194 Ventilatoren Fibel Grundlagen Der Ventilatortechnik

1 Grundlagen der Ventilatorentechnik

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Prof. Dr.-Ing.Reinhard Grundmann,Aachen

Friedrich Schönholtz †, Bad Hersfeld

Überarbeitet und ergänzt vonDipl.-Ing. (FH) Herbert Eidam,Bad Hersfeld und Dipl.-Ing.Bernd Rahn, Berlin

Grundlagen derVentilatorentechnik

Diese Ventilatorenfibel ist gedachtfür den Anlagenbauer und -betrei-ber.

Fast alle verfahrenstechnischenAnlagen sind ohne Ventilatorenund Pumpen nicht zu betreiben.Durch den Betrieb von Ventilato-ren werden erst Gas-Massenströ-me in Bewegung versetzt und ver-fahrenstechnische Anlagen in Be-trieb genommen. Gewisse Grund-kenntnisse der Ventilatorentech-nik sind deshalb notwendig, so-wohl für den Anlagenbauer alsauch für den Betreiber. Diese tech-nischen Grundkenntnisse überStrömungstechnik, Funktion, Bau-arten und Verhalten der Ventilato-ren in der Anlage will diese Venti-latorenfibel vermitteln. Weiterhinwird in ihr auf Grenzbereiche ver-schiedener Bauarten hingewiesen.

Ventilatorenhersteller respektiveVentilatorenkonstrukteure werdenmit dieser Ventilatorenfibel nur be-dingt zufriedengestellt. Die dortauftretenden Probleme und Fragenkann und will diese Ventilatorenfi-bel nicht lösen. Hierzu wird auf dieeinschlägige fachwissenschaftli-che Literatur hingewiesen.

Über diese Ventilatorenfibel hin-aus stehen im Hause TLT-TurboGmbH Fachingenieure zur Verfü-gung, die gerne Probleme lösen,die diese Ventilatorenfibel nichtbeantworten kann.

Inhaltsverzeichnis

I. Einleitung

1.1 Was ist ein Ventilator? . . . . . . . . . . . . 2.21.2 Bauarten. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3

II. Strömungstechnische Grundlagen

2.1 Das strömende Medium . . . . . . . . . . . 2.42.2 Höhenformel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.42.3 Zustandsgrößen der Strömung/

BERNOULLIsche Gleichung. . . . . . . . 2.42.4 Kontinuitätsgleichung . . . . . . . . . . . . . 2.52.5 Druckverlust . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.52.5.1 Druckverlust durch

Reibungswiderstand . . . . . . . . . . . . . . 2.52.5.2 Druckverlust durch Formwiderstand . . 2.72.5.2.1

Stoßverlust . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.82.5.2.2

Diffusorverlust . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.82.6 Anlagenkennlinie. . . . . . . . . . . . . . . . . 2.82.7 BERNOULLIsche Gleichung für

reale Strömung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.92.8 Geschwindigkeitsverteilung im

Rohr bzw. Kanal . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.92.9 Druckmessung . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.10

III. Der Axialventilator

3.1 Aufbau und Funktion. . . . . . . . . . . . . 2.113.2 Geschwindigkeitsdreiecke. . . . . . . . . 2.113.3 Bauformen der Axialventilatoren. . . . 2.133.3.1 Axialventilatoren für die

Lüftungstechnik . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.133.3.1.1

Leitradanordnung . . . . . . . . . . . . . . . 2.133.3.1.2

Laufschaufelanordnung. . . . . . . . . . . 2.133.3.2 Axialventilatoren für industrielle

Anwendungen bzw.Groß-Axialventilatoren . . . . . . . . . . . 2.14

3.3.2.1Axialventilator mit verstellbarenLaufschaufeln und festemNachleitwerk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.14

3.3.2.2Axialventilator mit verstellbarenVorleitwerk und feststehendenLaufradschaufeln. . . . . . . . . . . . . . . . 2.15

3.3.2.3Axialventilatoren mitDrehzahlregelung . . . . . . . . . . . . . . . 2.16

3.3.3 Luftrichtung im Ventilator . . . . . . . . . 2.173.3.4 Nabenverhältnis . . . . . . . . . . . . . . . . 2.173.3.5 Art des Antriebs. . . . . . . . . . . . . . . . . 2.17

IV. Der Radialventilator

4.1 Aufbau und Funktion. . . . . . . . . . . . . 2.194.2 Geschwindigkeitsdreiecke. . . . . . . . . 2.194.2.1 Rückwärts gekrümmte Schaufeln . . . 2.194.2.2 Rückwärts geneigte gerade

Schaufeln . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.194.2.3 Radial endende Schaufeln . . . . . . . . 2.194.2.4 Vorwärts gekrümmte Schaufeln . . . . 2.19

4.3 Konfiguration der Radialventilatoren. 2.204.3.1 Typenbezeichnungen . . . . . . . . . . . . 2.204.3.2 Art des Ansauges . . . . . . . . . . . . . . . 2.214.4 Bauformen und

Antriebsanordnungen . . . . . . . . . . . . 2.224.4.1 Gehäusestellungen und

Drehrichtungen . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.224.5 Wichtige Sonder- und Spezial-

bauarten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.234.5.1 Freilaufende Radialventilatoren . . . . 2.234.5.2 Dach-Radialventilatoren . . . . . . . . . . 2.244.6 Staub- und Verschleißbetrieb . . . . . . 2.264.6.1 Förderung von Staub und

faserigem Gut . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.264.6.2 Verschleiß an Ventilatoren . . . . . . . . 2.27

V. Der Ventilator in der Anlage

5.1 Anlagen- und Ventilatorkennlinie,Proportionalitätsgesetze . . . . . . . . . . 2.28

5.2 Dimensionslose Kenngrößen . . . . . . 2.315.3 Auswahlkriterien . . . . . . . . . . . . . . . . 2.325.4 Parallelschaltung. . . . . . . . . . . . . . . . 2.345.5 Hintereinanderschaltung

Reihenschaltung . . . . . . . . . . . . . . . . 2.345.6 Druckmessung am Ventilator . . . . . . 2.35

Iverzeichnis

VI. Regelung von Ventilatoren

6.1 Drosselregelung . . . . . . . . . . . . . . . . 2.386.2 Drehzahlregelung . . . . . . . . . . . . . . . 2.396.3 Schaufelverstellung. . . . . . . . . . . . . . 2.396.4 Drallregler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.39

VII. Auslegung des Antriebs

7.1 Motoren. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.407.2 Keilriemenantrieb . . . . . . . . . . . . . . . 2.407.3 Kupplungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.40

VIII. Explosionsschutz an Ventilatoren

8.1 Normative Situation . . . . . . . . . . . . . 2.418.2 Produktnorm Ventilatoren. . . . . . . . . 2.428.3 Kennzeichnungsbeispiel. . . . . . . . . . 2.428.4 Konstruktionshinweise . . . . . . . . . . . 2.438.5 Explosionsgeschützte Ventilatoren-

bauart am Beispiel eines Radial-ventilators, direkt angetrieben . . . . . 2.43

IX. Einbau- und Auslegungshinweise

9.1 Freiansaugender Ventilator. . . . . . . . 2.449.2 Freiausblasender Ventilator . . . . . . . 2.449.3 Ventilator im Rohrsystem . . . . . . . . . 2.469.4 Parallelbetrieb, Hintereinander-

schaltung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.47

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Grundlagen der Ventilatorentechnik 2

I. Einleitung

1.1 Was ist ein Ventilator?

Ein Ventilator ist eine Strömungsma-schine, die Arbeit in ein gasförmigesMedium transformiert. Die Aufgabeeines Ventilators ist ein Volumen-strom eines gasförmigen Mediums,meistens Luft durch ein System (An-

lage) zu transportieren. Das Systemsetzt der Bewegung des Volumen-stroms einen Widerstand entgegen,den der Ventilator mittels Druckauf-bau (Totaldruckdifferenz) überwindenmuß. Er stellt gewissermaßen dasHerz einer jeden Anlage dar.

Folgende Größen sind für die Spezifikation des Ventilators wichtig:

Kurz- zeichen Formel Dim. Bezeichnung

V cm*A m3/s Volumenstrom

cm V/A m/s mittlere Geschwindigkeit

A p/4 (Da2 - Di2) m2 Querschnittsfläche

Da m Außendurchmesser

Di m Innendurchmesser

v Di/Da – Nabenverhältnis

Pt1 Pa Ansaugdruck

Dpt pt2 – pt1 o. DH · Pa Totaldruckdifferenz

kg/m3 Dichte

k cp/cv – Exponent *.)

f – Kompressionsfaktor *.)

H m Förderhöhe Gassäule

Pfluid W Leistung des Mediums

P Pfluid/h W Wellenleistung

h Pfluid/P – Wirkungsgrad

n min-1 Drehzahl

u p · D · n/60 m/s Umfangsgeschwindigkeit

w cm/ua – Lieferzahl

c – Druckzahl

1,2,a,i,m Indices

fKreisringfläche beim Axialventilator!g

d

*.) Wird in der Lüftungs- und Klimatechnik (Dpt < 2500 Pa) vernachlässigt!

k

k – 1

p1Dpt

p1+Dpt

p1( )f g–1· ·

V · Dpt · f

p

2 · Dpt · f

Ua2 ·

d

·

·

d

k – 1k


2

1.2 Bauarten

Ein wichtiges Ziel des Ventilatoren-herstellers ist, für die anstehendeAufgabe einen Ventilator auszulegen,der einen möglichst hohen Wirkungs-grad hat um die Energiekosten desAntriebes klein zu halten. Im Wesent-lichen gibt es vier grundverschiedeneBauarten von Ventilatoren, deren Be-zeichnung sich nach dem Verlauf derFlußlinie durch das Laufrad richtet:

a) die axiale Bauart:die Flußlinie verläuft in axialer Richtung gerade durch das Laufrad

c) die halbaxiale Bauartsie liegt zwischen der axialen und radialen Bauart, die Flußlinie ver-läuft gekrümmt durch das Laufrad

b) die radiale Bauart:die Flußlinie verläuft in radialer Richtung (senkrecht zur Achse) gera-de durch das Laufrad

d) die radiale Bauart ohne Spiralgehäuse:die Flußlinie verläuft nahezu wie bei der radialen Bauart mit Spiral-gehäuse

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II. StrömungstechnischeGrundlagen

2.1 Das strömende Medium

Das strömende Medium ist gasför-mig. In der Luft- und Klimatechnik istdas Fördermedium Luft. Die Eigen-schaften werden durch die Zustands-größen und Stoffeigenschaften be-schrieben. Die wichtigsten Zustands-größen sind:

Temperatur Tgemessen in K (grad Kelvin)Druck p gemessen in Pa

Die wichtigsten Stoffeigenschaftensind:Gaskonstante Rgemessen in Nm/kg KZähigkeit v gemessen in m2/sDichte gemessen in kg/m3

Der Zusammenhang zwischen Zu-standsgrößen und Stoffeigenschaf-ten wird durch die Gasgleichung ge-geben:

Für Luft ist die GaskonstanteR = 287 Nm/kg · K

Die absolute Temperatur T beginntbei -273°C = 0 K

+20°C sind also 293 K

Damit ergibt sich für die Dichte derLuft bei 0°C und p = 101325 Pa(= 760 Torr):

Die Druckabhängigkeit der Dichte istbei den in der Lüftungstechnik auftre-tenden Druckdifferenzen so gering,daß man sie vernachlässigt, d.h. Luftwird als „nicht zusammendrückbar“ (= inkompressibles Medium) ange-nommen).

Die Temperaturabhängigkeit der Luft-dichte ist zu berücksichtigen. Nachder Gasgleichung gilt für zwei ver-schiedene Temperaturen bei glei-chem Druck

Mit den angegebenen BezugswertenTo = 273 K (= 0°C) und o = 1,29kg/m3 ergibt sich die Berechnungs-formel für die Luftdichte bei x°C:

Beispiel: Wie groß ist die Luftdichtebei 20°C?

Bemerkung:

Diese Werte gelten für trockene Luft.Die Dichte von feuchter Luft ist stetsetwas kleiner. Dieser Einfluß ist imallgemeinen zu vernachlässigen.

2.2 Höhenformel

Wenn der Ventilator nicht in der Näheder Meereshöhe eingebaut wird son-dern in den Bergen in einer Höhe Hbetrieben werden soll, muß die Dich-te in dieser Höhe berechnet werden.Hierfür gibt es eine internationaleVereinbarung. Man berechnet denDruck pa in der Höhe H zu:

pao ist der Druck auf Nullniveau H dieHöhe in Metern über Null.

Die Dichte errechnet sich dann mitder angegebenen Temperatur nachder Gasgleichung.

2.3 Zustandsgrößen der idealenStrömung / BERNOULLIscheGleichung

Eine Strömung wird beschriebendurch die Angabe von Geschwindig-keit, statischem Druck und geodäti-scher Höhe. Das sind die Zustands-größen, die miteinander verbundensind durch die BERNOULLIsche Glei-chung.

Sie besagt, daß für jeden Punkt derStrömung (bei stationärer Strö-mung*)) die Summe aus Geschwin-digkeits-, Druck- und Höhenenergiegleich ist:

mit

= Dichte in kg/m3

c = mittlere Strömungsgeschwindig-keit in m/s

ps = statischer Druck in Pa

g = Erdbeschleunigung = 9,81 m/s2

h = geodätische Höhe in m

Bei Luftströmungen wird das Höhen-glied der Gleichung · g · h, d.h. dasGewicht der Luftsäule wegen Gering-fügigkeit vernachlässigt. Dann wirddaraus

nennt man Geschwindigkeitsdruckoder dynamischen Druck pd und dieSumme aus dynamischem und stati-schem Druck Gesamtdruck pt

*) stationäre Strömung liegt vor, wenn die Zu-standsgrößen an einer bestimmten Stelle zeit-lich konstant sind.

