ES2925267T3 - Ventilador axial industrial con aspas de bajo ruido y alta eficiencia - Google Patents

Abstract

Hoy en día, los álabes de bajo ruido y especialmente los álabes de muy bajo ruido para ventiladores axiales de gran diámetro que se emplean en las grandes máquinas y plantas de refrigeración son tan costosos y requieren tantos costes adicionales en otros equipos relacionados, que la reducción de la contaminación acústica puede aumentar el coste total del aparato de refrigeración hasta en un 35%. Esta invención proporciona una nueva tecnología para fabricar ventiladores de bajo nivel de ruido capaces de transformar cualquier aspa común en uno de bajo o muy bajo nivel de ruido a un costo muy bajo, conservando la misma alta eficiencia y velocidad punta, a diferencia de todas las demás aspas de bajo nivel de ruido. estado actual del arte. Dado que los ventiladores de los grandes aparatos de refrigeración son generalmente su principal fuente de ruido, esta invención ofrecerá la oportunidad de reducir drásticamente la contaminación acústica producida por las grandes máquinas y plantas de refrigeración. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Ventilador axial industrial con aspas de bajo ruido y alta eficiencia

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un ventilador axial industrial de muy bajo ruido con aspas de alta eficiencia.

ANTECEDENTES

Los ventiladores axiales que se utilizan en los aparatos comerciales de refrigeración por aire deben distinguirse en dos grupos principales que comprenden los ventiladores de refrigeración de pequeño tamaño y los de gran tamaño, respectivamente.

De hecho, el tamaño de un ventilador de refrigeración puede variar desde unos pocos milímetros (como en el caso de un ventilador del tipo utilizado para refrigerar dispositivos electrónicos), hasta unos pocos decímetros (como en el caso de un ventilador utilizado para refrigerar un motor de automóvil), e incluso hasta los 20 metros de diámetro de un ventilador utilizado en un ACC o en una planta de torre de refrigeración de agua.

El límite entre los dos grupos, por supuesto, no puede fijarse de forma rígida, pero suele situarse, entre los expertos en la materia, aproximadamente en un diámetro de ventilador de unos 900 mm, lo que significa que los ventiladores con un diámetro inferior a 900 mm pertenecen al primer grupo, mientras que los ventiladores con un diámetro superior a 900 mm pertenecen al segundo grupo.

Las características técnicas de un ventilador dependen en gran medida de su tamaño (diámetro) y difieren en función de que el ventilador pertenezca al primer grupo o al segundo, debido esencialmente a que las prestaciones que deben proporcionar los ventiladores pertenecientes a ambos grupos son diferentes.

Lo anterior significa que los ventiladores axiales de gran diámetro tienen características técnicas profundamente diferentes de las de los ventiladores de pequeño tamaño, independientemente del hecho de que incluso los ventiladores con diferentes dimensiones (diámetro) se proporcionan para el mismo propósito, a saber, mover el aire con el fin de enfriar aparatos y/o equipos o similares.

La razón principal por la que las características técnicas cambian tan drásticamente con el aumento del tamaño del ventilador está relacionada con el hecho de que las fuerzas, y las potencias, que actúan sobre el ventilador dependen de su diámetro. Por ejemplo, la potencia absorbida por un ventilador de unos pocos mm de tamaño es una pequeña fracción de kW, mientras que un ventilador muy grande puede absorber unos cientos de kW.

Del mismo modo, durante el funcionamiento, las fuerzas que actúan sobre las aspas de un ventilador de gran diámetro, son muy elevadas por lo que el diseño estructural de los ventiladores de gran tamaño (fuertemente cargados durante la rotación) se vuelve muy complicado, esencialmente debido al hecho de que las formas complicadas que, en el caso de los ventiladores pequeños permitirían reducir el ruido y mejorar el nivel de eficiencia, pueden no ser tomadas en consideración en el caso de los ventiladores grandes.

Además, la eficiencia de un ventilador debe ser considerada también, debido a las grandes cantidades de consumo de energía involucradas; de hecho, en el caso de grandes ventiladores, unos pocos puntos porcentuales de mayor eficiencia pueden resultar en décimas de kilovatios ahorrados.

Además, hay que tener en cuenta que, en términos generales, los pequeños ventiladores, tanto por su pequeño tamaño como por sus características técnicas, suelen realizarse en fundición de una sola pieza, y pueden incluir un anillo periférico que une todas las aspas para añadir resistencia al ventilador.

En la figura 1 se ilustra un ventilador según el estado de la técnica que comprende un anillo periférico como ejemplo de un ventilador con estabilidad mejorada, pero en el que incluso la eficiencia es mejorada por el anillo periférico (que ayuda a prevenir el reflujo en la punta de las aspas).

Es bien sabido por los expertos en la materia que los grandes ventiladores no suelen estar provistos de un anillo periférico como el que se ilustra en la figura 1, esencialmente por razones estructurales. Además, incluso suponiendo que fuera técnicamente posible realizar dicho anillo periférico también para un ventilador grande, la provisión del anillo no emparejaría con una necesidad adicional que surge en el caso de los ventiladores grandes, a saber, la de ajustar el paso en vista de las circunstancias.

De hecho, la mayoría de los aparatos de refrigeración servidos por dichos ventiladores están hechos a medida y las condiciones operativas del ventilador son muy variables, lo que significa que, para satisfacer dichas condiciones operativas, es obligatorio un ajuste del paso. En segundo lugar, es importante tener la posibilidad de ajustar el paso porque los clientes requieren tener la posibilidad de ajustar el paso in situ. Un ejemplo de ventilador industrial de paso variable se conoce en el documento US4221541 A.

