsnivå sees å være høyere enn driftsnivået 62.

På grunn av at viften 40 er forbundet med kjøletårnet 50 gjennom en bueformet overgangskanal 10 holdes den oppad og utad relatert til innløpsåpningen 52 til kammeret 66. Således er viften 40 plassert over det høyeste avstengings-nivået 64, hvorved sikres at væsken aldri vil danne kontakt med viftehjulet 41. Ytterligere vesentlig plassbesparelse oppnås ved bruken av overgangskanal 10 i motsetning til en kanal med en lengde lik minst 2,5 ekvivalente kanaldiametre. Dessuten, for å oppnå maksimal virkningsgrad av luftstrøm i kammeret 66 og gjennom fylldukene 54, foretrekkes det å dimensjonere den bueformede overgangskanalen slik at dens utløp 22 i alt vesentlig passer til høyde og breddedimen-sjonen av innløpet 52 til kammeret 66.

Figurene 4 og 5 illustrerer vanlige viftekanalenheter for rektangulær kanal vist generelt med henvisningstall 71 med vifte 72 og i fig. 5 en symmetrisk ekspansjonskanal som er vist generelt ved 80 med vifte 82. Den kjente løsning innenfor luftflyttingsindustrien er å forbinde uttømnings-kanalen med utløpsområdet slik det er vist på figurene 4 og 5 og også vist i Fan Application Manual of the Air Moving and Conditioning Association, nevnt ovenfor. Disse uttømnings-kanaler har like ekspansjonsvinkler ET og EB ved både øvre og nedre paneler, slik det er vist på figurene 4 og 5: AT = AB = 0, for rektangulær kanal 71 i figur 1 og |+ ET | = | - EB |, for symmetrisk ekspansj onskanal 80 som er vist i fig. 5. I slike konturer blir den vertikale asymmetriske hastighets-profil av luften som forlater utblåsningsområdet behandlet jevnt over kanalens høyde, hvorved hastighetstrykkgjen-vinningseffekten reduseres i avslutningsområdet. Dessuten vil den brå luftutvidelsen mellom utblåsningsområdet og utløpsområdet bevirke et vesentlig trykktap i viftekanal-systemet på grunn av turbulens 84 nedstrøms i forhold til avslutningen.

Den asymmetriske kanalen ifølge den foreliggende oppfinnelse eliminerer strømningssepareringen og turbuliseringen som møtes i de symmetriske lange kanaler, og den tilveiebringer således middel for en jevn og stabil ekspansjon av luft-strømmen som forlater utblåsningsområdet.

I motsetning til de vanlige viftekanalenhetene hvor over-gangskanalene er festet til utløpsområdet 42 i fig. 4, møter den asymmetriske kanalen ifølge den foreliggende oppfinnelse viftehuset 40 ved avslutningselementet i utblåsningsområdet, og utvider seg så symmetrisk breddemessig og asymmetrisk høydemessig (som vist i fig. 2).

Graden av den høydemessige utvidelse eller ekspansjon kunne beskrives i form av toppanelets 12 vinkelmessighet, DT, og bunnpanelets 14 vinkelmessighet, DB, slik de er vist i fig. 2.

Både DT og DB er definert som positiv dersom de sammenfaller med viftehusets volutte utviklingsretning, og er negativ for en motsatt retning. Selvom teoretisk disse vinkler kunne ha motsatte fortegn, ville i praksis en slik situasjon føre til strømseparering rundt den sentrale seksjon av kanalen 10, og følgelig en redusert viftevirkningsgrad. Derfor anbefales det at DT og DB har den samme positive retning. Alternativt kan vinkel DB være null for den rette bunnplateversjonen.

Den faktiske kanal 10 ekspansjonen skyldes en kombinert virkning frembragt av både topp 12 og bunn 14 panelenes avvik (ekspansjon = f(Y2-Y^)), og av den breddemessige utvidelse bevirket av det faktum at bredden av utløpet 22 kan være større enn bredden av innløpet 20. Selvom den kjente teknikk omhandler en konstruksjon der vinklene er like og motsatt retningsmessig, betyr en kortere asymmetrisk kanal 10 at toppvinkelen bør være større enn bunnbvinkelen. For den foreslåtte toppkanal bør vinkel DT ha en verdi mellom 5° og 64c og høyere kanal vinkel DB hør være innenfor området 3° til 32°, med foretrukne buede versjonsspektra hhv. lik 10-47° og 5-19°.

En viktig betraktning i forbindelse med den assymetriske kanals geometri er krumningen av komponentens toppanel. Det vil forstås at denne utformning vil gi en glatt og ikke-hindret ekspansjon av luftstrømmen fra utblåsningsområdet til kanalen eller utstyr som betjenes av viften.

