ES2252236T3 - Pala para ventilador axial. - Google Patents

Abstract

Pala para ventilador axial para mover cualquier gas, que consta de un borde (2) de ataque, un borde (3) de salida, un lado (7) de presión y un lado (8) de aspiración de manera que cada sección transversal de la pala tiene la forma de un perfil aerodinámico, el ángulo zeta de alabeo de cada sección varía a lo largo de la envergadura de la pala desde un ángulo zeta raíz más grande en la región de raíz (5) de la pala hasta un ángulo zeta punta más pequeño en la región de punta (6) de la pala, caracterizada porque el borde (2) de ataque y el borde (3) de salida están definidos por segmentos de línea que forman unos ángulos dados entre el uno y el otro de manera que se forman protuberancias (11) y reentradas (12) en el borde (2) de ataque y el borde (3) de salida.

Description

Pala para ventilador axial.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a una pala para ventiladores axiales que contiene innovaciones en su forma de manera que produce un nivel de ruido más bajo y un mayor rendimiento que los de las palas de ventilador disponibles en la técnica anterior.

Antecedentes y sumario de la invención

Los ventiladores axiales tienen una gran aplicación en muchas ramas de la industria en las que resulta necesario mover cualquier gas, por ejemplo, el aire. Entre los muchos componentes que constituyen un ventilador, las palas son los elementos que influyen en gran medida en su rendimiento y el nivel de ruido. El diseño de los otros componentes de ventilador que incluyen, por ejemplo, las estructuras de fijación y el cuerpo del ventilador, demanda un esfuerzo relativamente pequeño y es bien conocido en la técnica anterior. Por tanto, debería prestarse una gran atención al diseño de palas a fin de obtener un ventilador con las características deseadas de nivel de ruido y de rendimiento.

Existen muchas palas de ventilador axial disponibles en la técnica anterior que contienen algún tipo de mejora destinada a reducir su nivel de ruido y a aumentar su rendimiento. En las patentes estadounidenses Nº 4.089.618 y Nº 5.603.607, por ejemplo, se presentan palas de ventilador con bordes de salida que contienen muescas o tienen forma de dientes de sierra, y en la patente estadounidense Nº 5.275.535 tanto el borde de ataque como el de salida tienen muescas. Además, en la patentes estadounidenses Nº 5.326.225 y Nº 5.624.234 se presentan palas de ventilador con forma en planta curvada hacia delante y hacia atrás. Además, el documento WO 95/13472 presenta palas de ventilador alabeadas con secciones con forma de plano aerodinámico.

A pesar del hecho de que estas patentes aludidas en realidad presentan una reducción del nivel de ruido y un aumento del rendimiento, la mejora obtenida es bastante moderada. Además, el paso inventivo presente en estas patentes no puede aplicarse a todo tipo de pala de ventilador. Por tanto, el borde de salida con ranuras o forma de dientes de sierra en las patentes estadounidenses Nº 4.089.618 y Nº 5.603.607, por ejemplo, sólo resulta en una mejora en palas con un perfil aerodinámico muy fino o en palas formadas por una lámina curvada. Por consiguiente, la aplicabilidad de estas patentes es limitada.

El ruido producido por una pala de ventilador procede de dos fuentes principales. La primera fuente es el paso de la pala durante su movimiento rotacional sobre obstáculos tal como los soportes del motor. Cada vez que la pala pasa sobre un obstáculo produce una variación de presión sobre el obstáculo que resulta en una emisión de ruido, y la frecuencia de este ruido es igual a la frecuencia de rotación del ventilador multiplicada por el número de palas. Este tipo de ruido puede minimizarse mediante una adecuada elección del número de palas y mediante el diseño de los obstáculos cerca del plano de rotación de las palas y, por tanto, no se analizará en la presente patente. La segunda fuente de ruido es la emisión de vórtices por las palas. En el borde de salida de pala se emiten vórtices debido a la producción de sustentación, tal como es bien sabido por la teoría aerodinámica clásica. Además, la emisión de vórtices también se produce cuando hay una separación de flujo sobre la pala. Estos vórtices emitidos producen variaciones de presión que dan lugar al ruido. En oposición al ruido producido cuando las palas pasan sobre obstáculos, el ruido generado por la emisión de vórtices no se presenta en solo una frecuencia, sino en una banda ancha relacionada con el tamaño de los vórtices emitidos.

