BR112014020388B1

BR112014020388B1 - hélice de rotor de fluxo axial e rotor de fluxo axial

Info

Publication number: BR112014020388B1
Application number: BR112014020388-1A
Authority: BR
Inventors: Xia Jiliang; Tylli Niclas; Hirsi Tuomas
Original assignee: Outotec (Finland) Oy
Priority date: 2012-02-20
Filing date: 2013-02-18
Publication date: 2020-12-22
Also published as: EA201491436A1; CA2863471A1; PE20141785A1; FI123826B; US9334874B2; US20150240832A1; CA2863471C; ES2628964T3; AU2013223943B2; CL2014002205A1; AU2013223943A1; EP2817089A1; FI20125193A; EP2817089B1; WO2013124539A1; CN104168991B; CN104168991A; EP2817089A4; EA025699B1; BR112014020388B8

Abstract

HÉLICE DE ROTOR DE FLUXO AXIAL E ROTOR DE FLUXO AXIAL. A presente invenção está correlacionada a uma hélice (4) de um rotor de fluxo axial (1). As regras de dimensionamento para a hélice são apresentadas a seguir: A = 0,2R; B = 0,2Wb ; C = 0,2R; D = 0,2Wb ; E = 0,5R; F = (0, 1...0, 2) R; G = 0, 2Wb ; H = 0,25R; I = 0,1R; J = 0, 4R; K = 0,1Wb. O primeiro ângulo, (alfa) = 6° (mais ou menos)1°, o segundo ângulo, (alfa)2 = 8°(mais ou menos) 1° e o terceiro ângulo, (alfa)3 = 19° a 25°. R é a dimensão longitudinal a partir do eixo de rotação (x) do rotor para a ponta (7) da hélice (4). A largura Wb é a dimensão de largura da hélice de modo perpendicular à direção longitudinal. A invenção também se refere a um rotor de fluxo axial (1) tendo as ditas hélices (4).

Description

Campo da Invenção

[001] A presente invenção está correlacionada a uma hélice de um rotor de fluxo axial e, além disso, a um rotor de fluxo axial incluindo as ditas hélices. Os rotores são amplamente usados em processos metalúrgicos e químicos, em misturadores e reatores para mistura, homogeneização e agitação de líquidos e lamas, suspensões de sólidos e líquidos. Os rotores de fluxo axial, também chamados de rotores de hidrofólio, produzem um fluxo axial do líquido.

Antecedentes da Invenção

[002] Os rotores de fluxo axial são conhecidos, por exemplo, dos seguintes documentos encontrados na literatura de patentes: WO 2010/103172 A1, WO 2010/059572 A1 e EP 0465636 B1. Uma hélice de um rotor de fluxo axial pode ser conectada a um cubo de roda central do rotor. O rotor compreende duas ou mais dessas hélices. A hélice é formada substancialmente de um material tipo placa. A hélice inclui uma borda de avanço, uma borda de arrasto, uma ponta e uma raiz fixável ao cubo de roda central do rotor. Uma primeira curvatura de uma certa extensão reta se estende ao longo da hélice em uma primeira direção e divide a hélice em uma primeira porção de perfil, localizada adjacente à borda de avanço, e uma segunda porção de perfil. As primeira e segunda porções de perfil se encontram na primeira curvatura, de modo que a primeira porção de perfil seja angulada com um primeiro ângulo, descendentemente a partir da segunda porção de perfil. Uma segunda curvatura de uma certa extensão reta se estende ao longo da hélice numa segunda direção, que é diferente da dita primeira direção e está localizada fora da primeira curvatura. A segunda curvatura divide a hélice ainda em uma terceira porção de perfil localizada adjacente à borda de arrasto. As ditas segunda e terceira porções de perfil se encontram na dita segunda curvatura, de modo que a terceira porção de perfil seja angulada com um segundo ângulo, descendentemente a partir da segunda porção de perfil. A segunda porção de perfil é angulada com um terceiro ângulo em relação ao plano horizontal.

[003] No mercado existem alguns tipos de rotores de fluxo axial, comercialmente disponíveis, que apresentam um desempenho razoavelmente satisfatório.

