DE10022788B4 - Heißgasventilator zum Einbau in einen Kammerofen - Google Patents

Abstract

Heißgasventilator zum Einbau in einen Kammerofen
a) mit einem halbaxialen Laufrad (1),
b) an das sich unmittelbar eine 90°-Umlenkung (6) anschließt,
c) die den aus dem halbaxialen Laufrad (1) austretenden Volumenstrom radial von der Laufradachse wegführt,
d) mit einem Diffusor (7, 11),
e) in den die 90°-Umlenkung (6) mündet, und
f) mit einer weiteren, in einen Düsenkasten (14) mündenden Strömungsumlenkung (13),
g) der mit Düsen zur Blasung des zu erwärmenden Gutes versehen ist.

Description

• Die Erfindung betrifft einen Heißgasventilator zum Einbau in einen Kammerofen.
• Als Heißgasventilatoren sind Radialventilatoren und Axialventilatoren bekannt. Axialventilatoren werden üblicherweise auf einer freikragenden Welle gelagert. Um eine zu große, für den Heißgasbetrieb untaugliche Kraglänge der Welle zu vermeiden, werden die Ventilatoren in der Nähe einer Ofenwand eingebaut. Daher steht die für den Einbau eines Nachleitrades notwendige Einbaulänge nicht zur Verfügung. Die Leistungen eines solchen Ventilators, gekennzeichnet durch Druckzahl, Lieferzahl und Wirkungsgrad sind deshalb eher bescheiden. Die Druckzahlen liegen typisch bei 0,2, und die Lieferzahlen höchstens bei 0,3. Die Wirkungsgrade liegen höchstens bei 0,4.
• Die DE 38 18 471 A1 zeigt einen Heißgasventilator mit einem Laufrad für einen Ofen zur Wärmebehandlung von Eisen- und Stahlteilen. Ein Flügel des Ventilators ist über dem Deckel der Heizkammer dieses Ofens angeordnet und wird von einem darauf befestigten Ventilatormotor angetrieben. Über einen an der Oberseite der Heizkammer mündenden, ringförmigen Ansaugkanal wird Gas aus dem Innern der Heizkammer zur Stirnseite des Ventilators gesaugt und von diesem radial nach außen in die Ventilatorkammer gefördert, von wo das Gas in rohrfömige Heizelemente gelangt.
• Weiterhin zeigt die DE 29 03 369 A1 ein Kleingebläse mit einem elektrischen Antriebsmotor, wie es beispielsweise in Haushaltsgeräten eingesetzt wird. Dieses Kleingebläse weist ein halbaxiales Laufrad und eine sich in das Laufrad unmittelbar anschließende 90°-Umlenkung auf, die den aus dem Laufrad austretenden Volumenstrom radial von der Laufradachse wegführt.
• Weiterhin zeigt das DE 68 01 232 ein halbaxiales Ventilatorlaufrad, bei dem die Schaufeln im äußeren Bereich kreisbogenförmig profiliert sind und zur Laufradachse hin eine Profilumkehr aufweisen. Dieses halbaxiale Ventilatorlaufrad soll bei der Raum- und Gerätebelüftung eingesetzt werden, bei der große Luftmengen gefördert werden müssen.
• Heißgasradialventilatoren haben aus Festigkeitsgründen üblicherweise radial endende Schaufeln oder vorwärtsgekrümmte Schaufeln mit enger Krümmung, wie z. B. die Schaufeln von Heißgas-Trommelläuferventilatoren. Die Folge dieser Schaufelform ist eine relativ hohe absolute Abströmgeschwindigkeit mit einer relativ großen Komponente in Umfangsrichtung. Zur Erzielung der gewünschten statischen Druckerhöhung muss der dynamische Druck aus der Abströmung zumindest teilweise zurückgewonnen werden. Dies erfordert eine entsprechende Gestaltung des Gehäuses. So können z. B. Heißgas-Trommelläuferventilatoren günstig nur in 360°-Spiralgehäusen eingesetzt werden. Sie eignen sich daher nicht zum Einbau in der Ofendecke eines Kammerofens, in welchem die Abströmung vom Ventilator zu zwei gegenüberliegenden Seiten erfolgen muss. Für diesen Anwendungsfall werden meist Radialventilatorlaufräder mit längeren Schaufeln und schwächerer Vorwärtskrümmung eingesetzt, bei denen man versucht, durch Multidiffusoren einen gewissen Rückgewinn von statischem Druck zu erhalten. Ein weiterer Nachteil bei Radialventilatoren der vorerwähnten Art mit zweiseitiger Ausblasung des geförderten Volumenstroms ist die recht ungleichförmige Geschwindigkeitsverteilung über den beiden Ausblasquerschnitten. Das Verhältnis von maximaler Geschwindigkeit zu minimaler Geschwindigkeit beträgt üblicherweise mehr als 2. Der Unterschied ist auch noch in einem nachgeschalteten Düsenfeld zu spüren, so dass man hier von der sogenannten Ventilatordiagonalen spricht, weil die höchste Geschwindigkeit auf der einen Seite da auftritt, wo auf der anderen Seite sich die niedrigste Geschwindigkeit einstellt. Die Druckzahlen von Radialventilatoren mit schwach vorwärts gekrümmten Schaufeln liegen bei etwa 1,2, sind also deutlich höher als bei Axialventilatoren. Dafür sind aber die Lieferzahlen wesentlich geringer und erreichen für die vorgenannte Druckzahl kaum Werte über 0,25. Von dieser gegenüber einem Axialventilator wesentlich höheren Druckzahl muss jedoch ein beträchtlicher Teil für Strömungsverluste im Ausblasgehäuse aufgewendet werden, in welchem die Abströmung mit starker Umfangskomponente in die beiden gegengerichteten Ausblasrichtungen umgelenkt wird.