EP0174487A1 - Axial ventilator - Google Patents

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EP0174487A1
EP0174487A1 EP85109707A EP85109707A EP0174487A1 EP 0174487 A1 EP0174487 A1 EP 0174487A1 EP 85109707 A EP85109707 A EP 85109707A EP 85109707 A EP85109707 A EP 85109707A EP 0174487 A1 EP0174487 A1 EP 0174487A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
blade
axial fan
fan according
blades
individual
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP85109707A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Klaus-Dieter Müller
Andreas Rimkus
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP0174487A1 publication Critical patent/EP0174487A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/14—Form or construction
    • F01D5/141—Shape, i.e. outer, aerodynamic form
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/38—Blades
    • F04D29/384—Blades characterised by form
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/20—Rotors
    • F05D2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • F05D2240/301—Cross-sectional characteristics

Definitions

  • the invention relates to an axial fan with an impeller, which consists of a plurality of blades on a drivable hub, each individual blade having the same predetermined geometry.
  • Noise occurs when operating fans. Fans are sometimes used for applications in which noise disturbs or is even harmful to health. When using axial fans for heating and cooling devices or for ventilating buildings, the noise should be minimized as much as possible.
  • the reduction of noise emissions in technical facilities is a fundamental requirement, with which specific boundary conditions regarding the functionality of the respective device must be observed. Especially with fans, noise reduction should neither increase the technical effort nor lead to a reduction in performance and efficiency.
  • the following data in particular must be kept the same: The dimensions of the fan, such as outer and hub diameters, number and width of the blades, possible profiling of the blades, the volume flow, the pressure increase and the power consumption of the fan and the resulting overall efficiency to the respective operating point of the fan.
  • Axial fans are generally designed in accordance with the requirements of the textbook “Fans” by Bruno Eck (Springer Verlag Berlin 1972).
  • proposals have already been made with the older German patent applications P 33 35 648.3 and P 33 35 649.1 with which the specific sound power level is to be reduced without deteriorating the impeller efficiency.
  • the downstream corners on the outer edge of the blades of the fan unit should be rounded, with specific requirements being placed on the diffuser housing part.
  • impeller of the fan unit certain design parameters for the impeller of the fan unit are also specified: In particular, the ratio of the hub diameter and outer diameter of the impeller, the blade pitch angle on the outer cut and the inner cut of a blade against the circumferential direction, and the ratio of the chord lengths between the front edge and the rear edge of the blade profile in the inner cut and outer cut described and specified.
  • the object of the invention is to achieve noise reduction due to a modified blade shape.
  • each individual blade has a predetermined curvature profile as a function of the hub spacing, which differs considerably from those of the fans known to date.
  • the changes to a single blade are made along a circular arc geometry compared to the usual blade surface.
  • the relative deviations have a maximum on the outer cut.
  • the edge of the blade is offset in the running direction on the outer cut compared to the inner cut.
  • the individual constants C. have values between 10 1 and 10-10 and can each be determined by calculation.
  • the edge contour of a blade can be described by the coordinates of a point pattern in this coordinate system.
  • the outer cutting line is identical to the outer diameter of the fan wheel.
  • the invention results in an improvement in the noise emission for the characteristic curve region near the blow-off point of approximately 3 dB (A) compared to the series fan without any further design modification.
  • the noise emission values achieved were related to the flow rate and the static pressure increase and corrected for fluctuations in air pressure and deviations in air humidity.
  • the required noise reduction can therefore be achieved solely by changing the geometry of the blade shape. Since the production of fans with a changed geometry does not require any special changes in production, the invention can easily be put into practice.
  • FIGS. 2 and 4 each show a partial area of the rolled-up hub with blade sections projected thereon and FIG
  • FIG. 5 shows the projection of a single blade according to the invention into the x-y plane of FIG. 3, indicating the relative changes compared to the previously known blade.
  • FIG. 1 shows an impeller of an axial fan, which essentially consists of a drivable hub 1 with individual blades S1 to S7 arranged on it. Instead of seven, there can also be eight or more blades.
  • Noise reduction can also be achieved by improvements in the installation and use of the fan in the existing system. These improvements include, in particular, adapting the fan and the overall system, mastering the influence of the inflow conditions and regulating the volume flow by changing the speed.
  • FIG. 3 shows that in the invention only the blade geometry is changed compared to the standard wheel. This is illustrated by the perspective representation according to FIG. 3: In particular, it can be seen from this that the individual blades S1 to S7 of an improved impeller LR are curved forward in a very specific shape in the direction of travel.
  • blades have a different curvature than in the prior art and that their outer edges are thereby offset to a large extent in the direction of travel.
  • the geometry of the newly formed blades was checked using a large number of independent measurements.
  • the results for the blades according to the invention were reproducible with deviations in the noise emission of at most 0.4 dB (A).
  • a Cartesian coordinate system can be selected, the origin of which is located in the hub of the impeller and in which two coordinates, for example x and y, run in the radial direction and one coordinate, for example z, in the axial direction. It can also be expedient to transform the coordinate system and to place it in a corner point of the blade, so that dx directly identifies the width and y the length of the blade.
  • C i mean constants, the values of which are listed in Section 1 of the Appendix. These constants can be varied to a certain extent and depend on the choice of the operating point.
  • the edge contour of the blade is important in practical cases. At the outer cutting line, this is usually identical to the outer diameter of the fan wheel.
  • the lateral contours can be specified by a general function or in practical cases by a dot pattern in the coordinate system used above.
  • the coordinates x 1 , y 1 and z l of the front and rear edge of the blade in consistency with Gl (l) specified.
  • the bucket width must be determined using Gl (l).