= =======d pR·T

0d 101325287·273

d

= kg/m3 = 1,29 kg/m3

dd

d

0d0d1 d

1T0

T1= bzw. =

T0

T1

xd

= 1,29 kg/m3273273 + x

d

= 1,29 kg/m3 = 1,2 kg/m3273273 + 2020

pa = pao · 287 – 0,0065 · H287f g 5,255

c2 + ps + · g · h = konstant

dd

2

c2 + ps = konstant

d

2

pt = c2 + ps = pd + ps

d

2

d

c2

d

2


2

Die BERNOULLIsche Gleichung sagtin dieser Form aus, daß der Gesamt-druck an jeder Stelle der Strömunggleich groß ist. Ein einfaches Beispielsoll dies verdeutlichen, die Strömungdurch einen Kanal veränderlichenQuerschnitts:

2.4 Kontinuitätsgleichung

Die zweite zentrale Grundgleichung istdie Kontinuitätsgleichung. Sie besagt,daß an jeder Stelle im unverzweigtenSystem der Volumenstrom (bei kon-stanter Dichte) gleich groß ist.

mit

V̇ = Volumenstrom in m3/s

c = Strömungsgeschwindigkeit in m/s

A = durchströmte Fläche in m2

2.5 Druckverlust

Im Gegensatz zur idealen Strömungtreten in realen Strömungen Druck-verluste auf, die zusätzlich vom Ven-tilator in einer Anlage zu überwindensind. Man unterscheidet zwei ver-schiedene Widerstandsarten

a) Reibungswiderstand undb) Formwiderstand (auch Druck-

widerstand genannt)

2.5.1 Druckverlust durch Reibungs-widerstand

Dieser Druckverlust wird, wie schonder Name sagt, durch Reibung derströmenden Luft verursacht und wirdwie folgt berechnet

für Kreisrohre

Dp bedeutet Druckdifferenz, hier zwi-schen 2 Stellen des Rohres, die denAbstand 1 voneinander haben.

für Kanäle beliebigen Querschnitts

mit

l = Reibungsbeiwert (dimensionslos)

l = Rohrlänge in m

d = Rohrdurchmesser in m

dh = hydraulischer Druchmesser in m

A = Querschnittsfläche in m2

U = benetzter Umfang in m

Beispiel: a) rechteckiger Kanal mitden Seiten a und b

V̇ = A1 · c1 = A2 · c2 und c2 = c1A1A2

V̇ = c · A = konstant

ld

ldh

mit dh = 4 AU

dh = =4ab2(a + b)

2aba + b

l(a+b)2abDpv = l pd

Dpv = l · · pd

Dpv = l · · pd

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b) Kreisringrohr mit d1 und d2

l-Werte erhält man aus Diagrammen(z. B. Moody-Diagramm), sie sind ab-hängig von der Rauhigkeit der Kanal-wand und der Reynoldszahl

Re = der Strömung.*

Es gibt auch spezielle Diagramme, indenen die obigen Abhängigkeiten be-reits ausgewertet und jeweils auf einRohr von 1 m Länge bezogen sind.Dargestellt sind runde Rohre. Hatman z. B. rechteckige Kanäle, so be-nutzt man die gleichen Diagramme,nur mit dem entsprechenden hydrau-lischen Druchmesser dh anstelle desRohrdurchmessers d:

* g ist die kinematische Zähigkeit des Fluids,

für Luft von 20°C ist g = 15 · 10-6

d 1 d 2

m2

s

Reibungswiderstände im geraden Kanal (hydraulisch glatt)

dh = = d2 – d14 (d2

2 – d12)

p (d1 + d2)

p4

Dpv = l pdl

d2 – d1

c · d

g

Die Darstellung der Druckverluste prom gerades Rohr gilt für hydraulischglatte Kanäle. Bei rauhen Kanälen istder aus dem Diagramm ermittelteWert Dpvo zu korrigieren, indem manaus der untenstehenden Tabelle dieRauhigkeit k abliest und mit Hilfe desDiagrammes den Korrekturfaktor Ckfeststellt.

Dpv = Ck · Dpvo in Pa pro m Kanal

Rauhigkeit k fmmg

Kanalart k

Kunststoffrohre 0,005

Asbestzementrohre 0,1

Stahlrohre 0,1

Blechkanäle 0,15

Flexible Schläuche 0,7

Holzkanäle 2,5

Betonkanäle 0,8

Gemauerte Kanäle 4,0

Bei rauhen Kanälen ist dann


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2.5.2 Druckverlust durch Form-widerstand

Druckverlust durch Formwiderstandkann verschiedene Ursachen haben,z. B. Umlenkungen, Verzweigungen,Querschnittsänderungen, Drossel-organe, Bauelemente wie Lufterhit-zer, Kühler, Filter usw.

Seine Berechnung erfolgt nach derBeziehung

z wird Widerstandsbeiwert genannt.

Die entsprechenden z-Werte sindüberwiegend nur experimentell zubestimmen und werden von Herstel-lern der Bauelemente angegeben.

Eine Zusammenstellung der wichtig-sten z-Werte ist nachfolgend angege-ben.*

Dpv = z · c2 = z · pd2

d

* Quelle: Taschenbuch für Heizung und Klimatechnik: Recknagel-Sprenger 58. Ausgabe

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2.5.2.1 Stoßverlust

Ein wichtiger Formwiderstand, denman auch genügend genau berech-nen kann, ist die sprunghafte Quer-schnittserweiterung.

Der Verlust, der durch die Verzöge-rung der Strömung von c1 auf c2 ent-steht, nennt man Stoßverlust. Er läßtsich mit folgender Gleichung berech-nen:

Die z-Werte für diesen Stoßverlustsind im Diagramm 1 dargestellt. Füreinseitige Querschnittserweiterungist der Widerstandsbeiwert dem Dia-gramm 2 zu entnehmen.

2.5.2.2 Diffusorverlust

Wenn die Querschnittsveränderungnicht plötzlich, sondern allmählich er-folgt, spricht man von einem Diffusor.Ein Diffusor hat die Aufgabe, die Strö-mung zu verzögern und damit dyna-mischen Druck in statischen umzu-wandeln: „Druckrückgewinn“. DerWirkungsgrad dieser Umwandlung iststark vom Öffnungswinkel a abhän-gig. Ist dieser größer als 10°,, liegtdie Strömung nicht mehr an derWand an, sie löst sich ab und diesverursacht große Verluste.

Das nachstehende Diagramm zeigt z-Werte für einen Diffusor mit ver-schiedenen Öffnungswinkeln a

2.6 Anlagenkennlinie (Widerstands-parabel)

Die Summe sämtlicher Druckverlusteeiner Anlage, saug- und druckseitigvom Ventilator, ergibt die für die Aus-legung und Auswahl wichtige Total-druckdifferenz Dpt bei einem be-stimmten vorgegebenen Volumen-strom V. Dieses Wertepaar Dpt und Vist gleichzeitig ein Punkt der Anlagen-kennlinie, die auch Widerstandspara-bel genannt wird. Da die Verluste (beiturbulenter Strömung*) proportionaldem Quadrat der Geschwindigkeitbzw. des Volumenstromes sind, er-gibt sich eine quadratische Parabel,wenn man Dpt über V darstellt. Stelltman diese Parabel auf doppel-loga-rithmischem Papier dar, erhält mananstelle der Parabel eine Gerade mitder Steigung 2, dann Dpt =kV2 loga-rithmiert, ergibt log Dpt = 2 log V + logk, wobei k eine anlagenspezifischeKonstante ist.

*Es gibt auch Elemente mit nichtturbulenter,sog. turbulenzarmer Verdrängungsströmung,z. B. Filter. Diese sind in den Berechnungengesondert zu betrachten.

Diagramm 1

Diagramm 2

Lineare Darstellung der Anlagenkennlinie

Logarithmische Darstellung der Anlagenkennli-nie

Dpv = z · (c2 –c2)2= z · c12 (1– )22

d

A2

A12

d


2

Die lineare Darstellung hat den Vor-teil der leichteren, gewohnten Ables-barkeit; Zwischenwerte sind einfachzu interpolieren. Veränderungen derAnlagenparabel hingegen sind imdoppel-logarithmischen Papier leich-ter zu konstruieren, da alle Anlagen-kennlinien parallele Geraden (mit derSteigung 2) sind.

Die Anlagenparabel muß übrigensnicht immer durch den Nullpunkt imDpt-V-Diagramm laufen, sondernkann auch den im folgenden Bild ge-zeigten Verlauf haben, der sich z. B.dann ergibt, wenn ein Ventilator in ei-nem Überdruckraum oder Druckkes-sel fördert. Seine Druckdifferenz ge-genüber der Atmosphäre ist Dp1. DieAnlagenkennlinie schneidet dann dieDpt -Ordinate im Punkt Dp1

2.7 BERNOULLIsche Gleichung fürreale Strömungen

Die BERNOULLIsche Gleichung läßtsich durch Einfügung der Verlustglie-der für Reibungs- und Formverlustefür die Anwendung auf reale Strö-mungen erweitern. Für zwei Punkteeiner Strömung, (1) und (2), gilt dann(bei Vernachlässigung des Höhen-gliedes):

wobei

c12 + p1 = c2

2 + p2 + zi· pdi

+ l · · pdi2

d

2

d

Sn

i = 1

Sn

i = 1

Sm

i = 1

lidi

lidi

2.8 Geschwindigkeitsverteilungenim Rohr bzw. Kanal

Durch den Einfluß der Reibung undder Wandhaftung ergibt sich bei Strö-mungsvorgängen eine über denQuerschnitt gesehen nicht konstanteGeschwindigkeitsverteilung. Es bildetsich ein sogenanntes Geschwindig-keitsprofil aus. Nur unmittelbar hintereiner Einströmdüse ist eine fastgleichmäßige Verteilung vorhanden.Nach einer gewissen Strecke hat sichdas Profil ausgebildet:

Diese Profilausbildung ist besondersbei Messungen zu beachten, bei de-nen es z. B. auf die Ermittlung desVolumenstromes ankommt.

Verzerrte Geschwindigkeitsprofileund auch ungleichmäßige Druckver-teilungen über den Querschnitt tretennach Einbauten und Umlenkungenauf. Als praktisch wichtiges Beispielhierzu sei der Krümmer bzw. dasKnie genannt.

Hinter der Umlenkung ergibt sichdurch Ablösung der Strömung an derInnenseite ein sehr ungleichmäßigesGeschwindigkeitsprofil. Außerdem istder statische Druck an der Außensei-te größer als innen, wo sogar Unter-druck auftreten kann. Durch Einbauvon Leitblechen läßt sich dieser Ef-fekt erheblich reduzieren und der Wi-derstandsbeiwert wird ebenfalls her-abgesetzt (siehe 2.5.2)

zi · pdi = die Summe aller (n) Formwiderstände zwischen den Punk-ten (1) und (2) ist, und

Sm

i = 1l · · pdi = die Summe aller (m) Reibungswiderstände zwischen den

Punkten (1) und (2) ist.

Dp t

ød

10d

nach ca. 6dh ist dasGeschwindigkeitsprofilwieder ausgeglichen.

dh = hydraulischer Durchmesser des durch-strömten Querschnitts.

2


2.9 Druckmessung

Die folgenden Skizzen veranschauli-chen die grundsätzlichen Möglichkei-ten zur Messung der drei Drückeps, pd und pt

ps das ist der statische Druck, alsoder Druck, der auf eine zur Strö-mungsrichtung parallele Wandausgeübt wird.

pd das ist der dynamische Druck oderGeschwindigkeitsdruck.

pt das ist der Totaldruck, also dieSumme aus statischem und dyna-mischem Druck.

Messung auf der Druckseite

Messung auf der Saugseite

1 Der statische Druck ps wird z. B.über eine sauber entgrateteWandbohrung mit einem Mano-meter gemessen. Zweckmäßig istes, über den Umfang verteilt meh-rere Bohrungen anzubringen unddiese Meßstellen über eineRingleitung miteinander zu verbin-den.

2 Der Totaldruck pt läßt sich mit ei-ner um 90° abgewinkelten Sonde,die der Strömung mit der Öffnungentgegengehalten wird, messen.Diese Sonde heißt PITOT-Rohr.

3 Der dynamische Druck wird alsDifferenz zwischen pt und ps ge-messen. Da pt = ps + pd gilt, istpd = pt – ps

Ein Gerät zur Messung des dyna-mischen Druckes ist dasPRANDTLsche Staurohr, das eineKombination aus PITOT-Rohr undstatischer Drucksonde darstellt.

Bei Druckmessungen an Anlagen istnach Möglichkeit eine Stelle zuwählen, wo ein gleichmäßiges Ge-schwindigkeitsprofil herrscht. Zu ver-meiden sind Meßorte unmittelbar hin-ter Krümmern (siehe 2.8), Abzwei-gen, Erweiterungen etc., da hier derstatische Druck über den Querschnittgesehen nicht konstant ist und dieMessungen zwangsläufig fehlerhaftsind.

Die üblichen Druckmeßgeräte zeigendie Drücke in Pa an. Ältere Druck-meßgeräte zeigen noch in mm WS = 1 kp/m2 an.

Die Umrechnung in das gültige Maß-system (SI-System) lautet:

1 mm WS = 1 kp/m2 = 9,81 Pa ø 10 Pa

1 2 3

1 2 3


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III. Der Axialventilator

3.1 Aufbau und Funktion

Der Axialventilator besteht aus derEinlaufdüse mit dem Gehäuse, demLaufrad und dem Antriebsmotor mitNachleitwerk bzw. Halterung (bei leit-werkslosen Axialventilatoren).

Große Axialventilatoren werdendruckseitig mit einem Diffusor ausge-stattet zur verlustarmen Umwandlungdes hohen dynamischen Druckes instatischen Druck. Die Ausführungdes Diffusors ist unterschiedlich, ab-hängig ob mit oder ohne Nachleit-werk.

Die Einströmdüse hat die Aufgabe,eine gleichmäßige Geschwindigkeits-verteilung vor dem Laufrad zu erzeu-gen, damit dieses voll über die ge-samte Schaufellänge beaufschlagtwird (siehe 2.8). In den Schaufel-kanälen des Laufrades findet dieEnergieumsetzung statt. Hier wirdstatischer und dynamischer Druck er-zeugt. Hinter dem Laufrad stellt sicheine stark drallbehaftete, spiralenför-mige Strömung ein, d. h. die vomLaufrad abströmende Luft hat eineGeschwindigkeitskomponente in tan-gentialer (Umfangs-) Richtung.

