EP1961967A1 - Radial-Lüfterrad und damit ausgestattetes Radialgebläse - Google Patents
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- EP1961967A1 EP1961967A1 EP07003876A EP07003876A EP1961967A1 EP 1961967 A1 EP1961967 A1 EP 1961967A1 EP 07003876 A EP07003876 A EP 07003876A EP 07003876 A EP07003876 A EP 07003876A EP 1961967 A1 EP1961967 A1 EP 1961967A1
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- EP
- European Patent Office
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- fan
- blades
- fan wheel
- support member
- wheel according
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-
- 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
- F04D29/28—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps
- F04D29/289—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps having provision against erosion or for dust-separation
Definitions
- the invention relates to an axial impinged radial impeller according to the preamble of patent claim 1.
- Such fan wheels are for example from the documents EP 0615069 A1 .
- Such a fan wheel has on the side facing away from the carrier part an inlet section for the fluid and a blade arrangement in the form of a blade ring, between the individual blades radial channels are defined, through which the fluid radially deflected from the axial direction flow to the outside and there from the impeller can escape.
- the impeller is usually installed in a blower housing with such a fit that it is surrounded by an annular channel with an outlet.
- the fluids or fluids to be delivered by such radial fans are loaded with substances, for example with liquid or solid particles, such as water or fat droplets or dust particles.
- substances for example with liquid or solid particles, such as water or fat droplets or dust particles.
- filters can always be upstream or downstream. But these filters have the disadvantage that they must be maintained consuming to keep the pressure drop in the flow within tolerable limits.
- the fan wheels is transferred the task of effectively segregating these particles as they flow through the fan before exiting the fan.
- the invention is therefore based on the object, a radial impeller of the type described above in such a way that it has a particularly good deposition efficiency for such fluids or fluids that have a particularly high particle load.
- the blades of the fan-blade assembly are set to the normal plane of the rotation axis at such an angle or inclined that contained in the fluid to be conveyed particles under the influence of centrifugal and Coriolis with a force directed towards the carrier part force component can be acted upon.
- the particles contained in the fluid during flow through the fan or the trained between the Lüferradschaufeln flow channels are urged directly into the area near the support member, so that they at the radially outer end of the support member, ie when leaving the fan, on the separation annular gap can be separated from the fluid flow. It has been shown in experiments that with extremely highly particle-loaded fluids separation efficiencies can be achieved, which are far above those which could be realized with conventional constructions.
- the impeller according to the invention operates quieter and with a higher fluidic efficiency, as the equipped with additional fins fan wheels, and not to local particle accumulation tends, which can be hearbitch the maintenance.
- the fan according to the invention is also suitable for the cleaning of fluids that are loaded with a mix of liquid and solid particles.
- the blades of the blade assembly form a blade ring with radially inward flow inlet edges and radially outer flow outlet edges, wherein the flow inlet edges and flow outlet edges each having a pitch circle associated, there is a rotationally symmetrical structure of the fan, whereby the manufacturing cost can be reduced ,
- flow inlet edges extend from a hub portion of the carrier part axially away from the latter to a blade edge extending essentially parallel to the carrier part, a flow channel which is favorable for the fluid flow and has a substantially constant height in the radial direction results, a particularly compact form of the fan, which can be installed with little effort in a fan housing.
- Straight or non-curved blades have advantages in terms of ease of maintenance in certain particle sizes and / or distributions, since they counteract the tendency to particle deposits.
- a particularly high degree of fluid-mechanical efficiency of the fan wheel results if the blades are curved in a convex manner in the direction of rotation of the fan wheel.
- the impeller may additionally be modified to the effect that each impeller blade receives on its working or pressure side at least a strip-like projection which is employed to the flow direction in the flow channel between the blades such that the flow is axially deflectable at least in printing side proximity to the support member, wherein the strip-like projection terminates at a predetermined and small axial distance from the carrier part.
- the strip-like projection terminates at a predetermined and small axial distance from the carrier part.
- the support member may radially within the Lüfterradschaufeln also carry a further blade ring with the carrier part projecting additional blades, wherein the axial extent of the additional blades is preferably less than that of the fan blades. With this measure, particularly large particles can be deposited effectively.
- the carrier part is formed by a plate, the construction of the fan wheel and thus of the radial fan is further simplified, with the particular advantage that the carrier part in operation does not tend to particle accumulations on its top.
- the stability of the fan can be raised, with the result that the support member and / or the hub are made easier and a compound of the fan blades can be omitted with the hub.
- the deposition effect can be optimized.
- the reference numeral 10 generally denotes an axially impinged radial impeller, which serves for conveying a fluid or fluid, in particular a laden with solid or liquid particles fluid.
- the fan 10 should be able to largely separate the particles, such as dust particles, water particles, snowflakes, fat particles and the like., When flowing through the fan.
- the specific field of application of the fan wheel is in the filtering function of fluids that have an extremely high proportion of entrained particles.
- the fan 10 has a rotation axis 12, which - as can be seen from the FIGS. 1 and 2 recognizes - when mounting in a fan 14, for example, vertically aligned.
- the orientation of the axis 12 is arbitrary.
- a designated 16 hub rotatably seated on a drive shaft 13 with the axis 12 and it carries a blade support member 18 which extends substantially perpendicular to the axis of rotation 12.
- the carrier part 18, in turn, carries a blade arrangement with a large number of fan wheel blades 20 arranged in the manner of a wreath at a circumferential distance from each other and, as a rule, identically designed.
- the fan blades 20 are - as is apparent from the illustrations of Figures 3 and 4 results, to which extent already taken so far - to an axis of rotation 12 containing axial plane 22, such as the plane of the FIG. 2 at a certain angle DELTA, so that they produce a radially outward flow when turning the fan 10 with the direction of rotation V.