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die obigen Nachteile zu vermeiden und insbesondere einen Heißgasventilator zu schaffen, der eine ausreichende Druckzahl bei mindestens der Lieferzahl eines üblichen Axialventilators aufweist, der den Betrieb in einer Einbausituation mit zweiseitiger oder allseitiger Ausblasung ohne aufwendige und verlustreiche Strömungsleit- und -umlenkeinrichtungen gestattet und dabei in den Ausblasquerschnitten eine hinreichende Strömungsgleichmäßigkeit aufweist.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den im Patentanspruch 1 beschriebenem Heißgasventilator mit halbaxialem Laufrad gelöst.
• Die Unteransprüche 2 bis 7 beschreiben vorteilhafte Ausführungsdetails.
• Im folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert werden. Die Figuren dienen der Veranschaulichung. Es zeigen:
• 1 den Ventilator nach der Erfindung mit allseitiger radialer Ausblasung, dargestellt in einem schematischen Längsschnitt.
• 2 den gleichen Ventilator mit einer zweiseitigen Ausblasung und an die beiden Ausblasquerschnitte anschließender 90°-Umlenkung.
• 3a die in 2 schematisch dargestellt Ausblassituation bei Einbau eines Ventilators nach der Erfindung in der Decke eines Kammerofens für Bandbunde im Querschnitt.
• 3b einen Längsschnitt des Kammerofens.
• 4 die dimensionslosen Kennlinien ψ über φ und η über φ für die Einbausituationen nach 1 und 2, die für einen erfindungsgemäßen Ventilator im Modellversuch auf dem Prüfstand gemessen wurden.
• Kernstück des erfindungsgemäßen Ventilators ist ein Ventilatorlaufrad 1, das aus einer kegelig ausgeführten Ventilatornabe 2 und auf die Nabe 2 aufgesetzten zwei- oder dreidimensional gekrümmten Laufschaufeln 3 besteht. Der Ventilator ist in ein Rohr mit Kreisquerschnitt 4 eingebaut, das auf der Ansaugseite mit einem gerundeten Einlauf 5 versehen ist. Hinter dem Ventilatorlaufrad 1 schließt sich an das Kreisrohr 4 eine 90° Umlenkung 6 an, die in einen Radialdiffusor 7 mündet. Hinter dem Laufrad 1 befindet sich ein Abströmkörper 8, der vorteilhaft aus mindestens zwei Kreiskegelstümpfen 9 und 10 besteht.
• Für den Einbau in der Decke eines Kammerofens ist die Ausführungsform mit zweiseitiger Ausblasung günstig, s. 2. Statt als Radialdiffusor wird der Diffusor als Plattendiffusor 11 ausgeführt. An die beiden Austrittsquerschnitte 12 schließt sich jeweils eine Strömungsumlenkung 13 an. Diese Umlenkung mündet z. B. in einen Düsenkasten 14, der im unteren Bereich mit den Düsen zur Beblasung des zu erwärmenden Gutes versehen ist. Die Breite des Düsenkastens 14 kann dabei derart gewählt werden, dass der Einbau einer Heizeinrichtung, wie z. B. der Einbau von Strahlheizrohren 15 in diesen Kasten möglich ist, wie dies in 3a schematisch gezeigt ist.
• Es kann zweckmäßig sein, zur Festlegung der Strömungsverzweigung in der Laufradabströmung zu den beiden Ausblasquerschnitten hin noch Strömungsteiler 16 einzubauen, wie in 2 angedeutet ist.
• Als günstig hat sich ein Nabenverhältnis auf der Eintrittsseite von 0,45 bis 0,65 erwiesen, das im Laufradaustrittsquerschnitt um 15 % bis 30 % ansteigt. Strömungsuntersuchungen haben gezeigt, dass trotz dieses relativ hohen Nabenverhältnisses die Abströmung hinter der Umlenkung im Radialdiffusor 7 bzw. in den dem zweiseitig ausblasenden Plattendiffusor 11 keinen nennenswerten Drall aufweist. Es kann also auf eine Strömungsumlenkung mit Hilfe eines Leitapparates völlig verzichtet werden. Dennoch beträgt die Strömungsungleichförmigkeit im Ausblasquerschnitt nur ca. ± 5 % vom Mittelwert und liegt damit um etwa eine Größenordnung unter der Ungleichmäßigkeit, die sich bei der Abströmung der vorbeschriebenen bekannten Radialventilatoren für vergleichbare Einbausituationen ergibt.
• Wie die mit einem Modellventilator gemessene Kennlinie ψ und η über φ (s. 4) zeigt, ist ψ ~ 0,4 für φ = 0,3. Auch der Wirkungsgrad des Ventilators nach der Erfindung liegt einschließlich der Strömungsverluste in der Umlenkung 13 und bei der Erweiterung des Strömungsquerschnittes in der Umlenkung vom Querschnitt 12 auf die Breite des Düsenkastens 14 bei noch beachtlichen 50 % und ist damit wesentlich höher als der Wirkungsgrad, der mit bekannten Heißgasventilatoren für die gleiche Einbausituation erzielt werden kann.

