空气流引导设备，风扇设备，发电机和风能设施的制作方法

本发明涉及一种用于将空气流以声音和压力优化方式输送至风扇、尤其径流式风扇的流入喷嘴的空气流引导设备，其中流入喷嘴具有带有迎流角的喷嘴输入开口，空气流引导设备具有：框架设备，所述框架设备在流入开口和流出开口之间沿着纵轴线在轴向方向上以高度延伸，在空气流引导设备运行中，空气流通过所述流入开口流入到框架设备中，在空气流引导到设备运行中，空气流通过所述流出开口从框架设备中流出，其中流入开口具有带有最小的流入横截面宽度的流入横截面，并且流出开口具有带有最小的流出横截面宽度的流出横截面，所述最小的流出横截面宽度小于最小的流入横截面宽度，并且框架设备包括流动通道，所述流动通道将流入开口和流出开口流体连接，其中流出开口构成为，在运行状态中与风扇的流入喷嘴流体连接。此外，本发明涉及一种风扇设备、一种发电机和一种风能设施。

背景技术：

1、风能设施在运行中发出声音。对此的原因例如是风在风能设施的转子叶片处的涡流。尤其地，在风能设施之内的机组在运行中也为主要的声音源。主要的声音源例如是风扇，所述风扇例如为了冷却风能设施的(电)发电机而产生空气流。通过空气流在发电机之内和尤其在风扇处的运送和偏转，通常产生涡流，其发出声音。

2、人和动物将在特定频率范围中的声音感受为具有特定音量的噪声。音量的特征在于声压水平。为了保护人和动物，风能设施在运行中由于法律规定不允许超过特定的音量(边界值)。风能设施不允许超过的允许的边界值通常与风能设施的所在地相关，所述风能设施在所述所在地处运行。例如，边界值在居民区附近通常比远离居民区低。

3、为了避免：风能设施在运行中不超过允许的边界值，那么风扇能够以降转速的方式运行。然而这也降低了风扇的冷却功率，使得通常也必须以降转速的方式运行风能设施，以便避免发电机、尤其定子和/或转子过热。

4、为了改进风能设施的效率，风能设施的毂高度和空气动力学转子的直径不断地增大。然而，随着风能设施的大小增大，通常其声音发射也增大。对此的原因不仅是在转子叶片处的较高的声音发射，而且也是对用于冷却发电机的冷却功率的更高的要求。因此，要求更大的或更多的风扇，所述风扇能够提供具有需要的冷却功率的空气流。由此，风能设施的声音发射也会增大。因此可认定，之前简述的问题在将来、尤其也鉴于平均温度平均上升高，进一步地变得尖锐。

技术实现思路

1、因此目的是，提供一种空气流引导设备，一种风扇设备，尤其风能设施的风扇设备，一种发电机，尤其用于风能设施的发电机，和一种风能设施，其减小或消除现有解决方案的一个或多个上述缺点。

2、根据一个方面，所述目的通过根据实施例的空气流引导设备来实现。空气流引导设备构成用于将空气流以声音和压力优化的方式输送至风扇、尤其径流式风扇的流入喷嘴，其中流入喷嘴具有带有迎流角的喷嘴输入开口。

3、风扇、尤其径流式风扇是流体机器，所述流体机器例如运送空气或其他气体。通常，这种风扇具有风扇壳体，在所述风扇壳体中可转动地支承有可驱动的叶轮。例如，叶轮能够借助电动机驱动。被驱动的、即转动的叶轮产生空气流，所述转动的叶轮将所述空气流通过风扇壳体的输入开口抽吸(吸力侧)和通过风扇壳体的输出开口运出(压力侧)。风扇壳体的输入开口通常构成为具有喷嘴输入开口的流入喷嘴。

4、流入喷嘴优选地圆形地构成。也能够优选的是，流入喷嘴多边形地、例如矩形地或正方形地构成。流入喷嘴通过开口横截面的形状和大小以及迎流角来表征。尤其地，迎流角是空气在流入喷嘴的外边缘处抽吸到风扇中的迎流角。通常，风扇的制造商通过流入喷嘴的设计方案来预设迎流角。迎流角因此尤其与风扇的类型相关。迎流角以优选的方式描述空气流入到流入喷嘴中的角度。尤其地，迎流角是空气在流入喷嘴的边缘处通过喷嘴输入开口流入到流入喷嘴中的角度。迎流角尤其是流入到流入喷嘴中的空气在流入喷嘴、尤其喷嘴输入开口的边缘处相对与正交于喷嘴输入开口延伸的面法线倾斜的角度。尤其地，迎流角是如下角度，流入到流入喷嘴中的空气在流入喷嘴、尤其喷嘴输入开口的边缘处以该角度相对风扇的叶轮的与喷嘴输入开口正交地延伸的转动轴线倾斜。

