DE3322295A1

DE3322295A1 - Axialventilator

Info

Publication number: DE3322295A1
Application number: DE19833322295
Authority: DE
Inventors: Viktor Evgrafovi&ccaron; Dudkin; Sergej Konstantinovi&ccaron; Ivanov; Viktor Nikolaevi&ccaron; Doneck Mol&ccaron;anov; Valerij Prokof'evi&ccaron; Peredery
Original assignee: DO G PK I EXPERIMENT
Current assignee: DO G PK I EXPERIMENT
Priority date: 1982-07-29
Filing date: 1983-06-21
Publication date: 1984-02-02
Anticipated expiration: 2003-06-22
Also published as: US4871294A; SE8303321D0; IT1195537B; GB2124303B; AU563280B2; DE3322295C2; DK301283A; DK158213C; IT8341586A0; FI832232L; DK158213B; FR2531149A1; AU1636683A; FR2531149B1; FI71819B; FI832232A0; SE8303321L; DK301283D0; IT8341586A1; GB8318063D0

Description

Axialventilator

Die Erfindung betrifft einen ein- oder mehrstufigen Axialventilator nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 .

Derartige Äxialventilatoren werden in Belüftungsanlagen vorgesehen_s in denen trotz Änderungen der Luft- bzw. Gasfördermenge in weitem Bereich ein stabiler Isobarenverlauf gewährleistet ist.

Bei bekannten Axialventilatoren tritt häufig im Bereich des Außenkranzes der laufschaufeln eine Strömungsablösung ein, was zu einer erheblichen Herabsetzung und zu Schwankungen des Förderdruckes und zu einer Verringerung der Fördermenge führt.

Es ist bereits ein Äxialventilator mit einem weiten stabilen Betriebsbereich bekannt (US-PS 3 189 260), der ein abgestuftes, aus Eintritts- bzw» Austrittsmantel zusammengesetztes Gehäuse hat, bei dem der Durchmesser des Austrittsmantels wesentlich kleiner als der des Eintrittsmantels ist₉ in dem ein Blechring derart untergebracht ist, daß zwischen ihm und dem Eintrittsmantel eine Ringkammer für den Luftüberlauf bei Ablösungsbetriebszuständen mit einer Eintritts- und einer Austrittskammer für den Überlauf des Ablösungsluftstroms gebildet wird. Innerhalb des Blechringes sind Leitschaufeln angeordnet. Im Austrittsmantel des Ventilatorgehäuses ist ein Läufer mit Schaufeln vorgesehen, deren Eintrittskanten in den Bereich des Eintrittsmantels ragen. Bei diesem Ventilator ist der Ringkanal in Axialrichtung

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relativ lang, wodurch die axialen Abmessungen des Ventilators groß sind.

Die Leitschaufeln an dem Blechring dienen zur Beseitigung des Dralls der Ablösungsströmung, erhöhen jedoch den aerodynamischen Widerstand an der Einströmstrecke vor dem Läufer und verringern so die Druckhöhe und Wirtschaftlichkeit des Ventilators.

Bekannt sind weiterhin Axialventilatoren mit einem abgestuften Gehäuse, in dessen Austrittsmantel ein Läufer mit Laufschaufeln und in dessen Eintrittsmantel ein Blechring angeordnet sind, der mit dem Ventilatorgehäuse eine Ringkammer mit einem Eintritts- und einem Austrittskanal bildet. In der Ringkammer sind Leitschaufeln zur Aufhebung des Dralls des Luftstroms angeordnet (VGB Kraftwerkstechnik, 57. Jahrgang, Heft 3, März 1977, Seiten 159 bis 165).

In diesen Axialventilatoren deckt die Ablösungs strömung am Ausgang aus der Ringkammer, wenn eine Ablösung stattfindet, den Eintrittsquerschnitt des Ventilators teilweise ab, was für den Durchfluß des Hauptluftstroms, welcher in den Strömungsteil vor den Laufschaufeln des Läufers eintritt, ein Hindernis bildet. Aus diesem Grunde nehmen Förderung und Druckhöhe im Bereich der Ablösungsbetriebszustände wesentlich ab, was einen instabilen Betrieb des Ventilators ergibt.

