Die Zukunft der Ventilatortechnik

Zusammenspiel Ventilator, Motor und Unterstützung

Im Rahmen erster Überlegungen ist stets dem Zusammenspiel Ventilator und Unterkonstruktion große Beachtung zu schenken. Schwingungen des Ventilators einschließlich des Motors (Erregung durch Restunwucht, Anfahrstoß, Resonanzdurchläufe, aerodynamische Erregung, Biege- und Torsionsschwingungen der Schaufeln, Drehschwin­gun­gen, etc.) verdienen ebenso wie die mechanischen Schwingun­gen auf die Unterkonstruktion unter Berücksichtigung der möglichen Rückkopplung (schwingungsfähige Unterkonstruktion, elastische Aufstellung der Einheit Ventilator/Motor, Übertragung der Schwingungen des Ventilators auf den Motor) eine hohe Aufmerk­samkeit. Gleiches gilt für eine hohe Schalthäufigkeit bei einer möglichen Polumschaltung, welche zur Herabsetzung der Haltbarkeit führen kann. Diese und weitere berücksichtigten Punkte führten bei der Entwicklung der neuen Axialventilatorbaureihe von Novenco A/S, Naestved (DK), zu einer sorgfältig durchdachten Konstruktion. Sie führen zur Erhöhung der Dauerhaltbarkeit und entschärfen so dynamische Probleme.

Anströmung

Die Anströmungsverhältnisse zum Laufrad sind von hoher Bedeutung. Eine gleichmäßige Luftverteilung über die gesamte Ansaugfläche einschließlich optimierter Vorleitbleche war die Voraussetzung neben einer ebensolchen Anströmnase für einen sehr hohen Wirkungsgrad. Diese wurden durch umfangreiche Versuche bestätigt. Bei freiem Ansaug ist die Gestaltung des Düsenrandes von besonderer Bedeutung. Ohne eine solche durch Versuche ermittelte Abrundung reißt die Luftströmung ab. Bei saugseitigem Kanalanschluss ist auf einen korrekten Übergang zu achten, um beispielsweise strömungsinduzierte Schwingungen infolge Ablösungen an Überständen zu vermeiden.

Laufrad

Die Größe, Lage und Ausdehnung des Wirkungsgrades sind für einen wirtschaftlichen Betrieb grundlegend, insbesondere bei einer späteren möglichen Veränderung des Betriebspunktes. Das Schaufelprofil muss aerodynamisch so gestaltet sein, dass die Luftströmung das Profil mit einem möglichst geringen Verlust passieren kann. Voraussetzung ist weiterhin ein absolut kreisrundes Laufradgehäuse. Der Wirkungsgrad ist dabei von der Spaltbreite zwischen Schaufelspitze und Laufradgehäuse, dem Schaufelprofil und der Oberflächenrauheit abhängig. Im Bereich kleiner Spalte ist bei hochwertigen, profilierten Beschaufelungen der Abfall besonders groß. Es zeigte sich, dass bei einer Spaltvergrößerung von 1 ‰ der Wirkungsgradabfall ca. 2 % beträgt. Der Übergang von der Laufradnabe zum Schaufelfuß muss ebenfalls ohne jegliche hervorspringende Kanten o.ä. erfolgen, um turbulen­te Strömungen am Schaufelfuß zu vermeiden. Die Schaufeln werden vor dem Einbau einem Momentabwiegen unterzogen. Die Mon­tage­reihenfolge übernimmt ein Softwareprogramm, um eine gleich­artige Lastverteilung über die Nabe zu sichern.

Nachleitapparat und Diffusor

Axialventilatoren saugen axial an und blasen ebenso aus. Dabei erfährt die Luftströmung allerdings eine nachteilige Drallströmung. Um diese verlustreiche Komponente kinetischer Energie (dynamischer Druck) in statisch nutzbare Energie umzuwandeln, wurden so genannte Nachleiträder, dem Rotor folgend, entwickelt und in diesem Fall optimiert. Dadurch erreicht diese Ventilatorkonstruktion einen nahezu drallfreien Austritt. Die so geminderte dynamische Energie kann nun anteilsmäßig den statischen Anteilen hinzugerechnet werden. Weiterhin spielen die dynamischen Druckverluste in Verbindung mit der Anordnung der Ventilatoren eine große Rolle. Speziell ist hier die Möglichkeit des Einsatzes eines Diffusors hervorzuheben, der populär gesagt, die Geschwindigkeitsverluste mit einem bestimmten, konstruktiv abhängigen Wirkungsgrad ebenfalls in statischen, also nutzbaren, Druck umwandelt. Voraussetzung ist auch hier eine glatte Oberfläche mit einem idealen Neigungswinkel. Eine bei Leichtkonstruktionen zwischen Nachleitapparat und Diffusor angebrachte elastische Verbindung führt zu drastischen, den Wirkungsgrad mindernden Wirbelbildungen. Sie zieht an dieser Stelle erhebliche Nachteile hinsichtlich Ausrichtung, Schwingungen, Gewichtsverlagerungen und einer erhöhten Leistungsaufnahme nach sich. Alle gewählten „ZerAx“-Hochleistungsaxialventilatoren verwenden ausschließlich energieoptimierte Nachleiträder bzw. festangeschlossene Diffusoren. Eine wichtige Variante ist der Diffusor mit Schalldämpferfunktion, der das RLT-Gerät erheblich verkürzen kann.

Zusammenfassung

Die oben beschriebenen Punkte sind Bestandteil einer überzeugenden Konstruktion, mit der Novenco nach fünfjähriger Forschung- und Entwicklungsarbeit ein nachhaltiger Wurf gelungen ist. Prüfinstanzen wie AMCA oder die der internationalen Schifffahrtsprüfbehörden zeigten sich überrascht über die niedrigen elektrischen Anschluss- und ebensolche Schallwerte.

Diese Hochleistungsaxialventilatoren erfüllen hiermit folgende Grundkriterien:

Neues Marktsegment

Großes Interesse zeigen bereits erste namhafte RLT-Gerätehersteller, die hier Möglichkeiten eines  künftigen Wettbewerbsvorteils sehen. Dabei zeigt sich insbesondere auch die Möglichkeit des Ventilatoraustausches bei bereits langjährig betriebenen RLT-Anlagen, insbesondere in der Industrie. Damit ist man auf ein breites Spektrum der auf der letzten ISH genannten Trends voll fokussiert. Denn auch im letzten Jahrhundert setzte man mit dem überragen­den Laufschaufel-geregelten Axial­ventilator ein Zeichen und bewahrte so manchen namhaften Microchip-Hersteller sowohl in den USA als auch in Europa mittels geringstmöglicher Schwingungen vor fatalen Produktionsausschüssen.

Gelebte Zukunft

Investoren sehen in dieser bedeutsamen Komponente hohe Energieeinsparpotentiale, eine drastische Minderung des CO₂-Ausstoßes und die eines bemerkenswerten ROI. So baut der weltgrößte Online-Netzwerker Facebook nahe des schwedischen Polarkreises sein erstes europäisches Projekt, damit zehntausende von Servern leichter und stromsparender gekühlt werden. Die notwendige Energie in Form von Strom kommt aus der Wasserkraft. Die fertige Facebook-Server-Anlage entspricht einem Strombedarf von 120 GWh, die ausschließlich durch Wasserkraft gedeckt wird. Facebook entschied sich 2012 aus ökonomischen und ökologischen Gründen für nahezu 300 Stück dieser Ventilatoren im Zuluftbereich in so genannter Fanwall-Ausführung (Ventilatorwände) und abluftseitig mit der Standardvariante.