EP0112932A1

EP0112932A1 - Radialventilator mit rückwärts gekrümmten, profilierten Schaufeln

Info

Publication number: EP0112932A1
Application number: EP82112081A
Authority: EP
Inventors: Fritz Köger; Udo Haas
Original assignee: Wilhelm Gebhardt GmbH
Current assignee: Cambio Sede masco GmbH
Priority date: 1982-12-29
Filing date: 1982-12-29
Publication date: 1984-07-11
Also published as: ATE13711T1; DE3264089D1; US4526506A; EP0112932B1

Abstract

Radialventilator mit zwischen einer Tragplatte und einer Deckplatte angeordneten, rückwärts gekrümmten und profilierten Schaufeln. Die Schaufeln sind derart geformt, daß der deckplattenseitige Schaufel-Eintrittswinkel (ß1<D>) um 4° bis 7° kleiner ist als der tragplattenseitige Schaufel-Eintrittswinkel (β1<T>) und der deckplattenseitige Schaufel-Austrittswinkel (β2<D>) um 3° bis 6° kleiner ist als der tragplattenseitige Schaufel-Austrittswinkel (β2<T>), wobei der deckplattenseitige Schaufel-Eintrittswinkel (β1<D>) zwischen 14° und 20° und der deckplattenseitige Schaufel-Austrittswinkel (β2<D>) zwischen 39° und 45° liegt. Diese Form wird durch Verwindung oder Scherung des Schaufelprofils erreicht.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Radialventilator gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein derartiger, aus der Praxis bekannter Radialventilator ist das Ergebnis einer Entwicklung, die sich das Ziel gesetzt hat, Radialventilatoren mit rückwärts gekrümmten Schaufeln zu höchsten Leistungsdichten zu entwickeln, wobei zugleich ein guter Wirkungsgrad und eine überlastungssichere Leistungskennlinie gewährleistet sein sollen. Zur Beschreibung des Radialventilators dienen im folgenden wie üblich dimensionslose Kennzahlen, die die bekannten Abhängigkeiten des Volumenstroms V und der Druckerhöhung Δ p_t von dem Durchmesser D und der Umdrehungszahl n des Laufrads sowie der Dichte p des zu fördernden Mediums berücksichtigen. Die zu
def.inierte Volumenzahl und die Druckzahl
eliminieren diese Abhängigkeiten und gestatten einen unmittelbaren Vergleich von Radialventilatoren verschiedener Bau- und Betriebsgrößen.Ei h Radialventilator wird durch eine Kennlinie charakterisiert, die ψ_t in Abhängigkeit von ϕ ausweist. Optimale Betriebsbedingungen werden in einem durch das Wertepaar ψ _topt ψ _opt charakterisierten Optimal punkt erreicht, in dem der Wirkungsgrad η des _Radi_alg_eblä_ses sein Maximum η_max hat. Als Maß für die Kompaktheit des Radialventilators kann die Leistungsdichte am Optimalpunkt, d. h. das Produkt aus ψ t_opt und ϕ_opt, dienen. Gemessen mit diesen Größen, werden durch den genannten Radialventilator nach dem Stand der Technik bemerkenswerte Ergebnisse erzielt. Bei einem Wirkungsgrad η _max = 0,85 ist ψ_oDt = 0,91 und ϕ _opt = = 0,2, so daß die Leistungsdichte einen Wert von 0,182 erreicht. Diese hohe Leistungsdichte, die sich der eines Trommelläuferventilators mit vorwärts gekrümmten Schaufeln annähert, kennzeichnet einen bereits sehr kompakten Radialventilator. Sie gestattet es, für denselben Anwendungsbereich einen Ventilator bei gleichbleibender Größe des Spiralgehäuses und gleichem Laufraddurchmesser wahlweise mit einem rückwärts gekrümmten Schaufeln aufweisenden oder einem Trommelläufer auszurüsten. Hierdurch ist eine Standardisierung und eine Fertigung in großer Serie möglich, die insbesondere im Lüftungs- und Klimagerätebau große Vorteile mit sich bringt.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Radialventilator der genannten Art unter Wahrung der erreichten Erfolge weiter zu verbessern. Dabei soll zum einen die Leistungsdichte im Optimalpunkt auf einen Wert über 0,2 angehoben werden, wobei die Volumenzahl nicht unter 0,2 und der Wirkungsgrad bei 80 % und mehr liegen soll. Diese Forderungen entsprechen sinngemäß einer noch kompakteren Bauweise des Radialventilators bei gleichbleibendem oder sinkendem Energiebedarf, wodurch auch höchsten Ansprüchen an die Energieeinsparung und Wirtschaftlichkeit von Anlagen genügt wird. Des weiteren sollen Abweichungen der Volumenzahl ϕ von ϕ _opt mit möglichst geringen Änderungen des Wirkungsgrads η einhergehen. In einem den Wirkungsgrad η in Abhängigkeit von der Volumenzahl ψ ausweisenden Diagramm wird demnach in einem Betriebsbereich um Φ _opt ein mö^g- lichst geringer Abfall des Wirkungsgrads η angestrebt. Insbesondere soll durch die Erfindung eine Erweiterung des Volumenzahlbereichs erzielt werden, in dem τ wenigstens 80 % beträgt. Diese Forderung entspricht sinngemäß der Möglichkeit, den Radialventilator gemäß der Erfindung mit hohem Wirkungsgrad auch bei Betriebspunkten seiner ϕ - ψ _t-Kennlinie zu betreiben, die abseits des Optimalpunktes liegen. Hierdurch wird die Auswahl von Ventilatoren für die Bestückung einer vorgegebenen Anlage erleichtert und die zur Abdeckung der auftretenden Betriebsbedingungen erforderliche Typenserie zahlenmäßig klein gehalten.
Die genannten Zielvorstellungen werden verwirklicht durch einen Radialventilator gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.
Profilierte, verwundene Schaufeln sind an sich aus der DE-PS 952 547 bekannt, die auch die Möglichkeit eines nicht achsparallelen, schrägen Verlaufs der Eintrittskante der Schaufeln erwähnt. Im Gegensatz zu der vorliegenden Erfindung sollen aber Schaufel-Eintrittswinkel und Schaufel-Austrittswinkel deckscheibenseitig größer sein als tragenscheibenseitig. Eine solche Anordnung löst die Aufgabe der Erfindung nicht. Ähnlich gewölbte Schaufeln sind auch in der DE-AS 10 57 752 beschrieben, die auch die Möglichkeit einer umgekehrten Wölbung und einer stromlinienförmigen Profilierung offenbart. Es fehlt aber ein Hinweis auf die erfindungsgemäß einzuhaltenden, kritischen Dimensions- und Winkelverhältnisse.
Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Radialventilator gemäß der Erfindung, teilweise aufgebrochen;
Fig. 2 einen Schnitt durch das Laufrad des Radialventilators entlang der Linie II-II von Fig. 1, wobei der Öbersichtlichkeit halber an jeder Laufradhälfte nur ein Schaufel paar dargestellt und die Anordnung der Welle nicht gezeigt ist;
Fig. 3 eine Draufsicht auf eine verwundene Schaufel des Laufrads gemäß Einzelheit III von Fig.1;
Fig.4 und 5 alternative Ausführunasformen von Schaufeln in einer Fig. 3 entsprechenden Draufsicht;
Fig. 6 eine alternative Ausführungsform mit einer unverwundenen, geneigten Schaufel in einer Fig. 3 entsprechenden Draufsicht;
Fig. 7 die Kennlinie eines erfindungsgemäßen Radialventilators mit einer Darstellung von ψ _t und ₁ in Abhängigkeit von ϕ .
Fig. 8 den Reaktionsgrad des erfindungsgemäßen Radialventilators am Optimalpunkt im Vergleich zu Radialventilatoren nach dem Stand der Technik.