Bei einem anderen bekannten, ähnlich gebauten Axial-Ventilator mit Leitschaufeln in einem Ringkanal (Reklameschrift "Axialventilator für Mehrzweckverwendung", "Licensintorg", Moskau, UdSSR) wird ein Eintrittsstutzen an den Eintrittsmantel des Ventilatorgehäuses angeschlossen, dessen Innendurchmesser genauso groß ist wie der des Austrittsmantels des Ventilatorgehäuses,

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während die in der Ringkammer eingebauten Leitschaufeln an ihren axialen Abmessungen durch die Abmessungen des Blechrings begrenzt sind.

Durch Anstellung des Sintrittsgehäuses können die Einströmungsverhältnisse für den Hauptluftstrom in dem Ventilator verbessert werden. Jedoch bleibt der Restdrall in der Ablösungsströmung in Richtung der Lauferdrehung wegen der in Axialrichtung eingeschränkten Abmessungen der Schaufeln für die Drallaufhebung beibehalten und zerstört bei seinem Austritt in den Strömungsteil vor den Laufschaufeln des Ventilatorläufers die gleichmäßige Bewegung des Hauptluftstroms» Dadurch tritt eine Erniedrigung der Druckhöhe und Stabilität des Ventilatorbetriebs bei den Ablösungsbetriebszuständen auf._o Auf diese Weise kann bei dem Ventilator durch die in der Ringkammer eingebauten Leitschaufeln der Druck nicht in vollem Maße beim Ventilatorbetrieb im Bereich der Ablösungsbetriebszustände erhöht werden.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, einen Axialventilator zu schaffen, in dem die Schaufeln zur Aufhebung des Dralls aufbaumäßig derart ausgeführt sind„ daß eine wesentliche Steigerung des Drucks bei entsprechend verbesserter Wirtschaftlichkeit bei den Ablösungsbetriebszuständen im stabilen Ventilatorbetrieb und eine. Förderung von Null- bis zur Höchstförderung möglich ist.

Diese Aufgabe wird mit der im Patentanspruch 1 angegebenen Konstruktion gelöst.

Die Ablenkung der Austrittsenden der Leitschaufeln nach Anspruch 1 ermöglicht es, den optimalen Druck bei

Betriebszuständen mit geringer Förderung, die unter den Einsatzbedingungen des Ventilators erforderlich wird, zu erhalten.

Die im Anspruch 3 angegebenen Verhältnisse ermöglichen es, die aerodynamischen Verluste beim Überlauf des Ablösungsluftstroms durch die Ringkammer zu verringern, wodurch der stabile Arbeitsbereich erweitert wird und die Wirtschaftlichkeit des Ventilators bei Betriebszuständen mit kleiner Förderung verbessert wird.

Durch das Verhältnis nach Anspruch 4 wird eine weitere Betriebsverbesserung des Ventilators bewirkt.

Mit dem Verhältnis nach Anspruch 5 wird eine günstige Durchleitung des Stromes durch den Strömungsteil zum Läufer und somit eine erhöhte Wirtschaftlichkeit erreicht.

Der erfindungsgemäße Axialventilator ermöglicht bei verhältnismäßig einfacher aufbaumäßiger Ausführung eine Erweiterung des stabilen Betriebsbereiches, eine Steigerung des Druckes und eine Erhöhung der Wirtschaftlichkeit.

Anhand von Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 schematisch einen Axialventilator/

Fig. 2 die Einzelheit A von Fig. 1,

Fig. 3 den Schnitt IH-III von Fig. 2,

Fig. 4 den Schnitt IV-IV von Fig. 2,

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Fig. 5 in einem Diagramm die Abhängigkeit des Druckes von der Förderung und

Fig. 6 schematisch einen zweistufigen Axialventilator.

