Den foreliggende oppfinnelsen vedrører et ventilatorhjul ifølge ingressen i krav 1 i en utførelse som radial- eller diagonalventilator.

Transkript

1 1 Radial- eller diagonalventilatorhjul 1 2 Den foreliggende oppfinnelsen vedrører et ventilatorhjul ifølge ingressen i krav 1 i en utførelse som radial- eller diagonalventilator. I denne sammenhengen betyr begrepet "ikke-rotatsjonssymmetrisk" at to vilkårlige forskjellige radialsnitt på gulvskiven og/eller dekkskiven på to plan som inneholder rotasjonsaksen og inneslutter en bestemt differensvinkel i omfangsretning, ved forskjellige omfangsvinkler ikke er overensstemmende, men avviker fra hverandre. Et avvik kan herved generelt foreligge i retning rotasjonsaksen (aksial) og/eller i radial retning (radial). Med andre ord betyr dette at i tilfelle en ikke-rotasjonssymmetri, vil en dreining av kroppen i bestemte vinkler rundt rotasjonsaksen ikke avbilde objektet hhv. dens snittflate på seg selv. Et slikt ventilatorhjul av arten som innledende beskrevet (såkalt "turbomaskin"), er beskrevet i forskjellige utførelser i publikasjonen JP Herved skal dekkskiven eller bunnskiven eller hver av de to skivene ha en skråtrinnformet kontur i omfangsretning. Gjennom denne i rotasjonsretning skrå trinnutformingen skal en avløsningstilbøyelighet av strømningen reduseres og dermed skal støyen og virkningsgraden påvirkes positivt. Trinnutformingen fører til at hver ventilatorskovl har forskjellige (aksialt målte) utgangsbredder på sin sugeside og sin trykkside, nemlig kan - avhengig av utførelsesform - utgangsbredden på sugesiden være mindre eller større enn utgangsbredden på trykksiden. 3 EP A1 beskriver en radiell ventilator med ribber, utsparinger hhv. innsnitt på yttersiden av dekkskiven. Denne utformingen skal ved en bestemt strømningsføring føre til en støyreduksjon. Den ytterligere publikasjonen EP B1 beskriver et viftehjul spesielt for en turbolader. På dette viftehjulet blir skovler dannet ved pregninger på minst en av de to skivene (bunn- og/eller dekkskive). Ved disse pregningene oppstår det likeledes en ikke-rotasjonssymetrisk geometri. Riktignok omhandler denne publikasjonen ikke en innflytelse på strømningen, men har hovedsakelig produksjonstekniske og stabilitetsfremmende aspekter som innhold.

2 2 Dokumentet JP viser i fig. en radialventilator der bare dekkskiven allerede ved et bølgeformet forløp i omfangsretning har en ikkerotasjonssymmetrisk geometri med et, sett i aksial retning, kontinuerlig, konstant forløp. Herved skal likevel dekkskiven være bøyd konvekst oppover i områdene som bærer ventilatorskovlene, mens de henholdsvis mellom to tilgrensende skovler liggende områdene er bøyd konkavt nedover. Ved dette blir følgelig skovlkanalenes utgangsåpningstverrsnitt innsnevret. 1 2 Publikasjonen US 07/ A1 hhv. den korresponderende US 7,4,04 B2 beskriver forskjellige utførelser av en ganske spesiell strømningsmaskin som skal være tilveiebrakt i svært små utførelser, særlig for datamaskiner. Herved skal strømningskanalene være utformet med et svært lite strømningstverrsnitt for å oppnå en laminær strømning. Det dreier seg således ikke om en "turbomaskin", siden det såkalte reynoldstallet etter denne teknikkens stand uttrykkelig skal være iallfall mindre enn 20. Konkret blir det totale strømningstverrsnittet delt opp i en flerhet små strømningskanaler. Dette oppnås eksempelvis ved en celleaktig struktur, slik at strømningskanalene ikke er begrenset mellom to ytre dekkskiver. Gjennom den kjente utformingen oppnås visstnok ved første blikk en ikke-rotasjonssymetrisk utforming, denne tjener imidlertid utelukkende til det formålet å forme små strømningskanaler for å sikre laminære strømninger. Trekk ved disse kjente utførelsene kan ikke overføres til et ventilatorhjul av arten som er omhandlet i rammen av den foreliggende oppfinnelsen, fordi det dreier seg om fullstendig forskjellige funksjonsprinsipper. Således ligger f. eks. "toppvirkningsgraden" (peak efficiency) av den kjente "laminærmaskinen" på kun ca. 0,2 ( %). 3 I mange ytterligere publikasjoner er rotasjonssymetriske ventilatorhjul beskrevet. Rent eksempelvis skal publikasjonene DE C2, DE A1, EP B1 og DE U1 nevnes her. Slike ventilatorer med rotasjonssymmetrisk utførte gulv- og/eller dekkskiver har både i retning rotasjonsaksen og i omfangsretning delvis sterkt syklisk ujevne hastighets- og trykkfordelinger, det vil si lokalt forhøyede hastighets-/trykkområder. Dette kan føre til strømningsavløsninger og til og med tilbakestrømninger som igjen resulterer i aerodynamiske tap, virkningsgradtap og også en økning av støyutlisppet.

