Ventilator-Anlagen: Mit Anwendungen aus dem gesamten Gebiete lufttechnischer Betriebe. Handbuch für Ingenieure, Architekten und Studierende [Reprint 2019 ed.] 9783111644950, 9783111261966

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F. M O D E VENTI LATORANLAGEN

VENTILATOR ANLAGEN MIT A N W E N D U N G S B E I S P I E L E N

HANDBUCH

FÜR

AUS DEM G E S A M T E N V E N T I L A T O R W E S E N

INGENIEURE,

ARCHITEKTEN

UND

von D I P L . - I N G . F R I T Z

STUDIERENDE

MODE

2., verbesserte und erweiterte Auflage

Mit 232 Abbildungen und 19 Tabellen im Text, Reibungstafel und Mollier I - x -Tafel

19 5 7 WALTER

DE

GRUYTER

& CO.,

BERLIN

v o r m a l s G. J . G ö s c h e n ' s c h e V e r l a g s h a n d l u n g Georg Reimer

• Karl J. Trübner

• J. Guttentag,

• Veit & Comp.

Verlagsbuchhandlung

© Alle Rechte, auch die des auszugsweisen Nachdrucks, der photomechanischen Wiedergabe, der Herstellung von Mikrofilmen und der Übersetzung, vorbehalten. Copyright 1957 by Walter de Gruyter & Co., vormals G. J . Göschen'sche Verlagshandlung, J . Gutter»tag, Verlagsbuchhandlung, Georg Reimer, Karl J . Trübner, Veit & Comp., Berlin W 35. Archiv-Nr. 521957. Printed in Germany. Druck: Otto von Holten, Berlin.

Vorwort zur zweiten Auflage Sämtliche Abschnitte der neuen Auflage sind dem heutigen Stand der Technik angepaßt, ergänzt und zum großen Teil erweitert. Dem Fortschritt in der Entwicklung der Ventilatoren selbst wurde Rechnung getragen. Für die Berechnung der Be- und Entfeuchtungs- sowie der Kühl- und Klimaanlagen ist eine Molliertafel zusätzlich beigefügt, so daß es dem Leser überlassen bleibt, ob er nach dieser Tafel oder mit den algebraischen Formeln unter Benutzung der belassenen Tabellenwerte arbeiten will. Durch Hinzufügung von zahlreichen neuen Anwendungsbeispielen schnitten, besonders aber in dem heute so wichtigen Abschnitte der ist das Buch noch umfassender geworden als bisher und umschließt in der Praxis vorkommenden Anlagen, bei denen Ventilatoren benutzt

in allen AbEntstaubung, ziemlich alle werden.

130 neue Abbildungen sind in dieser Auflage neben den belassenen zum Abdruck gelangt und es sei an dieser Stelle den zahlreichen Firmen für die Bereitstellung von neuestem Material, Herrn Dipl.-Ing. Bruno Wiehr für die Hilfe bei der Durchsicht des Manuskriptes und dem Verlage für die Bereitstellung der zahlreichen neuen Klischees und die vorzügliche Ausstattung besonders gedankt.

Frankfurt a. M., im Winter 1956/57

Fritz Mode

INHALTSVERZEICHNIS I. Einführung A. Haupteigenschaften aller Lüfter B. Besondere Merkmale der Fliehkraftlüfter und der Schraubenlüfter C. Physikalische Grundlagen der Gase 1. Drücke 2. Spezifische Gewichte oder Wichten 3. Feuchte Luft 4. Taupunkt 5. Spezifische Wärme 6. Spezifische Wärme der feuchten Luft 7. Wärmeinhalt 8. Wärmeübertragung D. Luft- und strömungstechnische Grundlagen 1. Allgemeines über Strömung in Bohren oder Kanälen 2. Statischer, dynamischer und Gesamtdruck 3. Beibungswiderstand und Einzelwiderstände 4. Erläuterung der Drücke und ihre Beziehungen untereinander 5. Lüfterleistungsbedarf 6. Diffusorwirkung 7. Neutrale Zone 8. Luftwechsel 9. Saug- und Druckwirkung an Rohr- und Düsenaustritten I I . Lufterneuerungsanlagen A. Allgemeine Wirkungsweise B. Ausführungsformen 1. Drucklüftung 2. Sauglüftung 3. Ausgeglichene Lüftung 4. Methoden der Lufteinführung C. Berechnungsart 1. Bestimmung der Luftmenge 2. Kanalabmessungen 3. Berechnungsbeispiel 4. Kanalabmessungen bei Injektorlüftung D. Anwendungsgebiete 1. Schulen 2. Büroräume 3. Aborte und Bedürfnisanstalten 4. Kleine und mittlere Küchen 5. Kirchen 6. Kleine Gast- und Vergnügungsstätten 7. Elektrische Zentralen 8. Akkumulatorenräume 9. Transformatorenräume 10. Gießereien 11. Heizkeller und Kesselhäuser 12. Laboratorien von Atomforschungsinstituten 13. Pferde- und Viehställe 14. Bergwerke a) Hauptbewetterung b) Zusatzbewetterung c) Sonderbewetterung

