BR112019017609A2 - Melhorias em ventiladores - Google Patents

Abstract

em um aspecto é divulgado, um arranjo de ventilador (10) para um duto, o arranjo de ventilador (10) incluindo um alojamento (12) tendo uma entrada (24) e uma saída (27) adaptada para comunicar ar com o duto e um impulsor acionado rotativamente axialmente (22) suportado dentro do alojamento (12) entre a entrada (24) e a saída (27). o impulsor (22) inclui um cubo (21) transportando uma pluralidade de pás (23) que se estendem em uma direção radial para fora do cubo (21), a pluralidade de pás sendo moldadas para impelir ar entre a entrada (24) e saída (27). a pluralidade de pás (23) pode ter uma relação de solidez de ponta no intervalo de cerca de 0,8 a 1,2, e cada uma da pluralidade de pás (23) pode ter um ângulo de torção entre uma raiz (52) e uma ponta (54) da mesma no intervalo de cerca de 15 a 30 graus e uma espessura substancialmente constante. um impulsor (22), uma pá (23), sistema de ventilação e métodos relacionados são também divulgados.

Description

MELHORIAS EM VENTILADORES

PEDIDOS RELACIONADOS [001] Este pedido reivindica prioridade do pedido de patente provisório australiano no. 2017900608 depositado em 23 de fevereiro de 2017, cujo conteúdo é incorporado por referência.

CAMPO TÉCNICO [002] A invenção refere-se a um arranjo de ventilador, mais particularmente, a invenção refere-se a um ventilador axial de pás de impulsão e um impulsor para tal ventilador.

FUNDAMENTOS [003] Os ventiladores axiais canalizados são utilizados em uma variedade de aplicações, incluindo a ventilação de túneis, tais como minas e estradas. A necessidade de mais ar e pressões mais elevadas tornaram a necessidade de que os ventiladores axiais existentes se tornem maiores, mais pesados e mais ruidosos, desta forma as questões de saúde ocupacional e segurança (OH e S) são então aumentadas em proeminência.

[004] Tais ventiladores canalizados incluem um ventilador tendo pás que são rotativas dentro de um alojamento que se encaixa com o duto. As pás são moldadas e têm um perfil aerodinâmico para fazer com que um diferencial de pressão através das pás seja puxado através do alojamento e, portanto, fornecem pressão para conduzir o ar através do duto. O comprimento total do duto pode, em alguns casos, ser relativamente longo e múltiplos ventiladores canalizados podem ser utilizados para manter a pressão desejada e a taxa de fluxo resultante. Em alguns exemplos, os ventiladores axiais canalizados têm estágios (um após o outro) para obter

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2/20 a pressão requerida.

[005] Um problema com esses ventiladores canalizados está relacionado à eficiência dos ventiladores, ruído gerado, especialmente para ventiladores de múltiplos estágios, e a degradação do desempenho dos ventiladores devido ao desgaste de pá em ambientes abrasivos.

[006] A invenção aqui divulgada procura superar um ou mais dos problemas acima identificados ou pelo menos fornecer uma alternativa útil.

SUMÁRIO [007] De acordo com um primeiro aspecto amplo, é fornecido um arranjo de ventilador para um duto, o arranjo de ventilador incluindo um alojamento tendo uma entrada e uma saída adaptada para comunicar ar com o duto e um impulsor acionado rotativamente axialmente suportado dentro do alojamento entre a entrada e a saída, o impulsor inclui um cubo transportando uma pluralidade de pás estendendo em uma direção radial para fora do cubo, a pluralidade de pás sendo moldadas para impelir ar entre a entrada e a saída.

[008] Em um aspecto, a pluralidade de pás tem uma relação de solidez de ponta no intervalo de cerca de 0,8 a 1,2. Uma relação de solidez de ponta é medida em ou na direção das pontas da pluralidade de pás. Cada da pluralidade de pás pode também ter um ângulo de torção entre uma raiz de cubo respectiva e uma ponta da mesma no intervalo de cerca de 15 a 30 graus e uma espessura substancialmente constante. A espessura substancialmente constante pode ser o perfil entre uma borda frontal e uma borda traseira e/ou espessura substancialmente constante para a pá inteira.

[009] Em outro aspecto, cada da pluralidade das pás é

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3/20 formada a partir de uma placa de metal torcida para fornecer o ângulo de torção.

[0010] Em ainda outro aspecto, o cubo afunila para fora em uma direção entre a entrada e a saída.

[0011] Em ainda outro aspecto, o alojamento inclui um alojamento interior que suporta o impulsor e um alojamento exterior, o alojamento interior e exterior definindo uma via de passagem entre os mesmos através da qual o ar flui.

[0012] Em ainda um outro aspecto, uma seção pósventilador da via de passagem tem uma área de seção transversal que é relativamente menor em comparação com uma área de seção transversal de uma seção pré-ventilador da via de passagem.

[0013] Em ainda outro aspecto, o cubo é moldado para fornecer uma transição afunilada entre a seção préventilador e pós-ventilador da via de passagem.

[0014] Em ainda outro aspecto, o alojamento interior inclui uma seção de nariz, uma seção traseira com o cubo localizado entre a seção de nariz e a seção traseira, em que um diâmetro da seção traseira é maior que um diâmetro da seção de nariz.

[0015] Em ainda um outro aspecto, o alojamento interior inclui um cone traseiro estendendo a partir de e afunilando para dentro a partir da seção traseira.

[0016] Em ainda outro aspecto, uma ponta dianteira da seção de nariz é moldada para ser simplificada.