Um diese nutzlose Komponente dy-namischer Druckenergie in statischeDruckenergie zu verwandeln, werdenLeitwerke eingesetzt. Das sind fest imSchacht in Strömungsrichtung voroder hinter dem Laufrad angeordneteLeitschaufelkränze. Entsprechendnennt man sie Vorleitwerk bzw. Nach-leitwerk. Sie bewirken eine Umlen-kung der Strömung in dem Sinne,daß die Abströmung hinter dem Ven-tilator axial gerichtet ist.

Gehäuse

Diffusor(empfohlene Option)

Laufrad

Einströmdüse Nachleitwerk

Motorhalterung

ohne Nachleitwerk

Motorhalterung

Motor

3.2 Geschwindigkeitsdreiecke

Die Strömungsvorgänge im Ventilatorlassen sich anschaulich durch dieGeschwindigkeitsdreiecke darstellen.Hierbei bedeuten

Index 0 Eintritt VorleitwerkIndex 1R Eintritt Laufrad bzw.

Austritt Vorleitwerk (Ring-querschnitt)

Index 2 Austritt Laufrad bzw. Ein-tritt Nachleitwerk

Index 3 Austritt Nachleitwerk

c absolute Geschwindigkeitw relative Geschwindigkeitu Umfangsgeschwindigkeit des

Laufrades

Die absolute Strömungsgeschwindig-keit c ist stets die vektorielle Summeaus Umfangsgeschwindigkeit u undder relativen Strömungsgeschwindig-keit w:

c1R ist die drallfreie absolute Eintritts-geschwindigkeit in das Laufrad(R Ringquerschnitt beachten)

c = u + wR R R Drehrichtung – Laufrad –

LaufradW1 c 1R

Schaufel-profil

2


u ist die Umfangsgeschwindigkeitdes Laufrades, die sich aus derLaufraddrehzahl ergibt:

mit

v = Winkelgeschwindigkeit desLaufrades in s–1

u = Umfangsgeschwindigkeit in m/s

d = Druchmesser des Schaufel-schnittes in m

n = Laufraddrehzahl in min–1

w1 ist die relative Anströmgeschwin-digkeit der Schaufel. Sie ergibtsich aus der vektoriellen Additionder Eintrittsgeschwindigkeit c1und der Umfangsgeschwindigkeitu. Die Länge der Pfeile ist dabeigleich dem Geschwindigkeitsbe-trag.

Die Änderung von w1 zu w2 erfolgtdurch die Krümmung und Form derSchaufelkanäle.

c2 ist die absolute Geschwindigkeitbeim Austritt aus dem Schaufelgitterund damit ggfs. die Eintrittskompo-nente für das Nachleitwerk.

a) Axialventilator ohne Leitwerk

b) Axialventilator mit Nachleitwerk

c) Axialventilator mit VorleitwerkVorleitwerk

Düse

Laufrad

d) Axialventilator als Gegenläufer

Zur Erzielung höherer Drücke können manche Axialventilatoren als Gegen-läufer eingesetzt werden. Hierzu sind zwei komplette Ventilatoren, jeweilsmit Motor, erforderlich, die, gegenläufig drehend, so installiert werden, daßdie beiden Laufräder unmittelbar gegenüber angeordnet sind.

Gegenläufer weisen im Vergleich zum zweistufigen gleichlaufenden Axial-ventilator aerodynamisch keine signifikanten Unterschiede auf. Die Schall-entwicklung ist beim Gegenläufer jedoch deutlich ungünstiger als beim zwei-stufigen Gleichläufer.

u 2=

u

u 1=

u

Dre

hric

htun

g–

Lauf

rad

–

w 2

c2

w 1

c1R

u 1=

u

w 1

c1R

co

u 1=

u

w 1

c 1R

c3 = c1R

Dre

hric

htun

g–

Lauf

rad

–

Dre

hric

htun

g–

Lauf

rad

–

Nachleitwerk(feststehend)

Vorleitwerk(feststehend)

u 2=

uw 2

c2 c 2

u

u 2=

u

w2

c2Schnitt AB:

A B

ød

Motor

Motorhalterung

Laufrad

Düse

Motor

Motor

Gehäuse

Gehäuse

Laufrad

Düse

Motor-halterung

Nachleit-werk

u = · v =d2

d · p · n60

Motorhalterung

Gehäuse


2

3.3 Bauformen der Axialventilatoren

Axialventilatoren können nach denunterschiedlichsten Gesichtspunktenje nach Anwendung und Betriebsbe-dingungen eingeteilt werden.

3.3.1 Axialventilatoren für die Lüf-tungstechnik

3.3.1.1 Leitwerkanordnung

W Axialventilator ohne LeitwerkW Axialventilator mit VorleitwerkW Axialventilator mit Nachleitwerk

3.3.1.2 Laufschaufelanordnung

Axialventilatoren mit starrer, nichtverstellbarer Laufschaufel haben nureine unveränderliche Kennlinie für je-de Drehzahl.

Axialventilatoren mit verstellbarenLaufradschaufeln haben mehrereKennlinien, die in Abhängigkeit vomSchaufelanstellwinkel dargestelltwerden. Sie haben den Vorteil beson-derer Anpassungsmöglichkeiten anunterschiedliche Betriebsbedingun-gen.

Standard ist die Anordnung mit imStillstand verstellbaren Laufschaufelnund Nachleitwerk. Für einfache Lüf-tungsaufgaben – niedrige Drücke –werden auch im Stillstand verstellba-re Laufschaufeln ohne Nachleitwerkeingesetzt.

Beispiel:Axialventilator (im Stillstand verstell-bare Schaufelwinkel)

Fabrikat:TLT-Turbo GmbHTyp AXN 12/56/800/M-D Bauform M-D

Am Weinberg 68 · D-36251 Bad Hersfeld/Germany�Tel.: +49.6621.950-0 · Fax: +49.6621.950-100

2


3.3.2 Axialventilatoren für indu-strielle Anwendungen bzw.Groß-Axialventilatoren

Bei diesen Axialventilatoren wird inder Praxis im Wesentlichen unter-schieden zwischen folgenden dreiAusführungen:

3.3.2.1 Axialventilator mit verstell-baren Laufschaufeln undfestem Nachleitwerk

Diese Axialventilatoren sind verfüg-bar:

W mit einzeln im Stillstand verstellba-ren Laufradschaufeln

W mit zentral im Stillstand verstellba-ren Laufradschaufeln

W mit gemeinsam während des Be-triebes regelbaren Laufradschau-feln. Diese Ausführung bietet Vor-teile bei der Regelung des Volu-menstromes und ergibt einen sehrumfangreichen Arbeitsbereich mitgutem Teillastverhalten.

Die hydraulische Laufschaufelver-stellung während des Betriebes istheute Stand der Technik.

Beispiel:Axialventilator mit Laufschaufelver-stellung

Fabrikat:TLT-Turbo GmbH

Ventilatorgehäuse-Oberteil

2-stufiger Rotor

Kupplungshälften

Zwischenwelle

Kompensator

Diffusor

Ventilatorgehäuseunterteil

Ansaugkasten

Hydr. Verstellmechanismus

Umlenkecke

Schalld.Ummantelung

Stellantrieb zurLaufschaufelverstellung

Ölversorgungsanlage

Schwingungsaufnehmer

Lager-Temperaturanzeige

Axialgebläse mit hydraulischer Flügelverstellung während des Betriebes

För

derh

öhe

fmgG

assä

ule

Volumenstrom V fm3/sg

10000

9000

8000

7000

6000

5000

4000

3000

2000

1000

00 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200

h = %

h88

86

83

80

75

70

60

50

40


2

3.3.2.2 Axialventilatoren mit ver-stellbarem Vorleitwerk undfeststehenden Laufrad-schaufeln

Das Teillastverhalten dieses Axial-ventilators ist in den meisten Fällenschlechter als das der laufschaufel-geregelten Axialventilatoren.

Bedingt durch seine robuste Bau-weise wird dieser Typ bevorzugt ein-gesetzt für extreme Betriebsbedin-gungen wie z. B. hoher Temperaturund Staubbeladung.

Typische Anwendungen:Kraftwerke und Bergbau

Beispiel:Axialventilator mit verstellbarem Vor-leitwerk

Fabrikat:TLT-Turbo GmbHTyp AN

Axialventilator mit Vorleitwerk

För

derh

öhe

fmgG

assä

ule

Volumenstrom V fm3/sg

10000

9000

8000

7000

6000

5000

4000

3000

2000

1000

00 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200

h 87,587

8582

7974

63

53

42

31

20

10

2


3.3.2.3 Axialventilatoren mit Dreh-zahlregelung

Durch den heutigen Stand der Dreh-zahlregelung von Elektromotoren mit-tels Frequenzumrichter ist die Kombi-nation mit einem Ventilator ideal.

Besonders beim Axialventilator miteinzeln im Stillstand verstellbarenLaufschaufeln mit Elektromotor,drehzahlgeregelt über moderne Fre-quenzumrichtertechnik, ergeben sichbemerkenswerte Vorteile:

W Günstige Plazierung des Betriebs-punktes auf der Kennlinie desAxialventilators.

W Sehr gutes Teillastverhalten beiquadratisch verlaufender Anlagen-kennlinie

W Günstige Akustik im Teillastbereich

W Der einfache mechanische Aufbauist der Garant für einen störungs-freien Betrieb.

Beispiel:Axialventilatordrehzahlgeregelt(im Stillstand verstellbare Schaufeln)

Fabrikat:TLT-Turbo GmbHTyp AXN 12/56/1400/D/R2

Bauform R2

DREHZAHLREGELUNGAm Weinberg 68 · D-36251 Bad Hersfeld/Germany�Tel.: +49.6621.950-0 · Fax: +49.6621.950-100


2

3.3.3 Luftrichtung im Ventilator

Die Luftrichtung im Axialventilator istin der Regel vom Laufrad und Leit-werk über den Motor bzw. die Lage-rung. Alle Kennlinien basieren aufdieser Anordnung.

Es kann jedoch Anlagen bzw. verfah-renstechnische Gründe geben, die ei-ne Anordnung des Motors auf derSaugseite erfordern. Für diese Fällebietet TLT GmbH die Ausführungüber Motor saugend an. („S“)

Vorzuziehen ist die Luftrichtung „D“,denn bei der Luftrichtung „S“ muß dieKennlinie abgewertet werden und derWirkungsgrad wird schlechter.

3.3.4 Nabenverhältnis

Unter Nabenverhältnis versteht mandas Verhältnis Laufradnabendurch-messer zu Laufradaußendurchmes-ser. Bei Axialventilatoren liegen die

Verhältnisse etwa zwischen 0,25 und0,63. Axialverdichter zum Vergleichkönnen noch größere Nabenverhält-nisse haben.

Je kleiner das Nabenverhältnis, destogeringer der Druck des Axialventila-tors.

3.3.5 Art des Antriebes

StandardausführungTyp AXN-Bauform M-D(über Motor drückend)

SonderausführungTyp AXN-Bauform M-S(über Motor saugend)

Axialventilator – in Normalausführung mit di-rektem Antrieb

Bauform M = Laufrad auf Motorwellenstumpf

Axialventilator – mit Antrieb über Keilriemen(Motor separat auf Grundrahmen)

Bauform R2 = Laufrad über Keilriemen ange-trieben

Axialventilator – mit Antrieb über Keilriemen(Motor auf Ventilatorgehäuse aufgebaut) inleichter Ausführung für die Lüftungstechnik

Bauform R1 = Laufrad über Keilriemen ange-trieben

2


Groß-Axialventilator – doppelstufigmit gemeinsamer Doppellagerung di-rekt über Kupplung und Zwischen-welle angetrieben. Anordnung desElektromotors außerhalb des Gas-stromes.

Horizontale Aufstellung!

Groß-Axialventilator – einstufig mitDoppellagerung direkt über Kupplungund Zwischenwelle angetrieben. An-ordnung des Elektromotors vertikalaußerhalb des Gasstromes.

Vertikale Aufstellung!z. B. im Kamin

Groß-Axialventilator – einstufig, Lauf-rad auf Motorwelle. Elektromotor imLuftstrom.

Vertikale Aufstellung!

DiffusorElektro-motor

Saugtasche

Raum für Wartung

Raum für Wartung


2

IV. Der Radialventilator

4.1 Aufbau und Funktion

Der Radialventilator besteht aus demSpiralgehäuse mit Einströmdüse undAustrittstutzen, dem Laufrad und derZunge. Die zu fördernde Luft trittdurch die Einströmdüse in das Lauf-rad ein und wird dabei in radiale Rich-tung umgelenkt. Im Laufrad (Schau-felkanal) findet die Energieumset-zung statt, d. h. die dem Laufrad überdie Welle vom Antriebsmotor zuge-führte mechanische Energie wird inDruck- und Geschwindigkeitsenergieumgesetzt. Das Spiralgehäuse hatzwei Aufgaben zu erfüllen. Es sam-melt die aus dem Laufrad ausströ-mende Luft, führt sie zu einem ge-meinsamen Austritt und es wandelteinen Teil der Geschwindigkeitsener-gie (dynamischer Druck) in Druck-energie (statischer Druck) durch die

stetige Querschnittserweiterung inStrömungsrichtung um (Diffusoref-fekt).

Die engste Stelle zwischen Spiral-gehäusewand und Laufrad wird vonder Zunge gebildet.

Radialventilatoren erreichen höhereDrücke als Axialventilatoren, da dieradialen Schaufelkanäle durch dieunterschiedlichen Umfangsge-schwindigkeiten am Ein- und Austrittdes Laufrades zur statischenDruckerzeugung beitragen.

Einströmdüse

Antrieb

Zunge

Laufrad

4.2 Geschwindigkeitsdreiecke

Bei Radialventilatoren unterscheidetman im wesentlichen zwischen vierverschiedenen Laufradtypen je nachForm der Schaufel:

4.2.1 Rückwärts gekrümmteSchaufeln

Radialventilatoren mit rückwärts ge-krümmten Schaufeln nennt man we-gen ihres sehr guten Wirkungsgradesauch „Hochleistungsventilatoren“.Besonders geeignet sind dieseLaufräder auch für freilaufende Ra-dialventilatoren.

