EP2180196A1 - Lüfteranordnung - Google Patents
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- EP2180196A1 EP2180196A1 EP08018674A EP08018674A EP2180196A1 EP 2180196 A1 EP2180196 A1 EP 2180196A1 EP 08018674 A EP08018674 A EP 08018674A EP 08018674 A EP08018674 A EP 08018674A EP 2180196 A1 EP2180196 A1 EP 2180196A1
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- European Patent Office
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- support ring
- arrangement according
- pinhole
- guide vanes
- fan arrangement
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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
- F04D29/281—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps for fans or blowers
- F04D29/282—Rotors specially for elastic fluids for centrifugal or helico-centrifugal pumps for radial-flow or helico-centrifugal pumps for fans or blowers the leading edge of each vane being substantially parallel to the rotation axis
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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
- F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
- F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
- F04D29/4206—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for elastic fluid pumps
- F04D29/4213—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for elastic fluid pumps suction ports
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- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
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- F04D29/42—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps
- F04D29/4206—Casings; Connections of working fluid for radial or helico-centrifugal pumps especially adapted for elastic fluid pumps
- F04D29/4226—Fan casings
Definitions
- the invention relates to a fan assembly with a radial impeller, which has an at least substantially rotationally symmetrical to a central axis formed support disk which is designed to be fixed to a drive shaft of a drive device, and the plurality of spaced apart in the radial direction to the central axis, in the axial direction extending main blades carries, which are connected to an axially spaced from the support disc arranged support ring, as well as with a pinhole, which is assigned to the support ring on a side opposite the main blades opposite side and which limits an inflow opening for a fluid to be conveyed by the radial impeller.
- a radial fan with an inlet opening having a cover plate and a bottom plate, which are connected to each other via a blade ring known.
- the bottom disk is formed as a circular disk and carries a centrally located hub assembly with an opening which can be connected to a drive unit, in particular an electric motor, to drive the radial fan.
- the cover plate Starting from a front edge bordering the inlet opening, the cover plate extends in a trumpet-shaped manner outwardly widened into an outer, annularly formed edge region.
- a radial fan is among other things in the air conditioning and ventilation technology and used for air circulation in ovens.
- the radial fan is downstream of a suction plate, which may be formed for example as a furnace wall, is arranged.
- the suction plate may be provided with an intake nozzle tapered in a trumpet-like manner in the direction of the radial fan impeller and formed opposite to the radial fan wheel, the end region of which is immersed in the inlet opening delimited by the cover disk.
- a disadvantage of the known radial fan is that with increasing gap width between the inlet nozzle and cover plate a significant deterioration of the efficiency occurs. If the known radial fan is used in a wide temperature range, for example for an air circulation operation in an oven or in so-called free-running operation, for example as a roof fan or fire fan, for reasons of operational safety no overlap between inlet nozzle and cover plate must be present. Rather, immersion of the inlet nozzle in the inlet opening of the cover disc must be excluded in order to rule out the risk of grinding between the cover disc of the radial fan and the inlet nozzle, especially at high fluid temperatures. Due to the lack of coverage between inlet nozzle and cover plate, however, an unfavorable efficiency for the radial fan, which leads to an uneconomical operation for a corresponding fan assembly.
- the object of the invention is to provide a fan assembly that can be used with high efficiency even in unfavorable operating conditions.
- a fan assembly of the type mentioned in which an inlet cross-section determined by the inflow greater than a particular of the support ring Ansaugquerites is selected and in which the support ring is provided on a support plate opposite surface with vanes.
- the task of the guide vanes on the surface of the support disk is to divert the fluid flowing through the pinhole at least partially into the axial gap between the pinhole and the radial impeller in order to generate a radially outwardly directed fluid flow there.
- This fluid flow an occurrence of undesirable eddies between the axial end face of the radial impeller and the pinhole is reduced or completely prevented.
- defined flow conditions are created at the edge of the perforated diaphragm and an equalization of the air flow takes place both in the intake and in the blow-out region of the radial impeller.
- the effective blade width of the main blades is increased at least by the width of the additional blades, thereby providing a much more uniform velocity profile for the fluid delivered by the radial impeller.
- the inflow opening in the pinhole is formed circular with an inner diameter which corresponds at least to the inner diameter of the support ring.
- the annular configuration of the inflow opening ensures homogeneous flow of the essentially rotationally symmetrical radial impeller, which has an advantageous effect on the efficiency of the fan arrangement.
- an advantageous flow of the guide vanes is ensured by the inventive selection of the inner diameter of the pinhole and the support ring.
- the fluid drawn by the radial impeller, which flows through the pinhole is gently deflected even with a small distance between the radial impeller and pinhole. Due to the larger inner diameter of the pinhole diaphragm, the fluid is deflected in a radial flow direction only from a flow direction which is directed essentially orthogonal to the largest surface of the pinhole diaphragm.
- the outer diameter of the support ring is chosen equal to or greater than the outer diameter of the support disk.
- the guide vanes which are fixed to the support ring can assume a larger effective blade diameter than the main blades which are arranged between the support ring and the support disk and preferably terminate with the peripheral outer edge of the support disk.
- This achieves a particularly effective radial flow between the pinhole and the radial impeller, which is based on the fact that the fluid conveyed by the guide vanes has a higher exit velocity than the fluid conveyed by the main blades due to the larger effective blade diameter of the guide vanes.
