Ganzheitliche Analyse und Optimierung der Systembelastungen schnell drehender Hochdruck-Radialventilatoren

Abstract

Die Arbeit beschäftigt sich mit der umfassenden Untersuchung und Optimierung der Systembelastungen bei schnell drehenden Hochdruck-Radialventilatoren. Durch ein systematisches Vorgehen und gewonnene Erkenntnisse ermöglicht sie die Anwendung hoher Drehzahlen in Kombination mit der bewährten und kostengünstigen Blechbauweise von Laufrad und Gehäuse. Dies führt zu neuen Ventilatorentypen mit bisher nicht verfügbarer Effizienz und Betriebspunkten. Die herkömmlichen Blechbauweise-Ventilatoren sind meist ineffizient und bauen sehr groß, während Ventilatoren mit Freiformlaufrädern kompakter sind, aber teurer in der Herstellung. Die Arbeit schließt eine Marktlücke, indem sie schnell drehende Ventilatoren mit hoher Effizienz in kostengünstiger Blechbauweise untersucht. Die Studie analysiert und bewertet die auftretenden Belastungen im Ventilator, insbesondere die Lagerkräfte. Durch Lagerkraftmessungen und ein entwickeltes Vorauslegungsprogramm können effizient ausgelegte Ventilatoren hinsichtlich Lagerkräften und Lebensdauer vorhergesagt werden. Die Ergebnisse zeigen, dass die Wahl des Nennbetriebspunktes die lasttechnisch optimale Auslegungsdrehzahl beeinflusst, des Weiteren werden Maßnahmen zur Optimierung der Lebensdauern gefunden. Nach Festlegung der belastungsoptimalen Basisparameter erfolgt die Feingestaltung des Ventilators. Potenziell problematische Eigenfrequenzen werden analysiert und optimiert, um Resonanzen zu vermeiden. Die Arbeit betrachtet zudem den Fliehkrafteinfluss auf das hochbelastete Blechlaufrad mit Optimierungsmöglichkeiten durch den Einsatz von hochfesten Werkstoffen und Reduzierung von Kerbspannungen. Die vorgestellten Methoden und Optimierungsmöglichkeiten werden anhand zweier entwickelter Ventilatoren bewertet. Der direkte Vergleich mit anderen Herstellern bestätigt einen bis zu 30 % höheren Luftwirkungsgrad und kompakte, kostengünstige Blechbauweise. Die Arbeit schließt mit einem Leitfaden zur Analyse und Optimierung der Systemlasten.