Claims (7)

1. Heißgasventilator zum Einbau in einen Kammerofen a) mit einem halbaxialen Laufrad (1), b) an das sich unmittelbar eine 90°-Umlenkung (6) anschließt, c) die den aus dem halbaxialen Laufrad (1) austretenden Volumenstrom radial von der Laufradachse wegführt, d) mit einem Diffusor (7, 11), e) in den die 90°-Umlenkung (6) mündet, und f) mit einer weiteren, in einen Düsenkasten (14) mündenden Strömungsumlenkung (13), g) der mit Düsen zur Blasung des zu erwärmenden Gutes versehen ist.
2. Heißgasventilator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Laufrad (1) eine kegelig ausgeführte Nabe (2) aufweist.
3. Heißgasventilator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der sich an die Laufradnabe (2) anschließende Körper (8) aus mindestens einem Kegelstumpf (9, 10) besteht, dessen Basisfläche vom Laufrad (1) abgewandt ist.
4. Heißgasventilator nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Diffusor (7, 11) eine Breite hat, die sich quer zur Strömungsrichtung mindestens über eine radiale Erstreckung der Kanalbreite nicht ändert.
5. Heißgasventilator nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser des Laufrades (1) in Strömungsrichtung etwa konstant ist.
6. Heißgasventilator nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Nabenverhältnis im Laufradeintrittsquerschnitt 0,3 bis 0,8, insbesondere 0,45 bis 0,65 beträgt, und im Laufradaustrittsquerschnitt um 5% bis 40%, insbesondere um 15 % bis 30 %, ansteigt.
7. Heißgasventilator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaufeln (3) des Ventilatorrades (1) mindestens zweidimensional gekrümmt sind.