[004] Entretanto, existe ainda a necessidade de um melhor rotor de fluxo axial, com baixo consumo de energia e que ainda proporcione uma alta capacidade de bombeamento e eficiência de bombeamento. Em muitas aplicações metalúrgicas (por exemplo, processos de produção e tanques de armazenamento de ouro) existe a necessidade de um rotor de fluxo axial com uma capacidade de bombeamento a mais alta possível por potência de eixo. Para os processos de produção de ouro é também importante que a região do rotor seja o mais que possível isenta de zonas de alta dissipação de energia, na medida em que estas zonas poderiam atuar e destruir o carbono que é usado para coletar o ouro.

[005] Portanto, é desejável proporcionar um eficiente rotor de fluxo axial que tenha um satisfatório desempenho para satisfazer as exigências de processo, com menos consumo de energia, com menor tampo de residência, maior eficiência de bombeamento e menor peso.

[006] Assim, um objetivo da presente invenção é proporcionar uma hélice para um rotor de fluxo axial, que proporcione ao rotor de fluxo axial melhores características de desempenho, em relação aos existentes rotores de fluxo axial. O objetivo da invenção é também de prover uma hélice e um rotor de fluxo axial, o qual tenha um baixo consumo de energia e baixo custo operacional, alta capacidade de bombeamento e eficiência de bombeamento, e uma grande vazão de massa de bombeamento por unidade de consumo de energia. Além disso, o objetivo da invenção é de também prover um formato de hélice e regras de escala de dimensionamento para a hélice do rotor de fluxo axial, que possibilitem aumento e diminuição da escala de dimensionamento.

Resumo da Invenção

[007] Um primeiro aspecto da presente invenção compreende uma hélice de um rotor de fluxo axial, dita hélice sendo conectável a um cubo de roda central do rotor, a hélice sendo formada substancialmente de um material tipo placa e apresentando uma borda de avanço, uma borda de arrasto, uma ponta, uma raiz fixável ao cubo de roda central do rotor, uma primeira curvatura de uma certa extensão reta, que se estende ao longo da hélice em uma primeira direção e que divide a hélice em uma primeira porção de perfil, localizada adjacente à borda de avanço, e uma segunda porção de perfil, as primeira e segunda porções de perfil se encontrando na primeira curvatura, de modo que a primeira porção de perfil seja angulada com um primeiro ângulo, descendentemente a partir da segunda porção de perfil, uma segunda curvatura de uma certa extensão reta se estendendo ao longo da hélice numa segunda direção, que é diferente da dita primeira direção e está localizada fora da primeira curvatura, e que divide a hélice ainda em uma terceira porção de perfil, localizada adjacente à borda de arrasto, as ditas segunda e terceira porções de perfil se encontrando na dita segunda curvatura, de modo que a terceira porção de perfil seja angulada com um segundo ângulo, descendentemente a partir da segunda porção de perfil, a segunda porção de perfil sendo angulada com um terceiro ângulo, em relação ao plano horizontal. Numa vista plana, a hélice apresenta a forma geral de um retângulo envoltório, com recortes cônicos pelo menos nos cantos laterais da raiz do retângulo, dito retângulo tendo uma extensão que é a dimensão longitudinal a partir do eixo de rotação do rotor para a ponta da hélice, e com uma largura que é a dimensão de largura da hélice, perpendicular à direção longitudinal, o retângulo envoltório tendo cantos internos adjacentes à raiz e cantos externos adjacentes à ponta.

