DE2209885C3 - Luftkühler mit einem Axialgebläseaggregat - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Luftkühler gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein bekannter Luftkühler dieser Art (DT-Gbm 42 841) weist den Nachteil auf, daß eine in vielen Fällen nötige größere Förderhöhe des Gebläses nur durch Erhöhen der Laufkranz-Umfangsgeschwindigkeit, d. h. mit der dadurch verbundenen erheblich größeren Geräuschentwicklung erreicht werden kann.

Bei Luftkühlem werden die Gebläse entweder über oder unter dem Rohrbündel angebracht und dienen dann dazu, Luft über die Rohre des Rohrbündels zu schicken. Bei diesen und anderen industriellen Anwendungsmöglichkeiten können die Gebläse relativ groß sein, wobei ihr Durchmesser zwischen etwa 1,80 und m liegt. Die von einem Gebläse zu leistende Arbeit ist annähernd eine Funktion der dritten Potenz seiner Schaufelspitzengeschwindigkeit. Gleichzeitig ist das von einem Gebläse erzeugte Geräusch eine Funktion der fünften Potenz seiner Schaufelspitzengeschwindigkeit Demzufolge wird das Problem einer zu starken Geräuschentwicklung aufgeworfen, sobald die an das Gebläse gestellten Leistungsanforderungen steigen. Gleichzeitig haben die gesetzgebenden Körperschaften im öffentlichen Interesse für die Begrenzung von Geräuschpegeln schärfere Vorschriften erlassen.

Der Zweck für das bekannte koaxiale Inreiheschalten von Gebläsestufen ist seit jeher gewesen, eine größere Druckhöhe zu erzielen als sie bei gleicher Umfangsgeschwindigkeit mit nur einer Gebläsestufe erreicht werden kann (CH-PS 2 45 483, OE-PS 2 50 550. DT-PS 4 68499). Mindestens die DT-PS 4 68 499 zeigt auch schon, daß die Laufschaufelkränze zweier Stufen dicht aufeinanderfolgen. In den vorstehend angeführten drei Druckschriften wird die Vielstufigkeit von Gebläsen allerdings nicht im Zusammenbau mit Luftkühlern genannt.

Auch sind bei diesen bekannten mehrstufigen Axialgebläsen die aufeinanderfolgenden bereits mit Verstellung der Neigung der Laufschaufeln ausgerüsteten Gebläsestufen im wesentlichen gleich gebaut. Die Mehrkosten für die Schaufelverstellung fallen demnach entsprechend der Stufenzahl vervielfacht an.

Bei Gebläseluftkühlern ist es oft erforderlich, daß die Stärke des von dem Gebläse erzeugten Luftstroms im Hinblick auf Änderungen der Umgebungstemperatur oder auf eine Änderung der Temperatur des durch die Rohrbündel strömenden Strömungsmittels geändert wird. Insbesondere wird eine Änderung der Stärke des Luftstroms verlangt, ohne daß dabei die Gebläse abgeschaltet werden müssen. Zu diesem Zweck wurde bereits vorgeschlagen, die Gebläse mit Vorrichtungen zu versehen, durch die sich die Neigung der Schaufeln während des Betriebs durch Fernbedienung einstellen läßt.

Eine Vorrichtung dieser Art ist durch die US-Patentschrift 28 26 395 bekannt, wobei die Schaufeln eines Geblöses veranlaßt werden, in auf der Nabe des Gebläses befindlichen Fassungen zu schwenken, und zwar in Abhängigkeit von einem Steuerorgan, das an einem entfernten Platz angeordnet und auf ein Signal hin betätigt werden kann, welches die Temperatur eines durch ein Rohrbündel strömenden Fluids anzeigt. Gebläse mit derartigen Vorrichtungen sind außerordentlich vorteilhaft. Jedoch sind sie erheblich teurer als herkömmliche Gebläse, bei denen die Schaufelneigung, wenn überhaupt, nur bei Stillstand des Gebläses eingestellt werden kann, wobei dann die Schaufeln von Hand in eine gewünschte Lage gedreht werden.

