DE1047980B

DE1047980B - Drum rotor for centrifugal fan

Info

Publication number: DE1047980B
Application number: DE1957P0018210
Authority: DE
Inventors: Leonhard Bommes
Original assignee: Paul Pollrich & Comp
Current assignee: Paul Pollrich & Comp
Priority date: 1957-03-25
Filing date: 1957-03-25
Publication date: 1958-12-31

Description

Trommelläufer für Radialventilator Die Erfindung bezieht sich auf Trommelläufer für Radialventilatoren mit vorwärts gekrümmten Schaufeln. Derartige Radialventilatoren eignen sich besonders gut für Lüftungsanlagen für nicht industrielle Zwecke, weil sie eine höhere Lieferziffer und infolgedessen geringere Baugröße sowie eine höhere. Druckziffer und damit für die Verminderung der Geräuschbildung erwünschte niedrigere Drehzahlen besitzen als die üblichen Radialventilatoren mit rückwärts gekrümmten Schaufeln,. Trommelläufer mit vorwärts gekrümmten Schaufeln sind infolge der kleinen Baugröße besonders billig in der Herstellung.Drum rotor for centrifugal fan The invention relates to Drum rotor for centrifugal fans with forward curved blades. Such Centrifugal fans are particularly suitable for ventilation systems for non-industrial ones Purposes because they have a higher delivery rate and consequently smaller size as well a higher one. Pressure number and thus desired for reducing noise generation have lower speeds than the usual centrifugal fans with reverse curved blades ,. Drum rotors with forward curved blades are a consequence the small size particularly cheap to manufacture.

Diesen Vorteilen stehen aber die Nachteile niedriger Wirkungsgrade gegenüber, die bei Einzelventilatoren geringer Leistung wohl in Kauf genommen werden können, nicht jedoch bei Einzelventilatoren höherer Leistung oder beim Einbau einer größeren Anzahl von Ventilatoren.However, these advantages are accompanied by the disadvantages of low efficiencies compared to, which are probably accepted with single fans with low power can, but not with individual fans of higher power or when installing a larger number of fans.

Der ungünstige Wirkungsgrad der Trommelläufer mit vorwärts gekrümmten Schaufeln ist darauf zurückzuführen, daß durch die große Druckumsetzung in einem relativ kurzen Schaufelkanal Strömungsablösungen und damit große Verluste auftreten, was bei Ventilatoren mit rückwärts gekrümmten Schaufeln infolge ihrer längeren Schaufelkanäle nicht der Fall ist. Es ist auch zur Erhöhung der Lieferziffer bekarrt, die Breite des Trommelläufers in. axialer Richtung zu vergrößern und wabenförmig zu unterteilen. Hierdurch wird der Wirkungsgrad aber nicht verbEssert.The unfavorable efficiency of the drum rotor with forward curved Shoveling is due to the fact that due to the large pressure conversion in one relatively short blade channel flow separations and thus large losses occur, what is the case with fans with backward curved blades due to their longer blade channels is not the case. It is also insisted on increasing the delivery rate, the width To enlarge the drum rotor in. The axial direction and to subdivide it in a honeycomb shape. However, this does not improve the efficiency.

Die. Erfindung bezweckt, einen Trommelläufer für Radialventilatoren zu schaffen, dessen besonders stark vorwärts gekrümmte Laufradschaufeln eine hohe Lieferziffer und Druckziffer ergeben, und dessen Wirkungsgrad höher liegt als bei den bekannten Bauarten von Trommel-IäufErn mit vorwärts gekrümmten Blechschaufeln.The. The purpose of the invention is a drum rotor for centrifugal fans to create, whose particularly strongly forward curved impeller blades have a high Delivery number and pressure number result, and its efficiency is higher than at the known types of drum rotors with forward curved sheet metal blades.

Gemäß dc:r Erfirdung wird dies dadurch erreicht, daß der Austritts«-inkel der Laufradschaufeln zwischen 0 und 10° und der Gesamtumschlingungswinkel zwischen 115 und 145° liegt. Dabei können die Laufradschaufeln über einen Austrittswinkel von 0° hinaus nach vorwärts bis zu 10° nach innen gekrümmt sein.According to the invention, this is achieved in that the exit angle of the impeller blades between 0 and 10 ° and the total wrap angle between 115 and 145 °. The impeller blades can have an exit angle be curved from 0 ° forward to 10 ° inward.

Die Strömungsverhältnisse bei solchen Trommelläufern mit vorwärts gekrümmten Schaufeln sowie die erfindungsgemäße Anordr_ung werden an Hand der Zeichnung erläutert.The flow conditions in such drum rotors with forward curved blades and the arrangement according to the invention are based on the drawing explained.