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Abstract

Axial fan with an impeller which comprises a plurality of blades on a drivable hub, each individual blade having the same predetermined blade geometry for air delivery. Such fans generally give rise to noises which can be distracting, annoying or even injurious to health. The object is therefore to minimise the emission of noise. This is achieved according to the invention by the fact that the individual blades (S1 to S7) are curved towards the front in the direction of running. Compared to conventional fans, specific deviations are obtained along a circular-arc geometry, depending on the distance from the hub. The new surface for the blades can be described in a cartesian coordinate system by a function of the fifth degree. 36 specific constants are obtained.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Axialventilator mit einem Laufrad, das aus einer Mehrzahl von Schaufeln auf einer antreibbaren Nabe besteht, wobei jede einzelne Schaufel die gleiche vorgegebene Geometrie aufweist.The invention relates to an axial fan with an impeller, which consists of a plurality of blades on a drivable hub, each individual blade having the same predetermined geometry.

Beim Betrieb von Ventilatoren treten Geräusche auf. Mitunter werden Ventilatoren für solche Anwendungen eingesetzt, bei denen Geräusche stören oder sogar gesundheitsschädigend sind. Bei üblicher Verwendung von Axialventilatoren für Heiz- und Kühlgeräte oder zur Belüftung von Gebäuden sollen die Geräusche soweit wie möglich minimiert werden.Noise occurs when operating fans. Fans are sometimes used for applications in which noise disturbs or is even harmful to health. When using axial fans for heating and cooling devices or for ventilating buildings, the noise should be minimized as much as possible.

Die Herabsetzung der Geräuschemission an technischen Einrichtungen ist eine grundsätzliche Forderung, bei der spezifische Randbedingungen bezüglich der Funktionsfähigkeit des jeweiligen Gerätes beachtet werden müssen. Speziell bei Ventilatoren soll die Geräuschminderung weder den technischen Aufwand vergrößern noch zu einer Leistungs- und Wirkungsgradminderung führen. An technischen Kenngrößen sind insbesondere folgende Daten gleich zu halten: Die Abmessungen des Ventilators wie Außen- und Nabendurchmesser, Zahl und Breite der Schaufeln, eine eventuelle Profilierung der Schaufeln, der Volumenstrom, die Druckerhöhung sowie die Leistungsaufnahme des Ventilators und der sich daraus ergebende Gesamtwirkungsgrad bezogen auf den jeweiligen Betriebspunkt des Ventilators.The reduction of noise emissions in technical facilities is a fundamental requirement, with which specific boundary conditions regarding the functionality of the respective device must be observed. Especially with fans, noise reduction should neither increase the technical effort nor lead to a reduction in performance and efficiency. In terms of technical parameters, the following data in particular must be kept the same: The dimensions of the fan, such as outer and hub diameters, number and width of the blades, possible profiling of the blades, the volume flow, the pressure increase and the power consumption of the fan and the resulting overall efficiency to the respective operating point of the fan.

