ES2636989T3

ES2636989T3 - Un ventilador meridional

Info

Publication number: ES2636989T3
Application number: ES09701751.1T
Authority: ES
Inventors: Anthony Geoffrey Sheard; Allessandro Corsini; Franco Rispoli
Original assignee: Howden Axial Fans AB
Current assignee: Howden Axial Fans AB
Priority date: 2008-01-14
Filing date: 2009-01-13
Publication date: 2017-10-10
Anticipated expiration: 2029-01-13
Also published as: WO2009090376A1; GB0800582D0; GB2452104B; GB2452104A; EP2242932A1; EP2242932B1

Abstract

Un ventilador meridional adaptado para ser montado de manera giratoria en un anillo (3) de conducto de sección transversal circular para impulsar aire a través del conducto, y que tiene una pluralidad de aspas (2) de ventilador con puntas (4) de aspa periféricas que tienen una anchura que define un arco con una extensión circunferencial que describe, durante el funcionamiento, una trayectoria circular adyacente al anillo (3) del conducto, en el que cada una de las puntas (4) de las aspas tiene un borde (6) de entrada, un borde (9) de salida y una superficie (8) exterior de la punta, en el que se forma una trayectoria de fuga entre la superficie (8) exterior de la punta y el anillo (3) de conducto, en el que al menos uno de los bordes (6) y/o la superficie (8) exterior tiene un perfil no uniforme para influir sobre el flujo de aire a través de la trayectoria de fuga de flujo, caracterizado por que: la o cada punta (4) tiene una pestaña (5) que se extiende en la dirección axial en el lado de salida de alta presión, aguas abajo, del ventilador, que aumenta la longitud de la trayectoria de flujo de fuga, y en el que el borde (6) de entrada de la pestaña (5) tiene un perfile no uniforme de manera que la extensión axial circunferencial del borde (6) de entrada de la pestaña (5) varía a lo largo de la anchura de la punta del aspa.

Description

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DESCRIPCION

Un ventilador meridional

La presente invencion se refiere a ventiladores meridionales, particularmente pero no exclusivamente, a ventiladores de flujo axial para propositos de ventilacion y/o calefaccion de aire a gran escala en edificios industriales, unidades de aire acondicionado industriales, sistemas de metro e infraestructuras similares de gran tamano.

^picamente, dichos ventiladores estan situados en un sistema de conductos y es deseable, en aras de la eficiencia, que el area barrida por las aspas del ventilador este situada en una parte cilmdrica anular del sistema de conductos con una separacion minima entre las puntas de las aspas del ventilador y la superficie del anillo cilmdrico. Para conseguir esto, la superficie exterior de las puntas de las aspas del ventilador tiene un contorno en forma de un arco que corresponde al cfrculo barrido por las aspas del ventilador.

Durante el funcionamiento, la entrada de trabajo aerodinamico del ventilador establece una presion mas alta aguas abajo del ventilador que aguas arriba del ventilador. El aumento de presion se obtiene por medio de las fuerzas aerodinamicas en juego cuando el aire fluye alrededor de las aspas del rotor. Debido al diseno del aspa, se establece una diferencia de presion entre la superficie o lado de presion del aspa y su superficie o lado de succion. El resultado de esta diferencia de presion significa que el aire tiende a retornar en la punta del ventilador desde el lado de la alta presion al lado de baja presion. Este movimiento de aire reduce la eficiencia del ventilador y aumenta tambien el ruido generado por el ventilador. Un procedimiento conocido para reducir la cantidad de aire de retorno es manteniendo el espacio entre las puntas del ventilador y el anillo cilmdrico en un mmimo y extendiendo tambien la longitud de la separacion incorporando en la punta de cada aspa una pestana de extension que aumenta la longitud de la separacion en la direccion del flujo de fuga y, por lo tanto, aumenta la resistencia al flujo de retorno a traves de la separacion.

La presente invencion pretende proporcionar una forma mejorada de una punta de aspa de ventilador que aumenta la eficiencia del ventilador y, al mismo tiempo, reduce el ruido generado por el ventilador.

