Mangelhafte Förderleistungen in Lüftungsanlagen

Wenn der Ventilator nicht die gewünschte Leistung erreicht

Jörg Szameit*

Bei Inbetriebnahmen oder Überprüfungen von lufttechnischen Anlagen ist gelegentlich ein Phänomen festzustellen, das selbst erfahrenen Inbetriebnehmern Rätsel aufgibt: Die Anlage wird angefahren, alle Komponenten werden geprüft, nur der Ventilator weicht erheblich von seiner projektierten Kennlinie ab. Die gemessenen Drücke, Stromaufnahme und der Volumenstrom korrespondieren nicht miteinander, der ermittelte Betriebspunkt liegt weit entfernt vom Soll gemäß der Ventilatorcharakteristik.

Nun beginnt die Suche nach Fehlern und den Ursachen des Phänomens. Meßstellen werden geprüft, Rechnungen mit unterschiedlichen Mediumsdichten durchgeführt, Regel- und Absperrorgane aus- und wieder eingebaut. Aber alle Bemühungen bleiben erfolglos.

Viel Zeit wird aufgewendet und Kosten entstehen, um zu klären, ob die Auslegung der Anlage oder die der Maschinen falsch war. Dabei liegt die Ursache ganz woanders!

Ursachen der Leistungsminderung

Das oben beschriebene Phänomen tritt auf, wenn eine saubere Zu- bzw. Abströmung in den Ventilator nicht gewährleistet ist. Die Strömung kann dadurch beeinflußt werden, daß sich ein Gegenstand direkt im Saugmund des Ventilators befindet, daß Kompensatoren schlecht vernäht sind und sich eine Art Kragen im Luftstrom aufstellt (und somit eine Blende entsteht). Ebenso kann ein Doppelkrümmer oder eine Drosselklappe am Eintritt in den Ventilator ursächlich für das Phänomen sein. Möglichkeiten, die Zuströmung in den Ventilator zu stören, gibt es also viele.

Bild 1: Prinzipskizze eines Drallreglers.

Das Ergebnis dieser Störungen: Die Zuströmung in den Ventilator ist mit einem undefinierten Drall behaftet, der zwar der wohldefinierten Drallreglerströmung vom Effekt her gleicht, aber in der Größenordnung nur durch eine spätere Messung in der Anlage nachgewiesen werden kann.

Bild 2: Definierte Strömungsänderung durch den Drallregler.

Zur Erklärung: Der Drallregler ist ein verstellbarer Vorleitapparat und befindet sich am Saugmund des Ventilators (Bild 1). Die Veränderung der Schaufelstellung erzeugt einen wohldefinierten Vordrall durch Beeinflussung der Geschwindigkeitsdreiecke am Laufradeintritt (Bild 2). Diese Eigenschaft ermöglicht dem Anlagenbetreiber, die Kennlinie des Ventilators zu manipulieren und den vorgegebenen Betriebspunkt anzufahren. Kennlinien für die Anstellung der Schaufel stellt der Ventilatorenlieferant zur Verfügung (Bild 3).

Bild 3: Kennfeld eines Ventilators mit Drallregler.

Tritt das anströmende Medium bereits mit einem undefinierten Vordrall in den Ventilator ein, so kann dieser die ihm zugedachte Aufgabe nur noch mangelhaft erfüllen. Je nach Stärke der Dralländerung stellt sich auch die Veränderung der Charakteristik des Ventilators dar.

Was passiert mit der Wellenleistung, wenn ein solcher Effekt auftritt?

Wenn im Normalbetrieb mit dem Drallregler definiert geregelt wird, ändert sich die Leistungsaufnahme des Ventilators entsprechend dem gefahrenen Betriebspunkt, der Wirkungsgrad bleibt annähernd gleich. Ist jedoch die Zuströmung mit dem Vordrall behaftet, findet am Ventilator keine definierte Regelung mehr statt. Das heißt, der Wirkungsgrad verschlechtert sich drastisch, die Leistungsaufnahme ist um ein Vielfaches höher als die Leistungsaufnahme in einem definiert angesteuerten Betriebspunkt. Das Beispiel eines Ventilators, der mit einer Drosselblende am Eintritt gemessen wurde, gibt uns eine klare Vorstellung über den Betrieb bei gestörter Anströmung und den Leistungsbedarf (Bild 4).

Bild 4: Beispiel einer Kennlinienveränderung des Ventilators durch gestörte Anströmverhältnisse.

Lösungen

Häufig wird versucht, diesem Problem mit erhöhter Drehzahl oder größeren Ventilatoren Herr zu werden. Das gelingt aber nicht, da sich die Zuströmung zum Ventilator nicht verändert, also die eigentliche Ursache nicht behoben wird. Außerdem wird oft versucht, diese Problematik gleich zu behandeln wie zum Beispiel Fehler durch zu hohe Anlagenwiderstände. Deren Ursachen sind jedoch völlig unterschiedlich zu dem hier Erläuterten (Bild 5).

Bild 5: Änderungen der Kennlinie durch Einbau des Ventilators in die Anlage.

Bei bestehenden Anlagen ist empfehlenswert zu prüfen, ob sich an der Saugseite nicht ein Hindernis in der Rohrleitung befindet, ob der Düsenspalt zwischen Einlaufdüse und Rad verschmutzt ist oder ob sich die Schaufelkanäle des Laufrades mit Anbackungen zugesetzt haben. Für neue Anlagen sollte jeder Anlagenbauer und Anlagenkonstrukteur schon im voraus seine Planung auf mögliche Unregelmäßigkeiten bei der Anströmung zum Ventilator überprüfen. Bild 6 zeigt schematisch die häufigsten Einbausituationen und die damit verbundenen Fehlerquellen.

Bild 6: Möglichkeiten der Leitungsführung zur Saugseite des Ventilators.

Eine weitere beachtenswerte Regel ist auch, zum Ventilator hin die Strömung leicht zu beschleunigen und vom Ventilator weg leicht zu verzögern (Diffusor). Sollte es konstruktiv nicht möglich sein, den Ventilator optimal anzuströmen, so sollten saugseitig Gleichrichter oder einseitig abgeschrägte Düsen bei Krümmern verwendet werden. Sofern alle aufgezeigten Maßnahmen nicht den gewünschten Erfolg zeigen, ist es unerläßlich, den Spezialisten mit einzubeziehen, der durch spezifisches Know-how und Messungen doch noch die Ursache herausfinden und eliminieren kann.

Bild 7: Abgeschrägte Düse nach dem Krümmer.

* Jörg Szameit, öffentlich bestellter und vereidigter Sachverständiger für Ventilatoren in lufttechnischen Anlagen

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