Die Auslegung von Axialventilatoren erfolgt im allgemeinen nach den Maßgaben des Lehrbuches "Ventilatoren" von Bruno Eck (Springer Verlag Berlin 1972). Darüber hinaus wurden mit den älteren deutschen Patentanmeldungen P 33 35 648.3 und P 33 35 649.1 bereits Vorschläge gemacht, mit denen ohne Verschlechterung des Laufradwirkungsgrades der spezifische Schalleistungspegel gesenkt werden soll. Gemäß der dort angegebenen Lehre sollen die abströmseitigen Ecken am Außenrand der Schaufeln der Ventilatoreinheit abgerundet sein, wobei spezifische Anforderungen an das Diffusor-Gehäuseteil gestellt werden. Daneben sind auch bestimmte Konstruktionsparameter für das Laufrad der Ventilatoreinheit angegeben: Im einzelnen werden speziell das Verhältnis von Nabendurchmesser und Außendurchmesser des Laufrades, die Schaufelanstellwinkel am Außenschnitt und am Innenschnitt einer Schaufel gegen die Umfangsrichtung sowie das Verhältnis der Sehnenlängen zwischen Vorderkante und Hinterkante des Schaufelprofils im Innenschnitt und Außenschnitt beschrieben und vorgegeben.Axial fans are generally designed in accordance with the requirements of the textbook "Fans" by Bruno Eck (Springer Verlag Berlin 1972). In addition, proposals have already been made with the older German patent applications P 33 35 648.3 and P 33 35 649.1 with which the specific sound power level is to be reduced without deteriorating the impeller efficiency. According to the teaching given there, the downstream corners on the outer edge of the blades of the fan unit should be rounded, with specific requirements being placed on the diffuser housing part. In addition, certain design parameters for the impeller of the fan unit are also specified: In particular, the ratio of the hub diameter and outer diameter of the impeller, the blade pitch angle on the outer cut and the inner cut of a blade against the circumferential direction, and the ratio of the chord lengths between the front edge and the rear edge of the blade profile in the inner cut and outer cut described and specified.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, aufgrund einer veränderten Schaufelform eine Geräuschminderung zu erreichen.In contrast, the object of the invention is to achieve noise reduction due to a modified blade shape.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die einzelnen Schaufeln in Laufrichtung nach vorn gekrümmt sind. Dabei weist jede einzelne Schaufel ein vorbestimmtes Krümmungsprofil in Abhängigkeit vom Nabenabstand auf, welches sich von denen der bisher bekannten Ventilatoren erheblich unterscheidet. Die Änderungen einer einzelnen Schaufel erfolgen gegenüber üblicher Schaufelfläche entlang einer Kreisbogengeometrie. Die relativen Abweichungen haben am Außenschnitt ein Maximum. Die Kante der Schaufel ist am Außenschnitt gegenüber dem Innenschnitt in Laufrichtung versetzt.The object is achieved in that the individual blades are curved forward in the direction of travel. Each individual blade has a predetermined curvature profile as a function of the hub spacing, which differs considerably from those of the fans known to date. The changes to a single blade are made along a circular arc geometry compared to the usual blade surface. The relative deviations have a maximum on the outer cut. The edge of the blade is offset in the running direction on the outer cut compared to the inner cut.

Im Rahmen der Erfindung hat sich gezeigt, daß sich die neue Flächenform der Schaufeln in einem dreidimensionalen kartesischen Koordinatensystem mit x-, y- und z-Koordinaten durch eine Funktion z=F(x, y) fünften Grades beschreiben läßt. Eine solche Funktion hat die Struktur:

Figure imgb0001
It has been shown in the context of the invention that the new surface shape of the blades can be described in a three-dimensional Cartesian coordinate system with x, y and z coordinates by a function z = F (x, y) of the fifth degree. The structure has one such function:
Figure imgb0001

Die einzelnen Konstanten C. haben Werte zwischen 101 und 10-10 und lassen sich jeweils rechnerisch ermitteln. Die Randkontur einer Schaufel läßt sich durch die Koordinaten eines Punktmusters in diesem Koordinatensystem beschreiben. Die Außenschnittlinie ist identisch mit dem Außendurchmesser des Ventilatorrades.The individual constants C. have values between 10 1 and 10-10 and can each be determined by calculation. The edge contour of a blade can be described by the coordinates of a point pattern in this coordinate system. The outer cutting line is identical to the outer diameter of the fan wheel.

