DE1052052B

DE1052052B - Radial fan for two directions of rotation

Info

Publication number: DE1052052B
Application number: DES34785A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Karl-Heinz Oehlrich
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1953-08-13
Filing date: 1953-08-13
Publication date: 1959-03-05

Description

Radiallüfter für zwei Drehrichtungen In vielen Fällen ist es erforderlich, einen Lüfter so auszuführen, daß er in beiden Drehrichtungen arbeiten kann. Dies ist insbesondere für Lüfter wesentlich, die mit elektrischen Maschinen zusammengebraut sind, die ihrerseits in verschiedenen Drehrichtungen arbeiten.Radial fan for two directions of rotation In many cases it is necessary to to design a fan so that it can work in both directions of rotation. this is particularly essential for fans concocted with electrical machines are, in turn, work in different directions of rotation.

Für Lüfter dieser Art kann eine wesentliche Verbesserung bezüglich Leistung und Geräuschbildung dadurch erreicht werden, daß die Lüfterschaufeln gemäß der Erfindung in an sich bekannter Weise als Hohlkörper mit Öffnungen zum Absaugen der Grenzschicht auf beiden Seiten versehen. sind und daß weiterhin die Schaufeln in achsnormalem Querschnitt die Form einer gestreckten Ellipse aufweisen, deren große Achse in radiale Richtung fällt, wobei die für das Absaugen der Grenzschichten vorgesehenen Öffnungen nur an den für das Ablösen von Grenzschichten bekannten Stellen vorgesehen sind, und daß in Richtung der Lüfterachse beiderseits der Schaufeln doppelwandige Radscheiben angeordnet sind, die nach außen über die Schaufeln hinaus eine diffusorartige Verlängerung bilden. Hierbei ist es zweckmäßig, auch in den dopp#elwandigen Bandscheiben Öffnungen zur Absatigung der Grenzschichten anzuordnen.For fans of this type can be a significant improvement in terms of Performance and noise can be achieved in that the fan blades according to of the invention in a manner known per se as a hollow body with openings for suction the boundary layer on both sides. are and that the blades continue have the shape of an elongated ellipse in cross-section normal to the axis, whose major axis falls in the radial direction, the one for the suction of the boundary layers provided openings only at the points known for the separation of boundary layers are provided, and that double-walled in the direction of the fan axis on both sides of the blades Wheel disks are arranged, which have a diffuser-like effect towards the outside beyond the blades Form extension. It is useful here, also in the double-walled intervertebral discs To arrange openings for the separation of the boundary layers.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele für die Gestaltung derartiger Lüfter dargestellt. In Fig. 1 ist mit 1 die Welle bezeichnet, 2 stellt eine Nabe dar, die den eigentlichen Lüfter trägt; dieser besteht aus zwei doppelwandigen Scheiben 3, zwischen denen die Lüfterschaufeln 4 angeordnet sind. Der Querschnitt einer derartigen Lüfterschaufel ist in den Fig. 2 und 3 hohl gezeichnet. Wie zu ersehen ist, ist die Lüfterschaufel gleichfalls als Hohlkörper ausgebildet, und zwar etwa nach Form einer flachen Ellipse, deren große Achse in radiale Richtung fällt. Nach außen zu sind in diesem Hohlkörper Öffnungen oder Schlitze (eventuell Lochbleche) vorgesehen, durch die hindurch die Grenzschicht abgesaugt wird. In Fig. 2 und. 3 sind hierbei die Verhältnisse in ein und derselben Lüfterschauf ei bei den beiden verschiedenen Drehrichtungen dargestellt, wobei die Strömung durch Pfeile versinnbildlicht ist.In the drawing, exemplary embodiments for the design of such fans are shown. In Fig. 1 , 1 denotes the shaft, 2 represents a hub that carries the actual fan; this consists of two double-walled disks 3, between which the fan blades 4 are arranged. The cross section of such a fan blade is drawn hollow in FIGS. 2 and 3. As can be seen, the fan blade is also designed as a hollow body, namely approximately in the form of a flat ellipse, the major axis of which falls in the radial direction. To the outside, openings or slots (possibly perforated plates) are provided in this hollow body, through which the boundary layer is sucked off. In Fig. 2 and. 3 shows the relationships in one and the same fan blade in the two different directions of rotation, the flow being symbolized by arrows.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und 4 ist noch eine zusätzliche Verbesserung dadurch verkörpert, daß auch der über die Schaufel in radialer Richtung hinausreichende Rand der Tragscheiben nach außen ausgebogen geformt und mit Löchern bzw. Schlitzen (Lochblech) versehen ist, wodurch teilweise ebenfalls eine Grenzschichtabsaugung erfolgt, die eine allmähliche Verbreiterung des von dem Lüfter erzeugten Luftstro#me:s zur Folge hat (Diffusorwirkung).In the embodiment according to FIGS. 1 and 4, an additional improvement is embodied in that the edge of the support disks extending beyond the blade in the radial direction is also bent outward and provided with holes or slots (perforated plate), which in some cases also has a Boundary layer suction takes place, which results in a gradual widening of the air flow generated by the fan (diffuser effect).

