DE2529541B2 - Axialgebläse - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Axialgebläse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einem bekannten Axialgebläse dieser Art (US-PS 38 749) sind jeweils abwechselnd Rotorflügel mit durchgehend gerade verlaufenden Austrittskanten (Abströmkanten) und Flügel mit senkrecht zur Flügelfläche gewellten Austrittskanten vorgesehen. Mit dieser abwechselnd ungleichmäßigen Ausbildung der Flügel wird eine Herabsetzung von störendem Geräusch bezweckt, das durch die Addition der rhythmischen gleichförmigen Luftwellen entsieht, wie sie von gleichartig ausgebildeten Flügeln erzeugt werden. Statt die eine Hälfte der Flügel längs der Austrittskantc zu wellen, kann man den gleichen Zweck auch durch unterschiedliche Form, Dimensionierung oder Anordnung der Flügel erreichen.

Die Wellungen des bekannten Gebläses erhöhen zwar die Ablösungslänge der Luft an der Austrittskante der betreffenden Flügel. Abgesehen von Schwierigkeiten bei der Herstellung der Wellungen und der Beschränkung auf eine gerade Anzahl von Rotorflügeln kann bei dem bekannten Gebläse aber ein Geräusch nicht vermieden werden, das bei einem bestimmten Betriebsbereich des Gebläses durch Ablösung der Luft von den Austrittskanten in Form von Wirbeln und durch die dabei auftretenden Druckschwankungen mit einer Stärke und in einer Tonhöhe erzeugt wird, die äußerst störend sein können. Zur Lösung dieses Problems hat man sich bisher darauf beschränkt, die Wirbelbildung an den Austrittskanten der Rotorflügel und insbesondere diejenigen Betriebsbedingungen zu vermeiden, bei denen sie das unangenehme Geräusch verursacht. Viele Hersteiler gehen aus diesem Grund nicht zulässige Bereiche des Druck/Fluß-Diagramms des jeweiligen

ίο Gebläses an, wodurch dessen Verwendbarkeit eingeschränkt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Axialgebläse anzugeben, das keinen Beschränkungen seines Betriebsbereiches unterworfen ist und das mit

i-"· unangenehmer Lautstärke und Tonhöhe auftretende Wirbelablösungsgeräusch mit einfachen und zuverlässigen Mitteln vermeidet

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Da die Kerben eine Mischung von Wirbeln erzeugen, weiche die Flügekante an verschiedenen Punkten und in verschiedenen Richtungen verlassen, und die Druckschwankungen der entsprechenden Turbulenzen an den Flügelaustrittskanten sich über einen relativ großen Frequenzbereich verteilen, wird das besonders lästige hochfrequente Wirbelgeräusch erheblich in seiner Intensität vermindert.

Es ist zwar an sich, nämlich bei einem Axialgebläse mit einem stationären Leitrad bekannt (DE-OS 22 27 460), einige der Vorleitschaufeln mit einem sich von der Flügelhinterkante senkrecht in den Flügel erstreckenden Spalt zu versehen. Zwischen den Schaufeln mit Spalt soll sich vorzugsweise jeweils eine unterschiedliche Anzahl von Schaufeln ohne Spalte befinden. Durch die Spalte sollen Grenzschichtablösungen an den Schaufelhinierkanten so weit beeinflußt werden, daß bei bestimmten Drehzahlbereichen des Gebläses sonst auftretende starke Lüftergeräusche mit physiologisch unangenehmer Tc -.frequenz weilgehend vermieden werden. Diese bekannte Maßnahme kann aber nicht ohne weiteres auf Rctorflügel so übertragen werden, daß die oben erläuterte Aufgabe gelöst wird.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 eine Vorderansicht des Axialgebläses;

Fig.2 eine Seitenansicht des Gcbiäses nach Fig. I. teilweise im Querschnitt;

F i g. 3 und 4 geeignete Formen von Einkerbungen in dem Gebläse gernäß F i g. 1 und 2; und

Fig.5 eine abgewandelte Ausführungsform der Einkerbung.