Ausgehend vom Stand der Technik gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 besteht die Aufgabe der Erfindung darin, eine größere Förderhöhe ohne erheblich größere Geräuschentwicklung zu erzielen, dabei die Kompaktheit einer einstufigen Gebläseausführung so gut wie möglich beizubehalten und auszunutzen, ohne jedoch den Nachteil der Verstellbarkeit, nämlich die höheren Einrichlungskosten, voll in Kauf zu nehmen. Diese Aufgabe wird durch die Verbindung der im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 angeführten Merkmale gelöst.

Obgleich die Einstellung der Schaufeln einer Gebläsestufe auf einen Neigungswinkel, der sich von demjenigen einer anderen Gebläsestufe unterscheidet, zu einem gewissen Wirkungsgradverlust führen kann und damit eine Erhöhung der Betriebskosten verursacht, verglichen mit einer Gebläseanordnung, bei der alle Gebläsestufen veränderliche Schaufelneigung aufweisen, werden diese geringfügigen Nachteile durch die

•eringeren anfänglichen Investitionskosten mehr als kompensiert.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine Aufrißansicht eines Luftkühlers, wobei Teile weggebrochen sind, um ein Rohrbündel und eine Ausführungsform des Axialgebläs^aggregats sichtbar zu machen, die über dem Rohrbündel angeordnet ist, Luft über das Rohrbündel hinweg nach oben zu "_augeni
i

_augeni

F i g 2 und 3 teilweise Aufrißansichten mit anderen Ausführungsformen des Gebläseaggregats,

F i g. 4 eine graphische Darstellung mit einer Kurve, welche die relative Stärke des Luftstroms angibt, der von einer Gebläseanordnung erzeugt werden muß, um ein Prozeßfluid in einem Luftkühler, beispielsweise der ;„ Fi e 1 gezeigten Art, bei Umgebungstemperatur zu tondensiefen und

F i ρ 5 eine andere graphische Darstellung mit einer Hurcheehenden und einer gestricheltem Kurve, die die Energie angeben, die zum Kondensieren des Fluids mit Hilfe einer Gebläseanordnung erforderlich ist, bei der heide Stufen mit Schaufeln variabler Neigung ausgerüstet sind und mit einer anderen Gebläseanordnung, bei der die eine Stufe mit Schaufeln variabler Neigung und dfe andere Stufe mit feststehenden Schaufeln, also Schaufeln unveränderlicher Neigung, versehen ist.

Der in F i g 1 gezeigte Luftkühler, dessen Kühlerteil „ΰΠθ bezeichnet ist, weist ein Rohrbündel 16 auf, das S senkrechten Ständern 12 über der Aufstellfläche 13 angebracht ist, ferner eine Axiaigebläseaggregat 14, das 2einem Übergangsstück 15 über dem Rohrbündel Sagen ist. Wie durch den weggebrochenen Abschnitt Sn Fig 1 sichtbar wird, weist das Rohrbündel 16 mehrere'wärmeaustauschrohre auf, die sich zwischen nicht dargestellten Kopfstücken an den entgegenge- !S en Enden des Bündels in seitlicher Richtung erstrecken und dazu dienen, ein abzukühlendes ProzeßfluTd quer zum Luftstrom zu führen, der mit Hilfe des Gebläseaggregats in Richtung nach oben erzeugt wird. SeUenwande 17 verlaufen längs der entgegengesetzten des Rohrbündels von dem einen Kopfstück zum io daß der Luftstrom im Bünde, umschlossen auf, die an der Wf Ue 21 befestigt ist und mit mehreren Schaufelfassungen 26 versehen ist, die sich in gleichmäßigem Abstand nebeneinander in radialer Richtung erstrecken. Die inneren Enden der Schaufeln 19a sind in den Fassungen lösbar befestigt, so daß die Durchschnittsneigung jeder Schaufel in dem gewünschten Maße eingestellt werden kann, und zwar in Abhangigkeit von den Betriebsbedingungen. Eine solche Einstellung erfordert jedoch, daß das Gebläseaggregat zunächst stillgesetzt wird, und so gesehen hat also der Laufschaufelkranz 19 eine im Betneb nicht verstellbare positive Neigung.