Sin embargo, un paso ajustable implica un espacio abierto entre la punta de la aspa y el anillo del ventilador, pero el espacio abierto obligatorio afecta negativamente a la eficiencia del ventilador.

La dimensión de este espacio ha sido limitada por la norma internacional a entre 3 y 5 milésimas del diámetro del ventilador; sin embargo, la norma mencionada puede cumplirse, en el caso del paso ajustable, sólo cuando las aspas están orientadas en un ángulo de paso predefinido, mientras que, para todos los demás ángulos de paso (distintos del predefinido), la norma se cumple sólo en la zona donde se encuentra el eje de ajuste del ángulo de paso; en consecuencia, al aumentar o disminuir el ángulo de paso no se puede evitar que el borde de ataque y de salida se alejen del anillo del ventilador, principalmente en función de la cuerda de los álabes, aumentando así el reflujo.

Además, en cuanto a la necesidad de mantener el ruido en valores bajos en el campo de los grandes ventiladores, a continuación se proporciona más información y definiciones con el fin de aclarar mejor el estado de la técnica anterior y apreciar mejor la presente invención. En términos generales, es posible dividir los requisitos de los grandes ventiladores en función del nivel de ruido solicitado en tres categorías:

• Primer nivel de ruido: no hay requisitos especiales en cuanto al nivel de ruido. Los ventiladores tienen una cuerda bastante estrecha y funcionan a la velocidad máxima de punta aceptada por las normas, que es de unos 60 m/s. En general, esta es la condición que permite a los ventiladores ofrecer su mejor rendimiento con los menores costes. Hoy en día existen tres aspas típicas que se utilizan habitualmente en los grandes ventiladores del mercado y que se ilustran en las figuras 2a, 2b y 2c. En el caso de estas tres aspas, la alta eficiencia se obtiene utilizando un perfil aerodinámicamente eficiente y teniendo una velocidad de aire uniforme en todo el radio. La distribución uniforme del aire se obtiene con cada tipo de aspa de forma diferente: la aspa de la figura 2a es retorcida, la aspa de la figura 2b es cónica, la aspa de la figura 2c comprende en el perfil una aleta recortada de forma que la aspa resulta finalmente ser tanto retorcida como cónica.

• Segundo nivel de ruido: cuando hay que cumplir los requisitos de ruido medio bajo, lo que significa que el nivel de ruido debe reducirse en unos 5 dB(A). Según las soluciones conocidas, esto se obtiene ampliando la anchura de la cuerda para disminuir y distribuir las fuerzas que actúan sobre la superficie de la aspa y para compensar la pérdida de rendimiento debida a la reducción de la velocidad a 45 m/s. Una relación típica de aumento de la cuerda podría ser de 2,5 veces con respecto al ventilador de primer nivel de ruido. Sin embargo, es fácil imaginar que los costes se ven fuertemente afectados (aumentados) por la necesidad de aumentar la anchura de la cuerda. Pero el aumento de los costes no es el único efecto negativo. De hecho, también la ampliación como tal de la anchura de la cuerda a lo largo de toda la envergadura de la aspa tiene algunos efectos perjudiciales en el rendimiento aerodinámico de la aspa: de hecho, como es bien sabido por un técnico experto en aerodinámica, el aumento de la relación anchura/longitud de la aspa, según la teoría del ala, reduce la eficiencia aerodinámica.

Otro efecto negativo de esta condición está relacionado con el hecho de que la relación cuerda total en la punta/circunferencia, llamada solidez, asume valores que afectan negativamente a la eficiencia del ventilador. Además, hay que recordar que los ventiladores a los que se hace referencia aquí pertenecen a la categoría de ventiladores grandes a los que se les exige tener un ángulo de paso ajustable, lo que significa que la misma aspa puede utilizarse en situaciones en las que el ángulo de paso es muy grande, típico de la baja velocidad, en las que, sin embargo, la gran holgura de la punta en el borde de ataque y de salida reduce la eficiencia y aumenta el ruido.

En un ventilador de 10 m, el aumento de la cuerda de 0,6 m (típico para un ventilador de primer nivel de ruido) a 1,4 m (típico para un ventilador de segundo nivel de ruido), significaría que la holgura de la punta, tanto en el borde de ataque como en el de salida, aumentaría hasta 5,5 veces, por lo que esta solución tendría como consecuencia un gran aumento del coste y una importante pérdida de eficiencia. Además, también habría un gran aumento del coste del equipo de transmisión de potencia debido al aumento de la relación de velocidad, junto con un aumento del coste del motor porque la menor eficiencia requiere un motor de mayor potencia.

En las figuras 3a y 3b es posible ver en un caso real lo diferente que es la solidez en los ventiladores de primer y segundo nivel de ruido.

• El tercer nivel de ruido: generalmente llamado en el campo súper bajo ruido, requiere una reducción adicional de unos 4 dB(A) del valor del ruido con respecto a los ventiladores de bajo ruido. Según los procedimientos utilizados hoy en día para obtener esta reducción del ruido, se reduce aún más la velocidad de la punta, se aumenta la cuerda de la punta y se barren las aspas hacia delante en el sentido de rotación del ventilador, con el fin de disminuir las fluctuaciones locales de presión generadas por el choque del flujo, para atenuar la emisión sonora y disminuir la acumulación de la capa límite sobre ella.

Existen esencialmente tres procedimientos conocidos para realizar dicho barrido hacia delante de la aspa: barrer el borde de ataque en el espacio como se ilustra en la figura 4a, barrer el borde de ataque en el plano como se ilustra en la figura 4b, barrer según una línea como se ilustra en la figura 4c (y se divulga además en el documento US 8851851 B2).

