EP0185900B1

EP0185900B1 - Vorrichtung an Ventilatoren zur Regelung des Luftstromes

Info

Publication number: EP0185900B1
Application number: EP85114200A
Authority: EP
Inventors: Christoph Dipl.-Ing. Sunder-Plassmann; Heinrich Dipl.-Ing. Köhler
Original assignee: Siegle and Epple & Co KG GmbH
Current assignee: Siegle and Epple & Co KG GmbH
Priority date: 1984-11-12
Filing date: 1985-11-07
Publication date: 1989-05-24
Also published as: DE3441295A1; ATE43409T1; DE3441295C2; EP0185900A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung an Ventilatoren für Lufttechnische Anlagen mit innerhalb des Ventilatorgehäuses integriertem Saugstutzen, insbesondere an Radialventilatoren, zur Regelung des Luftvolumenstromes des Ventilators, wobei an der Ansaugung, in der den Saugraum vom Druckraum abgrenzenden Wandung eine oder mehrere Öffnungen angeordnet sind, deren Querschnittsfläche durch an den Öffnungen angebrachte Klappen variierbar ist, und wobei die Klappen über Gestänge verstellbar sind.
In lufttechnischen Anlagen ist es erforderlich, den Luftvolumenstrom einer Anlage bzw. eines Prozesses den Gegebenheiten anzupassen. Bei Verwendung von Radialventilatoren in einer lufttechnischen Anlage kann dies durch Regelung der Ventilator-Drehzahl erreicht werden oder durch Drosselung des geförderten Luftstromes oder dadurch, dass man dem Luftstrom vor Eintritt in das Schaufelrad einen Drall erteilt. Von den aufgeführten Regelmöglichkeiten hat sich die Regelung des Dralles des angesaugten Luftstromes wegen ihrer Wirtschaftlichkeit bei relativ geringen Investitionskosten am günstigsten erwiesen.
Diese Regelung des Luftvolumenstromes mittels des Dralles wird in bekannten Anlagen durch Vorschalten einer sogenannten Dralldrossel vor das Ventilatorgehäuse bzw. den Ansaugstutzen erreicht. Diese vorgeschaltete Dralldrossel weist Leitschaufeln auf, die verstellbar sind. Je nach Stellung der Leitschaufeln der Dralldrossel erhält der über den Saugstutzen angesaugte Luftstrom einen entsprechenden Drall, der den Luftstrom in Umfangsrichtung bzw. quer zur Achsrichtung des Ventilators verlaufen lässt. Dadurch wird bewirkt, dass sich in Abhängigkeit von der Stellung der Leitschaufeln der Dralldrossel die Kennlinie des Ventilators hebt oder senkt. Die Antriebsdrehzahl des Ventilators bleibt über die ganze Regelbreite konstant. Der Leistungsbedarf des Ventilators steigt oder fällt bei Änderung der Kennlinie entsprechend, wodurch im Teillastbetrieb einer Anlage erhebliche Energieeinsparungen möglich sind.
Diese vorgeschaltete Dralldrossel weist aber den Nachteil auf, dass sie in der Herstellung sehr kostenaufwendig ist und, abgesehen von dem Platzbedarf, für den Anbau bzw. den Einbau in eine Anlage noch zusätzliche Kosten entstehen. In der US-A 30 19 963 (Eck), Fig. 5, ist eine Anordnung dargestellt, wie sie später in dem Buch «Ventilatoren - Entwurf und Betrieb der Radial-, Axial- und Querstromventilatoren» von B. Eck, erschienen im Springer-Verlag Berlin - Heidelberg - N.Y. 1972 (5. Auflage), Seite 356, Abb. 353, als hydraulische Drallerteilung kurz beschrieben ist. Bei dieser hydraulischen Drallerteilung wird die Dralldrossel mit ihren Leitschaufeln durch eine Anordnung ersetzt, die vor dem Ventilatorgehäuse bzw. dem Saugstutzen angeordnet ist. An der Stelle des Saugstutzens befindet sich eine Ansaugleitung, die vor dem Ventilatorgehäuse liegt und in dieses mündet. Die Anordnung besteht aus einem die Ansaugleitung umgebenden Rohrstück, das mit dem Druckraum in Verbindung steht. Das Rohrstück weist als Verbindung zu der Ansaugleitung zwei sich gegenüberliegende Öffnungen auf, die durch verstellbare Klappen abgedeckt sind. Werden die die Öffnungen abdeckenden Klappen geöffnet, so kann Druckluft aus dem Druckraum des Ventilatorgehäuses über das die Ansaugleitung umgebende Rohrstück durch die geöffneten Öffnungen in die Ansaugleitung strömen. Dabei erzeugt die in die Ansaugleitung einströmende Luft einen Drall in dem angesaugten Luftstrom, der in Umfangsrichtung bzw. quer zur Achsrichtung des Ventilators verläuft.