3 3 Den foreliggende oppfinnelsen har som formål å tilveiebringe et ventilatorhjul av arten som er innledende beskrevet, med hvilket det, ved god mekanisk stabilitet, oppnås en forbedret innflytelse på strømningen for optimering med tanke på lufteffekt, virkningsgrad samt støyegenskaper. Dette oppnås ifølge oppfinnelsen med trekkene i krav 1. Fordelaktige utforminger av oppfinnelsen er inneholdt i de uselvstendige kravene og i beskrivelsen som følger under. 1 Et aspekt ved oppfinnelsen ligger ifølge krav 1 i at den respektivt ikkerotasjonssymmetriske dekkskiven hhv. bunnskiven i tillegg, sett i hhv. aksial og akseparallell retning, har et kontinuerlig, punktkonstant forløp på de aktuelle yttersidene på bunn- og/eller dekkskive langs hele omfanget (også over skovlenes området). Dette betyr at mellom to radialsnitt som forløper gjennom aksen, finnes det en grensevinkel α G > 0 fra hvilken en videre tilnærming av de to radialsnittene fører til at også formavvikene i aksial retning av de aktuelle yttersidene på bunn- og/eller dekkskive blir mindre. Det dreier seg følgelig om et konstant forløp i aksial retning, hvormed det blir oppnådd en tydelig forbedring overfor det trinnformede forløpet eksempelvis ifølge JP og også ifølge EP A1. 2 Ifølge oppfinnelsen er det videre tilveiebrakt at dekkskiven og/eller bunnskiven har en bølgeformet utforming i omfangsretning, hvorved det mellom to tilgrensende ventilatorskovler dannes et avsnitt som bøyer seg konvekst utover. Dermed blir det i motsetning til den ovenfor nevnte JP oppnådd en forstørrelse av skovlkanalenes utgangstverrsnitt. I tillegg til oppfinnelsen ifølge krav 1 kan det i en ytterligere aspekt ifølge krav 2 være tilveiebrakt at den respektivt ikke-rotasjonssymmetriske dekkskiven hhv. bunnskiven, mellom to radiale snitt som inneholder rotasjonsaksen og ligger på begge sider av hver ventilatorskovl, er utformet uten sprang over ventilatorskovlen. Også dette er fordelaktig med tanke på oppnåelse av formålet som ligger til grunn. 3 I videre utforming av oppfinnelsen kan geometriavviket mellom to forskjellige snitt som inneholder rotasjonsaksen, av den respektivt ikkerotatsjonssymmetriske skiven (dekk- eller bunnskive) i radial retning være