Como se ilustra, todos estos tipos de aspas tienen claramente una cuerda muy grande en la punta y, especialmente, la aspa de la figura 4a.

Todos estos sistemas del estado de la técnica, pero en particular el primero de ellos, tienen una forma muy complicada. Como ya se ha divulgado anteriormente, la gran cuerda de la punta conlleva una mayor pérdida de eficiencia en comparación con las aspas del segundo nivel de ruido. Pero hay incluso otra razón importante de ineficacia: la forma muy grande de la aspa no permite una distribución eficiente de la sección aerodinámica porque su tamaño disminuye hacia el buje y el elevado aumento de la torsión en la raíz no permite compensar lo que se ha perdido por la disminución de la cuerda.

A la vista de lo anterior se puede afirmar que todos los sistemas y procedimientos disponibles hoy en día en el mercado para reducir el ruido de los grandes ventiladores tienen un inconveniente muy importante, a saber, una pérdida de energía muy grande y unos costes muy elevados de toda la máquina o planta, incluso más del 30% que un ventilador de segundo nivel de ruido.

SUMARIO

Por lo tanto, el objetivo principal de la presente invención es proporcionar un aspa, en particular para ventiladores axiales de gran diámetro y muy silenciosos, que permita superar el inconveniente no resuelto por la técnica anterior. Dentro de este objetivo, es objeto de la presente invención proporcionar un aspa, en particular para ventiladores y rotores de muy bajo ruido, que siga teniendo una alta eficiencia aerodinámica en comparación con los ventiladores de muy bajo ruido del tipo conocido, en las mismas condiciones de funcionamiento.

También es objeto de la presente invención proporcionar un aspa, en particular para ventiladores o rotores axiales de gran diámetro y muy bajo nivel de ruido, que tenga unos costes de fabricación reducidos con respecto a las aspas conocidas para las mismas aplicaciones.

La presente invención se basa, por lo tanto, en la consideración principal de que los inconvenientes que afectan tanto a las aspas como a los ventiladores del estado de la técnica pueden superarse eficazmente o, al menos, reducirse drásticamente proporcionando un aspa que, cuando se fija al rotor con un ángulo de paso cero, tiene una proyección en forma de V en un plano paralelo al plano de rotación.

Además, según otra consideración, el aspa en forma de V se obtiene preferentemente uniendo una primera parte de la aspa, interior, con una segunda parte de la aspa, exterior, que tiene aproximadamente la misma longitud o incluso longitudes diferentes (dependiendo de la realización), para formar un ángulo obtuso en el borde de ataque de la aspa.

En vista de las consideraciones anteriores y de los inconvenientes que afectan a los aspas y a los ventiladores según el estado de la técnica, se divulga a continuación un aspa para ventiladores axiales de bajo nivel de ruido y/o de alta eficiencia, comprendiendo dicho aspa un borde delantero y un borde trasero, siendo el borde delantero el borde de ataque de la aspa orientado hacia la dirección de rotación del ventilador en una condición operativa y siendo dicho borde trasero el borde de salida de la aspa, dicho aspa comprende una primera parte de aspa y una segunda parte de aspa, siendo dicha primera y segunda parte de aspa las que forman en dicho borde de ataque un ángulo obtuso V de manera que la proyección del perfil de la aspa sobre un plano paralelo al plano de rotación del ventilador, es un perfil en forma de V.

Como se ha divulgado, el mismo ángulo V puede estar presente en dicho borde de salida y en dicho borde de ataque de dicha aspa, en la unión de dicha primera parte con dicha segunda parte.

Tal como se ha divulgado, con referencia a la línea X que une los puntos en los que un eje de ajuste del paso atraviesa la sección de la raíz de la aspa y la sección de la punta de la aspa, el vértice del lado de ataque puede estar en un lado y la raíz y los bordes de ataque de la punta en el otro lado, o el vértice V puede estar en un lado junto con la raíz y los bordes de ataque de la punta.

Siempre según se ha divulgado, la primera y la segunda parte de la aspa tienen aproximadamente la misma longitud o una longitud diferente según las necesidades y/o las circunstancias.

Tal como se ha divulgado, dicho ángulo obtuso V puede estar comprendido entre 90° y 170°, en particular entre 100° y 120°.

Como se ha divulgado, en la porción de la aspa donde dicha primera parte y dicha segunda parte están unidas, se forma un ángulo diedro de aproximadamente 195° entre las superficies de succión de la primera y la segunda parte en el plano vertical.

Tal como se ha divulgado, la primera parte interior se obtiene a partir de un aspa rectilínea girando una parte del perfil de la aspa hacia atrás en el sentido contrario a las agujas del reloj, alrededor del eje vertical que pasa por donde el eje de ajuste del paso está cruzando la sección de la raíz de la aspa, y la segunda parte exterior se obtiene girando una parte del perfil de la aspa hacia atrás en el sentido de las agujas del reloj alrededor del eje vertical que pasa por donde el eje de ajuste del paso está cruzando la sección de la punta de la aspa.

Como se ha divulgado, la aspa o su parte aerodinámica puede ser una aspa de una sola pieza, hecha de aluminio fundido o acero o plástico o cualquier otro material adecuado.

Como se ha divulgado, dicha primera parte de la aspa y la segunda parte de la aspa pueden formar en dicho borde de ataque un ángulo redondeado.

Como se ha divulgado, dicha primera parte de la aspa y la segunda parte de la aspa pueden formar en dicho borde de salida un ángulo redondeado.

Como se ha divulgado, una o ambas partes de la aspa y la segunda parte de la aspa pueden tener bordes de ataque ligeramente curvados.