Den asymmetriske kanalen gir en bred allsidighet hva angår vifteinstallasjoner, ettersom monteringsvinkelen Å vil kunne variere avhengig av dens anvendelse. Det normalt ønskelige området for vinkel A er 1-60° for typiske anvendelser av luft-bevegelsesviften, mens i tilfellet for f.eks. kjøletårn er det foretrukne området fra 5° til 45°.

Det alternative kanalkonsept som er vist som 90 i fig. 6 har null graders vinkelmessighet mellom innløpsplanet 92 og utløpet 96. Det bør bemerkes at bunnplaten 94 er rett, selvom innløpets 96 høyde alltid er større enn innløpets 92 høyde på grunn av krumningen av topplaten 98.

Claims (7)

1. Sentrifugalvifte (40) som er koblet til en overgangskanal (10), idet nevnte sentrifugalvifte (40) omfatter et generelt sylindrisk hus som har et generelt rektangulært vifteutløp med sider, en bunn og en topp som definerer et vifteutløps-område, idet nevnte overgangskanal omfatter: en bunnplateseksjon (14), to sideplateseksjoner (16, 18) som strekker seg oppad fra og er sammenføyet med sidekantene av nevnte bunnplateseksjon, og en topplateseksjon (12) som har en konkav utforming langs den langsgående retning av overgangskanalen og en positiv utvidelsevinkel og med sidekanter sammenføyet med toppkanter av nevnte sideplateseksjoner, idet nevnte bunn-, side- og topplateseksjoner danner en generelt rektangulær innløpsåpning (20) ved en langsgående side av nevnte overgangskanal og en generelt rektangulær utløpsåpning (22) ved den andre langsgående siden av nevnte overgangskanal, og idet nevnte bunnplateseksjon (14) har enten en null utvidelsesvinkel eller en positiv utvidelsesvinkel som er mindre enn den for nevnte topplate, hvorved nevnte kanal mellom nevnte topp og bunnplater gradvis divergerer fra nevnte innløpsåpning til nevnte utløpsåpning i den samme utviklingsretning som viftehusets volutte utvikling,karakterisert vedat viftehuset har et øvre avslutningsélement (48) som definerer et åpent utblåsningsområde som er begrenset mellom sidene og bunnen av vifte-utløpet og det øvre avslutningselementet, idet nevnte utblåsningsområde har et redusert areal sammenlignet med det for nevnte utløpsområde, og der det øvre avslutningselementet (48) er innrettet med topplaten (12) for innløpsåpningen til nevnte overgangskanal slik at det reduserte utblåsnings området er tilpasset i størrelse og posisjon med overgangs-kanalens innløpsåpning.

2. Sentrifugalvifte og overgangskanal som angitt i krav 1,karakterisert vedat nevnte bunnplate-seks jon (14) av nevnte overgangskanal har en større langsgående lengde enn nevnte topplateseksjon (12) på nevnte overgangskanal, slik at et første plan i kontakt med kantene av nevnte innløpsåpning skjærer et andre plan i kontakt med kantene av nevnte utløpsåpning i en vinkel mellom 1° og 60°.

3. Sentrifugalvifte og overgangskanal som angitt i krav 2,karakterisert vedat bunnplaten (14) for nevnte overgangskanal er buet ved dannelse av et flertall av flate inkrementelle seksjoner.

4. Sentrifugalvifte og overgangskanal som angitt i krav 3,karakterisert vedat krumningsradiusen for nevnte topplateseksjon (12) for nevnte overgangskanal er mindre enn krumningsradiusen for nevnt bunnplateseksjon for nevnte overgangskanal.

5. Sentrifugalvifte og overgangskanal som angitt i et hvilket som helst av kravene 1-4,karakterisertved at sidekantene er konkave langs den langsgående retning av overgangskanalen, slik at bredden av utløps-åpningen er større enn bredden av innløpsåpningen.

6. Sentrifugalvifte og overgangskanal som angitt i krav 1,karakterisert vedat bunnplateseksjonen (94) på nevnte overgangskanal er rett og har mindre langsgående lengde enn nevnte topplateseksjon (98) for nevnte overgangskanal, og at nevnte vertikale kanter av innløps- og utløpsåpningene på nevnte overgangskanal er parallelle med hverandre.

7. Motstrømsavkjølingstårn (50),karakterisertved at det innbefatter en sentrifugalvifte og overgangskanal som angitt i et hvilket som helst foregående krav, idet nevnte utløp fra overgangskanalen er koblet til kjøletårnets luftinntak.