Der Axialventilator hat ein abgestuftes Gehäuse 1 (Fig. I)₉ das aus zwei Teilen besteht, nämlich einem Eintrittsmantel 2 und einem Austrittsmantel 3. Der Austrittsmantel 3 hat einen kleineren Innendurchmesser als der Eintrittsmantel 2 des Ventilatorgehäuses 1. An den Eintrittsmantel 2 ist ein Eintrittsstutzen 4 angeschlossen^ dessen Innendurchmesser im wesentlichen dem Innendurchmesser des Austrittsmantels 3 des Ventilatorgehäuses 1 gleich ist.

Innerhalb des Austrittsmantels 3 ist ein Läufer mit Laufschaufeln 5 a angeordnet. Die Laufschaufeln 5 a sind so positioniert, daß ihre Eintrittskante 6 (Fig. 2) in den Eintrittsmantel 2 des Ventilatorgehäuses 1 hineinragt„ Im Eintrittsmantel 2 des Ventilatorgehäuses 1 sitzt koaxial zum Ventilatorgehäuse 1 ein Blechring 7 in einem Abstand ⁿb" vom Eintrittsstutzen 4ο Der Blechring 7 und der Eintrittsmantel 2 des Ventilatorgehäuses 1 bilden eine Ringkammer 8 für das überströmen eines Ablösungsluftstroms "B".

Die Ringkammer 8 für den Überlauf des Ablösungsluftstroms "B" hat einen Eintrittskanal 8a, der zwischen den Schaufeln 5a und dem Blechring 7 angeordnet ist und einen Austrittskanal 8b ₉ der zwischen dem Blechring 7 und dem Eintrittsstutzen 4 angeordnet ist. Diese Kanäle haben eine Breite "a" bzw. "b".

In der Ringkammer 8 sind zwischen dem Blechring 7 und dem Eintrittsmantel 2 des Ventilatorgehäuses 1 Leitschaufeln 9 so eingebautj, daß ihre Austrittsenden 10

(Fig. 2) dem Eintritts stutzen 4 zugewandt sind und sich bis zu diesem erstrecken. Zwischen dem Blechring 7 und dem Eintrittsstutzen 4 sind die Austrittsenden 10 der Leitschaufeln 9 in Radialrichtung bogenförmig ausgeführt, wie es in Fig. 3 und 4 gezeigt ist und bilden eineiRadialleitschaufelgitterring 11, von dem ein Teil in Fig. 4 mit einer dünnen punktierten Linie gezeigt ist.

Das Austrittsende 10 jeder Leitschaufel 9 hat im Radialquerschnitt eine bogenartige Form und ist zur Radialrichtung "r" (Fig. 7) um einen Winkel " Λ " geneigt, der im Bereich von -45° bis +45° variiert. Ein positiver Wert des Winkels " ·■>-> " entspricht der Abweichung des Austrittsteils 10 in der zur Drehrichtung "C" der Schaufeln 5a entgegengesetzten Richtung. Die Austrittsenden 10 sind in Fig. 4 mit ausgezogener Linie dargestellt. Ein negativer Wert des Winkels " c^ " entspricht der Abweichung des Austrittsendes 10a, was mit strichpunktierter Linie dargestellt ist, in der mit der Drehrichtung "C" der Schaufeln 5a zusammenfallenden Richtung.

Um die·Förderhöhe des Ventilators bei Ablösungsbetriebs- Z^ zuständen zu steigern, muß dem aus der Ringkammer 8 (Fig. 2) durch den sich zwischen dem Blechring 7 und dem Eintrittsstutzen 4 im Abschnitt "b" erstreckenden Austrittskanal 8 austretenden Ablösungsstrom "B" entgegen der Drehrichtung "C" der Laufschaufeln 5a des Läufers ein Drall erteilt werden. Diese Gegendrehung wird dadurch erreicht, daß das Austrittsende 10 jeder Leitschaufel 9 mit seiner konkaven Seite 12 (Fig. 4) der Druckseite 13 (Fig. 3) der Laufschaufel 5a am Läufer 5 zugewandt ist und von der Radialrichtung "r" um einen +45° nicht übersteigenden Winkel CC abweicht.