Bezugnehmend zunächst auf Fig. 1, weist der erfindungsqemäße Radialventilator ein Spiralgehäuse 1 auf, in das ein Radiallaufrad 2 eingebaut ist. Das Radiallaufrad 2 ist auf einer Welle 3 drehbar gelagert. Es wird durch ein nicht dargestelltes Antriebsaggregat in Richtung des Pfeiles 4 in Rotation versetzt. Hierdurch wird in Axialrichtung, d. h. in Achsrichtung der Welle 3, ein zu förderndes Medium in das Spiralgehäuse 1 angesaugt und in Radialrichtung ausgestoßen. Das Medium tritt durch eine Einströmdüse 5 in das Innere des Spiralgehäuses 1 ein. Die Einströmdüse 5 ist dazu seitlich an dem Spiralgehäuse 1 angeordnet, und zwar in Form eines den Rand einer Einströmöffnung 6 übergreifenden, sich trichterförmig nach innen verjüngenden Kragens. Die Innenkante 7 der Einströmdüse 5 bildet dabei eine annähernd zylindrische Hülse, mit der die Einströmdüse 5 eine das Radiallaufrad 2 begrenzende Deckplatte 8 übergreift. Die Einströmdüse 5 kommt dabei radial innerhalb der Deckplatte 8 zu liegen. Zwischen der Einströmdüse 5 und dem diese überlappenden Abschnitt 9 der Deckplatte 8 verbleibt ein Spalt 10. Ausgehend von dem überlappenden Abschnitt 9, verläuft die Deckplatte 8 in Gestalt einer gekrümmten Umlenkkontur 11 radial nach außen. Die Umlenkkontur 11 schließt mit der Oberseite 12 einer Anzahl von Schaufeln 13 ab, die mit ihrer Unterseite 14 auf einer Tragplatte 15 des Radiallaufrads 2 montiert sind. Erfindungsgemäß weisen die Schaufeln 13 eine rückwärts gekrümmte, profilierte Kontur auf, die noch nachstehend näher erläutert wird. Das in das Radiallaufrad 2 durch die Einströmdüse 5 angesaugte Medium wird durch die Schaufeln 13 in Radialrichtung gefördert und in dem Spiralgehäuse 1 hin zu einer Austrittsfläche 16 von vorzugsweise rechteckigem Querschnitt geführt, durch die das Medium den Radialventilator verläßt.
Bezugnehmend nunmehr auf Fig. 2, ist eine zweiseitig saugende Anordnung des erfindungsgemäßen Radialventilators dargestellt, die eine bevorzugte Ausführungsform für Klimageräte und Klimaanlagen findet. Der Radialventilator ist dabei symmetrisch zu einer Mittelebene aufgebaut, in der die Tragplatte 15 des Radiallaufrads 2 angeordnet ist. Die Tragplatte 15 ist beidseits mit Schaufeln 13 bestückt, die an ihrer Oberseite 12 von je einer Deckplatte 8 abgedeckt werden. Jede der Einströmdüsen 5 übergreift mit einer gerundeten Umlenkkontur 11 die ihr zugeordnete Einströmdüse, wobei jeweils ein Zwischenraum in Gestalt des Spalts 10 verbleibt. Jede der Halbseiten des Radiallaufrads 2 beidseits der Tragplatte 15 übt somit in Axialrichtung eine Saugwirkung aus, vermittels derer einander entaegengerichtete Medienströme durch die Seitenwände 17, 18 in den Radialventilator gefördert werden. Die Medienströme werden in radialer Richtung in ein gemeinsames Spiralgehäuse 1 ausgestoßen, das sie durch eine Austrittsfläche 16 verlassen. Die Halbseiten des Radiallaufrads 2 sind dabei völlig symmetrisch aufgebaut; Maß^größen, die in Fig. 2 auf der einen Halbseite des Radialventilators eingezeichnet sind, gelten deshalb entsprechend auch für die andere Halbseite. Ebenso ist auch die Kontur der Schaufeln 13 auf beiden Halbseiten des Radiallaufrads 2 dieselbe.
Die Kontur der Schaufeln 13 wird nun nachstehend beschrieben. Anhand von Fig. 2 ist zunächst zu erkennen, daß der Schaufel-Innendurchmesser, d. h. der Durchmesser eines um die Laufradachse herum beschriebenen, die Innenkanten 19 der Schaufeln 13 berührenden Kreises, von der Deckplatte 8 zu der Tragplatte 15 hin abnimmt. Der Schaufel-Innendurchmesser hat an der Deckplatte 8 einen maximalen Wert d_lmax. Der mittlere Schaufel-Innendurchmesser d₁ ergibt sich daraus zu
Wie Fig. 2 erkennen läßt, liegen die Innenkanten 19 der Schaufeln 13 auf einer Rotationsfläche um die Drehachse des Radiallaufrads 2, die sich trichterförmig von der Deckplatte 8 zu der Tragplatte 15 hin verjüngt. Die die Schaufeln-Außenkanten 20 erfassende Rotationsfläche ist hingegen zylindrisch. Die Außenkontur der Schaufeln 13 kann somit über die volle Höhe zwischen Deckplatte 8 und Tragplatte 15 durch einen annähernd konstanten Schaufel-Außendurchmesser d₂ beschrieben werden.