Das in F i g. I und 2 dargestellte Gebläse, das bei einer praktisch realisierten Ausführung (einem sogenannten »Federgebläse«) einen Gesamtdurchmesser und eine

Ί5 Tiefe von 17,8 cm bzw. 6,4 cm und eine Förderleistung von bis zu 7,6 mVmin haben kan.i, wird ?.ur Kühlung von elektronischen Ausrüstungen wie z. B. Computerkonsolen, Rclaisgestellen, Stromversorgungen und dgl. benutzt, bei denen das Personal nicht durch unangenehme Geräusche gestört werden darf. Wie Fig. 1 und 2 zeigen, weist das Gebläse einen Venturi-Ring oder eine Ummantelung 10 auf, innerhalb der die Gebläseanordnung 12 von einer Mehrzahl von sich radial erstreckenden Streben 14 getragen ist. Die Streben 14 halten an ihrem inneren Ende eine Statornabe 16, welche den Stator eines elektrischen Motors zum Antrieb der GebläseflUgel trägt. Eine Rotornabe 18 trägt eine Mehrzahl von Rotorflügeln 20 (drei im dargestellten

Gebläse), die in gleichen gegenseitigen Winkelabständen um die Nabe angeordnet sind. Der gesamte Rotoraufbau des Motors einschließlich der Rotornabe und der Flügel ist relativ zu der Statoranordnung drehbar gelagert

Die Streben 14 halten daher die gesamte Motor- und Flügelanordnung innerhalb der Ummantelung 10. Die Gebläseanordnung erzeugt eine Luftströmung in axialer Richtung gemäß den Pfeilen in F i g. 2 bei Drehung der Flügel 20 im Gegenuhrzeigersinn, wie in Fig. 1 angedeutet Die Flügel 20 haben eine Eintrittskante 20a und eine Austrittskaitte 20f>.

Wie erwähnt, gegen Gebläseflügel der in Fig. 1 und 2 dargestellten Art, aber ohne gekerbte Kanten, unter bestimmten Betriebsbedingungen Anlaß zu durch Wirbelablösung an den Austrittskanten verursachten »Geräuschspitzen«, die von der Geschwindigkeit der den Flügel verlassenden Strömung, der Flügeldicke und der Druckdifferenzen zwischen der Saug- und Druckseite des Flügels abhängen. Die von der Wirbelablösung herrührenden Druckschwap.kungen treten innerhalb eines sehr schmalen, um eine relativ h.he hörbare Spitzenfrequenz, z. B. 2000 Hertz, zentrierten Frequenzbereiches auf, und zwar mit unerwünscht hoher Intensität.

Bei dem hier beschriebenen Gebläse wird zur Verminderung dieses Wirbelgeräusches durch körperliche Unregelmäßigkeiten an den Austrittskanten das Luftmuster beim Abströmen derart gestört, daß die sich aus der Wirbelströmung ergebenden Druckschwankungen mit relativ gleichen und geringen Intensitäten über einen großen Frequenzbereich und nicht im wesentlichen bei einer einzigen Spitzenfrequenz auftreten. Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform sind die Unregelmäßigkeiten eine Reihe von im vorliegenden Fall V-förmigen Kerben 21, die längs der Austrittskante 206 jedes Flügels einen Kamm bilden. Aufgrund dieser Kerben beginnt die Wirbelablösung nicht wie bei herkömmlichen Flügeln in regelmäßiger Weise entlang der Austr.ttskante, sondern unregelmäßig entlang der Kanten der Kerben. Dies erhöht nicht nur die Ablösungslänge, sondern ergibt Veränderungen in den den Flügel verlassenden Wirbelintensitäten, wobei die stärksten Wirbel in den Kerbgründen und die schwächsten Wirbel in den Graten auftreten. Das Ergebnh dieser Mischung vo.i Wirbelintensitäten besteht in einem Turbulenzzustand entlang der Austriltskanten eines Flügels. Die unregelmäßigen Druckschwankungen in einem solchen Turbulenzzustand treten in einem relatl-' breiten Frequenzbereich ohne signifikante Amplitudenspitzen bei einer einzelnen Frequerz auf. Wegen der großen Bandbreite ist die Intensität des Geräusches vor allem bei den unerwünschten hohen Frequenzen auf ein erträgliches Maß herabgesetzt. «

Die Einkerbung kann bei Flügeln mit konstanter Dicke gemäß Fig. 2 oder bei Flügeln mit stromlinienförmigen Querschnitt vorgesehen werden. Bei einem Flügel der letzteren Art besteht die Wirkung der Kerben in einer Veränderung der Dicke der Austrittskante. Da die Spitzenfrequenz des Wirbelablösungsgeräuches eine Funktion dieser Dicke ist, kann mit der Ungleichheit eine Verminderung des Geräusches bei der lästigsten Frequenz erreicht werden.