4 4 vilkårlig (i motsetning til det i hvert fall punktkonstante forløpet i aksial retning ifølge oppfinnelsen). Dette betyr at det radialt er valgfritt mulig med et punktkonstant eller også et sprangformet forløp. 1 2 Med den geometriske utformingen av ventilatorskovlene og utformingen av strømningskanalene som er dannet mellom skovlene, kan ved en kjent, rotasjonssymmetrisk utført bunn- og/eller dekkskive hastighets- og trykkfordelingen i retning rotasjonsaksen påvirkes, mens uensartetheten i omfangsretning forblir vidtgående upåvirket av dette. I motsetning til dette kan det med den ikke-rotasjonsymmetriske utformingen ifølge oppfinnelsen i tillegg bli utøvd målrettet positiv innflytelse på uensartetheten av hastighets- og trykkfordelingen som forekommer i omfangsretning. Dette resulterer bl.a. i følgende fordeler: Påvirkning på avstrømningen fra ventilatorhjulet på en slik måte at det skjer en homogenisering av strømningen, fremfor alt i omfangsretning, og betinget av dette en reduksjon av den maksimalt lokalt forekommende strømningshastigheten, noe som har positiv innvirkning på ventilatorhjulets aerodynamiske og akustiske egenskaper; spesielt oppnås ved dette en forbedring av virkningsgraden og av lydutslippet. Målrettet påvirkning av strømningen i ventilatorhjulet for reduksjon av interaksjoner med skovlkanalveggene for lydreduksjon og for forbedring av lufteffekten samt av virkningsgraden. Mer frihetsgrader for påvirkning av strømningen (fremfor alt i omfangsretning) og strømningsføring; ved dette stabilisering av strømningen i skovlkanalen og således reduksjon av strømningens avløsningstilbøyelighet. Forbedring av den mekaniske stabiliteten; ved dette også mulighet for materialeinnsparinger. 3 Ved hjelp av flere utførelseseksempler illustrert i tegningen skal oppfinnelsen nå forklares nærmere. Herved viser: Fig. 1 en første utførelsesform av et ventilatorhjul som ikke er ifølge oppfinnelsen, nemlig i fig. 1a et perspektivriss og i fig. 1b et aksialsnitt i et diametralt skjæringsplan, Fig. 2 til 4

5 henholdsvis en utførelse av ventilatorhjulet ifølge oppfinnelsen, hvorved det er vist henholdsvis i en delfigur a) et perspektivriss og i en delfigur b) et sideriss, Fig. til 8 ytterligere utførelser som ikke er ifølge oppfinnelsen i visninger av samme slag som i figurene 1 til 4 og Fig. 9 et ytterligere perspektivriss av et ventilatorhjul ifølge oppfinnelsen eksempelvis i en utførelse som i fig. 4a i en forstørret målestokk for videre forklaring av oppfinnelsen. 1 2 Det bemerkes at kun figurene 2 til 4 og 9 viser utførelser som er i henhold til gjenstanden i krav 1. De øvrige figurene viser imidlertid flere enkelte trekk som valgfritt kan være til stede i utførelsene ifølge oppfinnelsen ifølge fig. 2 til 4 og 9. I alle utførelseseksempler består et ventilatorhjul 1 som skal drives roterende rundt en rotasjonsakse Z, av en dekkskive 2 med en foretrukket i det vesentlige sentrisk innstrømningsåpning 4 for luftinnstrømning, en i aksialretning Z motstående bunnskive 6 og flere ventilatorskovler 8. Disse ventilatorskovlene 8 er anordnet mellom bunnskiven 6 og dekkskiven 2. Ventilatorskovlene 8 er anordnet i en bestemt omfangsfordeling rundt rotasjonsaksen Z og innstrømningsåpningen 4. I omfangsretning mellom to tilstøtende ventilatorskovler 8 er det anordnet skovlkanaler som fører fra området av innstrømningsåpningen 4 radialt eller diagonalt mot utsiden og danner utblåsningsåpninger på ventilatorhjulets 1 ytterområde. 3 Ved ventilatorhjulet 1 ifølge oppfinnelsen er det først og fremst vesentlig at dekkskiven 2 eller bunnskiven 6 eller også hver av de to skivene 2,6 har en ikkerotasjonssymmetrisk geometri. For dette henvises det her til fig. 9 der det i tillegg er tegnet to plan E1 og E2 som er radiale, dvs. som forløper tilsvarende en radius r og skjærer hverandre i rotasjonsaksen Z, og som inneslutter en bestemt differansevinkel α. Ikkerotasjonssymmetri i den foreliggende oppfinnelsens forstand foreligger når den aktuelle skivens 2 og/eller 6 tverrsnittflater som ligger i planene E1 og E2, er ulik hverandre ved forskjellige omfangsvinkler.