- the flowing at the edge region of the pinhole directly in the direction of the vanes fluid facilitates by its higher flow rate, the flow of the fluid to be delivered by the main blades through the orifice, whereby the desired improvement of the efficiency of the fan assembly is achieved.
- the guide vanes are formed independently of the main blades. From a production point of view, depending on the structure of the radial impeller by the independent design of the vanes, a simplified production of the support disk and the support ring can be achieved with the attached blades.
- the main blades and the vanes can be independently optimized with respect to their geometry, their angle of attack with respect to the peripheral speed of the radial impeller and their, possibly deviating from the vertical, alignment with the surfaces of the support disk or the support ring.
- the largest surfaces of the guide vanes include acute angles with the largest surfaces of the main vanes.
- the main blades are directed with respect to the direction of rotation backwards. That is, the largest surfaces of the main blades include an acute angle (in an interval between 0 degrees and 90 degrees) with a peripheral velocity vector tangentially applied on the outer circumference of the support disk.
- the largest surfaces of the vanes with the circumferential velocity vector also include an acute angle equal to or greater than the angle included between main vanes and peripheral velocity vector.
- the largest surfaces of the guide vanes extend in the radial direction.
- a particularly simple and cost-effective design of the radial impeller, in particular of sheet metal parts or as a plastic injection molded part can be realized.
- a radially outer end face of the guide vane is arranged in the axial direction in each case as a continuation of a radially outer end face of a main vane.
- main blades and vanes can be provided in the same pitch, but with an angular offset from each other on the radial impeller. It is also possible to choose different numbers for the main blades and the guide vanes, so that they are each mounted with different pitch on the radial impeller.
- the support ring is at least partially formed as paraboloidabitessförmig or conically tapered suction mouth.
- a favorable flow of the main blades is ensured.
- the advantageous flow results from the fact that the funnel-like expansion of the support ring causes an acceleration of the fluid in a radially outer annular space section.
- the suction mouth connects to a radially outer face portion of the support ring.
- the plan ring area ensures that the flow cross section formed between adjacent main blades and the support ring and the support disk does not change for the fluid in the radially outer region. This prevents unwanted disproportionate acceleration of the fluid and thereby ensures an advantageous efficiency for the fan assembly.
- the guide vanes are arranged on the face ring region of the support ring. This allows a simple design and attachment of the guide vanes on the support ring, in particular in a radial impeller made of sheet metal parts, in which the sheet metal parts are joined by joining methods such as soldering or welding, since no consideration must be taken to curved surfaces.
- the axial extent of the guide vanes in the direction of the pinhole is equal to or smaller than the axial extent of the suction mouth in the direction of the pinhole. This means that the guide vanes are set back in the axial direction with respect to the suction mouth. This ensures that there is always a larger gap between the guide vanes and the pinhole than between the suction mouth and the pinhole in a pinhole made of flat material. As a result, advantageous flow conditions in the intermediate space between the pinhole and the support ring.
- the suction mouth touches a plane which is directed by the largest surface of the pinhole and faces the radial impeller or interspersed.
- the vanes are arranged in the flow direction behind the pinhole of this spaced.
- the largest surfaces of the main blades and / or the guide vanes are arranged tangentially to spirals, in particular to Archimedean spirals, whose centers lie on the central axis of the support disk.
- the guide vanes are formed as one-piece extensions of the main blades and pass through the support ring.
- the support ring may be provided with slots which are adapted to the integrally interconnected main and vanes, so that the support ring can be plugged after fixing the main blades on the support disk on the main blades and possibly cohesively connected to the main blades.
- the blower may be a circulating air blower or a free blower, such as in the field of furnace construction, ventilation and Air conditioning or fire protection technology, in particular for smoke extraction in buildings, is used.
- the radial impeller comprises a circular disk-shaped support disk 12, a plurality of equally spaced on the support plate 12 fixed main blades 14 and provided with vanes 16 support ring 18 spaced from the support plate 12 to the Main blades 14 is fixed.
- the support plate 12 is provided with a central recess 20, wherein a central axis of the recess 20 with a Central axis 22 of the support plate 12 coincides.
- a radially inner region of the support plate made of a sheet metal plate 12 is provided with a hub which is to ensure a reliable attachment to a drive device, not shown, and a stable concentricity of the radial impeller 10, even at high peripheral speeds.
- the main blades 14 are arranged in the present embodiment, inclined backwards on the support plate 12. That is, a circumferential velocity vector 24 tangentially formed on the outer circumference of the support disk 12 includes an acute angle with a largest surface 26 of the main blade 14, as shown symbolically in FIG FIG. 1 is shown.
- the vanes 16 are integral with the main vanes 14 so that largest surfaces 54 of the vanes 16 are at the same acute angle with the peripheral velocity vector 24 as are the largest surfaces 26 of the main vanes 14.
- the main vanes 14 are each on one of the vanes 16 Angled opposite end portion at right angles, so that they can be fixed cohesively, for example, by gluing or spot welding on the support plate 12 preferably made of metal.
- the vanes 16 protrude orthogonally from the surface of the support plate 12.
- the support ring 18 is provided with slots, not shown, which are penetrated by the integral with the main blades 14 vanes 16.
- the guide vanes 16 are fixed to the support ring 18 by means of a material connection, in particular a soldered or welded connection, and protrude orthogonally therefrom.