Wie Fig. 3 zeigt, sind die Schaufeln 13 in sich verwunden, so daß die Schaufel-Innenkanten 19 und die Schaufel-Außenkanten 20 auf den sie einhüllenden Rotationsflächen jeweils windschief, d. h. nicht parallel zu der Drehachse des Radiallaufrads 2 zu liegen kommen. Der Blick auf die Schaufel 13 ist in Fig. 3 wie in Fig. 1 auf die Tragplatte 15 herunter gerichtet. Die mit der Oberseite 12 der Schaufel 13 zur Anlage kommende Deckplatte 8 ist abgenommen. Die Schaufel 13 ist mit der teilweise verdeckt erscheinenden Unterseite 14 an die Tragplatte 15 montiert. Durch die Verwindung der Schaufel 13 wird eine Änderung des Schaufel-Eintrittswinkels ß ₁ und des Schaufel-Austrittswinkels ß ₂ über die Höhe des Radiallaufrads 2 erreicht. Der Schaufel-Eintrittswinkel ß₁ ist dabei in Ebenen parallel zu der Tragplatte 15 definiert. Er wird jeweils eingeschlossen von einer Profil-Mittellinie 21 der Schaufel 13 einerseits und einer an die von den Schaufel-Innenkanten 19 gebildeten Rotationsfläche gelegten Tangente 23 andererseits. In denselben Ebenenen parallel zu der Tragplatte 15 ist auch der Schaufel-Austrittswinkel ß ₂ definiert. Er wird jeweils eingeschlossen von einer Profil-Mittellinie 24 der Schaufel 13 einerseits und einer an die von den Schaufel-Außenkanten 20 gebildeten Rotationsfläche gelegten Tangente 26 andererseits. In Fig. 3 sind der deckplattenseitige Schaufel-Eintrittswinkel ß ₁ ^D und der deckplattenseitige Schaufel-Austrittswinkel ß ₂ ⁰, d.h. Schaufel-Eintrittswinkel ß ₁ bzw. Schaufel-Austrittswinkel ß ₂ in Höhe der Deckplatte 8, sowie der tragplattenseitige Schaufel-Eintrittswinkel ß ₁ ^T und der tragplattenseitige Schaufel-Austrittswinkel β ₂ ^T, d.h. der Schaufel-Eintrittswinkei ß ₁ bzw. Schaufel-Austrittswinkel ß ₂ in Höhe der Tragplatte 15 eingezeichnet. Wie- in Fig.- 3 zwanglos zu erkennen, ist auf Grund der Verwindung der Schaufeln 13 ß₁ ^D kleiner als ß ₁ ^T und ebenso auch ß ₂ ^D kleiner als ₂ ^T.
Fig. 3 zeigt weiterhin, daß die Schaufel 13 in einer strömungstechnisch besonders günstigen Form profiliert ist. Die Gestaltung des Profils wird dabei insbesondere an der deckplattenseiten Oberseite 12 und der tragplattenseitigen Unterseite 14 der Schaufel 13 deutlich. Es handelt sich um ein Flugzeug-Tragflächenprofil, wie es für niedrige Fluggeschwindigkeiten, d. h. Fluggeschwindigkeiten bis etwa 250 km/h, Verwendung findet. Die Schaufel 13 weist ein solches Profil über ihre volle Höhe, d. h. den gesamten Bereich zwischen der Deckplatte 8 und der Tragplatte 15 auf. Jeder Schnitt durch eine Schaufel 13 in einer Ebene parallel zu der Tragplatte 15 zeigt also als Schnittfläche ein Flugzeug-Tragflächenprofil der angegebenen Art. Das Profil der Schaufel 13 ist, bezogen auf die Drehrichtung des Radiallaufrads 2, nach rückwärts gekrümmt. Der Schaufel-Austrittswinkel ß ₂ nimmt daher durchweg Werte von weniger als 90° ein. Des weiteren ist das Profil in der dargestellten Weise verwunden.
Erfindungsgemäß wird nun die angestrebte hohe Leistungsdichte des Radialventilators dadurch erreicht, daß bei einem Verhältnis des mittleren Schaufel-Innendurchmessers d₁ zu dem Schaufel-Außendurchmesser d₂von etwa 0,7 : 1 die in Gestalt eines Flugzeug-Tragflächenprofils geformten Schaufeln 13 derart ausgebildet sind, daß der deckplattenseitige Schaufel-Eintrittswinkel ß ₁ ^D um 4° bis 7° kleiner ist als der tragplattenseitige Schaufel-Eintrittswinkel ß ₁ ^T, und ebenso der deckplattenseitige Schaufel-Austrittswinkel ß ₂ ^D um 3° bis 6° kleiner ist als der tragplattenseitige Schaufel-Austrittswinkel ß ₂ ^T. wobei der deckplattenseitige Schaufel-Eintrittswinkel ₁ D zwischen 14⁰ und_20° und der deckplattenseitige Schaufel-Austrittswinkel ß ₂ ^D zwischen 39° und 45° liegt. Umfangreiche Versuche haben ergeben, daß bei einer Dimensionierung in dem angegebenen Bereich optimale Betriebsdaten für einen Radial Ventilator erreicht werden. Die angegebenen Winkelverhältnisse können u. a. durch eine Verwindung der Schaufeln 13 verwirklicht werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der deckplattenseitige Schaufel-Eintrittswinkel ß₁ ^D 14,5° bis 17,5° und der tragplattenseiti^ge Schaufel-Eintrittswinkel ß₁ ^T 21,5°, während der deckplattenseitige Schaufel-Austrittswinkel ß₂ ^D 40° bis 43° und der tragplattenseitige Schaufel-Austrittswinkel ß₂ ^T 46° beträgt.
Die in der Abbildung Fig. 3 dargestellte Schaufel form entsteht durch Verwindung um eine senkrecht zu der Zeichenebene verlaufende Verwindungsachse 22. Die Verwindungsachse 22 ist somit parallel zu der Drehachse des Radiallaufrads 2 orientiert. Sie liegt in einem mittleren Bereich der Schaufeln 13. Eine derartige Anordnung ist aber nicht zwingend. Die beschriebenen Winkelverhältnisse lassen sich vielmehr auch erreichen, wenn die Verwindungsachse 22 der Schaufeln 13 im Bereich der Schaufel-Außenkanten 20 liegt. Eine derartige, alternative Anordnung ist in Fig. 4 dargestellt. Die Blickrichtung ist dabei dieselbe wie in Fig. 3, und übereinstimmende Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die abgebildete