- the angle DELTA can also be NULL.
- the fan blades - as is apparent from the FIG. 2A results - not aligned parallel to the axis of rotation 12, but they are to the normal plane 15, which coincides in the embodiment shown with the plane of the support member 18, at an angle WS ⁇ 90 °, ie adjusted so that contained in the fluid to be conveyed under the influence of the dynamic forces, including the centrifugal and the Coriolis forces, are acted upon by a force component directed towards the carrier part.
- FIG. 1 the Figures 1 to 2A are the fan blades 20 straight, resulting from the FIG. 1 results.
- the blade shape can be modified as desired can to improve the fluid dynamics of the fan and / or the later to be described particle deposition.
- the Lüfterradschaufeln 20 each have a radially inner leading edge 24 and a radially outer trailing edge 26. Between the fan blades 20 are substantially radially outwardly directed flow channels 28 defined, so that an axial inlet flow - indicated by the arrow SE - with rotating fan 10th radially outward into an outlet flow SA with radial and directed in the circumferential direction velocity component is deflected.
- leading edges 24 and flow outlet edges 26 each have a pitch circle 24a or 26a associated therewith.
- the flow entry edges 24 extend from a portion of the support member 18 proximate to the hub 16 and extend axially therefrom to a blade edge 29 substantially parallel to the support member 18 (see FIGS FIG. 1 ).
- the shape of the Lüfterradschaufeln 20 can - depending on the fan design - vary within wide limits. If the fan blades 20 - as in FIG. 2 shown - wear a dimensionally stable washer 21, the construction of the fan is stiffer, so that it is sufficient to attach the fan blades on the support member 18, such as welding. The leading edge 24 of the fan blades can then be arranged substantially parallel to the axis of rotation. On the other hand, the cantilevered shape of the blades after FIG. 1 the advantage that no particles accumulate in the fan.
- the fan 10 is installed in the housing 14 of the radial fan so that it is below an axial inlet funnel or inlet nozzle 30, which is in alignment with the axis of rotation 12 of the fan 10 comes. Radially from the outside, the impeller 10 is enclosed by an annular channel 32, which has an outlet 34 for the fluid largely freed from the particles.
- the annular channel 32 has a bottom surface 36 which closely conforms to the radially outer blade edges 26 while maintaining a small gap 37.
- the fan wheel 10 may also be provided with a bottom-side recess (not shown) into which the bottom surface 36 of the annular channel 32 engages with a fit.
- the bottom surface 36 of the annular channel 32 to a support member 18 nearest edge 38 of the fan blades 20 axially spaced by a predetermined gap MS.
- the bottom surface 36 of the annular channel 32 defines a radial or annular gap 40 for discharging particles deposited from the fluid, such as dust, water, oil or grease particles.
- the annular gap 40 is surrounded by a further annular chamber 42 for collecting and discharging the particles separated from the fluid.
- the highly particulate laden fluid preferably gaseous fluid, such as air
- gaseous fluid such as air
- the particles contained in this ströungs slaughter reach via the annular gap 40 in the annular chamber 42, which is preferably designed so that no excessive back pressure is built up therein.
- the main flow leaving the fan 10 above the annular gap 40 is cleaned to a correspondingly high percentage.
- the adjustability of the measure MS can be influenced by the degree of separation efficiency as a function of the composition of the fluid to be cleaned.
- each fan blade 20 on its working or pressure side 46 carry at least one strip-like projection 48 to the flow direction in the flow channel 28 between the blades 20th is set so that the flow is axially deflected at least in printing side proximity axially on the support member 18 and which ends at a predetermined axial distance, which is preferably not greater than the dimension MS to the support member 18.
- each Lüfterradschaufel 20 two substantially mutually parallel projections 48a, 48b are provided, which in a substantially same axial distance MS - see FIG. 2 - End to the support member 18.
- the strip-like projections 48 preferably have a low height HLV FIG. 2A - which can be in the millimeter range, so that the flow losses do not increase. But it can also be up to 50% of the axial extent H of the fan blades 20.
- the inclination angle WN under which the projections 48 are made to the blade surface 46, set to an angle which is smaller than 90 °.
- this angle WN can be kept variable, for example, be much smaller than 90 °, the angle of attack or the surface design (also an arch shape is possible) of the projections 48 is determined empirically depending on the nature and consistency of the particles to be filtered out of the fluid.
- the projections 48 are guided in the embodiment shown to the flow-leading edge 24 of the fan blades 20, but they can also end before the edge 24.
- the fan 110 after FIG. 3 has in the direction of rotation V convex curved Lüfterradschaufeln 120, which are employed in the direction of rotation V.
- the fan blades 120 may be provided with - not shown - strip-like projections 148.
- additional blades 144 may be attached, wherein the axial extent of the additional blades is less than that of the fan blades 120.
- the additional blades 144 are in the embodiment according to FIG. 3 is made against the direction of rotation V, which makes it possible to even out the wear of the fan blades 120 and possibly attached thereto projections 148.
- auxiliary blades 144 are circumferentially offset to the fan blades 120 in such a way that the particles deflected by the auxiliary blades 144 do not strike the leading edges 124 of the fan blades 120 under the influence of fluidics and other dynamic forces .
- the auxiliary blades 144 may also overlap in the radial direction with the fan blades 120.
- the additional blades 244 in the direction of rotation V of the fan 10 so employed that contained in the fluid to be conveyed particles under the action of the impulse force, the centrifugal force and the Coriolis force with a directed to the support member 18 towards force component can be acted upon, ie be deflected towards the annular gap 40 out ,
- the fluid flowing in at 30 can be efficiently cleaned during the passage of the radial fan of very coarse or heavy solid or liquid particles.