- Radially outboard end faces of the main blades 14 and The vanes 16 in the present embodiment of the radial impeller are oriented orthogonal to a largest surface 30 of the support disk 12.
- Radially inner end faces 32 of the main blades 14 are curved and thus aligned only substantially orthogonal to the largest surface 30 of the support plate 12.
- the support ring 18 is in the present embodiment according to the FIGS. 1 to 3 formed integrally from a plan ring 34 and a radially inwardly adjoining, konusmantelabintroducingsförmigen suction mouth 36.
- the vanes 16 are dimensioned so that they extend from the radially outer edge 38 of the planar ring 34 to the radially inner edge 40 of the planar ring 34.
- the inner edge 42 of the suction mouth 36 limits the intake cross section of the radial impeller 10.
- FIG. 3 is the pinhole 44 on a main blades 14 opposite side of the support ring 18 spaced from the suction mouth 36 and thus arranged in the flow direction of the sucked by the radial impeller 10 fluid in front of the support ring 18.
- An inner diameter of an inflow opening 46 formed in the perforated plate 44 is selected larger than the inner diameter of the suction mouth 36.
- the perforated plate 44 is arranged opposite the radial impeller 10 in such a way that the suction orifice 36 does not pass through a plane 48 which encompasses the front side of the perforated plate 44.
- FIG. 4 illustrated embodiment of a radial impeller 110 differs from the embodiment according to the FIGS. 1 to 3 by a support ring 118, which has a larger outer diameter than the support plate 12.
- the vanes 116 are designed independently of the main blades 114, although they are arranged in the same pitch congruent with the main blades 114.
- the guide vanes 116 extend over the entire width of the planar ring 134 and adjoin the suction mouth 136, which tapers in the axial direction against the flow direction of the fluid. Due to the larger diameter of the support ring 118, a greater acceleration of the passing past the vanes 116 fluid compared with that of the main blades 114 reaches past passing fluid.
- the vanes 216, 316 of the radial impellers 210, 310 are each aligned in the radial direction. They extend over the width of the plan ring 234 and 334 and protrude orthogonal to the surface thereof.
- the vanes 216 in the embodiment according to FIG. 5 are arranged in the same pitch and dekkungsrete with the radially outer end edges of the main blades 214.
- the vanes 316 are arranged in the circumferential direction of the radial impeller 310 offset from the main blades 314. This ensures a more homogeneous mixing of the fluid streams accelerated by the main blades 314 with the fluid streams accelerated by the guide blades 316. Thus, undesirable pressure fluctuations in the radially outer region of the radial impeller 310 are avoided.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Lüfteranordnung mit einem Radiallaufrad, das eine zumindest im Wesentlichen rotationssymmetrisch zu einer Mittelachse ausgebildete Tragscheibe aufweist, die zur Festlegung an einer Antriebswelle einer Antriebseinrichtung ausgebildet ist, und die mehrere, in radialer Richtung beabstandet zur Mittelachse angeordnete, in axialer Richtung erstreckte Hauptschaufeln trägt, die mit einem axial beabstandet zur Tragscheibe angeordneten Tragring verbunden sind, sowie mit einer Lochblende, die dem Tragring auf einer den Hauptschaufeln entgegengesetzten Seite gegenüberliegend zugeordnet ist und die eine Einströmöffnung für ein vom Radiallaufrad zu förderndes Fluid begrenzt.
- Aus der
DE 203 03 443 U1 ist ein Radiallüfterrad mit einer eine Eintrittsöffnung aufweisenden Deckscheibe und einer Bodenscheibe, die über einen Schaufelkranz miteinander verbunden sind, bekannt. Die Bodenscheibe ist als Kreisscheibe ausgebildet und trägt eine zentral angeordnete Nabenanordnung mit einer Öffnung, die mit einer Antriebseinheit, insbesondere einem Elektromotor, verbunden werden kann, um das Radiallüfterrad anzutreiben. Die Deckscheibe verläuft ausgehend von einem die Eintrittsöffnung begrenzenden stirnseitigen Rand trompetenförmig nach außen aufgeweitet in einen äußeren, ringförmig ausgebildeten Randbereich. Ein derartiges Radiallüfterrad wird unter anderem in der Klima- und Belüftungstechnik sowie für die Luftumwälzung in Öfen eingesetzt. Für einen geordneten Luftstrom wird das Radiallüfterrad stromabwärts hinter einer Ansaugplatte, die beispielsweise als Ofenwand ausgebildet sein kann, angeordnet. Die Ansaugplatte kann mit einer gegensätzlich zum Radiallüfterrad ausgebildeten, trompetenartig in Richtung des Radiallüfterrads verjüngten Einlaufdüse versehen sein, deren Endbereich in die von der Deckscheibe begrenzte Eintrittsöffnung eintaucht. Bei Einhaltung einer geringen Spaltweite zwischen Einlaufdüse und Deckscheibe kann ein hoher Wirkungsgrad zwischen der in das Radiallüfterrad von der Antriebseinheit eingespeisten Bewegungsenergie und der vom Radiallüfterrad geförderten Fluidmenge gewährleistet werden. - Nachteilig bei dem bekannten Radiallüfterrad ist es, dass bei zunehmender Spaltweite zwischen Einlaufdüse und Deckscheibe eine deutliche Verschlechterung des Wirkungsgrades eintritt. Wenn das bekannte Radiallüfterrad in einem breiten Temperaturspektrum, beispielsweise für einen Luftumwälzungsbetrieb in einem Ofen oder im sogenannten freilaufenden Betrieb, beispielsweise als Dachventilator oder Brandschutzventilator eingesetzt wird, darf aus Gründen der Betriebssicherheit keine Überdeckung zwischen Einlaufdüse und Deckscheibe vorliegen. Vielmehr muss ein Eintauchen der Einlaufdüse in die Eintrittsöffnung der Deckscheibe ausgeschlossen werden, um das Risiko eines Anschleifens zwischen der Deckscheibe des Radiallüfterrads und der Einlaufdüse, insbesondere bei hohen Fluidtemperaturen, ausschließen zu können. Durch die fehlende Überdeckung zwischen Einlaufdüse und Deckscheibe stellt sich jedoch ein ungünstiger Wirkungsgrad für das Radiallüfterrad ein, der zu einer unwirtschaftlichen Betriebsweise für eine entsprechende Lüfteranordnung führt.
- Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Lüfteranordnung zu schaffen, die auch bei ungünstigen Betriebsbedingungen mit einem hohen Wirkungsgrad eingesetzt werden kann.
- Diese Aufgabe wird durch eine Lüfteranordnung der eingangs genannten Art gelöst, bei der ein von der Einströmöffnung bestimmter Einlassquerschnitt größer als ein vom Tragring bestimmter Ansaugquerschnitt gewählt ist und bei der der Tragring an einer der Tragscheibe entgegengesetzten Oberfläche mit Leitschaufeln versehen ist. Mit diesen Maßnahmen wird eine Lüfteranordnung bereitgestellt, die auch bei hohen Temperaturen ohne die Gefahr einer Berührung zwischen Radiallaufrad und Lochblende mit einem hohen Wirkungsgrad betrieben werden kann.
- Die Aufgabe der Leitschaufeln auf der Oberfläche der Tragscheibe besteht darin, das durch die Lochblende strömende Fluid zumindest teilweise in den axialen Spalt zwischen Lochblende und Radiallaufrad abzulenken, um dort eine radial nach außen gerichtete Fluidströmung zu erzeugen. Mit dieser Fluidströmung wird ein Auftreten von unerwünschten Wirbeln zwischen der axialen Stirnfläche des Radiallaufrads und der Lochblende vermindert oder gänzlich verhindert. Zudem werden am Rand der Lochblende definierte Strömungsverhältnisse geschaffen und es findet eine Vergleichmäßigung der Luftströmung sowohl im Ansaug- als auch im Ausblasbereich des Radiallaufrads statt. Die effektive Schaufelbreite der Hauptschaufeln wird wenigstens um die Breite der Zusatzschaufeln vergrößert, wodurch ein wesentlich gleichmäßigeres Geschwindigkeitsprofil für das vom Radiallaufrad geförderte Fluid bewirkt wird. Dadurch kann trotz des Sicherheitsabstands zwischen Lochblende und Radiallaufrad ein hoher Wirkungsgrad für die Lüfteranordnung gewährleistet werden.
- In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Einströmöffnung in der Lochblende kreisförmig mit einem Innendurchmesser ausgebildet ist, der wenigstens dem Innendurchmesser des Tragrings entspricht. Durch die kreisringförmige Ausgestaltung der Einströmöffnung wird eine homogene Anströmung des im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildeten Radiallaufrads gewährleistet, die sich vorteilhaft auf den Wirkungsgrad der Lüfteranordnung auswirkt. Zudem wird durch die erfindungsgemäße Auswahl der Innendurchmesser der Lochblende und des Tragrings eine vorteilhafte Anströmung der Leitschaufeln gewährleistet. Das vom Radiallaufrad angesaugte Fluid, das durch die Lochblende strömt, wird selbst bei einem geringem Abstand zwischen Radiallaufrad und Lochblende sanft umgelenkt. Bedingt durch den größeren Innendurchmesser der Lochblende wird das Fluid lediglich aus einer Strömungsrichtung, die im Wesentlichen orthogonal zur größten Oberfläche der Lochblende gerichtet ist, in eine radiale Strömungsrichtung umgelenkt.
- Vorteilhaft ist es, wenn der Außendurchmesser des Tragrings gleich oder größer als der Außendurchmesser der Tragscheibe gewählt ist. Dadurch können die am Tragring festgelegten Leitschaufeln einen größeren effektiven Schaufeldurchmesser als die zwischen Tragring und Tragscheibe angeordneten, vorzugsweise mit der umlaufenden Außenkante der Tragscheibe abschließenden Hauptschaufeln einnehmen. Hierdurch wird eine besonders effektive Radialströmung zwischen Lochblende und Radiallaufrad erreicht, was darauf beruht, dass das von den Leitschaufeln geförderte Fluid aufgrund des größeren effektiven Schaufeldurchmessers der Leitschaufeln eine höhere Austrittsgeschwindigkeit hat als das von den Hauptschaufeln geförderte Fluid. Das am Randbereich der Lochblende unmittelbar in Richtung der Leitschaufeln abströmende Fluid erleichtert durch seine höhere Strömungsgeschwindigkeit den Zustrom des von den Hauptschaufeln zu fördernden Fluids durch die Lochblende, wodurch die gewünschte Verbesserung des Wirkungsgrads der Lüfteranordnung erzielt wird.
- Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Leitschaufeln unabhängig von den Hauptschaufeln ausgebildet sind. Aus fertigungstechnischer Sicht kann je nach Aufbauweise des Radiallaufrads durch die unabhängige Ausbildung der Leitschaufeln eine vereinfachte Herstellung der Tragscheibe und des Tragrings mit den daran angebrachten Schaufeln erreicht werden. Darüber hinaus können die Hauptschaufeln und die Leitschaufeln unabhängig voneinander im Hinblick auf ihre Geometrie, ihren Anstellwinkel bezüglich der Umfangsgeschwindigkeit des Radiallaufrads und ihrer, gegebenenfalls von der Senkrechten abweichenden, Ausrichtung gegenüber den Oberflächen der Tragscheibe bzw. des Tragrings optimiert werden.
- Vorteilhaft ist es, wenn größte Oberflächen der Leitschaufeln spitze Winkel mit größten Oberflächen der Hauptschaufeln einschließen. Bei einem Radiallaufrad, bei dem die Ansaugung des Fluids durch den freien Innenquerschnitt des Tragrings und ein Abströmen des Fluids in radialer Richtung nach außen erfolgt, sind die Hauptschaufeln bezogen auf die Rotationsrichtung rückwärts gerichtet. Das heißt, dass die größten Oberflächen der Hauptschaufeln mit einem am Außenumfang der Tragscheibe tangential angetragenen Umfangsgeschwindigkeitsvektor einen spitzen Winkel (in einem Intervall zwischen 0 Grad und 90 Grad) einschließen. Vorzugsweise schließen die größten Oberflächen der Leitschaufeln mit dem Umfangsgeschwindigkeitsvektor ebenfalls einen spitzen Winkel ein, der gleich oder größer als der zwischen Hauptschaufeln und Umfangsgeschwindigkeitsvektor eingeschlossene Winkel ist. Mit zunehmendem Winkel zwischen Umfangsgeschwindigkeitsvektor und größter Oberfläche der Leitschaufeln stellt sich bei jeweils gleicher Drehzahl des Radiallaufrads eine größere Förderleistung der Leitschaufeln ein, so dass der Winkel als Optimierungsparameter eingesetzt werden kann. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Länge und die Höhe der größten Oberflächen der Leitschaufeln konstant gehalten werden.
- In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass sich die größten Oberflächen der Leitschaufeln in radialer Richtung erstrecken. Dadurch läst sich ein besonders einfacher und kostengünstiger Aufbau des Radiallaufrads, insbesondere aus Blechteilen oder als Kunststoffspritzgussteil, verwirklichen. Dabei kann vorgesehen sein, dass eine radial außenliegende Stirnseite der Leitschaufel in axialer Richtung jeweils als Fortsetzung einer radial außenliegenden Stirnseite einer Hauptschaufel angeordnet ist. Alternativ können Hauptschaufeln und Leitschaufeln in gleicher Teilung, jedoch mit einem Winkelversatz zueinander am Radiallaufrad vorgesehen sein. Möglich ist es auch, verschiedene Anzahlen für die Hauptschaufeln und die Leitschaufeln zu wählen, so dass diese mit jeweils unterschiedlicher Teilung am Radiallaufrad angebracht sind.
- Vorzugsweise ist der Tragring zumindest bereichsweise als paraboloidabschnittsförmig oder kegelabschnittsförmig verjüngter Saugmund ausgebildet. Durch die in Strömungsrichtung des von dem Radiallaufrad angesaugten Fluids in axialer Richtung vorgesehene Aufweitung des Tragringes wird eine vorteilhafte Anströmung der Hauptschaufeln sichergestellt. Die vorteilhafte Anströmung ergibt sich dadurch, dass die trichterartige Aufweitung des Tragrings eine Beschleunigung des Fluids in einem radial außenliegenden, ringförmigen Raumabschnitt bewirkt.
- In weiterer Ausgestaltung der Erfindung schließt sich der Saugmund an einen radial außenliegenden Planringbereich des Tragrings an. Der Planringbereich gewährleistet, dass sich der zwischen benachbarten Hauptschaufeln und dem Tragring sowie der Tragscheibe ausgebildete Strömungsquerschnitt für das Fluid im radial außenliegenden Bereich nicht ändert. Dies verhindert eine unerwünschte überproportionale Beschleunigung des Fluids und gewährleistet dadurch einen vorteilhaften Wirkungsgrad für die Lüfteranordnung.
- Vorteilhaft ist es, wenn die Leitschaufeln auf dem Planringbereich des Tragrings angeordnet sind. Dies ermöglicht eine einfache Gestaltung und Anbringung der Leitschaufeln am Tragring, insbesondere bei einem aus Blechteilen hergestellten Radiallaufrad, bei dem die Blechteile durch Fügeverfahren wie Löten oder Schweißen miteinander verbunden werden, da keine Rücksicht auf gekrümmte Oberflächen genommen werden muss.
- Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die axiale Erstreckung der Leitschaufeln in Richtung der Lochblende gleich oder kleiner als die axiale Erstreckung des Saugmunds in Richtung der Lochblende ist. Das heißt, dass die Leitschaufeln in axialer Richtung gegenüber dem Saugmund zurückversetzt sind. Dadurch ist sichergestellt, dass bei einer aus Flachmaterial hergestellten Lochblende stets ein größerer Zwischenraum zwischen den Leitschaufeln und der Lochblende als zwischen dem Saugmund und der Lochblende besteht. Dadurch stellen sich vorteilhafte Strömungsverhältnisse in dem Zwischenraum zwischen Lochblende und Tragring ein. Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen sein, dass der Saugmund bei geeigneter Auswahl des Innendurchmessers der Lochblende eine von der größten Oberfläche der Lochblende bestimmte, dem Radiallaufrad zugewandte Ebene berührt oder durchsetzt. Die Leitschaufeln sind hingegen in Strömungsrichtung hinter der Lochblende von dieser beabstandet angeordnet. Dadurch kann bei geeigneter Auswahl des Innendurchmessers der Lochblende, der Verjüngung des Saugmunds und der Geometrie der Leitschaufeln eine besonders vorteilhafte Anströmung des Radiallaufrads durch das Fluid gewährleistet werden.
- Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass größte Oberflächen der Hauptschaufeln und/oder der Leitschaufeln tangential zu Spiralen, insbesondere zu archimedischen Spiralen, angeordnet sind, deren Mittelpunkte auf der Mittelachse der Tragscheibe liegt. Dadurch wird eine vorteilhafte Anströmung der rückwärts gerichteten Hauptschaufeln und der ebenfalls rückwärts gerichteten Leitschaufeln im Betrieb der Lüfteranordnung gewährleistet.
- Vorteilhaft ist es, wenn die Leitschaufeln als einstückige Fortsätze der Hauptschaufeln ausgebildet sind und den Tragring durchsetzen. Dadurch lässt sich eine besonders einfache Aufbauweise für ein aus Metallteilen aufgebautes Radiallaufrad verwirklichen. Beispielsweise kann der Tragring mit Schlitzen versehen sein, die auf die einstückig miteinander verbundenen Haupt- und Leitschaufeln angepasst sind, so dass der Tragring nach Festlegung der Hauptschaufeln an der Tragscheibe auf die Hauptschaufeln aufgesteckt und gegebenenfalls stoffschlüssig mit den Hauptschaufeln verbunden werden kann.
- Für ein Gebläse mit einer Antriebseinrichtung wird die Aufgabe der Erfindung durch eine Lüfteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 gelöst. Bei dem Gebläse kann es sich um ein Umluftgebläse oder ein freies Gebläse handeln, wie es beispielsweise im Bereich des Ofenbaus, der Lüftungs- und Klimatechnik oder der Brandschutztechnik, insbesondere zur Rauchabsaugung in Gebäuden, eingesetzt wird.
- Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Dabei zeigt:
- Figur 1
- eine perspektivische Darstellung eines Radiallaufrads und einer Lochblende in einer Explosionsdarstellung,
- Figur 2
- eine vergrößerte Darstellung eines Teilbereichs des Radiallaufrads gemäß der
Figur 1 , - Figur 3
- eine schematische Darstellung des Radiallaufrads mit in Strömungsrichtung vorgelagerter Lochblende,
- Figur 4
- eine zweite Ausführungsform eines Radiallaufrads,
- Figur 5
- eine dritte Ausführungsform eines Radiallaufrads, und
- Figur 6
- eine vierte Ausführungsform eines Radiallaufrads.
- Eine in den
Figuren 1 bis 3 dargestellte Lüfteranordnung umfasst eine erste Ausführungsform eines Radiallaufrads 10 und eine Lochblende 44. Das Radiallaufrad umfasst eine kreisscheibenförmig ausgebildete Tragscheibe 12, mehrere in gleicher Teilung an der Tragscheibe 12 festgelegte Hauptschaufeln 14 und einen mit Leitschaufeln 16 versehenen Tragring 18, der beabstandet zur Tragscheibe 12 an den Hauptschaufeln 14 festgelegt ist. - Die Tragscheibe 12 ist mit einer zentralen Ausnehmung 20 versehen, wobei eine Mittelachse der Ausnehmung 20 mit einer Mittelachse 22 der Tragscheibe 12 zusammenfällt. In einem radial innenliegenden Bereich ist die aus einer Blechplatine hergestellte Tragscheibe 12 mit einer Nabe versehen, die eine zuverlässige Befestigung an einer nicht dargestellten Antriebseinrichtung und einen stabilen Rundlauf des Radiallaufrads 10 auch bei hohen Umfangsgeschwindigkeiten gewährleisten soll. Die Hauptschaufeln 14 sind bei der vorliegenden Ausführungsform rückwärts geneigt an der Tragscheibe 12 angeordnet. Das heißt, dass ein tangential am Außenumfang der Tragscheibe 12 angetragener Umfangsgeschwindigkeitsvektor 24 einen spitzen Winkel mit einer größten Oberfläche 26 der Hauptschaufel 14 einschließt, wie dies symbolisch in der
Figur 1 dargestellt ist. - Bei der in den
Figuren 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform des Radiallaufrads sind die Leitschaufeln 16 einstückig mit den Hauptschaufeln 14 ausgeführt, so dass größte Oberflächen 54 der Leitschaufeln 16 den gleichen spitzen Winkel mit dem Umfangsgeschwindigkeitsvektor 24 einschließen wie größte Oberflächen 26 der Hauptschaufeln 14. Die Hauptschaufeln 14 sind jeweils an einem den Leitschaufeln 16 entgegengesetzten Endbereich rechtwinkelig abgewinkelt, so dass sie beispielsweise durch Kleben oder Punktschweißen an der vorzugsweise aus Metall hergestellten Tragscheibe 12 stoffschlüssig festgelegt werden können. Die Leitschaufeln 16 ragen orthogonal von der Oberfläche der Tragscheibe 12 ab. - Der Tragring 18 ist mit nicht näher dargestellten Schlitzen versehen, die von den mit den Hauptschaufeln 14 einstückig verbundenen Leitschaufeln 16 durchsetzt werden. Die Leitschaufeln 16 sind mittels einer stoffschlüssigen Verbindung, insbesondere einer Löt- oder Schweißverbindung, an dem Tragring 18 festgelegt und ragen von diesem orthogonal ab. Radial außenliegende Stirnseiten der Hauptschaufeln 14 und der Leitschaufeln 16 sind bei der vorliegenden Ausführungsform des Radiallaufrads orthogonal zu einer größten Oberfläche 30 der Tragscheibe 12 ausgerichtet. Radial innenliegende Stirnseiten 32 der Hauptschaufeln 14 sind gekrümmt ausgebildet und somit nur im Wesentlichen orthogonal zur größten Oberfläche 30 der Tragscheibe 12 ausgerichtet.
