DE8815383U1 - Axial fan - Google Patents
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Description
&igr; · · a&igr; · · a
Die Erfindung betrifft einen Axialventilator gemäß dem Oberbegriff des eanspruchs 1.The invention relates to an axial fan according to the preamble of claim 1.
Ein solcher Axialventilator ist durch die DE-PS 24 37 932 bekannt. Derartige Ventilatoren haben eine im Durchmesser relativ große Laufradnabe. Demzufolge sind die Laufschaufeln mit einem langen Holm fUr die Schaufellagerung und den Angriff der im Nabenzentrum angeordneten Verstelleinrichtung versehen. Die den Tragring in der Laufradnabe ratfial durchdringenden Schaufelholme sind in diesem mit groß dimensionierten Wälzlagern gelagert. Derartige Lager bedürfen einer öl- oder Fettschmierung. Bei der bekannten Ausführungsform ist deshalb in die Laufradnabe Öl in einer solchen Menge eingebracht, daß sich bei Betrieb des Ventilators ein die Axialschaufellager im Tragring mit öl versorgender ölring bildet. Wegen dieses ölvorrats ist es von Zeit zu Zeit erforderlich, den Ventilator stillzusetzen, den Stand des Schmiermittels zu kontrollieren und die.ies zu ergänzen oder zu ersetzen. Ferner muß aus Gründen der Betriebssicherheit und des Umweltschutzes das Entweichen des Schmiermittels zuverlässig verhindert werden.Such an axial fan is known from DE-PS 24 37 932. Such fans have a relatively large diameter impeller hub. As a result, the impeller blades are provided with a long beam for the blade bearing and the engagement of the adjustment device arranged in the hub center. The blade beams, which penetrate the support ring in the impeller hub, are mounted in this with large-dimensioned roller bearings. Such bearings require oil or grease lubrication. In the known design, oil is therefore introduced into the impeller hub in such a quantity that an oil ring is formed when the fan is in operation, supplying the axial blade bearings in the support ring with oil. Because of this oil supply, it is necessary from time to time to stop the fan, check the level of the lubricant and top up or replace it. Furthermore, for reasons of operational safety and environmental protection, the escape of the lubricant must be reliably prevented.
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Außerdem sind bei dem bekannten Axialventilator die Holme mit sogenannten Ausgleichsgewichten zur Kompensation des an den Laufschaufeln während des Betriebes' bei geöffneten Schaufeln wirkenden Zerttrifugälmömentes versehen, Dieses Moment wirkt schließend auf die Laufschaufeln und muß bei fehlenden Ausgleichsgewichten von der Schaufelverstelleinrichtung aufgenommen werden.In addition, the spars of the known axial fan are provided with so-called balancing weights to compensate for the centrifugal torque acting on the rotor blades during operation when the blades are open. This torque acts to close the rotor blades and must be absorbed by the blade adjustment device if balancing weights are missing.
Die Ausgleichsgewichte sind jeweils zwei innerhalb der Laufradnabe angeordnete Masseanhäufungen, welche durch radial zur Schaufeldrehachse verlaufende Hebelarme mit dem entsprechenden Laufschaufelholm in Verbindung stehen. Die pendeiförmig ausge- | bildeten Ausgleichsgewichte beanspruchen einen erheblichen Einbauraum in der Nabe, die daher nicht nur im Durchmesser ent- "■ sprechend groß ausgebildet sein, sondern auch in Richtung der Laufradlängsachse eine entsprechende Baulänge aufweisen muß. S Außerdem muß die Laufradnabe festigkeitsmäßig entsprechend be- &igr; messen sein, um die Fliehkraftbeanspruchung durch tile zahlrei- j chen Ausgleichsgewichte aufnehmen zu können. Außerdem tragen | zur Beanspruchung die groß dimensionierten Holmlager und der \ Schmiermittelvorrat in der Nabe bei.The balancing weights are two mass accumulations arranged within the impeller hub, which are connected to the corresponding blade spar by lever arms running radially to the blade rotation axis. The pendulum-shaped balancing weights take up a considerable amount of installation space in the hub, which therefore not only has to be designed to be large in diameter , but also has to have a corresponding length in the direction of the impeller's longitudinal axis. In addition, the impeller hub must be sufficiently strong to be able to absorb the centrifugal force stress caused by the numerous balancing weights. The large-dimensioned spar bearings and the lubricant supply in the hub also contribute to the stress.
i Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei | einem Axialventilator der eingangs genannten Gattung den Wartungsaufwand und die Fliehkraftbeanspruchung der Laufradnabe zu verringern. &iacgr; i In contrast, the invention is based on the object of reducing the maintenance effort and the centrifugal force stress on the impeller hub in an axial fan of the type mentioned at the beginning. &iacgr;
Diese Aufgabe wird durch die im ntnspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. &psgr; This object is achieved by the features characterized in claim 1. &psgr;
Mit der erfindungsgemäSen Lösung werden aufgrund folgender Erkenntnis erhebliche Vorteile erzielt:The solution according to the invention achieves considerable advantages based on the following finding:
Selbstschmlerende Gleitlägerwerkstöffe haben gegenüber Wälzlagern einen relativ höhen Häftrelbuhgskoeffizienten, der in Verbindung mit der im Betrieb auf die jeweilige Laufschaufel wirkenden Fliehkraft im Axiallager ein Haftmoment um die Schaufeidrehachse hervorruft, weiches dem Zentrifugalmoment der Schaufel entgegenzuwirken vermag, so daß die Schaufelverstelleinrichtung frei von der Wirkung dieses Momentes bleibt. Durch Wahl des entsprechenden Gleitlagerwerkstoffs und Bemessung des Lagers kann die Größe des Haftmoments beeinflußt werden. Damit die auf die Ringscheibe des Axiallagers wirkende, aufgrund der Baugröße des Axialventilators sehr große Fliehkraft gleichmäßig auf die Scheibenfläche verteilt wird, ist die Kugelscheibe vorgesehen. Durch diese Maßnahme wird Kantenpressung im Axiallager und damit überlastung und vorzeitiger Verschleiß des Lagers vermieden. Self-lubricating plain bearing materials have a relatively high coefficient of friction compared to roller bearings, which, in conjunction with the centrifugal force acting on the respective rotor blade during operation, causes a holding moment in the axial bearing around the blade rotation axis , which can counteract the centrifugal moment of the blade, so that the blade adjustment device remains free from the effect of this moment. The size of the holding moment can be influenced by selecting the appropriate plain bearing material and dimensioning the bearing. The spherical disk is provided so that the centrifugal force acting on the ring disk of the axial bearing, which is very high due to the size of the axial fan, is evenly distributed over the disk surface. This measure prevents edge pressure in the axial bearing and thus overloading and premature wear of the bearing.
Bei dem erfindungsgemäßen Axialventilator sind keine Ausgleichsgewichte erforderlich, wenn das Haftmoment das Zentrifugalmoment der Schaufel kompensiert. Dies wiederum verringert die auf den Holm wirkenden Fliehkräfte, so daß die Axiallager geringer beansprucht werden. Der Tragring der Laufradnabe kann daher im Querschnitt kleiner dimensioniert werden, da er festigkeitsmäßig in geringerem Maß beansprucht wird. Wegen de? fehlenden Ausgleichsgewichte kann die Laufradnabe in axialer Richtung kürzer gebaut werden. In the axial fan according to the invention, no balancing weights are required if the holding moment compensates for the centrifugal moment of the blade. This in turn reduces the centrifugal forces acting on the spar, so that the axial bearings are subjected to less stress. The support ring of the impeller hub can therefore be made smaller in cross-section, since it is subjected to less stress in terms of strength. Due to the lack of balancing weights, the impeller hub can be made shorter in the axial direction.
Da die Schaufelverstelleinrichtung nicht unter der Belastung des Zentrifugalmoments steht, kann es bei einem Ausfall des Verstelldrucks des hydraulischen Servomotors einer solchen Ein richtung nicht zu einer selbsttätigen Verstellung der Laufschaufeln kommen. Außerdem können wegen der öl- und fettfreien Axiallager der Laufschaufeln die Wartungsabstände des Laufrades vergrößert werden. Since the blade adjustment device is not subject to the load of the centrifugal moment, if the adjustment pressure of the hydraulic servo motor of such a device fails, the rotor blades cannot be adjusted automatically . In addition, the oil and grease-free axial bearings of the rotor blades mean that the maintenance intervals for the impeller can be increased.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Appropriate embodiments of the invention are characterized in the subclaims.
Durch die im anspruch 2 angegebene Maßnahme wird das Auftreten von Spiel im Axiallager verhindert, so daß dieses im Stillstand oder bei geringen Drehzahlen des Ventilators stets belasset ist. Stoßartige Lagerbeanspruchungen durch Bewegungen der Laufschaufeln sind daher ausgeschlossen. Außerdem kann durch die Vorspannkraft des Federelements die Größe der auf das Axiallager wirkenden Normalkraft und damit das Ausmaß der Selbsthemmung des Lagers beeinflußt werden. Zweckmäßigerweise ist das Federelement eine Tellerfeder. The measure specified in claim 2 prevents the occurrence of play in the axial bearing, so that this is always left when the fan is at a standstill or at low speeds. Shock-like bearing loads caused by movements of the rotor blades are therefore excluded. In addition , the preload force of the spring element can influence the size of the normal force acting on the axial bearing and thus the extent of the self-locking of the bearing. The spring element is expediently a disc spring.