De manera intuitiva, las puntas de ventilador se han fabricado en el pasado lo mas uniformes posible, pero sorprendentemente ahora se ha descubierto que un perfil no uniforme para ciertas secciones de la punta del aspa puede ser ventajoso para aumentar la eficiencia del ventilador, reducir la energfa necesaria para accionar el ventilador a una velocidad y una presion determinadas y, al mismo tiempo, reducir el ruido generado por el ventilador. El perfil uniforme de las puntas de aspa convencionales conocidas conduce a la generacion de fuertes vortices en la punta del aspa y se cree que estos vortices, cuando alcanzan un estado cntico, se expanden repentinamente muy rapidamente, hasta el punto de provocar una explosion o un colapso del vortice, lo que genera una gran turbulencia. Este efecto adverso se amplifica si los vortices inciden sobre un aspa de ventilador adyacente, en cuyo punto estallan al impactar.

El documento GB 2050530 (Papst) (D3) describe un ventilador axial para impulsar aire a traves de un conducto y tiene una pluralidad de aspas de ventilador con puntas de aspa perifericas que tienen un borde de entrada, un borde de salida y una superficie exterior de punta que definen una trayectoria de fuga entre la punta y el anillo del conducto. La punta tiene una pestana que se extiende en la direccion axial, pero todo el contenido de la memoria descriptiva es que esta en el lado aguas arriba y es enteramente fortuito que, en ciertas realizaciones, por razones de fabricacion, la punta se extienda tambien sobre el lado de alta presion aguas abajo. Sin embargo, no hay descripcion o ensenanza en la memoria descriptiva acerca de que la importancia de que la pestana de la punta y, por lo tanto, la trayectoria de fuga, se extienda al lado de alta presion.

El documento FR 2753495 (Valeo) (D2) describe un ventilador giratorio en un conducto y en la trayectoria de fuga entre las puntas exteriores de las aspas del ventilador y el conducto proporciona medios en la forma de protuberancias para minimizar la anchura de la trayectoria de fuga. No hay ninguna ensenanza acerca de la conveniencia de tener la trayectoria de fuga en el lado de alta presion ni acerca de las ventajas de tener un borde de entrada no uniforme.

Los documentos DE 3234011 (D4) y US 4089618 (D5) describen ventiladores en los que los bordes radiales posteriores de las aspas del ventilador tienen un perfil no uniforme para generar turbulencia para reducir el ruido. Sin embargo, ninguna de las dos patentes menciona la caractenstica de las trayectorias de fuga entre las puntas de las aspas del ventilador y la carcasa. El documento US 2003/095864 (D6) describe un ventilador en el que las puntas exteriores de las aspas del ventilador tienen una pieza de extremo que se extiende axialmente en ambas direcciones del aspa del ventilador para romper el vortice en el extremo del aspa. No hay ninguna discusion ni ensenanza acerca de la trayectoria de fuga o acerca de los problemas asociados con dicha disposicion. Tampoco hay ninguna discusion acerca de las ventajas del uso de perfiles no uniformes para los bordes de las caras

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extremas.

Segun la presente invencion, se proporciona un ventilador meridional adaptado para ser montado de manera giratoria en un anillo de conducto de seccion transversal circular para impulsar aire a traves del conducto, y que tiene una pluralidad de aspas de ventilador con puntas de aspa perifericas que tienen una anchura que define un arco con una extension circunferencial que describe, durante el funcionamiento, una trayectoria circular adyacente al anillo de conducto, en el que cada una de las puntas de aspa tiene un borde de entrada, un borde de salida y una superficie exterior de la punta, en el que una trayectoria de fuga esta formada entre la superficie exterior de la punta y el anillo de conducto, en el que el al menos un borde y/o la superficie exterior tiene un perfil no uniforme para influir sobre el flujo de aire a traves de la trayectoria de fuga de flujo, caracterizado por que la o cada punta tiene una pestana que se extiende en la direccion axial en el lado de alta presion, aguas arriba, del ventilador, lo que aumenta la longitud de la trayectoria de flujo de fuga y en el que el borde de entrada de la pestana tiene un perfil no uniforme de manera que la extension axial circunferencial del borde de entrada de la pestana vana a lo largo de la anchura de la punta del aspa.

Preferiblemente, el borde de entrada de la pestana tiene un perfil ondulado. En una realizacion adicional, el borde de salida de la punta del aspa incluye un reborde escalonado que se extiende al menos parcialmente a traves de la anchura de la punta del aspa. En una forma, el reborde escalonado consiste en una pluralidad de rebajes escalonados separados a lo largo de la anchura de la punta del aspa. Preferiblemente, estos rebajes escalonados estan separados regularmente, pero pueden estar separados irregularmente.