[008] De acordo com a invenção, o contorno da hélice é definido pelas dimensões proporcionais dos recortes cônicos a partir do retângulo envoltório. Os recortes compreendem: - um primeiro recorte que é adjacente à raiz e a um primeiro canto interno do retângulo, no lado da borda de avanço, o primeiro recorte tendo a forma de um triângulo retângulo, com um cateto no modo de comprimento tendo uma dimensão A = 0,2R, um cateto no modo de largura tendo uma dimensão B = 0,2Wb, e uma hipotenusa que forma uma primeira aresta de recorte da hélice se estendendo a partir do cubo de roda para a borda de avanço; - um segundo recorte que é adjacente à raiz e a um segundo canto interno do retângulo, no lado da borda de arrasto, o segundo recorte tendo a forma de um triângulo retângulo, com um cateto no modo de comprimento tendo uma dimensão C = 0,2R, um cateto no modo de largura tendo uma dimensão D = 0,2Wb, e uma hipotenusa que forma uma segunda aresta de recorte da hélice se estendendo a partir do cubo de roda para a borda de arrasto; - um terceiro recorte, que é adjacente à ponta e a um primeiro canto externo do retângulo, no lado da borda de avanço, o terceiro recorte tendo a forma de um triângulo retângulo, com um cateto no modo de comprimento tendo uma dimensão E = 0,5R, um cateto no modo de largura tendo uma dimensão F = (0,1 a 0,2 )R, e uma hipotenusa que forma uma terceira aresta de recorte da hélice se estendendo a partir da borda de avanço para a ponta, a terceira aresta de recorte que conecta a ponta com um boleamento tendo um raio de curvatura G = 0,2Wb, e - um quarto recorte, que é adjacente à ponta e a um segundo canto externo do retângulo, no lado da borda de arrasto, o quarto recorte tendo a forma de um triângulo retângulo, com um cateto no modo de comprimento tendo uma dimensão H = 0,25R, um cateto no modo de largura tendo uma dimensão I = 0,1R, e uma hipotenusa que forma uma quarta aresta de recorte da hélice se estendendo a partir da borda de arrasto para a ponta, a quarta aresta de recorte que conecta a ponta com um boleamento tendo um raio de curvatura G = 0,2Wb. A primeira curvatura intercepta o lado longitudinal do retângulo envoltório no ponto de encontro da primeira aresta de recorte e borda de avanço, com uma distância A = 0,2R do primeiro canto interno, e a primeira curvatura intercepta o lado no modo de largura do retângulo envoltório adjacente à ponta com uma distância J = 0,4R do terceiro canto. A segunda curvatura intercepta o lado no modo de largura do retângulo envoltório adjacente à raiz com uma distância K = 0,1Wb do primeiro canto, e a segunda curvatura intercepta o lado do retângulo envoltório adjacente à ponta com uma distância no modo de largura I = 0,1R do quarto canto. O primeiro ângulo é de 6°±1°, o segundo ângulo de 8°±1° e o terceiro ângulo de 19° a 25°.

[009] Um segundo aspecto da presente invenção se refere a um rotor de fluxo axial, compreendendo um cubo d eroda central adaptado para ser conectado a um eixo rotativo, o qual apresenta um eixo central de rotação e pelo menos duas hélices tendo um contorno conforme mencionado acima, as hélices sendo fixadas ao cubo de roda e se estendendo radialmente para fora do cubo de roda.

[010] A vantagem da invenção é que o novo rotor com um formato de hélice otimizado é fácil de fabricar e de dimensionar com aumento ou diminuição de escala, de acordo com as regras propostas. O rotor é caracterizado pelo fato de apresentar um baixo consumo de energia, uma alta capacidade de bombeamento e eficiência de bombeamento, e uma grande vazão de massa de bombeamento por unidade de consumo de energia.

[011] Em uma modalidade da invenção, a borda de avanço é chanfrada ou afinada.

[012] Em uma modalidade da invenção, a borda de arrasto é chanfrada ou afinada.

[013] Em uma modalidade da invenção, o rotor compreende pelo menos três hélices igualmente espaçadas.

[014] Em uma modalidade da invenção, o rotor compreende quatro ou mais hélices igualmente espaçadas.

[015] Deverá ser entendido que os aspectos e modalidades da invenção, conforme descrito acima, podem ser usados com qualquer combinação entre si. Diversos dos aspectos e modalidades podem ser combinados entre si para formar uma adicional modalidade da invenção.