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist das Lüfterrad geneigt angeordnet, so. daß es gewissermaßen einen Kegel bildet.In the embodiment according to FIG. 4, the fan wheel is inclined arranged so. that it forms a cone, so to speak.

Durch die neue Ausbildung wird erreicht, daß in beiden Drehrichtungen die Wirbelbildung ganz erheblich herabgesetzt ist, wodurch sowohl der Wirkungsgrad gesteigert, außerdem aber auch die Geräuschbildung wesentlich herabgesetzt wird. Die Anwendung einer Grenzschichtabsaugung bei Lüftern mit Tragflügelprofilschaufeln ist an sich schon angegeben worden, jedoch nur für solche Lüfter, die nur in einer Richtung umlaufen und bei denen für die Grenzschichtbildung in Frage kommende Stellen ähnlich wie bei Flugzeugprofilen genau festliegen. Demgemäß stellt aber die durch die Erfindung erschlossene Möglichkeit eine erhebliche Verbesserung dar: Obwohl die Strömungsverhältnisse bei Lüftern mit wechselnder Drehrichtung in den beiden Richtungen wesentlich voneinander abweichen, wird nunmehr auch bei solchen Lüf- tern eine in beiden Drehrichtungen wirksame Absaugung erreicht. Es wird auf diese Weise insbesondere für elektrische Maschinen mit wechselnder Drehrichtung eine erhebliche Leistungssteigerung bei weitgehender Verminderung der Geräusche ermöglicht.The new design ensures that the vortex formation is considerably reduced in both directions of rotation, whereby both the efficiency is increased, but also the noise generation is significantly reduced. The use of boundary layer suction in fans with aerofoil profile blades has already been specified, but only for those fans that only rotate in one direction and where the points in question for boundary layer formation are precisely fixed, similar to aircraft profiles. Accordingly, however, the possibility opened up by the invention represents a considerable improvement: although the flow conditions in fans with alternating directions of rotation differ significantly from one another in both directions, suction effective in both directions of rotation is now also achieved with such fans. In this way, particularly for electrical machines with alternating directions of rotation, a considerable increase in performance is made possible with a substantial reduction in noise.

Die Absaugung kann an allen Stellen erfolgen, also kontinuierlich, d. h. nicht an. der angeströmten Seite des Profils. Dies hat erstens den Vorteil, daß sich die Voraussetzungen besser berechnen lassen, zweitens ergibt sich auch an den Stellen., wo angeströmt wird. eine Senkungswirkung, durch die die Strömung besser an das Profil herangezogen wird. Dadurch werden. die Ströme gemildert und daher schärfer undempfindlicher.The suction can take place at all points, i.e. continuously, i. H. not on. the side of the profile facing the flow. Firstly, this has the advantage that the prerequisites can be better calculated; secondly, it is also found at the points where the flow occurs. a lowering effect, through which the flow is better drawn to the profile. This will be. S tröme alleviated and thus sharper undempfindlicher.