1 1 1 6 6 6 7 7 9 9 9 10 10 10 10 11 13 13 14 14 15 15 16 16 17 17 18 18 18 19 19 21 22 25 25 25 27 28 28 29 30 31 33 34 36 37 37 39 40 41 46 46

VIII

Inhaltsverzeichnis

15. Tunnellüftung 16. Untergrundbahnlüftung 17. Festungsanlagen 18. Schiffslüftung (allgemein) 19. Lüftung in Öltankern 20. Flugzeuge 21. Luftschutzräume I I I . Lufterwärmungs- und Luftheizungsanlagen A. Allgemeine Wirkungsweise 1. Erwärmung durch elektrischen Strom 2. Erwärmung durch Dampf, Warm- oder Heißwasser 3. Erwärmung durch Gas B. Ausführungsformen 1. Zentrale Anlagen 2. Einzelanlagen 3. Umluftanlagen : 4. Nachwärmeanlagen C. Berechnungsart 1. Ermittlung von Luftmenge und Heizleistung bei Lufterwärmungsanlagen . . . . 2. Wahl und Bestimmung der Lufterhitzer, Wärmedurchgang 3. Energiebedarf der Lufterhitzer 4. Bestimmung von Heizleistung und Luftmenge bei Luftheizungsanlagen 5. Verwendung der Lufterhitzer als Kühlgeräte D. Anwendungsgebiete 1. Theater, Großkinos und Konzertsäle 2. Lehranstalten 3. Tresore 4. Kirchen 5. Krankenhäuser 6. Bürohäuser und Verwaltungsgebäude 7. Werkstätten 8. Garagen 9. Durchfahrtheizung 10. Grubenbetriebe 11. Laboratorien 12. Treibhäuser IV. Luftbefeuchtungsanlagen A. Wirkungsweise B. Ausführungsformen 1. Zentrale Anlagen 2. Lokale Befeuchtung C. Berechnungsart D. Anwendungsgebiete 1. Textilindustrie 2. Druckereien 3. Tabakindustrie 4. Andere Fabrikbetriebe 5. Museen V. Luftkühl- und Klimaanlagen A. Wirkungsweise der Luftkühlanlagen B. Ausführungsformen 1. Kühlung durch Verdunstung 2. Oberflächenkühlung 3. Eiskühlung 4. Kältemaschinen 5. Kühlung durch Dampfstrahlwirkung

48 51 51 52 53 55 55 56 56 56 57 58 59 59 59 59 59 60 60 61 62 64 66 67 67 70 71 72 73 73 75 76 76 77 78 80 80 80 81 81 81 83 84 84 84 85 85 85 85 86 86 86 86 86 87 88

Inhaltsverzeichnis

IX

C. Wirkungsweise der Klimaanlagen 89 1. Kältemaschine als Wärmepumpe 89 2. Begriff der Behaglichkeit 90 D. Ausführungsformen 92 1. Regelung von Luftwäschern 94 2. Andere Regelarten 95 E. Berechnungsart 96 1. Luftmenge und Kühlleistung 96 2. Wahl und Bemessung des Oberflächenkühlers 98 3. Verdunstungskühlung 99 4. Kältemaschinen 99 F. Anwendungsgebiete 100 1. Theater und Kinos 100 2. Größere Gaststätten 102 3. Schiffe 103 4. Klimaanlagen f ü r Eisenbahnwagen 104 5. Treibhäuser 104 6. Kühlräume von Gaststätten, Kasinos, Fleischereien und anderen Lebensmittelbetrieben 105 7. Automatische Telefonzentralen 106 8. Kühlung elektrischer Maschinen durch Lüftung 107 9. Kühlung elektrischer Maschinen durch Verdunstungskühler 107 10. Ringlaufkühler 108 11. Luftkondensation 110 12. Kühlung von Trockengleichrichtern 111 VI. Luftfilter 112 A. Wirkungsweise 112 B. Ausführungsformen 113 1. Siebfilter 113 2. Prallfilter 114 3. Verbindung mehrerer Filterwirkungen 115 4. Filter f ü r Farbnebelabscheidung 116 5. Selbstreinigende Prallfilter 117 6. Selbstreinigende Siebfilter 118 7. Säureabscheider 120 8. Keimfilter 120 9. Luftwäscher 121 10. Elektrostatische Filter 121 C. Lüfter und Luftfilter 123 VII. Entnebelungsanlagen 124 A. Wirkungsweise 124 B. Ausführungsformen 125 1. Zentrale Luftzuführung 125 2. Einzelheizgeräte 126 C. Berechnungsart 126 1. Luftmenge 127 2. Lufterwärmung 128 D. Anwendungsgebiete 128 1. Färbereien 128 2. Wäschereien 130 3. Textilindustrie 130 4. Papiermaschinen 130 5. Großküchen 131 6. Badeanstalten 132 VIII. Trockenanlagen 132 A. Wirkungsweise 132