- the additional blades can also be substantially vertical on the normal plane to the rotation axis 212 or on the plane of the support part 218.
- the angle of attack WS of the fan blades 20, 120, 220 with respect to the normal plane 15 can be varied in the radial direction relative to the axis of rotation 12, so that a kind of propeller shape results for the blades.
- the additional blades 144, 244 as well as the Lüfterradschaufeln 120, 220 are designed convex. But they can also be straight or concave or S-shaped.
- the strip-like projections 48a, 48b may also or obtain another shape, for example, be guided arcuately.
- the invention thus provides an axial impinged radial impeller for a radial fan which serves to convey and concurrently purify fluid having high concentrations of liquid and / or solid particles. It has a driven support part which extends substantially perpendicular to a rotation axis and carries a blade arrangement, with which a substantially axially directed inlet flow can be deflected radially outwards.
- the blades of the blade assembly are adjusted to the normal plane of the axis of rotation at such an angle WS that the particles contained in the fluid to be delivered can be acted upon by flowing through the fan with a force component directed towards the support member, so that sets a much higher particle concentration near the support member.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein axial angeströmtes Radial-Lüfterrad gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
- Derartige Lüfterräder sind beispielsweise aus den Dokumenten
EP 0615069 A1 ,EP 1530682 B1 oderDE 10315341 B4 bekannt. - Ein solches Lüfterrad hat auf der dem Trägerteil abgewandten Seite einen Eintrittsabschnitt für das Fluid und eine Schaufelanordnung in Form eines Schaufelkranzes, wobei zwischen den einzelnen Schaufeln Radialkanäle definiert werden, durch die das aus der axialen Richtung radial umgelenkte Fluid nach außen strömen und dort aus dem Laufrad austreten kann. In entsprechend ausgestatteten Radialgebläsen wird das Laufrad in der Regel in ein Gebläsegehäuse derart mit Passung eingebaut, dass es von einem Ringkanal mit einem Auslass umgeben ist.
- Häufig sind die von derartigen Radialgebläsen zu fördernden Strömungsmittel bzw. Fluide mit Stoffen, beispielsweise mit flüssigen oder festen Partikeln, wie Wasser- oder Fetttröpfchen oder Staubpartikel, beladen. Um diese Partikel aus der Fluidströmung abzuscheiden, können grundsätzlich Filter vor- oder nachgeschaltet werden. Diese Filter haben aber den Nachteil, dass sie aufwendig gewartet werden müssen, um den Druckabfall in der Strömung in erträglichen Grenzen zu halten. Damit der Aufwand beim Abscheiden der Partikel klein und dennoch der Abscheide- und Förderwirkungsgrad auf hohem Niveau gehalten werden kann, wird den Lüfterrädern die Aufgabe übertragen, diese Partikel bereits beim Durchströmen des Lüfterrads vor dem Austreten aus dem Gebläse wirksam abzuscheiden.
- Zu diesem Zweck sind gemäß
EP 0615069 A1 zwischen den Lüfterradschaufeln und in der Regel nahe des Trägerteils des Lüfterrads Leitbleche vorgesehen, mit denen nahe des Trägerteils eine radial nach außen gerichtete Gasströmung erzeugt werden soll. Radial außerhalb des Trägerteils und benachbart zu dem Ringkanal, in dem das gereinigte Fluid strömt, ist ein radial offener Ringspalt mit kleiner axialer Weite ausgebildet, durch den möglichst viele Partikel in eine weitere Ringkammer abgegeben werden können. - Gemäß
EP 1530682 B1 bzw.DE 10315341 B4 sind zur Erzielung einer verbesserten Abscheidewirkung auf der Arbeitsseite bzw. Druckseite der Lüfterradschaufeln Erhöhungen bzw. Vorsprünge angeordnet, die sich im Wesentlichen diagonal von der Einströmkante der Schaufeln Richtung Austrittskante erstrecken. - Diese bekannten Lüfterräder sind allerdings nicht in der Lage, einen hohen Abscheidungsgrad von Partikeln dann zu erzielen, wenn das zu fördernde und gleichzeitig zu reinigende Strömungsmittel mit großen Partikelmengen belastet ist. In diesem Fall lässt sich der Abscheidungsgrad nicht über einen bestimmten kleinen Prozentsatz anheben.
- Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Radial-Lüfterrad der eingangs beschriebenen Art in der Weise weiterzubilden, dass es einen besonders guten Abscheidungswirkungsgrad für solche Fluide bzw. Strömungsmittel aufweist, die eine besonders hohe Partikelbelastung haben.
- Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
- Erfindungsgemäß werden die Schaufeln der Lüfterrad-Schaufelanordnung zur Normalebene der Drehachse unter einem solchen Anstellwinkel angestellt bzw. schräg gestellt, dass in dem zu fördernden Fluid enthaltene Partikel unter dem Einfluss der Zentrifugal- und der Corioliskraft mit einer zum Trägerteil hin gerichteten Kraftkomponente beaufschlagbar sind. Damit werden die im Fluid enthaltenen Partikel während des Durchströmens des Lüfterrads bzw. der zwischen den Lüferradschaufeln ausgebildeten Strömungskanäle direkt in den Bereich nahe des Trägerteils gedrängt, so dass sie am radial äußeren Ende des Trägerteils, also beim Verlassen des Lüfterrads, über den Abscheide-Ringspalt von der Fluidströmung abgeschieden werden können. Es hat sich in Versuchen gezeigt, dass bei extrem hoch mit Partikeln belasteten Strömungsmitteln Abscheidewirkungsgrade erzielbar sind, die weit über denjenigen liegen, welche mit herkömmlichen Konstruktionen realisiert werden konnten.
