WO2020099027A1

WO2020099027A1 - Diagonalventilator mit drallreduzierung am diagonallaufrad

Info

Publication number: WO2020099027A1
Application number: PCT/EP2019/077103
Authority: WO
Inventors: Oliver Haaf; Daniel Gebert
Original assignee: Ebm-Papst Mulfingen Gmbh & Co. Kg
Priority date: 2018-11-16
Filing date: 2019-10-07
Publication date: 2020-05-22
Also published as: DE102018128813A1; US11692553B2; US20220025892A1; EP3880966A1; CN209704875U

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Diagonalventilator (1) umfassend einen Elektro- motor (10), ein Gehäuse (11) und ein innerhalb des Gehäuses (11) aufgenommenes und über den Elektromotor (10) antreibbares Diagonallaufrad (12), dessen im Betrieb erzeugte Diagonalströmung in eine axiale Strömungsrichtung umgelenkt wird, wobei das Diagonallaufrad (12) in Umfangsrichtung verteilte Laufradschaufeln (121) und einen Schleuderring (122) aufweist, der die Laufradschaufeln (121) in Umfangsrichtung umschließt, wobei der Diagonalventilator ferner ansaugseitig eine Einlaufdüse (6) aufweist, durch welche eine Hauptströmung des Diagonalventilators angesaugt wird, wobei die Einlaufdüse (6) sich im Radialschnitt gesehen zu dem Schleuderring (122) zumindest abschnittsweise überlappend erstreckt und dabei mit dem Schleuderring (122) einen Düsenspalt (19) bildet, und wobei an dem Gehäuse (11) ein Bypasskanal (22) ausgebildet ist, der eine Strömungsverbindung von einem druckseitigen Umgebungsbereich (U) des Diagonalventilators (1) zu einer Einströmseite des Düsenspalts bildet (19), so dass im Betrieb des Diagonalventilators (1) über den Bypasskanal (22) eine drallfreie Nebenströmung (NS) an die Einströmseite des Düsenspalts (19) geführt ist.

Description

Diagonalventilator mit Drallreduzierung am Diagonallaufrad

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft einen Diagonalventilator mit einer Drallreduzierung am Diagonallaufrad.

Allgemein sind Diagonalventilatoren und deren Einsatz aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus der DE 10 2014 210 373 A1. Diagonalventilatoren werden in Anwendungen mit hohen Anforderungen an Luftleistung bei höherem Gegendruck und geringem Einbauplatz eingesetzt, beispielsweise in der Kühltechnik oder bei Dunstabzugshauben. Durch den bei Diagonalventilatoren im Verhältnis zum Bauraum großen Motordurch- messer des axialzentral angeordneten Motors und die radiale Erweiterung der Nabe ist die Ausblasfläche an der Ausblasöffnung verhältnismäßig klein, wodurch es zu hohen Austrittsverlusten bei der Strömung durch hohen dy namischen Druck am Austritt des Diagonalventilators kommt. Üblicherweise werden für die Erreichung hoher Wurfweiten Axialventilatoren verwendet. Für die kompakte Bauweise sind Diagonalventilatoren jedoch günstig. Die Erfindung löst die Aufgabe, einen Diagonalventilator bereitzustellen, der bezüglich Effizienz und Wurfweite verbessert und somit in einem breiteren Einsatzbereich verwendbar ist. Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird ein Diagonalventilator mit einem Elektromotor, einem Gehäuse und einem innerhalb des Gehäuses aufgenommenen und über den Elektromotor antreibbaren Diagonallaufrad vorgeschlagen. Die durch das Diagonallaufrad im Betrieb erzeugte Diagonalströmung wird durch das Gehäuse in eine axiale Strömungsrichtung umgelenkt. Das Diagonallaufrad weist in Umfangsrichtung verteilte Laufradschaufeln und einen Schleuderring auf, der die Laufradschaufeln in Umfangsrichtung umschließt. Der Diagonal ventilator umfasst ferner ansaugseitig eine Einlaufdüse, durch welche eine Hauptströmung des Diagonalventilators angesaugt wird, wobei die Einlaufdüse sich im Radialschnitt gesehen zu dem Schleuderring zumindest abschnittsweise überlappend erstreckt und dabei mit dem Schleuderring einen Düsenspalt bildet. An dem Gehäuse ist zudem ein Bypasskanal vorgesehen, der eine Strömungsverbindung von einem druckseitigen Umgebungsbereich des Diagonalventilators zu einer Einströmseite des Düsenspalts bildet, so dass im Betrieb des Diagonalventilators über den Bypasskanal eine drallfreie Nebenströmung an die Einströmseite des Düsenspalts geführt ist.