Diese Ausführung der Drallerzeugung im durch den Ventilator angesaugten Luftstrom innerhalb der Ansaugleitung vermeidet zwar die Vorschaltung einer sehr kostenaufwendig herzustellenden Dralldrossel, verwendet aber ein die Ansaugleitung umgebendes Rohrstück, das dem Ventilatorgehäuse vorgeschaltet ist, in dem auf engstem Raum Klappen angeordnet sind, die so verstellt werden müssen, dass die zwischen dem Rohrstück und der Ansaugleitung angeordneten Offnungen abgedeckt oder geöffnet werden, was eine präzise Mechanik erfordert. Dies und der zusätzliche Raumbedarf für das die Ansaugleitung umgebende Rohrstück lässt eine sehr aufwendige Ausführung erkennen, die auf engstem Raum nicht einsetzbar ist. Aufwendige Konstruktion und grosser Platzbedarf in Achsrichtung haben letztendlich dazu geführt, dass dieser Konstruktionsvorschlag sich beim Bau von Ventilatoren nicht durchsetzen konnte.
Schliesslich ist in der DE-A 2530187 eine Drallregelung für Ventilatoren beschrieben, die zwar eine kurze Bauweise ermöglicht, indem die Öffnungen an dem Saugstutzen angebracht sind. Die Regelung der Luftzufuhr in den Druckraum erfolgt jedoch mit einer Schieberkonstruktion, durch die die Schlitze lediglich freigemacht oder abgedeckt werden können. Dadurch kann daher nur die Menge der eingespeisten Luft reguliert werden, nicht jedoch die Art der Luftzufuhr, was für die Erzeugung des gewünschten Dralles von besonderer Bedeutung ist.
Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine technisch gleichwertige Vorrichtung zur Drallerzeugung zu schaffen, die ohne zusätzlichen Platzbedarf in Achsrichtung eines Ventilators einfacher und wesentlich kostengünstiger herzustellen ist.
Diese Aufgabe wird durch Massnahmen der Ansprüche 1 und 2 gelöst.
Durch die einfacher und kostengünstiger herzustellende Vorrichtung nach der Erfindung erfährt der durch den Saugstutzen angesaugte Luftstrom einen Drall, wie bei der Dralldrossel, ohne eine solche vor das Ventilatorgehäuse einbauen zu müssen. Eine Verdickung einer evtl. vorgeschalteten Ansaugleitung, wie bei der Ausführung nach der US-A 30 19 963 bzw. dem Buch von B. Eck, durch das diese umgebende Rohrstück und die Anbringung der Mechanik zur Verstellung der Klappen über den Öffnungen zwischen dem Rohrstück und der Ansaugleitung auf engstem Raum entfällt ebenfalls. Eine Ausführung ohne vorgeschaltete Ansaugleitung und ohne das die Ansaugleitung umgebende Rohrstück sieht der Konstruktionsvorschlag von Eck bzw. die Ausführung der Fig. 5 in der US-A 3019963 (Eck) nicht vor. Deshalb eignet sich die Vorrichtung nach der Erfindung, die ohne eine vorgeschaltete Ansaugleitung auskommt, besonders bei beengten Platzverhältnissen, bei denen der Anbau bekannter Drallvorrichtungen überhaupt nicht möglich wäre. Die Vorrichtung nach der Erfindung kommt mit weniger und leichter herstellbaren Teilen aus, als dies bei einer Dralldrossel oder einer Anordnung zur hydraulischen Drallerteilung der Fall ist und kann in bestehende Anlagen auch nachträglich ohne zusätzlichen Platzbedarf eingebaut werden. Weitere Vorteile des Gegenstandes nach der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung aufgeführt.