Fig. 1 zeigt das Geschwindigkeitsdreieck für den Schaufelaustritt bei einer vorwärts gekrümmten Laufradschautel bekannter Art; Fig.2 zeigt d(n Schaufelkanal zwischen zwei gemäß Fig. 1 gekrümmten Schaufeln; Fig. 3 zeigt die Erweiterung des Schaufelkanals gemäß Fig. 2 in Strömungsrichtung; Fig. 4 zeigt eine erfindungsgemäß nach vorwärts gekrümmte Laufradschaufel mit einem Austrittswinkel ß2 = 0°; Fig. 5 zeigt eine Laufradschaufel mit einem Austritts-Winkel von 10'; Fig. 6 zeigt eine über einen Austrittswinkel von 0° hinaus nach vorwärts um 1t)° nach innen gekrümmte Laufradschaufel ; Fig. 7 zeigt den Schaufelkanal zwischen zwei Laufradschaufeln gemäß Fig. 4 mit einem Austrittswinkel von 0°; Fig. 8 zeigt die Verengung des Schaufelkanals gemäß Fig. 7 in Strömungsrichtung.Fig. 1 shows the velocity triangle for the blade outlet in a forward curved impeller blade of known type; 2 shows d (n blade channel between two blades curved according to FIG. 1; FIG. 3 shows the expansion of the blade channel according to FIG. 2 in the direction of flow; Fig. 5 shows an impeller vane with an exit angle of 10 '; Fig. 6 shows an impeller vane which is curved inwardly by 1t) ° forwards beyond an exit angle of 0 °; FIG. 7 shows the blade channel between two impeller blades according to FIG. 4 with an exit angle of 0 °; FIG. 8 shows the narrowing of the blade channel according to FIG. 7 in the direction of flow.

Bei einem Radialventilator induziert der aus dem Laufrad austretende Förderstrom in dem Gehäuse zwischen Gehäusewand und Laufraddeckel eine nm die Eintrittsdüse koaxiale gleichmäßige Rotationsströmung, sofern der Austrittswinkel zwischen der absoluten Laufradströmung und der Umfangsrichtung genügend klein ist.In the case of a centrifugal fan, the one emerging from the impeller induces Flow rate in the housing between the housing wall and the impeller cover one nm the inlet nozzle coaxial uniform rotational flow, provided the exit angle is between the absolute impeller flow and the circumferential direction is sufficiently small.

Bei steigender Durchflußmenge, also steigender Meridiangeschwindigkeit, vergrößert sich der Austrittswinkel der absoluten Laufradströmung; dies hat in zunehmendem Maße Störungen der Rotationsströmung zur Folge, die bis zur vollständigen Auflösung der gleichmäßigen Rotationsströmung und damit zu hohen Gehäuseverlusten führen.With increasing flow rate, i.e. increasing meridian velocity, the outlet angle of the absolute impeller flow increases; this has been increasing Measures disturbances of the rotational flow result, which up to the complete dissolution the uniform rotational flow and thus lead to high housing losses.

Erfindungsgemäß werden deshalb die Enden der Laufradschaufeln so stark vorwärts gekrümmt, daß der Austrittswinkel ß2 zwischen 0 und 10° liegt. Da infolge der endlichen Schaufelzahl der Austrittswinkel der Absolutströmung größer ist als sich aus der Größe der Meridiangeschwindigkeit und dem ß2 des Schaufelendes ergibt, kann es notwendig sein, die Laufradschaufeln sogar über den Austrittswinkel ß2 von 0° hinaus nach vorwärts und innen zu krümmen. Das Schaufelende liegt dann innerhalb des Laufradumfanges, ohne daß dadurch die Gehäuseströmung gestört wird.According to the present invention, this is why the ends of the impeller blades become so strong curved forward so that the exit angle β2 is between 0 and 10 °. As a result the finite number of blades the exit angle of the absolute flow is greater than results from the size of the meridian velocity and the ß2 of the blade end, it may be necessary to extend the impeller blades even beyond the exit angle ß2 of To curve 0 ° out forward and inward. The end of the shovel is then inside of the impeller circumference without disturbing the flow of the casing.