Die Erfindung löst die Aufgabe durch die Zuströmung der drallfreien Neben- Strömung in den Düsenspalt über den Bypasskanal. Bei der Nutzung der Kombination von Einlaufdüse und Schleuderring wird eine Spaltströmung im Düsenspalt erzeugt, welche zur verbesserten Anlegung der Strömung an den Schleuderring führt. Diese Spaltströmung wird bei Diagonalventilatoren mit kanalartigen, insbesondere zylindrischen Gehäusen insbesondere von der hochturbulenten und drallbehafteten Strömung am Austritt (Druckseite) des Diagonallaufrads gespeist. Die turbulente Spaltströmung verursacht bei der Interaktion mit den einströmseitigen Schaufelvorderkanten der Lüfterradschaufeln eine erhöhte Geräuschbildung. Bedingt durch den Drall in der Spaltströmung ändert sich der Zuströmvektor zum Diagonallaufrad innerhalb der Scherschicht zwischen der Spaltströmung und der Hauptströmung deut lich, wodurch es zu einer Fehlanströmung der Lüfterradschaufeln, d.h. einer Anströmung in einem nicht optimalen Winkel kommt. Der jeweilige Winkelunterschied des Zuströmvektors ist dabei betriebspunktabhängig und kann nicht geometrisch an den Lüfterradschaufeln ausgeglichen werden. Durch die Zuführung der drallfreien Nebenströmung über den Bypasskanal in die Ansaugdüse wird die Spaltströmung derart beeinflusst, dass die Geräuschbildung minimiert und die Effizienz des Diagonalventilators gesteigert wird.

In einer Ausführungsvariante des Diagonalventilators ist vorgesehen, dass der Bypasskanal parallel zu einer äußeren Mantelwand des Gehäuses verläuft und eine Innenwand des Gehäuses bestimmt, welche die von dem Dia gonallaufrad erzeugte Diagonalströmung in die axiale Strömungsrichtung umlenkt. Der Bypasskanal ist somit platzsparend als integraler Bestandteil des Gehäuses verbaut. Strömungstechnisch vorteilhaft ist eine Ausführung des Diagonalventilators, bei welcher der Bypasskanal eine axiale Durchströmungsquerschnittsfläche AB aufweist, die ein Verhältnis zu einer axialen Durchströmungsquer schnittsfläche AS des Düsenspalts aufweist, dass gilt 0,5<AB/AS<5. Vor zugsweise ist das Verhältnis gewählt, dass gilt: 0,75<AB/AS<2,5. In den ge- nannten Bereichen ist der Einfluss der drallfreien Nebenströmung über den Bypasskanal besonders effektiv.

Ferner wird in einem Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass der Bypasskanal das Diagonallaufrad radial außenseitig umschließt und mithin auf einer axia- len Höhe zu dem Diagonallaufrad angeordnet ist. Anstelle eines vollständig umschließenden Kanals können z.B. auch zwei oder vier Kanäle in den Ecken angeordnet sein, um den Bauraum besser auszunutzen.

Der Bypasskanal wird ferner vorzugsweise in einer axialen Länge ausgeführt, dass er das Diagonallaufrad in axialer Richtung beidseitig überstreckt, d.h. im Radialschnitt gesehen beidseitig über Axialrandebenen des Diagonallaufrads hinaus verläuft. Insbesondere ist günstig, wenn der Einlass des Bypasskanal auf der Druckseite getrennt von dem Ausblasbereich der Hauptströmung mit der Umgebung des Diagonalventilators in Verbindung steht.