Die Erfindung wird anhand von Beispielen beschrieben. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 einen Ventilator mit einer in Saugrichtung vorgeschalteten Dralldrossel in perspektivischer Sicht,
Fig. 2 einen Ventilator nach Fig. 1 mit einer vorgeschalteten Dralldrossel, von der Seite her gesehen und schematisch geschnitten dargestellt, so dass die Funktionsteile sichtbar sind,
Fig. 3 einen Ventilator mit einer Vorrichtung nach der Erfindung, in perspektivischer Darstellung,
Fig. 4 einen Ventilator nach Fig. 3, in der Darstellung nach Fig. 2,
Fig. 5 ein Schaufelrad mit Saugstutzen ohne Gehäuse mit einer Weiterbildung der Vorrichtung nach der Erfindung, in perspektivischer Darstellung,
Fig. 6 einen Ventilator mit einem Schaufelrad und einem Saugstutzen nach Fig. 5 und einem strichpunktiert gezeichneten Gehäuse, in der Darstellung nach Fig. 2,
Fig. 7 ein Schaufelrad mit Saugstutzen ohne Gehäuse mit einer anderen Weiterbildung der Vorrichtung nach der Erfindung, in perspektivischer Darstellung,
Fig. 8 einen Ventilator mit einem Schaufelrad und einem Saugstutzen sowie einem strichpunktiert gezeichneten Gehäuse, in der Darstellung nach Fig. 2.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Radialventilator bezeichnet, an dessen Ansaugfläche 7' (Fig. 2) im Saugstutzen 6 eine bekannte Dralldrossel 8 angeordnet ist, mit verstellbaren Leitschaufeln 10, die an den Stellen 9 gelagert sind. Anschliessend an die Dralldrossel 8 ist eine je nach Anlage längere oder kürzere Rohrleitung 11 zum Ansaugen des Luftstromes montiert. Innerhalb des Ventilatorgehäu- . ses 2 ist auf einer Welle 4 (Fig. 2) das Schaufelrad 3 des Ventilators 1 befestigt. Der Antrieb des Ventilators 1, der über die Welle 4 erfolgt, ist nicht dargestellt. In dem Gehäuse 2 des Ventilators 1 befindet sich der Druckraum 5. Der Druckraum 5 ist durch einen Saugstutzen 6, der sich in Richtung des Schaufelrades verjüngt, gegenüber der Ansaugfläche 7' (Fig. 2) abgedichtet. Der Saugstutzen 6 selbst ist mit dem Gehäuse 2 fest verbunden.
Fig. 2 zeigt die bisher beschriebene Anordnung nach Fig. 1, von der Seite her gesehen und schematisch geschnitten dargestellt, so dass die Funktionsteile sichtbar sind. In Fig. 2 ist der Antrieb des Ventilators 1 über die Welle 4 nicht dargestellt. Die Leitschaufeln 1 der Dralldrossel 8 sind in der geöffneten Stellung dargestellt und liegen in dieser Stellung etwa parallel zur Strömungsrichtung des durch die Rohrleitung 11 angesaugten Luftstromes. Lenkt man die Leitschaufeln 10 aus dieser Stellung aus, so entsteht hinter der Dralldrossel ein Drall in dem angesaugten Luftstrom, d.h. durch den Drall entsteht eine Strömung, die quer zur Achsrichtung verläuft und die bewirkt, dass die Kennlinie des Ventilators 1 gehoben oder gesenkt wird, wobei die Drehzahl des Antriebes während der Anhebung oder der Senkung der Kennlinie des Ventilators 1 konstant bleibt. Der Leistungsbedarf des Ventilators 1 steigt oder fällt bei Anhebung oder Senkung der Kennlinie entsprechend, wodurch im Teillastbetrieb einer Anlage erhebliche Energieeinsparungen möglich sind. Bei einer Wirtschaftlichkeitsrechnung stellt sich für die Dralldrossel als besonders nachteilig heraus, dass sie auch schon im voll geöffneten Zustand Verluste verursacht und der Antriebsmotor mehr Leistung aufnimmt, verglichen mit einem Ventilator ohne Dralldrossel. Darüber hinaus erfordert die Mehrzahl der bekannt gewordenen Dralldrosselkonstruktionen spürbaren axialen Bauraum. Wie Fig. 2 beispielsweise ganz deutlich zeigt, benötigt diese Dralldrossel einen erheblichen Platzbedarf, so dass bei engen Platzverhältnissen beim Einbau in eine Anlage die Verwendung einer Dralldrossel 8 überhaupt nicht möglich ist.