Como se ha divulgado, dicha primera parte de aspa y la segunda parte de aspa pueden tener bordes de salida ligeramente curvados.

Se divulga además un ventilador axial industrial de muy bajo ruido, comprendiendo el aspa según una o más de las realizaciones anteriores.

En particular, según una primera realización de la presente invención se proporciona un ventilador axial industrial de muy bajo ruido según la reivindicación 1.

Otras realizaciones de la presente invención se definen en las reivindicaciones dependientes.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

A continuación, se describirán las realizaciones de la presente invención tal y como se representan en los dibujos en los que, sin embargo, la presente invención no se limita a las realizaciones tal y como se ilustran en los dibujos y se divulgan a continuación.

En los dibujos:

Las figuras 1, 2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 4a, 4b, 4c, 7a, 7b, muestran diferentes ejemplos de conjuntos de aspas para ventiladores axiales según el estado de la técnica. Más en detalle:

En la figura 1 se ilustra una vista en perspectiva de un ventilador axial de pequeño diámetro según el estado de la técnica provisto de un anillo en su periferia;

En cada una de las figuras 2a, 2b, 2c se ilustra un aspa según el estado de la técnica del tipo comúnmente utilizado en los grandes ventiladores conocidos: en la figura 2a se ilustra un aspa retorcida, en la figura 2b se ilustra un aspa cónica, en la figura 2c se ilustra un aspa recortada;

En la figura 3a se ilustra un ejemplo de primer ventilador de gran diámetro (10 metros) con nivel de ruido según el estado de la técnica;

En la figura 3b se ilustra un ejemplo de ventilador de segundo nivel de ruido de gran diámetro (10 metros) según el estado de la técnica;

En las figuras 4a, 4b y 4c se ilustran ejemplos correspondientes de aspas de ventiladores axiales de muy bajo ruido según el estado de la técnica. Más en detalle:

En la figura 4a se ilustra un aspa que tiene un borde de ataque curvado y barrido en el espacio;

En la figura 4b se ilustra un aspa con un borde de ataque barrido en un plano;

En la figura 4c se ilustra un aspa con un borde de ataque barrido según una línea recta;

En la figura 5 se ilustra una vista superior (en planta) de un aspa según una primera realización de la presente invención;

En la figura 6 se ilustra una vista superior esquemática de un ventilador axial de gran diámetro y muy bajo nivel de ruido equipado con aspas según una realización de la presente invención;

En la figura 7a se ilustra un ejemplo de ventilador axial de muy bajo nivel de ruido según el estado de la técnica, que tiene una extensión de los bordes de salida y de ataque en el tercio exterior del radio;

En la figura 7b se ilustra un ejemplo de ventilador axial de muy bajo nivel de ruido según el estado de la técnica, que tiene una extensión de los bordes de salida y de ataque en el tercio exterior del radio;

En la figura 8 se ilustra una vista superior (plana) de un aspa según una segunda realización de la presente invención en la que el aspa es un aspa cónica y retorcida;

En la figura 8a se comparan los ángulos en el borde de ataque de la punta y la velocidad relativa del aire de las aspas según el estado de la técnica y una realización de la presente invención, respectivamente;

En la figura 8b se comparan los ángulos en el borde de salida de la punta y la velocidad relativa del aire de las aspas según el estado de la técnica y una realización de la presente invención, respectivamente;

La figura 9 muestra esquemáticamente el segundo modo de vibración de la aspa según una realización de la presente invención;

En la figura 10 se ilustra un aspa según la presente invención, siendo visible el ángulo diedro;

En la figura 11 se ilustra un aspa según otra realización de la presente invención;

En la figura 12 se ilustra un aspa según otra realización de la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

A la vista de la siguiente descripción, resultará evidente que la principal tarea de la presente invención es proporcionar un ventilador axial industrial de gran diámetro y muy bajo nivel de ruido con aspas de alta eficiencia, siendo esta la razón por la que, a continuación, se describirá una aspa para ventiladores axiales industriales de gran diámetro y muy bajo nivel de ruido que también puede utilizarse con ventiladores industriales del tipo ya conocido en la técnica para obtener una reducción del ruido conservando al menos la misma eficiencia aerodinámica.

En la figura 5, el aspa según la realización de la presente invención tal como se ilustra en la misma se identifica con el número de referencia 1. El aspa 1 comprende, en particular, una porción de raíz 1r proporcionada con el fin de fijar el aspa 1 a un rotor axial (no representado en la figura 5); en particular, el aspa puede fijarse al ventilador axial en diferentes ángulos de orientación (ángulos de paso) con respecto al eje X-X, como se identifica por la línea discontinua en la figura 5. Se supone que el rotor gira, durante el funcionamiento del ventilador, en el sentido de las agujas del reloj, como ilustra la flecha, correspondiendo el eje de rotación del ventilador al eje de rotación del rotor. Con respecto a la figura 5, el eje de rotación es perpendicular al plano de la figura; el ángulo de inclinación más pequeño es el ángulo en el que la proyección de la aspa sobre un plano perpendicular al eje de rotación ocupa la mayor área o superficie. Los ángulos de inclinación mayores hacen que las proyecciones de la aspa sobre el plano perpendicular al eje de rotación (también denominado, en lo sucesivo, "plano de rotación") ocupen las correspondientes áreas o superficies menores. Tal como se ilustra, con el aspa 1 orientada con el menor ángulo de paso, en particular con el ángulo de paso cero, la proyección de la aspa sobre el plano de rotación, es tal que se forma una forma de V a lo largo de la envergadura de la aspa (véase la figura 5). En particular, el aspa 1 comprende una primera porción 1a, interior, próxima al eje de rotación y que se extiende desde la porción de raíz 1r, junto con una segunda porción 1b, exterior, que tiene aproximadamente la misma longitud que la primera porción 1a, y que se extiende desde la primera porción 1a. Con respecto al eje X-X, la primera porción 1a se extiende a lo largo de una primera dirección (formando un ángulo con el eje X-X), mientras que, también con respecto al eje X-X, la segunda porción 1b se extiende a lo largo de una segunda dirección distinta de la primera (formando un ángulo con el eje X-X distinto del ángulo formado por la primera porción 1a).