5、空气流引导设备具有框架设备，所述框架设备沿轴向方向在流入开口和流出开口之间沿着纵轴线以高度延伸。框架设备优选地由轮廓化的框架元件形成。轮廓化的框架元件例如包括u形的横截面和/或i形的横截面和/或t形的横截面。框架设备优选地由金属、尤其钢或铝和/或塑料构成。在空气流引导设备运行时，空气流通过流入开口流入到框架设备中并且通过流出开口从框架设备中流出。流出开口在空气流引导设备运行中与风扇的流入喷嘴流体连接。

6、流入开口具有带有最小流入横截面宽度的流入横截面并且流出开口具有带有最小流出横截面宽度的流出横截面。最小流出横截面宽度小于最小流入横截面宽度。最小流出横截面宽度尤其是最小流出横截面直径。最小流入横截面宽度尤其是最小流入横截面直径。

7、此外，框架设备包括流动通道，所述流动通道将流入开口和流出开口流体连接。流动通道优选管形地构成。尤其地，流动通道柱形地构成。替选地能够优选的是，流动通道具有多边形的、尤其正方形的或矩形的横截面。

8、框架设备的高度h根据下式

9、

10、对应于最小流入横截面宽度d和流入喷嘴、尤其流入喷嘴的喷嘴输入开口的直径d的差和迎流角β的两倍正切值的比值或者大于所述比值。

11、此外，空气流引导设备具有网格元件，所述网格元件设置在流入开口处。网格元件尤其是网孔网格。尤其地，网格元件由钢构成。网格元件优选地具有至少0.5mm、1mm、2mm、5mm、10mm或更多的网孔宽度。补充地或替选地，网格元件优选地具有最大0.5mm、1mm、2mm、5mm或10mm的网孔宽度。尤其优选的是，网格元件由金属丝编织物构成或者包括所述金属丝编织物。优选地，金属丝编织物的金属丝具有至少0.2mm、0.5mm、1mm、1.5mm、2mm或更大的金属丝直径。补充地或替选地，金属丝编织物的金属丝具有最大0.2mm、0.5mm、1mm、1.5mm或2mm的金属丝直径。

12、优选地，网格元件在外部在框架设备处固定。优选地，网格元件借助于旋拧和/或夹紧连接固定在框架设备处。补充地或替选地能够优选的是，网格元件材料配合地、例如借助焊接连接固定在框架设备处。

13、网格元件在流入开口处的设置防止，将较粗的污物抽吸到风扇中并且运送到发电机中。此外，网格元件防止，较大的物体、例如工具或人到达风扇。网格元件就此而言也构成为防伸手保护。网格元件因此一方面引起较长的使用寿命而另一方面防止人员受伤。

14、要理解的是，与框架设备的高度相关地，迎流面积改变，通过所述迎流面积，空气通过网格元件在流入开口处流入到空气流引导设备中。优选地，框架设备的高度选择成，使得迎流面积对应于流入开口的总面积的至少50％。尤其地，框架设备的高度选择成，使得迎流面积对应于流入开口的总面积的至少75％。特别优选地，框架设备的高度选择成，使得迎流面积对应于流入开口的总面积的至少100％。

15、本发明基于发明人的如下认知，在网格元件和流入喷嘴之间的小的间距引起相对高的压力损失，因为网格元件的被穿流的面积是相对小的。框架设备以根据本发明的高度的设置引起，网格元件的被穿流的面积由于迎流角明显更大并且压力损失对应地变小。因此，风扇的冷却功率通过设置空气流引导设备在风扇功率保持不变的情况下得以明显提高。

16、因此，风扇能够以更高的转速运行并且实现更高的冷却功率，而不超过法律边界值。

17、通过设置这种空气引导设备，因此能够明显地改进冷却功率，使得能够取消对现有的风能设施的成本密集的改装和/或加装。

18、根据空气流引导设备的一个优选的实施方式提出，流入横截面圆形地或多边形地、尤其四边形地构成。补充地或替选地提出，流出横截面圆形地、尤其管形地或多边形地、尤其四边形地构成。优选地，流出横截面对应于流入横截面。特别优选地，流出横截面的最小流出横截面宽度大于流入喷嘴的风扇的喷嘴输入开口的横截面的直径。

19、这具有如下优点，尤其当流出横截面的最小流出横截面宽度大于流入喷嘴的喷嘴输入开口的横截面的直径时，由风扇抽吸的空气不产生涡流。此外这具有如下效果，空气可以以降低声音方式被输送给风扇。