Eine solche Anordnung der Austrittsenden 10 jeder Leitschaufel 9 lenkt den Ablösungsluftstrom "B" entgegen der Drehrichtung "C" der Laufschaufeln 5a am Läufer 5 ab. Durch diese Ausführung der Leitschaufeln 9 wird das jeweilige Herandrücken des gedrehten Ablösungsstromes "B" (Fig. 2) an den Umfangsteil des Strömungsteils 14 vor den Laufschaufeln 5a am Läufer erreicht, wodurch der Durchgang des Hauptluftstromes "E", der durch den Eintrittsstutzen eintritt, verbessert wird und die mit dem Ventilator erreichbare Förderhöhe gesteigert wird.

Bei einer anderen Ausführungsform ist es, wenn die Förderhöhe des Ventilators bei Ablösungsbetriebszuständen erniedrigt werden soll, erforderlich, dem aus der Ringkammer 8 durch den Austrittskanal 8b austretenden Ablösungsstrom ⁿB" in Drehrichtung "C" der Schaufeln 5a des Läufers 5 einen Drall zu erteilen. Dies wird dadurch erreicht, daß die Austrittsenden 10a (Fig. 4) jeder Leitschaufel 9 bei dieser Ausführung des Ventilators mit der konkaven Seite 12a der Saugseite 15 (Fig. 3) der Schaufel 5a am Laufer 5 zugewandt sind und von der Radialrichtung "r" um einen -45° nicht übersteigenden Winkel " cc " abweichen.

Um eine wirksamere Verdrehung des Ablösungsluftstromes "B" zu erreichen, können die Austrittsenden 10 und 10a (Fig. 4) mit der konkaven Seite 12 bzw. 12a gewissermaßen in den Strömungsteil 14 mit ihren Kanten 16 in Radialrichtung über die Grenzen des Innendurchmessers des Blechringes 7 hineinragen.

Darüber hinaus beträgt das Verhältnis der Breite " - " (Fig. 2) der Leitschaufel 9 zur Breite "a" des Eintrittskanals 8ä und zur Breite "b" des Austrittskanals 8b i/a = 2,0 bis 3,0 bzw. 1/6 =1,4 bis 1,6. Das Verhältnis

der Höhe "h" der Leitschaufel 9 zu ihrer Breite " ' " beträgt h/C = 0,4 bis 0,65.

Um die Zuführung des Hauptluftstromes "E" (Fig. 2) zu den Laufschaufeln 5a des Läufers 5 zu verbessern, wird in dem Eintrittsstutzen 4 eine Einlaufkappe 17 befestigt. Für das Geradeleiten des aus den Laufschaufeln 5a des Läufers ausströmenden Luftstromes "F" dient eine Einrichtung 18 zum Aufheben eines Dralls, die für diesen Zweck geeignet gebaut ist.

Bei optimaler Ausgestaltung beträgt der Quotient aus dem Innendurchmesser D₁ (Fig. 2) des Eintrittsstutzens 4 und dem Außendurchmesser D₂ an den Laufschaufeln 5a des Läufers 1,00 bis 1,01.

Ist das Verhältnis D₁ZD₂ größer als 1,00 bis 1,01, stellt der durch den Eintrittsstutzen 4 angesaugte Luftstrom "E" ein Hindernis am Austritt des Luftstroms aus dem Ringkanal 8a dar, wodurch der Ventilatorbetrieb beeinträchtigt wird. Das Verhältnis zwischen dem Innendurchmesser D, des Blechringes 7 und dem Durchmesser D₂ beträgt 1,01 bis 1,05. Damit wird eine optimale Füllung des Strömungsteils 14 vor den Laufschaufeln 5a durch den Luftstrom erreicht.

Der Axialventilator wird wie folgt betrieben: Bei Drehung des Läufers 5 mit den Laufschaufeln 5a in die Richtung "C" tritt der durch den Eintrittsstutzen angesaugte Luftstrom "E" in den Strömungsteil 14, danach zwischen den Laufschaufeln 5a und durch die Einrichtung 18 zur Aufhebung des Dralls hindurch und verläßt den Ventilator durch die angeschlossene Rohrleitung 19 in axialer Richtung als Luftstrom "F". Bei einer Zunahme des Widerstandes in der Rohrleitung 19 wird die Luftförderung kleiner, während die Druckhöhe