Zur Reduzierung der Teilezahl und Vereinfachung der Montage wird vor- zugsweise Vorgehen, dass der Bypasskanal einstückig an dem Gehäuse ausgebildet ist.

Ferner ist strömungstechnisch vorteilhaft, dass bei dem Diagonalventilator der Schleuderring und die Einlaufdüse im Bereich des Düsenspalts zumindest abschnittsweise parallel verlaufen. Insbesondere wird bevorzugt vorge- sehen, dass der Schleuderring koaxial radial außerhalb der Einlaufdüse ver läuft, so dass der Düsenspalt radial außenseitig der Einlaufdüse gebildet ist.

In einer Weiterbildung des Diagonalventilators erstreckt sich der Schleuderring im Düsenabschnitt parallel zu einer sich in axialer Richtung des Diago nalventilators erstreckenden Rotationsachse des Diagonallaufrads, d.h. im Überlappungsabschnitt verlaufen der Schleuderring und die Einlaufdüse parallel zur axial angesaugten Strömungsrichtung.

Zur Erzeugung einer Ausströmung nach schräg radial außen und gewinkelt zur Rotationsachse des Diagonallaufrads weist der Schleuderring einen sich in axialer Strömungsrichtung nach radial außen aufweitenden, zu einer Innenwand des Gehäuses gerichteten Strömungsquerschnitt auf.

Bei dem Diagonalventilator ist in einer weiteren Ausführungsform in axialer Strömungsrichtung gesehen dem Diagonallaufrad anschließend eine Nach leiteinrichtung mit einer Vielzahl von in Umfangsrichtung verteilten Leitschau feln angeordnet, welche eine von dem Diagonallaufrad erzeugte Luftströ mung vergleichmäßigt.

Eine vorteilhafte Ausführung sieht bei dem Diagonalventilator vor, dass die Nachleiteinrichtung einteilig mit dem Gehäuse ausgebildet ist. Die Teilezahl und Montageschritte können somit reduziert werden. Auch kann auf eine Abdichtung zwischen den Bauteilen verzichtet werden.

Die Nachleiteinrichtung weist in einer Weiterbildung ein einen Ausblasab schnitt des Diagonalventilators überstreckendes Schutzgitter auf. Günstig ist ferner eine Ausführungsvariante des Diagonalventilators, bei der die Nachleiteinrichtung, das Gehäuse und das Schutzgitter einteilig ausgebildet sind.

Zur variablen Befestigung des Diagonalventilators an mindestens zwei Befestigungspunkten sind an dem Gehäuse mindestens zwei axiale An- schraubebenen jeweils mit Befestigungsmitteln zur Befestigung des Diagonalventilators ausgebildet. Die Befestigung des Diagonalventilators erfolgt beispielsweise an einem Wärmetauscher.

Ferner ist eine Weiterbildung des Diagonalventilators bezüglich eines kom pakten Aufbaus vorteilhaft, bei dem die Nachleiteinrichtung im Nabenbereich eine Motoraufnahme für den Elektromotor aufweist. Die Befestigung des Elektromotors kann somit durch die Nachleiteinrichtung übernommen werden. Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet bzw. werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführung der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt. Es zeigt: Fig. 1 eine schematische Radialschnittansicht eines Ausführungsbei spiels eines Diagonalventilators.

In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Diagonalventilators 1 im radialschnitt beispielhaft schematisch gezeigt. Der Diagonalventilators 1 umfasst ein Gehäuse 11 , in dem der Elektromotor 10 ausgebildet als Außenläufermo- tor aufgenommen und mit dem Diagonallaufrad 12 verbunden ist, um letzteres im Betrieb um die Rotationsachse RA zu rotieren. Das Diagonallaufrad 12 ist mit seiner Nabe 119 an dem Elektromotor 10 befestigt. Von der Nabe 119 aus erstrecken sich nach radial außen mehrere in Umfangsrichtung verteilte Laufradschaufeln 121 , deren radial außen liegendes Ende von dem Schleuderring 122 geschlossen ist. Die Lüfterradschaufeln 121 weisen eine Schaufelvorderkante 117 und eine Schaufelhinterkante 118 auf, die jeweils gegenüber einer vertikalen Senkrechten zur Rotationsachse von radial innen nach radial außen gesehen zur Einlassseite des Diagonalventilators 1 ge neigt sind, wobei der Winkel an der Schaufelhinterkante 118 größer ist als an der Schaufelvorderkante 117.

