Ein Überblick über Axialventilatoren

Neuauflage von Plato

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Axialventilatoren sind aus alltäglichen Anwendungen nicht mehr wegzudenken, angefangen bei Deckenventilatoren über Industrieanwendungen bis hin zu Luft- und Raumfahrtventilatoren. Der Lüfter ist zu einem Bestandteil jeder Anwendung geworden, bei der Belüftung und Kühlung erforderlich sind, wie etwa in einem Kondensator, einem Kühler, in der Elektronik usw., und er ist in einer Vielzahl von Größen von wenigen Millimetern bis zu mehreren Metern erhältlich. Ventilatoren erzeugen Druck, um Luft/Gase gegen den Widerstand zu bewegen, der durch Kanäle, Klappen oder andere Komponenten in einem Ventilatorsystem verursacht wird. Axialventilatoren eignen sich besser für Anwendungen mit geringem Widerstand und hohem Durchfluss und können je nach Flügelbreite und -form, Anzahl der Flügel und Spitzengeschwindigkeit sehr unterschiedliche Betriebseigenschaften aufweisen.

Lüftertypen

Die wichtigsten Arten von Axialventilatoren sind Propeller-, Rohr-Axial- und Flügelrad-Axialventilatoren.

– Propeller laufen normalerweise mit niedrigen Geschwindigkeiten und bewältigen große Gasmengen bei niedrigem Druck. Diese werden oft als Abluftventilatoren eingesetzt und haben einen Wirkungsgrad von etwa 50 % oder weniger.
– Rohraxialventilatoren drehen schneller als Propellerventilatoren und ermöglichen den Betrieb unter hohen Drücken von 2500 – 4000 Pa mit einem Wirkungsgrad von bis zu 65 %.
– Flügelrad-Axialventilatoren verfügen über Leitschaufeln, die den Wirkungsgrad verbessern und bei Drücken von bis zu 5000 Pa arbeiten. Der Wirkungsgrad beträgt bis zu 85 %.

Arten von Fans — Abbildung 1 Verschiedene Arten von Axialventilatoren

Aerodynamisches Design eines Axialventilators

Das aerodynamische Design eines Axialventilators hängt von seinen Anwendungen ab. Beispielsweise arbeiten Axialventilatoren für industrielle Kühlanwendungen mit niedrigen Drehzahlen und erfordern einfache Profilformen. Bei Flugzeuganwendungen muss der Lüfter jedoch mit sehr hohen Drehzahlen arbeiten und die aerodynamischen Designanforderungen unterscheiden sich deutlich von denen traditionellerer Lüfterdesigns.

Abbildung 2 Arten von Axialventilatoren basierend auf Anwendungen

– Um einen effizienten Axialventilator zu erzeugen, sollte der Strömungsweg richtig dimensioniert sein (z. B. Spitzendurchmesser, Flügelhöhe usw.), zusammen mit der optimalen Wahl des Einlass-/Auslassflügelwinkels und dem entsprechenden Flügelprofil, das minimale Profil- und Sekundärverluste aufweisen sollte.
– Als Aerodynamikingenieur ist es wichtig, die Strömung entlang der Blatthöhe zu verstehen, sodass der Konstrukteur die Einlasswirbel und die Blattbelastung steuern kann, indem er die Blattwinkelverteilungen von der Nabe bis zur Spitze ändert.

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Die Entwurfszykluszeit für Ventilatoren kann mit bewährten Softwaretools für die Konstruktion von Turbomaschinen wie z. B. erheblich verkürzt werden AxSTREAM®. Der Einsatz solcher Programme reduziert nicht nur die Designkosten, sondern bietet auch die beste Leistung für die angegebene Anwendung, da der Benutzer den gesamten Designraum bewerten kann, in dem der Lüfter betrieben werden muss.

Die Entwurfszykluszeit für Ventilatoren kann mit bewährten Softwaretools für die Konstruktion von Turbomaschinen wie z. B. erheblich verkürzt werden AxSTREAM®. Der Einsatz solcher Programme reduziert nicht nur die Designkosten, sondern bietet auch die beste Leistung für die angegebene Anwendung, da der Benutzer den gesamten Designraum bewerten kann, in dem der Lüfter betrieben werden muss. Der AxSTREAM® Die Plattform bietet Designern außerdem die Möglichkeit, das Design mit dem 1D/2D-Solver zu analysieren, wobei der Designer mithilfe verschiedener Arten von Blattdrehungen unterschiedliche Strömungsverteilungen von der Nabe bis zur Spitze steuern kann.

Abbildung 3 (a) Blattwinkelverteilung von der Nabe zur Spitze für verschiedene Verdrehungsfaktoren
(b) Spezifische Arbeitsverteilung für verschiedene Twist-Faktoren

Anschließend kann der entworfene Ventilator mithilfe von 3D-CFD (Computational Fluid Dynamics) auf Strömungsphysik und Verhalten analysiert werden. AxCFD™ innerhalb der AxSTREAM® Die Plattform unterstützt Benutzer bei der schnellen Durchführung einer 3D-CFD-Analyse für Design- und Off-Design-Bedingungen mit automatisierter Netzgenerierung und Nachbearbeitung. Die Ergebnisse der 3D-CFD sind in der folgenden Abbildung dargestellt.