Schaufelaustrittswinkel w2 % 30° ]

4.2.2 Rückwärts geneigte geradeSchaufeln

Geeignet für Gas mit groben trocke-nen Materialteilchen. Wegen desnoch sehr guten Wirkungsgrades ge-nannt „Hochleistungs-Staubschaufel-Ventilator“.

Schaufelaustrittswinkel w2 = 40 bis 60° ]

4.2.3 Radial endende Schaufeln

Diese Räder finden in der Lüftungs-und Klimatechnik wenig Anwendung.Sie dienen hauptsächlich wegen ihrerVerkrustungssicherheit zur Förde-rung staub- und stoffbeladener Gase(pneumatischer Transport). Je nachStaubart werden dazu allerdingsauch rückwärts gekrümmte Schau-feln benutzt.

Schaufelaustrittswinkel w2 = 75 bis 90° ]

4.2.4 Vorwärts gekrümmte Schau-feln

Radialventilatoren mit vielen kurzen,vorwärtsgekrümmten Schaufelnheißen auch Trommelläufer. Der An-teil der Geschwindigkeitsenergie istsehr hoch. Wegen des niedrigen Wir-kungsgrades wird dieser Typ nurnoch bei kleinen Radialventilatoren inder Lüftungstechnik eingesetzt.

u2

c2c1

w1

u1

w2

u2

u1

c2

c1

w2

w1

c2 w2

w1

u1

c1

u2

c1

u1

u2

w2c2

w1

Spiralgehäuse

2


4.3 Konfigurationen der Radialven-tilatoren

Radialventilatoren werden üblicher-weise nach folgenden Gesichtspunk-ten eingeteilt:

W Schaufelform

a) Radialventilatoren mit rückwärtsgekrümmten Schaufeln = „Hochlei-stungsventilatoren“.

b) Radialventilatoren mit rückwärtsgeneigten geraden Schaufeln =„Hochleistungs-Staubschaufel-Ventilator“

c) Radialventilatoren mit radial en-denden Schaufeln für schmutzig-ste Industrieanwendungen.

d) Radialventilatoren mit vorwärts ge-krümmten Schaufeln für die Lüf-tungstechnik, (siehe auch 4.2).

W Laufradverhältnisse

Ein wesentliches Charakteristikum istdas Verhältnis zwischen Außen-durchmesser und Ansaugdurchmes-ser (= Nenndurchmesser) des Radial-laufrades. Dieses Verhältnis kenn-zeichnet die Baureihe von Radialven-tilatoren. Die üblichen Durchmesser-verhältnisse liegen zwischen 1,1 und7,1. In der Lüftungs- und Klimatech-nik sind Baureihen 11 und 14 üblich.Je größer die Baureihe ist, um sohöher ist die Druckerzeugung desVentilators.

Das TLT-Turbo GmbH-Programm(ehemals Babcock BSH) ist in siebenBaureihen gegliedert, denen jeweils

nachstehende Drücke zugeordnetsind:

4.3.1 Typenbezeichnungen

Die Typenbezeichnung eines Radial-ventilators hat neben seinem Druck-vermögen Auskunft zu geben überseine speziellen Anwendungseigen-schaften. Hierzu bietet sich neben derBaureihe der Schaufelaustrittswinkelw2 an. Jede Baureihe weist deshalbverschiedene Laufradbeschaufelun-gen auf, gekennzeichnet durch denSchaufelaustrittswinkel w2. Damitsind die Möglichkeiten geschaffen,sich an anwendungsspezifische An-forderungskriterien anzupassen.

W Kennlinienverlauf steil oder flach

W Anforderungen an den Regelbe-reich

W Staubbetrieb

W Verschleiß oder Anbackungen

W Jeder Betriebspunkt durch direktenMotorantrieb

Typenbezeichnung des TLT-Turbo GmbH-Standard-Programmes der Industrie-Radialventilatoren

Z. B. das Standard-Programm bei derTLT-Turbo GmbH ist in sieben Venti-latorbaureihen gegliedert (Abb.), de-nen jeweils verschiedene Schaufel-formen mit unterschiedlichen Schau-felaustrittswinkeln zugeordnet sind.

Darüber hinaus kann jeder Typ ausverschiedenartigen Werkstoffen fürchemische Angriffe und höhere Tem-peraturen gebaut werden.

Baureihe Druckbereiche bei = 1,20 kg/m3

(Richtwerte)

d

11 100 – 2800 Pa 14 1800 – 4500 Pa 18 2800 – 7100 Pa 22 5500 – 11200 Pa 28 8100 – 16000 Pa 35 12500 – 20000 Pa 45 16000 – 25000 Pa

Durchmesserverhältnis 1,4 = Baureihe 14

14 / 45

Baureihe(Durchmesser-verhältnis x10)

Schaufelaus-trittswinkel w2


2

Nebenstehende Abbildung zeigt alleTypen des Standard-Programmesmit Kennzeichnung der wichtigstenEigenschaften. Bei dieser Leistungs-dichte kann jeder Bedarfsfall optimalgelöst werden.

w = Steil verlaufende Kennlinienmaximale Wirkungsgrade für In-dustrieatmosphäre besondersgünstige Regelcharakteristik

W = Für Staubbetriebstaubabweisend für grobe undtrockene Materialteilchen

W = Für extremen Staubbetriebselbstreinigende Laufradbe-schaufelungenAusnahme bilden Materialien,die sich durch chemische Reak-tionen oder elektrostatischeAufladungen ansetzen.

Typen diebevorzugtin derLüftungs-und Klima-technikeingesetztwerden

einseitig saugendes Radiallaufrad

doppelseitig saugendes Radiallaufrad

11/20 w11/25 w11/30 w

11.1/30 w11/40 W

11/45 W11/60 W

14/20 w14/30 w14/45 W

14/60 W14/80 W

18/30 w18/50 W18/80 W

22/40 w22/55 W22/80 W

28/40 w28/60 W28/75 W

35/45 w35/75 W

45/50 w45/78 W

4.3.2 Art des Ansaugs

Radialventilatoren können mit einsei-tigem oder doppelseitigem Ansaug(ein- oder doppelflutig) ausgeführtwerden. Der doppelseitige saugendeRadialventilator fördert bei gleicherVentilatornenngröße und gleichemGesamtdruck etwa das Doppelte desVolumenstromes. Diese Anordnungentspricht einer Parallelschaltung(siehe 5.4).


4.4 Bauformen* und Antriebsan-ordnungen

*Bauformen nach VDMA 24164

4.4.1 Gehäusestellungen undDrehrichtungen

Die Angabe der Gehäusestellung undDrehrichtung erfolgt immer von derAntriebsseite her gesehen.

Entsprechende Bezeichnungen sindder obigen Tabelle zu entnehmen.

Bauformen-Beispiele(mit Zubehör-Optionen)

Bauform RUM: Einseitig saugend, Laufrad aufMotorwellen stumpf

Bauform RUR: Einseitig saugend, Laufrad an-getrieben über Riemen

Bauform ZER: Zweiseitig saugend, Laufrad an-getrieben über Keilriemen

Bauform RUK IV: Einseitig saugend, für direk-ten Motorantrieb über elastische Kupplung

Bauform RUK V: Einseitig saugend, für direk-ten Motorantrieb über elastische Kupplung

Bauform ZSKI : Zweiseitig saugend, mit An-saugkästen, für direkten Motorantrieb

Bauart Anschluß Antrieb

R U M

Z E K

S R

einseitig saugend

zweiseitig saugend

unmittelbarer Rohranschluß

mit Einströmdüse

mit Saugkasten

Laufrad direkt auf Motor- wellenzapfen

über Kupplung

über Riemen

2


2

4.5 Wichtige Sonder- und Spezial-bauarten

4.5.1 Freilaufende Radial-ventilatoren

Diese Bauart wird bevorzugt in ein-seitig saugender Ausführung einge-setzt, wo große Luftmengen gegen

Gesamtdrücke % 2500 Pa zu fördernsind.

Zum Beispiel in:

Trocknern aller Art,Lackieranlagen,Rückkühlwerken,Reinraumanlagen,Zentralgeräten der Lüftungs-und Klimatechnik

Freilaufender Radialventilator fürTrocknereinbau

Antrieb durch NormmotorTemperatur max. 250°CMotorkühlung mit RaumluftKühlluft gelangt in Aufstellungsraum

Freilaufender Radialventilator fürhorizontalen Einbau in ein Klima-zentralgerät

Antrieb durch Normmotor im Förder-luftstrom.

Freilaufender Radialventilator fürvertikalen Einbau

Antrieb durch Normmotor im Förder-luftstrom

2


4.5.2 Dach-Radialventilatoren

Eine spezielle Bauart des Radialven-tilators ist der Dach-Radialventilator,der freisaugend und dank seinesDruckvermögens als zentraler Abluft-ventilator eingesetzt werden kann.

Es stehen viele Bauformen zur Verfü-gung, z. B.

Dach-RadialventilatorBauform DRH

mit horizontalem LuftaustrittAntrieb über Spezialmotor(Außenläufer)

Dach-RadialventilatorBauform DRV

mit vertikalem LuftaustrittAntrieb über Spezialmotor(Außenläufer)

Dach-RadialventilatorBauform DRVF

mit vertikalem Luftaustrittangetrieben von einem Normmotor


2

Dach-RadialventilatorBauform BVD

mit senkrechtem Ausblasals Brandgas-Ventilator zur Absau-gung von Rauch- bzw. Brandgasenfür 400°C/620°C – 120 Min.

Dach-RadialventilatorBauform DR-SDH

mit horizontalem AusblasAnsaugseitig und ausblasseitigschallgedämpft

Dach-RadialventilatorBauform DR-SDV

mit schallgedämpftem vertikalemAusblas

2


4.6 Staub- und Verschleißbetrieb

In Abluft- und gewissen Prozeßventi-latoren sind die Themen Staub undVerschleiß bei der Auslegung beson-ders zu berücksichtigen. Hierbei sindStaubbeladung, deren Konsistenzund Feuchtigkeit wichtige Faktoren.

4.6.1 Förderung von Staub und fa-serigem Gut

Rückwärts gekrümmteBeschaufelung

Staub haftet!R > T

Für trockenenStaub bedingtgeeignet!

aFN FZ

RT

a

Radial endendeBeschaufelung

Staub wirdabgeschleudert!R < T

Für schmutzigeIndustrie-anwendungen!

a

Laufrad ohneDeckscheibe

Faseriges Gutgleitet!R < T

Speziell fürpneumatischen Transportvon faserigem Gut!

F N

FN

F Z

FZ

RT

R

T

a

(Deckscheibe feststehendam Gehäuse)

Begriffserklärung

FN = Kraft in Normalrichtung

FZ = Zentrifugalkraft

T = Kraft in Tagentialrichtung

R = Reibkraft = FN ·µ

µ = Reibungszahl

Weitere Hinweise zur Auswahl dergeeigneten Radialventilatoren be-finden sich im Kapitel 4.2 und 4.3.

Achtung:Bei starker Staubbelastung desgeförderten Gasstromes ist derzusätzliche Leistungsbedarf undDruckabfall zu berücksichtigen.

Jedes Staubteil, das nicht haftet,verursacht möglicherweise Ver-schleiß. Während sich fehlende Er-kenntnisse über den Ver-schleißvorgang in erster Linie aufdie Ersatzteilfrage ausgewählterVentilatorentypen auswirken, ent-scheiden Unsicherheiten zum Haft-verhalten oft generell über den Ein-satz der Ventilatoren.

Die Neigung zum Anhaften auf derSchaufelsaugseite bei Radialrä-dern mit rückwärts gekrümmter Be-schaufelung und auf der Schaufel-druckseite bei vorwärts gekrümm-tem Schaufelverlauf, ist präzise nurüber Kenntnis der jeweiligenRutschwinkel der Staub-Korn-größenverteilung vermeidbar. [1]

[1] Ventilatoren im EinsatzSchlender, KlingenbergVDI-Verlag 1996ISBN 3-1840 1293-x


2

4.6.2 Verschleiß an Ventilatoren

In Ventilatoren, deren Förderstrommit Materialteilchen belastet ist, trittVerschleiß auf. Er läßt sich in solchenVentilatoren nicht verhindern, wohlaber durch geeignete Maßnahmenreduzieren.

Verschleiß an Ventilatoren bedingtdurch Abrasion verändert die beauf-schlagten Oberflächen. Es bildensich Mulden, Wellen, Kratzer und Rie-fen. Es tritt somit ein Mikrozerpan-nungsprozeß auf, der einen Material-verlust zur Folge hat.

Abrasion wird ausgelöst durch die imGasstrom enthaltenen Materialteil-chen, die über die betreffendenFlächen gleiten oder mit unterschied-lichen Winkeln aufprallen.

In der DIN 50320 sind Verschleiß-vorgänge und ihre Begriffe behan-delt.

Die wichtigsten Kriterien eines Ver-schleißorgans sind:

A. Ventilatorlaufrad– Härte des Grundkörpers und seine

Materialstärke– Laufrad-Umfangsgeschwindigkeit– Laufschaufelform

B. Förderstrombeladung– Härte der angreifenden Materialteil-

chen

– Korngröße und Körperform der Ma-terialteilchen

– Dichte der Materialteilchen

Verschleißvorgänge

Einfluß der Härte von Materialteil-chen auf den Abtrag an der Ober-fläche für weichen Grundkörper (z. B.Laufradschaufel ungeschützt) undharter Grundkörper (z. B. Laufrad-schaufel gepanzert mit Hartmetallen).

1 Ist die Härte der angreifenden Ma-terialteilchen geringer als derGrundkörper, tritt wenig Verschleißauf. Der Verschleißvorgang liegt inder Tieflage.

2 Ist jedoch Härte der angreifendenMaterialteilchen höher als der

Grundkörper, tritt erheblicher Ver-schleiß auf. Der Verschleißvorgangliegt in der Hochlage.