Durch die Erfindung ergibt sich gegenüber dem Serienventilator ohne weitere konstruktive Abänderung eine Verbesserung der Geräuschemission für den Kennlinienbereich nahe des Freiblaspunktes von etwa 3 dB (A). Durch umfangreiche experimentelle Untersuchungen konnte nachgewiesen werden, daß die mit der Erfindung erzielte Minderung des Geräusches reproduzierbar ist. Die erreichten Geräuschemssionswerte wurden auf den Förderstrom und die statische Druckerhöhung bezogen und um Luftdruckschwankungen und Luftfeuchteabweichungen korrigiert.The invention results in an improvement in the noise emission for the characteristic curve region near the blow-off point of approximately 3 dB (A) compared to the series fan without any further design modification. Extensive experimental studies have shown that the noise reduction achieved with the invention is reproducible. The noise emission values achieved were related to the flow rate and the static pressure increase and corrected for fluctuations in air pressure and deviations in air humidity.

Allein durch Geometrieänderungen an der Schaufelform kann also die geforderte Geräuschverminderung erzielt werden. Da die Herstellung von Ventilatoren mit geänderter Geometrie keine besonderen Umstellungen in der Fertigung erfordert, ist die Erfindung leicht in die Praxis umsetzbar.The required noise reduction can therefore be achieved solely by changing the geometry of the blade shape. Since the production of fans with a changed geometry does not require any special changes in production, the invention can easily be put into practice.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung eines Ausführungsbeispieles im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnung.Further advantages and details of the invention result from the following description of the figures of an exemplary embodiment in comparison to the prior art with reference to the drawing.

Es zeigen die FIG 1 und FIG 3 einerseits das Laufrad eines bekannten Ventilators und andererseits ein Laufrad des mit der Erfindung vorgeschlagenen Ventilators jeweils in perspektivischer Darstellung,1 and 3 show on the one hand the impeller of a known fan and on the other hand an impeller of the fan proposed by the invention, each in a perspective view,

die FIG 2 und FIG 4 jeweils zu FIG 1 und FIG 3 einen Teilbereich der abgerollten Nabe mit darauf projizierten Schaufelschnitten und2 and 4 each show a partial area of the rolled-up hub with blade sections projected thereon and FIG

die FIG 5 die Projektion einer einzelnen erfindungsgemäßen Schaufel in die x-y-Ebene der FIG 3 mit Angabe der relativen Änderungen gegenüber der vorbekannten Schaufel.5 shows the projection of a single blade according to the invention into the x-y plane of FIG. 3, indicating the relative changes compared to the previously known blade.

In FIG 1 ist ein Laufrad eines Axialventilators dargestellt, das im wesentlichen aus einer äntreibbaren Nabe 1 mit darauf versetzt angeordneten einzelnen Schaufeln Sl bis S7 besteht. Statt sieben können auch acht oder mehr Schaufeln vorhanden sein.1 shows an impeller of an axial fan, which essentially consists of a drivable hub 1 with individual blades S1 to S7 arranged on it. Instead of seven, there can also be eight or more blades.

Aus FIG 1 in Verbindung mit FIG 3 ist erkennbar, daß bei bekannten Ventilatorrädern einzelne Schaufeln auf der Nabe 1 mit gleichem Anstellwinkel gegeneinander angeordnet sind, wobei jede Schaufel Sl bis S7 in sich verwunden ist, d.h. am auf der Nabe 1 liegenden Schnitt (Innenschnitt) IS1 eine andere Profillinie als am außenseitigen Schnitt (Außenschnitt AS1) aufweist.From FIG. 1 in conjunction with FIG. 3 it can be seen that, in known fan wheels, individual blades are arranged on the hub 1 with the same angle of attack, each blade S1 to S7 being twisted in itself, i. has a different profile line on the section lying on the hub 1 (inside section) IS1 than on the outside section (outside section AS1).

Die Auslegung solcher Laufräder von Axialventilatoren erfolgt im allgemeinen nach Gesetzmäßigkeiten der Strömungsmechanik, wie sie in dem bereits zitierten Lehrbuch "Ventilatoren" angegeben sind. Hierzu wird insbesondere die Beschaufelung in die Ebene abgewickelt sowie Schaufelgeometrie und -profil nach den Regeln der Strömung in diesem Gitter ermittelt. Dabei ist aber die Geräuschentstehung durch die Strömung nur grob abschätzbar.The design of such impellers of axial fans is generally carried out according to the laws of fluid mechanics, as specified in the previously cited textbook "fans". For this purpose, in particular the blading is carried out in the plane and the blade geometry and profile are determined according to the rules of the flow in this grid. However, the noise generated by the flow can only be roughly estimated.