Luego la presente invención presenta una innovación técnica en forma de una pala de ventilador que resulta en una emisión de vórtices más baja y, por tanto, en una reducción del nivel de ruido producido por el ventilador. Una emisión de vórtices más baja implica también un gasto de una menor cantidad de la energía proporcionada al ventilador en la producción de vórtices, de manera que puede emplearse una mayor cantidad de energía para producir trabajo en el fluido. Por tanto, la reducción del nivel de ruido viene acompañada de un aumento en el rendimiento del ventilador.

Breve descripción de los dibujos

Los dibujos adjuntos ilustran la pala de bajo ruido y alto rendimiento para un ventilador axial, objeto de la presente patente, en los que:

La figura 1 muestra una vista en perspectiva de la pala de ventilador.

La figura 2 muestra una sección transversal de la pala de ventilador.

La figura 3 muestra un diagrama de la distribución del alabeo de la pala a lo largo de la envergadura de la pala.

La figura 4 muestra la forma en planta de la pala, es decir la proyección de la forma de la pala sobre el plano de rotación del ventilador.

La figura 5 muestra un esbozo de la emisión de vórtices de la pala.

Descripción de realizaciones preferidas

Tal como se muestra en la figura 1, la pala de bajo ruido y alto rendimiento para un ventilador I axial, objeto de la presente patente, consta de una extremidad 2 anterior, llamada borde de ataque, una extremidad 3 posterior, llamada borde de salida, y un fuste 4 para sujetar la pala 1 al cubo del ventilador. La extremidad de la pala 1 más próxima a su eje de rotación se llama raíz 5, mientras que la extremidad más lejana a su eje de rotación se llama punta 6. La distancia entre la raíz 5 y la punta 6 de la pala 1 se llama envergadura.

Cada sección transversal de la pala 1 tiene forma de perfil aerodinámico, tal como se ilustra en la figura 2. El borde 2 de ataque y el borde 3 de salida, según la definición de la figura 1, dividen el perfil aerodinámico en un lado 7 inferior, llamado lado de presión, y un lado 8 superior, llamado lado de aspiración. La línea 9 imaginaria que une el borde 2 de ataque al borde 3 de salida se llama cuerda del perfil y su longitud se llama cuerda. El ángulo entre la cuerda 9 del perfil y el plano 10 de rotación de la pala 1 se llama ángulo \theta de alabeo.

Debido al movimiento rotacional de la pala, la dirección del fluido que se encuentra con el borde 2 de ataque es diferente para cada sección a lo largo de la envergadura de la pala. Por tanto, a fin de optimizar el rendimiento de la pala 1, el ángulo \theta de alabeo varía a lo largo de la envergadura de la pala de manera que compense esta diferencia entre la dirección del movimiento del fluido. La distribución del ángulo de alabeo a lo largo de la envergadura se ilustra en la gráfica de la figura 3. El ángulo de alabeo varía de
un ángulo \theta_{\text{raíz}} más grande en la región de la raíz 5 a un ángulo \theta_{punta} más pequeño en la región de la punta 6 de la pala 1.

La característica de la pala 1 que introduce una novedad con respecto a la técnica anterior y que es responsable de las mejoras en el nivel de ruido y el rendimiento mencionadas anteriormente es la forma de los bordes de ataque y de salida. Tal como se ilustra en la figura 4, que muestra la forma en planta de la pala 1, es decir, la proyección de la forma de la pala sobre su plano de rotación, el borde 2 de ataque y el borde 3 de salida no son rectilíneos. El borde 2 de ataque y el borde 3 de salida están definidos por segmentos de línea que forman unos ángulos dados entre el uno y el otro de manera que se forman protuberancias 11 y reentradas 12, tal como se ilustra en la
figura 4.