3 Sind Härte der angreifenden Mate-rialteilchen etwa gleich dem Grund-körper, verursachen geringe Ver-schiebungen bereits beachtlicheVeränderungen im Verschleißver-halten. Der Verschleißvorgang liegtim Steilanstieg.

Wichtig

Zur Minimierung von Verschleiß mußdie Härtepaarung so gewählt werden,daß die Härte des Grundkörpers aufder Verschleißseite über der des an-greifenden Materials liegt.

a weicher Grundkörperb harter Grundkörper

Anmerkung:Verschleißmaßnahmen an Laufrädern führen zu höheren Gewichten und Unwuchtkräf-ten. Folgeerscheinungen wie– verstärkte Antriebswellen und Lager– verstärkte Unterbauten des Ventilators– negative Beeinflußung des Wirkungsgradessind zu beachten!

Maßnahmen Beschreibung

1. Schaufelmaterial sSte 70

2. Schaufelstärke „s“ um 2 – 3 mmerhöht

3. Schweißraupen quer zur Förder-richtung durch Panzerelektroden,Schweißraupenabstand „a“ verrin-gert sich zum Außendurchmesser.

1. Grund-Schaufelmaterial s

2. Oberflächenpanzerung durchhochfeste Schleißschutzbeschich-tung s1 = ca. 0,8 – 1,0 mm durchharte Wolfram-Chromkarbide imFlammaufspritzverfahren

1. Grund-Schaufelmaterial s

2. Oberflächenpanzerung durchhochfeste Schleißschutzbeschich-tung s1 = ca. 5 mm durch harte,Chromkarbid enthaltende Auf-tragsschweißung in einer in sichgeschlossenen Schweißschicht

ss s 1

b

a1a2

a3a4

a5

a6

b = Seitenschutz

Schaufelform eben(nicht gekrümmt)

s s 1

Schaufelform eben(nicht gekrümmt)

bb

Der allgemeine Grundsatz, dass ei-ne Radialventilatorschaufel, die anjedem Punkt der radialen Er-streckung eine Tangente zurStaubstrombahn ist, stets den ge-ringsten Verschleiß - Gleitver-schleiß - aufweist, kann als gesi-chert betrachtet werden. Ist die an-gepasste Auswahl entsprechenderBeschaufelungen nicht möglich,bleibt nur der Weg über entspre-chende Werkstoffe und Material-dicken, den Verschleißvorgangwirtschaftlich zu gestalten.

Härte der angreifenden Materialien

Hochlage

Tieflage

Stei

lans

tieg

Abt

rag

a

b

2


V. Der Ventilator in derAnlage

5.1 Anlagen- und Ventilatorkenn-linie, Proportionalitätsgesetze

Über die Theorie der Anlagenkennli-nien wurde bereits in 2.5 berichtet.Nachfolgend sind an einem Beispiel(Radialventilator Typ RA 11.1, Nenn-größe 800, Fabr. TLT-Turbo GmbH)die Gesetzmäßigkeiten aufgezeigtund zwar in linearer und in doppello-garithmischer Darstellung.

Vergleicht man zwei Betriebspunkte,dann gilt: Das Druckverhältnis istgleich dem Volumenverhältnis zumQuadrat, d. h.

Im Beispiel ist der Betriebspunkt B1bei V̇1 = 10 m3/s undDpt1 = 1750 Pa. Wie groß istDpt2 bei ·V2 = 5 m3/s

Dpt2 = 1750 Pa · = 438 Pa.( )25

10

Dpt1Dpt2

= bzw. Dpt2 = Dpt1 ·( )2V1

V2( )2V2

V1

Anlagenkennlinien mit unterschied-lichen Betriebspunkten

Die Totaldruckerhöhung eines Venti-lators setzt sich zusammen aus derstatischen und dynamischen Druck-erhöhung. Der dynamische Anteilwird bezogen auf den Ventilatorsaug-stutzen. Er wird nach der bekanntenBeziehung

berechnet. Hierbei ist c die mittlereGeschwindigkeit im Ventilatorsaug-stutzen, also

In unserem Beispiel ist fürV̇ = 10 m3/s und für den gewähltenRadialventilator NG 800:

Dynamischer Druck im Ventilator-saugstutzen

(c = Linie des dynamischen Druckes)

pd = c2

pd = · c2 = · 19,92 = 238 Pa

c = mit A = Fläche desVentilatorsaugstutzens

V̇A

A = = = 0,502 m2d2 p4

0,82 m2 p4

c = = = 19,9 m/s10 m3

0,502 m2 · sV̇A

1,22

kg m2

m3 s2

2

d

2

d

·

·

·

·

lineare Darstellung doppelt logarithmische Darstellung


2

Die Charakteristik eines Ventilatorswird durch eine Kennlinie beschrie-ben. Diese wird unter bestimmten Be-dingungen, die in der DIN 24163 fest-gelegt sind, auf dem Prüfstand ermit-telt. Hierbei werden verschiedene Be-triebspunkte durch Drosselung desVolumenstromes simuliert und die je-weiligen gemessenen WertepaareDpt 4 V̇ in einem Diagramm aufge-tragen und zur Kennlinie miteinanderverbunden. Gleichzeitig wird hierbeider Leistungsbedarf an der Ventila-torwelle zur Ermittlung des Wirkungs-grades gemessen. Er ergibt sich ausAntriebsdrehmoment MW und derWinkelgeschwindigkeit v. Der Wir-kungsgrad h ist der Quotient aus ab-gegebener und zugeführter Leistung.Die abgegebene Leistung P nenntman Nutz- oder Förderleistung, diezugeführte ist die zum Antrieb erfor-derliche Wellenleistung Pw.

P = Dpt ·V̇

Pw = MW · v

h = =P

PW

Dpt ·V̇

MW · v

Dpt ·V̇h

jbzw. Pw = =

wenn h bekannt ist.

Ph

P = Leistung in W (bzw. kW,wenn pt in kPa)

Dpt = Totaldruckerhöhung in Pa(bzw. kPa)

V̇ = Volumenstrom in m3/s

Mw = Antriebsdrehmoment in Nm

v = Winkelgeschwindigkeit in 1/s

v = · s–1 für n in min –1p · n30

Ventilator- und Anlagenkennlinie

Der Betriebspunkt des Ventilators inder Anlage ergibt sich stets alsSchnittpunkt zwischen Anlagen- undVentilatorkennlinie!

Der Schnittpunkt der Ventilatoren-kennlinie mit der Linie des dynami-schen Druckes stellt das maximaleSchluckvermögen eines Ventilatorsdar, das ist die Luftmenge, die er ge-gen den „Anlagenwiderstand Null“fördern würde.

D

2


Proportionalitätsgesetze (Beispiel)

1) Drehzahländerung (von n1 auf n2,hier von 1400 auf 1600 min –1)

In unserem Beispiel wurden die Dreh-zahlen des Ventilators von 1400 auf1600 min –1 verändert.

Durch die bekannte, quadratischeCharakteristik der Anlagenkennlinietreten folgende Veränderungen auf:

a) der Volumenstrom ·V ändert sichproportional mit der Drehzahl, also

b) die Totaldruckerhöhung Dpt ändertsich mit dem Quadrat der Dreh-zahl, also

c) der Leistungsbedarf an der WellePw ändert sich mit der dritten Po-tenz der Drehzahl, also

= bzw. ·V2 = ·V1 ·

= bzw. Dpt2 = Dpt1 ·

·V1·V2

Dpt1

Dpt2

n1

n2

n1

n2

n2

n1

n2

n1( )2 ( )2

= bzw. Pw2 = Pw1 ·Pw1

Pw2

n1

n2

n2

n1( )3 ( )3

Drehzahländerung (von n1 auf n2, hier von 1400 auf 1600 min–1)

Proportionalitätsgesetze für geo-metrisch und kinematisch ähnli-che Ventilatorbaureihen.Index 2 = Bezugsbaugröße

Formelzeichen:·V = Volumenstrom [m3/h bzw. m3/s]n = Drehzahl [min-1]Dpt = Totaldruckdifferenz [Pa]Pw = Leistungsbedarf a. d. Welle [kW]T = Temperatur [°C]

= Dichte [kg/m3]d = Rad außen Ø [m]

d

A n Þ const., = const.

B n = const., Þ const. bzw.

T Þ const.

·V1 = ·V2 = const.

d

dC n = const., d2 Þ const.

D n Þ const., d Þ const., Þ const.d


=·V1·V2

n1

n2

Dpt1

Dpt2( )2n1

n2= =

·V1·V2

( )2

Pw1

Pw2( )3n1

n2= =

·V1·V2

( )3

Dpt1

Dpt2= =1

2

d

dT1

T2

Pw1

Pw2= =1

2

d

dT1

T2

=·V1·V2

d1

d2( )3

Dpt1

Dpt2=

d1

d2( )2

Pw1

Pw2=

d1

d2( )5

=·V1·V2

n1

n2

d1

d2( )3

Dpt1

Dpt2=

n1

n2( )2 1

2

d

dd1

d2( )2

=n1

n2( )3 1

2

d

dd1

d2( )5Pw1

Pw2


2

5.2 Dimensionslose Kenngrößen

Um Ventilatoren untereinander hin-sichtlich ihrer Eignung für bestimmteEinsatzfälle besser beurteilen undvergleichen zu können, sind für diewichtigsten Eigenschaften dimen-sionslose Kenngrößen festgelegtworden:

a) Wirkungsgrad

(siehe 5.1)

mit Dpt in Pa, V̇ in m3/s und Pw in W.

h ist das Verhältnis der erbrachtenFörderleistung des Ventilators zur er-forderlichen Antriebsleistung an derWelle und damit ein Maß für die Güteder Energieumsetzung im Ventilator.

b) Druckziffer

mit Dpt in Pa, in kg/m3 und u2 inm/s.

c ist ein Maß für die Totaldruckdiffe-renz, die ein Ventilator, bezogen aufdie Umfangsgeschwindigkeit seinesRadaußendurchmessers, erzeugt.

c) Lieferzahl

mit ·V in m3/s, u2 in m/s und d2 in m.

w ist ein Maß für den Volumen-strom, den ein Ventilator, bezogenauf seinen Radaußendurchmesserund seine Umfangsgeschwindig-keit, fördert.

d) Leistungsziffer

l ist ein Maß für die erforderlicheWellenleistung

e) Durchmesser-kennzahl

besagt, wievielmal der Radaußen-durchmesser größer ist als der einesVergleichsventilators mit c = 1 undw = 1.

f) Schnelllaufzahl

s besagt, wievielmal schneller oderlangsamer sich das Laufrad gegen-über dem Vergleichsventilator mitw = c = 1 dreht.

g) Drosselzahl

t ist der Parameter für die Anlagen-parabel im dimensionslosen Kenn-linienfeld.

d

h =Dpt ·V̇

Pw

c =Dpt· u2

22

d

w =V̇

u2 · p · d22

4

l =w · c

h

d =c

w

14

12

s =w

c

12

34

t =w2

c

2) Dichte- bzw. Temperaturänderung

Die Ventilatorkennlinien in der Lüf-tungs- und Klimatechnik sind darge-stellt für eine Temperatur von +20°C= 293 k. Die Dichte beträgt hierbei1,2 kg/m3. Liegen andere Temperatu-ren vor, z. B. bei einem Außenluft-ventilator, der auf –15°C = 258 K aus-gelegt werden soll, dann können die-se Ventilatorenkennlinien für die an-dere Temperatur umgerechnet wer-den:

a) der Volumenstrom bleibt immerkonstant, d. h. ein Ventilator för-dert immer den gleichen Volu-menstrom, gleichgültig ob dieLuft „leicht“, z. B. +40°C, oder obsie „schwer“, z. B. –15°C, ist.Das liegt daran, daß die Dichte imVolumenstrom nicht enthalten ist(im Gegensatz zum Massenstrom,der sich sehr wohl ändert!)

b) Es ändern sich die von der Dichte0 und damit von der Temperatur

abhängigen Werte (siehe 2.1),

also:

Die Totaldruckerhöhung DDpt, derdynamische Druck DDpd, der Anla-genwiderstand DDpt, der Leistungs-bedarf Pw und zwar alle proportio-nal der Änderung der Dichte !

Damit gilt also zusammengefaßt:

Diese Beziehung gilt für die Total-druckerhöhung des Ventilators undden Widerstand der Anlage.

wobei T jeweils als absolute Tempe-ratur in K einzusetzen ist.

d

d

d

Änderung der Dichte (von 1 auf 2, hier von +20°C auf -15°C)

d d

2

1

·V1 = ·V2

Dpt2 = Dpt1 · = Dpt1 ·

dd T1

T2

2

1Dpd2 = Dpd1 · = Dpd1 ·

dd

T1

T2

2

1Pw2 = Pw1 · = Pw1 ·

dd T1

T2


2


Der Vergleich zwischen RV/RAund AXN zeigt folgendes Bild:

Lieferzahl:Der RV hat mit Abstand die höch-ste Lieferzahl (max. 1,2) gegen-über AXN (0,38) und RATR (0,55).

Druckziffer:Der RV hat mit Abstand die höch-ste Druckziffer (max. 2,6) gegen-über RATR (1,37) und AXN (0,45).

Kennlinie:Der RA hat eine steile Kennlinie.Das wird deutlich, wenn manKennlinienabweichungen der LinieA, die die Ventilatorkennlinie in Bschneidet, betrachtet. Liegt die An-lagenkennlinie A im Betrieb niedri-ger als berechnet (A1, SchnittpunktB1) bzw. höher (A2, B2), so sind dieAbweichungen in der Lieferzahlund damit im Volumenstrom klein.

Ähnlich verhält es sich beim AXN,jedoch ist hier zu beachten, daß abeiner bestimmten Lieferzahl (hier0,23) die Strömung abreißt, dasbedeutet, daß die Luft das Schau-felprofil nicht mehr richtig um-strömt.