Die Untersuchungen über Fragen der Geräuschminderung bei Ventilatoren sind meist mehr oder weniger empirischer Natur. Bisher wurde eine Reihe einzelner Maßnahmen im Hinblick auf die Geräuschminderung untersucht, wobei jedoch immer nur eine Variation der Gesamtkonstruktion des Axialventilators zu einer Veränderung des Geräusches führte. Als Beispiele sind zu nennen: Die Vergrößerung des Abstandes zwischen Laufrad und Leitrad, gegen die Laufradebene geneigte Schaufeln, in Umfangsrichtung geneigte Leitschaufeln, eine unregelmäßige Anordnung der Leitschaufeln, stufenförmige Leitschaufeln, geeignete Wahl von Laufschaufelzahl und Leitschaufelzahl, eine unregelmäßige Anordnung der Laufradschaufel, gegen die Laufradebene geneigte Laufradschaufeln, in Umfangsrichtung geschwungene Laufradschaufeln, Turbulenzerzeugung an der Vorderkante der Laufradschaufeln, poröse Laufradschaufeln oder Schaufelspitzen etc. Auch durch Verbesserungen beim Einbau und Einsatz des Ventilators in die vorhandene Anlage können Geräuschminderungen erreicht werden. Diese Verbesserungen sind insbesondere eine Anpassung von Ventilator und Gesamtanlage, eine Beherrschung des Einflusses der Zuströmbedingungen sowie eine Volumenstromregelung durch Drehzahländerung.The studies on questions of noise reduction in fans are mostly more or less empirical in nature. So far, a number of individual measures have been examined with regard to noise reduction, but only one variation of the overall design of the axial fan has ever led to a change in the noise. Examples include: the increase in the distance between the impeller and the stator, blades inclined against the impeller plane, guide blades inclined in the circumferential direction, an irregular arrangement of the guide blades, step-shaped guide blades, suitable choice of rotor blade number and number of guide blades, an irregular arrangement of the impeller blade against the Impeller blades inclined at the impeller level, impeller blades curved in the circumferential direction, turbulence generation at the front edge of the impeller blades, porous impeller blades or blade tips etc. Noise reduction can also be achieved by improvements in the installation and use of the fan in the existing system. These improvements include, in particular, adapting the fan and the overall system, mastering the influence of the inflow conditions and regulating the volume flow by changing the speed.

Eine grobe Abschätzung des Zusammenhangs zwischen einer Änderung des Schalldruckpegels auf Grund veränderter Volumenstrom- und Druckverhältnisse wird üblicherweise durch folgende Beziehung angegeben:

Figure imgb0002
wobei LW den gemessenen Schalleistungspegel, LWS den spezifischen Schalleistungspegel (d.h. volumenstrom-und -druckbezogen), V den Volumenstrom und dpt die Totaldruckerhöhung bedeuten. Untersuchungen von verschiedenen Autoren ergaben allerdings eine große Unsicherheit und damit eine geringe Aussagekraft der diesbezüglichen Berechnungen.A rough estimate of the relationship between a change in the sound pressure level due to changed volume flow and pressure conditions is usually given by the following relationship:
Figure imgb0002
 where L W the measured sound power level, L WS the specific sound power level (ie volume flow and pressure related), V the volume flow and d mean the total pressure increase. However, investigations by various authors revealed a great deal of uncertainty and therefore little meaningfulness of the calculations in this regard.

Aus FIG 3 ergibt sich nun, daß bei der Erfindung nur die Schaufelgeometrie gegenüber dem Serienrad verändert ist. Dies wird anhand der perspektivischen Darstellung gemäß FIG 3 verdeutlicht: Insbesondere ist daraus ersichtlich, daß die einzelnen Schaufeln Sl bis S7 eines verbesserten Laufrades LR in einer ganz spezifischen Form in Laufrichtung nach vorn gekrümmt sind.3 shows that in the invention only the blade geometry is changed compared to the standard wheel. This is illustrated by the perspective representation according to FIG. 3: In particular, it can be seen from this that the individual blades S1 to S7 of an improved impeller LR are curved forward in a very specific shape in the direction of travel.

Es ergibt sich weiterhin, daß die Schaufeln eine andere Wölbung als beim Stand der Technik aufweisen und daß deren äußere Kanten dadurch in starkem Maße in die Laufrichtung versetzt sind.It also follows that the blades have a different curvature than in the prior art and that their outer edges are thereby offset to a large extent in the direction of travel.