- Der Tragring 18 ist bei der vorliegenden Ausführungsform gemäß den
Figuren 1 bis 3 einstückig aus einem Planring 34 und einem sich radial innenliegend anschließenden, konusmantelabschnittsförmigen Saugmund 36 ausgebildet. Die Leitschaufeln 16 sind so dimensioniert, dass sie sich vom radial außenliegenden Rand 38 des Planrings 34 bis zum radial innenliegenden Rand 40 des Planrings 34 erstrecken. Der innere Rand 42 des Saugmunds 36 begrenzt den Ansaugquerschnitt des Radiallaufrads 10. - Gemäß der
Figur 3 ist die Lochblende 44 auf einer den Hauptschaufeln 14 entgegengesetzten Seite des Tragrings 18 beabstandet zum Saugmund 36 und somit in Strömungsrichtung des vom Radiallaufrad 10 angesaugten Fluids vor dem Tragring 18 angeordnet. Ein Innendurchmesser einer in der Lochblende 44 ausgebildeten Einströmöffnung 46 ist größer als der Innendurchmesser des Saugmunds 36 gewählt. Die Lochblende 44 ist derart gegenüber dem Radiallaufrad 10 angeordnet, dass der Saugmund 36 eine die Vorderseite der Lochblende 44 umfassende Ebene 48 nicht durchsetzt. - Vom Radiallaufrad 10 angesaugtes, durch die Einströmöffnung 46 strömendes Fluid wird entweder durch den Saugmund 36 geleitet und von den Hauptschaufeln 14 in radialer Richtung nach außen beschleunigt oder tritt in einen zwischen Saugmund 36 und Lochblende 44 ausgebildeten Spalt 50 ein, dessen engster Querschnitt durch den Abstand 56 zwischen der Vorderkante des Saugmunds 36 und der Oberfläche der Lochblende 44 bestimmt wird. Nach Durchströmen dieses engsten Querschnitts wird das Fluid in einen sich erweiternden Zwischenraum 52 zwischen der Lochblende 44 und dem paraboloidabschnittsförmigen Saugmund 36 geleitet, in dem durch die Aufweitung eine Beschleunigung des Fluids in radialer Richtung stattfindet.
- Im Gegensatz zu einem nicht dargestellten Radiallaufrad aus dem Stand der Technik wird durch die Leitschaufeln 16, wie sie bei der in den
Figuren 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform vorgesehen sind, eine definierte Fluidströmung im Spalt 50 zwischen Lochblende 44 und Tragring 18 hervorgerufen, so dass in diesem Bereich unerwünschte Turbulenzen, die den Wirkungsgrad einer mit dem Radiallaufrad 10 ausgestatteten Lüfteranordnung reduzieren könnten, vermieden werden. - Bei der nachstehenden Beschreibung weiterer Ausführungsformen werden für funktionsgleiche Komponenten die gleichen Bezugszeichen wie in der Beschreibung der ersten Ausführungsform gemäß den
Figuren 1 bis 3 genutzt. - Die in der
Figur 4 dargestellte Ausführungsform eines Radiallaufrads 110 unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß denFiguren 1 bis 3 durch einen Tragring 118, der einen größeren Außendurchmesser als die Tragscheibe 12 aufweist. Zudem sind die Leitschaufeln 116 unabhängig von den Hauptschaufeln 114 ausgeführt, wenngleich sie in gleicher Teilung deckungsgleich zu den Hauptschaufeln 114 angeordnet sind. Die Leitschaufeln 116 erstrecken sich über die gesamte Breite des Planrings 134 und grenzen an den in axialer Richtung gegen die Strömungsrichtung des Fluids verjüngten Saugmund 136 an. Durch den größeren Durchmesser des Tragrings 118 wird eine stärkere Beschleunigung des an den Leitschaufeln 116 vorbeistreichenden Fluids verglichen mit dem an den Hauptschaufeln 114 vorbeistreichenden Fluid erreicht. Damit ist für alle Betriebszustände des Radiallaufrads 110 sichergestellt, dass in einem radial außenliegenden Bereich der Leitschaufeln 116 ein zumindest geringfügig höherer Fluiddruck als in einem radial außenliegenden Bereich der Hauptschaufeln 114 vorliegt. Dadurch wird eine zwangsweise Strömungsrichtung für das Fluid vorgegeben und ein unerwünschtes Überströmen von Fluid, das von den Hauptschaufeln 114 gefördert wurde, in den Spalt zwischen Radiallaufrad 110 und der in denFiguren 4 bis 6 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellten Lochblende 44 vermieden. - Bei den Ausführungsformen gemäß den
Figuren 5 und6 sind die Leitschaufeln 216, 316 der Radiallaufräder 210, 310 jeweils in radialer Richtung ausgerichtet. Sie erstrecken sich über die Breite des Planrings 234 bzw. 334 und ragen orthogonal zu dessen Oberfläche ab. Die Leitschaufeln 216 bei der Ausführungsform gemäßFigur 5 sind in gleicher Teilung und dekkungsgleich mit den radial außenliegenden Stirnkanten der Hauptschaufeln 214 angeordnet. Bei der Ausführungsform derFigur 6 sind die Leitschaufeln 316 in Umfangsrichtung des Radiallaufrads 310 versetzt zu den Hauptschaufeln 314 angeordnet. Dadurch wird eine homogenere Durchmischung der durch die Hauptschaufeln 314 beschleunigten Fluidströme mit den durch die Leitschaufeln 316 beschleunigten Fluidströmen gewährleistet. Somit werden unerwünschte Druckschwankungen im radial außenliegenden Bereich des Radiallaufrads 310 vermieden.