Schaufel 13 ist profiliert und rückwärts gekrümmt. Ihre Schaufel-Außenkante 20 ist parallel zu der Drehachse des Radiallaufrads 2 orientiert, steht also senkrecht aus der Zeichenebene heraus. Mit der Schaufel-Außenkante fällt eine Verwindungsachse 22 der Schaufel 13 zusammen. Auf Grund der Verwindung ist die Schaufel-Eintrittskante 19 gegenüber der Drehachse des Radiallaufrads 2 geneigt, und der Schaufel-Innendurchmesser variiert wie bei Fig. 3 über die Höhe der Schaufel. In der Abbildung Fig. 4 ist zu erkennen, daß auf Grund der Verwindung der deckplattenseitige Schaufel-Eintritts- winkel β₁ ^D kleiner ist als der tragplattenseitige Schaufel-Eintrittswinkel β₁ ^T, und ebenso der deckplattenseitige Schaufel-Austrittswinkel β₂ ^D kleiner ist als der tragplattenseitige Schaufel-Austrittswinkel 2 T. Somit können die angegebenen Winkelverhältnisse auch durch Verwindung um eine Verwindungsachse 22 erreicht werden, die im Bereich der Schaufel-Außenkanten 20 liegt bzw. mit den Schaufel-Außenkanten 20 zusammenfällt.
Fig. 5 zeigt ein weiteres, alternatives Ausführungsbeispiel einer verwundenen Schaufel 13. Bei dieser ist die parallel zu der Drehachse des Radiallaufrads 2 orientierte Verwindungsachse 22 wiederum in den mittleren Bereich der Schaufel 13 verlegt. Wie in den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 3 und Fig. 4, ist die Schaufel-Innenkante 19 in einer Weise geneigt, daß die alle Schaufel-Innenkanten 19 einhüllende Rotationsfläche einen sich von der Deckplatte 8 zur Tragplatte 15 hin verjüngenden Kegel bildet. Der Schaufel-Innendurchmesser ist also in Höhe der Deckplatte 8 größer als in Höhe der Tragplatte 15. Gemäß Fig. 5 erfährt nun die Schaufel-Außenkante 20 der Schaufeln 13 durch die Verwindung um die Verwindungsachse 22 eine ähnliche Schrägstellung. Die alle Schaufel-Außenkanten 20 einhüllende Rotationsfläche hat die Gestalt eines sich von der Deckplatte 8 zu der Tragplatte 15 hin aufweitenden Kegelmantels. Anders als bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3, wird also gemäß Fig. 5 die Schaufel-Außenkante 20 nicht durch einen einzigen, über die Höhe der Schaufel 13 annähernd konstanten Schaufel-Außendurchmesser d₂ beschrieben. Vielmehr variiert der Schaufel-Außendurchmesser über die Höhe der Schaufel 13,.wobei er seinen minimalen Wert d_2min in Höhe der Deckplatte 8, und seinen maximalen.Wert d_2max auf der Höhe der Tragplatte 15 einnimmt. Für das in Anspruch 1 angegebene Verhältnis von Schaufel-Innendurchmesser zu Schaufel-Außendurchmesser ist ein mittlerer Schaufel-Außendurchmesser d ₂anzusetzen. Wie man sich leicht überzeugt, liegen auch bei dieser Anordnung die angegebenen Winkelverhältnisse vor, so daß die Lehre der Erfindung zu verwirklichen ist.
Fig. 6 zeigt eine weitere, alternative Schaufelform, die.nicht durch Verwindung des Schaufelprofils, sondern durch eine Scherung quer zu der Längsrichtung der Schaufel 13 hervorgegangen ist. Auf Grund dieser Scherung ist die Schaufel 13 von der Deckplatte 8 zur Tragplatte 15 gesehen entgegen der Drehrichtung des Radiallaufrads 2 geneigt. Die Schaufel-Außenkanten 20 weisen dabei über die Höhe der Schaufeln 13 einen annähernd konstanten Durchmesser d₂ auf. Hingegen sind die Schaufel-Innenkanten 19 durch die Scherung in einer Weise geneigt, daß ihre Einhüllende eine sich von der Deckplatte 8 zur Tragplatte 15 hin verjüngende, trichterförmige Rotationsfläche bildet. Die Schaufel 13 weist somit an ihrer Innenkante 19 auf der Höhe der Deckplatte 8 einen größeren Innendurchmesser auf als im Bereich der Tragplatte 15. Eine auf der Tragplatte 15 errichtete, die Schaufel-Innenkante 19 treffende Normale schließt also mit der Schaufel-Innenkante 19 sowohl in tangentialer als auch in radialer Projektion jeweils spitze Winkel ein. Man erkennt nun anhand von Fig. 6, daß auch bei einer derart geneigt angeordneten Schaufel 13 der deckplattenseitige Schaufel-Eintrittswinkel β₁ ^D kleiner ist als der tragplattenseitige Schaufel-Eintrittswinkel β₁ ^T, und ebenso der deckplattenseitige Schaufel-Austrittswinkel β₂ ^D kleiner ist als der tragplattenseitige Schaufel-Austrittswinkel β₂ ^T. Die erfindungsgemäßen Winkelverhältnisse lassen sich also nicht nur durch Verwindung, sondern auch durch Scherung einer profilierten, rückwärts gekrümmten Schaufel 13 einstellen. Allgemein sind zu diesem Zweck geometrische Operationen geeignet, durch die die ursprünglich parallel zu der Drehachse des Radiallaufrads 2 orientierten Schaufel-Innenkanten 19 und Schaufel-Außenkanten 20 einen windschiefen Verlauf zu der Drehachse erhalten. Des weiteren kann die erfindungsgemäße Anordnung dadurch gekennzeichnet werden, daß längs der senkrecht zur Hauptströmungsrichtung gemessenen Schaufelbreite die Profilsehnen der Schaufel schnitte in verschiedenen Ebenen liegen.
