DIFFUSORLESS AXIAL VENTILATOR, ESPECIALLY FOR VENTILATING HEAT EXCHANGERS

Abstract: 1. An axial ventilator without guide ring, particularly but not exclusively for ventilating heat exchangers, comprising twisted, profiled vanes which are arranged so as to be uniformly or non-uniformly distributed around the periphery of the impeller hub of a ventilator unit, the mean camber of a vane being curved in such manner that the ratio (f/l) of the height of curvature (f) of the mean camber line relative to the vane chord to the spacing length (I) between the front and rear edges of a vane is in the region of : 0.02 =< f/l =< 0.1, characterized by the following further constructional parameters for the impeller of the ventilator unit : 0,25 =< Di /Da =< 0,35 70 degrés =< gamma i =< 80 degrés 35 degrés =< gamma a -gamma i =< 50 degrés 0,7 =< li /la =< 1 with the following definitions : Da = outer diameter of the impeller ; Di = hub diameter of the impeller ; la = chord length between front and rear edges of the vane profile at the outer section ; li = chord length between front and rear edges of the vane profile at the inner section ; gamma a = vane adjusting angle at the outer section of a vane, measured in the peripheral direction D (direction of rotation) ; gamma i = vane adjusting angle at the inner section of a vane, measured in the peripheral direction D (direction of rotation).

Description: Leitradloser Axialventilator, insbesondere zur Belüftung von Warmetauschern Die Erfindung bezieht sich auf einen leitradlosen Axialventilator, insbesondere zur Belüftung von Wärmetauschern gemäss Oberbegriff des Patentanspruchs 1; ein derartiger Axialventilator ist durch eine offenkundige Vorbenutzung bekannt. Das Nabenverhältnis Di/Da der bekannten Ventilatoren lag bei Werten Di/Darb 0,4 sofern Ansprüche an Abreisssicherheit und hohe Druckerzeugung gestellt waren. Die Differenz der Schaufeleinstellwinkel am Aussenschnitt bzw. am Innenschnitt entsprach dem üblichen Auslegungswinkel von ca. 280. Das Verhältnis der Sehnenlängen im Innenschnitt zu dem im Aussenschnitt war grösser als 1. Eine typische Anforderung an derartige Ventilatoren, insbesondere wenn sie zum Betrieb in Verbindung mit Kühlern eingesetzt werden sollen, ist die Forderung nach einer bestimmten Freiblasemenge, d.h. einer bestimmten geförderten Luftmenge ohne wesentlichen statischen Druckunterschied, bei gleichzeitiger Forderung nach einem Mindestluftdruck bei einem bestimmten Prozenzsatz dieser Luftmenge, z.B. bei einer wegen Kühlervereisung oder Kühlerbzw. Filterverschmutzung um 30 - 40 X verminderten Freiblasemenge. Weiterhin soll die geforderte Luftmenge den Ventilator mit möglichst gleichmässigem Geschwindigkeitsprofil und möglichst geringer Drallkomponente verlassen, wodurch Strämungsgeräusche an den bestromten und zu kühlenden Bauteilen klein bleiben. Ferner sind aus Einbaugründen die Maximalabmessungen derartiger Ventilatoren vorgeschrieben. Da weiterhin Saug- und Druckseite der Ventilatoren zugänglich sind, müssen aus Sicherheitsgründen dort Schutzgitter angebracht sein, die an sich den zuvor genannten Forderungen nachteilig entgegenstehen. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ausgehend von einem leitradlosen Ventilator der eingangs genannten Art ohne Notwendigkeit einer Vergrösserung bzw. Veränderung der Einbauverhältnisse, wie z.B. der Entfernung von ausströmseitigen Schutzgittern und ohne Verschlechterung des Laufradwirkungsgrades den spezifischen Schalleistungspegel wesentlich senken zu konnen. Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt erfindungsgemäss durch die Lehre des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Jeweils Gegenstand der Unteransprüche. Ausgehend vom lehrbuchmässigen Stand der Technik sind zur Lösung der gestellten Aufgabe folgende Massnahmen erfolgversprechend: a) Verringerung des Nabenverhaltnisses Di/Da zur Erzie lung einer möglichst gleichmässigen Geschwindigkeits verteilung und damit geringen Geräuschentwicklung, b) Erhöhung der Druckziffer, c) Erhöhung der Volumenziffer. Diese drei dem Durchschnittsfachmann bekannten Auslegungsgrössen für Ventilatoren sind miteinander derart verkettet, dass die Grössen a) und c) im gleichen Sinne jedoch entgegengesetzt zur Dimensionsgrösse b) wirken. Durch die Vorgabe maximaler Einbauverhältnisse sowie von erforderlichem Druck und erforderlichem Volumenstrom sind die Dimensionsgrössen: Druckziffer und Volumenziffer dadurch festgelegt, dass man versuchen wird, die Umfangsgeschwindigkeit bzw. Drehzahl des Laufrades aus Geräuschgründen möglichst klein zu halten. Der minimale zugehorige Wert der Umfangsgeschwindigkeit ist Jedoch durch einen von der Bauart, insbesondere vom Nabenverhältnis Di/Da des Laufrades abhängigen maximal möglichen Wert für die Druckziffer bestimmt. Als Auslegungsregel kann bekannterweise hierfür gelten, dass zum Erzielen eines guten Wirkungsgrades der Wert für die Druckziffer umso kleiner wird, Je grösser der Wert der Volumenziffer ist. Dieser Zusammenhang ist aus der einschlagigen Literatur als Cordier-Kurve bekannt. Aus dem Lehrbuch Ventilato ren" von Bruno Eck, 1972, S.271, Abb.265, sind darüber hinaus modifizierte Zusammenhänge zwischen der Druckziffer und der Volumenziffer bzw. den davon linear ab hangigen dimensionslosen Grössen der Durchmesserzahl und Schnellaufzahl bekannt. In Abhängigkeit von diesen Grö ssen wird in dem genannten Lehrbuch Jeweils ein bestimmtes Nabenverhältnis empfohlen, mit dem ein optimaler Wert in Verbindung mit einem guten Wirkungsgrad gewahrleistet werden kann. Ein wesentliches Abweichen von den empfohlenen Werten soll zur Folge haben, dass kein guter Wirkungsgrad erreichbar ist und insbesondere dass bei Unterschreitung der lehrbuchmassig empfohlenen Werte des Nabenverhaltnisses ein Abreissen der Strömung im Nabenbereich und eine entsprechende höhere Geräuschbildung eintreten. Die gemass Patentanspruch 1 vorgesehenen erfindungsgemässen Konstruktionsparameter liegen ausserhalb der von der Fachliteratur empfohlenen Auslegung; trotzdem hat sich in überraschender Weise gezeigt, dass der erfindungsgemässe Ventilator unter Einhaltung der geforderten Werte für Volumenstrom und Maximaldruck bei einem bestimmten Prozentsatz dieses Volumenstroms sowie bei gegebenen Maximaleinbauverhältnissen und möglichst geringer Umfangsgeschwindigkeit sowie einem geringen Nabenverhältnis Abreisserscheinungen im Laufrad nicht auftreten und die Stromung dem Zustand einer gleichmässigen Geschwindigkeitsverteilung bei gegebenem Volumenstrom näher liegt als bei grösserem Nabenverhältnis und dass der absolute Betrag dieser Geschwindigkeit geringer ist. Ausserdem hat sich gezeigt, dass der Druckverlust am austrittsseitigen Schutzgitter geringer ist, was zu einer weiteren Geräuschreduzierung in Folge geringerer zu erbringender Luftleistung und in Folge reduzierter Strömungsgeräusche führt. Eine weitere Geräuschminderung bei Gewährleistung der übrigen geforderten Daten lässt sich in vorteilhafter Weise dadurch erreichen, dass sich an einen unmittelbar die Ventilatoreinheit umgebenden ersten Gehäuseteil austrittsseitig ein zweiter Diffusor-Gehäuseteil von sprunghaft vergrösserter lichter Weite im Abstandsbereich von + 0s3 1a zu den abströmseitigen Enden der Schaufeln anschliesst, wobei die Grösse la die Sehnenlange des Schaufelprofils im Aussenschnitt bezeichnet, sowie dadurch, dass die abströmseitigen Ecken der Schaufeln entsprechend einem Krümmungsradius von 0,1 1a bis 0,3 la abgerundet sind. Durch die DE-OS 25 