Claims (14)
- Lüfteranordnung mit einem Radiallaufrad (10; 110; 210; 310), das eine zumindest im Wesentlichen rotationssymmetrisch zu einer Mittelachse (22) ausgebildete Tragscheibe (12) aufweist, die zur Festlegung an einer Antriebswelle einer Antriebseinrichtung ausgebildet ist und die mehrere, in radialer Richtung beabstandet zur Mittelachse (22) angeordnete, in axialer Richtung erstreckte Hauptschaufeln (14; 114; 214; 314) trägt, die mit einem axial beabstandet zur Tragscheibe (12) angeordneten Tragring (18; 118) verbunden sind, sowie mit einer Lochblende (44), die den Tragring (18; 118) auf einer den Hauptschaufeln (14; 114; 214; 314) entgegengesetzten Seite gegenüberliegend zugeordnet ist und die eine Einströmöffnung (46) für ein vom Radiallaufrad (10; 110; 210; 310) zu förderndes Fluid begrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass ein von der Einströmöffnung (46) bestimmter Einlassquerschnitt größer als ein vom Tragring (18; 118) bestimmter Ansaugquerschnitt gewählt ist und dass der Tragring (18; 118) an einer der Tragscheibe (12) entgegengesetzten Oberfläche mit Leitschaufeln (16; 116; 216; 316) versehen ist.
- Lüfteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einströmöffnung (46) in der Lochblende (44) kreisringförmig mit einem Innendurchmesser ausgebildet ist, der wenigstens dem Innendurchmesser des Tragrings (18; 118) entspricht.
- Lüfteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser des Tragrings (18; 118) gleich oder größer als der Außendurchmesser der Tragscheibe (12) gewählt ist.
- Lüfteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufeln (116; 216; 316) unabhängig von den Hauptschaufeln (114; 214; 314) ausgebildet sind.
- Lüfteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass größte Oberflächen (54) der Leitschaufeln (16; 116; 216; 316) spitze Winkel mit größten Oberflächen (26) der Hauptschaufeln (14; 114; 214; 314) einschließen.
- Lüfteranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die größten Oberflächen (54) der Leitschaufeln (216; 316) in radialer Richtung erstrecken.
- Lüfteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Tragring (18; 118) zumindest bereichsweise als paraboloidabschnittsförmig oder kegelabschnittsförmig verjüngter Saugmund (36) ausgebildet ist.
- Lüfteranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Saugmund (36) an einen radial außenliegenden Planringbereich (34; 134; 234; 334) des Tragrings (18, 118) anschließt.
- Lüfteranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufeln (16; 116; 216; 316) auf dem Planringbereich (34) des Tragrings (18; 118) angeordnet sind.
- Lüfteranordnung nach einem vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Erstreckung der Leitschaufeln (16; 116; 216; 316) in Richtung der Lochblende (44) gleich oder kleiner als die axiale Erstreckung des Saugmunds (36; 136) in Richtung der Lochblende (44) ist.
- Lüfteranordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Saugmund (36) in Richtung der Lochblende (44) verjüngt.
- Lüfteranordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass größte Oberflächen (26) der Hauptschaufeln (14; 114; 214; 314) und/oder der Leitschaufeln (16; 116; 216; 316) tangential zu Spiralen, insbesondere zu archimedischen Spiralen angeordnet sind, deren Mittelpunkte auf der Mittelachse (22) der Tragscheibe (12) liegen.
- Lüfteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitschaufeln (16) als einstückige Fortsätze der Hauptschaufeln (14) ausgebildet sind und den Tragring (18) durchsetzen.
- Gebläse mit einer Antriebseinrichtung und einer Lüfteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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EP08018674A EP2180196A1 (de) | 2008-10-24 | 2008-10-24 | Lüfteranordnung |
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EP08018674A EP2180196A1 (de) | 2008-10-24 | 2008-10-24 | Lüfteranordnung |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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2008
- 2008-10-24 EP EP08018674A patent/EP2180196A1/de not_active Withdrawn
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