Es ist hierbei grundsätzlich zu unterscheiden zwischen einer laminar wirkenden, und einer turbulent wirkenden Grenzschicht. Die Laminarwirkung setzt von. vornherein eine Absaugung voraus, dadurch wird die Wirkung stabilisiert, d. h., der instabile Bereich schmilzt erheblich zusammen. Bei (in sich) turbulent wirkender Grenzschicht legt die störende Grenzschicht sich wieder an (dies kann z. B. durch Ringe erreicht werden), die Wirbel kann man aber schlecht wegnehmen.A basic distinction must be made here between a laminar-acting and a turbulent-acting boundary layer. The laminar effect is based on. a suction beforehand, this stabilizes the effect, i. that is, the unstable area melts together significantly. If the boundary layer appears to be turbulent, the interfering boundary layer is applied again (this can be achieved, for example, by means of rings), but it is difficult to remove the eddies.

Durch die Hohlschaufelform werden Strömungsverluste vermindert; es entstehen aber innerhalb des Hohlraumes Wirbel. Dies kann vermieden werden, wenn die Schaufel profiliert ausgeführt wird. Auf diese Weise werden sowohl Strömungsverluste infolge zusätzlicher Unterförderurig oder auch Überförderung tvesentlich herabgesetzt. Man kann auch Austrittsgeschwindigkeiten durch Ouerschnittsvergrößerung verringern. Dadurch wird der entsprechende Energieanteil mehr oder weniger in Druck umgesetzt und der Wirkungsgrad erhöht. Von angenommen 100 % gehen etwa 30 "/o mit Rücksicht auf die endliche Schaufelzahl verloren, weitere 30 % stellen Sto#ßverluste dar, weitere 20 % entfallen in der Regel auf die Abgangsverluste, so daß mir ein Wirkungsgrad von etwa 20, %# übrigbleibt. Die Abgangsverluste können aber durch das Umsetzen der Geschwindigkeit in Druck zum großen Teil vermindert werden, so, daß der Wirkungsgrad. auf mehr als 30 0/@ gebracht werden kann.The hollow blade shape reduces flow losses; however, eddies develop within the cavity. This can be avoided if the blade is designed with a profile. In this way, both flow losses due to additional underfunding or overfeeding are significantly reduced. Exit velocities can also be reduced by enlarging the cross section. As a result, the corresponding energy share is more or less converted into pressure and the efficiency is increased. Assuming 100 %, about 30 % are lost, taking into account the finite number of blades, another 30 % represent shock losses, and a further 20% are usually due to waste losses, so that I have an efficiency of about 20.% The output losses can, however, be reduced to a large extent by converting the speed to pressure, so that the efficiency can be brought to more than 30%.

In manchen Fällen könnte man auch eine ähnliche Energieumsetzung zum Teil auch durch die Anordnung von Leitschaufeln erreichen; solche bringen aber hohe Geräuschbildung mit sich, außerdem sind sie bei Laufrädern für zwei Drehrichtungen nicht anwendbar. An der Stelle, an der sich der Querschnitt im Interesse der Geschwindigkeitsverringerung erweitert, kann der Strömungsratim von einem Hohlraum umgeben werden, der nach beiden Seiten mit Löchern für die Abströmung versehen wird. Außerdem kann die innere Wandung am unteren Ende etwas aufgebogen werden, um ein Flattern zu vermeiden.In some cases one could also use a similar energy conversion to the Achieve part also by the arrangement of guide vanes; but such bring high Noise formation with them, in addition, they are with impellers for two directions of rotation not applicable. At the point where the cross section is in the interest of reducing speed expanded, the flow rate can be surrounded by a cavity following both Sides are provided with holes for the outflow. In addition, the inner wall be bent up a little at the lower end to avoid fluttering.

Es besteht dabei auch die Möglichkeit, bei gutem Wirkungsgrad die Diffusordüse erheblich kürzer als bisher zu bauen.There is also the possibility of using the To build diffuser nozzle considerably shorter than before.

Claims

PATENT CLAIM: Radial fan for two directions of rotation, characterized in that the fan blades. are provided in a known manner as a hollow body with openings for sucking off the boundary layer on both sides and that the blades continue to be perpendicular to the axis. Cross-section have the shape of an elongated ellipse, the major axis of which falls in the radial direction, the openings provided for sucking off the boundary layers are only provided at the points known for the detachment of boundary layers, and double-walled blades in the direction of the fan axis on both sides of the S Wheel disks are arranged, which form a diffuser-like extension to the outside beyond the blades and are preferably also designed with openings for suctioning off the boundary layer. Publications taken into consideration: German Patent Specifications No. 875 984, 586 010.