Querstromlüfter und Axiallüfter

1. Durchflusslüfter
Der Durchflusslüfter, auch als Durchflussventilator bekannt, besteht aus einem Laufrad, einem Kegelgehäuse und einer Schaufelklappe. Das Laufrad ist zylindrisch mit mehreren Schaufeln; ein Teil davon ist offen, während der andere Teil von einem Kegelgehäuse umschlossen wird. Dieses Gehäuse verfügt auf beiden Seiten nicht über Lufteinlässe, ähnlich wie bei Zentrifugalventilatoren. Wenn sich das Laufrad dreht, strömt die Luft von der offenen Seite her in das Schaufelgitter ein, durchquert das Innere des Laufrads und tritt dann auf der anderen Seite des Schaufelgitters in das Kegelgehäuse aus, wodurch der Arbeitsluftstrom entsteht. Der Luftstrom im Inneren des Laufrads ist recht komplex; das Geschwindigkeitsfeld der Luftströmung im Laufradinnern ist instabil. Beobachtungen zeigen, dass im Inneren des Laufrads Wirbelströmungen auftreten.

Der Mittelpunkt des Wirbels befindet sich in der Nähe der Schaufel. Die Existenz des Wirbels erzeugt an der Ausgangsseite des Laufrads eine zirkulierende Strömung; außerhalb des Wirbels verlaufen die Luftstromlinien innerhalb des Laufrads bogenförmig. Daher ist die Gasströmungsgeschwindigkeit an den verschiedenen Punkten am äußeren Rand des Laufrads nicht gleichmäßig: Je näher man dem Mittelpunkt des Wirbels kommt, desto höher ist die Strömungsgeschwindigkeit; je näher man dem Spiralgehäuse kommt, desto niedriger wird sie. Am Auslass des Ventilators sind die Gasströmungsgeschwindigkeit und der Druck homogen, und der Durchflusskoeffizient sowie der Druckkoeffizient des Ventilators entsprechen jeweils dem Mittelwert.

Die Lage des Wirbels beeinflusst die Leistung eines Kreuzstromlüfters erheblich. Wenn sich der Mittelpunkt des Wirbels näher am inneren Rand des Rades und nahe an der Schaufelzunge befindet, ist die Leistung des Lüfters besser. Entfernt sich der Mittelpunkt des Wirbels von der Schaufelzunge, vergrößert sich der Bereich der zirkulierenden Strömung, was zu einem Rückgang des Wirkungsgrads und zu einer instabilen Durchflussmenge führt. Die Form des Gehäuses, die Position der Schaufelzunge sowie der Druckunterschied an Ein- und Auslass des Lüfters haben einen deutlichen Einfluss auf die Lage des Wirbelmittelpunkts; derzeit wird der optimale Bereich für verschiedene Abmessungen hauptsächlich experimentell ermittelt.

Aus der unten dargestellten Kennlinie des Kreuzstromlüfters geht hervor, dass bei größeren Durchflussmengen das Verhältnis von dynamischem zu statischem Druck größer ist. Bei kleinerem Lüfterdurchmesser lassen sich höhere Durchflussmengen erzielen. Da die statische Druckkurve einen Kammbildung aufweist, kann es bei geringeren Durchflussmengen zu instabilen Betriebszuständen kommen.

2. Axialventilator
Bei Zentrifugalventilatoren erfolgt der Luftstrom innerhalb des Laufrads radial, während bei Axialventilatoren der Luftstrom innerhalb des Laufrads axial verläuft. Ein Axialventilator besteht aus einem Leitkonus, einem Laufrad, Leitschaufeln, einem Strömungsgleichrichter, einem Sammler und einem Diffusor. Das Laufrad dreht sich und bildet somit den Rotor, während die übrigen Bauteile feststehen. Während des Betriebs strömt die Luft durch den Sammler ein, gewinnt beim Durchlaufen des Laufrads Energie und fließt anschließend zu den Leitschaufeln, wo der Luftstrom in einen axialen Fluss umgewandelt wird. Schließlich passiert die Luft den Diffusor, wodurch ein Teil der kinetischen Energie des axialen Luftstroms in statischen Druck umgesetzt wird. Nach dem Austritt aus dem Diffusor gelangt die Luft in das Rohrleitungssystem.

Durch die Erweiterung der Konturen des Laufrads und der Leitschaufeln entlang eines bestimmten Radius R lässt sich ein Netz aus flachen Schaufeln erhalten, wie in der nachfolgenden Abbildung dargestellt. Die Form des Schaufelnetzes beeinflusst den Durchfluss, den Druck und den Wirkungsgrad des Ventilators und stellt daher einen entscheidenden Aspekt beim Ventilatordesign dar.
Die Leistungskurven axialer Ventilatoren ähneln denen zentrifugaler Ventilatoren und können ebenfalls in dimensionalen und dimensionslosen Kurven dargestellt werden. Allerdings können sich die Leistungskurven selbst innerhalb einer einheitlichen Gerätebaureihe unterscheiden, da sich der Anstellwinkel der Schaufeln ändert.

3. Lüfterleistungstest
Es gibt zahlreiche Arten von Ventilatoren, die in landwirtschaftlichen Maschinen eingesetzt werden; einige davon sind noch nicht in Serienform erhältlich, und möglicherweise findet man sogar kein passendes Standardmodell. In solchen Fällen müssen theoretische Berechnungen durchgeführt werden, um das Design zu erstellen. Aufgrund der Ungenauigkeiten bei der theoretischen Auslegung ist es häufig erforderlich, experimentelle Tests durchzuführen, um Korrekturen vorzunehmen – daher wird die Prüftätigkeit von Ventilatoren äußerst wichtig.

Die aerodynamische Leistungstestung von Ventilatoren kann in Feldmessungen und Prüfungen an Versuchsanlagen unterteilt werden. Feldmessungen beziehen sich auf die Messung der aerodynamischen Leistung an tatsächlichen Einsatzorten; aufgrund der Innenraum- und Messbedingungen ist es oft schwierig, präzise Ergebnisse zu erzielen. Allerdings sind Leistungsmessungen an bereits installierten Ventilatoren relativ einfach durchzuführen.

1. Lüfterleistungstestgerät
Zu den gängigen Prüfgeräten gehören Einlass-, Auslass- sowie kombinierte Ein- und Auslassprüfgeräte, die je nach den tatsächlichen Betriebsbedingungen des Ventilators ausgewählt werden können. Wenn das Gerät beispielsweise zusammen mit einem Einlasskanal eingesetzt wird, kann ein Einlassprüfgerät verwendet werden; wenn es zusammen mit einem Auslasskanal arbeitet, ist ein Auslassprüfgerät die geeignete Wahl. Sollte der Ventilator auf beiden Seiten – Einlass und Auslass – lange Arbeitskanäle aufweisen, sollte ein kombiniertes Ein- und Auslassprüfgerät gewählt werden. Da das Einlassprüfgerät einfach und praktisch ist, verwenden die meisten Experimentatoren diese Art von Prüfgerät routinemäßig für die Leistungstests von Ventilatoren.

2. Methode zur Bestimmung der grundlegenden Parameter des Lüfters
Die grundlegenden Parameter der Gascharakteristik eines Ventilators umfassen Durchfluss, Druck, Stromverbrauch und Wirkungsgrad. Der Durchfluss wird mit einem Durchflussmessgerät gemessen; dieses kann bogenförmig oder konisch sein und weist an den Wänden Löcher auf, durch die der statische Druck gemessen werden kann. Bei fehlenden Verlusten sind der dynamische Druck und der statische Druck im J-J-Schnitt gleich groß.