Durch die Erfindung wird ein Radialventilator geschaffen, dessen Leistungsdichte, d. h. das Produkt aus _op_t und ψ _topt , bei einer Volumenzahl ϕ _opt von 0,2 und mehr größer ist als 0,2 und damit höher liegt als bei allen bisher bekannt gewordenen Radialventilatoren. Zugleich wurde der Volumenzahlbereich Δϕ_0,8, in dem der Radialventilator bei einem Wirkungsgrad von mehr als 80 % arbeitet, gegenüber dem Stand der Technik nach beiden Seiten hin um wenigstens 20 % vergrößert. Zur Erläuterung dieser Verbesserungen wird auf die in Fig. 7 dargestellte ϕ - ψ _t-Kennlinie des erfindungsgemäßen Radialventilators verwiesen. Mit getrennter Skala ist in diesem Diagramm auch der Verlauf des Wirkungsgrads η über ϕ aufgetragen. Man erkennt, daß der Wirkungsgrad η seinen Maximalwert η_max bei einer Volumenzahl ϕ_opt von 0,2 einnimmt. Der zugehörige Wert ψ_topt liegt über 1,0, so daß die Leistungsdichte als Produkt von ϕ_opt und ψ_topt oberhalb von 0,2 liegt. Des weiteren ist zu erkennen, daß der Wirkungsgrad η beidseits seines Maximalwerts η_max gegenüber steigenden bzw. sinkenden Volumenzahlen ϕ nur sehr allmählich abfällt. Der Bereich Δϕ_0,8, in dem der Wirkungsgrad η den Wert 0,8 übersteigt, erstreckt sich über einen Bereich von Volumenzahlen ϕ , der gegenüber dem Stand der Technik beidseits erheblich erweitert ist. Durch die Erfindung wird somit ein Radialventilator von bislang unerreichter Kompaktheit geschaffen, der überdies auch bei Betriebspunkten außerhalb des Optimalpunkts mit einem hohen Wirkungsgrad arbeitet.
Von Bedeutung für diese Wirkung ist die bereits erwähnte Schrägstellung der einströmseitigen Innenkanten 19 der Schaufeln 13 gegenüber der Drehachse des Radiallaufrads 2. Diese Schrägstellung, die sich insbesondere aus der Darstellung in Fig. 3 ergibt, kann in besonders einfacher Weise dadurch erreicht werden, daß die Schaufeln 13 aus einem von zwei parallelen Kanten begrenzten Blechstück gebogen werden, wobei die Kanten im montierten Zustand der Schaufel 13 aufeinander zur Anlage kommen und die Schaufel-Außenkante 20 bilden. Werden nun die Schaufeln 13 derart auf die Tragplatte 15 montiert, daß die Schaufel-Außenkanten 20 als Einhüllende eine zylindrische Rotationsfläche haben, so stellt sich bei der angegebenen Verwindung der Schaufeln 13 die erwünschte Schrägstellung der Schaufel-Innenkanten 19 ein. Es kann somit ein Schaufelzuschnitt gewählt werden, bei dem die die Schaufel-Außenkanten 20 bildenden Seiten rechtwinklig zu den Seiten verlaufen, die die mit der Tragplatte 15 zur Anlage kommende Unterseite 14 der Schaufel 13 begrenzen. Ein solcher Schaufelzuschnitt ist fertigungstechnisch besonders günstig, da er einen geringen Verschnitt und eine einfacher Verarbeitung mit sich bringt.
Nachstehend werden Bemessungsverhältnisse des erfindungsgemäßen Radialventilators angegeben, in denen dieser ein optimales Betriebsverhalten zeigt. Eine erfindungswesentliche Größe ist dabei der Einlaufdurchmesser d₀ der Deckplatte 8, d. h. der kleinste Durchmesser ihres Einlaßbereichs. Der Einlaufdurchmesser d₀ ist in der Abbildung Fig. 2 ausgewiesen. Er sollte sich erfindungsgemäß zu dem Schaufel-Außendurchmesser d₂ wie etwa 0,75 : 1 verhalten.
Von funktionswesentiicher Bedeutung für den Radialventilator gemäß der Erfindung ist auch die Gestaltung der Umlenkkontur 11 der Deckplatte 8. Diese ist in Gestalt eines Kegelschnitts, d. h. kreisförmig, parabolisch oder hyperbolisch gekrümmt und wird demnach durch einen oder mehrere Krümmungsradien r beschrieben.
Die Abbildung Fig. 2 zeigt eine kreisförmige Krümmung der Umlenkkontur 11 mit einem einzigen Krümmungsradius r. Für ein optimales Betriebsverhalten des Radialventilators müssen sich der oder die Krümmungsradien r zu dem Einlaufdurchmesser d₀ wie 0,2 bis 0,3 : 1 verhalten.
Von erfindungsfunktioneller Bedeutung ist des weiteren die Austrittsbreite b₂ des Radialventilators, d. h. der Abstand zwischen Tragplatte 15 und Deckplatte 8 an der Schaufel-Außenkante 20. Die Austrittsbreite b₂ ist in dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel eines zweiseitig ansaugenden oder doppelflutigen Radialventilators jeweils auf eine Halbseite des Radiallaufrads 2 bezogen. Die Austrittsbreite b₂ sollte sich zu dem Schaufel-Außendurchmesser d₂ wie 0.225 bis 0,275 : 1 und vorzugsweise wie 0,25 : 1 verhalten. Statt der Austrittsbreite b₂ kann auch die Austrittsfläche F des Radialventilators angegeben werden, d. h. das Flächenmaß der die Schaufel-Außenkanten 20 einhüllenden zylindrischen Rotationsfläche. Die Austrittsfläche F₂ ist durch die Austrittsbreite b₂ und den Schaufel-Außendurchmesser d₂ definiert. Sie wird vorzugsweise auf die Eintrittsfläche F₀ des Radiallaufrads 2, d. h. die lichte Weite des Einlaßbereichs der Deckplatte 8 mit dem Einlaufdurchmesser d₀, bezogen. Erfindungsgemäß soll sich die Eintrittsfläche F₀ des Radiallaufrads 2 zu seiner Austrittsfläche F₂ wie 0,48 bis 0,54 : 1 und insbesondere wie 0,56 : 1 verhalten.
