Vorwärtsgekrümmtes motorisiertes Laufrad
Wenn wir den Volumenstrom definiert haben, den wir benötigen, sei es für die Bereitstellung von Frischluft oder für die Prozesskühlung, müssen wir diesen mit dem Strömungswiderstand kombinieren, auf den der Lüfter in der Anwendung stoßen wird.Der Volumenstrom (in m3/h) und der Druck (in Pascal – Pa) ergeben zusammen den Betriebspunkt, bei dem der Ventilator arbeiten muss.Es ist wichtig, dass wir einen Ventilator auswählen, dessen Leistungscharakteristik den erforderlichen Betriebspunkt am oder nahe dem Punkt der höchsten Effizienz erreicht.Durch die Verwendung des Lüfters mit maximaler Effizienz werden der Stromverbrauch und die Geräuschemission des Lüfters minimiert und gleichzeitig die erforderliche Leistung bereitgestellt.
Wie funktioniert der vorwärtsgekrümmte Radialventilator?
Der Name „Zentrifugalventilator“ leitet sich von der Strömungsrichtung ab und davon, wie die Luft in axialer Richtung in das Laufrad eintritt und dann vom Außenumfang des Ventilators nach außen getrieben wird.Der Unterschied in der Strömungsrichtung zwischen einem vorwärts- und rückwärtsgekrümmten Radialventilator ist die Richtung, in der die Luft am Laufradumfang austritt.Bei einem rückwärts gekrümmten Laufrad tritt die Luft in radialer Richtung aus, während bei einem nach vorne gekrümmten Laufrad die Luft tangential aus dem Umfang des Lüfters austritt.
Ein vorwärtsgekrümmter Radialventilator zeichnet sich durch seine zylindrische Form und viele kleine Schaufeln am Umfang des Laufrads aus.Im unten gezeigten Beispiel dreht sich der Lüfter im Uhrzeigersinn.
Im Gegensatz zum rückwärtsgekrümmten Laufrad erfordert das vorwärtsgekrümmte Laufrad ein Gehäuse, das die an den Spitzen des Laufradflügels austretende Luft mit hoher Geschwindigkeit in eine statische Kraft mit niedrigerer Geschwindigkeit umwandelt.Die Form des Gehäuses leitet zudem den Luftstrom zum Auslass.Diese Art von Lüftergehäuse wird allgemein als Spiralgehäuse bezeichnet.es kann jedoch auch als Voluten- oder Schirokko-Gehäuse bezeichnet werden.Durch den Einbau des vorwärtsgekrümmten Laufrads in ein Spiralgehäuse bezeichnen wir es üblicherweise als vorwärtsgekrümmtes Gebläse.
Es gibt zwei Arten von Gebläsen, die ein vorwärtsgekrümmtes motorisiertes Laufrad verwenden, wie unten gezeigt ...
Das Einzeleinlassgebläse auf der linken Seite saugt Luft von einer Seite des Gehäuses durch den runden Einlass an und leitet sie zum quadratischen Auslass (hier mit Montageflansch).Das Doppeleinlassgebläse verfügt über ein breiteres Spiralgehäuse, das Luft von beiden Seiten der Spirale ansaugt und sie zum breiteren quadratischen Auslass liefert.
Wie beim rückwärts gekrümmten Radialventilator saugt die Saugseite der Laufradschaufel Luft aus der Mitte des Ventilators an, was zu einer Richtungsänderung des Luftstroms zwischen Einlass und Auslass um 90° führt.
Fan-Charakteristik
Der optimale Betriebsbereich für einen vorwärtsgekrümmten Radialventilator liegt bei höherem Druck.Ein vorwärtsgekrümmter Radialventilator funktioniert am besten, wenn hohe Drücke bei geringeren Volumenströmen erforderlich sind.Die folgende Grafik zeigt den optimalen Arbeitsbereich…
Auf der X-Achse ist der Volumenstrom und auf der Y-Achse der Systemdruck aufgetragen.Wenn im System kein Druck herrscht (der Ventilator bläst frei), erzeugt ein vorwärtsgekrümmter Radialventilator den größten Volumenstrom.Da auf der Ansaug- oder Abluftseite des Ventilators ein Strömungswiderstand entsteht, sinkt der Volumenstrom.
Bei der Auswahl eines vorwärtsgekrümmten Gebläses für den Betrieb bei niedrigen Drücken und höchstem Volumenstrom ist Vorsicht geboten.Zu diesem Zeitpunkt befindet sich das Laufrad in einem aerodynamischen Strömungsabriss, genau wie ein Axialventilator, der im Sattelpunkt seiner Kurve arbeitet.Zu diesem Zeitpunkt sind Lärm und Stromverbrauch aufgrund der Turbulenzen am höchsten.
Der Spitzenwirkungsgrad liegt an einem Punkt, der als Knick der Kennlinie bezeichnet wird.An diesem Punkt ist das Verhältnis der Ausgangsleistung des Ventilators (Volumenstrom (m3/s) x Entwicklung des statischen Drucks (Pa) und der elektrischen Leistungsaufnahme (W) am größten und der vom Ventilator erzeugte Schalldruck beträgt am leisesten. Oberhalb und unterhalb des optimalen Betriebsbereichs wird die Strömung über den Lüfter lauter und die Effizienz des Lüftersystems nimmt ab.