6 6 Herved er i tillegg forløpet på den respektivt ikke-rotasjonssymmetriske skiven 2 og/eller 6 i aksial retning på de aktuelle yttersidene på bunnskive 6 og/eller dekkskive 2 over hele omfangsområdet (også skovlene) punktkonstant, dvs. med avtakende differansevinkel α eksisterer en grensevinkel αg > 0 fra hvilket en videre tilnærming av de to radialsnittene E1 og E2 (fig. 9) fører til at også formavvikene i aksial retning Z av de aktuelle yttersidene på bunnskive 6 og/eller dekkskive 2 blir mindre. Foretrukket er det i tillegg tilveiebrakt at to tverrsnitt som ligger i to plan som inneholder rotasjonsaksen Z og derfor skjærer hverandre i rotasjonsaksen Z, på begge sider av hver ventilatorskovl 8 ikke representerer noen sprang i rotasjonsretning over skovlen 8. 1 I motsetning til det punktkonstante forløpet i aksial retning Z kan, ifølge oppfinnelsen, geometriavviket mellom to forskjellige snitt som inneholder rotasjonsaksen Z, være vilkårlig i radial retning (radius r i fig. 9). Det betyr at både punktkonstante og sprangformede forløp er mulig her. I det følgende skal de enkelte utførelseseksemplene kort beskrives nærmere. 2 Ved utførelsen ifølge fig. 1 er dekkskiven 2 i innstrømningsåpningens 4 område utformet med et hjulinntak 12, hvorved dekkskiven 2 i området av dette hjulinntaket 12 er utformet ikke-rotasjonssymmetrisk i retning rotasjonsaksen Z. I det viste eksempelet strekker hjulinntaket 12 seg stegaktig aksialt bort fra dekkskiven 2 og har i omfangsretning en bølgeformet kontur med aksiale forhøyninger og imellom liggende fordypninger. Ventilatorhjulet 1 er i dette tilfellet utført som radialventilator. Også i utførelsen ifølge fig. 2 dreier det seg om en radialventilator, hvorved i dette tilfellet kun dekkskiven 2 er utformet ikke-rotasjonssymetrisk i retning dreieaksen Z. I dette eksempelet er dertil dekkskiven 2 ifølge oppfinnelsen utformet bølgeformet i omfangsretning, hvorved det er utformet et konvekst utoverbøyd avsnitt mellom to ventilatorskovler 8. Disse avsnittene går konstant over i hverandre i området av hver ventilatorskovl 8. 3 I fig. 3 er det vist en utførelse som radialventilator, der kun bunnskiven 6 er utformet ikke-rotasjonssymmetrisk i akseretning Z. Konkret kan det dreie seg om en utforming av lignende type som tilveiebrakt for dekkskiven 2 ifølge fig. 2.