X

Inhaltsverzeichnis B. Ausführungsformen 1. Kammertrocknung 2. Kanaltrocknung 3. Trommeltrocknung 4. Stufentrocknung 5. Trocknung durch Adsorptionsmittel C. Berechnungsart D. Anwendungsgebiete 1. Holztrocknung 2. Ledertrocknung 3. Fischtrocknung 4. Malztrocknung 5. Trocknung von pulverförmigem Trockengut 6. Trocknen von Preßluft 7. Heutrocknung I X . Abwärmeverwertung A. Wirkungsweise B. Ausführungsformen 1. Direkte Verwertung 2. Indirekte Verwertung C. Berechnungsart D. Anwendungsgebiete .' 1. Porzellanfabriken 2. Glashütten 3. Transformator-Abwärme 4. Generatoren und Motoren 5. Abwärme von Dampfkesseln 6. Abwärme von Schmelzöfen X . Künstliche Luftführung bei Feuerungsanlagen A. Wirkungsweise 1. Künstlicher Zug im Vergleich zum Schornsteinzug 2. Unterwind, Zweitluft und Saugzug 3. Ausgeglichenes System B. Ausführungsformen 1. Unterwind und Saugzug 2. Indirekte Saugzuganlagen C. Berechnungsart D. Allgemeine Betrachtungen 1. Bewertung der Zuganzeiger am Kessel 2. Überlastung des Saugzuglüfters E. Anwendungsgebiete 1. Landanlagen 2. Schiffsanlagen 3. Ölfeuerung X I . Entstaubungsanlagen A. Wirkungsweise und Ausführungsformen 1. Erfassung des Staubes a) Geschlossenes System b) Umschließende Hauben c) Saugtrichter und Luftsaughauben d) Bewegliche Saughauben e) Fortblasen auch in Verbindung mit Saugwirkung f) Raumentstaubung g) Atmosphärischer Staub 2. Abscheidung des Staubes a) Beruhigungsräume

133 133 134 135 135 135 136 139 139 140 141 142 142 142 142 145 145 145 145 145 145 146 146 146 146 147 148 148 149 149 149 151 153 153 153 154 154 157 157 158 159 159 160 160 161 161 162 162 163 163 164 165 165 165 165 166

Inhaltsverzeichnis b) Pralleinrichtungen und Siebfilter c) Fliehkraftabscheider d) Entstauberventilatoren e) Naßfilter f) Elektrostatische Filter g) Kombinationen verschiedener Gruppen h) Akustische Staubabscheider 3. Verlegungsart 4. Wärmeverluste 5. Einzelabsaugung B. Berechnungsart C. Anwendungsgebiete 1. Holzbearbeitung 2. Schuhindustrie 3. Gießereien 4. Konverter-Entstaubung 5. Schleifereien und Polierwerkstätten 6. Staub von Magnesiumlegierungen 7. Entstaubung in Steinbrüchen 8. Kohlenindustrie 9. Textilindustrie 10. Entstauben beim Ausblasen elektrischer Maschinen X I I . Absaugeanlagen von Dämpfen und Gasen A. Wirkungsweise und Ausführungsformen 1. Erfassung 2. Abscheidung B. Berechnungsart C. Anwendungsgebiete 1. Beizereien 2. Rauchabsaugung in Lokomotivschuppen 3. Akkumulatorenräume 4. Laboratorien 5. Entqualmungsanlagen 6. Farbspritzanlagen 7. Großgaragen 8. Schmelzöfen 9. Kanalentgasung 10. Rauchabsaugung von Schotter-Trockenanlagen X I I I . Pneumatische Förderanlagen A. Wirkungsweise B. Ausführungsformen 1. Direkte Förderung 2. Indirekte Förderung 3. Allgemeine Ausführung C. Berechnungsart 1. Mischungsverhältnis 2. Förderleitung 3. Direkte Förderung 4. Indirekte Förderung D. Anwendungsgebiete 1. Förderanlagen f ü r Holzspäne und Sägemehl 2. Baumwolle und Kapok 3. Zuckerrohr 4. Lumpen und Altpapier 5. Futtermittel 6. Rohrpostanlagen