Untersuchungen haben ergeben, daß mit einer solchen Krümmung der einzelnen Schaufeln im Vergleich zum Serienlaufrad eine Verringerung der Geräuschemission um etwa 3 dB (A) erreicht wird. Volumenstrom V und Druck4pt haben sich dabei im Vergleich zu den Werten des Serienlaufrades nicht verringert. Die gemessenen Geräuschemissionswerte wurden bezüglich Luftdruckschwankungen und Luftfeuchteabweichungen korrigiert.Investigations have shown that such a curvature of the individual blades compared to the series impeller leads to a reduction in noise emissions of about 3 dB (A). Volume flow V and pressure4 p t have not decreased compared to the values of the standard impeller. The measured noise emission values were corrected with regard to fluctuations in air pressure and deviations in air humidity.

Mit einer Vielzahl unabhängiger Messungen wurde die Geometrie der neugeformten Schaufeln überprüft. Es ergab sich für die erfindungsgemäßen Schaufeln eine Reproduzierbarkeit der Werte mit Abweichungen in der Geräuschemission von maximal 0,4 dB (A).The geometry of the newly formed blades was checked using a large number of independent measurements. The results for the blades according to the invention were reproducible with deviations in the noise emission of at most 0.4 dB (A).

In FIG 5 ist eine einzelne Schaufel in die x-y-Ebene projiziert, wobei bezüglich der Nabe konzentrische Kreise eingezeichnet sind. Es hat sich gezeigt, daß bei der Erfindung die Abweichung gegenüber dem Serienlaufrad durch Angabe der geometrischen Änderungen längs dieser Kreisbogengeometrie erfaßbar sind. Die gefundenen Änderungswerte in mm sind für die einzelnen Kreislinien im 5 mm-Abstand angegeben. Insbesondere nahe dem Außendurchmesser liegen erhebliche relative Abweichungen gegenüber herkömmlicher Geometrie vor, was für die praktische Ausführung die oben bereits angegebene Krümmung der einzelnen Schaufeln in Laufrichtung ergibt.A single blade is projected into the xy plane in FIG. 5, concentric circles being drawn in with respect to the hub. It has been shown that in the invention the deviation from the series impeller can be detected by specifying the geometric changes along this circular arc geometry. The change values found in mm are for the individual circular lines in the 5 mm distance specified. In particular, close to the outer diameter, there are considerable relative deviations from conventional geometry, which, for practical implementation, results in the curvature of the individual blades in the running direction, which has already been indicated above.

Dieser Sachverhalt ist bereits auch aus FIG 4 entnehmbar. Bei der dort dargestellten Teilabwicklung der Nabe N bedeuten D die Drehrichtung und L die Luftströmungsrichtung. Eingezeichnet ist der Innenschnitt IS2 und der Außenschnitt AS2 einer einzelnen Schaufel. Während beim Stand der Technik gemäß FIG 2 der Innen- und Außenschnitt einen gemeinsamen Drehpunkt M haben, tritt bei der Erfindung eine Verschiebung der Mittelpunkte MI und MA in Drehrichtung auf. Ansonsten werden für die Sehnenlänge li und la von Innenschnitt und Außenschnitt und die Schaufeleinstellwinkel ti und fa die gleichen Werte wie beim Serienlaufrad verwendet.This fact can already be seen from FIG. 4. In the partial development of the hub N shown there, D is the direction of rotation and L is the direction of air flow. The inner cut IS2 and the outer cut AS2 of a single blade are shown. While in the state of the art according to FIG. 2 the inner and outer cut have a common pivot point M, a shift of the center points M I and M A in the direction of rotation occurs in the invention. Otherwise, the same values as for the standard impeller are used for the chord lengths li and la of the inner cut and outer cut and the blade setting angles ti and fa.