Eine optimale Dimensionierung des Radialventilators gemäß der Erfindung muß schließlich auch die Größenverhältnisse des Spiralgehäuses 1 berücksichtigen. Von Bedeutung ist die Eintrittsfläche F_E der Einströmdüse 5 und der Querschnitt F_A der Austrittsfläche 16 des Spiralgehäuses 1. Die Größe der Austrittsfläche F_A ist in Fig. 1 und die lichte Weite F_E der Einströmdüse 5 in Fig. 2 ausgeworfen. F_E sollte sich zu F_A wie 0,67 bis 0,71 : 1 und insbesondere wie ₀,_{69 :} 1 verhalten.
Es sei angemerkt, daß die angegebenen Dimensionsverhältnisse gleichermaßen für einseitig saugende Radialventilatoren wie für zweiseitig saugende Radialventilatoren gelten. Bei zweiseitig saugenden Ventilatoren verdoppeln sich zwar zum Teil die absoluten Zahlenwerte, die Verhältniszahlen bleiben dabei aber unverändert.
Für das Betriebsverhalten des erfindungsgemäßen Radialventilators ist schließlich die Anzahl der auf den Umfang des Radiallaufrads 2 verteilten Schaufeln 13 von Bedeutung. Diese sollte zwischen zehn und sechzehn liegen. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind zwölf Schaufeln 13 vorgesehen.
Der erfindungsgemäße Aufbau eines Radialventilators läßt sich gleichermaßen in einer einseitig ansaugenden wie auch einer zweiseitig ansaugenden Anordnung verwirklichen, wobei letztere in Fig. 2 dargestellt ist. Diese Bauform findet eine bevorzugte Verwendung für Klimageräte und Klimaanlagen.
Abgesehen von den bereits erwähnten Vorteilen, wird durch die Erfindung ein Radialventilator geschaffen, bei dem der Reaktionsgrad als Quotient von statischem Druck zu Gesamtdruck sehr hoch _'ist. Der Anteil der zunächst nicht nutzbaren kinetischen Energie ist also sehr klein. Fig. 8 zeigt den Reaktionsgrad des erfindungsgemäßen Radialventilators im Vergleich zu Radialventilatoren nach dem Stand der Technik. Der Reaktionsgrad ist dabei in Abhängigkeit von der Volumenzahl ϕ bei maximalem Wirkungsgrad η _max , d. h. am Optimalpunkt ψ_{t opt}aufgetragen. Ventilatoren nach dem Stand der Technik sind dabei durch Werte 1 bis 13 und die Erfindung durch den Wert 14 charakterisiert. Man erkennt, daß der erfindungsgemäße Wert 14 einen optimalen Kompromiß zwischen den Forderungen nach einer möglichst hohen Volumenzahl und. einem hohen Reaktionsgrad darstellt.
Des weiteren wird durch die Erfindung eine Anordnung geschaffen, bei der die Wellenleistung innerhalb des erfaßten Volumenzahlbereichs ein Maximum einnimmt. Es ist also möglich, den Antriebsmotor des Radialventilators auf das Wellenleistun^gs-Maximum auszulegen, so daß eine Oberlastung bei vom Auslegepunkt abweichenden Betriebspunkten ausgeschlossen ist. Hierdurch unterscheidet sich das erfindungsgemäße Radialgebläse in vorteilhafter Weise von einem Trommelläuferventilator mit vorwärts gekrümmten Schaufeln. Bei diesem steigt die Wellenleistung mit zunehendem Volumenstrom, d. h. zunehmender Volumenzahl ϕ , progressiv an, und es ist überhaupt kein Maximum vorhanden. Bei einem solchen Ventilator besteht also stets die Gefahr einer Motor- überlastung. Dieser Nachteil wird bei dem Radialventilator gemäß der vorliegenden Erfindung vermieden, der andererseits in seiner Leistungsdichte einem Trommelläuferventilator nahekommt und somit die vorteilhaften Eigenschaften eines mit rückwärts gekrümmten Schaufeln bestückten Radialventilators mit denen eines Trommelläuferventilators verbindet. Die maximal zulässige Umfangsgeschwindigkeit des erfindungsgemäßen Radialventilators, gemessen an den Schaufel-Außenkanten 20, beträgt etwa 85 m/sec. Eine derart hohe zulässige Umfangsgeschwindigkeit ermöglicht für einen vorgegebenen Betriebspunkt die Verwendung kleiner Ventilatoren, was sich in einer Senkung der Investitionskosten niederschlägt. Auf Grund der erreichten Leistungsdichte befindet sich der erfindungsgemäße Radialventilator mit einer spezifischen Drehzahl n₀ von ca. 80 im Bereich der halbaxialen Ventilatoren.
Weitere Vorteile und die Bedeutung der erfindungsgemäß angegebenen konstruktiven Parameter werden anhand der folgenden Beispiele erläutert.