Der obere Laufschaufelkranz 20 weist ebenfalls eine Nabe 27 auf, die an der Welle 21 befestigt ist und mn mehreren Fassungen 28 versehen ist, die sich radial zu dieser Nabe erstrecken und dazu dienen, die ⁱⁿ"^ere" Enden der Schaufeln 20a aufzunehmen. Die Nabe 27 enthält jedoch eine fernbedienbare Verstelleinrichtung für die Schaufelneigung durch Drehung der Schaufeln in ihren Fassungen. Das geschieht wahrend des eeinebes in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen. ^01-ehe Verstelleinrichtungen sind an sich bekannt und Dedürfen daher keiner näheren Beschreibung.

An dem oberen Ende der Nabe 27 befindet sich eine druckempfindliche Steuervorrichtung, die ein bignai empfangen kann, das die Temperatur des hluiasn^ Rohrbündel 16 anzeigt. D.eses Signal kann durch einen Meßwertwandler 30 in einer^Leitung29erzeugt werden, die das Austr.ttsende des Rohrbundeis mit der Steuervorrichtung verbindet. Die S»euervomchtung erhält ein Betätigungsfeld, das durch eine Leitung 31 zu geführt wird, um die V«tellwmchtung^i« te«^

Die Naben der ^Laufsch _H ^aufe'^kr^^e^_el ^U _b ⁿ _sf , °™_n Z Ebenen der Innenseiten der Geblase selbst hegen im

wesentlichen nebeneinander, wodurch de Ax.alab stand zwischen den Geb.ä^estu en, aufe Mn, mum re^ duziert wird. Wie aus Fi g. «ervorgeni. s Schaufeln der beiden Geblasestufen und um den Um fang versetzt zueinander angeordnet W«bereits £

wähnt wurde, sind die Schaufeln 20a des^*J^uf^ kranzes 20 auf eine positive Neigung «ngesg, *e größer ist als J« positive Neigung der &hauf_ej Wa des Laufschaufelkranzes 19, um dadurch den Ausie

einen solchen Durchmesser auf, daß die

ihrer sich

nach oben fördern und damit über das Rohrbündel hinweg. sobald sich die Laufkränze gesehen von oben nach unten, im Uhrzeigersinn drehen. Beide Geblasestufen sind auf einer Welle 21 gelagert. d.e ach senkrecht und koaxial zu dem Gebläsegehause erstreckt Das untere Ende der Welle w.rd von einem Motor angetrieben. der auf einem Motortrager 23„angebracht ist Der Motor treibt einen R.emen innerhalb e.nesRiemenschutzes 24 an. Die Welle ist an ihrem oberen Ende mit Hilfe eines Lagers 21a drehbar gelagert das durch «5 radiale Verstrebungen in dem Geblasegehause get, a-

Laufschaufe.kranz 19 weist eine Nabe g^e™'^rk . _Auslc„_ungsbedin_funBen entsprechenden

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^^ _ge?_ingeren Energiebedarfs aus-

nutzen, wenn von den Entwurfsbedingungen abwe,-

chende Betriebsbedingungen es zulassen, die Neigung der Laufschaufeln 20a zu verringern.

Die in Fig.4 gezeigte Kurve stellt ausgehend von einem Auslegungsluftstrom von 100%, wie er über das Rohrbündel geleitet werden muß, um Dampf von 88°C mit Umgebungsluft von unter 32,2°C zu kondensieren, die prozentualen Luftströme für verringerte Umgebungstemperaturen dar.