21 416 ist zwar ein schallgedämpfter Axialventilator mit einer von einem Gehäuse umschlossenen Ventilatoreinheit bekannt, bei welcher der lichte Durchmesser des Gehäusestückes, welches sich an das den strömungsaktiven Teil des Ventilators ummantelnden Gehäuseteil anschliesst, um etwa 25 % sprunghaft vergrossert ist; spezielle Konstruktionsparameter für eine Laufradauslegung, eine spezifische Abrundung der Schaufelecken sowie das Vorhandensein eines zumindest abströmseitigen Schutzgitters fehlen Jedoch. Die für den erfindungsgemässen Ventilator gewählte Laufradauslegung mit hoher Arbeitsverteilung im Laufradaussenbereich ergibt in Kombination mit der zuvor beschriebenen Gehäuseausführung und Flügelkantenabrundung eine weitere Verbesserung im Hinblick auf eine möglichst gleichmässige Geschwindigkeitsverteilung mit reduzierten Spitzenwerten hinter dem Ventilator und somit eine weitere Geräuschminderung, die insgesamt eine Absenkung von 3 bis 4 dB(A) ermöglicht. Auch diese Massnahmen liegen zumindest teilweise im Widerspruch zur Lehrbuchmeinung, nach der die Vergrösserung des mittleren Spaltes zwischen Laufrad und umgebenden Gehäuse an sich eine Geräuschpegelanhebung erwarten lassen. Ausserdem wird allgemein angenommen, dass sich die maximal mögliche Druckerzeugung (Abreisspunkt) bei grösseren Spalten zwischen Laufrad und Gehäuse verschlechtert. Als besonders zweckmässige Konstruktionsauslegung für das gesamte, mit einem sprunghaft erweiterten Diffusor Gehäuseteil versehene Ventilatorgehäuse hat sich eine Konstruktion erwiesen, die dadurch gekennzeichnet ist, dass für das Diffusor-Gehäuseteil ein Gesamtoffnungsbzw. Durchmesserverhältnis von 1,03±D2/DQR 1,25 und eine gesamte axiale Länge von 0,10 DAC 1D 0,5 0,5 DA vorgesehen ist, wobei DA etwa die lichte Weite des Ventilatorgehäuses i. Bereich des Laufrades und D2 den grössten Durchmesser des Diffusor-Gehäuseteils bezeichnet. Eine herstellungstechnisch besonders günstige Ausführung des Diffusor-Gehäuseteils ist dadurch gekennzeichnet, dass für diesen Gehäuseteil zunächst eine hinter dem Laufrad beginnende plötzliche Erweiterung mit einem Steigungs winkel: 15 #1 s; 600 bis auf ein Durchmessermass: 1,02 DA= D21== # D2 und eine anschliessende allmähliche 0 0 Erweiterung mit dem Steigungswinkel: 0 #&alpha;2 00 10 auf das Durchmessermass D2 vorgesehen ist. In vorteilhafter Weise besteht der Diffusor-Gehäuseteil dabei aus einem im Bereich seiner Erweiterung mittels eines entsprechenden Prägestempels aufgeweiteten Rohrstück. Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden im folgenden anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels in der Zeichnung näher erläutert; darin zeigen: Fig. 1 die Seitenansicht einer in einem Ventilatorge häuse angeordneten Ventilatoreinheit eines leit radlosen Axialventilators, Fig. 2 eine stirnseitige Draufsicht auf die Anordnung gemäss Fig. 1, Fig. 3 einen vergrösserten Teilausschnitt der Darstellung in Fig.l, Fig. 4 eine radiale Draufsicht auf einen Teil der als Abwicklung dargestellten Nabenoberfläche mit der Darstellung eines Schaufelprofils im Innen- und im Aussenschnitt. Gemäss Fig. 1, 2 ist eine im wesentlichen aus einem Antriebsmotor M mit auf dessen Abtriebswelle befestigtem Lüfterrad LR mit Schaufeln S1-S8 bestehende Lüftereinheit in einem umgebenden Gehäuse angeordnet, das sich aus einem unmittelbar die Ventilatoreinheit M, LR umgebenden ersten Gehäuseteil G1 und einem zweiten Diffusor-Gehäuseteil G2 zusammensetzt. Sowohl an der Eintritt- als auch an der Austrittsseite des Gehäuses ist Jeweils ein Schutzgitter SG befestigt. Gemäss einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass sich an den unmittelbar die Ventilatoreinheit M, LR umgebenden ersten Gehäuseteil G1 austrittsseitig ein