[0017] Em ainda outro aspecto, a seção traseira inclui um retificador de fluxo.

[0018] Em ainda outro aspecto, o retificador de fluxo é fornecido na forma de uma pluralidade de palhetas de giro

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4/20 dispostas para fornecer um fluxo substancialmente axial.

[0019] Em ainda outro aspecto, a seção de nariz inclui um condicionador de fluxo em forma para guiar o ar para as pás.

[0020] Em ainda outro aspecto, o condicionador de fluxo é fornecido sob a forma de pelo menos uma das pás préimpulsor estáticas e ajustáveis.

[0021] Ainda em outro aspecto, o alojamento exterior inclui um cone de entrada disposto antes do condicionador de fluxo para direcionar o fluxo de ar para a via de passagem e um evasivo(evasee) de saida após o retificador de fluxo, o cone de entrada e o evasivo de saida acoplarem ao duto.

[0022] Em ainda outro aspecto, os alojamentos interior e exterior são em geral de forma cilíndrica e concentricamente dispostos em torno de um eixo de rotação do cubo.

[0023] Em ainda outro aspecto, o alojamento interior contém um motor disposto para acionar o cubo.

[0024] Em ainda um outro aspecto, cada da pluralidade de pás inclui uma corda em direção à ponta que é relativamente mais longa do que a corda em direção à raiz.

[0025] Em ainda outro aspecto, um ângulo de ataque na raiz de cada uma da pluralidade de pás é menor que um ângulo de ataque na ponta de cada uma das várias pás.

[0026] Em ainda outro aspecto, quando visto na forma de plano frontal, as bordas dianteiras e bordas traseiras das adjacentes da pluralidade de pás parecem ser substancialmente paralelas.

[0027] Em ainda outro aspecto, pelo menos uma das bordas dianteira e traseira de cada da pluralidade de pás são arredondadas.

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5/20 [0028] De acordo com um segundo aspecto amplo, é fornecido uma pá para um arranjo de ventilador como descrito acima e aqui em qualquer uma das reivindicações anteriores.

[0029] De acordo com um terceiro aspecto amplo, é fornecido um impulsor para um arranjo de ventilador como descrito acima e aqui.

[0030] De acordo com um quarto aspecto amplo, é fornecido um sistema de ventilação incluindo um ou mais arranjos de ventilador como descrito acima e aqui encaixado a um duto para conduzir ar entre uma entrada e saída do duto.

[0031] De acordo com um quinto aspecto geral, é fornecido um método de transporte de ar utilizando um arranjo de ventilador como descrito acima e incluindo o encaixe do arranjo de ventilador com um duto e operando o arranjo de ventilador para conduzir ar entre uma entrada e saída do duto.

[0032] De acordo com um sexto aspecto amplo, é fornecido um arranjo de ventilador para um duto, o arranjo de ventilador incluindo um alojamento tendo uma entrada e uma saída adaptada para comunicar ar com o duto e um impulsor acionado rotativamente axialmente suportado dentro do alojamento entre a entrada e a saída, o impulsor incluindo um cubo transportando uma pluralidade de pás estendendo em uma direção radial para fora do cubo, a pluralidade de pás sendo moldadas para impelir ar entre a entrada e a saída, em que a pluralidade de pás tem uma relação de solidez de ponta no intervalo de cerca de 0,8 a 1,2, e em que cada da pluralidade de pás tem um ângulo de torção entre uma raiz e uma ponta da mesma no intervalo de cerca de 15 a 30 graus, uma espessura substancialmente constante e um comprimento de

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6/20 corda em direção à ponta é relativamente mais longo do que um comprimento de corda em direção à raiz.

[0033] De acordo com um sétimo aspecto amplo, é fornecido um arranjo de ventilador para um duto, o arranjo de ventilador incluindo um alojamento tendo uma entrada e uma saída adaptada para comunicar ar com o duto e um impulsor acionado rotativamente axialmente suportado dentro do alojamento entre a entrada e a saída, o impulsor incluindo um cubo transportando uma pluralidade de pás estendendo em uma direção radial para fora do cubo, a pluralidade de pás sendo moldadas para impelir ar entre a entrada e a saída, em que a pluralidade de pás tem uma relação de solidez de ponta no intervalo de cerca de 0,8 a 1,2, e em que cada da pluralidade de pás tem um ângulo de torção entre uma raiz e uma ponta no intervalo de cerca de 15 a 30 graus, um perfil de espessura substancialmente constante e uma corda em direção à ponta que é relativamente mais longa do que a corda em direção à raiz.

[0034] De acordo com um oitavo aspecto amplo é fornecido um impulsor para um arranjo de ventilador canalizado tendo uma entrada e uma saída, o impulsor incluindo um cubo transportando uma pluralidade de pás estendendo em uma direção radial para fora do cubo, pluralidade de pás sendo moldadas para impelir ar entre a entrada e a saída, em que a pluralidade de pás tem uma relação de solidez de ponta no intervalo de cerca de 0,8 a 1,2, e em que cada da pluralidade de pás tem um ângulo de torção entre uma raiz e uma ponta da mesma no intervalo de cerca de 15 a 30 graus e uma espessura substancialmente constante.

[0035] Em um aspecto, o cubo é moldado de modo a comprimir

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7/20 o fluxo que passa através da pluralidade de pás.

[0036] Em outro aspecto, o cubo é afunilado.

[0037] Em ainda outro aspecto, cada da pluralidade das pás é formada a partir de uma placa de metal torcida para fornecer o ângulo de torção.