Además, con respecto a la dirección de rotación de la aspa 1 (identificada por la flecha en la figura 5), en el aspa 1 se pueden identificar dos bordes, a saber, el borde de ataque 1l que incide contra el aire durante la rotación de la aspa 1), y el borde de salida 1t (opuesto al borde de ataque 11).

Tal como se ilustra, la primera porción 1a y la segunda porción 1b están orientadas una con respecto a la otra de manera que un ángulo obtuso V (más de 90° y menos de 180°) es definido por el borde de ataque 11, mientras que un ángulo mayor (más de 180°) es definido por el borde de salida 1t.

Todavía con referencia al eje X-X que, como se ilustra, cruza tanto la porción de aspa 1a como la porción de aspa 1b, el vértice Vv del ángulo V definido por el borde de ataque 1l está situado en un lado del eje X-X, mientras que los extremos opuestos (puntos B y C) del borde de ataque 1l están situados en el lado opuesto.

La característica arriba divulgada es una característica única y distintiva de la aspa según la presente invención y se ha obtenido idealmente de acuerdo con la siguiente manera: partiendo de una aspa sustancialmente rectilínea como se ilustra, por ejemplo, en la figura 3a, la parte interior 1a se obtiene girando (doblando) la aspa hacia atrás con respecto a la porción de raíz 1r (en sentido contrario a las agujas del reloj con respecto a la figura 5), en particular alrededor del eje vertical que pasa por donde el eje de ajuste del paso X-X está cruzando la sección de raíz de la aspa 1r, mientras que la parte exterior 1b se obtiene girando (doblando) la aspa hacia atrás con respecto a la primera porción 1a (en el sentido de las agujas del reloj con respecto a la figura 5), en particular alrededor del eje vertical que pasa por donde el eje de ajuste del paso X-X cruza la sección de la punta de la aspa.

La aspa 1 tiene un comportamiento muy particular con respecto al ruido y la eficiencia.

Llevando a cabo un extenso programa de pruebas en un ventilador de flujo axial de 10 pies de diámetro equipado con aspas del tipo divulgado anteriormente y que se ilustra en la figura 5, comenzando primero con un ángulo V de 170° y disminuyendo el mismo hasta 90°, el inventor descubrió que, como resultado de la reducción del ángulo V, el ruido del ventilador también disminuía. En particular, con ángulos entre 120° y 100° es posible obtener una reducción de ruido igual o mejor que la de los niveles de ruido 2 y 3 de los ventiladores de bajo ruido del estado de la técnica descritos anteriormente. Pero, y esto es extraordinario, se ha descubierto que la alta eficiencia de las aspas comunes pertenecientes al nivel de ruido 1 puede ser mantenida y en algunos casos aumentada, lo que significa que, según las necesidades y/o circunstancias, la presente invención puede incluso ser utilizada sólo para aumentar la eficiencia del ventilador.

Se ha obtenido una mejora adicional con una aspa como la ilustrada en la figura 10, en la que, en la sección de unión, la porción interior 1a y la porción exterior 1b definen un ángulo diedro de aproximadamente 192°, lo que significa en particular que, en la proyección del borde de ataque 1l sobre un plano perpendicular al plano de rotación, las proyecciones de los bordes de ataque de la primera porción 1a y de la segunda porción 1b están orientadas a lo largo de direcciones diferentes.

Basándose en las pruebas anteriores, se ha verificado incluso que el diseño anteriormente divulgado sigue siendo esencialmente ventajoso, en comparación con el de las aspas según la técnica anterior, incluso si el vértice Vv y/o los puntos B y C se desplazan a posiciones distintas de las representadas en la figura 5, como se ilustra, a modo de ejemplo, en la figura 11 (relativa a otra realización de la aspa 1 según la presente invención). Como se ilustra en la figura 11, el punto del borde de ataque de la punta C está desplazado hacia delante con respecto al punto del borde de ataque de la raíz B.

Además, la geometría (diseño) divulgada anteriormente sigue siendo eficaz incluso si se cambia la relación de tamaño entre las porciones interiores y exteriores.

Los cambios anteriores pueden ser muy útiles para la optimización de diferentes tipos de aspas y también porque actúan de manera diferente sobre el ruido y la eficiencia, por lo que dependiendo de si se prefiere la mejora del ruido o la mejora de la eficiencia se pueden preferir diferentes soluciones.

Las razones principales por las que se pueden obtener los resultados anteriormente divulgados, de hecho bastante extraordinarios, con una aspa según la presente invención, están relacionadas con el hecho de que la geometría y/o el diseño anteriormente divulgados afectan no sólo a uno sino a varios de los factores que generan ruido y reducen la eficiencia. Algunos de estos factores se mencionan en el presente documento; sin embargo, hay factores adicionales que ayudan a obtener estos resultados que no se mencionan porque todavía no está muy claro lo importantes que son.