Bei sinkender Umgebungstemperatur nimmt also der erforderliche Prozentsatz des Auslegungs-Luftstroms für die Kondensation des Dampfes ab. Diese Abnahme des Luftstroms wird durch eine Einstellung der Schaufeln 20a des Laufschaufelkranzes 20 auf eine geringere Neigung bewirkt. Diese Einstellung erfolgt automatisch in Abhängigkeit von einem Signal, das in dem Meßwertwandler 30 erzeugt wird.

Die Kurven mit durchgehenden und unterbrochenen Linienzügen von F i g. 5 vergleichen die Energie, die für den gezeigten Luftkühler mit einem Gebläseaggregat gemäß F i g. 1 und einem nicht dargestellten Gebläseaggragat benötigt wird, das zwei Laufschaufelkränze mit veränderlicher Neigung hat. Wie aus F i g. 5 hervorgeht, würde das letztere Gebläseaggregat mit höherem Wirkungsgrad arbeiten, wenn der Luftkühler bei einer Umgebungstemperatur unter annähernd 16,7^CC arbeiten würde, einem Punkt, bei dem das erfindungsgemäße Gebläseaggregat beginnt, die Luftstromstärke zu verringern. Bei der vorgeschlagenen Ausbildung wird jedoch in vorteilhafter Weise von der Tatsache Gebrauch gemacht, daß während des größten Teils der Zeit, während der der Luftkühler in Betrieb ist, der Luftkühler bei einer Umgebungstemperatur arbeitet, die über dem Divergenzpunkt der beiden Kurven liegt, und daß während einer sogar noch größeren Zeit die Energieerfordernisse der zu vergleichenden Gebläseaggregate sich nicht wesentlich voneinander unterscheiden.

Bei der in Fig.2 dargestellten Ausführungsform weist das Gebläseaggregat drei Stufen auf, bestehend nicht nur aus dem Laufschaufelkranz 19 mit Schaufeln unveränderlicher Neigung und dem abstromseitig davon befindlichen Laufschaufelkranz 20 mit Schaufeln veränderlicher Neigung, sondern auch aus einem mittleren Laufschaufelkranz 19' mit Schaufeln 19a- unveränderlicher Neigung. Wie aus F i g. 2 hervorgeht, kann der mittlere Laufschaufelkranz 19' seinem Aufbau nach dem ersten Laufschaufelkranz 19 mit Schaufeln unveränderlicher Neigung entsprechen, und es werden die Schaufeln des mittleren Laufschaufelkranzes 19' auf eine positive Neigung eingestellt, die größer ist als diejenige des ersten Laufschaufelkranzes. Wie bei dem er sten und dem zweiten Laufschaufelkranz von F i g. 1, so sind auch bei der Ausführungsform nach Fig.2 die Schaufeln des Laufschaufelkranzes 20 unter Entwurfsbedingungen auf eine positive Neigung eingestellt, die größer ist als die positive Neigung der Schaufeln 19a' des Laufschaufelkranzes 19'. Wie außerdem aus F i g. 2 3ntnommen werden kann, sind die Schaufeln des mittleren Laufschaufelkranzes 19' in bezug auf die des ersten Laufschaufelkranzes 19 rund um den Umfang versetzt angeordnet, und die Schaufeln des Laufschaufelkranzes 20 sind in bezug auf diejenigen des Laufschaufelkranzes 19' ebenfalls rund um den Umfang versetzt.

Die Betriebsweise des Gebläseaggregates nach F i g. 2 entspricht der Betriebsweise des Gebläseaggregates nach F i g. 1. Die in F i g. 3 gezeigte Ausführungsform eines Gebläseaggregales weist ebenfalls drei Laufschaufelkränze auf, und ähnlich dem Gebläseaggregat von F i g. 2 entspricht der Laufschaufelkranz 19 der unteren oder ersten Stufe des Laufschaufelkranzes 19 aus F i g. 1. Ferner entspricht der zweite Laufschaufelkranz 20 aus F i g. 3 dem mit veränderlicher Neigung arbeitenden Laufschaufelkranz 20 aus F i g. 1.