XI 166 166 168 170 172 172 174 174 175 175 176 178 178 181 181 182 183 183 183 184 185 186 187 187 187 188 188 190 190 191 191 191 192 192 194 194 195 197 197 197 197 197 197 198 199 199 199 199 200 201 201 202 203 203 204 205

XII

Inhaltsverzeichnis

XIV. Lüfter-Ausführungsarten A. Radialventilatoren 1. Dreh- und Blasrichtung 2. Einseitig saugend 3. Zweiseitig saugend B. Axialventilatoren XV. Lüfterantriebe A. Bemessung der Antriebsmasohine 1. Leistung 2. Axialdruck 3. Radialdruck 4. Drehmoment B. Direkte Antriebsarten C. Riemenantrieb D. Antriebsmaschinen 1. Elektromotoren a) Gleichstrom b) Drehstrom und mechanische Regelmethoden 2. Dampfmaschinen und Dampfturbinen 3. Luftturbinen XVI. Rohrleitungen A. Material 1. Schwarzblech 2. Verbleites Blech 3. Verzinktes Blech 4. Tonrohre B. Ausführung der Rohre 1. Nähte 2. Stöße 3. Krümmer und Abzweige 4. Absperrorgane C. Aufhängung D. Öffnungen X V I I . Geräuschfragen A. Ursache 1. Luft- und Bodenschall 2. Lüfter 3. Motor 4. Unterbau B. Vermeidung 1. Umfangsgeschwindigkeit 2. Lüfterausführung 3. Dämpfung des Lüfteraggregates 4. Luftkanäle Literaturverzeichnis Verzeichnis der Tabellen Sachverzeichnis

207 207 207 207 207 208 208 208 208 209 210 210 210 211 211 211 211 212 214 214 214 214 214 216 216 216 217 217 217 218 219 220 220 221 221 221 221 222 222 222 222 222 223 224 224 225 226

I. E i n f ü h r u n g A. Haupteigenschaften aller Lüfter Unter Ventilatoranlagen sollen alle diejenigen Anlagen verstanden werden, die als Hauptmaschine eines Ventilators, im folgenden auch Lüfter genannt, bedürfen. Die Lüfter zerfallen in zwei Hauptgruppen: Fliehkraftlüfter oder Radialventilatoren und Schraubenlüfter oder Axial Ventilatoren. Obwohl die allgemeine Wirkungsweise dieser Maschinen und ihre Theorie als bekannt vorausgesetzt werden, sollen ihre Haupteigenschaften und die besonderen der erwähnten Gruppen kurz beschrieben werden. Alle Lüfter bezwecken die Förderung eines Gases. Ihre Leistung ist bestimmt durch das von ihnen in der Zeiteinheit zu fördernde Luft- oder Gasvolumen und den bei dieser Förderung zu überwindenden Druck. Das Volumen wird in der Ventilatortechnik in m 3 angegeben und in der Regel auf die Sekunde als Zeiteinheit bezogen. Der Druck wird als Über- oder Unterdruck gegenüber dem Atmosphärendruck angegeben und in mm WS ausgedrückt (S. 6). Alle Lüfter unterliegen dem Proportionalitätsgesetz, nach dem bei gleichbleibenden äußeren Belastungszustand (Leitungsnetz) aber Veränderung der Drehzahl gilt: V n I. 1. Die Luftmenge ist proportional mit der ersten Potenz der Drehzahl. — = — V2 n2 2. Der Druck ist proportional mit der zweiten Potenz der Drehzahl. — = - 1 n\ p2

N n3 3. Der Leistungsbedarf ist proportional mit der dritten Potenz der Drehzahl. —1 = — N2 nl

II. Ferner gilt bei Anordnung von mehreren Lüftern: Bei Hintereinanderschaltung zweier gleicher Lüfter übernimmt jeder Lüfter die Hälfte des Druckes, bei Parallelschaltung die Hälfte des Volumens. (Über Pendelgefahr im letzten Falle vgl. S. 5). III. Bei veränderter Wichte des Fördergases, aber sonst gleichen Bedingungen fördert der Lüfter das gleiche Luftvolumen wie vorher. Der Druck und der Leistungsbedarf ändern sich jedoch proportional mit der Wichte. (Wichtig für Saugzuganlagen, vgl. S. 149.) IV. Sind Volumen, Druck und Leistungsbedarf eines Lüftermodells bekannt, so ändern sich diese Werte für geometrisch ähnliche Ausführungen (bezogen auf die Maße der Luftwege) wie folgt: Die Luftmenge ändert sich proportional mit der 3. Potenz, der Druck proportional mit der 2. Potenz, der Leistungsbedarf proportional mit der 5. Potenz irgend einer Hauptabmessung des Lüfterrades oder Gehäuses, die als Vergleichsgröße dienen kann.

