DE3137554A1

DE3137554A1 - "radialventilator"

Info

Publication number: DE3137554A1
Application number: DE19813137554
Authority: DE
Inventors: Heinz Ing.(Grad.) 7112 Waldenburg Wieland
Original assignee: Wilhelm Gebhardt GmbH
Current assignee: Wilhelm Gebhardt GmbH
Priority date: 1981-09-22
Filing date: 1981-09-22
Publication date: 1983-03-31
Also published as: GB2105791B; CH662618A5; GB2105791A; FR2513324A1; FR2513324B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Radialventilator mit einem Laufrad mit z. B. rückwärts gekrümmten Schaufeln, die zwischen einer Rückenscheibe und einer mit der Einlaufdüse zusammenwirkenden, das axial einströmende Medium führend übernehmenden Ringscheibe enthalten sind und eine dem zentralen Durchtritt durch die Ringscheibe für das Medium zugeordnete Eintrittskante, sowie eine Austrittskante besitzen, welchen Ein- und Austrittskanten Einrichtungen zum Beeinflussen der !Eurbulenzstrukturen im Schaufeleinlaß - bzw. -Auslaßbereich zugeordnet sind.

Radialventilatoren haben bei allen Vorzügen auch einen erheblichen Nachteil, nämlich ihren hohen Lärmpegel, der 90 bis 100 dezibel erreichen kann, wobei auch noch hinzukommt, daß die Zusammensetzung des Geräuschspektrums solcher Ventilatoren unter dem Gesichtspunkt der Reizwirkung auf den Menschen äußerst ungün-stig ist. Vor allem aus diesem letztgenannten Gesichtspunkt heraus wurden die Anforderungen mit Bezug auf

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Geräuscharmut, die man an die Radialventilatoren gestellt hat, in den letzten Jahren immer höher angesetzt, insbesondere bei Geräten oder Anlagen, die in unmittelbarer Nachbarschaft des Menschen betrieben werden, . - ' *

Z^ B. Klimaanlagen, Wärmepumpen, Warmluftheizungen, Küchenentlüftungen, Garagenentlüftungen usw. In verschiedenen Anwendungsfällen hat man die Ventilatoren in besonderen, schallgedämpften Räumen untergebracht, oder man hat sie mit den Saug- und Druckkanälen von Geräuschdämpfern verbunden. Derartige Maßnahmen können beim Projektieren von Belüftungs- und Konditioniersystemen ohne weiteres eingeplant werden, sie lassen sich aber bei bereits vorhandenen Anlagen nicht immer realisieren, ganz abgesehen davon, daß diese Maßnahmen nur in bestimmten Anwendungsfällen überhaupt möglich sind. Für die Mehrzahl der Anwendungsfalle, wie sie im täglichen technischen Leben immer wieder vorkommen, hat man andere sekundäre Schalldämm- und Schalldämpfungsmaßnahmen vorgeschlagen, die aber alle mit viel konstruktivem und apparativem Aufwand verbunden sind und relativ hohe Gestehungskosten mit sich bringen. So z. B. wurde von J. I. Petrov

in der sowjetischen Fachzeitschrift "Vestnik masinostwenija" (Maschinenbau-Anzeiger) Heft 11, 1971, Seite· 4-0 und 41 vorgeschlagen, zur Verringerung des Geräuschpegels von Radialventilatoren an den Eintritts- und Austrittskanten der Schaufeln Turbulenzsiebe anzubringen. Diese Anordnung bringt zwar gewisse Geräuschverbesserungen mit sich, sie hat jedoch den Nachteil, daß hiermit erhebliche Wirkungsgradverluste verbunden sind, mit einer Verschlechterung der aerodynamischen Leistung. In der DE-PS 12 53 4-02 ist vorgeschlagen worden,

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zur Verringerung der Geräusche an vielschaufligen Radiallüftern, die zum Belüften elektrischer Maschinen verwendet werden, die Abstände zwischen benachbarten Schaufeln mit

einem

einer nach/bestimmten Berechnungssystem ermittelten Ungleichmäßigkeit zu verteilen. Voraussetzung ist natürlich, daß die Schaufeln radial verlaufen. Bei diesen bekannten Anordnungen wird o^edoch die insgesamt abgestrahlte Schallenergie nicht vermindert sondern lediglich über ein breiteres Frequenzband verteilt. Auch die Anordnung nach der DE-OS 26 27 34-4, bei der man zur Geräuschminderung der Rückenscheibe die Form eines stumpfen Kegels mit der Ansaugseite abgewendeter Spitze gibt und sie gegenüber den Schaufeln und dem Umfang der Ringscheibe mit einem Rand überstehen läßt, hat den Nachteil, daß sie neben höheren Gestehungskosten einen schlechteren Wirkungsgrad mit sich bringt. Die Erfindung will hier Abhilfe schaffen.

