ES2230824T3 - Voluta de ventilador. - Google Patents

Abstract

LA MAGNITUD ANGULAR DEL RECORRIDO DE FLUJO EN UN CARACOL DE VENTILADOR SE AMPLIA REDUCIENDO EL REGIMEN DE DILATACION RADIAL DEL RECORRIDO DE FLUJO. AMPLIANDO LAS DIMENSIONES ANGULARES EN FORMA CIRCUNFERENCIAL DEL CIRCUITO DE FLUJO DEL CARACOL AGUAS DEBAJO DE LAS PALETAS DEL VENTILADOR, LA ESTRUCTURA ANC PUEDE SITUARSE EN O SOBRE EL CARACOL MIENTRAS QUE SE SITUA A UNA DISTANCIA SUFICIENTE AGUAS DEBAJO DE LAS PALETAS. LA LONGITUD DEL CIRCUITO DE FLUJO PUEDE INCREMENTARSE SIN AUMENTAR EL VOLUMEN DEL CARACOL Y, SI SE DESEA, PUEDE LOGRARSE UN INCREMENTO ADICIONAL DEL CIRCUITO DE FLUJO MEDIANTE UNA COMBINACION DE LA REDUCCION DEL REGIMEN DE DILATACION RADIAL, AL MISMO TIEMPO QUE SE INCREMENTA EL VOLUMEN.

Description

Voluta de ventilador.

Para controlar el ruido en unidades de tratamiento de aire (UTAs), se están empezando a utilizar sistemas de control de ruido activos en conducto (CAR) en sistemas de distribución de aire. Un sistema de CAR requiere básicamente la detección del ruido asociado con el ventilador para distribución de aire, que produce una señal de anulación de ruido y que determina los resultados de la señal de anulación con el fin de proporcionar una señal de corrección al altavoz. Hay un tiempo de retardo asociado con la detección del ruido y la producción de la señal de anulación. El tiempo de retardo necesario para que la anulación tenga lugar es igual a la distancia en el sistema requerida entre la referencia, o entrada, el sensor de ruido y el altavoz. Se requiere un espacio adicional entre el altavoz y el sensor de error que también es igual a una distancia en el sistema.

Un ventilador centrífugo descarga aire en una voluta lo que proporciona una trayectoria del flujo que se expande para el aire que pasa desde el rodete a la voluta. La trayectoria del flujo, típicamente, se expande radialmente, pero puede también expandirse axialmente. Es común caracterizar un ventilador por el ángulo de la pendiente de una curva del radio variable (R) de la voluta en función de la amplitud angular o circunferencial (r\theta), donde r es el radio del ventilador y \theta es la amplitud angular). En diseños convencionales, la amplitud angular de la trayectoria del flujo es menor de 360º, siendo típicamente de 300º. Las razones para esta amplitud angular es la difusión del flujo de aire, así como la minimización del espacio y el material necesarios para construir la voluta.

La amplitud angular de una trayectoria del flujo de la voluta de un ventilador, que es un vector de radio desde el cubo del ventilador hasta la voluta tal que el vector de radio es esencialmente perpendicular al flujo que sale de la carcasa del ventilador, se extiende por encima de 360º, reduciendo la tasa de expansión radial de la trayectoria del flujo. Se ha de notar que la amplitud angular aumentado de la trayectoria del flujo de la voluta está en la porción que tiene el radio mayor. A un radio de 0,60 metros, una amplitud circunferencial o angular(r\theta) de 30º corresponde a aproximadamente 0,30 metros. Extendiendo la amplitud angular o circunferencial de la trayectoria del flujo de la voluta aguas abajo del rodete del ventilador y reduciendo la tasa de expansión, la longitud de la trayectoria del flujo puede incrementarse sin aumentar el tamaño o volumen de la voluta o con un mínimo aumento del mismo.

Adicionalmente se puede añadir longitud dentro de la porción de voluta de la trayectoria del flujo aumentando el tamaño o volumen de la voluta. La importancia del aumento de la longitud de trayectoria del flujo es que permite situar la estructura de CAR completamente en el interior de la amplitud de la voluta estando a la vez situada a distancia suficiente aguas abajo del rodete con el fin de evitar un ruido de flujo importante. Una voluta de la técnica anterior se describe en el documento US-A-5.279.515.

Un objeto de esta invención es integrar un sistema de anulación de ruido activo en una unidad de tratamiento de aire.

Otro objeto de esta invención es reducir el impacto en tamaño de los dispositivos de control de ruido activos por medio de una mejor integración de los sistemas de control de ruido activos con soplantes.

Otro objeto de esta invención es aumentar la longitud de la trayectoria del flujo en el interior de la voluta de un ventilador. Estos objetos, y otros que resultarán evidentes a continuación, se consiguen mediante la presente invención.

Básicamente, la tasa de expansión en el interior de una voluta de ventilador se reduce de modo que es necesaria una trayectoria del flujo más larga para conseguir la expansión deseada. El aumento de la longitud de la trayectoria del flujo permite la integración de un sistema de CAR con la unidad de tratamiento de aire.