Der dritte Laufschaufelkranz 20' der Anordnung von F i g. 3 arbeitet jedoch auch mit veränderlicher Schaufelneigung und ist seiner Konstruktion nach mit dem Laüfschaufelkranz 20 der Ausführungsform der F i g. 1 und 2 identisch.

Unter Entwurfsbedingungen ist die positive Neigung der Schaufeln 20a' größer als die positive Neigung der Schaufeln 20a, und die Schaufeln 20a' und 20a sind in bezug aufeinander rund um den Umfang versetzt angeordnet Ferner sind die Schaufeln 20a' des mit veränderlicher Schaufelneigung arbeitenden Laufschaufelkranzes 20' ähnlich den Schaufeln des Laufschaufelkranzes 20 in Abhängigkeit von den Systembedingungen über einen Bereich einstellbar, der sich von einer Neigung größer als die Neigung der Gebläseschaufeln 19a bis zu einer Neigung kleiner als diejenige der Gebläseschaufeln 19a erstreckt.

Eine Verringerung der durch das Gebläseaggregat von F i g. 3 geförderten Luftstrommenge läßt sich durch Einstellen der Neigung der Schaufeln des einen oder beider mit veränderlicher Schaufelneigung arbeitender Laufschaufelkränze 20 und 20' bewirken. So könnten die Vorrichtungen zur Einstellung der Schaufelneigung jedes der genannten Laufschaufelkränze auf eine Signalübertragungseinrichtung ansprechen, beispielsweise auf den in F i g. 1 gezeigten Meßwertwandler 30, oder auf getrennte Übertragungseinrichtungen, wobei jede derartige getrennte Übertragungseinrichtung auf ein anderes Signal anspricht. Des weiteren kann auch das Druckmittel zur Betätigung ünes solchen Mechanismus aus ein und derselben oder aus verschiedenen Quellen kommen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Luftkühler mit einem Bündel von Rohren, die vom wärmeabgebenden Fluid durchströmt sind und mindestens einem auf einer Seite des Rohrbündels angeordneten Axialgebläseaggregat, welches Luft über die Rohre bewegt, in einem Gebläsegehäuse einen Laufschaufelkranz mit im Betrieb verstellbarer Schaufelneigung enthält und die Antriebseinrichtungen für den Laufschaufelkranz sowie die Verstellvorrichtung für die Schaufelneigung aufweist, gekennzeichnet durch die Verbindung der folgenden Merkmale:

a) In an sich bekannter Weise ist das Axialgebläse mehrstufig, wobei die einzelnen Stufen koaxial zueinander angeordnet sind;

b) die Laufschaufelkränze der Stufen folgen in an sich bekannter Weise dicht aufeinander;

c) der Laufschaufelkranz (20) mit im Betrieb verstellbarer Schaufelneigung ist in Förderrichtung der Luft hinter mindestens einem Laufschaufelkranz (19,19') mit im Betrieb nicht verstellbarer positiver Neigung der Schaufeln (19a) angeordnet;

d) die Verstellvorrichtung ist derart ausgebildet, daß in an sich bekannter Abhängigkeit von einer Temperatur der Wärmetauschfluide selbsttätig, die Schaufelneigung in einem Bereich von positiven Neigungen verstellbar ist, die größer und kleiner sind als die positive Neigung der Schaufeln des vorgeordneten Laufschaufelkranzes (19, IS') mit nicht verstellbarer Schaufelneigung.

2. Luftkühler nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen weiteren Axial-Laufschaufelkranz (20') der koaxial im Gebläsegehäuse angeordnet ist, und ebenfalls eine Vorrichtung zum Einstellen der Schaufelneigung während des Betriebes aufweist (F i g. 3).

3. Luftkühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln eines Laufkranzes in Umfangsrichtung versetzt gegenüber den Schaufeln eines vorgeordneten Laufkranzes angeordnet sind.