[0038] Em ainda um outro aspecto, cada da pluralidade de pás inclui uma corda em direção à ponta que é relativamente mais longa do que a corda em direção à raiz.

[0039] Em ainda outro aspecto, um ângulo de ataque na raiz de cada uma da pluralidade de pás é menor do que um ângulo de ataque na ponta de cada da pluralidade de pás.

[0040] Em ainda outro aspecto, quando visto no plano frontal formas de bordas dianteiras e bordas traseiras das adjacentes da pluralidade de pás são substancialmente paralelas.

[0041] Em ainda outro aspecto, pelo menos uma das bordas dianteira e traseira de cada da pluralidade de pás são arredondadas.

[0042] De acordo com um nono aspecto amplo, é fornecido um método de formar um arranjo de ventilador para um duto, o método incluindo os passos de: formar um alojamento tendo um alojamento exterior e um alojamento interior de modo a formar uma via de passagem entre os mesmos, o alojamento interior suportando um impulsor disposto axialmente rotativo e o alojamento sendo formado de tal modo que uma seção de pré-impulsor da via de passagem é relativamente maior em seção transversal que uma seção pós-impulsor da via de passagem; formar o impulsor de modo a ter um cubo afunilado entre as seções pré e pós-impulsor com o cubo afunilado transportando uma pluralidade de pás que estendem

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8/20 substancialmente em uma direção radial entre o cubo e uma superfície interna do alojamento exterior, a pluralidade de pás sendo moldadas para impelir ar entre uma entrada e uma saída do alojamento e, formar a pluralidade de pás de modo a ter uma relação de solidez de ponta no intervalo de cerca de 0,8 a 1,2, e de modo que cada uma da pluralidade de pás tem um ângulo de torção entre uma raiz e uma ponta da mesma no intervalo de cerca de 15 a 30 graus e uma espessura substancialmente constante.

[0043] De acordo com um décimo aspecto amplo, é fornecido um método de formação de um impulsor para um arranjo de ventilador canalizado tendo uma entrada e uma saída, o método incluindo: formar um cubo disposto para afunilar para fora em uma direção entre a entrada e saída; formar uma pluralidade de pás para encaixar no cubo a partir de um material tendo uma espessura substancialmente constante de modo a ter um ângulo de torção entre uma raiz e uma ponta do mesmo no intervalo de cerca de 15 a 30 graus; formar o impulsor por acoplar a pluralidade de pás ao cubo de tal modo que a pluralidade de pás estende em uma direção radial para fora do cubo para impelir ar entre a entrada e a saída e têm uma relação de solidez de ponta no intervalo de cerca de 0,8 a 1,2.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS [0044] A invenção é descrita, apenas a título de exemplo não limitativo, por referência às figuras em anexo, em que;

A Figura 1 é uma vista seccional lateral ilustrando um arranjo de ventilador;

A Figura 2 é uma vista seccional lateral em perspectiva ilustrando o arranjo de ventilador;

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9/20

A Figura 3 é uma vista em perspectiva de partes explodidas lateral ilustrando o arranjo de ventilador;

A Figura 4a é uma vista em perspectiva lateral frontal ilustrando um impulsor do arranjo de ventilador;

A Figura 4b é uma vista em perspectiva de topo ilustrando um impulsor do arranjo de ventilador;

A Figura 4c é uma vista frontal ilustrando o impulsor;

A Figura 4d é uma vista de extremidade ilustrando uma pá do impulsor;

A Figura 5 é uma vista frontal ilustrando a pá do

impulsor mostrando a	seção	A-A em direção	a uma ponta	e	seção
D-D	em direção a uma	raiz	da	pá;
	A Figura 6 é uma	vista	de	extremidade	ilustrando	a	seção
A-A	como indicado na	Figura 5	r
	A Figura 7 é uma	vista	de	extremidade	ilustrando	a	seção

D-D como indicado na Figura 5;

A Figura 8 é um exemplo de uma comparação de curva de energia / volume do arranjo de ventilador com um ventilador axial de dois estágios de serviço comparável; e

A Figura 9 é um exemplo de uma comparação de curva de ruido / volume do arranjo de ventilador com um ventilador axial de dois estágios de serviço comparável.

DESCRIÇÃO DETALHADA [0045] Com referência às Figuras 1 a 5, é mostrado um arranjo de ventilador 10 para um duto ou sistema de dutos de ventilação (não mostrado) para mover ou transportar ar. O arranjo de ventilador 10 inclui um arranjo de alojamento 12 tendo um alojamento exterior 14 e um alojamento interior 16 localizado dentro do alojamento exterior 14 de modo a definir uma passagem 17 entre eles. Os alojamentos interior e

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10/20 exterior 14, 16 podem ser formados por um ou mais segmentos unidos um ao outro.

[0046] 0 alojamento interior 16 inclui uma seção de nariz 18, uma seção traseira 20 e um impulsor ou ventilador 22 entre a seção de nariz 18 e a seção traseira 20. Um cone de cauda 19 é acoplado à seção traseira 20 que afunila para dentro em direção a um eixo axial do arranjo de alojamento 12 .

[0047] 0 impulsor 22 inclui um cubo rotativo 21 que transporta uma pluralidade de pás rotativas 23 que estendem em uma direção radial substancialmente entre o cubo 21 e o alojamento exterior 14. Cada uma das pás rotativas 23 tem um perfil substancialmente plano tal que o um arranjo 10 pode ser considerado um ventilador axial de pás de impulsão, no qual o impulsor 22 aciona o fluxo de ar pelo momento transmitido ao ar, em oposição a um diferencial de pressão, tal como utilizado pelos ventiladores axiais canalizados de aerofólio típicos.