Fig. 3 zeigt einen Ventilator 1 mit einer Vorrichtung nach der Erfindung. In dem perspektivisch dargestellten Ventilator 1 ist das Gehäuse mit 2, das Schaufelrad mit 3, die Welle mit 4, der Druckraum mit 5 und der Saugstutzen, der den Druckraum 5 gegenüber der Ansaugfläche 7' (Fig. 4) abschliesst, mit 6 bezeichnet. In dem mit dem Gehäuse 2 fest verbundenen Saugstutzen 6 sind ein oder mehrere Öffnungen 12 angebracht, die eine Verbindung zwischen dem Druckraum 5 und dem Saugraum 7 hinter dem Saugstutzen 6 herstellen. Diese Öffnungen 12 sind in dem Beispiel nach Fig. 3 mit Klappen 13 versehen, die über ein Gelenk 13' an dem Saugstutzen 6 befestigt sind und sich in Richtung des Druckraumes 5 über ein nicht dargestelltes Gestänge öffnen und schliessen lassen, d.h. die Grösse der Öffnungen 12 von der Stellung «ganz abgedeckt» bis zu der Stellung «ganz geöffnet» variieren.
Wie aus Fig. 4 hervorgeht, die eine Seitenansicht der Anordnung nach Fig. 3 darstellt, ragt die Klappe 13 (nur eine ist sichtbar) in geöffneter Stellung in den Druckraum 5 hinein. Sie wirkt auf zweifache Weise, zum einen entsteht beim Inbetriebsetzen des Ventilators 1 in dem Druckraum 5 ein Druck, der bei geöffneter Klappe 13 durch die Öffnungen 12 im Saugstutzen 6 direkt zwischen dem Schaufelrad 3 und der Ansaugfläche 7', also im Saugraum 7, auf den angesaugten Luftstrom einwirkt. Es entsteht dadurch in dem angesaugten Luftstrom, unmittelbar vor Eintritt in den Druckraum 5 über das Schaufelrad, ein Drall, der die Strömung des angesaugten Luftstromes - wie bei einer Dralldrossel 8 (Fig. 1 und 2) - quer zur Achsrichtung verlaufen lässt und je nach Stellung der Klappen 13 über den Öffnungen 12 im Saugstutzen 6 die Kennlinie des Ventilators 1 entsprechend beeinflusst. Der Effekt der Drallerteilung wird andererseits noch unterstützt durch die Form der Klappe 13. Im Druckraum 5 herrscht nämlich eine dem Schaufelraddrehsinn gleichgerichtete, kreisförmige Luftbewegung. Durch das in Fig. 3 gezeigte, gegen den Luftstrom gerichtete Blatt der Klappe 13 wird die Bewegungsenergie des rotierenden Luftstromes dazu ausgenutzt, der angesaugten Luft im gleichen Drehsinne einen Impuls, nämlich den zur Regelung notwendigen Drall, zu erteilen. Die zu den Achsen der Klappen 13 etwa parallel verlaufenden Vorderkanten der Blätter der Klappen 13 tauchen beim Öffnen der Öffnungen 12 in das Innere des Druckraumes 5 ein und liegen, im Drehsinn (Pfeil) des Schaufelrades 3 gesehen, vor den Achsen der Klappen 13. Auf gleiche Art und Weise wird ein positiver Effekt erzielt, wenn, wie zu den Fig. 5 und 6 noch beschrieben wird, die Blätter der Klappen 14 beim Öffnen der Öffnungen 12 in den Saugraum 7 hineinragen. - In dem Druckraum 5 oder innerhalb des Saugstutzens 6 ist genügend Platz vorhanden, um die Mechanik zur Verstellung der Klappen 13 anzuordnen. Damit kann mit einfachen mechanischen Mitteln derselbe Effekt erreicht werden, wie beim Betrieb eines Ventilators 1 mit einer Dralldrossel 8, wie in Fig. 1 und 2 dargestellt und beschrieben. Der Wirkungsgrad des Ventilators 1 mit der erfindungsgemässen Vorrichtung, wie in Fig. 3 und 4 dargestellt, ist bei geschlossenen Öffnungen 12 im Saugstutzen 6 mit dem Wirkungsgrad eines Ventilators 1 ohne Dralldrossel 8 identisch und entspricht bei Tätigwerden der Regeleinrichtung, d.h. Klappe 13 in verschiedenen geöffneten Stellungen, dem Wirkungsgrad unter Verwendung einer Dralldrossel 8.