&igr; Mit der Ausgestaltung nach Peanspruch 4 ist eine völlig öl- und fettfreie Lagerung der Laufschaufeln in der Laufradnabe erzielt. Hierdurch wird die Wartung des Laufrades erheblich vereinfacht. Ferner ist die Gefahr der Umweltschädigung durch Schmiermittelaustritt aus der Nabe ausgeschlossen. &igr; With the design according to claim 4, a completely oil and grease-free bearing of the rotor blades in the impeller hub is achieved. This makes maintenance of the impeller considerably easier. Furthermore, the risk of environmental damage due to lubricant leaking from the hub is eliminated.
Ein AusfUhrungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt im Längsschnitt zur Hälfte ein Laufrad eines Axialventilators mit verstellbaren Laufschaufeln.An embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the drawing. This shows a longitudinal section through half of an impeller of an axial fan with adjustable impeller blades.
Ein mit 1 bezeichnetes Laufrad hat eine bezüglich seiner Drehachse 2 rotationssymmetrische Nabe 3. In der einen relativ großen Durchmesser aufweisenden Laufradnabe 3 ist koaxial zu ihrer Drehachse 2 ein Tragring 4 angeordnet. Die umfangsseitige Wandung 5 der Laufradnabe 3 ist mit in gleichmäßiger Teilung angeordneten, im rechten Winkel zur Drehachse 2 verlaufenden Bohrungen 6 großen Durchmessers versehen. Der Tragring 4 weist ebenfalls mit den Bohrungen 6 in der Nabenwandung 5 fluchtende Bohrungen 7 kleineren Durchmessers auf. In den Bohrungen 6 der Nabenwandung 5 sind mit ihrer Drehachse 8 radial (bezogen auf die Laufraddrehachse 2) angeordnete Laufschaufeln 9 mit ihrem flanschartig ausgebildeten Fuß 10 aufgenommen. An den Laufschaufeln 9 wirkt während des Betriebes des Axialventilators bei geöffneten Schaufeln ein Zentrifugalmoment. An impeller designated 1 has a hub 3 that is rotationally symmetrical with respect to its axis of rotation 2. In the impeller hub 3, which has a relatively large diameter, a support ring 4 is arranged coaxially with its axis of rotation 2. The peripheral wall 5 of the impeller hub 3 is provided with evenly spaced, large-diameter holes 6 that run at right angles to the axis of rotation 2. The support ring 4 also has smaller-diameter holes 7 that are aligned with the holes 6 in the hub wall 5. The holes 6 in the hub wall 5 accommodate rotor blades 9 with their flange-like base 10, which are arranged with their axis of rotation 8 radially (relative to the impeller axis of rotation 2). A centrifugal moment acts on the rotor blades 9 when the axial fan is operating and the blades are open.
Die nachfolgend beschriebene Lagerung einer Laufschaufel 9 ist bei allen Schaufeln de« Laufrades 1 gleich ausgebildet,The bearing of a rotor blade 9 described below is identical for all blades of the impeller 1,
Die Laufschaufel 9 ist mit ihrem Schaufelfuß 10 in der Bohrung 6 der Nabenwandung 5 durch ein Radiallager in Torrn einer aus selbstschmierendem Gleitlagerwerkstoff (auch als "Trockenlager" bezeichnet) gebildeten Buchse 11 geführt. Außerdem sind zwischen dem Schaufelfuß 10 und der Nabenwandung 5 Dichtungen 12 angeordnet, weiche das Eindringen von Verunreinigungen in das Laufradinnere verhindern. The blade 9 is guided with its blade root 10 in the bore 6 of the hub wall 5 by a radial bearing in a bushing 11 made of self-lubricating plain bearing material (also referred to as a "dry bearing"). In addition, seals 12 are arranged between the blade root 10 and the hub wall 5, which prevent contaminants from penetrating into the interior of the impeller.