Der Austrittswinkel ß2 der Laufradschaufel soll also erfindungsgemäß 0° sein oder beiderseits bis zu 10° von 0° abweichen, d. h. die Tangente an das Austrittsende der Schaufel fällt mit der Tangelte@äri ß.en.'Kreis des Laufradumfanges im Berührungspunkt beider zusammen oder weicht beiderseits bis zu 10° ab.The exit angle ß2 of the impeller blade should therefore according to the invention Be 0 ° or deviate from 0 ° on both sides by up to 10 °, d. H. the tangent to that Exit end of Shovel falls with the Tangelte @ äri ß.en.'Kreis of the impeller circumference at the point of contact between the two or gives way on both sides up to to 10 °.

Dem Gehäuseverlust, der durch Störung der koaxial zur Eintrittsdüse laufenden induzierten Rotationsströmung bei hohen Durchflußmengen entsteht, wurde bisher wenig Beachtung geschenkt. Er wird erfindungsgemäß, wie weiter unten näher ausgeführt, durch extreme Vorwärtskrümmung der Laufradschaufelenden herabgesetzt, wodurch der Austrittswinkel des absoluten, die Rotationsströmung induzierenden Laüfrädstromes flacher verläuft.The housing loss caused by disturbance of the coaxial to the inlet nozzle ongoing induced rotational flow at high flow rates paid little attention to date. According to the invention, it is described in greater detail below executed, reduced by extreme forward curvature of the impeller blade ends, whereby the exit angle of the absolute, the rotational flow inducing Laüfrädstromes runs flatter.

Bei der bisherigen Konstruktion von Trommelläufern mit vorwärts gekrümmten Schaufeln wurde der Hauptwert auf eine große Lieferziffer bei kleiner Drehzahl gelegt. Der Eintrittswinkel der Schaufel ß1 muß hierzu möglichst groß sein. -Es ist nach den bisherigen Erfahrungen auch wichtig, daß der Austrittswinkel ß2 -kleiner ist als der Eintrittswinkel ß1, um größere örtliche Verzögerung, die mit Ablösungen verbunden ist, zu vermeiden. Der Gesamtumschlingungswinkel a = 180° - (ß, + ß2) ist bei den vorwärts gekrümmten Blechschaufeln der bekannten Trommelläufer nicht größer als 90° (a:##_ 90°), weil die Schaufelkanalführung mit einem über 90° hinaus wachsenden Umschlingungswinkel a zunehmend schlechter wird und durch die Verzögerung der Relativgeschwindigkeit zu Ablösungen und Wirbeln in großem Umfang führt. Für die Erfüllung der genannten Forderungen: a < 90°, ß1 möglichst groß, ß2 kleiner als ß1, ergeben sich für die Bemessung des Schaufelaustrittswinkels ß2 enge Grenzen; denn bei einem günstigen Eintrittswinkel ß1 von etwa 40 bis 50°, wie er mit Rücksicht auf Lieferziffer und Vermeidung von Stoßverlusten bei Trommelläufern mit vorwärts gekrümmten Schaufeln gewählt wird, liegen die Grenzen für den Austrittswinkel ß2 zwangläufig nicht unter 50 bis 40°, da der Gesamtumschlingungswinkel a bei Verwendung von nicht profilierten Blechschaufeln nicht über 90° (a< 180° - A -f- ß2)-< 90°) liegen darf.In the previous construction of drum rotors with forward curved Shoveling, the main value was placed on a large delivery rate at low speed. The entry angle of the blade ß1 must be as large as possible for this. -It's after It is also important to previous experience that the exit angle ß2 is smaller than the entry angle ß1 to greater local delay associated with detachments is connected to avoid. The total wrap angle a = 180 ° - (ß, + ß2) is not the case with the forward curved sheet metal blades of the known drum rotor greater than 90 ° (a: ## _ 90 °), because the vane duct guidance with a more than 90 ° increasing wrap angle a becomes increasingly worse and due to the delay the relative speed leads to detachments and eddies on a large scale. For the fulfillment of the mentioned requirements: a <90 °, ß1 as large as possible, ß2 smaller as ß1, there are narrow limits for the dimensioning of the blade outlet angle ß2; because at a favorable entry angle ß1 of about 40 to 50 °, as he did with consideration on delivery number and avoidance of shock losses with drum rotors with forward curved blades is chosen, the limits for the exit angle ß2 necessarily not less than 50 to 40 °, since the total wrap angle a when using of non-profiled sheet metal blades not more than 90 ° (a <180 ° - A -f- ß2) - < 90 °).