Aquí se explica esencialmente la razón principal por la que se logran los bajos niveles de ruido y, en segundo lugar, por qué fue posible preservar o mejorar la eficiencia del ventilador. Además, se da algo más de información sobre las ventajas adicionales de la presente invención como, por ejemplo, las relacionadas con la reducción de costes. Con referencia a las figuras 6, 7a y 7b, la parte exterior del aspa según la presente invención (figura 6) se comparará a continuación con la de un aspa según el estado de la técnica (figuras 7a y 7b) considerando que, como es bien sabido, la parte exterior de un aspa está interesada en más del 70% del volumen de aire, lo que significa que la parte exterior es la parte más importante del aspa.

El diseño de la aspa según la presente invención puede aplicarse a cualquier tipo de aspa común del estado de la técnica y también a su combinación de parte interior o exterior. Por supuesto, tanto los valores finales de ruido como de eficiencia están muy condicionados por el tipo de aspa seleccionada para aplicar la invención. Debe seguirse una optimización, diferente caso por caso, dependiendo también de si se prefiere poco ruido o mejor eficiencia. La aspa común del estado de la técnica que se seleccionó para ser modificada según la presente es del tipo ilustrado en la figura 2c, que consiste esencialmente en un perfil con una aleta recortada en el borde de salida. Sin embargo, también se han ensayado brevemente las aspas representadas en la figura 2b para demostrar que la invención puede aplicarse realmente a cualquier tipo de aspa.

La razón por la que se ha preferido la aspa de tipo c para el programa de pruebas, fue que había varias opciones en cuanto a las dimensiones del ángulo V y las ubicaciones de los puntos Vv, B y C posiciones relativas a ensayar y se requería un gran número de aspas diferentes. Este tipo de aspa parecía ideal para ser fabricada de forma muy rápida y sencilla. De hecho, esta aspa se puede fabricar con un perfil extruido, o extruido a la inversa, y para realizar diferentes ejecuciones sólo es cuestión de cortar y perforar y unir de forma diferente. En realidad esta es una realización preferida por su simplicidad. Otras realizaciones prevén añadir a esta aspa sistemas del estado de la técnica que son particularmente eficaces en el diseño inventado como aletillas en la punta o dientes de sierra en el borde de salida.

Otra realización preferida prevé una fijación adecuada al cubo, que ha sido identificada como una fijación de forma rectangular porque los sistemas de corte por láser, plasma, oxicorte podrían utilizarse para cortar cualquier tipo de forma en una chapa metálica y entonces la posición optimizada de la aspa con respecto al radio del ventilador puede obtenerse a bajo coste.

Un segundo modo de fijación de la vibración, como el esbozado en la figura 9, sería ideal para este tipo de aspa, no sólo porque disminuye las cargas, sino también porque si la aspa no es demasiado larga, esta fijación podría extenderse a la aspa dando la posibilidad de alcanzar la parte del perfil exterior para poder fijarse directamente en ella. Sin embargo, la fijación de las dos partes de la aspa es muy sencilla en este caso y se podrían utilizar numerosas soluciones.

En el sentido de la presente invención, la aspa 1 puede proporcionarse tanto uniendo la porción interior 1a y la porción exterior 1b (preparadas de antemano) o incluso formando la aspa 1, que comprende la porción interior 1a y la porción exterior 1b como una sola pieza, fundiendo aluminio, acero o plástico para obtener las formas según la invención, para aspas de tamaño pequeño y mediano. En cambio, para las aspas de gran tamaño se podría utilizar cualquiera de los sistemas de construcción de fibra de vidrio que se utilizan actualmente para las aspas grandes comunes.

Por supuesto, este sistema de construcción podría utilizarse también para las aspas pequeñas.

Una combinación de diferentes realizaciones para la parte interior y exterior de la aspa también podría ser una buena solución.

Los extraordinarios resultados logrados por medio de la aspa según la presente invención pueden entenderse plenamente cuando se consideran el ruido y la eficiencia aerodinámica.

A continuación, como se ha anticipado, se comparará la aspa según la presente invención (figura 6) con las aspas según el estado de la técnica (figuras 7a y 7b). En cuanto al nivel de ruido, hay que considerar lo siguiente.

El ángulo de barrido hacia delante que el borde de ataque está formando en la punta con la dirección de la velocidad relativa del aire, como indican las flechas (véase también la figura 8a), es comparable al del ventilador de bajo ruido de la figura 6 y mucho mayor que el de las figuras 7a y 7b, aprovechando la máxima ventaja derivada de la atenuación del ruido relacionada con la técnica de la aspa de barrido hacia delante;

El ángulo de barrido hacia delante que el borde de salida está formando en la punta con la dirección de la velocidad relativa del aire (figura 8b) es menor que el de cualquiera de los ventiladores de bajo ruido mostrados en las figuras 7a y 7b, aprovechando la máxima ventaja derivada de la atenuación del ruido relacionada con la técnica de aspa de borde de salida con barrido hacia delante.

La extensión del borde de ataque es más amplia que la de las figuras 7a y 7b, en un rango de 1,05 a 1,46 veces, deseablemente, aunque no necesariamente, 1,2 veces. Por lo tanto, el beneficio en cuanto al ruido será mayor que del estado de la técnica.

La extensión del borde de salida es mucho mayor que en el estado de la técnica por una cantidad única muy grande, en un rango de 1,1 a 3 veces, deseablemente, aunque no necesariamente, 1,5 veces. Por lo tanto, el beneficio relacionado con el ruido será mucho mayor. Además, la extensión pertinente del borde de fuga permite utilizar de manera mucho más eficiente las diversas técnicas conocidas para reducir la emisión de sonido que se aplican en el borde de salida, por ejemplo, un sistema dentado.

La holgura media de la punta será mucho menor porque la cuerda es más pequeña y el ruido originado por los vórtices de la punta se reducirá.