- Dabei ergibt sich der zusätzliche Vorteil, dass das erfindungsgemäße Lüfterrad leiser und mit einem höheren strömungsmechanischen Wirkungsgrad arbeitet, als die mit zusätzlichen Leitflächen ausgestatteten Lüfterräder, und nicht zu örtlichen Partikelansammlungen neigt, wodurch sich der Wartungsaufwand hearbsetzen lässt. Auf diese Weise eignet sich das erfindungsgemäße Lüfterrad auch für das Reinigen von Strömungsmitteln, die mit einem Mix aus flüssigen und festen Partikeln beladen sind.
- Wenn die Schaufeln der Schaufelanordnung einen Schaufelkranz mit radial innenliegenden Strömungs-Eintrittskanten und radial außenliegenden Strömungs-Austrittskanten bilden, wobei den Strömungs-Eintrittskanten und Strömungs-Austrittskanten jeweils ein Teilkreis zugeordnet ist, ergibt sich ein rotationssymmetrischer Aufbau des Lüfterrads, wodurch die Herstellungskosten gesenkt werden können.
- Wenn sich die Strömungs-Eintrittskanten von einem Nabenabschnitt des Trägerteils ausgehend von diesem axial weg bis zu einer zum Trägerteil im Wesentlichen parallel verlaufenden Schaufelkante erstrecken, ergibt sich - neben einem für die Fluidströmung günstigen Strömungskanal, der in radialer Richtung eine im Wesentlichen gleichbleibende Höhe hat - eine besonders kompakte Form des Lüfterrads, das mit geringem Aufwand in ein Gebläsegehäuse eingebaut werden kann.
- Gerade bzw. nicht gekrümmte Schaufeln haben bei bestimmten Partikelgrößen und/oder -verteilungen Vorteile hinsichtlich der Wartungsfreundlichkeit, da sie der Tendenz zu Partikelablagerungen entgegen wirken. Ein besonders hoher strömungsmechanischer Wirkungsgrad des Lüfterrads ergibt sich allerdings dann, wenn die Schaufeln in Drehrichtung des Lüfterrads konvex gekrümmt sind.
- Das Lüfterrad kann zusätzlich dahingehend modifiziert werden, dass jede Lüfterradschaufel auf ihrer Arbeits- bzw. Druckseite zumindest einen leistenartigen Vorsprung erhält, der zur Strömungsrichtung im Strömungskanal zwischen den Schaufeln derart angestellt ist, dass die Strömung zumindest in Druckseitennähe axial auf das Trägerteil zu ablenkbar ist, wobei der leistenartige Vorsprung in vorbestimmtem und kleinem axialen Abstand zum Trägerteil endet. Mit diesen Vorsprüngen lassen sich kleine flüssige Partikel wirksam abscheiden. Aufgrund der erfindungsgemäßen Gestaltung und Anstellung der Lüfterradschaufeln kann die Höhe der Vorsprünge allerdings wesentlich kleiner als herkömmlich gehalten werden, beispielsweise im mm-Bereich, was zu geringerer Geräuschentwicklung und zu einem besseren Wirkungsgrad führt.
- Das Trägerteil kann radial innerhalb der Lüfterradschaufeln auch einen weiteren Schaufelkranz mit vom Trägerteil vorstehenden Zusatzschaufeln tragen, wobei die axiale Erstreckung der Zusatzschaufeln vorzugsweise geringer ist als die der Lüfterradschaufeln. Mit dieser Maßnahme können besonders große Partikel wirksam abgeschieden werden.
- Durch Variation der Anstellung dieser Zusatzschaufeln bezüglich des Trägerteils bzw. der Normalebene zur Drehachse, kann der besonderen jeweils vorliegenden Zusammensetzung und Art der Partikel Rechnung getragen werden.
- Wenn das Trägerteil von einer Platte gebildet ist, wird die Konstruktion des Lüfterrads und damit des Radialgebläses weiter vereinfacht, mit dem besonderen Vorteil, dass das Trägerteil im Betrieb nicht zu Partikelansammlungen auf seiner Oberseite neigt.
- Wenn die Lüfterradschaufeln auf der dem Trägerteil abgewandeten Seite einen Ring tragen und mit diesem fest verbunden, beispielsweise verschweißt sind, kann die Stabilität des Lüfterrads angehoben werden, mit der Folge, dass das Trägerteil und/oder die Nabe leichter ausgeführt werden und eine Verbindung der Lüfterradschaufeln mit der Nabe entfallen kann.
- Wenn der Anstellwinkel der Lüfterradschaufeln bezüglich der Normalebene zur Drehachse in radialer Richtung variiert, kann der Abscheideeffekt optimiert werden.
- Ein erfindungsgemäßes Radialgebläse, das mit einem erfindungsgemäßen Lüfterrad ausgestattet ist, ist Gegenstand des Ansprüche 18 bis 20.
- Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der übrigen Unteransprüche.