O β

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zunimmt. Bei einer der größten Förderhöhe entsprechenden Förderung tritt am Außenkranz der Laufschaufeln 5a eine Ablösung der Luftströmung auf. Der Ablösungsluftstrom "B" wird durch die Zentrifugalkraft von den Eintrittskanten 6 weggeschleudert und tritt durch den Eintrittskanal 8a in die Ringkammer 8 ein, in welcher er am Abschnitt "o" (Fig. 3) in Axial·— richtung geradegerichtet und dann am Abschnitt ¹Tb" ; in Radialrichtung abgelenkt und verdreht wird. An-' schließend tritt er in den Strömungsteil 14 aus.

Durch den Drall wird der AblösungsluftstromJ¹B^ von der Umfangsumgebung des Strömungsteils 14 weggedrückt und bildet somit kein Hindernis für den Zutritt,des ' angesaugten Hauptluftstromes "E", wodurch eine Steigerung der Förderhöhe und ein stabiler Ventilatorbetrieb erreicht werden. ; -

Wenn es aufgrund der Einsatzbedingungen des Ventilators erforderlich ist, die Förderhöhe bei verkleinerter Förderung zu steigern, werden die Austrittsenden 10 um einen Winkel oC gleich bis +45° abgelenkt* Der Ablösungsluftstrom "B" wird beim Durchfluß durch den Austrittskanal 8b in der zur Drehrichtung ^MC" der Schiauf ein 5a des Rotors 5 entgegengesetzten Richtung 20 (Fig. 4) verdreht, wobei die Förderhöhe in der Rohrleitung 19

ansteigt, wie dies in Fig. 5 die Kurve ^d" zeigt, wobei ψ die Förderhöhe und γ die Fördermenge sind.

' Wenn bei einem anderen Ausführungsbeispiel ein^s ;Ventilators eine große Förderhöhe bei kleinerer Förderung ■ nicht erforderlich ist und die Förderhöhe erniedrigt werden muß, weichen die Austrittsenden 10a yonder, ^ Radialrichtung "r" um einen Winkel o0 gleich bis ^4f° ab. Dabei verdreht sich der Ablösungsluftstrom beim

Austritt aus dem Kanal 8b in der Richtung 20a, die mit der Drehrichtung "C" der Schaufeln 5a des Rotors 5 zusammenfällt, was zu einer Verringerung der Förderhöhe führt, die vom Ventilator in der Rohrleitung 19 erzeugt wird. Dieser Zustand ist durch die Kurve "eⁿ in Fig. 5 veranschaulicht.

Die Kurve "f" ist die Kennlinie des Ventilators bei verkleinerter Förderung, wenn das Austrittsende der Leitschaufeln mit einer relativ kleinen Abweichung von der Radialrichtung "r" gelenkt ist.

Die Kurve "g" ist die Kennlinie "Förderhöhe - Förderung" bei den Ablösungsbetriebszuständen des bekannten Ventilators.

Mit dem Axialventilator ist es möglich, bei Ablösungsbetriebszuständen die Förderhöhe, die Fördermenge und die Wirtschaftlichkeit wesentlich zu steigern sowie den Bereich von Betriebszuständen des Ventilators zu erweitern. Außerdem ist es möglich, die Kennlinie Fördermenge-Förderhöhe im Bereich kleiner Fördermengen in Abhängigkeit von den vorgegebenen Einsatzbedingungen des Ventilators zu ändern.

In einer ganzen Reihe von Fällen, bei denen eine größere Förderhöhe erreicht werden muß, kommen zweistufige oder mehrstufige Axialventilatoren zur Anwendung, bei denen jede Stufe 21, 22 (Fig. 6) entsprechend dem einstufigen Axialventilator ausgeführt ist.

Bei einem zweistufigen Axialventilator tritt ebenfalls eine Ablösung des Luftstroms an der Umfangsumgebung der Laufschaufeln 5a bei einer Zunahme des Widerstandes in

der Rohrleitung 23 bei einer etwa der maximalen Förderhöhe entsprechenden Fördermenge auf. Dabei arbeitet jede Ventilatorstufe 21, 22 aufgrund der Wirkung der Radialschaufelgitterringe 11 im stabilen Betrieb.