Breve Descrição dos Desenhos

[016] Os desenhos anexos, os quais são incluídos para proporcionar um adicional entendimento da invenção e que constituem uma parte do presente relatório ilustram algumas de suas modalidades, e junto com a presente descrição ajudam a explicar os princípios da invenção. Nos desenhos: - a figura 1 é uma vista axonométrica de um rotor de fluxo axial, de acordo com uma modalidade da invenção; - a figura 2 é uma vista lateral do rotor mostrado na figura 1; - a figura 3 é uma vista plana do rotor mostrado na figura 1, visualizada a partir de cima; - a figura 4 é uma vista plana de uma hélice de um rotor de fluxo axial, de acordo com uma modalidade da invenção; - a figura 5 é uma vista lateral (V-V), da hélice mostrada na figura 4; - a figura 6 mostra uma segunda modalidade do rotor de fluxo axial, tendo hélices projetadas de acordo com regras de dimensionamento da invenção; - a figura 7 mostra uma terceira modalidade do rotor de fluxo axial, tendo hélices projetadas de acordo com regras de dimensionamento da invenção; - a figura 8 mostra o padrão de fluxo em um reator, compreendendo o rotor de fluxo axial da invenção.

Descrição Detalhada da Invenção

[017] Agora, será feita referência em maiores detalhes às modalidades da presente invenção, cujos exemplos são ilustrados nos desenhos anexos.

[018] As figuras 1 a 3 mostram um rotor de fluxo axial (1) tendo três hélices igualmente espaçadas (4), que são de um modo permanente ou liberável conectadas a um cubo de roda central (2) ou eixo rotativo (3). De acordo com a presente invenção, embora a modalidade mostrada apresente três hélices, duas, três, quatro ou mais hélices podem ser utilizadas.

[019] As figuras 4 e 5 mostram o contorno da hélice (4) em maiores detalhes. A hélice (4) é formada substancialmente de material tipo placa, que torna fácil e econômica a fabricação. A hélice (4) compreende uma borda de avanço (5), uma borda de arrasto (6), uma ponta (7) e uma raiz (8) conectável ao cubo de roda central (2) do rotor.

[020] Uma primeira curvatura de uma certa extensão reta (9) se estende ao longo da hélice (4) em uma primeira direção e divide a hélice em uma primeira porção de perfil (10), localizada adjacente à borda de avanço (5), e uma segunda porção de perfil (11). As primeira e segunda porções de perfil (10, 11) se encontram na primeira curvatura (9), de modo que a primeira porção de perfil (10) seja angulada com um primeiro ângulo (ai), descendente a partir da segunda porção de perfil (11) (ver também a figura 5).

[021] Uma segunda curvatura de uma certa extensão reta (i2) se estende ao longo da hélice (4) numa segunda direção, que é diferente da dita primeira direção da primeira curvatura (9), e está localizada fora da primeira curvatura (9), e que divide a hélice (4) ainda em uma terceira porção de perfil (i3) localizada adjacente à borda de arrasto (6).

[022] Nas curvaturas (9) e (12) os ângulos não devem ser ângulos obtusos, conforme mostrado na figura 5. Nas curvaturas (9) e (12), os “ângulos” podem também apresentar um raio de curvatura. Isso pode ocorrer quando a hélice for de material fundido fabricado por fundição.

[023] As segunda e terceira porções de perfil (11, 13) se encontram na segunda curvatura (12), de modo que a terceira porção de perfil (13) seja angulada com um segundo ângulo («2), descendentemente a partir da segunda porção de perfil (11), a segunda porção de perfil (11) sendo angulada com um terceiro ângulo («3) em relação ao plano horizontal (ver a figura 5).

[024] Em vista plana, conforme mostrado na figura 4, a hélice (4) apresenta a forma geral de um retângulo envoltório (R x Wb), com recortes cônicos em cada canto do retângulo. O retângulo apresenta uma extensão (R) que é a dimensão longitudinal a partir do eixo de rotação (x) do rotor para a ponta (7) da hélice (4), e com uma largura (Wb) que é a dimensão de largura da hélice, perpendicular à direção longitudinal. O retângulo envoltório apresenta cantos internos (14, 15) adjacentes à raiz (8) e cantos externos (16, 17) adjacentes à ponta (7).