[0048	] 0 alojamento	externo 14	inclui	uma entrada	24
tendo um	cone de entrada	26	adaptado	para se	comunicar ou	se
acoplar	fluidicamente	com	o duto	e uma	saída 27 para

comunicar novamente ou acoplar fluidicamente com o duto. O cone de entrada 2 6 pode ser equipado com uma grelha 25. O alojamento exterior 14 e o alojamento interior 16 têm, pelo menos em parte, uma forma geralmente cilíndrica e alongada. O alojamento exterior 14 e o alojamento interior 16 são posicionados concentricamente em torno do eixo de rotação do impulsor 22. A seção de nariz 18 inclui uma ponta aerodinâmica 30 sendo neste exemplo em forma pontiaguda ou abaulada. 0 impulsor 22 é acionado por um arranjo de motor

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11/20 que tem um motor 46, tal como, mas não limitado a um motor elétrico, adaptado para rodar o impulsor 22. O motor 46 pode ser um motor de quatro polos para funcionamento a 50 a 60 Hz e, como tal, em alguns exemplos o impulsor 22 pode ser rodado a uma velocidade fixa de cerca de 1500 rpm. Em outros exemplos, o motor 46 pode ter outro número de polos e rodar a outras velocidades adequadas. O arranjo de alojamento 12 pode ser geralmente formado por um metal, tal como aço macio.

[0049] Uma seção de pré-ventilador 32 da via de passagem 17 é definida entre a seção de nariz 18 e o alojamento externo 14. A seção de pré-ventilador 32 tendo assim uma seção transversal geralmente anelar através da qual o ar passa a partir da entrada 24 para o impulsor 22. Uma seção de pós-ventilador 34 da via de passagem 17 na seção traseira 20 é definida entre o alojamento interior 16 e o alojamento exterior 14. A seção de pós-ventilador 34 tendo assim também uma seção transversal geralmente anelar através da qual o ar passa a partir do impulsor 22 em direção à saida 27. A seção de pré-ventilador 32 tem uma área de seção transversal relativamente maior em comparação com a seção de ventilador 34. A seção traseira 20 pode incluir ou terminar com um evasivo 28 (uma seção de difusor afunilada para fora) antes de uma seção de expansor 29 como definido entre o cone de cauda 19 e o alojamento exterior 14.

[0050] Mais especificamente, neste exemplo, o alojamento exterior 14 tem um diâmetro relativamente constante ao longo do seu comprimento. No entanto, a seção de nariz 18 tem um diâmetro relativamente mais estreito ou menor em comparação com a seção de pós-ventilador 34, pelo que a seção de préventilador 32 tem uma área transversal relativamente maior

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12/20 em comparação com a seção de pós-ventilador 34. O cubo 21 é moldado para fazer a transição entre a seção de nariz 18 e a seção traseira 20. Neste exemplo, o cubo 21 é geralmente truncado em forma frustocônica para fornecer uma superfície afunilada geralmente reta 36 no perfil lateral entre a seção de nariz 18 e a seção traseira 20. As pás 23 estendem radialmente a partir da superfície afunilada 36 do cubo 23. A superfície afunilada 36 do cubo 21 fornece compressão do fluxo de ar à medida que passa através das pás 23 para a seção de saída 34. A seção de nariz 18 pode incluir uma superfície afunilada parecida adicional 37 imediatamente antes da superfície afunilada 36 do cubo 21.

[0051] A seção de pré-ventilador 32 inclui um condicionador de fluxo 35 é fornecido na forma de pelo menos uma de pás pré-rotor estáticas e ajustáveis 38 que estendem radialmente a partir da seção de nariz 18 para o alojamento externo 14. Nos exemplos em que as pás pré-rotor 38 são ajustáveis, as pás pré-rotor 38 podem ser usadas para controlar as características do ventilador como a saída de taxa de fluxo volumétrica. Quando são utilizadas pás prérotor controláveis 38, o impulsor 22 pode ser operado a uma velocidade de rotação fixa e as pás pré-rotor 38 podem ser utilizadas para controlar a taxa de fluxo volumétrico enquanto o impulsor 22 é mantido como a velocidade fixa.

[0052] As pás pré-rotor ou pré-ventilador 38 guiam o ar para o arranjo de impulsor 22. A seção de pós-ventilador 34 inclui um ou mais retificadores de fluxo 40 fornecidos na forma de palhetas de giro 42 estendendo radialmente a partir da seção traseira 20 para o alojamento exterior 14. Uma ou ambas as pás pré-rotor 38 e as palhetas de giro 42 suportam

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13/20 e suspendem o alojamento interior 16 dentro do alojamento exterior 14.

[0053] Com referência às Figuras 4a a 7, voltando agora ao impulsor 22, em particular as pás 23, cada pá inclui um corpo de pá torcido 50, uma raiz 52, uma ponta 54, uma borda dianteira 56 e uma borda traseira 58. Neste exemplo, cada uma das pás 23 inclui um ângulo de torção entre uma raiz do cubo da pá e uma ponta da pá no intervalo de cerca de 15 a 30 graus.