En una realizacion preferida, la superficie de la punta exterior tiene un perfil no uniforme en la direccion circunferencial. Preferiblemente, el perfil no uniforme puede estar formado por ondulaciones o por ranuras o una mezcla de las mismas en la superficie exterior. Las ondulaciones y las ranuras pueden extenderse parcial o completamente a lo largo de la extension axial de la superficie exterior. En una realizacion adicional (no mostrada), la punta del ventilador incluye una pluralidad de orificios o perforaciones.

A continuacion, se describiran realizaciones preferidas de la presente invencion, a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

La Figura 1 muestra una vista axial de un ventilador axial que tiene cuatro aspas situadas en una carcasa cilmdrica,

La Figura 2 muestra una vista radialmente hacia el interior de un aspa de ventilador,

La Figura 3 muestra una seccion axial de un aspa de ventilador y la carcasa cilmdrica,

La Figura 4 muestra una vista fragmentada de un aspa de ventilador en la direccion de la flecha B mostrada en la Figura 3,

La Figura 5 muestra una vista fragmentada del borde de salida de un aspa de ventilador,

La Figura 6 muestra una vista correspondiente del borde de salida de una realizacion adicional, y

La Figura 7 muestra una vista fragmentada de la superficie exterior de una realizacion adicional de la punta del aspa.

A continuacion, con referencia a la Figura 1, se muestra una vista axial de un ventilador de flujo axial que tiene cuatro aspas 2 de ventilador montadas para girar alrededor de un eje 1 de una parte 3 de anillo cilmdrico de un sistema de conductos de un sistema de ventilacion de aire. El area barrida por el ventilador es tal que las puntas 4 de las aspas estan muy proximas al anillo 3 cilmdrico con solo una separacion minima entre los mismos. Para minimizar esta separacion, las superficies exteriores de las puntas 4 de las aspas tienen un contorno arqueado definido por el cfrculo barrido por las aspas 2.

Haciendo referencia ahora a la Figura 2, puede verse tambien que el aspa del ventilador tiene en su extremo una pestana 5 que sirve para aumentar la extension circunferencial de la separacion entre la superficie exterior de la punta y el anillo 3 cilmdrico para aumentar la resistencia del flujo de aire a traves de la separacion. En esta realizacion, puede verse que el borde 6 de la pestana 5 tiene un perfil ondulante, no uniforme, en la direccion circunferencial y, en un extremo de la punta, la superficie exterior esta cortada para proporcionar una superficie exterior no uniforme para la punta.

La Figura 3 ilustra una seccion transversal esquematica a traves del eje del ventilador y el anillo 3 cilmdrico que ilustra la pestana 5 periferica con su borde 6 de entrada no uniforme. La pestana se extiende axialmente aguas abajo en el lado de alta presion del aspa de ventilador. El efecto de la alta presion sobre el lado de presion del aspa

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significa que el aire tiende a retornar en la periferia de las puntas del ventilador a traves de la separacion entre la punta 4 de ventilador y el anillo 3 cilmdrico, tal como se ilustra mediante la flecha 7. De esta manera, la separacion forma una trayectoria de flujo de fuga para que el aire fluya desde el lado de alta presion, aguas arriba, del aspa hacia atras al lado de baja presion, aguas arriba, y es deseable reducir este flujo a un mmimo. La presion maxima sobre el lado inferior del ventilador ocurre en la capa lfmite adyacente a la cara del ventilador. La fuerza centnfuga tiende a impulsar la capa lfmite hacia arriba hacia la punta del ventilador y se ha encontrado que con la pestana la capa lfmite es desviada y disipada con el efecto de que la presion en la entrada a la trayectoria de fuga es menor de lo que sena de otra manera.

La Figura 4 ilustra una vista fragmentada de un aspa 2 de ventilador y su punta 4 en la direccion de la flecha B en la que la superficie 8 exterior de la punta tiene un perfil no uniforme en la direccion circunferencial formada por ondulaciones. Estas ondulaciones pueden tener un tamano regular o irregular.

La Figura 5 ilustra una vista esquematica de la punta 4 del aspa de ventilador que tiene en el lado de baja presion una serie de rebordes 9 escalonados o rebajes que sirven para desacelerar abruptamente el flujo de aire cuando sale de la separacion entre la punta 4 del aspa y el anillo 3 cilmdrico. Estos rebajes pueden estar separados regularmente, pueden tener un tamano regular o pueden estar separados irregularmente y pueden tener un tamano irregular.