1. Beispiel

Ein Radialventilator mit außerhalb der erfindungsgemäßen Winkelbereiche geneigten, profilierten Schaufeln (Ventilator I) wird mit einem Radialventilator (Ventilator II) gemäß der Erfindung verglichen. Konstruktive Daten wie Dimensionsverhältnisse und Schaufelzahl liegen in den erfindungsgemäß angegebenen Bereichen und stimmen jeweils überein, soweit nicht nachstehend etwas anderes angegeben ist.

Ventilator I: Schaufel-Eintrittswinkel β₁ ^D = 35° β₁ ^T = 23⁰ Schaufel-Austrittswinkel β ₂ = 48° d ₁ : d₂ = 0,7 ψ _topt ϕ _opt ⁼ 0,182 bei ϕ _opt = 0,₂ Δϕ_0,8 erstreckt sich von ϕ =0,145 bis 0,265
Ventilator II: Schaufel-Eintrittswinkel β₁ ^D = 17,5° β₁ ^T = 21,5° Schaufel-Austrittswinkel β₂ ^D = ₄₂ ° β₂ ^T = 46° d ₁ : d₂= ₀,₇ ψ t_opt ϕ _opt = 0,202 bei ϕ _opt = 0,215 Δϕ erstreckt sich von ϕ = 0,13 bis 0,8 0,274

Hieraus ergibt sich die Oberlegenheit des erfindungsgemäßen Radialventilators.
Die erfindungsgemäß erzielte Kennlinie hängt in kritischer Weise von den Schaufelwinkeln und der Schaufelverwindung ab. - 18 - Dies wird exemplarisch anhand von Ventilator III und IV nachgewiesen, bei denen unter sonst unveränderten Bedingungen Winkelwerte außerhalb der erfindungsgemäßen Bereiche verwirklicht sind:

Ventilator III: Schaufel-Eintrittswinkel β₁ ^D = 16 ° β₁ ^T = 23 ° Schaufel-Austrittswinkel β₂ ^D = 40,5° β₂ ^T = 47,5 ° ψ t_opt ϕ _oot = 0,2 bei ϕ _opt = 0,195 Δϕ_0,8 erstreckt sich von ϕ = 0,158 bis 0,244

Eine zu starke Verwindung oder Scherung der Schaufeln führt also zu einer Verschlechterung der Leistungskenngrößen.

Ventilator IV: Schaufel-Eintrittswinkel β₁ ^D = 12 ° β₁ ^T = 18 ° Schaufel-Austrittswinkel β₂ ^D = 48 ° β₂ ^T = 52 ° ψ t_opt · ϕ_opt = 0,189 bei ϕ _opt = 0,21 η _max = 0,79, η erreicht also 0,8 nicht.

Auch bei Einhalten der erfindungsgemäßen Verwindung oder Scherung führt also eine Fehleinstellung der Schaufelwinkel nicht zu dem vorteilhaften Ergebnis der Erfindung.