Bei einem Ventilatorbetrieb mit verringerter Fördermenge bei einer Erweiterung des Bereiches der stabilen Betriebszustände wirkt der zweistufige Ventilator genau so wie der einstufige. Ähnlich werden mehrstufige Axialventilatoren betrieben.

Mit den gezeigten Ausführungsvarianten eines einstufigen und zweistuftigen Axialventilators mit Ringkammer 8, Blechring 7 und Radialschaufelgitterring 11 werden eine wesentliche Erweiterung des Bereiches der stabilen Betriebszustände und eine Steigerung der Druckhöhe und der Wirtschaftlichkeit im Vergleich zu den bekannten Axialventilatoren erreicht.

Claims

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PATFNTANWÄLTE EUROPE-AN PAT Γ. NT ATTORNEYS

MARIAHILFPLATZ 2 & 3, MÖNCHEN 9O POSTADRESSE: POSTFACH 95 O1 6O, D-BOOO MÖNCHEN 95

Doneckij gosudarstvennyj proektnokonstruktorskij i eksperimental'nyj institut kompleksnoj mechanizacii sacht

DEAC - 31106.8 21. Juni 1983

Axialventilator

PATENTANSPRÜCHE

1, Axialventilator, dessen abgestuftes Gehäuse (1) aus einem Eintritts- und einem Austrittsmantel (2 bzw.3) zusammengesetzt ist_} von denen der Austrittsmantel (3) einen kleineren Innendurchmesser als der Eintrittsmantel (2). aufweist, an welchem ein Eintritts stutzen (4) anliegt, dessen Innendurchmesser im wesentlichen dem des Austrittsmantels (3) des Ventilatorgehäuses (1) gleich ist, in dem ein Läufer (5) mit seinen Schaufeln (5a) derart untergebracht ist, daß deren■Eintrittskanten (6) in den Eintrittsmantel (2) des Ventilatorgehäuses (1.) ragen_f wo Jeweils im Abstand von dem Eintrittsstutzen (4) koaxial zum Ventilatorgehause (1) ein Blechring (7) montiert ist, der mit dem Ventilatorgehause (1) eine Ringkammer (8) bildet, die auf der Seite des Läufers (5) einen Eintrittskanal (8a) und auf der Seite des EintrittsStutzens (4) einen Austrittskanal (8b) aufweist und in der Leitschaufeln (9) derart untergebracht sind, daß ihre Austrittsenden (10) dem Eintrittsstutzen (4) zugewandt sind, dadurch

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gekennzeichnet, daß die Leitschaufeln (9) mit ihren Austrittsenden (10) sich bis zum Eintrittsstutzen (4) erstrecken und am Abschnitt zwischen diesem und dem Blechring (7) in Radialrichtung unter Bildung eines Radialschaufelgitterrings bogenförmig ausgeführt sind.
2. Axialventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Austrittsende (10 und 10a) jeder Leitschaufel (9) von der Radialrichtung um einen Winkel (oc) von -45° bis +45° abgelenkt ist.
3. Axialventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen Breite (£ ) jeder Leitschaufel und Breite (a) des Eintrittskanals (8a) der Ringkammer (8) 2,0 bis 3,0 zwischen der Breite (O jeder Leitschaufel und der Breite (b) des Austrittskanals (8b) der Ringkammer 1,4 bis 1,6 beträgt, wobei das Verhältnis zwischen der Höhe (h) jeder Leitschaufel (9) und ihrer Breite (i) 0,4 bis 0,65 beträgt. .
4. Axialventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen dem Innendurchmesser des Eintrittsstutzens (4) und dem Außendurchmesser des Läufers (5) nach den Schaufeln (5a) 1,00 bis 1,01 beträgt.
5. Axialventilator nach Anspruch 1, dadurch g e ken nzeichnet, daß das Verhältnis zwischen dem !Durchmesser des Blechrings (7) und dem Außendurchmesser der Schaufeln (5a) des Läufers (5) 1,01 bis 1,05 beträgt.