[025] O contorno da hélice (4) é definido pelas dimensões proporcionais dos recortes cônicos (18, 22, 26, 31), a partir do retângulo envoltório. Os recortes compreendem um primeiro recorte (18), que é adjacente à raiz (8) e a um primeiro canto interno (14) do retângulo, no lado da borda de avanço (5). O primeiro recorte (18) apresenta a forma de um triângulo retângulo, com um cateto no modo de comprimento (19) tendo uma dimensão A = 0,2R, um cateto no modo de largura (20) tendo uma dimensão B = 0,2Wb, e uma hipotenusa que forma uma primeira aresta de recorte (21) da hélice, se estendendo a partir da raiz (8) para a borda de avanço (5).

[026] Um segundo recorte (22) é adjacente à raiz (8) e a um segundo canto interno (15) do retângulo, no lado da borda de arrasto (6). O segundo recorte (22) apresenta a forma de um triângulo retângulo, com um cateto no modo de comprimento (23) tendo uma dimensão C = 0,2R, um cateto no modo de largura (24) tendo uma dimensão D = 0,2Wb, e uma hipotenusa que forma uma segunda aresta de recorte (25) da hélice, se estendendo a partir da raiz (8) para a borda de arrasto (6).

[027] Um terceiro recorte (26) é adjacente à ponta (7) e a um primeiro canto externo (16) do retângulo, no lado da borda de avanço (5). O terceiro recorte (26) apresenta a forma de um triângulo retângulo, com o cateto no modo de comprimento (27) tendo uma dimensão E = 0,5R, um cateto no modo de largura (28) tendo uma dimensão F = (0,1 a 0,2)R, e uma hipotenusa que forma uma terceira aresta de recorte (29) da hélice, se estendendo a partir da borda de avanço (5) para a ponta (7). A terceira aresta de recorte (29) conecta a ponta (7) com um boleamento (30) tendo um raio de curvatura G = 0,2Wb.

[028] Um quarto recorte (31) é adjacente à ponta (7) e a um segundo canto externo (17) do retângulo, no lado da borda de arrasto (6). O quarto recorte (31) apresenta a forma de um triângulo retângulo, com um cateto no modo de comprimento (32) tendo uma dimensão H = 0,25R, um cateto no modo de largura (33) tendo uma dimensão I = 0,1R, e uma hipotenusa que forma uma quarta aresta de recorte (34) da hélice, se estendendo a partir da borda de arrasto (6) para a ponta (7). A quarta aresta de recorte (34) conecta a ponta (7) com um boleamento (35) tendo um raio de curvatura G = 0,2Wb.

[029] A primeira curvatura (9) intercepta o lado longitudinal do retângulo envoltório no ponto de encontro da primeira aresta de recorte (21) e borda de avanço (5), com uma distância A = 0,2R do primeiro canto interno (14). A primeira curvatura (9) intercepta o lado no modo de largura do retângulo envoltório adjacente à ponta (7) com uma distância J = 0,4R do terceiro canto (17).

[030] A segunda curvatura (12) intercepta o lado no modo de largura do retângulo envoltório adjacente à raiz (8) com uma distância K = 0,1Wb do primeiro canto (14). A segunda curvatura (12) intercepta o lado do retângulo envoltório adjacente à ponta (7) com uma distância no modo de largura I = 0,1R do quarto canto (17).

[031] Com referência à figura 5, o primeiro ângulo (αi) é de 6°±1°, o segundo ângulo («2) é de 8°±1° e o terceiro ângulo («3) é de 19° a 25°. Assim, o ângulo de afastamento (α2 + α3) da hélice na raiz, unida ao cubo de roda, pode variar numa faixa de 27° a 33°, dependendo das exigências de uma aplicação prática. Um maior ângulo de afastamento da hélice proporciona uma maior capacidade de bombeamento, porém, pode resultar em maior consumo de energia. Abaixo, é demonstrado que o rotor da presente invenção pode proporcionar um excelente desempenho de mistura, com um consumo de energia bastante baixo e com uma alta capacidade e eficiência de bombeamento, compreendendo as regras acima mencionadas para a configuração da hélice.