Ansaugseitig ist die einstückig an dem Gehäuse 11 ausgebildete Einlaufdüse 6 vorgesehen, durch welche das Diagonallaufrad 12 im Betrieb die Haupt- strömung HS ansaugt. Die Einlaufdüse 6 weist einen sich in Axialrichtung verringerten Durchströmungsquerschnitt auf, der am axialen freien Endab- schnitt 7 am geringsten ist. Dieser freie Endabschnitt 7 verläuft parallel zur Rotationsachse RA und überlappt sich im Überlappungsbereich 30 mit dem vorderen Abschnitt 123 des Schleuderrings 122, der sich ebenfalls parallel zur Rotationsachse RA erstreckt. Durch den Schleuderring 122 und die Ein- laufdüse 6 wird der Düsenspalt 19 gebildet. An den achsparallelen Vorderab schnitt 123 schließt sich bei dem Schleuderring 122 unmittelbar der sich schräg nach außen und gegenüber der Rotationsachse gewinkelt verlaufende Hinterabschnitt 124 an, der den sich in axialer Strömungsrichtung nach radial außen aufweitenden, zu einer Innenwand 111 des Gehäuses 11 ge richteten Strömungsquerschnitt bestimmt.

An dem Gehäuse 11 ist einstückig der Bypasskanal 22 ausgebildet ist, der sich vom Ausblasabschnitt 27 des Diagonalventilators 1 in axialer Richtung bis zur Einlaufdüse 6 erstreckt und eine Strömungsverbindung von dem druckseitigen Umgebungsbereich U des Diagonalventilators 1 über die axiale Einlassöffnung 21 zu der Einströmseite des Düsenspalts 19 bildet. Im Betrieb wird neben der Hauptströmung die im Bypasskanal 22 entgegengesetzt ver laufende, drallfreie Nebenströmung NS erzeugt und über den Düsenspalt 19 der Hauptströmung HS zugeführt. Der Bypasskanal 22 überstreckt in axialer Richtung das gesamte Diagonallaufrad 12 und ist radial außenseitig zu die sem einstückig an dem Gehäuse 11 angeordnet. Der Bypasskanal 22 weist eine axiale Durchströmungsquerschnittsfläche AB auf, die im Verhältnis zu einer axialen Durchströmungsquerschnittsfläche AS des Düsenspalts 19 in der gezeigten Ausführung so festgelegt ist, dass AB/AS=3,0. Das Verhältnis wird vorzugsweise in einem Bereich von 0, 5-5,0 eingestellt.

Zudem umfasst der Diagonalventilator 1 eine Nachleiteinrichtung 90 am Ausblasabschnitt 27, welche die von dem Diagonallaufrad 12 gewinkelt aus geblasene Diagonalströmung und von der Innenwand 11 zurück in die axiale Richtung umgelenkte Strömung anschließend vergleichmäßigt. Die Nachleit- einrichtung 90 umfasst eine Vielzahl von in Umfangsrichtung verteilten Leitschaufeln und ein Schutzgitter, welches dann den Ausblasabschnitt 27 des Diagonalventilators 1 überstreckt.