- Nachstehend werden anhand schematischer Zeichnungen Ausführungsformen der Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
-
Figur 1 eine schematische und teilweise aufgeschnittene Perspektiv-Ansicht eines Radialgebläses; -
Figur 2 eine schematische Schnittansicht des Radialgebläses derFigur 1 ; -
Figur 2A , in etwas vergrößertem Maßstab eine Ansicht des Schnitts entlang IIA-IIA inFigur 2 ; -
Figur 3 eine Draufsicht auf ein modifiziertes Lüfterrad; und -
Figur 4 eine derFigur 3 entsprechende Ansicht einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Lüfterrads. - In den
Figuren 1 bis 3 , die ein mit einem erfindungsgemäßen Lüfterrad ausgestattetes Radialgebläse zeigen, ist mit dem Bezugszeichen 10 allgemein ein axial angeströmtes Radial-Lüfterrad bezeichnet, das zum Fördern eines Strömungsmittels bzw. Fluids, insbesondere eines mit festen oder flüssigen Partikeln beladenen Strömungsmittels, dient. Das Lüfterrad 10 soll dabei in der Lage sein, die Partikel, wie z.B. Staubpartikel, Wasserpartikel, Schneeflocken, Fettpartikel und dgl., beim Durchströmen des Lüfterrads weitgehend abzuscheiden. Das spezifische Anwendungsgebiet des Lüfterrads liegt in der Filterfunktion von Strömungsmitteln, die einen extrem hohen Anteil an mitgeführten Partikeln haben. - Das Lüfterrad 10 hat eine Drehachse 12, die - wie man anhand der
Figuren 1 und2 erkennt - bei der Montage in einem Lüfterradgehäuse 14 z.B. vertikal ausgerichtet ist. Die Orientierung der Achse 12 ist allerdings beliebig. - Eine mit 16 bezeichnete Nabe sitzt drehfest auf einer Antriebswelle 13 mit der Achse 12 und sie trägt ein Schaufel-Trägerteil 18, das sich im Wesentlichen senkrecht zur Drehachse 12 erstreckt. Das Trägerteil 18 trägt seinerseits eine Schaufelanordnung mit einer Vielzahl von kranzartig im Umfangsabstand zueinander angeordneten und in der Regel identisch ausgebildeten Lüfterradschaufeln 20.
- Die Lüfterradschaufeln 20 sind - wie sich aus den Darstellungen der
Figuren 3 und4 ergibt, auf die insoweit schon jetzt Bezug genommen wird - zu einer die Drehachse 12 enthaltenden Axialebene 22, wie z.B. die Zeichenebene derFigur 2 , unter einem bestimmten Winkel DELTA angestellt, damit sie beim Drehen des Lüfterrads 10 mit der Drehrichtung V eine radial nach außen gerichtete Förderströmung erzeugen. Der Winkel DELTA kann allerdings auch NULL sein. - Zusätzlich sind die Lüfterradschaufeln - wie sich aus der
Figur 2A ergibt - zur Drehachse 12 nicht parallel ausgerichtet, sondern sie sind zur Normalebene 15, die bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel mit der Ebene des Trägerteils 18 zusammenfällt, unter einem Winkel WS < 90° , d.h derart angestellt, dass in dem zu fördernden Fluid enthaltene Partikel unter dem Einfluss der dynamischen Kräfte, einschließlich der Zentrifugal- und der Corioliskräfte, mit einer zum Trägerteil hin gerichteten Kraftkomponente beaufschlagbar sind. - Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel der
Figuren 1 bis 2A sind die Lüfterradschaufeln 20 gerade, was sich aus derFigur 1 ergibt. Es soll jedoch an dieser Stelle bereits hervorgehoben werden, dass die Schaufelform beliebig modifiziert werden kann, um den strömungsmechanischen Wirkungsgrad des Lüfters und/oder der später noch zu beschreibenden Partikelabscheidung zu verbessern. - Die Lüfterradschaufeln 20 haben jeweils eine radial innenliegende Anströmkante 24 und eine radial außenliegende Austrittskante 26. Zwischen den Lüfterradschaufeln 20 werden im Wesentlichen radial nach außen gerichtete Strömungskanäle 28 definiert, so dass also eine axiale Eintrittströmung - mit dem Pfeil SE bezeichnet - bei sich drehendem Lüfterrad 10 radial nach außen in eine Austrittströmung SA mit radialer und in Umfangsrichtung gerichteter Geschwindigkeitskomponente umlenkbar ist.
- Wie die Figuren zeigen, ist den Anströmkanten 24 und Strömungs-Austrittskanten 26 jeweils ein Teilkreis 24a bzw 26a zugeordnet. Die Strömungs-Eintrittskanten 24 gehen von einem der Nabe 16 nahe liegenden Abschnitt des Trägerteils 18 aus und erstrecken sich von diesem axial weg bis zu einer zum Trägerteil 18 im Wesentlichen parallel verlaufenden Schaufelkante 29 (siehe
Figur 1 ). - Bei der Ausführungsform nach
Figur 1 enden die Schaufeln 20 knapp unterhalb einer Deckwand 17 des Gehäuses. Bei der geringfügig abgewandelten Variante nachFigur 2 tragen die Schaufeln auf der dem Trägerteil 18 abgewandeten Seite eine Ringscheibe 21 und sie sind mit dieser fest verbunden, beispielsweise verschweißt. - Die Formgebung der Lüfterradschaufeln 20 kann - je nach Lüfterkonstruktion - in weiten Grenzen variieren. Wenn die Lüfterradschaufeln 20 - wie in
Figur 2 gezeigt - eine formstabile Ringscheibe 21 tragen, wird die Konstruktion des Lüfterrads steifer, so dass es genügt, die Lüfterradschaufeln am Trägerteil 18 zu befestigen, wie z.B. anzuschweißen. Die Anströmkante 24 der Lüfterradschaufeln kann dann im Wesentlichen parallel zur Drehachse angeordnet werden. Andererseits hat die frei auskragende Form der Schaufeln nachFigur 1 den Vorteil, dass das sich im Gebläse keine Partikelansammlungen bilden. - Generell liegen also die Strömungs-Eintrittskanten 24 der Lüfterradschaufeln 20 in den verschiedenen Schnittansichten senkrecht zur Drehachse 12 auf Teilkreisen 24a, die Bestandteil einer Teilkreisschar sind, welche einen Zylinder- oder Kegelstumpfmantel mit einem kleinen Kegelwinkel WK (siehe