La Figura 6 ilustra una realizacion alternativa de una vista posterior de la punta del aspa en la que se proporciona un reborde 9 escalonado continuo a traves de toda la anchura del aspa de ventilador. En esta realizacion, la pestana 5 que se extiende perifericamente tiene una dimension no uniforme en la direccion circunferencial formada por una curvatura gradual del borde 6 de entrada. En otra realizacion, no mostrada, la variacion en la extension circunferencial de la pestana puede formarse de una manera escalonada con pasos separados regular o irregularmente.

La Figura 7 muestra una realizacion adicional en la que la superficie externa de la pestana que se extiende hacia delante tiene una pluralidad de rebajes o ranuras separadas que pueden extenderse o no a traves del borde de entrada o del borde de salida de la superficie exterior.

Se apreciara que los diferentes procedimientos de provision de un perfil no uniforme para la superficie exterior, los bordes de entrada y de salida de la punta del aspa pueden ser usados individualmente o en cualquier combinacion dependiendo del tamano particular, la velocidad de diseno, el numero de aspas, etc., de un ventilador particular. En este sentido, aunque la realizacion espedfica muestra un ventilador con cuatro aspas, se entendera que el numero de aspas puede variar dependiendo de los parametros de diseno de la instalacion particular. Pueden proporcionarse otras formas de no uniformidad, tales como un canal circunferencial en la superficie exterior de la punta. Aunque la realizacion descrita es un ventilador de flujo axial, la invencion es aplicable tambien a ventiladores de flujo mixto. En dichas aplicaciones, el anillo de conducto no es necesariamente cilmdrico, sino que podna ser conico o podna tener un diametro que aumenta exponencialmente.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Un ventilador meridional adaptado para ser montado de manera giratoria en un anillo (3) de conducto de seccion transversal circular para impulsar aire a traves del conducto, y que tiene una pluralidad de aspas (2) de ventilador con puntas (4) de aspa perifericas que tienen una anchura que define un arco con una extension circunferencial que describe, durante el funcionamiento, una trayectoria circular adyacente al anillo (3) del conducto, en el que cada una de las puntas (4) de las aspas tiene un borde (6) de entrada, un borde (9) de salida y una superficie (8) exterior de la punta, en el que se forma una trayectoria de fuga entre la superficie (8) exterior de la punta y el anillo (3) de conducto, en el que al menos uno de los bordes (6) y/o la superficie (8) exterior tiene un perfil no uniforme para influir sobre el flujo de aire a traves de la trayectoria de fuga de flujo, caracterizado por que:

la o cada punta (4) tiene una pestana (5) que se extiende en la direccion axial en el lado de salida de alta presion, aguas abajo, del ventilador, que aumenta la longitud de la trayectoria de flujo de fuga, y en el que el borde (6) de entrada de la pestana (5) tiene un perfile no uniforme de manera que la extension axial circunferencial del borde (6) de entrada de la pestana (5) vana a lo largo de la anchura de la punta del aspa.
2. Ventilador segun la reivindicacion 1, en el borde (6) de entrada de la pestana tiene un perfil ondulado.
3. Ventilador segun la reivindicacion 1 o 2, en el que el borde de entrada de la punta del ventilador incluye un rebaje (9) escalonado que se extiende al menos parcialmente a traves de la anchura de la punta (3) del aspa.
4. Ventilador segun la reivindicacion 3, en el que el rebaje (9) escalonado comprende una pluralidad de rebajes escalonados separados a lo largo de la anchura de la punta del aspa.
5. Ventilador segun la reivindicacion 5, en el que los rebajes (9) escalonados estan separados regularmente a lo largo de la anchura de la punta del aspa.
6. Ventilador segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la superficie (8) de la punta exterior tiene un perfil no uniforme en la direccion circunferencial.
7. Ventilador segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la superficie (8) de la punta exterior tiene un perfil no uniforme en la direccion axial.
8. Ventilador segun la reivindicacion 6 o 7, en el que el perfil no uniforme esta formado por ondulaciones o por ranuras (10) o una mezcla de las mismas.
9. Ventilador segun la reivindicacion 9, en el que las ondulaciones y/o las ranuras (10) se extienden parcial o completamente a lo largo de la extension axial de la superficie exterior.