B. Besondere Merkmale der Fliehkraftlüfter und der Schraubenlüfter Der Fliehkraftlüfter (Abb. la u. 2) ist gekennzeichnet durch ein schneckenförmiges Gehäuse, in dem sich das Flügelrad befindet. Die Luft tritt axial ungefähr in der Mitte einer oder beider Gehäusewände ein, durchströmt das Lüfterrad im ganzen genommen radial und verläßt das Gehäuse tangential, d. h. am Umfange der Gehäuseschnecke. Für die Ausbildung der Schnecke wird fast ausschließlich die Form einer archimedischen Spirale gewählt. 1

Mode, 2.

2

Besondere Merkmale der Fliehkraftlüfter und der Schraubenlüfter

•90°

^ Abb. Einseitig saugender Sirocoo-FIiehkraftlüfter (Trommelläufer). (Davidson & Co., Belfast).

90°

formen von Radialventilatoren.

Der Schraubenlüfter als Überdruck-Hochleistungslüfter in seiner bisherigen Bauart besteht aus einem Flügelrad mit tragflächenförmigen Schaufeln oder solchen mit Kreisbogenprofil, meist 5 bis 10 an Zahl, mit zylindrischer Nabe und zylindrischem Gehäuse, an das sich oft eine diffusorartige Erweiterung anschließt. Daneben wird noch der weniger wirkungsvolle Schraubenlüfter mit Blattflügeln verschiedenster Form und einem Ringgehäuse ausgeführt, das jedoch nur zur Aufhängung des Antriebsmotors dient. Letztere Art wird fast ausschließlich nur noch als Wandlüfter und Tischfächer gebaut (Abb. 3). Abb. 2. Zweiseitig saugender Fliehkraftlüfter (Rückw. gekr. Schaufeln). (Davidson & Co., Belfast.)

Besondere Merkmale der Fliehkraftlüfter und der Schraubenlüfter

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Ein neuartiger Hochleistungs-Axiallüfter mit stark meridianbeschleunigtem Laufrad ist als Gleichdruckmaschine, Bauart Schicht DRP., entwickelt worden. Das Charakteristische dieses Lüfters ist, daß sich der Strömungsquerschnitt im R a d bei stetig zunehmendem Nabenquerschnitt wesentlich verringert. Die leicht gewölbten Schaufeln des Flügelrades sindvon gleichbleibender Dicke aus Blech mit angeschärften Vorder und Hinterkanten hergestellt, also nicht tragflächenförmig ausgebildet. Hinter dem nachgeschalteten Leitrad ist ein Diffusor mit sehr kleinem Steigungswinkel, aber sehr großer Länge angeordnet. Dieser ist erforderlich, da gemäß der Eigenart dieses Lüfters die gesamte UmAbb. 3. setzung der Geschwindigkeit in Druck ausSchraubenlüfter mit Blattflügeln. schließlich im Diffusor erfolgt (Abb. 4). In jüng(Siemens-Schuckert- Werke.) ster Zeit hat Dr. Eck einen ebenfalls meridianbeschleunigten Axiallüfter D R P . durchgebildet der jedoch im Gegensatz zur Bauart Schicht als Überdruckmaschine arbeitet. Näheres Glückauf 1956 Heft 5/6. Die Luft t r i t t bei allen Schraubenlüftern ebenfalls axial ein, aber im Unterschied zum Fliehkraftlüfter in der gleichen Richtung axial aus. I m Betriebe verhalten sich beide Lüfterarten insofern verschieden, als V. die Luftmenge und der Leistungsbedarf des Fliehkraftlüfters bei verringertem äußeren Widerstand und gleichbleibender Drehzahl steigt, VI. während bei allen Schraubenlüftern der Leistungsbedarf bei verringertem äußeren Widerstand und gleichbleibender Drehzahl trotz steigender Luftmenge konstant bleibt oder sinkt.