20、根据空气流引导设备的另一优选的改进方案提出，框架设备具有管形地构成的外壁和/或管形地构成的内壁和/或框架设备双壁地构成。

21、这具有如下优点，框架设备可以匹配于风扇的流入喷嘴的横截面。这使涡流最小化并且减少发射的声音。

22、此外，根据空气流引导设备的一个优选的改进方案提出，管形地构成的外壁环形地构成，其中优选地，管形地构成的外壁具有圆形的或多边形的、尤其四边形的横截面。补充地或替选地提出，管形地构成的内壁环形地构成，其中优选地，管形地构成的内壁具有圆形的或多边形的、尤其四边形的横截面。

23、此外，根据空气流引导设备的一个优选的改进方案提出，内壁与外壁间隔开地设置，并且构成具有空腔体积的空腔，尤其环形的空腔。

24、根据空气流引导设备的另一优选的改进方案提出，内壁具有至少一个穿通通道，所述穿通通道将流动通道与空腔流体连接，其中内壁优选地构成为孔板壁，其中特别优选地，内壁具有多个穿通通道，所述穿通通道等距地彼此间隔开地设置。

25、根据空气流引导设备的另一优选的改进方案提出，至少一个穿通通道限定内壁的自由的内壁开口横截面面积，其中内壁的至少三分之一、至少一半或至少三分之二通过自由的内壁开口横截面面积构成。自由的内壁开口横截面面积尤其与至少一个穿通通道的开口横截面的大小和数量相关。

26、内壁开口横截面面积例如能够通过构成为孔板或穿孔金属板构成的内壁实现，以便获得尽可能均匀分布到所述面上的谐振器开口。优选地，内壁具有至少0.5cm、1cm、1.5cm、2cm或更大的壁厚。

27、此外，在空气流引导设备的一个优选的实施方式中提出，在内部和外壁之间，尤其在空腔中，设置有吸声元件。吸声元件尤其是闭孔的聚乙烯泡沫材料。此外，空气流引导设备具有如下优点，使发射的声音明显地最小化。

28、此外根据一个优选的实施方式提出，空气流引导设备具有流动整流器，所述流动整流器设置在流出开口处，尤其沿空气流的流动方向在流出开口的上游设置。流动整流器以优选的方式使涡流最小化和由此降低发射的声音。补充地或替选地，在该实施方式中提出，网格元件沿空气流的流动方向在流入开口的上游设置。优选地提出，网格元件覆盖流入开口的流入横截面。补充地或替选地优选地提出，网格元件具有多个流入通道，所述流入通道将空气流引导设备的环境与流动通道流体连接。此外，补充地或替选地优选地提出，至少一个流入通道限定网格元件的自由的流入开口横截面，其中网格元件的至少三分之一或至少一半或至少三分之二通过自由的流入开口横截面构成。

29、根据空气流引导设备的另一优选的改进方案提出，空气流引导设备构成为亥姆霍茨吸收器，其中空腔构成为谐振体。优选地，在该实施方式中提出，空腔在轴向方向上并且通过空腔的外壁在径向方向上相对于环境气密地封闭。补充地或替选地优选地提出，空气流引导设备具有空腔阻挡单元，所述空腔阻挡单元构成为，将空腔在轴向方向上相对于环境气密地封闭。

30、根据空气流引导设备的另一优选的改进方案提出，内壁的自由的内壁开口横截面、内壁的壁厚和空腔的空腔体积根据风扇的主频率f按照下式构成：

31、

32、主频率f尤其是叶片通过频率bpf，所述叶片通过频率与风扇的叶轮的转速n和叶轮的叶片的数量k根据下式相关：

33、

34、根据另一方面，开始提到的目的通过根据权利要求12的风扇设备来实现。

35、风扇设备具有风扇，尤其径流式风扇，所述风扇具有：流入喷嘴，所述流入喷嘴具有带有迎流角的喷嘴输入开口；和根据上述方面或根据在上文中描述的实施方式之一的空气流引导设备，所述空气流引导设备设置在流入喷嘴的喷嘴输入开口处。

36、优选地提出，空气流引导设备沿空气流的流动方向在风扇的上游设置。补充地或替选地此外优选的是，流出横截面对应于喷嘴输入开口的横截面。

37、根据另一方面，开始提到的目的通过根据权利要求13所述的发电机来实现。发电机尤其是风能设施的发电机。发电机具有至少一个在上文中描述的风扇设备。

38、根据另一方面，开始提到的目的通过根据权利要求14所述的风能设施来实现。风能设施具有在上文中描述的发电机和/或在上文中描述的风扇设备。

39、对于其他方面和其可能的改进方案的其他的优点、实施变型形式和实施细节也参照在上文中对空气流引导设备的对应的特征和改进方案的描述。