[032] Os três perfis (10, 11, 13) são seções planas. A hélice é isenta de curvaturas especiais, sendo feita de seções planas unidas ao longo de dobras retas, e os recortes ao longo das bordas de avanço e de arrasto são retilíneos para frente. Portanto, a hélice (4) é de fácil fabricação. Assim, o dimensionamento do projeto da hélice é fácil e simplificado, bastando seguir as regras indicadas acima.

[033] Preferivelmente, a borda dianteira/avanço (5) e a borda de arrasto podem ser chanfradas com um ângulo raso, através de um plano da respectiva seção, ou podem ser afinadas e polidas com relação à espessura da hélice. As bordas de avanço e de arrasto chanfradas ou afinadas podem ainda reduzir o arrasto e melhorar a eficiência.

[034] As figuras 6 e 7 mostram dois rotores de fluxo axial (1) tendo hélices (4) dimensionadas de acordo com as regras da invenção indicadas acima. Na figura 6 as hélices (4) apresentam um amplo contorno “encorpado” e na figura 7 as hélices (4) apresentam um estreito contorno “delgado”.

[035] Embora apenas alguns exemplos do formato da hélice sejam aqui mostrados, deverá ser entendido que a invenção permite um grande número de formatos de hélice, desde que dentro do escopo das reivindicações anexas.

Exemplo

[036] Um sist ema de modelagem CFD (CFD: Dinâmica de Fluido Computacional) foi usado para simular a dinâmica dos fluidos em um reator de escala industrial, que foi equipado com o rotor de fluxo axial, tendo o formato de hélice otimizado da invenção dimensionado, conforme descrito acima. A simulação foi feita com as especificações relacionadas na Tabela I. O reator cilíndrico apresenta 8 m de diâmetro e 8 m de altura. O afastamento da base é de 3,2 m, que é igual ao diâmetro da hélice do rotor. Três hélices de rotor são levadas em consideração. Tabela I: Especificação do Reator

[037] Duas larguras de hélice (Wb/T=0,125 ("hélice delgada”) e 0,0625 (“hélice encorpada”)) e três ângulos de afastamento (27°, 30° e 33°) foram variados para o rotor proposto, para examinar seu desempenho e checar se as regras para produzir o novo rotor foram universais para diferentes condições.

[038] Na Tabela II é mostrado o efeito da largura da hélice com relação ao desempenho para o novo rotor. Tabela II: Efeito da Largura da Hélice com Relação ao Desempenho

Em que: Wb é a largura da hélice; T é o diâmetro do tanque; D é o diâmetro do rotor; α = («2 + as) é o ângulo de afastamento (ver a figura 5); P é a energia; Np é o número de consumo de energia; Núcleo é o número de bombeamentos; ne é a eficácia do bombeamento; Àp é a eficiência do bombeamento; e mP é a vazão de massa do bombeamento por unidade de consumo de energia;

[039] A Tabela II mostra que o rotor de acordo com a invenção apresenta excelentes características de desempenho.

[040] Na Tabela III é mostrada uma fração de volume com relação ao volume do reator em diferentes faixas de viscosidade turbulenta (kg/ms), para rotores de hélice tipo delgada e tipo encorpada. Tabela III: Fração de volume com relação ao volume do reator em diferentes faixas de viscosidade turbulenta (kg/ms), para rotores de hélice tipo delgada e tipo encorpada.

[041] A Tabela III mostra uma fração de volume com relação ao volume do reator em diferentes faixas de viscosidade turbulenta, para rotores de hélice tipo delgada e tipo encorpada. Foi observado que os rotores de acordo com a invenção proporcionam uma viscosidade turbulenta bastante baixa na maior parte do volume do reator. Assim, por exemplo, para um rotor de hélice tipo delgada, a viscosidade turbulenta é abaixo de 10 kg/ms, em 63% do volume do reator, enquanto que para o rotor de hélice tipo encorpada, cerca de 57% do volume do reator apresenta uma viscosidade turbulenta abaixo de 10 kg/ms. Existe um volume bastante pequeno com viscosidade turbulenta entre 20 e 30 kg/ms. Isso indica que os novos rotores criam um cisalhamento bastante baixo e proporcionam um razoável comportamento turbulento, que é exigido em diversas aplicações metalúrgicas.