Zu dem oben genannten Zweck hat sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe gestellt, das Laufgeräusch, insbesondere den Drehklang von Radialventilatoren durch primäre Maßnahmen mit einfachen Mitteln zu senken, ohne daß hierbei die Leistung des Ventilators und dessen Wirkungsgrad in Mitleidenschaft gezogen werden.

Zu dem oben genannten Zweck ist gemäß der Erfindung bei der neuen Anordnung vorgesehen, daß zum Beeinflussen der Turbulenzstruktur mindestens eine der beiden Kanten einer jeden Schaufel über mindestens einen Teil der Schaufelbreite in Richtung der Tiefe der Schaufel gesehen einen verzahnten oder zackenförmigen Verlauf hat. Hierbei kann z. B. die Schaufelaustrittskante in Richtung der Tiefe der Schaufel gesehen einen solchen

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verzahnten oder zackenförmigen Verlauf haben oder die Schaufeleintrittskante oder schließlich beide Kanten, wobei die Verzahnung oder der zackenförmige Verlauf der jeweiligen Schaufelkante sich über die ganze Schaufelbreite erstrecken kann oder nur über einen Teil dieser Schaufelbreite, z„ B. den mittleren Bereich, den der Ringscheibe zugeordneten Teilbereich oder den der Rückscheibe zugeordneten Teilbereich. Durch eine derartige Gestaltung der Eintrittskante, wie oben geschildert, wird eine turbulente Grenzschicht an den Schaufelflächen erreicht, die geräuscherzeugende Instabilitäten und Wirbelablösungen vermeiden hilft oder zumindest einschränkt. Durch die entsprechende Ausbildung der Austrittskanten der Schaufel kommt es zu einer Vergleichmäßigung des mit den Schaufeln rotierenden Druckfeldes und damit zur Reduzierung der periodischen Kraftänderungen am Laufradumfang. Das Gesamtergebnis der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Maßnahmen ist eine Herabsetzung des Schallpegels, insbesondere bei mittleren und hohen Frequenzen, sowie eine starke Schwächung des Drehklangs. Das Laufgeräusch eines solchen Laufrades wird subjektiv angenehmer empfunden als das Laufgeräusch eines Laufrades ohne die oben beschriebenen Maßnahmen. Der Wirkungsgrad sowie die Druck-Volumen s trom-Kennlinie werden hierbei nur unwesentlich und vernachlässigbar wenig beeinflußt. Ein Laufrad mit erfindungsgemäßen Turbulenzerzeugern an den Schaufelkanten ist zudem nicht von einer Zuordnung zu einem Gehäuse abhängig und kann auch freilaufend ohne Spiralgehäuse betrieben werden.

Das Profil der Verzahnung bzw. des zackenförmigen Verlaufs an den Schaufelkanten des Laufrades kann verschiedentlich ausgebildet sein, z. B. mäanderförmig oder U-förmig oder

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schließlich zickzackförmig, C-förmig oder wellenförmig oder schließlich auch völlig unregelmäßig, wobei z. B. der Übergang zwischen den einzelnen Zähnen oder Zacken abgerundet oder spitz bzw. eckig sein kann.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. Λ das Laufrad eines Radialventilators gemäß der

Erfindung in einer Seitenansicht in schematischer Darstellung und im Schnitt, wobei offen ist, ob dieses Laufrad mit oder ohne Spiralgehäuse eingesetzt wird,

Pig. 2 und 3 Einzelheiten von zwei Varianten des Erfindungsgegenstandes wiederum in Seitenansicht im Schnitt und in größerem Maßstab,

Pig. 4 Einzelheiten von verschiedenen weiteren Varianten bis 9 des Erfindungsgegenstandes wiederum in Seitenansicht und in schematischer Teildarstellung und

Pig. 10 eine schematische Darstellung eines Vergleichs hinsichtlich des Geräuschverhaltens zwischen einem Radialventilator bekannter Art und einem Radialventilator, der gemäß der Erfindung ausgebildet ist.

Der erfindungsgemäße Radialventilator besitzt ein Laufrad 1, das z. B. rückwärts gekrümmte Schaufeln haben kann. Die Schaufeln 2, 5 sind jeweils zwischen einer Rückenscheibe 4 und einer

37 am Laufrad 38 der Pig. 7 gezeigt ist. In allen diesen Fällen ist zu erkennen, daß der Übergang zwischen des einzelnen Zähnen oder Zacken abgerundet (Figo 4 , Figo 7? Fig. 9) oder spitz bzw. eckig (Fig. 5» Fig. 6, Fig. 8) ist.