El tamaño relativamente pequeño de la cuerda de la punta permite seguir aplicando como estándar las aletillas de punta que, como es bien sabido, pueden reducir aún más el ruido. Las aletillas de punta no pueden aplicarse en aspas de gran cuerda porque en un ángulo de paso elevado tienen un efecto negativo.

Con referencia a la eficiencia aerodinámica, hay que considerar lo siguiente. La geometría o diseño descrito se realiza apilando en la dirección de la envergadura de las aspas un perfil de ala que tiene una eficiencia aerodinámica muy alta.

La envergadura de la aspa se incrementa manteniendo la misma anchura de cuerda, lo que permite aumentar la relación longitud/anchura y, en consecuencia, como saben los expertos en aerodinámica, la eficiencia de la aspa. La aspa puede ser no sólo retorcida sino también ahusada desde la raíz hasta la punta para obtener la mejor eficiencia como un ventilador común de nivel de ruido 1. Por el contrario, las aspas del ventilador según el estado de la técnica son cónicas desde la punta hasta la raíz, lo que disminuye la eficiencia de las aspas. Además, las secciones de las aspas están dispuestas en la dirección óptima con respecto a la corriente de aire incidente, optimizando la circulación del aire alrededor de la propia sección, particularmente en la parte exterior de la aspa donde pasa la mayor parte del flujo.

La aletilla en la punta también mejorará la eficiencia, permitiendo que pase menos reflujo. En cuanto a los costes de fabricación, hay que tener en cuenta lo siguiente. La distribución de la anchura de cuerda reducida a lo largo de toda la envergadura radial hace que el aspa sea más ligera que las soluciones conocidas, por lo que se reducen las cargas de flexión y axiales en las secciones radiales, especialmente en la raíz.

La reducción de la anchura de la cuerda, especialmente en la parte exterior de la aspa, contribuye a reducir el momento de torsión inercial en la sección de la raíz.

La mayor eficiencia de la aspa implica una menor fuerza de arrastre con la misma sustentación, con la consiguiente reducción de las cargas de cizallamiento en las secciones radiales, especialmente en la raíz. La reducción de las cargas a lo largo de toda la envergadura radial de la aspa y, en particular, en la sección de la raíz, permite diseñar secciones reducidas para resistirlas con una reducción significativa del coste del material.

A continuación, con referencia a la figura 12, se describirá otra realización de una aspa según la presente invención. En la figura 12, la aspa según la realización de la presente invención, tal como se ilustra en la misma, se sigue identificando con el número de referencia 1. La aspa 1 todavía comprende una porción de raíz 1r proporcionada con el propósito de fijar la aspa 1 a un rotor axial (no ilustrado en la figura 12); de nuevo, la aspa puede fijarse al ventilador axial en diferentes ángulos de orientación (ángulos de paso) con respecto al eje X-X como se identifica por la línea de trazos en la figura 12. Se supone que el rotor gira, durante el funcionamiento del ventilador, en el sentido de las agujas del reloj, como ilustra la flecha, correspondiendo el eje de rotación del ventilador al eje de rotación del rotor. Con respecto a la figura 12, el eje de rotación es perpendicular al plano de la figura; el ángulo de inclinación más pequeño es el ángulo en el que la proyección de la aspa sobre un plano perpendicular al eje de rotación ocupa la mayor área o superficie. Los ángulos de inclinación mayores hacen que las proyecciones de la aspa sobre el plano perpendicular al eje de rotación (también denominado, en lo sucesivo, "plano de rotación") ocupen las correspondientes áreas o superficies menores. Tal como se ilustra, con la aspa 1 orientada con el menor ángulo de paso, en particular con el ángulo de paso cero, la proyección de la aspa sobre el plano de rotación, es tal que se forma una forma de V a lo largo de la envergadura de la aspa (véase la figura 12). En particular, la aspa 1 comprende una primera porción 1a, interior, cercana al eje de rotación (a la porción de raíz 1r) y que se extiende desde la porción de raíz 1r, junto con una segunda porción 1b, exterior, y que se extiende desde la primera porción 1a. Con respecto al eje X-X, la primera porción 1a se extiende a lo largo de una primera dirección sustancialmente paralela al eje X-X, mientras que, también con respecto al eje X-X, la segunda porción 1b se extiende a lo largo de una segunda dirección distinta de la primera (formando un ángulo con el eje X-X).

Además, con respecto a la dirección de rotación de la aspa 1 (identificada por la flecha en la figura 12), en la aspa 1 se pueden seguir identificando dos bordes, a saber, el borde de ataque 1l que incide contra el aire durante la rotación de la aspa 1), y el borde de salida 1t (opuesto al borde de ataque 11).

Tal como se ilustra, la primera porción 1a y la segunda porción 1b están orientadas una con respecto a la otra de manera que un ángulo obtuso V (más de 90° y menos de 180°) sigue siendo definido por el borde de ataque 1l, mientras que un ángulo mayor (más de 180°) es definido por el borde de salida 1t.

Tal y como se desprende, la principal diferencia entre la realización de la figura 5 y la realización de la figura 12 se refiere al hecho de que, en la realización de la figura 12, con referencia al eje X-X que, como se ilustra, cruza tanto la porción de aspa 1a como la porción de aspa 1b, el vértice Vv del ángulo V definido por el borde de ataque 1l y las puntas opuestas (puntos B y C) del borde de ataque 1l se encuentran en el mismo lado con respecto al eje X-X. Además, otra diferencia con respecto a la realización de la figura 5 puede estar relacionada con la longitud de las porciones de aspa 1a y 1b que, en la realización de la figura 12, tienen longitudes diferentes.