Es liegt nun nahe, für die als besonders vorteilhaft erkannte Schaufelgeometrie eine mathematische Beziehung zu ermitteln, welche die Schaufelfläche beschreibt. Hierzu kann ein kartesisches Koordinatensystem gewählt werden, dessen Ursprung in die Nabe des Laufrades gelegt ist, und bei dem zwei Koordinaten, z.B. x und y, in radialer und eine Koordinate, z.B. z, in axialer Richtung verlaufen. Es kann auch zweckmäßig sein, das Koordinatensystem zu transformieren und in einen Eckpunkt der Schaufel zu legen, so daß dx unmittelbar die Breite und y die Länge der Schaufel kennzeichnet. Im Beispiel nach FIG 3 ist das Koordinatensystem ursprungsorientiert gewählt, wobei aus praktischen Gründen der Ursprungspunkt in z-Richtung gegenüber der Symmetrieebene der Ventilatornabe um eine Strecke a=ll mm versetzt ist. Für die Flächenform kann eine Gleichung z=F(x, y) fünften Grades folgender Struktur angegeben werden:

Figure imgb0003
Dabei bedeuten Ci Konstanten, deren Werte im Anhang unter Punkt 1 aufgelistet sind. Diese Konstanten können in gewissem Maße variiert werden und sind von der Wahl des Betriebspunktes abhängig.It is now obvious to determine a mathematical relationship for the blade geometry which is recognized as particularly advantageous, which describes the blade surface. For this purpose, a Cartesian coordinate system can be selected, the origin of which is located in the hub of the impeller and in which two coordinates, for example x and y, run in the radial direction and one coordinate, for example z, in the axial direction. It can also be expedient to transform the coordinate system and to place it in a corner point of the blade, so that dx directly identifies the width and y the length of the blade. In the example according to FIG. 3, the coordinate system is selected to be origin-oriented, the origin point being offset by a distance a = 11 mm from the symmetry plane of the fan hub for practical reasons. An equation z = F (x, y) of the fifth degree of the following structure can be specified for the surface shape:
Figure imgb0003
 C i mean constants, the values of which are listed in Section 1 of the Appendix. These constants can be varied to a certain extent and depend on the choice of the operating point.

Neben der eigentlichen Flächenform ist im praktischen Fall die Randkontur der Schaufel von Bedeutung. An der Außenschnittlinie ist diese üblicherweise identisch mit dem Außendurchmesser des Ventilatorrades. Die seitlichen Konturen lassen sich durch eine allgemeine Funktion oder im praktischen Fall durch ein Punktmuster im oben verwendeten Koordinatensystem angeben. Dafür sind im Anhang unter Punkt 2a und b für die Punkte A1 und B1 mit 1=0,..,8 die Koordinaten x1, y1 und zl der Vorder- und Hinterkante der Schaufel in Konsistenz zu Gl(l) angegeben. Die Teilung ist in mm-Einheiten gewählt. Bei einem Gesamtdurchmesser des so aufgebauten Ventilatorrades von D=398 mm ergibt sich dabei eine Schaufellänge von ca. 109 mm. Die Schaufelbreite muß mit Hilfe von Gl(l) ermittelt werden.In addition to the actual surface shape, the edge contour of the blade is important in practical cases. At the outer cutting line, this is usually identical to the outer diameter of the fan wheel. The lateral contours can be specified by a general function or in practical cases by a dot pattern in the coordinate system used above. For this purpose, in the appendix under points 2a and b for the points A 1 and B 1 with 1 = 0, .., 8 the coordinates x 1 , y 1 and z l of the front and rear edge of the blade in consistency with Gl (l) specified. The division is selected in mm units. With a total diameter of the fan wheel thus constructed of D = 3 98 mm, this results in a blade length of approx. 109 mm. The bucket width must be determined using Gl (l).

Bei weiteren Untersuchungen konnte gezeigt werden, daß Verrundungen an den Seitenkanten der Schaufel zweckmäßig sein können, aber keine zusätzlichen Geräuschminderungen ergeben. Die Verbesserung der Übergänge zwischen Nabe und Schaufel bewirken ebenfalls keine weitere Reduzierung des Schalldruckpegels. Entscheidend für die Geräuschminderung ist in jedem Fall die Krümmung der Schaufel in Laufrichtung.Further investigations have shown that rounding on the side edges of the blade can be useful, but does not result in additional noise reduction. The improvement in the transitions between the hub and the blade also does not result in a further reduction in the sound pressure level. The decisive factor for noise reduction is the curvature of the blade in the running direction.