Bei Anwendung der oben beschriebenen erfindungsgemäßen Gedanken ergeben sich die bereits erwähnten Vorteile: Eine Verzahnung oder zackenförmige Ausbildung der Eintrittskante der Schaufel hilft die geräuscherzeugenden Instabilitäten und Wirbelablösungen vermeiden, eine Verzahnung oder zackenförmige Gestaltung der Schaufelaustrittskanten führt zu einer Vergleichmäßigung des mit den Schaufeln rotierenden Druckfeldes und damit zur Reduzierung der periodischen Kraftänderungen am Laufrad. Insgesamt ergibt sich dadurch eine Herabsetzung des Sehallpegels, insbesondere bei mittleren und hohen Frequenzen, sowie eine starke Schwächung des Drehklangs ohne Beeinflussung des Wirkungsgrads sowie der Druck-Volumenstrom-Kennlinie in nennenswertem Umfange. Das Laufgeräusch eines erfindungsgemäßen Laufrades wird subjektiv angenehmer empfunden als das Laufgeräusch eines Laufrades bekannter Art. In Fig. 10 der Zeichnung ist ein Vergleich zwischen den von einem erfindungsgemäßen Laufrad erzeugten Geräusch, die in dieser Zeichnung auf der Kurve 50 dargestellt sind (die Kurve zeigt die Geräuschstärke in dezibel aufgezeichnet auf der Frequenz), während die Kurve *?Λ die Geräusche bei einem Laufrad ohne iCurbulenzerzeugung, also bei einem Laufrad bekannter Art zeigt.

Im übrigen muß noch betont irerden, daß die erfindungsgemäße Geräuschminderung, die sehr beachtlich ist, wie aus der Skizze

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hervorgeht, in der Größenordnung von 5 bis 10 %.liegt,
mit einfachsten konstruktiven Mitteln erzielt wird, es ist praktisch kein zusätzlicher Aufwand vonnöten. Zudem ist ein Laufrad mit Turbulenzerzeugern gemäß der Erfindung an den Schaufelkanten nicht von einer Zuordnung zu einem Gehäuse abhängig und kann auch freilaufend ohne Spiralgehäuse betrieben werden.

Die Erfindung kann mit gleichem Vorteil auch bei Radialventilatoren mit radial endenden oder vorwärtsgekrümmten Schaufeln verwendet werden.

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Ringscheibe 5 enthalten, die mit der Einlaufdüse 6 zusammenwirkt und die"das axial gemäß Pfeil 7 einströmende Medium in Richtung der Pfeile 8 führend übernimmt. Die Schaufeln besitzen eine dem zentralen Durchtritt 9 durch die Ringscheibe zugeordnete Eintrittskante 10, sowie eine Austrittskante 11, wobei den Ein- und Austrittskanten Einrichtungen zum Beeinflussen der Turbulenzstruktur im Schaufeleinlaßbereich bzw. Schaufelauslaßbereich zugeordnet sind. 12 ist die Nabe, die zur Herstellung der "Verbindung zwischen Laufrad und Antriebswelle dient. Das Laufrad gemäß Fig. 1 ist erfindungsgemäß so ausgebildet, daß es in einem - in der Zeichnung nicht weiter dargestellten, weil bekannten - Spiralgehäuse enthalten ist, und in diesem umläuft. Die erfindungsgemäße Anordnung macht es jedoch auch möglich, das Laufrad ohne Spiralgehäuse zu verwenden, dann ist das Laufrad freilaufend ausgebildet und . gehäuselos gelagert.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß zum Beeinflussen der Turbulenzstruktur mindestens eine der beiden Kanten 10 und 11 einer jeden Schaufel über mindestens einen Teil der Schaufelbreite in Richtung der Tiefe der Schaufel gesehen einen verzahnten oder zackenförmigen Verlauf hat. Die Anordnung kann natürlich auch so getroffen sein, daß entweder nur die Schaufelaustrittskante oder nur die Schaufeleintrittskante verzahnt oder gezackt ist, je nach dem Einsatzfall, je nach den zu erwartenden Geräuschen.

Bei der Variante nach Pig. 2 erstreckt sich die Verzahnung oder -der zackenförmige Verlauf der Schaufelkante 15 und der Schaufelkante 16 über die gesamte Schaufelbreite b, die Verzahnung ist bei 17 und 18 dargestellt. Bei der Variante nach Pig. 2 hingegen streckt sich "bei der Schaufelaustrittskante der Schaufel 21 die Verzahnung 20 nur über den mittleren Bereich der Schaufelkante, während bei der Schaufeleintrittskante 22 die Verzahnung 23 sich über einen der Ringscheibe 24 des Laufrads 25 zugeordneten und an diese angrenzenden Teilbereich der Schaufelkante, der z. B. bis etwa in die Mitte der Schaufelkante reichen oder evtl. noch früher enden kann. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, daß die Verzahnung oder der zackenförmige Verlauf der Schaufelkante sich über einen der Rückscheibe 26 zugeordneten und an diese angrenzenden Teilbereich der Schaufelkante erstreckt, diese Ausführungsform ist in der Zeichnung nicht dargestellt.