Der Erfindungsgedanke; den- Gehäuseverlust durch extreme Vorwärtskrümmung des Austrittswinkels ß, herabzusetzen, gibt die Möglichkeit, einen Schaufelkanal von sich verengendem Querschnitt zu bilden, wenn der Gesamtumschlingungswinkel a größer als 90° ist und in den Grenzen zwischen 115 und 145° liegt. Auch der Eintrittswinkel ß, kann günstig mit etwa 40 bis 50° gewählt werden, ebenso ist der Austrittswinkel ß2 kleiner als der Eintrittswinkel ß,. Die Bedingungen für geringe Laufradverluste bei hohen Lieferziffern sind dadurch gegeben. Gleichzeitig ist aber auch erst die Voraussetzung dafür geschaffen, daß die Gehäuseverluste bei extrem hohen Durchflußmengen klein gehalten werden können.The inventive idea; Den- housing loss due to extreme forward curvature of the exit angle ß, reduce, gives the possibility of a blade channel of narrowing cross-section when the total wrap angle a is greater than 90 ° and lies within the limits between 115 and 145 °. Also the entry angle ß, can be chosen favorably with about 40 to 50 °, as is the exit angle ß2 smaller than the entry angle ß ,. The conditions for low impeller losses with high delivery rates are given. At the same time, however, is only that The prerequisite was created for the housing losses at extremely high flow rates can be kept small.

In Fig. 1 ist die vorwärts gekrümmte Laufradschaufel eines Trommelläufers bekannter Bauart daxgestellt mit dem Eintrittswinkel ß1, dem Austrittswinkel ß2-und dem Gesamtumschlingungswinkel a < 90°.In Fig. 1 the forward curved impeller vane is a drum rotor known design with the entry angle ß1, the exit angle ß2 and the total wrap angle a <90 °.

Aus dem Geschwindigkeitsdreieck für den Schaufelaustritt geht hervor, daß die Neigung des Richtungswinkels y2 der absoluten Austrittsgeschwindigkeit c2 außer von der festliegenden Umfangsgeschwindigkeit aal abhängig ist von dem Schaufelaustrittswinkel ß2 und der Meridiangeschwindigkeit c,.; ferner die bekannte Tatsache, daß infolge des Einflusses der endlichen Schaufelzahl sich eine Absolutgeschwindigkeit c3 mit einem Richtungswinkel y3 einstellt, der größer als y2 ist.The velocity triangle for the blade outlet shows that that the inclination of the direction angle y2 of the absolute exit velocity c2 apart from the fixed peripheral speed, it is also dependent on the blade outlet angle ß2 and the meridian velocity c,.; also the well-known fact that as a result the influence of the finite number of blades results in an absolute speed c3 with sets a direction angle y3 larger than y2.

In Fig. 2 ist der Schaufelkanal zwischen zwei Laufradschaufeln gemäß Fig. 1 dargestellt. Dieser Schaufelkanal erweitert sich etwas gemäß Fig.3, wie sich aus den wachsenden Durchmessern der über dem mittleren Stromfaden angelegten Kreise ergibt.In Fig. 2, the blade channel between two impeller blades according to Fig. 1 shown. This blade channel widens somewhat as shown in FIG from the increasing diameters of the circles created over the central stream filament results.

In Fig. 4 ist erfindungsgemäß der Austrittswinkelßz = 0°, und in Fig. 5 und 6 sind. die möglichen Abweichungen des Austrittswinkels ß2 mit bis zu 10° nach beiden Seiten dargestellt. Der Gesamtumschlingungswinkel a nach den Fig. 4, 5 und 6 liegt zwischen 115 und 145° (a = 180° - (ß, --E- ß2) > 115° < 1450). Der der Fig. 4 entsprechende Schaufelkanal nach Fig. 7 wird von zwei Schaufeln mit ß2 = 0° gebildet mit einem Gesamtumschlingungswinkel a > 115° < 145°.In FIG. 4, according to the invention, the exit angle ßz = 0 °, and in FIG. 5 and 6 are. the possible deviations of the exit angle ß2 with up to 10 ° shown on both sides. The total wrap angle a according to FIG. 4, 5 and 6 is between 115 and 145 ° (a = 180 ° - (ß, --E- ß2)> 115 ° <1450). The blade channel corresponding to FIG. 4 according to FIG. 7 is joined by two blades ß2 = 0 ° formed with a total wrap angle a> 115 ° <145 °.

Dieser Schaufelkanal verengt sich, wie aus den abnehmenden Durchmessern der über den mittleren Stromfaden angelegten Kreise entsprechend Fig. 8 ersichtlich, und ergibt eine gute Beschleunigung, die Ablösungen mit Wirbelbildung entgegenwirkt, erwirkt infolgedessen auf einen guten Laufradwirkungsgrad hin.This vane channel narrows, as from the decreasing diameters from the circles drawn over the middle stream filament according to Fig. 8, and results in a good acceleration that counteracts separation with vortex formation, consequently works towards a good impeller efficiency.