Anhang:Attachment:

1. Koeffizienten C1 für Gleichung (1):

Figure imgb0004
1. Coefficients C 1 for equation (1):
Figure imgb0004

2. Koordinaten A1, B1 der Schaufelkanten: a) Vorderkante

Figure imgb0005
b) Hinterkante
Figure imgb0006
 2. Coordinates A 1 , B 1 of the blade edges: a) leading edge
Figure imgb0005
 b) trailing edge
Figure imgb0006

Claims (10)

1. Axialventilator mit einem Laufrad, das aus einer Mehrzahl von Schaufeln auf einer antreibbaren Nabe besteht, wobei jede einzelne Schaufel die gleiche vorgegebene Geometrie aufweist, dadurch gekenn-zeichnet, daß die einzelnen Schaufeln (Sl bis S7) in Laufrichtung (L) nach vorn gekrümmt sind.1. Axial fan with an impeller, which consists of a plurality of blades on a drivable hub, each blade having the same predetermined geometry, characterized in that the individual blades (Sl to S7) in the direction of travel (L) to the front are curved. 2. Axialventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede einzelne Schaufel (Sl bis S7) ein vorbestimmtes Krümmungsprofil in Abhängigkeit vom Nabenabstand aufweist.2. Axial fan according to claim 1, characterized in that each individual blade (Sl to S7) has a predetermined curvature profile depending on the hub spacing. 3. Axialventilator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche jeder einzelnen Schaufel (Sl bis S7) durch eine Funktion fünften Grades beschreibbar ist.3. Axial fan according to claim 1 and 2, characterized in that the area of each individual blade (Sl to S7) can be described by a function of the fifth degree. 4. Axialventilator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Fläche einer Schaufel (Sl bis S7) gilt
Figure imgb0007
wobei x, y, z Koordinaten eines kartesischen Koordinatensystems und C1 Konstanten bedeuten (Anhang 1).4. Axial fan according to claim 3, characterized in that applies to the surface of a blade (Sl to S7)
Figure imgb0007
 where x, y, z are coordinates of a Cartesian coordinate system and C 1 is a constant (Appendix 1). 5. Axialventilator nach Anspruch 4, dadurch ge-kennzeichnet , daß die Randkontur einer Schaufel (Sl bis S7) durch ein Punktmuster Al, B1 beschreibbar ist, wobei A1, B1 mit 1=0,..,8 Werte (x1, y1, zl) im kartesischem Koordinatensystem sind (Anhang 2).5. Axial fan according to claim 4, characterized in that the edge contour of a blade (Sl to S7) can be described by a dot pattern A l , B 1 , wherein A 1 , B 1 with 1 = 0, .., 8 values ( x 1 , y 1 , z l ) are in the Cartesian coordinate system (Appendix 2). 6. Axialventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderungen einer einzelnen Schaufel (Sl bis S7) gegenüber üblicher Schaufelfläche entlang einer Kreisbogengeometrie erfolgen.6. Axial fan according to claim 1, characterized in that the changes of a single blade (Sl to S7) compared to the usual blade surface take place along a circular arc geometry. 7. Axialventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede einzelne Schaufel (Sl bis S7) eine Verwindung in der Schaufelfläche hat, so daß deren Außenschnitt (AS2) und Innenschnitt (IS2) in der Projektion auf die abgerollte Nabe (N) unterschiedliche Lagen aufweisen.7. Axial fan according to claim 1, characterized in that each individual blade (Sl to S7) has a twist in the blade surface, so that its outer cut (AS2) and inner cut (IS2) in the projection onto the rolled hub (N) different positions exhibit. 8. Axialventilator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei den einzelnen Schaufeln (Sl bis S7) der Mittelpunkt (MA) des Außenschnitts (AS2) gegenüber dem Mittelpunkt (MI) des Innenschnitts (IS2) versetzt ist.8. Axial fan according to claim 7, characterized in that in the individual blades (Sl to S7) the center (M A ) of the outer section (AS2) is offset from the center (M I ) of the inner section (IS2). 9. Axialventilator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die relativen Änderungen der Schaufelgeometrie am Außenschnitt (AS2) einen Maximalwert haben.9. Axial fan according to claim 6, characterized in that the relative changes in the blade geometry at the outer cut (AS2) have a maximum value. 10. Axialventilator nach Anspruch 1 und Anspruch 9, da-durch gekennzeichnet , daß die Kante der Schaufel (Sl bis S7) am Außenschnitt (AS2) gegenüber dem Innenschnitt (IS2) in Laufrichtung (L) versetzt ist.10. Axial fan according to claim 1 and claim 9, characterized in that the edge of the blade (Sl to S7) on the outer cut (AS2) with respect to the inner cut (IS2) is offset in the running direction (L).
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