Die Verzahnung oder Zick-Zack-Porm kann verschiedenes Profil haben, sie kann z. B. U-förmig sein, wie bei 27 am Laufrad 28 der Pig. 4 gezeigt ist. Sie kann jedoch auch ein zickzackförmiges Profil haben, wie bei 29 am Laufrad 30 der Pig. 5 gezeigt ist. Sie kann andererseits auch ein unregelmäßiges Profil, mit tiefen und weniger tiefen, hochstehenden und weniger hochstehenden Zacken aufweisen, wie bei 31 am Laufrad 32 der Pig. 6 gezeigt ist. Das Profil der Verzahnung oder des zickzackförmigen Verlaufs kann z. B. auch mäanderförmig sein, wie bei 33 am Laufrad 34 gemäß der Pig. 8 dargestellt ist. Das Profil der Verzahnung oder des zickzackförmigen Verlaufs kann C-förmig sein, wie bei 35 am Laufrad 36 gemäß Pig. 9 gezeigt ist, es kann schließlich auch wellenförmig ausgebildet sein, wie bei

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Claims

17. September 1981 D 8640 - resp .

Wilhelm Gebhardt, 7112 Waidenburg

Radialventilator

Ansprüche

1J. Radialventilator mit einem Laufrad mit z. B. rückwärtsgekrümmten'Schaufeln, die zwischen einer Rückenscheibe und einer mit der Einlaufdüse zusammenwirkenden, das axial einströmende Medium führend übernehmenden Ringscheibe enthalten sind und eine den zentralen Durchtritt durch die Ringscheibe für das Medium zugeordnete Eintrittskante sowie eine Austrittskante besitzen, welchen Ein- und Austrittskanten Einrichtungen zum Beeinflussen der Turbulenzstruktur im Schaufeleinlaß- bzw. -Auslaßbereich zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zum Beeinflussen der Turbulenzstruktur mindestens eine der beiden Kanten einer jeden Schaufel über mindestens einen Teil der Schaufelbreite in Richtung der Tiefe der Schaufel gesehen, einen verzahnten oder zackenförmigen Verlauf hat.

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2. Radialventilator nach. Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufelaustrittskante in Sichtung der Tiefe der Schaufel gesehen einen verzahnten oder zackenförmigen Verlauf hat.

3. Eadialventilator nach Anspruch Λ oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeleintrittskante in Richtung der Tiefe der Schaufel gesehen einen verzahnten oder zackenförmigen Verlauf hat.

4. Radialventilabor nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnung oder der zackenförmige Verlauf der Schaufelkante sich über die gesamte Schaufelbreite erstreckt.

5. Radialventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnung oder der zackenförmige Verlauf der Schaufelkante sich über den mittleren Bereich der Schaufelkante erstreckt.

6. Radialventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnung oder der zackenförmige Verlauf der Schaufelkante sich über einen der Ringscheibe zugeordneten und an diese angrenzenden Teilbereich der Schaufelkante erstreckt.

7. Radialventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 3? dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnung oder der zackenförmige Verlauf der Schaufelkante sich über einen der Rückscheibe zu-

b * 4 β

geordneten und an diese angrenzenden 'Teilbereich der Schaufelkante erstreckt.

8. Radialventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß das Profil der Verzahnung mäanderförmig ist«,

9. Eadialventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 7_? dadurch gekennzeichnet, daß das Profil der Verzahnung U-förmig ist.

10. Eadialventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß das Profil der Verzahnung zickzackförmig ist.

11. Eadialventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 7> dadurch gekennzeichnet, daß das Profil der Verzahnung C-förmig ist.

12. Eadialventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß das Profil der Verzahnung wellenförmig ist.

13. Eadialventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß das Profil der Verzahnung unregelmäßig ist.

14. Eadialventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang zwischen den einzelnen Zähnen abgerundet ist.

15· Eadialventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 13» dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang zwischen den einzelnen Zähnen spitz bzw. eckig ist.

16. Eadialventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad in einem Spiralgehäuse enthalten ist und in diesem umläuft.

17. Eadialventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 15? dadurch gekennzeichnet, daß das Laufrad freilaufend ausgebildet und gehäuselos gelagert ist.