Figur 2 ) definiert. - Wie sich aus den
Figuren 1 und2 ergibt, ist das Lüfterrad 10 in das Gehäuse 14 des Radialgebläses so eingebaut, dass es unterhalb eines axialen Einlasstrichters oder Einlass-Stutzens 30, der mit der Drehachse 12 des Lüfterrads 10 fluchtet, zu liegen kommt. Radial von außen ist das Lüfterrad 10 von einem Ringkanal 32 eingefasst, der einen Auslass 34 für das von den Partikeln weitgehend befreite Fluid hat. - Der Ringkanal 32 hat eine Bodenfläche 36, die sich eng - unter Einhaltung eines kleinen Spalts 37 - an die radial außenliegenden Schaufelkanten 26 anschmiegt. Zu diesem Zweck kann das Lüfterrad 10 auch mit einer - nicht gezeigten - bodenseitigen Eindrehung versehen sein, in die mit Passung die Bodenfläche 36 des Ringkanals 32 eingreift. Wie sich weiter aus der
Figur 2 ergibt, ist die Bodenfläche 36 des Ringkanals 32 zu einer dem Trägerteil 18 am nächsten liegenden Kante 38 der Lüfterradschaufeln 20 um ein vorbestimmtes Spaltmaß MS axial beabstandet. Auf diese Weise begrenzt die Bodenfläche 36 des Ringkanals 32 einen Radial- oder Ringspalt 40 zum Abführen von aus dem Fluid abgeschiedenen Partikeln, wie Staub-, Wasser, Öl- oder Fettpartikeln. - Der Ringspalt 40 ist von einer weiteren Ringkammer 42 zum Sammeln und Abführen der aus dem Fluid abgeschiedenen Partikel umgeben.
- Mit dieser Gestaltung des Lüfterrads ergibt sich die folgende Arbeitsweise des Radialgebläses:
- Das zu einem hohen Prozentsatz mit Partikeln beladene Strömungsmittel, vorzugsweise gasförmige Strömungsmittel, wie etwa Luft, strömt bei 30 in das Radialgebläse ein. Durch die Wirkung der Lüfterradschaufeln 20 des mit vorgegebener Drehzahl rotierenden Lüfterrads 10 wird die Strömung in die Kanäle 28 umgelenkt und radial nach außen gefördert. Durch die erfindungsgemäße Anstellung der Lüfterradschaufeln 20 unter einem Winkel WS, der kleiner als 90° ist, werden die im Strömungsmittel enthaltenen Partikel, die in fester oder flüssiger Form vorliegen können, unter Einwirkung der strömungsmechanischen Kräfte, der Massenkräfte und der sonstigen dynamischen Kräfte, wie der Zentrifugal- und der Corioliskräfte, in Richtung auf das Trägerteil 18 zu gedrängt, so dass im Bereich radial innerhalb des Ringspalts 40 eine erhebliche größere Partikelkonzentration vorliegt als in der übrigen Strömung. Die in dieser Ströungsschicht enthaltenen Partikel gelangen über den Ringspalt 40 in die Ringkammer 42, die vorzugsweise so ausgebildet ist, dass darin kein übermäßiger Staudruck aufgebaut wird. Die Hauptströmung, die das Lüfterrad 10 oberhalb des Ringspalts 40 verlässt, ist zu einem entsprechend hohen Prozentsatz gereinigt. Über eine Einstellbarkeit des Maßes MS lässt sich der Abscheidewirkungsgrad in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des zu reinigenden Strömungsmittels beeinflussen.
- Dabei sind die Strömungsverluste im Lüfterrad 10 aufgrund der glatten Ausgestaltung der Strömungswege, sehr gering, was auch für die Geräuschentwicklung zutrifft. Ferner neigt das Lüfterrad 10 nicht zu Partikelablagerungen, so dass sich ein wartungsfreier Betrieb selbst dann ergibt, wenn die Partikel zum Zusammenkleben neigen.
- Gemäß einer Variante, die in
Figur 2 mit gestrichelten Linien angedeutet ist, kann zur zusätzlichen Verbesserung des Abscheidegrads von spezifischen Partikeln, wie etwa von kleinen flüssigen Partikeln, jede Lüfterradschaufel 20 auf ihrer Arbeits- bzw Druckseite 46 zumindest einen leistenartigen Vorsprung 48 tragen, der zur Strömungsrichtung im Strömungskanal 28 zwischen den Schaufeln 20 derart angestellt ist, dass die Strömung zumindest in Druckseitennähe axial auf das Trägerteil 18 zu ablenkbar ist und der in einem vorbestimmten axialen Abstand, der vorzugsweise nicht größer als das Maß MS ist, zum Trägerteil 18 endet. - Bei der in
Figur 2 angedeuteten Variante sind auf jeder Lüfterradschaufel 20 zwei im Wesentlichen parallel zueinander verlaufende Vorsprünge 48a, 48b vorgesehen, die in einem im Wesentlichen gleichen axialen Abstand MS - sieheFigur 2 - zum Trägerteil 18 enden. - Die leistenartigen Vorsprünge 48 haben vorzugsweise eine geringe Höhe HLVsiehe
Figur 2A - , die im Millimeterbereich liegen kann, damit die Strömungsverluste nicht ansteigen. Sie kann aber auch bis zu 50% der axialen Erstreckung H der Lüfterradschaufeln 20 betragen. - Wie die
Figur 2A zeigt, ist der Neigungswinkel WN, unter dem die Vorsprünge 48 zur Schaufelfläche 46 angestellt sind, auf einen Winkel eingestellt, derkleiner als 90° ist. Dieser Winkel WN kann jedoch variabel gehalten, beispielsweise wesentlich kleiner als 90° sein, wobei der Anstellwinkel bzw. die Oberflächengestaltung (auch eine Bogenform ist möglich) der Vorprünge 48 empirisch je nach Art und Konsistenz der aus dem Fluid heraus zu filternden Partikel festgelegt wird. - Die Vorsprünge 48 sind bei der gezeigten Ausführungsform bis zur Strömungs-Eintrittskante 24 der Lüfterradschaufeln 20 geführt, sie können aber auch vor der Kante 24 enden.