zweiter Diffusor-Gehäuseteil G2 von sprunghaft vergrö sserter lichter Weite im Abstandsbereich von + 0,3 la zu den abströmseitigen Ecken der Schaufeln S1-S8 anschliesst, wobei die Grösse la die Sehnenlänge des Schaufelprofils im Aussenschnitt bezeichnet und als Ausgangspunkt des Abstandsbereichs laufradseitig von nicht abgerundeten Ecken ausgegangen wird. Um einerseits in lufttechnisch günstiger Weise eine sprunghafte Erweiterung des Gehäuses zu erreichen und andererseits diese Erweiterung mit möglichst geringem Fertigungsaufwand herstellen zu können, ist nach einer Ausgestaltung der Erfindung für den Diffusor-Gehäuseteil G2 eine hinter dem Laufrad LR im vorgenannten Sinne zunächst mit einem Steigungswinkel: 150e &alpha;1 s 600 bis auf ein Durchmessermass: 1,02 DA Ç D21 S D2 vorgesehen, dem sich eine anschliessende allmahliche Erweiterung mit einem Steigungswinkel: < &alpha;2 # 10 auf das Durchmesser 2 mass D2 anschliesst; zweckmässigerweise wird ein derart ausgebildeter Diffusor-Gehauseteil aus einem dem Durchmessermass DA zunächst entsprechenden Rohrstück hergestellt, das durch einen die Aussenmasse der Erweiterung aufweisenden Prägestempel aufgeweitet ist. Nach weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist für das Diffusor-Gehäuseteil G2 ein Gesamtöffnungs-Durchmesser verhältnis: 1,03 s D2/DA ' 1,25 und eine gesamte axiale Länge: 0,10 DA # das ¯ O,5 DA vorgesehen, wobei DA etwa die lichte Weite des Ventilatorgehäuses (erster Gehäuse teil G1) im Bereich des Laufrades LR und D2 den grössten Durchmesser des Diffusor-Gehauseteils G2 an seiner Austrittsseite bezeichnet. Wie inbesondere aus Fig. 3 ersichtlich, ist im Sinne eines guten Luftradwirkungsgrades bei gleichzeitiger hoher Geräuscharmut in Kombination mit der erfindungsgemässen Aufweitung des Gehäuses im Bereich des Diffusor Gehäuseteils G2 vorgesehen, dass zumindest die abströmseitigen Ecken der Schaufeln S1-S8 entsprechend einem Krümmungsradius von 0,1 1a r s 0,3 1a abgerundet sind. Weiterhin ist in Kombination mit den vorgenannten Konstruktionsparametern des Ventilatorgehäuses und der abströmseitigen Ecken der Schaufeln unter Bezugnahme auf die Teilabwicklung der Nabe N gemäss Fig.4 mit den dort eingetragenen Bezugsgrössen für die Drehrichtung D, die Luftstromungsrichtung L und einen im Aussen- und Innenschnitt dargestellte Schaufel eine erfindungsgemässe Laufradkonstruktion für einen leitradlosen Axialventilator mit über den Umfang der Laufradnabe einer Ventilatoreinheit gleichmässig bzw. ungleichmässig verteilt angeordneten verwundenen profilierten Schaufeln mit derart gewolbter Skelettlinie, dass der Relativbetrag (f/l) von Wölbungshöhe (f) der Skelettlinie über Schaufelsehne zu Abstandslänge (1) zwischen Vorder- und Hinterkante einer Schaufel im Bereich: 0,02 < ;f/l E0,1 liegt, durch folgende Konstruktionsparameter gekennzeichnet: 0,25 ; Di/Da ; 0,35 700 ç 800 0 0 35 # &gamma;aa - &gamma;i # 50 0,70 # li/la r; 1 mit folgenden Definitionen: Da = Aussendurchmesser des Laufrades; Di = Nabendurchmesser des Laufrades; 1a = Sehnenlänge zwischen Vorderkante und Hinterkante des Schaufelprofils im Aussenschnitt; li = Sehnenlänge zwischen Vorderkante und Hinterkante des Schaufelprofils im Innenschnitt; ra = Schaufeleinstellwinkel am Aussenschnitt einer Schaufel gegen Umfangsrichtung D (Drehrichtung) gemessen; = = Schaufeleinstellwinkel am Innenschnitt einer Schaufel gegen Umfangsrichtung D (Drehrichtung) gemessen. Mit den vorgenanten Konstruktionsparametern ist das gesamte Schaufelprofil unter Zugrundelegung der üblichen Berechnungsverfahren für profilierte Schaufeln von Verdichtern und Ventilatoren bestimmbar; dabei sind die bei Konstruktionen von Axiallaufrädern üblichen und empfohlenen Uberdeckungsverhältnisse zugrundezulegen.