2. Beispiel

Es werden Radialventilatoren mit erfindungsgemäß geneigten, profilierten Schaufeln verglichen und dabei das Verhältnis von Schaufel-Innendurchmesser zu Schaufel-Außendurchmesser variiert.
Ventilator II: mit d ₁ : d₂ = 0,7 : vgl. Beispiel 1

Ventilator V. wie Ventilator II, aber mit d ₁ : d₂ = 0,6: ψt_opt ϕ_opt = 0,18 bei ϕ _opt = 0,2 Δϕ_0,8 erstreckt sich von ϕ = 0,16 bis 0,27.

Claims

1.Radialventilator, bestehend aus einem Spiralgehäuse und einem darin eingebauten Radiallaufrad, das zwischen einer Tragplatte und einer die Einströmdüse des Radialventilators mit einer gerundeten Umlenkkontur übergreifenden Deckplatte angeordnete, rückwärts gekrümmte und z. B. in Gestalt eines Flugzeug-Tragflächenprofils geformte Schaufeln mit schräg zu der Drehachse des Radiallaufrads verlaufenden, einströmseitigen Innenkanten trägt, wobei der Schaufel-Innendurchmesser von der Deckplatte zu der Tragplatte hin abnimmt und der mittlere Schaufel-Innendurchmesser d ₁ zu dem Schaufel-Außendurchmesser d₂ in einem Verhältnis von etwa 0,7 : 1 steht, dadurch gekennzeichnet, daß der deckplattenseitige Schaufel-Eintrittswinkel ( β₁ ^D) um 4° bis 7° kleiner ist als der tragplattenseitige Schaufel-Eintrittswinkel ( β₁ ^T) und der deckplattenseitige Schaufel-Austrittswinkel ( β₂ ^D) um 3° bis 6° kleiner ist als der tragplattenseitige Schaufel-Austrittswinkel ( β₂ ^T), und der deckplattenseitige Schaufel-Eintrittswinkel ( β₁ ^D) zwischen 14° und 20° und der deckplattenseitige Schaufel-Austrittswinkel ( β₂ ^D) zwischen 39° und 45° liegt.

2.Radialventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der deckplattenseitige Schaufel-Eintrittswinkel ( β₁ ^D) 14,5° bis 17,5° und der tragplattenseitige Schaufel-Eintrittswinkel ( β₁ ^T) 21,5° beträgt.

3.Radialventilator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der deckplattenseitige Schaufel-Austritts- , winkel ( β₂ ^D) 40° bis 43° und der tragplattenseitige Schaufel-Austrittswinkel ( β₂ ^T) 46° beträgt.

4. Radialventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (13) verwungen sind.

5. Radialventilator nach Anspruch 4, dadurch qekennzeichnet, daß die Verwindungsachse (22) der Schaufeln (13) in deren mittlerem Bereich liegt.

6. Radialventilator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verwindungsachse (22) der Schaufeln (13) im Bereich der Schaufel-Außenkanten (20) liegt.

7. Radialventilator nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verwindungsachse (22) parallel zu der Drehachse des Radiallaufrads (2) liegt.

8. Radialventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (13) unverwunden und quer zu ihrer Längsrichtung geschert sind.

9. Radialventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (13) von der Deckplatte (8) zur Tragplatte (15) gesehen entgegen der Drehrichtung des Radiallaufrads (2) geneigt sind, so daß die Schaufel-Innenkanten (19) mit einer Normalen zur Tragplatte (15) in tangentialer und radialer Projektion spitze Winkel einschließen.

10. Radialventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufel-Innenkanten (19) und/oder die Schaufel-Außenkanten (20) windschief zur Drehachse des Radiallaufrads (2) verlaufen.

11. Radialventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeic-hnet, daß längs der senkrecht zur Hauptströmungsrichtung gemessenen.Schaufelbreite die Profilsehnen der Schaufel schnitte in verschiedenen Ebenen liegen.

12. Radialventilator nach einen der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (13) aus einem von zwei parallelen Kanten begrenzten Blechstück gebogen sind, wobei die Kanten im montierten Zustand unter Bildung einer Schaufel-Außenkante (20) miteinander zur Anlage kommen.

13. Radialventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaufdurchmesser (d₀) der Deckplatte (8) sich zu dem Schaufel-Außendurchmesser (d₂) wie etwa 0,75 : 1 verhält.

14. Radialventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkkontur (11) der Deckplatte (8) kreisförmig, parabolisch oder hyperbolisch gekrümmt ist, wobei der oder die entsprechenden Krümmungsradien (r) sich zu dem Einlaufdurchmesser (d₀) wie 0,2 bis 0,3 . 1 verhalten.

15. Radialventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Austrittsbreite (b₂) des Radiallaufrads (2) zu dem Schaufel-Außendurchmesser (d₂) wie 0,225 bis 0,275 : 1 und vorzugsweise wie 0,25 : 1 verhält.

16. Radialventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Eintrittsfläche (F₀) des Radiallaufrads (2) zu seiner Austrittsfläche (F₂) wie 0,48 bis 0,54 : 1 und insbesondere wie 0,56 : 1 verhält.

17. Radialventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die lichte Weite (F_E) der Einströmdüse (5) zu der Austrittsfläche (F_A) des Spiralgehäuses (1) wie 0,67 bis 0,71 : 1 und insbesondere wie 0,69 : 1 verhält.

18. Radialventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Schaufeln (13) zwischen zehn und sechzehn liegt und insbesondere zwölf beträgt.

19. Radialventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 18, gekennzeichnet durch eine zweiseitig ansaugende Anordnung, bei der eine in der Mittelebene des Radiallaufrads (2) angeordnete Tragplatte (15) beidseits mit Schaufeln (13) bestückt ist.

20. Verwendung eines Radialventilators nach einem der Ansprüche 1 bis 19 für Klimageräte und Klimaanlagen.