DE102018128813A1

DE102018128813A1 - Diagonalventilator mit Drallreduzierung am Diagonallaufrad

Info

Publication number: DE102018128813A1
Application number: DE102018128813.1A
Authority: DE
Inventors: Oliver Haaf; Daniel GEBERT
Original assignee: Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
Current assignee: Ebm Papst Mulfingen GmbH and Co KG
Priority date: 2018-11-16
Filing date: 2018-11-16
Publication date: 2020-05-20
Also published as: WO2020099027A1; EP3880966A1; US20220025892A1; CN209704875U; US11692553B2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Diagonalventilator (1) umfassend einen Elektromotor (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, wobeidas Diagonallaufrad (12) in Umfangsrichtung verteilte Laufradschaufeln (121) und einen Schleuderring (122) aufweist, der die Laufradschaufeln (121) in Umfangsrichtung umschließt, wobeider 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 wobeian 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

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 Motordurchmesser 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 dynamischen 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 Diagonalventilator 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 Nebenströmung 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 deutlich, 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 Diagonallaufrad 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 Durchströmungsquerschnittsfläche AS des Düsenspalts aufweist, dass gilt 0,5≤AB/AS≤5. Vorzugsweise ist das Verhältnis gewählt, dass gilt: 0,75≤AB/AS≤2,5. In den genannten 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 axialen 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 vorzugsweise 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 vorgesehen, dass der Schleuderring koaxial radial außerhalb der Einlaufdüse verläuft, 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 Diagonalventilators 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 Nachleiteinrichtung mit einer Vielzahl von in Umfangsrichtung verteilten Leitschaufeln angeordnet, welche eine von dem Diagonallaufrad erzeugte Luftströmung 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 Ausblasabschnitt 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 Anschraubebenen 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 kompakten 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:

1 eine schematische Radialschnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines Diagonalventilators.

In 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 Außenläufermotor 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 geneigt 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 Hauptströmung HS ansaugt. Die Einlaufdüse 6 weist einen sich in Axialrichtung verringerten Durchströmungsquerschnitt auf, der am axialen freien Endabschnitt 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 Einlaufdüse 6 wird der Düsenspalt 19 gebildet. An den achsparallelen Vorderabschnitt 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 gerichteten 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 verlaufende, 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 diesem 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 ausgeblasene Diagonalströmung und von der Innenwand 11 zurück in die axiale Richtung umgelenkte Strömung anschließend vergleichmäßigt. Die Nachleiteinrichtung 90 umfasst eine Vielzahl von in Umfangsrichtung verteilten Leitschaufeln und ein Schutzgitter, welches dann den Ausblasabschnitt 27 des Diagonalventilators 1 überstreckt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014210373 A1 [0002]

Claims

Diagonalventilator (1) umfassend einen Elektromotor (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 (HS) des Diagonalventilators (1) 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.
Diagonalventilator nach Anspruch 1, wobei der Bypasskanal (22) parallel zu einer äußeren Mantelwand des Gehäuses (11) verläuft und eine Innenwand (111) des Gehäuses bestimmt, welche die von dem Diagonallaufrad (12) erzeugte Diagonalströmung in die axiale Strömungsrichtung umlenkt.
Diagonalventilator nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Bypasskanal (22) eine axiale Durchströmungsquerschnittsfläche 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.
Diagonalventilator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Bypasskanal (22) das Diagonallaufrad (12) radial außenseitig zumindest bereichsweise umschließt.
Diagonalventilator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Bypasskanal (22) das Diagonallaufrad (12) in axialer Richtung beidseitig überstreckt.
Diagonalventilator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Bypasskanal (22) einstückig an dem Gehäuse (11) ausgebildet ist.
Diagonalventilator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schleuderring (122) und die Einlaufdüse (6) im Bereich des Düsenspalts (19) zumindest abschnittsweise parallel verlaufen.
Diagonalventilator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schleuderring (122) koaxial radial außerhalb der Einlaufdüse (6) verläuft.
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.
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.
Diagonalventilator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in axialer Strömungsrichtung gesehen dem Diagonallaufrad (12) anschließend eine Nachleiteinrichtung (90) mit einer Vielzahl von in Umfangsrichtung verteilten Leitschaufeln angeordnet ist, welche eine von dem Diagonallaufrad (12) erzeugte Luftströmung vergleichmäßigt.
Diagonalventilator nach dem vorigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachleiteinrichtung (90) ein einen Ausblasabschnitt (27) des Diagonalventilators (1) überstreckendes Schutzgitter aufweist.
Diagonalventilator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Gehäuse (11) mindestens zwei axiale Anschraubebenen jeweils mit Befestigungsmitteln zur Befestigung des Diagonalventilators (1) ausgebildet sind.
Diagonalventilator nach einem der vorigen Ansprüche 11-13, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachleiteinrichtung (90) im Nabenbereich eine Motoraufnahme für den Elektromotor (10) aufweist.