Sin embargo, incluso en la realización de la figura 12 las porciones de aspa 1a y 1b pueden tener sustancialmente la misma longitud. De la misma manera, como se ha anticipado, las porciones de aspa en la realización de la figura 5 pueden tener diferentes longitudes.

Por lo tanto, se ha demostrado, mediante la descripción anterior de las realizaciones de la presente invención ilustradas en los dibujos, que la presente invención permite superar los inconvenientes que afectan a las soluciones según el estado de la técnica.

Aunque la presente invención se ha aclarado mediante la descripción anterior de las realizaciones de la misma representadas en los dibujos, la presente invención no se limita a las realizaciones divulgadas anteriormente y representadas en los dibujos.

A modo de ejemplo, en el sentido de la presente invención, la aspa puede fabricarse según diferentes procedimientos entre los conocidos en la técnica, por ejemplo extruyendo y/o prensando y/o forjando una o ambas porciones de la aspa y uniéndolas mediante soldadura, atornillado, pegado o similares.

Además, una o ambas porciones de aspa pueden ser huecas o no.

El alcance de la presente invención está definido por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (13)

1. REIVINDICACIONES

   i. Ventilador axial industrial de muy bajo ruido, de gran diámetro y con ángulo de inclinación ajustable, que comprende una aspa (1) con un borde delantero y un borde trasero, siendo el borde delantero el borde de ataque (11) de la aspa (1) orientado hacia la dirección de rotación del ventilador en estado operativo, y siendo dicho borde trasero el borde de salida (1t) del aspa (1),

   comprendiendo dicha aspa (1) una porción de raíz mediante la cual la aspa (1) se fija al rotor del ventilador, junto con una primera porción de aspa (1a) que se extiende desde dicha porción de raíz (1r) y una segunda porción de aspa (1b) que se extiende desde dicha primera porción (1a),

   donde la porción del borde de ataque (11) definida por dicha primera porción (1a) y la porción de dicho borde de ataque definida por dicha segunda porción (1b) se extienden a lo largo de diferentes direcciones y definen un ángulo obtuso (V) de manera que la proyección de la aspa en un plano que contiene tanto la porción del borde de ataque (11) definida por la primera porción (1a) como la porción del borde de salida (1t) definida por dicha primera porción (1a), tiene forma de V.
2. 2. Ventilador axial según la reivindicación 1, caracterizado porque, en la aspa (1), la porción del borde de salida (1t) definida por dicha primera porción (1a) y la porción de dicho borde de salida (1t) definida por dicha segunda porción (1b) se extienden a lo largo de diferentes direcciones y definen un ángulo obtuso (V), de modo que la proyección de la aspa en un plano que contiene tanto la porción del borde de ataque (11) definida por la primera porción (1a) como la porción del borde de salida (1t) definida por dicha primera porción (1a), tiene forma de V.
3. 3. Ventilador axial según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la porción de raíz (1r) está conformada para definir un eje de ajuste de paso X-X, y porque con referencia a dicho eje de ajuste de paso X-X, el vértice (Vv) del ángulo definido por dicha porción del borde de ataque (11) definida por dicha primera porción (1a) y dicha porción de dicho borde de ataque (11) definida por dicha segunda porción (1b) se encuentra en un lado mientras que las puntas opuestas (B) y (C) de dicho borde de ataque se encuentran en el otro lado.
4. 4. Ventilador axial según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la porción de raíz (1r) está conformada de manera que define un eje de ajuste de paso X-X, y porque con referencia a dicho eje de ajuste de paso X-X, el vértice (Vv) del ángulo definido por dicha porción del borde de ataque (11) definida por dicha primera porción (1a) y dicha porción de dicho borde de ataque (11) definida por dicha segunda porción (1b) se encuentra en un lado junto con las puntas opuestas (B) y (C) de dicho borde de ataque.
5. 5. Ventilador axial según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho ángulo obtuso (V) está comprendido entre 90° y 170°.
6. 6. Ventilador axial según la reivindicación anterior, en el que dicho ángulo obtuso (V) está comprendido entre 100° y 120°.
7. 7. Ventilador axial según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que en la porción de la aspa donde dicha primera (1a) parte y dicha segunda (1b) parte se unen, se forma, en el plano vertical, un ángulo diedro de aproximadamente 195° entre las superficies de succión de la primera (1a) y la segunda (1b) parte.
8. 8. Ventilador axial según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que, en la aspa (1), la primera parte interior (1a) se obtiene a partir de una aspa rectilínea girando una parte del perfil de la aspa hacia atrás en el sentido contrario a las agujas del reloj, alrededor del eje vertical que pasa por donde el eje de ajuste del paso atraviesa la sección de la raíz de la aspa, y la segunda parte exterior, (1b) se obtiene girando una parte del perfil de la aspa hacia atrás en el sentido de las agujas del reloj alrededor del eje vertical que pasa por donde el eje de ajuste del paso atraviesa la sección de la punta de la aspa.
9. 9. Ventilador axial según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que la aspa o su parte aerodinámica es una aspa de una sola pieza, hecha de aluminio fundido o acero o plástico o cualquier otro material adecuado.
10. 10. Ventilador axial según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha primera (1a) y segunda (1b) parte de aspa forman en dicho borde de ataque un ángulo redondeado (V).
11. 11. Ventilador axial según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha primera (1a) y segunda (1b) parte de aspa forman en dicho borde de salida un ángulo redondeado (V).
12. 12. Ventilador axial según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha primera (1a) y segunda (1b) parte de aspa tienen los bordes de ataque ligeramente curvados.
13. 13. Ventilador axial según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha primera (1a) y segunda (1b) parte de aspa tienen los bordes de salida ligeramente curvados.