[0054] 0 corpo de pá 50 tem uma espessura substancialmente constante através da corda e comprimento. Para conseguir a espessura constante, as pás 23 podem ser cada uma formadas a partir de uma placa de metal que é torcida para fornecer o ângulo de torção. A placa de espessura constante, sendo preferencialmente simétrica em perfil e não em forma de aerofólio, é resistiva ao desgaste e, portanto, o desempenho do arranjo de ventilador pode ser mantido ao longo do tempo. A espessura constante ou as pás planas 23 funcionam por aumentar a velocidade transmitida ao fluxo através do impulsor 22 sem aumento substancial da pressão. As pás planas ou de espessura constante 23, portanto, funcionam diferentemente de uma forma de aerofólio que depende principalmente de um diferencial de pressão para direcionar o fluxo. A borda dianteira 56, borda traseira 58 e ponta 54 podem ser arredondadas ou radiais para reduzir a turbulência. As pás de espessura constante ou planas 23 também inibem o bloqueio, especialmente quando utilizadas com pás pré-rotor 38 que se movem através de ângulos relativamente grandes, tais como + 40 graus a -40 graus.

[0055] 0 impulsor 22 pode geralmente ser formado de um

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14/20 metal, tal como aço macio. Pode ser apreciado, a partir da Figura 4c, que as pás 23 ocupam grande parte do espaço através do qual o ar flui através do impulsor 22. Na vista em forma de planta frontal, como mostrado na Figura 4c, pode também ser apreciado que as bordas dianteiras 56 e as bordas traseiras 58 das pás adjacentes 23 são substancialmente paralelas. O ângulo de torção de pá é melhor mostrado na Figura 4d e é medido entre a raiz da pá 52 e a ponta da pá 54. O alcance é de cerca de 15 a 30 graus. No entanto, de preferência, o ângulo de torção de pá pode ser de cerca de 19 a 23 graus, e mais preferivelmente de 21 graus.

[0056] Neste exemplo, a corda CAt na ponta 54 das pás 23 é substancialmente mais longa em relação à corda CDr na base ou raiz 52 das pás 23 (melhor visto comparando as Figuras 6 e 7). Como tal, a relação de solidez na ponta SRt na Seção A-A pode estar no intervalo de cerca de 0,8 a 1,2 e a relação de solidez SRr na Seção DD pode ser da ordem de cerca de 1,1 a 1,4. Em outra unidade de medida, observase que a relação de aspecto (sendo uma relação de seu vão ou comprimento da pá em relação a sua corda média) das pás é bastante baixa devido à corda relativamente longa. A base ou raiz 52 das pás 23 pode ser moldada ou afunilada para corresponder com o afunilamento do cubo 21.

[0057] A relação de solidez de ponta da pá SRt é definida aqui como a soma dos comprimentos de ponta da corda CAt de todas as pás 23 nas pontas 54 das mesmas (isto é, medição da corda na seção A-A das pás 23 como mostrado na Figura 5) dividida pelo perímetro no diâmetro D das pás 23. Apenas a título de exemplo, a largura da corda CAt da pá 23 na ponta 54 pode ser, por exemplo, 350 mm. Pode haver

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15/20 lâminas, então 350 mm x 11 dá 3850 mm. 0 diâmetro D pode ser, por exemplo, 1320 mm. Por conseguinte, o perímetro é π x D, o que dá 4147 mm. A relação SRt neste exemplo é = 3850/4147 = 0,93. Outras variações do CAt e D podem ser utilizadas. Note que D está de preferência no intervalo de cerca de 0,8 m a 2,1 m.

[0058] Similarmente, a relação de solidez da raiz da pá SRr é definida aqui como a soma dos comprimentos de corda da raiz CDr de todas as pás no diâmetro externo do cubo 21 (ou seja, medido na raiz 52 na seção D-D das pás 23), dividido pelo perímetro exterior de cubo 21 Hp (neste exemplo, o perímetro é medido no diâmetro maior do cubo afunilado 21 a 0,7 * D, onde D é o diâmetro das pás 23).

[0059] Neste exemplo, o cubo 21 tem um diâmetro relativamente grande e circunferência que resulta na relação de solidez sendo relativamente baixa em comparação, por exemplo, ao típico ventilador axial canalizado. A forma afunilada do cubo 21 pode variar de cerca de, mas não se limitando a, 0,55 x D a 0,7 x D.

[0060] Ainda se referindo às Figuras 6 e 7, pode ser apreciado que o ângulo de ataque AD da pá 23 na raiz 52 é menor que o ângulo de ataque A-A na ponta 54. Neste exemplo, o ângulo de torção entre as seções A-A e D-D é entre 19 e 23 graus, o tamanho aplicável do diâmetro D do ventilador pode estar entre diâmetros de ponta de cerca de 800 mm e 2000 mm, e o raio de seção de pá está entre 200 e 500 mm. No entanto, como acima mencionado, ângulos de torção adequados podem estar no intervalo de cerca de 15 a 30 graus. Note que as seções A-A e D-D são geralmente em forma de arco devido à torção aplicada e o perfil das pás 23 é

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16/20 substancialmente constante. O arco na seção de raiz D-D é maior que o arco na seção de ponta A-A.

[0061] Também é notado que o comprimento da corda das pás 23 é muito maior do que o que é tipicamente utilizado por um impulsor de pás de impulsão e isso resulta em um menor consumo de energia sobre a faixa útil do impulsor 22, como mostrado na Figura 8. Além disso, o comprimento de corda mais longo fornece uma curva de volume de pressão (PV) semelhante em comparação com um exemplo de ventilador axial que pode ser um ventilador axial de dois estágios adequado para um duto tendo um diâmetro de até cerca de 1400 mm. Por conseguinte, o arranjo de ventilador 10 aqui é particularmente adequado para o mercado de ventilação de duto. O ruído também é reduzido, conforme mostrado na Figura 9, em comparação com um ventilador axial de dois estágios. Note que o arranjo de ventilador 10 é capaz de empurrar cerca de 40 m / s a mais de 5,7 kPa. Um tradicional ventilador axial de dois estágios de diâmetro semelhante irá parar em pelo menos 5 kPa e só é capaz de cerca de 40 m / s a cerca de 3,9 kPa.