Axialventilatoren dürfen nie im Ab-rißgebiet betrieben werden, die

5.3 Auswahlkriterien

Mit Hilfe der dimensionslosen Kenn-ziffern werden die wichtigsten Venti-latorbauarten miteinander verglichen

I. Rückwärts gekrümmte Be-schaufelung fsiehe 4.2.1g.(Hochleistungsläufer – kurz„RA“)

II. Rückwärts geneigte gerade Be-schaufelung fsiehe 4.2.2g.(Hochleistungsstaubläufer –kurz „RA St“)

III.Radialendende Beschaufelungfsiehe 4.2.3g. (AuchTransport-läufer – kurz „RA TR“)

IV.Vorwärts gekrümmte Beschau-felung fsiehe 4.2.4g. (AuchTrommelläufer genannt – kurz„RV“)

Alle Radialventilatoren mit Spiral-gehäuse! Freilaufende Radialven-tilatoren werden bei diesen Aus-wahlkriterien nicht berücksichtigt.

V. Axialventilator mit Nachleitwerkfsiehe 3.2 und 3.3g. (kurz „AXN“)

Lieferzahl w

Dru

ckzi

ffer

c Õ

Leis

tung

sziff

er l

Õ

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4

0,20 1,2

0,18 1,0

0,16 0,8

0,14 0,6

0,12 0,4

h = 0,620,67

0,73

B2

A2

A1

B1

A

B

0,72

0,68

0,84

c

0,79

0,82

l

0,10 0,2

Õ

Radialventilator mit rückwärts gekrümmter Beschaufelung „RA“

Leis

tung

sziff

er l

Õ

Lieferzahl w

0 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55

0,50

0,45

0,40

0,35

0,30

0,25

0,20

1,4

1,2

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0,59 0,70 0,750,79

0,800,79

0,780,72

0,64

h =

c

A2

A

A1B2

B

B1

l

Õ

Radialventilator mit rückwärts geneigter gerader Beschaufelung „RASt“

Dru

ckzi

ffer

c Õ

0 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0,55 0,60

0,80

0,70

0,60

0,50

0,40

0,30

0,20

0,10

1,4

1,2

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

A2 A A1

B2 BB1

0,42 0,58 0,670,75 0,76 0,77

0,760,74 0,72

0,710,69 0,68

h =

c

l

Lieferzahl w Õ

1,6

Radialventilator mit radial endender Beschaufelung „RATR“

Dru

ckzi

ffer

c Õ

Leis

tung

sziff

er l

Õ


2

Radialventilator mit vorwärts gekrümmter Beschaufelung „RV“Auslegung hat stets mit Sicher-heitsabstand zum kritischen Punktzu erfolgen.

RV haben eine flache Kennlinie,d. h. geringe Druckabweichungenbedingen große Volumenstrom-änderungen.

Wirkungsgrad:Den besten Wirkungsgrad hat derRA (0,84), gefolgt vom AXN (0,82).Wegen der sicheren Auslegungsollten hiervon beim AXN maximal0,78 genutzt werden. Der RV hatdemgegenüber nur bescheideneWirkungsgrade (max. 0,69).

Leistungsziffer:Der RA hat seinen maximalenLeistungsbedarf etwa beim bestenWirkungsgrad, wo auch die Ausle-gung erfolgen sollte. Er ist damitüberlastungssicher, da der Lei-stungsbedarf sowohl beim Dros-seln als auch bei Volumenstrom-zunahme abfällt. Der AX hat einenziemlich konstanten Leistungsbe-darf im Auslegungsbereich. BeimRV dagegen steigt dieser bei Volu-menstromzunahme rapide an, esbesteht hier die Gefahr der Mo-torüberlastung, wenn z. B. der An-lagenwiderstand kleiner als vor-ausberechnet ist.

Durchmesserkennzahl:Die kleinste Kennzahl beim AXN(1,6 bei hmax.) zeigt den Hauptvor-teil dieses Typs, die platzsparendeBauweise. Es folgen RV mit 1,8und RA mit 2,0.

Schnelllaufzahl:Die höchste w und c-Werte beikleinster Umfangsgeschwindigkeiterbringt der RV (s = 0,36) gegen-über RA 0,6 und AXN 0,95.

Axialventilator mit Nachleitwerk „AXN“(nur ein Schaufelwinkel dargestellt)

Lieferzahl w0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4

6

5

4

3

2

3

2,5

2

1,5

1

h = 0,550,67

0,69 B2

A2

A1

B1

A

B0,5

0,35c

0,620,68

Õ

Dru

ckzi

ffer

c Õ

Leis

tung

sziff

er l

Õ

Lieferzahl w

0,2 0,25 0,3 0,35 0,4

h = 0,81 0,82

B2

A2

A1

B1

A

B0,73

0,56

c

0,81l

0,16

0,15

0,14

0,13

0,5

0,4

0,3

0,2

Abriß!

Õ

Dru

ckzi

ffer

c Õ

Leis

tung

sziff

er l

Õ

2


5.4 Parallelschaltung

Wenn der geforderte Volumenstromsehr groß ist, besteht die Möglichkeitdes Parallelbetriebes zweier odermehrerer Ventilatoren. Ein Beispielfür den Parallelbetrieb zweier fest mit-einander verbundenen Ventilatorenist der doppelseitig saugende Radial-ventilator. Natürlich werden auchVentilatoren parallel geschaltet, dieunabhängig voneinander betriebenwerden können. Das kann man dannregeltechnisch ausnutzen, indemman durch Zu- oder Abschalten einesVentilators den Volumenstrom ver-größert oder verkleinert.

Um die Kennlinie von parallel ge-schalteten Ventilatoren zu ermitteln,addiert man die Volumenströme beigleichen Dpt-Werten. (Beispiel wieRadialventilator RA 11.1, NG 800)

V1 = Kennlinie eines Ventilators

V2 = gemeinsame Kennlinie beiderVentilatoren

B1 mit V̇1 und Dpt1 =Betriebspunkt, wenn ein Ventilatorläuft

B2 mit V̇2 und Dpt2 =Betriebspunkt, wenn beide Ventilato-ren laufen

5.5 Hintereinanderschaltung(Reihenschaltung)

Sind außergewöhnlich hohe Wider-stände zu überwinden, so kann manzwei oder mehrere Ventilatoren hin-tereinander schalten. Dabei addierensich theoretisch die Totaldrücke Dpt,während V̇ konstant bleibt. In der Pra-xis ist dies aber nicht zu verwirk-lichen, da hierbei Verluste auftreten,die im wesentlichen durch eine nichtoptimale Anströmung der zweitenStufe verursacht werden.

V1 = Kennlinie eines Ventilators

V2 = gemeinsame Kennlinie beiderVentilatoren

B1 mit V̇1 und Dpt1 =Betriebspunkt, wenn ein Ventilatorläuft

B2 mit V̇2 und Dpt2 =Betriebspunkt, wenn beide Ventilato-ren laufen.


2

5.6 Druckmessung an Ventilatoren

In der Lufttechnik ist es üblich, die ge-genüber dem atmosphärischen Luft-druck po (= Barometerstand) gemes-senen Drücke als Absolutwerte zubehandeln, was möglich ist, wennman den Umgebungsluftdruck alsBezugsnullpunkt annimmt. Dann gibtes allerdings auch negative statischeDrücke, wie z. B. auf der Saugseitedes Ventilators.

Die Totaldruckdifferenz eines Ventila-tors ist die Differenz der Gesamt-drücke zwischen Austritt und Eintritt:

Dpt = pt2 - pt1 = ps2 + pd2 - (ps1 + pd1)

= ps2 - ps1 + pd2 - pd1

= Dps + Dpd

Die Totaldruckdifferenz ist also gleichder Summe aus statischer Druckdif-ferenz Dps und dynamischer Druck-differenz Dpd zwischen Austritt undEintritt des Ventilators (jeweils alsMittelwerte über den Eintritt- bzw.Austrittquerschnitt des Ventilators ge-messen).

Beispiele verschiedener Meßanordnungen an Radialventilatoren

a) Widerstände druckseitig, frei ansaugend

Dpt = ps2 + pd2 = pt2

= ps2 + c22, da pt1 = 0!

d

2

b) Widerstände saugseitig, frei ausblasend

Dpt = ps1 - pd1 + pd2

Für den Sonderfall, daß A1 = A2 istDpd1 = pd2

Dann ist pt = ps1

1. ohne Diffusor

2


Dpt = ps1 + pd3 - pd1

2. mit Diffusor

c) Widerstand druck- und saugseitig

Dpt = ps2 + ps1 + pd2 - pd1

Für den Sonderfall, daß A1 = A2 istpd1 = pd2

Dann ist Dpt = ps2 + ps1.


2

d) Meßanordnung eines Axial-ventilators

Während der mittlere dynamischeDruck sich aus dem gemessenen Vo-lumenstrom ergibt, bereitet die Mes-sung des statischen Druckes, insbe-sondere auf der Druckseite des Ven-tilators, Schwierigkeiten, da es ver-schiedene Möglichkeiten gibt. Des-halb gehört zu jeder Kennlinienanga-be die Angabe der Meßanordnung.So ist es beispielsweise bei einemAxialventilator wichtig zu wissen, obder statische Druck saugseitig oderwenn druckseitig, an welcher Stellehinter dem Ventilator gemessen wur-de: direkt hinter dem Leitwerk oder ineinigem Abstand davon.

Hier im Beispiel wird der statischeDruck saugseitig gemessen, da derAnlagenwiderstand saugseitig durcheine Siebdrossel simuliert wird. In derKennlinie wurde dann der dynami-sche Druck, bezogen auf den vollenKreisausschnitt, rechnerisch dem ge-messenen statischen Druck zuge-schlagen. Die Messung mit und ohnedruckseitigen Kanal zeigte keine Un-terschiede. Mißt man druckseitig di-rekt hinter dem Leitwerk den stati-schen Druck, so erhält man hier einenanderen Wert als bei einer Messungweiter vom Leitwerk entfernt. Verur-sacht wird dies durch die Ringströ-mung unmittelbar hinter dem Leit-werk, deren Profil sich erst weiter hin-ten über den vollen Rohrquerschnittausgleicht. Dabei wird ein Teil des dy-namischen Druckes in statischenDruck umgewandelt (Druckrückge-winn), der Rest geht als sog. Naben-stoßverlust verloren.

Beispiel:

Bei einem Axialventilator mit einemNabenverhältnis von 0,56 ist der mitt-lere dynamische Druck in der Ring-strömung:

Geschwindigkeitsprofile: a vor dem Axialventilatorb unmittelbar hinter dem Leitwerkc im Abstand 2...4D hinter dem Ventilator

V̇ = c1 · A1 = cR · AR

cR = 1,457 · c1 bzw.

pdR = 1,4572 · pd1 = 2,12 · pd1

c1 · = cR · d12 - (0,56 d1)2 = CR · d1

2 · (1- 0,56)2

= CR · d12

· 0,6864

d12 · p4

p4p4

p4 f g· ·

·

DpDüse

Dps1verstellbareSiebdrossel

Ventilatormit

Nachleitwerk

ohneNachleitwerk

ohne Nachleitwerk mit Diffusor

2


Das bedeutet, daß der dynamischeDruck in der Ringströmung mehr alsdoppelt so groß ist wie der auf denvollen Rohrquerschnitt bezogeneDruck!

Der Nabenstoßverlust ist nach2.4.2.1

Dp = (cR - c3)2 = 0,21 pd3 = 0,21 pd1

Er ist als „innerer Verlust“ des Venti-lators zu sehen, und ist in der Kenn-linie bereits enthalten, wenn in genü-gendem Abstand hinter dem Laufradgemessen wird.

Wird der Ventilator saugseitig undfreiblasend gemessen und geht derdynamische Druck der Ringströmungin die Totaldruckdifferenz ein, dannist der Nabenstoßverlust nicht in derKennlinie enthalten. Dies müßte dannbei der Auslegung berücksichtigt wer-den.

e) Allgemein

Zur Messung des statischen Druckesmittels Wandbohrung empfehlen sichmehrere, gleichmäßig am Umfangeverteilte Bohrungen, die über eineRingleitung miteinander verbundensind. So werden Ungleichmäßigkei-ten am besten ausgeglichen und manerhält einen Mittelwert. Der statischeDruck kann nur dann als nahezu kon-

stant über den Querschnitt gesehenangenommen werden, wenn dieStromlinien an der Meßstelle geradeverlaufen. Das ist hinter Krümmern(s. 2.7), Formstücken und Einbautennicht der Fall. Sind die Voraussetzun-gen zur Messung über Wandbohrun-gen nicht gegeben, muß der Strö-mungsquerschnitt mit einerDrucksonde abgetastet und aus denNetzpunktwerten der Mittelwert be-stimmt werden.

Für Abnahme- und Leistungsmes-sungen gilt die VDI-Richtlinie 2044,der alle Einzelheiten der Versuchsan-ordnung und -durchführung zu ent-nehmen sind.

d

2

VI. Regelung vonVentilatoren

Unter der Regelung von Ventilato-ren soll im folgenden Regelungdes Volumenstromes verstandenwerden.

6.1 Drosselregelung

Die einfachste, aber auch unwirt-schaftlichste Regelung ist die Dros-selregelung. Hierbei wird eine ver-stellbare Blende in das System ein-gebaut, mit deren Hilfe die Anlagen-kennlinie verändert wird, was zu neu-en Schnittpunkten mit der Ventilator-kennlinie führt, die weiter links, alsobei kleinerem V̇ liegen.

Beispiel: (Radialventilator TLT-TurboGmbH, RA 11.1, NG 800)

Wirkungsgrade in den Schnittpunkten

B : 83 % B1: 84 % B2: 82 %

B3: 77 % B4: 70 % B5: 63 %

Das Beispiel zeigt, daß bei der Dros-selregelung die Kennlinie des Venti-lators weiter links, also bei höheremDruck, geschnitten wird, der dannnoch zusätzlich weggedrosselt wer-den muß. Außerdem sinkt bei stärke-rer Drosselung auch noch der Wir-kungsgrad des Ventilators.

Bei einer Drosselung des Volumen-stromes von V̇-Schnittpunkt B – umca. 25 %, was etwa dem SchnittpunktB2 entspricht, ändert sich der Lei-stungsbedarf von Pw = 21,1 kW aufPw’ = 20,2 kW. Die Veränderung be-trägt also – 4%.