Fliehkraftlüfter können eingeteilt werden in Niederdrucklüfter bis zu etwa 100 m m W S und Hochdrucklüfter bis zu etwa 800 m m W S Druck. Die Flügelräder der Hochdrucktype weisen meist eine größere radiale, aber kleinere axiale Tiefe ihrer Schaufeln auf. Radialmaschinen für höhere Drücke bis zu 2000 m m W S und darüber, die gewöhnlich als Gebläse oder Verdichter bezeichnet werden, gehören nicht zu den in diesem Buch behandelten Maschinen. J e nach der Austrittsrichtung der Schaufeln des Lüfterrades in bezug auf die Drehrichtung unterscheidet man Fliehkraftlüfter mit vorwärts gekrümmten, geraden und rückwärts gekrümmten Schaufeln, so ^^ daß sich ein Austrittswinkel von (Abb. 1 b) Schaufelform der Gleichdruck-Axiallüfter a 2 < 90°, a 2 = 90°, und a 2 > 90°

ergibt. Für den Eintritt wird meistens ein Winkel al > 9 0 ° für alle drei Formen gewählt, um den Eintrittsstoß nach Möglichkeit zu verringern. Neben diesen Flügelradtypen sind in letzter Zeit zwei neue Ausführungsarten in Erscheinung getreten (Abb. 5 u. 6).1) Bei der einen zeigen die Flügelräder tragflächenförmig ausgebildete, meist rückwärts gekrümmte Schaufeln. Sie sind aus Blech geschweißt und meist im Hohlraum durch Querstreben verstärkt. Abbildung 6 zeigt ein solches R a d von 2 1 / 2 m Durchmesser für Gruben Ventilation. siehe auch Abb. 1 b (4 u. 5). 1

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Besondere Merkmale der Fliehkraftlüfter und der Schraubenlüfter

Die andere Art, System Dr. Eck, 1 ) besteht aus Flügelrädern mit sogenannten verwundenen Blechschaufeln. Die am Eintritt meist rückwärts gekrümmten Schaufeln werden nach dem Umfang zu in ihrer Fläche verwunden, um am Schaufelaustritt eine gleichmäßigere Geschwindigkeitsverteilung der Luft zu erreichen. Die Auswahl des passenden Fliehkraftlüfters hinsichtlich Krümmung, Anzahl der Schaufeln und radialer Tiefe der Schaufeln richtet sich nach dem Verwendungszweck des Lüfters. Für die Förderung von atmosphärischer Luft oder verhältnismäßig sauberen Gasen werden bei kleineren Drücken fast allgemein Trommelläufer (Abb. 1 a) mit 60 und mehr vorwärts gekrümmten Schaufeln gewählt, d a diese Typen bei verhältnismäßig gutem Wirkungsgrad praktisch ruhig arbeiten. Daneben kommen Laufräder mit 12 bis 30 rückwärts gekrümmten Schaufeln besonders da in Betracht, wo größere Leistungen und bester Wirkungsgrad verlangt wird. F ü r staubhaltige Gase und Materialtransport werden fast ausschließlich gerade und radial tiefeSchaufeln verwendet, deren Zahl zwischen 6 und 10 liegt, allerdings auf Kosten des Wirkungsgrades. Neuerdings h a t Dr. Eck mit seinen besonderen Schaufeln unter Hinzufügung verstellbarer Vorleitsschaufeln einen Hochleistungslüfter für steilere Schaufelwinkel (staubfrei) herausgebracht. 2 ) U m gleiche Luftleistung zu erzielen, bedürfen Fliehkraftlüfter mit vorwärts-gekrümmt e n Schaufeln kleinerer Umfangsgeschwindigkeiten und somit entweder niedrigerer Abb. 6. „Sirocco"-Flügelrad mit rückw. gekr. Schaufeln Drehzahlen oder kleinerer Flümit Tragflächen-Profil. (Davidson & Co., Belfast.) gelraddurchmesser, als solche mit geraden oder rückwärts gekrümmten Schaufeln. Der Vorteil von rückwärts gekrümmten Schaufeln liegt in ihrem meist besseren Wirkungsgrade, der geringeren Veränderung des Leistungsbedarfs bei veränderter Belastung und in der Möglichkeit, Parallelschaltung mehrerer Lüfter vorzunehmen, ohne daß Pendelgefahr besteht (Abb. 7 a). !) siehe Abb. 5.

2

) siehe Eck, Ventilatoren Springer 1957 S. 130.