[0062] Vantajosamente, foi fornecido um arranjo de ventilador tendo um impulsor que tem um maior comprimento de corda, maior número de lâminas, um ângulo de ataque relativamente alto das pás e a compressão de fluxo que surge a partir do cubo afunilado do impulsor. Isto fornece um arranjo de ventilador vantajoso tendo uma característica de pressão similar sobre uma faixa útil do ventilador. A curva de volume de pressão (PV) também é vantajosa e adequada ao mercado de ventilação de duto de ventilação.

[0063] Além disso, as características de arranjo de

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17/20 desempenho de ventilador imitam as funções de um ventilador axial de dois estágios, mas dentro de um envelope de instalação menor, assim tornando o ventilador mais leve e menor que os ventiladores axiais comparáveis no mercado e tornando a instalação mais fácil e rápida. A necessidade de menos instalações de ventilador também é uma vantagem e resulta em menos trabalho de instalação ao usar o cabeamento existente. A extremidade inferior da curva de volume de pressão aumenta mais do que os ventiladores axiais comparáveis no mercado, reduzindo assim a necessidade de um ventilador adicional, à medida que os comprimentos de duto aumentam. O novo impulsor é menor em tamanho e possui recursos de redução de ruido, portanto, geração de ruido é consideravelmente menor do que a instalação de um único ventilador axial equivalente para um dado serviço.

[0064] As pás de impulsor podem ser feitas de placa, em vez de em forma de aerofólio, portanto, não são afetadas pelo desgaste. As melhorias no projeto das pás de impulsor mudam suas características de uma curva de PV (pressãovolume) normalmente de alto volume para uma curva de PV mais íngreme de volume mais íngreme, mas com uma curva de consumo de energia mais baixa sobre uma ampla faixa de fluxo volumétrico. A faixa de pressão é substancialmente maior na extremidade inferior do que os ventiladores comparáveis no mercado, atrasando assim a necessidade de instalação de um ventilador adicional. Fundamentalmente, o arranjo de ventilador fornece um ventilador menor, mais leve, mais silencioso e mais industrial para a mesma faixa de ventilação e pressão, com menos resistência, o que significa menos realocações, reparos, exposição de segurança.

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18/20 [0065] Os recursos que podem contribuir para superar os problemas existentes são os listados abaixo:

• Pressões mais altas para fluxos comparáveis: a combinação de recursos de projeto de pá e projeto de palheta de giro eficiente leva a uma melhor característica de aumento de pressão do que os ventiladores axiais comparáveis disponíveis no mercado;

• Peso: como o impulsor é menor em tamanho para um dado serviço, o peso do impulsor será menor que o do ventilador axial comparável no mercado atualmente.

• Ruído: como o impulsor é menor, as velocidades da ponta da pá são menores e, portanto, o ruído gerado é menor;

• Custos de instalação: como apenas um ventilador precisa ser instalado em comparação com dois ventiladores axiais padrão para um dado serviço, o tempo de instalação é reduzido pela metade;

• Economia de manutenção: Como o impulsor é mais robusto e menos dependente da forma da pá para o desempenho do impulsor, os intervalos de necessidade de manutenção provavelmente serão mais longos;

• Preocupações de OH e S: como o desgaste no padrão axial diminui drasticamente o desempenho, a probabilidade de falha do impulsor aumenta devido à parada de um determinado comprimento do duto. O risco de ferimentos devido a falhas no rotor também é aumentado. O ar fornecido até o final do duto diminuirá a um ponto que será insuficiente para o trabalho que está sendo executado. Como o ruído gerado é menor, a exposição a fontes de alto ruído será menor.

•Menor características de energia: o novo ventilador de pás de impulsão aproveita a energia do motor disponível em

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19/20 comparação com o ventilador axial padrão para fornecer mais pressão no menor volume final da curva e volumes ligeiramente maiores com requisitos de pressão mais baixos. O risco de sobrecarga do motor é reduzido sem a necessidade de outros sistemas de controle.

[0066] Finalmente, note que com este novo projeto de impulsor torna o ventilador menor do que os ventiladores existentes para o mesmo serviço e pode ser mais leve em até 25%. O desempenho aprimorado pode atrasar a necessidade de ventiladores adicionais para comprimentos de dutos mais longos. Esses recursos também podem simplificar a instalação e melhorar o OH e S, além de poder usar a fiação existente. A característica de energia é largamente menor para a faixa prática de tarefas para as quais o ventilador é projetado, assim a sobrecarga do motor de ventilador é aliviada.

[0067] Ao longo desta especificação e das reivindicações que seguem, a menos que o contexto exija o contrário, a palavra compreende, e variações tais como compreendem e compreendendo, serão entendidas como implicando a inclusão de um número inteiro ou passo ou grupo de inteiros ou passos, mas não a exclusão de qualquer outro inteiro ou passo ou grupo de inteiros ou passos.