Mit dem FuQ 10 der Laufschaufel 9 ist durch Schrauben 13 ein koaxial zur Drehachse &thgr; verlaufender Holm 14 verbunden. Dieser erstreckt sich durch die Bohrung 7 im Tragring 4, wo er durch ein zweites Radiallager in Form einer gleichfalls aus einem selbstschmierenden Gleitlagerwerkstoff bestehenden Buchse 15 gelagert ist. Die Lagerung umfaßt außerdem ein von einer Ring- scheibe 16 gebildetes Axiallager, gegen das der Holm 14 auf der schaufelabgewandten Seite des Tragringes 4 mit einer Mutter 17* A spar 14 running coaxially to the axis of rotation &thetas; is connected to the FuQ 10 of the rotor blade 9 by screws 13. This extends through the bore 7 in the support ring 4, where it is supported by a second radial bearing in the form of a bushing 15 also made of a self-lubricating plain bearing material. The bearing also includes an axial bearing formed by an annular disk 16, against which the spar 14 is fastened on the side of the support ring 4 facing away from the blade by means of a nut 17*
• abgestutzt ist. Die Ringscheibe 16 besteht ebenso wie die Buch-• is supported. The ring disk 16, like the book
!sen 11 und 15 der Radiallager aus einem selbstschmierenden Gleitlagerwerkstoff. Auf ihrer von der Holmmutter 17 abge- ; wandten Seite ist die Ringscheibe 16 auf einer am Tragring 4 j sitzenden Kugelscheibe 18 abgestutzt. Die Kugelscheibe 18 < gleicht Parallelitätsfehler zwischen den einander züge? Tdneten Flächen von Holmmutter 17, Ringscheibe 16 und der Kugelscheibe j 18 aus, so daß Kantenpressung im Axiallager vermieden ist. Die \ Ringscheibe 16 nimmt aufgrund ihres Haftreibungskoeffizienten und der dadurch gegebenen Selbsthemmung des Lagers das Zentrifugalmoment der Laufschaufel 9 auf.The eyelets 11 and 15 of the radial bearings are made of a self-lubricating plain bearing material. On its side facing away from the spar nut 17, the ring disk 16 is supported on a spherical disk 18 located on the support ring 4. The spherical disk 18 compensates for parallelism errors between the mutually adjoining surfaces of the spar nut 17, the ring disk 16 and the spherical disk 18, so that edge pressure in the axial bearing is avoided. The ring disk 16 absorbs the centrifugal moment of the rotor blade 9 due to its coefficient of static friction and the resulting self-locking of the bearing.
* Auf der vom Axiallager abgewandten Seite des Tragringes 4 weist der Holm 14 einen Bund 19 auf, gegen den ein Gegenring 20 mit* On the side of the support ring 4 facing away from the axial bearing, the beam 14 has a collar 19 against which a counter ring 20 with
■ einer Anschlagscheibe 21 abgestützt ist. Zwischen dieser Anschlagscheibe 21 und dem Tragring 4 sitzt eine vorgespannte■ a stop disk 21. Between this stop disk 21 and the support ring 4 there is a pre-stressed
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Tellerfeder 22. Diese bewirkt eine spielfreie Axiallagerung der Laufschaufel 9 sowohl im Stillstand als auch bei niedrigen Drehzahlpn des Laufrades 1.Disc spring 22. This ensures a play-free axial bearing of the rotor blade 9 both when stationary and at low speeds pn of the impeller 1.
Zur Einstellung des Schaufelwinkels während des Betriebes des Axialventilators ist eine Verstelleinrichtung 23 im Nabenzentrum vorgesehen. Die Einrichtung 23 hat eine gleichachsig zur Drehachse 2 verschiebbare Stellscheibe 24, welche mit einer Stellstange 25 verbunden ist. Die Stellscheibe 24 ist umfangsseitig mit einer Nut 26 versehen, in welche ein Gleitstein 27 am Ende eines mit dem Schaufelholm 14 verbundenen Hebelarmes 28 eingreift. Ein außerhalb der Laufradnabe 3 angeordneter hydraulischer Servomotor (nicht dargestellt) steht mit der alle Laufschaufeln 9 des Laufrades 1 synchron verstellenden Einrichtung 23 in Verbindung. An adjusting device 23 is provided in the hub center for adjusting the blade angle during operation of the axial fan. The device 23 has an adjusting disk 24 that can be moved coaxially to the axis of rotation 2 and is connected to an adjusting rod 25. The adjusting disk 24 is provided with a groove 26 on the circumference, into which a sliding block 27 engages at the end of a lever arm 28 connected to the blade spar 14. A hydraulic servo motor (not shown) arranged outside the impeller hub 3 is connected to the device 23 that synchronously adjusts all the blades 9 of the impeller 1.
Stirnseitig ist die Laufradnabe 3 durch einen Deckel 29 verschlossen, nach dessen Entfernen die Bauteile in der Laufradnabe zur Wartung zugänglich sind.The front side of the impeller hub 3 is closed by a cover 29, after which the components in the impeller hub are accessible for maintenance.
11.04.1988 HKa/Py
0430k/68-73 11.04.1988 HKa/Py
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