[042] Na figura 8 é mostrada uma plotagem de vetor de velocidade para o novo rotor. Foi observado que o novo rotor apresenta um aperfeiçoado desempenho de mistura, pelo fato de o fluxo axial ter sido obviamente intensificado com relação aos componentes de velocidade radial e tangencial. A zona de recirculação se torna substancialmente grande, indicando que o novo rotor é eficiente.

[043] Além disso, foi ainda mostrado que o rotor da presente invenção proporciona um forte fluxo axial. Estudos detalhados revelam que o rotor da invenção pode obter uma maior eficiência de bombeamento e um mais forte fluxo axial com menor consumo de energia e menor cisalhamento, comparado com outros rotores axiais aplicados.

[044] No estudo de desempenho foi demonstrado que o presente rotor da invenção apresenta as seguintes vantagens: 1) é de fácil fabricação; 2) é de fácil dimensionamento, para um maior ou menor tamanho, de acordo com as regras desenvolvidas; 3) consome menos energia, desse modo, reduz o custo operacional; 4) proporciona capacidade e eficiência de bombeamento acentuadamente altas; 5) seu desempenho não é sensível à largura da hélice; 6) a pressão sobre sua superfície da hélice é uniformemente distribuída; e 7) proporciona um favorável padrão de fluxo para mistura, com baixo cisalhamento na superfície do rotor e eficiente bombeamento, além de criar um fluxo axial bastante forte se comparado a um fluxo radial e tangencial.

[045] Conquanto que a presente invenção tenha sido descrita em conexão com um determinado número de modalidades e implementações exemplificativas, a presente invenção não deve ser limitada, ao invés disso, cobre diversas modificações e disposições equivalentes, que se enquadram dentro do escopo das reivindicações anexas.