Einer stärkeren Vorwärtskrümmung der Laufradschaufeln als bisher üblich, und damit dem Gedanken einer Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades auf diesem Wege, dürfte die Überlegung entgegengestanden haben, daß bei Austrittswinkeln von 0°, oder darüber hinaus, die Komponente W2 des Geschwindigkeitsdreiecks am Schaufelaustritt einen unendlichen Wert erreicht.A stronger forward curvature of the impeller blades than previously usual, and thus the idea of increasing the overall efficiency in this way, may have contradicted the consideration that at exit angles of 0 °, or in addition, the component W2 of the speed triangle at the blade outlet reaches an infinite value.

Die der Erfindung zugrunde liegenden Versuche haben aber gezeigt, daß diese Überlegungen nicht zutreffen, sondern daß sich durch Herabsetzung der durch das Aufrollen der gleichmäßig rotierenden Gehäuseströmung ergebenden Gehäuseverluste eine erhebliche Erhöhung des Gesamtwirkungsgrades erzielen läßt.The experiments on which the invention is based have shown that these considerations do not apply, but that by reducing the Housing losses resulting from the rolling up of the uniformly rotating housing flow can achieve a considerable increase in the overall efficiency.

Die Gesamtwirkungsgrade von Trommelläufern mit vorwärts gekrümmten Schaufeln bekannter Bauart betragen maximal bei zu 55 °/o, bei einer Lieferziffer von cp = 0,6 bis 0,8. Bei steigender Durchflußmenge, also bei extrem hoher Lieferziffer von p = 1 bis 1,2, sinkt der Wirkungsgrad auf unter 40 bis 45 °/o. Zurückzuführen ist das darauf, daß die mit steigender Durchflußmenge größer werdende Meridiangeschwindigkeit czm als die eine bestimmende Komponente den Richtungswinkel y2 der absoluten Laufradströmung vergrößert und damit ein Aufrollen der Rotationsströmung mit Gehäuseverlusten verursacht.The overall efficiencies of drum rotors with forward curved Known design blades amount to a maximum of 55% with one delivery number from cp = 0.6 to 0.8. With increasing flow rates, i.e. with extremely high delivery rates from p = 1 to 1.2, the efficiency drops to below 40 to 45%. Lead back it is because the meridian velocity increases with increasing flow rate czm as the one determining component is the direction angle y2 of the absolute impeller flow enlarged and thus caused a rolling up of the rotational flow with housing losses.

Nach der Erfindung wird dem entgegengewirkt, indem die zweite bestimmende Komponente, der Schaufelaustrittswinkel ß2, möglichst klein gehalten wird-Die Versuche zeigten, daß nicht nur_ der Gesamtwirkungsgrad bis auf 70 °/o erhöht wird; sondern auch, daß dabei die Lieferziffer-- von p > 1 ist. Daraus ergibt sich gegenüber-den bekannten Radialventilatoren eine Ersparnis an Antriebsleistung von etwa 27 °/o, bei Gegenüberstellung gleicher Lieferziffern von cp > 1 sogar von etwa 55 °/o.According to the invention, this is counteracted by the second determining factor Component, the blade outlet angle ß2, is kept as small as possible - The experiments showed that not only the overall efficiency is increased up to 70%; but also that the delivery number - of p> 1. This results in the opposite known centrifugal fans a saving in drive power of about 27%, when comparing the same delivery figures of cp> 1, even about 55%.

Der Fortschritt der Erfindung liegt darin, daß der Gesamtwirkungsgrad und die Druckziffer erheblich verbessert werden und daß diese Verbesserungen besonders bei sehr hohen Durchflußmengen auftreten. Die Drehzahl ist infolge der hohen Druckziffer niedrig, wodurch Geräuscharmut, Betriebssicherheit und Lebensdauer günstig beeinflußt werden. Die Herstellungskosten sind die gleichen wie die von Trommelläufern üblicher Bauart.The advance of the invention is that the overall efficiency and the pressure rating will be greatly improved and that these improvements are especially important occur at very high flow rates. The speed is due to the high pressure factor low, which has a favorable effect on low noise, operational safety and service life will. The manufacturing cost is the same as that of more common drum rotors Design type.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Drum rotor for centrifugal fan, with forward curved blades, characterized in that the exit angle ß2 of the blades between 0 and 10 ° and the total wrap angle a is between 115 and 145 °.

2. Drum rotor according to claim 1, characterized in that the blades over an exit angle ß2 = 0 ° curved forward up to 10 ° inward are.