Die Fig. 5 bis 8 zeigen Weiterbildungen der Vorrichtung nach der Erfindung. Fig. 5 zeigt ein Schaufelrad mit Saugstutzen ohne Gehäuse in perspektivischer Darstellung. Die Bezugszeichen sind für die gleichen Teile dieselben wie in den Fig. 3 und 4. Die Öffnungen 12 im Saugstutzen 6 sind bei dieser Ausführung einer Weiterbildung nach der Erfindung mit einer Klappe 14 versehen, die an der Innenseite des Saugstutzens 6, also im Saugraum 7, über ein Gelenk 14 beweglich angeordnet, so dass die Öffnungen 12 mit den Klappen 14 ganz verschlossen oder mit beliebigen Zwischenstellungen die Klappen 14 so bewegt werden, dass die Flächen der Öffnungen 12 vollkommen geöffnet sind. Dabei wird, wie zu den Fig. 3 und 4 beschrieben, auf gleiche Art und Weise ein positiver Effekt erzielt, wenn die Blätter der Klappen 14 beim Öffnen der Öffnungen 12 in den Saugraum 7 hineinragen. Dabei tauchen die zu den Achsen der Klappen 14 etwa parallel verlaufenden Vorderkanten der Blätter der Klappen 14 beim Öffnen der Öffnungen 12 in das Innere des Saugraumes 7 ein und liegen, im Drehsinn des Schaufelrades 3 gesehen, hinter den Achsen der Klappen 14. In dem Raum hinter dem Saugstutzen 6 bzw. im Saugraum 7 ist genügend Platz vorhanden, um die nicht dargestellte Mechanik zur Verstellung der Klappen 14 von einer vollkommen geschlossenen Stellung in verschiedene Zwischenstellungen bis zur vollkommenen Offenstellung problemlos unterzubringen.
Fig. 6 zeigt eine Ausführung eines Ventilators 1 nach Fig. 5, von der Seite her gesehen und schematisch geschnitten gezeichnet, so dass die Funktionsteile gut zu erkennen sind. Die Wirkungen bei geschlossenen oder geöffneten Klappen 14 über den Öffnungen 12 sind dieselben, wie ausführlich in den Fig. 3 und 4 beschrieben.
Fig. 7 zeigt ein Schaufelrad mit einem Saugstutzen 6 ohne Gehäuse in perspektivischer Darstellung. Für die gleichen Teile, wie bisher beschrieben, wurden dieselben Bezugszeichen verwendet. Das in Fig. 7 und 8 dargestellte weitere Ausführungsbeispiel zeigt zur Öffnung oder Schliessung der Öffnungen 12 Schieber 15, die in entsprechend angeordneten Führungsbahnen 16 und 17 gleiten können, von denen in der Darstellung aber nur ein Schieber 15 zu sehen ist. Diese Führungsbahnen 16 und 17, wie in den Fig. 7 und 8 dargestellt, können sowohl auf dem Saugstutzen 6 innerhalb des Druckraumes 5, als auch auf der Innenseite des Saugstutzens 6 im Saugraum 7 angeordnet sein. Die Schieber 15 sind durch ein nicht dargestelltes Gestänge von der vollkommen geschlossenen Stellung der Öffnungen 12 über Zwischenstellungen bis zu der vollkommen geöffneten Fläche der Öffnungen 12 verstellbar. Ausser dem dargestellten Beispiel, bei dem nur ein Schieber 15 zu sehen ist, können über den Umfang des Saugstutzens 6 verteilt auch mehrere Schieber 15 mit entsprechenden Führungen 16 und 17 angeordnet sein. Im Druckraum 5 oder im Saugraum 7 hinter dem Saugstutzen 6 ist genügend Platz vorhanden, um die nicht dargestellte Mechanik zum Verstellen der Schieber 15 unterzubringen.