V̇ in m3/s


2

6.2 Drehzahlregelung

Wirtschaftlicher, aber aufwendiger,ist die Drehzahlregelung eines Venti-lators mit Hilfe von entsprechenden,regelbaren Elektromotoren. Diese Artder Regelung hat den Vorteil, daß derVentilator immer im günstigen Wir-kungsgradbereich betrieben werdenkann. Die Anlagenkennlinie bleibthierbei erhalten, während die Ventila-torenkennlinie sich analog den Pro-portionalitätsgesetzen verändert. DieNachteile dieser Regelungsart sinddie höheren Anschaffungskosten fürden elektrischen Frequenzumrichterzur Drehzahlregelung, sowie dieschlechten elektrischen Wirkungs-grade im Teillastbereich.

Beispiel:

Wirkungsgrad in allen Schnittpunkten83 %!

Bei einer Verminderung des Volu-menstromes V̇ – Schnittpunkt B – umca. 25 %, was etwa dem SchnittpunktB3 entspricht, ändert sich der Lei-stungsbedarf (ohne Berücksichtigungder elektrischen Verluste) von Pw =21,1 kW auf Pw’ = 8,8 kW.

Diese Veränderung beträgt also– 58 %. Der Gewinn gegenüber derDrosselregelung ist offensichtlich!

6.3 Schaufelverstellung

Bei Axialventilatoren mit verstellba-ren Schaufeln läßt sich durch Verstel-lung des Schaufelwinkels eine Rege-lung des Volumenstromes erreichen.

Beispiel:

Wirkungsgrade in den Schnittpunkten:

B : 77 % Bo: 78 % B1: 70 %

B2: 59 % B3: 50 % B4: 40 %

B5: 30 %

Bei einer Verminderung des Volu-menstromes V̇ – Schnittpunkt B – umca. 25 %, was etwa dem SchnittpunktB2 entspricht, ändert sich der Lei-stungsbedarf von Pw = 10,4 kW aufPw’ = 5,7 kW. Die Veränderung be-trägt also –45 %.

Bei Axialventilatoren mit verstellba-ren Laufschaufeln werden bei der Re-gelung des Volumenstromes nichtganz die Wirkungsgrade wie bei derDrehzahlregelung erreicht, jedochentfallen die elektrischen Verluste.

Bei Axialventilatoren mit „im Lauf ver-stellbaren Schaufeln“ ist der Investi-tionsaufwand beträchtlich höher alsbei „im Stillstand verstellbarenSchaufeln“. Dieser Aufwand lohntsich nur, wenn aus betriebstechni-schen Gründen ein oft veränderlicherVolumenstrom eingestellt werdenmuß.

6.4 Drallregler

Vorwiegend bei Radial-, aber auchbei Axialventilatoren können Drallreg-ler eingesetzt werden. Sie werdensaugseitig angebracht und ändern alsverstellbare Vorleitwerke die Rich-tung der Eintrittsgeschwindigkeit c1 indas Laufrad. Sie erzeugen eine Drall-strömung am Laufradeintritt und be-wirken damit eine entsprechende Vo-lumenstromänderung.

Beispiel: (Radialventilator, TLT-TurboGmbH, RA 11.1, NG 800 mit Drall-regler)

Wirkungsgrade in den Schnittpunkten:

B : 83 % B1: 80 % B2: 60 %

B3: 40 % B4: 30 %

Bei einer Verminderung des Volu-menstromes V̇ – Schnittpunkt B – umca. 25 %, was etwa dem SchnittpunktB2 entspricht, ändert sich der Leistungsbedarf von Pw = 21,1 kWauf Pw’ = 12,5 kW. Die Veränderungbeträgt also – 41 %.

Bei großen Volumenstromänderun-gen ist infolge der rapiden Wirkungs-verschlechterung die Drallregelungnur sinnvoll in Verbindung mit polum-schaltbarem Motor. Z. B. bietet derdreifach polumschaltbare Motor bei100, 75 und 50 % der Nenndrehzahlbei optimalem Wirkungsgrad einenweiten Regelbereich.

Die Vorteile der Drallregelung sindgeringer Investitionsaufwand und dieEinsatzmöglichkeit von Kurzschluß-motoren.

2


VII. Auslegung desAntriebes

7.1 Motoren

Der Leistungsbedarf Pw an der Welledes Ventilators kann berechnet wer-den (siehe 5.1). Im allgemeinenschlägt man dem Leistungsbedarf Pwnoch eine gewisse Leistungsreservezu. Diese beträgt bei direkt angetrie-benen Ventilatoren etwa 5 bis 10 %,bei über Keilriemen angetriebenenVentilatoren je nach Größe 10 bis 20%.

Ein wichtiges Kriterium bei der Motor-auswahl ist die Größe seines Be-schleunigungsmomentes. Diese mußin einem bestimmten Verhältnis zumMassenträgheitsmoment des Ventila-tors stehen, damit ein einwandfreierAnlauf gewährleistet ist.

Das Massenträgheitsmoment J be-zieht sich auf die drehenden Teile desVentilators, also Laufrad, Nabe, Wel-le. Es ist das Produkt aus der Masseder drehenden Teile, multipliziert mitdem Quadrat des „Trägheitsradius“.Es wird im allgemeinen experimentellermittelt und vom Ventilatorenherstel-ler angegeben. Die Motorherstellerlassen im allgemeinen eine Anlauf-zeit von 10 s zu. Damit kann der Mo-tor überprüft werden nach der Bezie-hung

tA = Anlaufzeit in s

J = Massenträgheitsmoment desVentilatorrades und des Motorsin kgm2

nM = Motordrehzahl in min–1

Mb = mittleres Beschleunigungsmo-ment in Nm als Differenz zwi-schen dem Motormoment MMund dem Ventilatormoment Mw

Diese Beziehung gilt für direkten An-trieb. Bei Keilriemenantrieb ist mitdem sog. reduzierten Massenträg-heitsmoment zu rechnen:

Jred. = JM + JV

JV = MassenträgheitsmomentVentilator-Laufrad

JM = MassenträgheitsmomentMotor

Jred. = Summe der Massenträgheits-momente berechnet aus JV +JM

Das Moment Mw kann aufgrund derWellenleistung Pw und der Ventilator-drehzahl nv errechnet werden, dasBeschleunigungsmoment Mb ist vomMotorenhersteller zu erfragen.

7.2 Keilriemenantrieb

In der Lüftungs- und Klimatechnik istder Keilriemenantrieb sehr verbreitet.Keilriemen besitzen eine sehr guteHaftung durch die Keilwirkung zwi-schen Riemen und Scheibe. Der Keil-riemen sollte so ausgelegt sein, daßdie Riemengeschwindigkeit nichtgrößer als 20 m/s wird. Die Bestim-mung erfolgt unter Berücksichtigungder DIN 2218 nach Herstellerkatalo-gen, wo nach Wahl des Riemenprofilsin Abhängigkeit von Scheibendurch-messern und Drehzahlen die über-tragbaren Leistungen ermittelt wer-den.

7.3. Kupplungen

Kupplungen dienen zur Verbindungdrehender Maschinenteile, hier alsovon Motor und Ventilatorrad. Sie ha-ben die Aufgabe, bei einer bestimm-ten Drehzahl n ein Drehmoment M zuübertragen.

Grundlage der Dimensionierung istdeshalb die Ventilatorendrehzahl nvund das Drehmoment an der Ventila-torwelle Mw bzw. die WellenleistungPw

Mw = Drehmoment des Ventilatorsin Nm

Pw = Wellenleistung in kW

nv = Ventilatorendrehzahl in min–1

In der Lüftungs- und Klimatechnikwerden vorwiegend elastische, direktwirkende Kupplungen eingesetzt. Inbesonderen Fällen (wenn der Motorin der maximalen Anlaufzeit nicht sei-ne Nenndrehzahl erreicht) werdenauch Fliehkraftkupplungen einge-setzt, bei denen erst der Motor aufseine Nenndrehzahl hochläuft unddann der Ventilator von der Kupplungdurch Reibungskräfte beschleunigtwird, bis er seine Betriebsdrehzahl er-reicht hat.

tA =

J · vMb

p · n30

J ·nM

9,55 · Mb

Jred ·nM

9,55 · Mb

nv

nM( )2

p·n30

Pw

v

tA =

Mw = bzw. mit v =

mit: v = ; tA =

wobeiMw = 9549 ·Pw

nv


2

VIII. Explosionsschutz anVentilatoren

(Aktueller Stand Januar 2005)

8.1 Normative Situation

Die Richtlinie 94/9/EG(ATEX) regeltdie Angleichung der Rechtsvorschrif-ten für die EU Mitgliedsstaaten betreffsGeräte und Schutzsysteme zur bestim-mungsgemäßen Verwendung in explo-sionsgefährdeten Bereichen,ATEX 95.

Die ATEX 137, Richtlinie 1999/ 92/ EG,enthält Mindestvorschriften zur Ver-besserung des Gesundheitsschutzesund der Sicherheit der Arbeitnehmerdie durch explosionsgefährdete Atmos-phäre gefährdet werden können.

ATEX 95: Für Hersteller von Geräten,Komponenten und Schutzsystemen.ATEX 137: Für die Errichtung von An-lagen sowie Anpassung bestehenderAnlagen.

Vorgenannte Richtlinien gelten inDeutschland seit 01.07.2003.

Grundsätzliche Anforderungen an dieKonstruktion, Bau, Prüfung und Kenn-zeichnung von nicht-elektrischen Gerä-ten werden in der europäischen Nor-mungsreihe pr EN 13463, Teile 1- 8festgeschrieben.

Ventilatoren im allgemeinen Sinne sinddabei als nicht-elektrische Geräte be-trachtet worden.

Im Einzelnen beinhaltet diese Nor-mungsreihe:

DIN EN 13463-1, Apr.2002: Nicht-elektrische Geräte für den Einsatz inexplosionsgefährdeten Bereichen:Grundlagen und AnforderungenMit Berichtigung v. Juli 2003.

pr EN 13463-2: Nicht-elektrischeGeräte für den Einsatz in explosions-gefährdeten Bereichen: Schutz durchschwadenhemmende Kapselung

pr EN 13463-3: Nicht-elektrischeGeräte für den Einsatz in explosions-gefährdeten Bereichen: DruckfesteKapselung

pr EN 13463-4: Nicht-elektrischeGeräte für den Einsatz in explosions-gefährdeten Bereichen: Eigensicher-heit

DIN EN 13463-5, März 2004: Nicht-elektrische Geräte für den Einsatz inexplosionsgefährdeten Bereichen:Konstruktive Sicherheit

pr EN 13463-6: Nicht-elektrischeGeräte für den Einsatz in explosions-gefährdeten Bereichen: Zündquellen-überwachung

pr EN 13463-7: Nicht-elektrischeGeräte für den Einsatz in explosions-gefährdeten Bereichen: Überdruckkap-selung

DIN EN 13463-8, Jan.2004: Nicht-elektrische Geräte für den Einsatz inexplosionsgefährdeten Bereichen:Flüssigkeitskapselung

EN 50303, Gruppe I: Kategorie M1-Geräte für den Einsatz in Atmos-phären, die durch Grubengas und/oderbrennbare Stäube gefährdet sind.

DIN EN 1127-1,Okt.97: Explosions-fähige Atmosphäre-ExplosionsschutzTeil 1: Grundlagen und Methodik

DIN EN 1127-2,Jul.02: Weitere natio-nale Normen: Explosionsfähige Atmos-phäre-ExplosionsschutzTeil 2: Grundlagen und Methodik inBergwerken

DIN 14424, Sept.88: Feuerwehrwe-sen, Explosionsgeschützte tragbareUmfüll-Pumpe mit Elektromotor; Anfor-derungen, Typ- und Abnahmeprüfung.

DIN 14427, März 95: Explosionsge-schützte tragbare Gefahrgut-Umfüll-pumpe mit Elektromotor; Anforderun-gen, Prüfungen

DIN 14642,Okt. 95: Handscheinwerfer,explosionsgeschützt mit Fahrzeughal-terung

DIN 22419-1,Nov, 95: Schlagwetterge-schützte und explosionsgeschützteelektrische Betriebsmittel fürden Bergbau; Einführung für Kabel undLeitungen, Teil 1: Sicherheitstechni-sche Anforderungen und Prüfungen

DIN 22419-2,Nov.95: Schlagwetterge-schützte und explosionsgeschützteelektrische Betriebsmittel fürden Bergbau; Einführung für Kabel undLeitungen, Teil 2: Zwischenstücke fürEinführungen, SicherheitstechnischeAnforderungen und Prüfungen

DIN 22419-3,Nov.95: Schlagwetterge-schützte und explosionsgeschützteelektrische Betriebsmittel fürden Bergbau; Einführung für Kabel undLeitungen, Teil 3: Anbauflansche fürEinführungen; SicherheitstechnischeAnforderungen und Prüfungen

DIN EN 50016 (VDE 0170/0171 Teil 3),Mai 96: Elektrische Betriebsmittel fürexplosiongefährdete Bereiche; Über-druckkapselung „p“; Deutsche Fas-sung EN 50016; 1995

DIN EN 50039,Apr. 82: ElektrischeBetriebsmittel für explosionsgefährdeteBereiche; Eigensichere elektrische Sy-steme „i“ (VDE-Bestimmung fürschlagwettergeschützte und explosi-onsgeschützte elektrische Betriebsmit-tel)

DIN EN 50050, Jun.02: ElektrischeBetriebsmittel für explosionsgefährdeteBereiche; Elektrostatische Hand-sprüheinrichtungenDeutsche Fassung EN 50050; 2001

DIN EN 60079-10 (VDE 0165 Teil 101),Sep.96: Elektrische Betriebsmittel fürgasexplosionsgefährdete Bereiche;Teil 10: Einteilung der explosionsge-fährdeten Bereiche (IEC 79-10:1995);Deutsche Fassung EN 60079-10; 1996

DIN EN 60079-14 (VDE 0165 Teil 1);Aug. 98: Elektrische Betriebsmittel fürgasexplosionsgefährdete Bereiche;Teil 14: Elektrische Anlagen in explo-sions-gefährdeten Bereichen (ausge-nommen Grubenbaue);(IEC 60079-14:1996) Deutsche FassungEN 60079-14; 1997

DIN EN ISO 10807, Jan.97: Rohrlei-tungen; Flexible gewellte metallischeSchlauchleitungen für den Schutz elek-trischer Leitungen in explosionsgefähr-deter Atmosphäre (ISO 10807:1994)Deutsche FassungEN ISO 10807; 1996

DIN VDE 0170/0171-9,Jul.88: Elektri-sche Betriebsmittel für explosionsge-fährdete Bereiche; Vergusskapse-lung“m“; Deutsche FassungEN 50028; 1987

DIN VDE 0170/0171-13,Nov.86: Elek-trische Betriebsmittel für explosionsge-fährdete Bereiche; Anforderungen fürBetriebsmittel der Zone 10

DIN VDE 0848-5, Jan.01: Sicherheit inelektrischen, magnetischen und elek-tromagnetischen Feldern; Teil 5: Ex-plosionsschutz

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Es empfiehlt sich, über das EU –Amtsblatt und BundesanzeigerDeutschland die harmonisierten Nor-men und deren Übernahme zu verfol-gen.

http://europa.eu.int/comm/enterprise/nando-is/cpd

und

http://bundesanzeiger.de

8.2 Produktnorm Ventilatoren

Die europäische Produktnorm für Ex-Schutzventilatoren liegt im Entwurfmit DIN(E) EN 14986, Jun.2004, vor.