La forma de la pala 1 de ventilador axial, tal como se ilustra en la figura 1, produce una perturbación en el flujo del fluido de manera que la velocidad en el lado 8 de aspiración es mayor que en el lado 7 de presión. Por tanto, la presión sobre el lado 8 de aspiración es menor que la presión sobre el lado 7 de presión, lo que resulta en la producción de la fuerza de sustentación que es responsable de realizar trabajo sobre el fluido. Este trabajo realizado sobre el fluido produce el aumento de presión y el movimiento del fluido, que son las funciones básicas de un ven-
tilador.

En la punta 6 de la pala 1, el fluido que pasa sobre el lado 7 de presión se une al fluido que pasa sobre el lado 8 de aspiración. Por tanto, la presión sobre la punta 6 tiene un valor intermedio entre la presión más baja del lado 8 de aspiración y la presión más alta del lado 7 de presión. Por consiguiente, puesto que un fluido siempre tiene tendencia a moverse de una región de mayor presión a una región de menor presión, en el lado 8 de aspiración de la pala 1 el fluido tiende a moverse en el sentido desde la punta 6 hasta la raíz 5, mientras que en el lado 7 de presión de la pala 1 el fluido tiende a moverse en el sentido opuesto, es decir, en el sentido desde la raíz 5 hasta la punta 6. Por tanto, en la región del borde 3 de salida existe una discontinuidad en el sentido del fluido que pasa sobre el lado 8 de aspiración y el lado 7 de presión que resulta en la emisión de vórtices en el borde 3 de salida, tal como se muestra esquemáticamente en la figura 5. Por consiguiente, siempre que hay una producción de sustentación en la pala 1, es decir, siempre que hay una diferencia en la presión entre el lado 8 de aspiración y el lado 7 de presión, habrá una emisión de vórtices en el borde 3 de salida.

La emisión de vórtices tiene lugar en cualquier tipo de pala de ventilador cuando está produciendo sustentación. Por tanto, la emisión de ruido y la pérdida de rendimiento debido a la emisión de vórtices son inevitables en cualquier tipo de pala de ventilador. La innovación tecnológica de la presente invención es por tanto en la forma de la pala 1, que cambia la distribución de sustentación en toda la pala 1 y por consiguiente minimiza la emisión global de vórtices, lo que resulta en un nivel de ruido más bajo y un mayor rendimiento.

La pala 1 para ventilador axial puede construirse utilizando varios materiales. El material más indicado es el plástico reforzado con fibras, debido a sus características, que incluyen un peso reducido, una gran resistencia y una fácil conformación en formas complejas tales como la de la pala 1. También pueden emplearse otros materiales, tales como metales, plásticos u otros tipos de materiales compuestos.

En varias aplicaciones en las que resulta necesario mover cualquier gas puede emplearse un ventilador axial formado por una pluralidad de palas similares a la pala 1. Entre estas aplicaciones están los ventiladores para túneles, para minería, para torres de refrigeración, para enfriadores de aire, para la refrigeración de generadores eléctricos y para la refrigeración de motores.

Teniendo en cuenta la gran variedad de aplicaciones posibles de la pala 1 de ventilador axial, las figuras presentadas en este informe no están a escala y son solo ilustrativas. Por tanto, las dimensiones reales de la pala para una aplicación específica deben determinarse a partir de los requisitos de esta aplicación. Además, dependiendo también de la aplicación, pueden usarse distintos perfiles aerodinámicos, distribuciones del alabeo y números de protuberancias 11 y reentradas 12, siguiendo el alcance de las reivindicaciones de patente adjuntas.

Claims (1)

1. Pala para ventilador axial para mover cualquier gas, que consta de un borde (2) de ataque, un borde (3) de salida, un lado (7) de presión y un lado (8) de aspiración de manera que cada sección transversal de la pala tiene la forma de un perfil aerodinámico, el ángulo \theta de alabeo de cada sección varía a lo largo de la envergadura de la pala desde un ángulo \theta_{\text{raíz}} más
grande en la región de raíz (5) de la pala hasta un ángulo \theta_{punta} más pequeño en la región de punta (6) de la pala, caracterizada porque el borde (2) de ataque y el borde (3) de salida están definidos por segmentos de línea que forman unos ángulos dados entre el uno y el otro de manera que se forman protuberancias (11) y reentradas (12) en el borde (2) de ataque y el borde (3) de salida.