- Vortshend wurde eine Ausführungsform mit geraden Lüfterradschaufeln 20 beschrieben. Unter Bezug auf die
Figuren 3 und4 werden Varianten mit anderen Gestaltungen der Schaufeln beschrieben. Dabei sind diejenigen Teile des Lüfterrads, die den Komponenten der zuvor beschriebenen Anordnung entsprechen, mit gleichen Bezugszeichen versehen, dennen jedoch eine "1" bzw. "2" vorangestellt ist. - Das Lüfterrad 110 nach
Figur 3 hat in Drehrichtung V konvex gekrümmte Lüfterradschaufeln 120, die in Drehrichtung V angestellt sind. Die Lüfterradschaufeln 120 können mit - nicht gezeichneten - leistenartigen Vorsprüngen 148 versehen sein. - Am Trägerteil 118 bzw. an der Nabe 116 radial innerhalb der Lüfterradschaufeln 120 können zusätzliche, vom Trägerteil 118 axial vorstehende Zusatzschaufeln 144 angebracht sein, wobei die axiale Erstreckung der Zusatzschaufeln geringer ist als die der Lüfterradschaufeln 120. Die Zusatzschaufeln 144 sind bei der Ausführungsform nach
Figur 3 gegen die Drehrichtung V angestellt, wodurch es gelingt, den Verschleiß der Lüfterradschaufeln 120 und der gegebenenfalls daran angebrachten Vorsprünge 148 zu vergleichmäßigen. - Um die Wirkung der Zusatzschaufeln 144 möglichst groß zu halten, sind sie zu den Lüfterradschaufeln 120 in Umfangsrichtung versetzt, und zwar derart, dass die von den Zusatzschaufeln 144 abgelenkten Partikel unter Einwirkung der strömungsmechanischen und sonstigen dynamischen Kräfte nicht auf die Anströmkanten 124 der Lüfterradschaufeln 120 treffen. Die Zusatzschaufeln 144 können sich auch in radialer Richtung mit den Lüfterradschaufeln 120 überlappen.
- Bei der Ausführungsform nach
Figur 4 sind die Zusatzschaufeln 244 in Drehrichtung V des Lüfterrads 10 derart angestellt, dass in dem zu fördernden Fluid enthaltene Partikel unter Einwirkung der Impulskraft, der Zentrifugalkraft und der Corioliskraft mit einer zum Trägerteil 18 hin gerichteten Kraftkomponente beaufschlagbar sind, d.h. auf den Ringspalt 40 hin abgelenkt werden. Damit kann das bei 30 einströmende Fluid während des Durchströmens des Radialgebläses wirksam von sehr groben bzw. schweren festen oder flüssigen Partikeln gereinigt werden. - Die Zusatzschaufeln können auch auf der Normalebene zur Drehachse 212 bzw. auf der Ebene des Trägerteils 218 im Wesentlichen senkrecht stehen.
- Selbstverständlich sind weitere Abwandlungen des Lüfterrads und des Radialgebläses möglich, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen.
- Beispielsweise kann der Anstellwinkel WS der Lüfterradschaufeln 20, 120, 220 bezüglich der Normalebene 15 zur Drehachse 12 in radialer Richtung variiert werden, so dass sich für die Schaufeln eine Art Propellerform ergibt.
- Bei dem Ausführungsbeispiel der
Figuren 3 und4 sind die Zusatzschaufeln 144, 244 ebenso wie die Lüfterradschaufeln 120, 220 konvex gestaltet. Sie können aber auch gerade oder konkav oder S-fömig ausgebildet sein. - Die leistenartigen Vorsprüngen 48a, 48b können auch oder eine andere Form erhalten, beispielsweise bogenförmig geführt sein.
- Als Material für die Komponenten des Lüfterrads können alle gängigen Werkstoffe, wie z.B. metallische Werkstoffe und Kunststoffe verwendet werden. Es können Fügetechniken, wie z.B. Schweiß- oder Klebetechniken, aber auch Gusskonstruktionen Anwendung finden.
- Die Erfindung schafft somit ein axial angeströmtes Radial-Lüfterrad für ein Radialgebläse, das zum Fördern und gleichzeitigen Reinigen von Strömungsmittel dient, das eine hohe Konzentrationen von flüssigen und/oder festen Partikeln aufweist. Es hat ein angetriebenes Trägerteil, das sich im Wesentlichen senkrecht zu einer Drehachse erstreckt und eine Schaufelanordnung trägt, mit der eine im Wesentlichen axial gerichtete Eintrittströmung radial nach außen umlenkbar ist. Zur wirksamen Reinigung des Strömungsmittels ohne Zuhilfenahme von weiteren Filtereinrichtungen, sind die Schaufeln der Schaufelanordnung zur Normalebene der Drehachse unter einem solchen Anstellwinkel WS angestellt, dass die in dem zu fördernden Fluid enthaltenen Partikel beim Durchströmen des Lüfterrads mit einer zum Trägerteil hin gerichteten Kraftkomponente beaufschlagbar sind, so dass sich nahe des Trägerteils eine wesentlich höhere Partikelkonzentration einstellt.