Besondere Merkmale der Fliehkraftlüftcr und der Schraubenlüfter

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Die Wirkungsgrade der Fliehkraftlüfter Hegen bei guten Konstruktionen zwischen 70 und 8 5 % , bezogen auf den Gesamtdruck. Die Hochleistungs-Fliehkraftlüfter System Dr. Eck erreichen solche von 89 %. Die erwähnte Pendelgefahr bei Parallelschaltung wird, gemäß Dr. Berlowitz, durch Abbildung 7 b veranschaulicht. In ihr ist für eine bestimmte Drehzahl eines Lüfters

Abb. 7 a. Charakteristik und Leistungsbedarf eines Lüfters mit rückw. gekr. Schaufeln. Abb. 7 b. Parallelschaltung von 2 Lüftern mit vorw. gekr. Schaufeln. Abb. 7c. Siemens Hochleistungs-Schraubenlüfter für Wandeinbau.

mit vorwärts gekrümmten Schaufeln die Drosselkurve D B E , auch Charakteristik genannt, eingetragen. Sie' zeigt die jeweilige Einstellung von Druck und Volumen bei verändertem äußeren Widerstand. Der quadratisch sich ändernde Widerstand für die verschiedenen Volumen wird durch die parabelförmige Düsenkennlinie OBC gekennzeichnet. Der Schnittpunkt B dieser Kennlinie mit der Druckkurve gibt den Arbeitspunkt des Lüfters an, so lange ein Lüfter in Betrieb ist. Sobald ein zweiter gleicher Lüfter hinzugeschaltet wird, muß sich der Arbeitspunkt beider Lüfter infolge des erzielten höheren Druckes über den Punkt B nach links verschieben. Er gelangt somit in das unstetige Gebiet der Kurve und die neue Düsenkennlinie GA1 schneidet die Drosselkurve unter Umständen in drei Punkten, wodurch ein völlig labiler Zustand bedingt ist. Da unter solchen Verhältnissen ein einwandfreies Arbeiten nur möglich wäre, wenn der Betriebspunkt bei Parallelbetrieb in gehöriger Entfernung vom unsteten Gebiet der Kurve läge, kann ein Lüfter mit solcher Charakteristik nicht als geeignet für Parallelbetrieb angesprochen werden. Bei allen Lüftern, bei denen die Drosselkurve einen stetigen Verlauf nimmt ohne stark abfallenden Ast nach der Ordinate hin, ist daher eine Pendelgefahr nicht vorhanden. Dies trifft zu bei allen Fliehkraftlüftern mit rückwärtsgekrümmtenSchaufeln, allen Schraubenlüftern mit tragflächenförmigen Flügelrädern und kleinem Anstellwinkel sowie in der Regel auch bei den Gleichdruckaxiallüftern. Allgemein haben Schraubenlüfter wegen ihrer axialen Fortführung der Luft den Vorzug bequemen Einbaus in Rohrsysteme und Apparate. Sie können auch mit

6

Physikalische Grundlagen der Gase

senkrechter Achse zum Einbau gelangen, was bei Fliehkraftlüftern nur als Sonderbauart bei kleinen Ausführungen möglich ist. Der Schraubenlüfter hat den weiteren Vorzug durch Wechsel der Drehrichtung die Förderrichtung umkehren zu können. Wenn auch die Förderleistung hierbei zurückgeht, so ist doch diese Umkehrung für manche Betriebe wertvoll (S. 41). Der Wirkungsgrad der modernen Hochleistungsschraubenlüfter erreicht etwa 75 % und mit Leitapparat und Diffusor 85 % und darüber. Der Überdruck-Schraubenlüfter (Abb. 7 c) ist für große Volumen, aber nicht für hohe Drücke geeignet. Etwa 50 mm W S ist die Grenze für einstufige Schraubenlüfter dieser Art ohne Leitvorrichtung. Ausführungen mit Leitapparaten und Diffusor und evtl. mit mehreren Stufen können jedoch einen statischen Druck von 200 mm W S und darüber erzielen. Gleichdruck-Schraubenlüfter können Drücke von 400 mm W S und darüber hergeben. Die Regelung kann bei Überdruck-Schraubenlüftern durch Verstellung des Schaufelwinkels des Laufrades und bei Gleichdruckmaschinen durch einen aus verstellbaren Schaufeln vor dem Lüfterrade eingebauten Loitapparat, dem sogenannten Drallregler, erfolgen, der den Winkel der ankommenden Strömung und damit die Leistung verändert (S. 212). In der Geräuschfrage bleibt der Fliehkraftlüfter dem Schraubenlüfter überlegen (S. 222). C. Physikalische Grundlagen der Gase 1. Drücke Der Druck der Gase kann gemessen werden in Atmosphären (at), in Torr ( = m m Q S bei 0° C) und in mm Wassersäule (WS). Dabei ist 1 at (techn.) = = = mithin 1 mm WS =

1 kg/cm 2 735,5 Torr 10000 mm WS von 4° C 1 kg/m 2 .

in englischen Druckeinheiten: 1 lb/sq. in

= = = 1 in. of mercury 1 in. of water

0,07 at 51,7 Torr 703 mm WS = 0,0345 at = 25,4 Torr = 345,33 mm WS = 25,4 mm WS.