Fig. 8 zeigt das erfindungsgemässe Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 von der Seite her gesehen und schematisch geschnitten dargestellt, so dass die Funktionsteile gut zu sehen sind. Ausser dem einen dargestellten Schieber 15 mit entsprechenden Führungsbahnen 16 und 17, können, wie bereits erwähnt, über den Umfang des Saugstutzens 6 verteilt, sowohl im Druckraum 5 als auch im Saugraum 7 hinter dem Saugstutzen 6 zwei oder mehrere Schieber 15 mit entsprechenden Führungsbahnen 16 und 17 oder anderen Anordnungen angeordnet sein. Es ist auch denkbar an den Schiebern 15, senkrecht zur Fläche der Schieber 15, Ansätze anzubringen, deren Flächen wie die Blätter der Klappen 13 und 14 (Fig. 3 bis 6) als Schöpfkellen in dem Luftstrom wirken.

Claims

1. Vorrichtung an Ventilatoren (1) für lufttechnische Anlagen mit innerhalb des Ventilatorgehäuses (2) integriertem Saugstutzen (6), insbesondere an Radialventilatoren, zur Regelung des Luftvolumenstromes des Ventilators, wobei an der Ansaugung, in der den Saugraum (7) vom Druckraum (5) abgrenzenden Wandung eine oder mehrere Öffnungen (12) angeordnet sind, deren Querschnittsfläche durch an den Öffnungen angebrachte Klappen (13, 14) variierbar ist, und wobei die Klappen über Gestänge verstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (12) an dem Saugstutzen (6) angeordnet sind, wobei der Saugstutzen (6) die alleinige Gehäusewandung zwischen Saugraum (7) und Druckraum (5) bildet, dass die Klappen (13) und das diese verstellende Gestänge im Druckraum (5) innerhalb des Gehäuses (2) angeordnet sind und dass die zu den Achsen der Klappen (13) etwa parallel verlaufenden Vorderkanten der Blätter der Klappen (13) beim Öffnen der Öffnungen (12) in das Innere des Druckraumes (5) eintauchen und, im Drehsinn (Pfeil) des Schaufelrades (3) gesehen, vor den Achsen der Klappen (13) liegen.

2. Vorrichtung an Ventilatoren (1 ) für Lufttechnische Anlagen mit innerhalb des Ventilatorgehäuses (2) integriertem Saugstutzen (6), insbesondere an Radialventilatoren, zur Regelung des Luftvolumenstromes des Ventilators, wobei an der Ansaugung, in der den Saugraum (7) vom Druckraum (5) abgrenzenden Wandung eine oder mehrere Öffnungen (12) angeordnet sind, deren Querschnittsfläche durch an den Öffnungen angebrachte Klappen (13, 14) variierbar ist, und wobei die Klappen über Gestänge verstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (12) an dem Saugstutzen (6) angeordnet sind, wobei der Saugstutzen (6) die alleinige Gehäusewandung zwischen Saugraum (7) und Druckraum (5) bildet, dass die Klappen (14) und das diese verstellende Gestänge ausserhalb des Druckraumes (5) hinter dem Saugstutzen (6) im Saugraum (7) angeordnet sind und dass die zu den Achsen der Klappen (14) etwa parallel verlaufenden Vorderkanten der Klappen (14) beim Öffnen der Öffnungen (12) in das Innere des Saugraumes (7) eintauchen und, im Drehsinn des Schaufelrades (3) gesehen, hinter den Achsen der Klappen (14) liegen.