[0068] A referência nesta especificação a qualquer assunto conhecido ou qualquer publicação anterior não é, nem deve ser tomada como sendo, um reconhecimento ou admissão ou sugestão de que a técnica conhecida ou publicação da técnica anterior faz parte do conhecimento geral comum no campo ao qual essa especificação se refere.

[0069] Embora tenham sido descritos exemplos específicos da invenção, será entendido que a invenção estende a

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20/20 combinações alternativas dos recursos divulgados ou evidentes a partir da divulgação aqui fornecida.

[0070] Muitas e várias modificações serão evidentes para os versados na técnica sem se afastar do âmbito da invenção divulgado ou evidente a partir da divulgação aqui fornecida.

Claims (8)

REIVINDICAÇÕES

1. Arranjo de ventilador para um duto, o arranjo de ventilador caracterizado por incluir um alojamento tendo uma entrada e uma saída adaptada para comunicar ar com o duto e um impulsor acionado rotativamente axialmente suportado dentro do alojamento entre a entrada e a saída, o impulsor incluindo um cubo carregando uma pluralidade de pás que se estendem em uma direção radial para fora do cubo, a pluralidade de pás sendo moldadas para impelir ar entre a entrada e a saída, em que a pluralidade de pás tem uma relação de solidez de ponta no intervalo de cerca de 0,8 a 1,2, e em que cada uma da pluralidade de pás tem um ângulo de torção entre uma raiz e uma ponta da mesma no intervalo de cerca de 15 a 30 graus e uma espessura substancialmente constante.

2/8 da via de passagem tem uma área de seção transversal que é relativamente menor em comparação com uma área de seção transversal de uma seção pré-ventilador da via de passagem.

2. Arranjo de ventilador, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que cada uma da pluralidade das pás é formada a partir de uma placa de metal torcida para fornecer o ângulo de torção.

3/8 pás .

13. Arranjo de ventilador, de acordo com a reivindicação

12, caracterizado pelo fato de que o condicionador de fluxo é fornecido na forma de pelo menos uma de pás pré-rotor estáticas e ajustáveis.

14. Arranjo de ventilador, de acordo com a reivindicação

13, caracterizado pelo fato de que o alojamento exterior inclui um cone de entrada disposto antes do condicionador de fluxo para direcionar fluxo de ar para a via de passagem e uma evasão de saida após o alisador de fluxo, o cone de entrada e evasão de saida acoplando para o duto.

15. Arranjo de ventilador, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 14, caracterizado pelo fato de que os alojamentos interior e exterior são cada um geralmente de forma cilindrica e concentricamente dispostos em torno de um eixo de rotação do cubo.

16. Arranjo de ventilador, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 a 15, caracterizado pelo fato de que o alojamento interior contém um motor disposto para acionar o cubo.

17. Arranjo de ventilador, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que cada uma da pluralidade de pás inclui uma corda em direção à ponta que é relativamente mais longa do que a corda em direção à raiz.

18. Arranjo de ventilador, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que um ângulo de ataque na raiz de cada um da pluralidade de pás é menor do que um ângulo de ataque na ponta de cada um da pluralidade de pás.

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3. Arranjo de ventilador, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o cubo se afunila para fora em uma direção entre a entrada e saída.

4/8

19. Arranjo de ventilador, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que quando vistas em forma plana frontal, bordas dianteiras e bordas traseiras de adjacentes da pluralidade de pás parecem ser substancialmente paralelas.

20. Arranjo de ventilador, de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma das bordas dianteiras e traseiras de cada um da pluralidade de pás é arredondada.

21. Pá caracterizada por ser para um arranjo de ventilador conforme definido em qualquer uma das reivindicações precedentes. 22. Impulsor caracterizado por ser para um arranjo de ventilador conforme definido em qualquer uma das

reivindicações 1 a 20.

23. Sistema de ventilação caracterizado por compreender um ou mais arranjos de ventilador, conforme definidos em qualquer uma das reivindicações 1 a 20, montados em um duto para conduzir ar entre uma entrada e saida do duto.

24. Método de transporte de ar caracterizado por usar um arranjo de ventilador, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 20, incluindo montar o arranjo de ventilador com um duto e operar o arranjo de ventilador para conduzir ar entre uma entrada e saida do duto.

25. Arranjo de ventilador para um duto, o arranjo de ventilador caracterizado por compreender um alojamento tendo uma entrada e uma saída adaptada para comunicar ar com o duto e um impulsor acionado rotativamente axialmente suportado dentro do alojamento entre a entrada e a saída, o impulsor incluindo um cubo carregando uma pluralidade de pás

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4. Arranjo de ventilador, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o alojamento inclui um alojamento interior suportando o impulsor e um alojamento exterior, o alojamento interior e exterior definindo uma via de passagem entre os mesmos através da qual ar flui.

5/8 que se estendem em uma direção radial para fora do cubo, a pluralidade de pás sendo moldadas para impelir ar entre a entrada e a saída, em que a pluralidade de pás tem uma relação de solidez de ponta no intervalo de cerca de 0,8 a 1,2, e em que cada uma da pluralidade de pás tem um ângulo de torção entre uma raiz e uma ponta da mesma no intervalo de cerca de 15 a 30 graus, uma espessura substancialmente constante e um comprimento de corda em direção à ponta é relativamente mais longo do que um comprimento de corda em direção à raiz.