La Figura 1 es una unidad de tratamiento de aire de la TÉCNICA ANTERIOR con un sistema de CAR para conductos convencionales;

la Figura 2 es una vista de una voluta de ventilador de la TÉCNICA ANTERIOR para la unidad de tratamiento de aire de la Figura 1;

la Figura 3 es una representación gráfica de la relación entre el radio de la voluta y la amplitud angular de la voluta para un \alpha_{1} convencional y los ángulos de expansión de voluta \alpha_{2} de la presente invención;

la Figura 4 es una vista de la voluta de ventilador de la presente invención; y

la Figura 5 es una vista de la voluta de ventilador de la Figura 4 modificada para incluir la estructura de un sistema de CAR para conductos.

En la Figura 1, el número 10 designa generalmente una UTA convencional con estructura de CAR para conductos convencional situada en el conducto 14 que está conectado a la descarga del ventilador 12. La UTA 10 está típicamente compuesta por una pluralidad de secciones y/o subconjuntos que incluyen caja de mezclas 10-1, filtro 10-2, serpentín 10-3 y carcasa de ventilador 10-4. El ventilador 12 tiene un elemento de cierre 12-2 que define la verdadera salida de la voluta 12-1, pero, como es convencional, la salida definida en el elemento de cierre descarga en el conducto mayor 14. Para funcionamiento máximo, se permite que la expansión del flujo tenga lugar en el conducto 14 para una distancia igual a tres veces el diámetro del soplante 12-3. En esa distancia la turbulencia asociada con la descarga del ventilador disminuye junto con las dificultades asociadas a situar micrófonos 16 de detección en una región en la que está presente un ruido considerable generado por el flujo. Un sistema de CAR típico para conductos en sistemas de distribución de aire grandes puede requerir un espacio de tres metros para colocar el micrófono o micrófonos 16 de detección del ruido de entrada, el altavoz o altavoces 18 de anulación de ruido y el micrófono o micrófonos de detección de error 20.

En operación, el soplante 12-3 es accionado por el motor 13 impulsando por ello el aire de retorno y entrada a la UTA 10, a través de un intercambiador de calor definido por el serpentín 10-3 para calentar o enfriar el aire y entregando el aire acondicionado resultante desde la voluta 12-1 al conducto 14. Los ruidos del ventilador son detectados por el micrófono o micrófonos 16 y, mediante circuitería (no ilustrada), el altavoz o altavoces 18 son accionados para producir una señal para anular el ruido del ventilador. El micrófono o micrófonos 20 detectan el resultado de la anulación de ruido por el altavoz o altavoces 18 y mediante circuitería (no ilustrada) la salida del altavoz o altavoces 18 es corregida para que la energía acústica sea minimizada en el micrófono o micrófonos 20.

En referencia específicamente a la Figura 2, como se muestra, el aire es descargado desde el soplante 12-3 que gira en el sentido de las agujas del reloj hasta el espacio 12-4 entre el soplante 12-3 y la voluta 12-1. El espacio 12-4 es de área de sección transversal creciente en la dirección de las agujas del reloj con el fin de que se le permita al aire expandirse mientras se desplaza a lo largo del espacio 12-4 hacia la salida 12-5 del ventilador. Con el elemento de cierre 12-2 definiendo un extremo del espacio 12-4 se notará que el espacio 12-4 es menor de 360º de amplitud. El soplante 12-3 tiene un radio r y está separado del elemento de cierre 12-2 una distancia d tal que el radio, R, de la voluta 12-1 es r+d en el elemento de cierre 12-2. La amplitud angular, \theta, de la voluta 12-1 es medido en el sentido de las agujas del reloj, como se ve en la Figura 2, desde el elemento de cierre 12-2 y, típicamente, es del orden de 300º. El radio R y el espacio 12-4 aumentan con \theta que va en el sentido de las agujas del reloj desde el elemento de cierre 12-2 hacia la salida 12-5 del ventilador. El radio R aumenta hasta su valor máximo R_{0} en la descarga del ventilador.

En referencia a la Figura 3, r+d representa el radio R de la voluta 12-1 en el elemento de cierre 12-2 o el radio de la voluta 112-1 en el elemento de cierre 112-2. El ángulo \alpha_{1} representa el ángulo de expansión para la voluta 12-1 y el radio R alcanza su valor máximo, R_{0}, en R_{0}=(r+d)+r\theta_{1} tan \alpha_{1}. Un valor típico de \theta_{1} sería 300º. De acuerdo con las enseñanzas de la presente invención, el ángulo de expansión a1 se reduce a \alpha_{2} y, de acuerdo con esto, R_{0}=(r+d)+r\theta_{2} tan \alpha_{2}. Un valor típico de \theta_{2} sería 450º, lo que representaría aproximadamente un aumento de 1,5 metros de r\theta_{2} con respecto a r\theta_{1} para un radio de 0,60 metros. Un valor típico de \alpha_{2} sería de 4º a 10º. Obsérvese que mientras que se usa una voluta con una expansión lineal a título ilustrativo, pueden utilizarse otras expansiones.