7 7 Utførelsen ifølge fig. 4 kombinerer praktisk begge utførelser ifølge fig. 2 og 3. Det betyr at denne radialventilatoren er utformet ikke-rotasjonssymmetrisk og bølgeformet både i området av dekkskiven 2 og i området av bunnskiven 6. I fig. vises en utførelse av ventilatorhjulet 1 som diagonalventilator, hvorved dekkskiven 2 er utformet ikke-rotasjonssymmetrisk i radial retning r, og i dette tilfellet ikke konstant, men sprangformet. Dette oppnås med et forløp av en ytre omfangskant 14 på dekkskiven 2, som ikke er konstant, men som springer over hjørner i radiusen. Fig. 6 viser en utførelse som radialventilator, hvorved dekkskiven 2 i radial retning r er utformet ikke-rotasjonssymmetrisk, nærmere bestemt punktkonstant. 1 Det betyr at dekkskiven 2 her har et konstant omfangsforløp uten hjørner eller andre sprang. Tilsvarende gjelder også for den svært like utførelsen ifølge fig. 7, hvorved det imidlertid oppstår et hjørne eller et knekk i hver av punktene P. Naturligvis er også andre utførelser mulig gjennom hvilke det oppstår en i omfangsretning uregelmessig geometri på dekk- og/eller bunnskive 2,6. 2 For alle utførelsesformer gjelder at ventilatorskovlene 8 kan ha et vilkårlig forløp. Eksempelvis kan de med hensyn til rotasjonsretningen være krummet forover eller bakover.

8 8 P a t e n t k r a v 1 1. Ventilatorhjul (1) i en utførelse som radial- eller diagonalventilator, bestående av en dekkskive (2) med en innstrømningsåpning (4), en bunnskive (6) og flere ventilatorskovler (8) som hver er anordnet mellom bunnskiven (6) og dekkskiven (2) og fordelt over omfanget av innstrømningsåpningen (4) og rundt en rotasjonsakse (Z), hvorved det i omfangsretning mellom to tilstøtende ventilatorskovler (8) er dannet skovlkanaler () som er aksialt begrenset av dekkskiven (2) og bunnskiven (6) og som leder fra innstrømningsåpningens (4) område radialt eller diagonalt mot utsiden og danner utblåsningsåpninger på ytterområdet, og hvorved dekkskiven (2) og/eller bunnskiven (6) har en ikkerotasjonssymmetrisk geometri, hvorved dekkskiven (2) og/eller bunnskiven (6) er utformet ikke-rotasjonssymmetrisk i retning av rotasjonsaksen (Z), hvorved den respektivt ikkerotasjonssymmetriske geometrien sett i hhv. aksial og akseparallell retning (Z) har et kontinuerlig, punktkonstant forløp, hvorved dekkskiven (2) og/eller bunnskiven (6) i omfangsretning har en bølgeformet utforming, karakterisert ved at det mellom to tilstøtende ventilatorskovler (8) er dannet et konvekst utoverbøyd avsnitt Ventilatorhjul ifølge krav 1, karakterisert ved at den respektivt ikke-rotasjonssymmetriske geometrien, mellom to radiale snitt som inneholder rotasjonsaksen (Z) og ligger på begge sider av hver ventilatorskovl (8), er utformet uten sprang over ventilatorskovlen (8). 3. Ventilatorhjul ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at den respektivt ikke-rotasjonssymmetriske geometrien sett i radial retning (r) har et kontinuerlig, punktkonstant forløp eller et ikkekontinuerlig, sprangformet forløp. 4. Ventilatorhjul ifølge et av kravene 1 til 3, karakterisert ved at dekkskiven (2) i området av et aksialt fremspringende hjulinntak (12) som omslutter innstrømningsåpningen (4), er utformet ikkerotasjonssymmetrisk i retning av rotasjonsaksen (Z), hvorved spesielt hjulinntaket (12) har en bølgeformet forløpskontur som har vekselvis fremspring og fordypninger.

9 9. Ventilatorhjul ifølge et av kravene 1 til 4, karakterisert ved at dekkskiven (2) er utformet ikke-rotasjonssymmetrisk i radiusretning (r). 6. Ventilatorhjul ifølge et av kravene 1 til, karakterisert ved at bunnskiven (6) er utformet ikke-rotasjonssymmetrisk i radiusretning (r). 7. Ventilatorhjul ifølge et av kravene 1 til 6, karakterisert ved at den respektivt ikke-rotasjonssymmetriske geometrien er utformet periodisk tilbakevendoiopende eller uregelmessig med tanke på form og/eller anordning i omfangsretning. 1

10 1

11 2

12 3

13 4