Claims

1. Hélice (4) de um rotor de fluxo axial (1), dita hélice podendo ser conectada a um cubo de roda central (2) do rotor, a hélice sendo formada de um material tipo placa e tendo: - uma borda de avanço (5); - uma borda de arrasto (6); - uma ponta (7); - uma raiz (8) fixável ao cubo de roda central (2) do rotor; - uma primeira curvatura de certa extensão reta (9) se estendendo ao longo da hélice em uma primeira direção e dividindo a hélice em uma primeira porção de perfil (10), localizada adjacente à borda de avanço (5), e uma segunda porção de perfil (11), as primeira e segunda porções de perfil se encontrando na primeira curvatura, de modo que a primeira porção de perfil seja angulada com um primeiro ângulo (αi) descendente a partir da segunda porção de perfil; - uma segunda curvatura de certa extensão reta (i2) se estendendo ao longo da hélice numa segunda direção, que é diferente da dita primeira direção e está localizada fora da primeira curvatura, e dividindo a hélice ainda em uma terceira porção de perfil (i3) localizada adjacente à borda de arrasto (6), as ditas segunda e terceira porções de perfil se encontrando na dita segunda curvatura, de modo que a terceira porção de perfil seja angulada com um segundo ângulo (α2) descendente a partir da segunda porção de perfil, a segunda porção de perfil (11) sendo angulada com um terceiro ângulo («3) em relação ao plano horizontal; - e, numa vista plana, a hélice apresenta a forma geral de um retângulo envoltório (R x Wb), com recortes cônicos pelo menos nos cantos laterais da raiz do retângulo; - dito retângulo tendo uma extensão (R) que é a dimensão longitudinal a partir do eixo de rotação (x) do rotor para a ponta (7) da hélice (4), e com uma largura (Wb) que é a dimensão de largura da hélice, perpendicular à direção longitudinal, o retângulo envoltório tendo cantos internos (14, 15) adjacentes à raiz (8) e cantos externos (16, 17) adjacentes à ponta (7), caracterizada pelo fato de que o contorno da hélice (4) é definido pelas dimensões proporcionais dos recortes cônicos a partir do retângulo envoltório, os recortes compreendendo: - um primeiro recorte (18) que é adjacente à raiz (8) e a um primeiro canto interno (14) do retângulo, no lado da borda de avanço (5), o primeiro recorte (18) tendo a forma de um triângulo retângulo, com o cateto no modo de comprimento (19) tendo uma dimensão A = 0,2R, um cateto no modo de largura (20) tendo uma dimensão B = 0,2Wb, e uma hipotenusa que forma uma primeira aresta de recorte (21) da hélice se estendendo a partir da raiz (8) para a borda de avanço (5); - um segundo recorte (22) que é adjacente à raiz (8) e a um segundo canto interno (15) do retângulo, no lado da borda de arrasto (6), o segundo recorte (22) tendo a forma de um triângulo retângulo, com o cateto no modo de comprimento (23) tendo uma dimensão C = 0,2R, um cateto no modo de largura (24) tendo uma dimensão D = 0,2Wb, e uma hipotenusa que forma uma segunda aresta de recorte (25) da hélice se estendendo a partir da raiz (8) para a borda de arrasto (6); - um terceiro recorte (26) que é adjacente à ponta (7) e a um primeiro canto externo (16) do retângulo, no lado da borda de avanço (5), o terceiro recorte (26) tendo a forma de um triângulo retângulo, com o cateto no modo de comprimento (27) tendo uma dimensão E = 0,5R, um cateto no modo de largura (28) tendo uma dimensão F = (0,1 a 0,2 )R, e uma hipotenusa que forma uma terceira aresta de recorte (29) da hélice se estendendo a partir da borda de avanço (5) para a ponta (7), a terceira aresta de recorte (29) que conecta a ponta (7) com um boleamento (30) tendo um raio de curvatura G = 0,2Wb, e - um quarto recorte (31) que é adjacente à ponta (7) e a um segundo canto externo (17) do retângulo, no lado da borda de arrasto (6), o quarto recorte (31) tendo a forma de um triângulo retângulo, com o cateto no modo de comprimento (32) tendo uma dimensão H = 0,25R, um cateto no modo de largura (33) tendo uma dimensão I = 0,1R, e uma hipotenusa que forma uma quarta aresta de recorte (34) da hélice se estendendo a partir da borda de arrasto (6) para a ponta (7), a quarta aresta de recorte (34) que conecta a ponta (7) com um boleamento (35) tendo um raio de curvatura G = 0,2Wb; - e em que a primeira curvatura (9) intercepta o lado longitudinal do retângulo envoltório no ponto de encontro da primeira aresta de recorte (21) e borda de avanço (5), com uma distância A = 0,2R do primeiro canto interno (14), e a primeira curvatura (9) intercepta o lado no modo de largura do retângulo envoltório adjacente à ponta (7) com uma distância J = 0,4R do terceiro canto (17); - e em que a segunda curvatura (12) intercepta o lado no modo de largura do retângulo envoltório adjacente à raiz (8) com uma distância K = 0,1Wb do primeiro canto (14), e a segunda curvatura (12) intercepta o lado do retângulo envoltório adjacente à ponta (7) com uma distância no modo de largura I = 0,1R do quarto canto (17); - onde o primeiro ângulo ai = 6°±1°, o segundo ângulo a2 = 8°±1° e o terceiro ângulo a3 = 19° a 25°.

2. Hélice, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a borda de avanço (5) é chanfrada ou afinada.

3. Hélice, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que a borda de arrasto (6) é chanfrada ou afinada.

4. Rotor de fluxo axial, compreendendo um cubo de roda central (2), adaptado para ser conectado a um eixo rotativo (3) tendo um eixo central de rotação (x), e pelo menos duas hélices (4), conforme definida na reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as hélices são fixadas ao cubo de roda e se estendem radialmente para fora do cubo de roda.

5. Rotor de fluxo axial, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o rotor (1) compreende pelo menos três hélices (4) igualmente espaçadas.

6. Rotor de fluxo axial, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o rotor (1) compreende quatro ou mais hélices (4) igualmente espaçadas.