I n der Ventilatorentechnik sind die Drücke verhältnismäßig klein. Sie werden als absolute Drücke (P) oder meistens als positive oder negative Differenzirücke (p) in mm W S mit Hilfe des U-rohr-Manometers in bezug auf Atmosphärendruck gemessen. 2. Spezifische Gewichte oder Wichten Alle Gase können als elastisch flüssige Körper angesehen werden. Das spezifische Gewicht oder die Wichte eines Gases ist das Gewicht der Raumeinheit bei 760 Torr und da als Raumeinheit das m 3 gilt, wird es in kg/m 3 ausgedrückt. Die Wichte der trockenen Luft bei 0° C 760 Torr ist y0 = 1,293 kg/m 3 .

Spezifische Gewichte oder Wichten — Feuchte Luft — Tanpunkt

7

Bei veränderter Temperatur, aber konstantem Druck verhalten sich nach GayLussac die Volumen wie die absoluten Temperaturen, V1=T1 also V2 t2 V

T7

• T

1

2

T !

Da T = 273 + t ist, wird

(273 +

V ,

'

273 +

t2) tx

1 + — t2 oder auch

273

= Vl 1

+

—

273

t, 1

Der Wert — w i r d mit a bezeichnet und stellt dar, um welchen Teil des Volumens 273 sich das Gas bei jedem Grad Temperaturerhöhung vergrößsrt, m.thin

V , = V.\2

1

/I

+

at„\

-)

\1 +

a t j

Die Wichte der Luft in größeren Höhen bis 10 km ist angenähert y = y0 • 0 , 9 H , wenn H die Höhe in km über dem Meeresspiegel und y0 die Wichte auf dem Meeresspiegel bei 0° C ist. Sie ist bei

500 1000 5000 10000

m m m m

üb. üb. üb. üb.

M M M M

= = = =

1,17 1,1 0,76 0,44

kg/m 3 kg/m 3 kg/m 3 kg/m 3

3. Feuchte Luft Feuchte Luft ist ein Gemisch von trockener Luft und Wasserdampf. Der Druck p des Gemisches ist gleich der Summe der Teildrücke1) der Trockenluft pi und des Wasserdampfbestandteils po: V — Vl> + VD = Barometerstand.

Die Drücke für Luft und Wasserdampf werden in diesem Falle in Torr ausgedrückt. Bei Rechnungen mit feuchter Luft ist es zweckmäßig, mit dem Gewicht der trockenen Luft in kg zu rechnen, da bei den technischen Verfahren mit feuchter Luft (Kühlung, Trocknung usw.) in der Regel nur das Gewicht der trockenen Luft unverändert bleibt. Es entfallen dann x kg Dampf auf 1 kg trockene Luft. Bei einer bestimmten Temperatur t° kann 1 kg Luft immer nur ein bestimmtes Höchstgewicht x' an Wasserdampf enthalten, das dem Teildruck p'd des Wasserdampfes bei dieser Temperatur entspricht und mit wachsender Temperatur steigt, 4. Taupunkt Ist das Höchstgewicht x' tatsächlich in 1 kg Trockenluft enthalten, nennt man die Luft vollgesättigt und x' die absolute Feuchtigkeit der Luft in kg per kg Trockenluft. Die Temperatur t°, bei der dieser Zustand eintritt, d. i. bis zu der feuchte Luft bei konstantem Druck abgekühlt werden muß, damit sie sich sättigt, nennt man Taupunkt. Es ist zu bemerken, daß der Wasserdampf, enthalten in ungesättigter Luft, eine höhere Temperatur als der bei voller Sättigung hat. 1 ) Teildruck eines Bestandteils einer Mischung ist der Druck, der sich einstellt, wenn dieser Bestandteil allein bei unveränderter Temperatur das gleiche Volumen der Mischung einnimmt.

Physikalische Grundlagen der Gase I s t daher nur ein Teil dieses jeweiligen Höchstgewichts x' an W a s s e r d a m p f in der L u f t enthalten, d a n n ist der W a s s e r d a m p f überhitzt. D a s Verhältnis dieses Teils z u m Höchstgewicht nennt m a n die relative F e u c h t i g x keit