Der Vorteil der Verwendung eines vorwärtsgekrümmten motorisierten Laufrads mit einem Einlass besteht darin, dass es eine steile Lüfterkennlinie aufweist.Dies ist besonders nützlich in Systemen, die ein gleichmäßiges Filterniveau erfordern.Wenn Luft durch einen Partikelfilter strömt, fängt der Filter Staub und Pollen in der Luft auf. Je feiner der Filtergrad ist, desto kleinere Partikel werden vom Filter zurückgehalten.Mit der Zeit verstopft der Filter zunehmend durch Schmutz und Ablagerungen, was zur Folge hat, dass mehr Druck erforderlich ist, um die gleiche Luftmenge zu fördern.Der Einsatz eines Laufrads mit steiler Kennlinie führt in diesem Fall dazu, dass mit zunehmender Filterverstopfung der Volumenstrom konstant bleibt, während der Druck über dem Filter zunimmt.
Der Vorteil der Verwendung eines vorwärts gekrümmten Laufrads mit doppeltem Einlass besteht darin, dass es mit einem relativ kleinen Gebläse einen großen Volumenstrom liefern kann.Der Kompromiss bei der Verwendung eines Doppeleinlassgebläses besteht darin, dass es eine geringere Druckentwicklung aufweist, was bedeutet, dass es nur mit Systemen mit niedrigerem Druck arbeiten kann.
Montagemöglichkeiten
Wie bereits erwähnt, erzeugt das vorwärts gekrümmte motorisierte Laufrad an den Schaufelspitzen Luft mit hoher Geschwindigkeit, die gelenkt und verlangsamt werden muss, um dynamischen Druck in statischen Druck umzuwandeln.Um dies zu erleichtern, bauen wir eine Spirale um das Laufrad.Die Form ergibt sich aus dem Verhältnis der Abstände von der Mitte des Laufrads zum Lüfterauslass.Wie beim rückwärtsgekrümmten Ventilator empfiehlt es sich auch, eine kleine Überlappung zwischen dem Einlassring und der Laufradmündung zu haben.Beide Montageaspekte sind in der Abbildung unten dargestellt …
Der Durchmesser des Einlassrings sollte nur einen kleinen Spalt zwischen Laufrad und Ring zulassen, um eine Luftrezirkulation zu vermeiden.
Hinweise zur Montage – Abstände
Es ist wichtig, auf ausreichend Freiraum an der Ansaugseite und an der Seite des Ventilators zu achten.
Ein unzureichender Abstand auf der Saugseite des Ventilators erhöht die Einlassgeschwindigkeit, was zu Turbulenzen führt.Diese Turbulenzen nehmen zu, wenn die Luft durch das Laufrad strömt, wodurch die Energieübertragung vom Lüfterflügel auf die Luft weniger effizient wird, mehr Lärm entsteht und die Lüftereffizienz sinkt.
Allgemeine Empfehlungen für Einlass- und Auslassbedingungen sind:
Einlassseite
- Keine Behinderung oder Änderung der Strömungsrichtung innerhalb eines Abstands von 1/3 des Ventilatordurchmessers vom Einlass des Ventilators
Zusammenfassung – Warum einen vorwärtsgekrümmten Radialventilator wählen?
Wenn der erforderliche Betriebspunkt in den Bereich höherer Systemdrücke im Vergleich zu einem niedrigeren Volumenstrom auf der Ventilatorkennlinie fällt, sollte ein vorwärtsgekrümmter Zentrifugalventilator mit einem einzigen Einlass in Betracht gezogen werden.Wenn für die Anwendung ein hoher Volumenstrom in einem begrenzten Raum erforderlich ist, sollte ein vorwärtsgekrümmter Radialventilator mit doppeltem Einlass in Betracht gezogen werden.
Der Ventilator sollte in seinem optimalen Bereich, dem sogenannten Knick seiner Kennlinie, ausgewählt werden.Der Punkt der höchsten Effizienz liegt näher an der höheren Druckgrenze auf der Lüfterkennlinie, wo er auch am leisesten arbeitet.Der Betrieb außerhalb des optimalen Bereichs (an den Extremen eines hohen Volumenstroms) sollte vermieden werden, da die Turbulenzen und die aerodynamische Effizienz der Laufradschaufel an diesen Punkten Geräusche erzeugen und das Laufrad außerdem in einem aerodynamischen Strömungsabriss arbeitet.Bei niedrigen Drücken und hohen Volumenströmen sollte die Betriebstemperatur des Motors unter Last berücksichtigt werden, da die Gefahr einer Motorüberhitzung besteht.
Die Luft auf der Einlassseite des Laufrads sollte möglichst gleichmäßig und laminar gehalten werden.Um die Effizienz zu maximieren, sollte am Ventilatoreinlass mindestens ein Spiel von 1/3 des Laufraddurchmessers gelassen werden.Die Verwendung eines Einlassrings (Einlassdüse), der den Laufradeinlass überlappt, trägt dazu bei, Strömungsstörungen zu beseitigen, bevor die Luft durch den Lüfter gesaugt wird, durch Turbulenzen verursachte Geräusche zu reduzieren, den Stromverbrauch am Betriebspunkt auf einem Minimum zu halten und die Effizienz zu maximieren.
Aufgrund der steilen Betriebskennlinie, der höheren Druckfähigkeit von Einzeleinlassgebläsen und der hohen Durchflussleistung von Doppeleinlassgebläsen ist der vorwärtsgekrümmte Ventilator eine nützliche Option, die für eine Vielzahl von Installationen in Betracht gezogen werden sollte.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 16. August 2023