Claims (20)
- Axial angeströmtes Radial-Lüfterrad (10; 110; 210), mit einem angetriebenen Trägerteil (18; 118; 218), das sich im Wesentlichen senkrecht zu einer Drehachse (12;) erstreckt und eine Schaufelanordnung trägt, mit der eine im Wesentlichen axial gerichtete Eintrittströmung (SE) radial nach außen umlenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln (20; 120; 220) der Schaufelanordnung zur Normalebene (15) der Drehachse (12; 112; 221) derart angestellt sind (Anstellwinkel WS), dass in dem zu fördernden Fluid enthaltene Partikel mit einer zum Trägerteil (18; 118; 218) hin gerichteten Kraftkomponente beaufschlagbar sind.
- Lüfterrad nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln (20) der Schaufelanordnung einen Schaufelkranz mit radial innenliegenden Strömungs-Eintrittskanten (24) und radial außenliegenden Strömungs-Austrittskanten (26) bilden, wobei den Strömungs-Eintrittskanten (24) und Strömungs-Austrittskanten (26) jeweils ein Teilkreis zugeordnet ist.
- Lüfterrad nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Strömungs-Eintrittskanten (24) von einem Nabenabschnitt (18, 16) des Trägerteils (18) ausgehend von diesem axial weg bis zu einer zum Trägerteil (18) im Wesentlichen parallel verlaufenden Schaufelkante (29) erstrecken.
- Lüfterrad nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln (120; 220) in Drehrichtung des Lüfterrads konvex gekrümmt sind.
- Lüfterrad nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede Lüfterradschaufel (120) auf ihrer Druckseite (146)zumindest einen leistenartigen Vorsprung hat, der zur Strömungsrichtung im Strömungskanal (128) zwischen den Schaufeln derart angestellt ist, dass die Strömung zumindest in Druckseitennähe axial auf das Trägerteil (118) zu ablenkbar ist und der in vorbestimmtem axialen Abstand (MS) zum Trägerteil (118) endet.
- Lüfterrad nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwei im Wesentlichen parallel zueinander verlaufende Vorsprünge (48a, 48b) vorgesehen sind, die in einem im Wesentlichen gleichen axialen Abstand (MS) zum Trägerteil () enden.
- Lüfterrad nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der betreffende Vorsprung (48) bis zur Strömungs-Eintrittskante (24) der Lüfterradschaufeln (20) geführt ist.
- Lüfterrad nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerteil (118; 218) radial innerhalb der Lüfterradschaufeln (120; 220) einen weiteren Schaufelkranz mit vom Trägerteil (118; 218) vorstehenden Zusatzschaufeln (144; 244) trägt, wobei die axiale Erstreckung der Zusatzschaufeln (144; 244) geringer ist als die der Lüfterradschaufeln (120; 220).
- Lüfterrad nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzschaufeln auf dem Trägerteil im Wesentlichen senkrecht stehen.
- Lüfterrad nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzschaufeln (144; 244) zur Normalebene (115; 215) der Drehachse (112; 212) angestellt sind.
- Lüfterrad nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzschaufeln (144) zur Normalebene (115) der Drehachse (112) positiv angestellt sind
- Lüfterrad nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzschaufeln (244) zur Normalebene (215) der Drehachse (212) negativ angestellt sind.
- Lüfterrad nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerteil (18; 118; 218) von einer Platte gebildet ist.
- Lüfterrad nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Lüfterradschaufeln (20) auf der dem Trägerteil (18) abgewandeten Seite einen Ring (21) tragen.
- Lüfterrad nach einem der Ansprüche 5 bis 14, dadurch gekennzeichnet, die leistenartigen Vorsprünge (48) und/oder die Zusatzschaufeln (144; 244) eine Höhe haben, die bis zu 50% der axialen Erstreckung (H) der Lüfterradschaufeln (20) beträgt.
- Lüfterrad nach einem der Ansprüche 5 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die leistenartigen Vorsprünge eine Höhe (HLV) im Bereich zwischen 0,5 und 2 mm haben.
- Lüfterrad nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Anstellwinkel (WS) der Lüfterradschaufeln (20) bezüglich der Normalebene (15) zur Drehachse (12) in radialer Richtung variiert.
- Radialgebläse mit einem Lüfterrad nach einem der Ansprüche 1 bis 17, mit einem axialem Einlass (30), der mit der Drehachse (12) des Lüfterrads (10) fluchtet und einem Gehäuse (14), in den das Lüfterrad (10) derart eingepasst ist, dass es von einem Ringkanal (32) mit dem Auslass (34) umgeben ist, wobei der Ringkanal (32) eine Bodenfläche (36) hat, die sich eng an die radial außenliegenden Schaufelkanten (26) anschmiegt und axial zu der dem Trägerteil (18) am nächsten liegenden Kante (38) der Lüfterradschaufeln (20) um ein vorbestimmtes Maß (MS) beabstandet ist.
- Radialgebläse nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenfläche (36) des Ringkanals (32) einen vorzugsweise einstellbaren Ringspalt (40) für das Abführen von abgeschiedenen Partikeln, wie Staub-, Wasser, Öl- oder Fettpartikeln, im zu fördernden Fluid begrenzt.
- Radialgebläse nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringspalt (40) von einer weiteren Ringkammer (42) zum Sammeln und Abführen der aus dem Fluid abgeschiedenen Partikel umgeben ist.
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- 2007-02-26 EP EP07003876A patent/EP1961967A1/de not_active Withdrawn
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