Claims

Patentansprüche

1. Diagonalventilator (1) umfassend einen Elektromotor (10), ein Gehäu se (11) und ein innerhalb des Gehäuses (11) aufgenommenes und über den Elektromotor (10) antreibbares Diagonallaufrad (12), dessen im Betrieb erzeugte Diagonalströmung in eine axiale Strömungsrich tung umgelenkt wird, wobei

das Diagonallaufrad (12) in Umfangsrichtung verteilte Laufrad schaufeln (121) und einen Schleuderring (122) aufweist, der die Lauf radschaufeln (121) in Umfangsrichtung umschließt, wobei

der Diagonalventilator ferner ansaugseitig eine Einlaufdüse (6) aufweist, durch welche eine Hauptströmung (HS) des Diagonalventilators (1) angesaugt wird, wobei die Einlaufdüse (6) sich im Radialschnitt gesehen zu dem Schleuderring (122) zumindest abschnittswei se überlappend erstreckt und dabei mit dem Schleuderring (122) ei- nen Düsenspalt(19) bildet, und wobei

an dem Gehäuse (11) ein Bypasskanal (22) ausgebildet ist, der eine Strömungsverbindung von einem druckseitigen Umgebungsbe reich (U) des Diagonalventilators (1) zu einer Einströmseite des Dü senspalts bildet (19), so dass im Betrieb des Diagonalventilators (1) über den Bypasskanal (22) eine drallfreie Nebenströmung (NS) an die

Einströmseite des Düsenspalts (19) geführt ist.

2. Diagonalventilator nach Anspruch 1 , wobei

der Bypasskanal (22) parallel zu einer äußeren Mantelwand des Gehäuses (11) verläuft und eine Innenwand (111) des Gehäuses be- stimmt, welche die von dem Diagonallaufrad (12) erzeugte Diagonal strömung in die axiale Strömungsrichtung umlenkt.

3. Diagonalventilator nach Anspruch 1 oder 2, wobei

der Bypasskanal (22) eine axiale Durchströmungsquer- schnittsfläche AB aufweist, welche ein Verhältnis zu einer axialen Durchströmungsquerschnittsfläche AS des Düsenspalts (19) aufweist, dass gilt 0,5<AB/AS<5, insbesondere 0,75<AB/AS<2,5.

4. Diagonalventilator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Bypasskanal (22) das Diagonallaufrad (12) radial außensei tig zumindest bereichsweise umschließt.

5. Diagonalventilator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Bypasskanal (22) das Diagonallaufrad (12) in axialer Richtung beidseitig überstreckt.

6. Diagonalventilator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Bypasskanal (22) einstückig an dem Gehäuse (11) ausgebildet ist.

7. Diagonalventilator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schleuderring (122) und die Einlaufdüse (6) im Bereich des Düsenspalts (19) zumindest abschnittsweise parallel verlaufen.

8. Diagonalventilator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schleuderring (122) koaxial radial außerhalb der Einlaufdü se (6) verläuft.

9. Diagonalventilator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schleuderring (122) sich im Bereich des Düsenspalts (19) parallel zu einer sich in axialer Richtung des Diagonalventilators (1) erstreckenden Rotationsachse des Diagonallaufrads (12) erstreckt.

10. Diagonalventilator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schleuderring (122) einen sich in axialer Strömungsrichtung nach radial außen aufweitenden, zu einer Innenwand (111) des Gehäuses (11) gerichteten Strömungsquerschnitt aufweist.

11. Diagonalventilator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass in axialer Strömungsrichtung gesehen dem Diagonallaufrad (12) anschließend eine Nachleiteinrichtung (90) mit einer Vielzahl von in Umfangsrichtung verteilten Leitschaufeln an- geordnet ist, welche eine von dem Diagonallaufrad (12) erzeugte Luftströmung vergleichmäßigt.

12. Diagonalventilator nach dem vorigen Anspruch, dadurch gekenn

zeichnet, dass die Nachleiteinrichtung (90) ein einen Ausblasabschnitt (27) des Diagonalventilators (1) überstreckendes Schutzgitter auf- weist.

13. Diagonalventilator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, dass an dem Gehäuse (11) mindestens zwei axiale Anschraubebenen jeweils mit Befestigungsmitteln zur Befestigung des Diagonalventilators (1) ausgebildet sind.

14. Diagonalventilator nach einem der vorigen Ansprüche 11-13, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachleiteinrichtung (90) im Nabenbereich eine Motoraufnahme für den Elektromotor (10) aufweist.