En las Figuras 4 y 5, el número 112 designa el ventilador modificado de la presente invención. En el ventilador 112, en comparación con el ventilador 12, el elemento de cierre ha sido efectivamente desplazado en el sentido contrario de las agujas del reloj de modo que la tasa de expansión radial, \alpha_{2}, del espacio 112-4 es menor que la tasa de expansión radial correspondiente, \alpha_{1}, del espacio 12-4. Adicionalmente, la amplitud angular \theta desde el punto de mayor proximidad entre el soplante 112-3 y el elemento de cierre 112-2 y la salida 112-5 es, como se muestra, del orden de 180º mayor que la del ventilador 12, o sea \theta es al menos 400º pero, preferiblemente del orden de 480º. La presente invención utiliza el aumento de la amplitud circunferencial para situar la estructura de CAR, que está entonces suficientemente lejos a lo largo de la trayectoria del flujo en la voluta 112-1. Como se ha señalado anteriormente, la lenta tasa de expansión en la voluta 112-1 comparada con la voluta 12-1 proporciona una trayectoria del flujo más larga con el mismo volumen. Si se incrementa el volumen en combinación con la lenta tasa de expansión, la longitud de la trayectoria del flujo puede ser aumentada aun más. Debido a que el aumento de la longitud es de naturaleza espiral, la porción de la trayectoria del flujo más allá de 360º es separada radialmente de la porción aguas arriba de la trayectoria del flujo en vez de ser separada axialmente. De acuerdo con esto, toda, o porciones de, la trayectoria del flujo de la voluta pueden estar provistas de un forro de amortiguación acústica.

En referencia específicamente a la Figura 5, se observará que el micrófono o micrófonos de detección están situados en un lugar, nominalmente, 360º a lo largo de la trayectoria del flujo de forma que están delante o directamente opuestos al elemento de cierre 12-2 del ventilador. El micrófono o micrófonos 16 de detección pueden estar situados más lejos aguas arriba, por ejemplo 300º a lo largo de la trayectoria del flujo puesto que la amplitud angular es sólo un componente de los parámetros que dictan la longitud de la trayectoria del flujo. Los altavoces 18 están situados aguas abajo del micrófono o micrófonos 16, como se muestra, nominalmente, 120º más lejos a lo largo de la trayectoria del flujo. Puesto que la situación del micrófono 16 puede variar, los altavoces 18 pueden moverse también aguas arriba, siendo 400º a lo largo de la trayectoria del flujo el menor intervalo aceptable. A un diámetro nominal de 0,60 metros, los 120º se traducen en alrededor de 1,20 metros aguas abajo del micrófono o micrófonos 16. El micrófono o micrófonos 20 puede estar situado aguas abajo del soplante 112-3 en el conducto (no ilustrado) de modo que están en el mismo plano o aguas abajo del altavoz o altavoces 18. Si es necesario, o se desea, el altavoz o altavoces 18 pueden estar situados en el conducto (no ilustrado) mientras se aprovechan las características de ahorro de espacio asociadas con situar el micrófono o micrófonos 16 en o sobre la voluta 112-1.

Claims (8)

1. Un ventilador (112) que tiene una carcasa;

teniendo la citada carcasa (112-1) una salida (112-5);

un soplante (112-3) situado en la citada carcasa;

teniendo la citada carcasa una sección que aumenta radialmente que rodea al citado soplante y que define con él una trayectoria del flujo;

un elemento de cierre (112-2) situado en la citada carcasa y que actúa conjuntamente con el citado soplante para definir la menor separación radial entre el citado soplante y cualquier estructura circundante;

una trayectoria del flujo (112-4) definida entre el citado soplante y la citada sección que aumenta radialmente empezando en el citado elemento de cierre y que se extiende en al menos 360º a partir del citado elemento de cierre.

2. El ventilador de la reivindicación 1 en el que la citada trayectoria del flujo es de amplitud mayor de 450º.

3. El ventilador de la reivindicación 1, que incluye también medios (16) para detectar ruido situados en un lugar al menos 300º a lo largo de la citada trayectoria del flujo.

4. El ventilador de la reivindicación 3, que incluye también medios (18) para producir una señal de anulación de ruido en un lugar al menos 360º a lo largo de la trayectoria del flujo.

5. El ventilador de la reivindicación 4, en el que la citada trayectoria del flujo es de amplitud mayor de 450º.

6. El ventilador de la reivindicación 1, que incluye además medios (16) para detectar ruido situados nominalmente en oposición al citado elemento de cierre.

7. El ventilador de la reivindicación 6, que incluye también medios (18) para producir una señal de anulación de ruido en un lugar al menos 360º a lo largo de dicha trayectoria del flujo.

8. El ventilador de la reivindicación 7, en el que la citada trayectoria del flujo es de alcance mayor que 450º.