Es ist festgestellt worden, daß die Geräuschverminderung durch Einkerben optimal ist, wenn die Kerben gleiche Größe und einen konstanten Abstand entlang der Flügelkante haben. Bei Gebläsen der in F i g. 1 und 2 dargestellten Art haben Kerben mit einer Tiefe von ungefähr 0,6 cm, einer Breite an der Flügelkante von ungefähr 0,8 cm und einer Gratbreite von ungefähr 0,25 cm eine optimale Geräuschverminderung ergeben.

Es ist außerdem festgestellt worden, daß die aus der Einkerbung der Flügelkante sich ergebende Geräuschverminderung noch verbessert werden kann, wenn die Reihen der Kerben in den jeweiligen Flügeln relativ zueinander versetzt oder auf Luck:· gesetzt sind, so daß an den jeweiligen Flügeln verschiedene Strömungsmuster erzeugt werden. Dies ist in Fig. 1 dargestellt, in welcher die Reihen der Kerben in den Austrittskanten der Flügel 20 zwar alle den gleichen Abstana und die gleichen Abmessungen aufweisen, jedoch in Längsrichtung entlang der Kante der Flügel untereinander um einen Betrag versetzt sind, der kleiner als der Grat der Kerben ist. Durch eine solche Versetzung der Ausgangspunkte der Reihen von Kerben auf den jeweiligen Flügeln werden identische Strömungsmuster, welche sich verstärken und eine unerwünschte Geräuschkomponente ergeben könnten, vermieden. Gegenüber ungekerbten Rotorflügeln ist bei einem um eine Frequenz von ungefähr 2000 Hz zentrierten Geräusch eine Verminderung in einer Größenordnung von 1OdB erreichbar. Eine qewisse Verminderung der Gebläseleistungsfähigkeit durch die von der Einkerbung verursachte Turbulenz ist unter Berücksichtigung der GeräuEchverminderung vernachlässigbar klein.

In F i g. 3 und 4 sind andere mögliche Einkerbungsforr^en dargestellt. In F i g. 3 sind abgerundete Kerben 2Γ dargestellt, wobei die Kerbgründe im wesentlichen U-förmig und die Grate in ähnlicher We-se abqerundet sind. Gemäß Fig.4 bestehen die Kerben 21" aus rechteckigen Ausschnitten in der /.ustrittskante. In beiden Fällen entsprechen die Abmessungen im wesentlichen denjenigen der V-förmigen Kerben nach F i g. 1 und 2.

Bei den Ausführungsformen der F i g. I bis 4 erstreckt sich der durch die Kerben gebildete Kamm über die gesamte Länge der Austrittskante, d. h. vom Ansatz bis /ur Spitze. Eine wesentliche Wirbelgeräuschvermiuderung kann aber auch dann erreicht werden, wenn die Einkerbung lediglich auf dem halben Wege von der Spitze zum Ansatz ausgebildet ist, wie in F i g. 5 gezeigt ist. In diesem Fall ist ein noch geringerer Leistungsverlust in Kauf zu nehmen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Axialgebläse mit einer Mehrzahl von Rotorflügeln mit geräuschmindernden Unregelmäßigkeiten an den Austrittskanten der Flügel, dadurch gekennzeichnet, daß die Unregelmäßigkeiten eine Mehrzahl von längs der Austrittskanten {20b) aus allen Rügein (20) ausgenommenen Kerben (21, 21', 21") sind, die in jedem Flügel (20) längs der Austrittskante (20i>J einen Kamm bilden.

Z Axialgebläse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerben (21, 21', 21") von gleicher Größe sind und einen konstanten Abstand voneinander aufweisen.

3. Axialgebläse nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihen von Kerben (21, 2Γ, 21") entlang den Austrittskanten (2Oi^ der jeweiligen Flügel (20) untereinander jeweils in Längsrichtung der Flügel (20) um einen Betrag versetzt sind, der kleiner als der Abstand der Kerben (21) voneinander ist

4. Axialgebläse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerben (21) V-förmig ausgebildet sind.

5. Axialgebläse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerben (21') U-förmig ausgebildet sind.

6. Axialgebläse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerben (21") rechteckig ausgebildet sind.

7. Axialgebläse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerben (21, 2Γ, 21") sich entlang der gesamten Länge der jeweiligen Austrittskante (206^ erstrecken.

8. Axialgebläse nach einem der Ansprüche 1 bis 6. dadurch gekennzeichnet, daß die Kerben (21, 2V, 21") sich entlang der Austritlskanie [2Ob) nur über eine Teilstrecke von der Spitze der Flügel (20) in Richtung auf 'hren Ansatz erstrecken.