Claims: Patentansprüche 1. Leitradloser Axialventilator, insbesondere zur Belüftung von Wärmetauschern, mit über den Umfang der Laufradnabe einer Ventilatoreinheit gleichmässig bzw. ungleichmässig verteilt angeordneten verwundenen profilierten Schaufeln mit derart gewölbter Skelettlinie, dass der Relativbetrag (f/l) von Wölbungshöhe (f) der Skelettlinie über Schaufelsehne zu Abstandslange (1) zwischen Vorderund Hinterkante einer Schaufel im Bereich: 0,02 # f/l #0,1 liegt, g e k e n n z e i c h n e t durch folgende weitere Konstruktionsparameter für das Laufrad der Ventilatoreinheit: : 0,25 ; Di/Da Sg 035 0 0 70 i 80 350 a - i 500 0,7 # li/la ar 1 mit folgenden Definitionen: Da = Aussendurchmesser des Laufrades; Di = Nabendurchmesser des Laufrades; 1a = Sehnenlänge zwischen Vorderkante und Hinterkante des Schaufelprofils im Aussenschnitt; li = Sehnenlänge zwischen Vorderkante und Hinterkante des Schaufelprofils im Innenschnitt; = = Schaufeleinstellwinkel am Aussenschnitt einer Schaufel gegen Umfangsrichtung D (Drehrichtung) gemessen; ti = Schaufeleinstellwinkel am Innenschnitt einer Schaufel gegen Umfangsrichtung D (Drehrichtung) gemessen. 2. Leitradloser Axialventilator nach Anspruch 1, mit einem zusätzlichen, zumindest die Ventilatoreinheit umgebenden Gehäuse, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass sich an einen unmittelbar die Ventilatoreinheit (M,LR) umgebenden ersten Gehäuseteil (G1) austrittsseitig ein zweiter Diffusor-Gehäuseteil (G2) von sprunghaft vergrösserter lichter Weite im Abstandsbereich von + 0,3 1a zu den abströmseitigen Ecken der Schaufeln (S1-S8) anschliesst, wobei die Grösse la die Sehnenlänge des Schaufelprofils im Aussenschnitt bezeichnet. 3. Leitradloser Axialventilator nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die abströmseitigen Ecken der Schaufeln (S1-S8) entsprechend einem Krümmungsradius von 0,1 1 r0,3 1a abgerundet sind. 4. Leitradloser Axialventilator nach Anspruch 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass für das Diffusor-Gehäuseteil (G2) ein Gesamtöffnungs- bzw. Durchmesserverhältnis: 1,03 # D2/DAs; 1,25 vorgesehen ist, wobei DA etwa die lichte Weite des Ventilatorgehauses (erster Gehäuseteil G1) im Bereich des Laufrades (LR) und D2 den grössten Durchmesser des Diffusor-Gehauseteils (G2) bezeichnet. 5. Leitradloser Axialventilator nach einem der Ansprüche 2 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t dass für den Diffusor-Gehäuseteil (G2) eine gesamte axiale Länge: 0,10 DA # lD # 0,5 DA vorgesehen ist, wobei DA etwa der lichten Weite des Ventilstorgehauses (erster Ge hauseteil (G1) im Bereich des Laufrades (LR) entspricht. 6. Leitradloser Axialventilator nach einem der Ansprüche 2 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t dass für den Diffusor-Gehäuseteil (G2) eine hinter dem Laufrad (LR) beginnende plötzliche Erweiterung mit einem Steigungswinkel: 15 # &alpha;1 # 60 bis auf ein Durchmesser mass: 1,02 DA # D21 tE D2 und eine anschliessende allmähliche Erweiterung mit dem Steigungswinkel: 00oL auf das Durchmessermass D2 vorgesehen ist. 7. Leitradloser Axialventilator nach einem der Ansprüche 2 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t dass der Diffusor-Gehäuseteil (G2) aus einem im Bereich seiner Erweiterung mittels eines entsprechenden Prägestempels aufgeweiteten Rohrstück besteht. 8. Leitradloser Axialventilator nach einem der Ansprüche 2 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t dass der erste Gehäuseteil (G1) und der Diffusor-Gehäuseteil (G2) zusammen ein einstückiges Rohrstück bilden. 9. Leitradloser Axialventilator nach einem der Ansprüche 2 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t dass der Diffusor-Gehäuseteil (G2) ausströmseitig mit einem Schutzgitter (SG) versehen ist.

Inventors: KOCH, WALTER, DIPL.-ING., SELLMANN, MANFRED, DR.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT BERLIN UND MUNCHEN
Application year: 1984
Main classification: F04D29
IPC codes: F04D29, F04D19