Titel : Konstruktion von Ventilatorenfür den Einsatz in explosionsgefähr-deten Bereichen.

Gegenüber dem nationalen WerkVDMA-Einheitsblatt 24169, Teile 1und 2, ergeben sich eine Reihe vonVeränderungen.

Auf dem Typenschild ist anzugeben:

Gerätegruppe: I oder II ; unterschie-den werden Geräte im Bergbau oderob sie in anderen Anwendungsfel-dern zum Einsatz kommen.

Gerätekategorie: Die Kategorien 1bis 3 stufen das erforderliche Maß an

Sicherheit eines Gerätes ein, wel-ches der Hersteller durch entspre-chende Konstruktionen einzuhaltenhat.

Fördermedium: G = Gas,D = Dust/Staub oderGD = Gas-Staub-Gemische

Zündschutzart: Definiert die kon-struktive Sicherheit eines Gerätes/Anlage mit Anforderungen an die Ma-terialpaarungen, Spaltmaße, Keilrie-men, Wälzlager uam.

Explosionsgruppe: Definiert die Artder explosionsfähigen Gasatmots-phäre in der das Gerät zum Einsatzkommt.

Temperaturklasse: Legt die maxi-mal zulässige Oberflächentempera-tur am Gerät fest.

8.3 Kennzeichnungsbeispiel :


2

8.4 Konstruktionshinweise

Auszugsweise werden nachstehendKonstruktionshinweise aus der Pro-duktnorm vorgestellt.

Kategorie 1 : Gas

• Alle Anforderungen der Kategorie 2müssen erfüllt sein

• Taperlock-Naben und Keilriemenan-triebe sind nicht erlaubt

• Dichtigkeitstest betreffs Gasdichtheitist durchzuführen

• Am Saug-und Druckstutzen sindFlammstopper zu setzen

• Für Kategorie 1-Außen- sind die An-forderungen nach prEN 13463-3 zuerfüllen

Kategorie 2 : Gas und Staub• Alle Anforderungen der Kategorie 3

müssen erfüllt sein• Über 5,5 kW Antriebsleistung sind Ta-

perlock-Naben nicht erlaubt• Das Ventilatorgehäuse ist durchge-

hend zu schweißen• Die Wälzlagerlebensdauer ist mit

40.000 Stunden zu bemessen

Kategorie 3 : Gas und Staub• Schutz gegen Eindringen von Fremd-

körpern

• Ablagerungen innerhalb des Ventila-tors sind zu vermeiden

• Ventilatorantrieb und Kupplung ent-sprechend DIN EN 13463-5

• Wellendichtung, Wälzlager, Bremsenund Bremssysteme sind nach DIN EN13463-5 auszuführen

• Über 15 kW Ventilatorantriebsleistungsind Taperlock-Naben nicht zulässig

Betreffs der Werkstoffpaarungen vonLaufrädern und Ventilatorgehäusenwird empfohlen, die Schlußabstimmungzur Produktnorm prEN 14986 abzuwar-ten.

8.5 Explosionsgeschützte Ventila-torenbauart am Beispiel einesRadialventilators, direkt ange-trieben

Die explosionsgeschützte Ventilato-renbauart bedingt nachfolgendeMaßnahmen:

1. Vergrößerter Spalt zwischenLaufrad und Ansaugdüse. Geeig-nete Werkstoffpaarung Laufradund Ansaugdüse.

2. Berührungsfreie Wellenabdich-tung durch Labyrinthe damit Wär-mebildung vermieden wird. ZurVermeidung von Leckluft zusätz-liche Umführungsleitung zum An-saug. Laufrad mit Rücklaufschau-feln zur Druckentlastung.

3. Wälzlager mit langer Lebensdau-er. Besondere Sicherung von Na-be und Welle gegen Verschie-bungen. Lagergehäuse durchPaßstifte gesichert.

4. Biegesteife Antriebswellen. HoheReserve der kritischen Drehzahlzur Betriebsdrehzahl.

5. Ableitung elektrostatischer Aufla-dungen. – Siehe nebenstehendeErdungsskizze –

1. 2 Kohlebürsten haben durch Fe-derkraft Kontakt zur Ventilatoren-Antriebswelle. Statische Aufla-dungen werden somit über dieKohlenbürsten, die Messing-Hal-terung und über ein bauseitigesErdungskabel abgeführt.

6. Bauseitig sind Vorkehrungen zutreffen, daß keine Fremdkörper indie Ventilatoren gelangen, dieVentilatorenteile deformierenoder Funken erzeugen.

7. Bei einer explosionsgeschütztenVentilatorenbauart ist immer derDirektantrieb über Kupplung zubevorzugen.

Laufrad mit Rückenschaufeln

2

2

Antriebs-welle

Kupfer

Erdung

Fundament

1

3 4

5

7

6

3

2


9.1 Frei ansaugende Ventilatorenohne Anströmdüse

Ventilatorenkennlinien werden aufdem Prüfstand stets mit Einströmdü-se gemessen. Entfällt diese, wie hiergezeigt, so verlaufen die Stromlinien,bedingt durch den scharfkantigenFlansch, wie skizziert. Die Strömungschnürt sich ein, die Folge ist eineungünstige Beaufschlagung derSchaufeln. Hierdurch ergeben sichMinderleistungen, d. h. die Ventilator-kennlinie der Prüfstandmessung, dieim Kennlinienblatt angegeben ist,wird nicht erreicht.

9.2 Frei ausblasender Axial-Venti-lator

Betrachtet wird hier das Beispiel aus5.6, Abschnitt d. Dort wurde errech-net, daß sich bei einem Nabenver-hältnis von 0,56 die Austrittsge-schwindigkeit cR = 1,46 c1 und der dy-namische Druck pdR = 2,12 pd1 ergibt.

Bei dieser Einbauart geht derDruckrückgewinn verloren. Er beträgtnach 5.6: 2,12 pd1 – 1,12 pd1 = 1,0 pd1,da der Nabenstoßverlust 1,12 pd1 be-trägt (prüfen, ob dieser aufgrund derMeßanordnung in der Ventilatorkenn-linie enthalten ist!).

Dieser Verlust des Druckrückgewinnsvon 1 x pd (bezogen auf den vollenRohrquerschnitt), ist bei der Wider-standsberechnung den anderen An-lagenwiderständen hinzuzuzählen!

Zu beachten ist ferner bei der Wider-standsberechnung, daß unmittelbarhinter dem Ventilator angeordneteElemente, z. B. Lufterhitzer, auf derRingfläche mit höheren Anströmge-schwindigkeiten beaufschlagt wer-den, was zu höheren Widerstands-werten führt.

IX. Einbau- undAuslegungshinweise

Bei der Auslegung eines Ventilators,dessen Auswahl anhand der gemes-senen Kennlinien erfolgt, sollte manstets die vorgesehene Einbausitua-tion mit der Meßanordnung bei derKennlinienermittlung vergleichen.Nicht selten werden Ventilatoren in

Anlagen strömungstechnisch ungün-stig eingebaut, so daß die Bedingun-gen ganz anders sind und deshalbder Betriebspunkt auf der Kennliniegar nicht erreicht werden kann. Hier-zu einige Hinweise.


2

Eine Verbesserung der Verhältnisseist durch saugseitige Anordnung derElemente oder mit einem Diffusor zuerreichen.

In diesem Falle soll bei sonst gleichenVerhältnissen wie zuvor der äußereDiffusordurchmesser das 1,25 fachedes Axialventilatordurchmessers be-tragen.

Damit wird der Ringquerschnitt:

Hieraus ergibt sich cR3 = 0,8 c1 undpdR3 = 0,64 pd1. Damit läßt sich derAustritts-Stoßverlust erheblich redu-zieren.

Diffusoren sind strömungstechnischsehr empfindlich, da die Abströmungaus Ventilatoren nie ganz gleich-mäßig ist, was eventuell zu einemNichtanliegen der Strömung an derDiffusorwand führt. Abgelöste Strö-mung erhöht aber den Widerstands-beiwert z.

Der Diffusor muß als Bauelement mitseinen Verlusten der Anlage zuge-rechnet werden, wobei die Abschät-zung der Verhältnisse unsicher ist.Vorzuziehen ist deshalb die Messungvon Ventilator und Diffusor als Ein-heit, wie es auch in 5.6 bei den Meß-anordnungen dargestellt ist.

Eine weitere Möglichkeit zur Vermin-derung des Austritts-Verlustes undder Verbesserung der Beaufschla-gung nachfolgender Elemente, bietetder Einbau eines Prallplatten- oderRadialdiffusors.

Durch Versuche wurden optimaleWerte für

ermittelt.

AR3 = –(1,25D)2p4

(0,56D)2p4

< 0,15 und ^ 1,5bD

D’D

2


9.3 Ventilatoren im Rohrsystem

Bei dem Einbau eines Ventilators insRohrsystem ist darauf zu achten, daßdie Anströmung und Abströmung un-gestört und möglichst gleichmäßigist. Saugseitig sind Einbausituationenunmittelbar hinter Querschnittssprün-gen, Krümmern usw. zu vermeiden.Insbesondere ist darauf zu achten,daß die Anströmung und Abströmungnicht schräg oder drallbehaftet er-folgt, da sonst Abrißerscheinungenan den Laufrädern und gravierendeMinderleistungen möglich sind.


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9.4 Parallelbetrieb, Hintereinander-schaltung

Bei Parallelschaltung von Ventilato-ren können sich Schwierigkeiten er-geben, wenn ihre Kennlinien einenScheitel- bzw. Wendepunkt haben(bei Axialventilatoren ausgeprägt derFall!). Die resultierende Kennliniezeigt dann folgendes Bild:

Die bei der resultierenden Kennlinieauftretende Schleife in der Nähe desScheitels führt dazu, daß es drei Be-triebspunkte, 1, 2 oder 3, geben kann,zwischen denen der Ventilator hin-und herpendelt (instabiler Betrieb).Bei der Auslegung ist also ein Be-triebspunkt genügend weit rechtsvom Scheitel (bei Axialventilator Ab-rißpunkt) zu wählen.

Werden Radialventilatoren hinterein-andergeschaltet zum Zwecke derDruckerhöhung, so bedingt die kon-struktive Gegebenheit des Radial-ventilators meist eine längere Kanal-strecke zur Verbindung vom Auslaß-stutzen des 1. Ventilators mit demAnsaugstutzen des zweiten. In dieserStrecke lassen sich in der Regel Vor-kehrungen treffen, die eine vernünfti-ge Anströmung der zweiten Stufe ge-währleisten. Damit kann man beimRadialventilator nahezu von einer Ad-dition der c-Werte bei Hintereinan-derschaltung ausgehen.

Beim Axialventilator werden meistbeide Stufen unmittelbar hintereinan-der angeordnet. Die gestörte Abströ-mung der ersten Stufe beeinflußt alsounmittelbar die Anströmung der zwei-ten. Aus diesem Grunde ist nur mit ei-ner Erhöhung der Druckziffer von ca.1,6 zu rechnen.

B1: Betriebspunkt, wenn 1 Ventilatorläuft

B2: Betriebspunkt, wenn beide laufen

A1: Anlagenparabel zu hoch, instabi-ler Bereich

A2: Auslegung in Ordnung

10. Zusammenstellung der neuen und alten Maßeinheiten

Umrechnungen/Beziehungen

a) Kraft: 1 kp = 9,81 N = 9,81 ;1 N = 0,102 kp

b) Druck: 1 mm WS = 1 kp/m2 =9,81 Pa = 0,0981 mbar

1 Pa = 0,102 mm WS =0,102 kp/m2 = 0,01 mbar

1mbar = 100 Pa = 10,2 mm WS= 10,2 kp/m2

1 Torr = 1 mm Hg = 1,33322 mbar= 133,32 Pa

* Zwischen dem SchwungmomentGD2 und dem Massenträgheitsmo-ment J besteht die Beziehung:

GD2 = 4 g · J mit g = 9,81 J in kgm2

G in ND in m

kgms2

ms2

SI-Einheiten altes techn. Maßsystem

Länge

Zeit

Masse

Kraft

Moment

Arbeit

Spez. Gewicht

Dichte

Geschwindigkeit

Beschleunigung

Druck

Frequenz

Schwungmoment*

Trägheitsmoment*

Leistung

m m

s s

kgkps2

mkgm s2N = kp

Nm kpm

Nm = J kpmN

m3( ) kp m3

kg m3

kps2

m4

m s

m s

m s2

m s2

N m2 = Pa kp

m2

s-1 = Hz s-1 = Hz

Nm2 kpm2

kgm2

Nm s

= W kpm s

, PS

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194 Ventilatoren Fibel Grundlagen Der Ventilatortechnik