26. Arranjo de ventilador para um duto, o arranjo de ventilador caracterizado por incluir um alojamento tendo uma entrada e uma saída adaptada para comunicar ar com o duto e um impulsor acionado rotativamente axialmente suportado dentro do alojamento entre a entrada e a saída, o impulsor incluindo um cubo transportando uma pluralidade de pás que se estendem em uma direção radial para fora do cubo, a pluralidade de pás sendo moldadas para impelir ar entre a entrada e a saída, em que a pluralidade de pás tem uma relação de solidez de ponta no intervalo de cerca de 0,8 a 1,2, e em que cada uma da pluralidade de pás tem um ângulo de torção entre uma raiz e uma ponta da mesma no intervalo de cerca de 15 a 30 graus, um perfil de espessura substancialmente constante e uma corda em direção à ponta que é relativamente mais longa do que a corda em direção à raiz .

27. Impulsor para um arranjo de ventilador canalizado tendo uma entrada e uma saída, o impulsor caracterizado por

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5, caracterizado pelo fato de que o cubo é moldado para fornecer uma transição afunilada entre as seções préventilador e pós-ventilador da via de passagem.

5. Arranjo de ventilador, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que uma seção pós-ventilador

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6/8 incluir um cubo transportando uma pluralidade de pás que se estendem em uma direção radial para fora do cubo, a pluralidade de pás sendo moldadas para impelir ar entre a entrada e a saída, em que a pluralidade de pás tem uma relação de solidez de ponta no intervalo de cerca de 0,8 a 1,2, e em que cada uma da pluralidade de pás tem um ângulo de torção entre uma raiz e uma ponta da mesma no intervalo de cerca de 15 a 30 graus e uma espessura substancialmente constante.

28 . Impulsor, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que o cubo é moldado de modo a comprimir o fluxo à medida que passa através da pluralidade de pás. 29. Impulsor, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de que o cube 2 é afunilado. 30 . Impulsor, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que cada ume 1 da pluralidade das

pás é formada de uma placa metálica torcida para fornecer o ângulo de torção.

31. Impulsor, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que cada uma da pluralidade de pás inclui uma corda em direção à ponta que é relativamente mais longa que a corda em direção à raiz.

32. Impulsor, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que um ângulo de ataque na raiz de cada uma da pluralidade de pás é menor do que um ângulo de ataque na ponta de cada uma da pluralidade de pás.

33. Impulsor, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que, quando vistas em forma plana

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6, caracterizado pelo fato de que o alojamento interior inclui uma seção de nariz, uma seção traseira com o cubo localizado entre a seção de nariz e seção traseira, em que um diâmetro da seção traseira é maior do que um diâmetro da seção de nariz.

8. Arranjo de ventilador, de acordo com a reivindicação

6. Arranjo de ventilador, de acordo com a reivindicação

7/8 frontal, bordas dianteiras e bordas traseiras de adjacentes da pluralidade de pás são substancialmente paralelas.

34. Impulsor, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma de bordas dianteiras e traseiras de cada um da pluralidade de pás é arredondada.

35. Método para formar um arranjo de ventilador para um duto, o método caracterizado pelo fato de que compreende os passos de:

formar um alojamento tendo um alojamento exterior e um alojamento interior de modo a formar uma via de passagem entre os mesmos, o alojamento interior suportando um impulsor disposto axialmente rotativo e o alojamento sendo moldado, tal que uma seção pré-rotor da via de passagem é relativamente maior seção transversal para uma seção pósimpulsor da via de passagem;

formar o impulsor de modo a ter um cubo afunilado entre as seções pré e pós-impulsor com o cubo afunilado transportando uma pluralidade de pás que substancialmente se estendem em uma direção radial entre o cubo e uma superficie interna do alojamento exterior, a pluralidade de pás sendo moldadas para impelir ar entre uma entrada e uma saida do alojamento e, formar a pluralidade de pás de modo a ter uma relação de solidez de ponta no intervalo de cerca de 0,8 a 1,2, e de modo que cada uma da pluralidade de pás tem um ângulo de torção entre uma raiz e uma ponta da mesma no intervalo de cerca de 15 a 30 de graus e uma espessura substancialmente constante.

36. Método para formar um impulsor para um arranjo de

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7, caracterizado pelo fato de que a seção de nariz inclui um condicionador de fluxo conformado para guiar o ar para as

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7, caracterizado pelo fato de que a seção traseira inclui um alisador de fluxo.

11. Arranjo de ventilador, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o alisador de fluxo é fornecido na forma de uma pluralidade de palhetas de viragem dispostas para fornecer um fluxo substancialmente axial.

12. Arranjo de ventilador, de acordo com a reivindicação

7, caracterizado pelo fato de que uma ponta dianteira da seção de nariz é moldada para ser aerodinâmica.

10. Arranjo de ventilador, de acordo com a reivindicação

7, caracterizado pelo fato de que o alojamento interior incluir um cone traseiro estendendo a partir de e afunilando para dentro a partir da seção traseira.

9. Arranjo de ventilador, de acordo com a reivindicação

7. Arranjo de ventilador, de acordo com a reivindicação

8/8 ventilador canalizado tendo uma entrada e uma saída, o método caracterizado por compreender:

formar um cubo disposto para afunilar para fora em uma direção entre a entrada e a saída;

formar uma pluralidade de pás para encaixar com o cubo a partir de um material tendo uma espessura substancialmente constante de modo a ter um ângulo de torção entre uma raiz e uma ponta da mesma no intervalo de cerca de 15 a 30 graus;

formar o impulsor por acoplamento da pluralidade de pás para o cubo tal que a pluralidade de pás se estende em uma direção radial para fora do cubo para impelir ar entre a entrada e a saida e tem uma relação de solidez de ponta no intervalo de cerca de 0,8 a 1,2.