ES2210699T3 - Ventilador de flujo transversal con estabilizador de flujo. - Google Patents

Abstract

EL RECORRIDO DEL FLUJO DE DESCARGA (D) DE UN VENTILADOR TRANSVERSAL (100) SE MODIFICA POR LA COLOCACION DE RAMPAS (30) EN LA PARED TRASERA/INFERIOR (20) A FIN DE PROPORCIONAR UNA ACELERACION LOCALIZADA DEL FLUJO, AL MISMO TIEMPO QUE SE IMPIDE EL ESTABLECIMIENTO DE UNA INESTABILIDAD EN EL MISMO. LAS RAMPAS (30) REDUCEN EL RUIDO GENERADO SIN AFECTAR AL RENDIMIENTO DE LA UNIDAD.

Description

Ventilador de flujo transversal con estabilizador de flujo.

Los ventiladores transversales son también conocidos como ventiladores de flujo cruzado y tangenciales. Son utilizados en aplicaciones de aire acondicionado debido a sus capacidades de flujo en línea y a su relación adecuada con intercambiadores de calor de placa de aletas, ya que se pueden extender en toda la longitud de un intercambiador de calor. Para lograr la longitud deseada, el impulsor puede estar compuesto de una pluralidad de segmentos o módulos, siendo uno o más segmentos más cortos que los otros para lograr la longitud total deseada. En un ventilador transversal, la entrada y la salida están, en general, nominalmente, en ángulo recto, pero son posibles ángulos desde 0 a 180º. El impulsor es similar a una rueda de ventilador centrífugo curvada hacia delante, excepto en que está cerrado en ambos extremos. El flujo es perpendicular al eje del impulsor en todo el ventilador, y entra en la fila de álabes en la dirección radialmente hacia dentro sobre el lado de aguas arriba, pasando a través del interior del impulsor, y después fluyendo radialmente hacia fuera a través de los álabes una segunda vez. El flujo está caracterizado por la formación de un torbellino excéntrico que discurre paralelo al eje de rotor y que gira en el mismo sentido que el rotor.

Una acción de dos etapas ocurre cuando el flujo pasa primero a través de los álabes de succión (aguas arriba) y después a través de los álabes de descarga. El flujo se contrae a medida que se mueve a través del impulsor produciendo altas velocidades en los álabes de descarga (segunda etapa). El flujo abandona el impulsor y se contrae de nuevo cuando gira y se comprime alrededor del torbellino. La combinación de estos efectos origina los altos coeficientes de presión obtenidos por los ventiladores transversales. Una pared de torbellino separa la entrada de la salida y actúa para estabilizar el torbellino. Dado que solamente hay flujo recirculante en la región del torbellino, ahí no se hace ningún trabajo útil. El efecto principal en el torbellino es la disipación de energía. Sin embargo, la estabilidad del ventilador es altamente sensible la holgura de pared de torbellino. Este parámetro debe ser controlado muy cuidadosamente, dado que se llega a una solución de compromiso entre estable, altas características de funcionamiento y ruido de tono generado por la interacción del impulsor con la pared de torbellino.

La pared de torbellino actúa conjuntamente con los álabes del impulsor cuando se mueven desde el lado de descarga hacia el lado de succión. En una unidad de espiral de ventilador interior de pared alta de un sistema dividido sin conductos existía un problema de ruido causado por un flujo inestable debido a una separación de flujo de la pared trasera/inferior, particularmente cerca de las dos paredes de extremo. Se especula que un torbellino, o separación de flujo, se estaba estabilizando sobre la pared trasera/inferior.

El documento FR-A-2266016 describe una unidad de ventilador transversal que tiene un escalón de estabilización de torbellino en su descarga.

El documento EP-A-132780 describe una unidad de ventilador transversal que tiene lengüetas alrededor de su salida.

Es un objetivo de este invento proporcionar estabilización de flujo.

Es otro objetivo de este invento disminuir la generación de ruido.

El presente invento está dirigido a proporcionar estabilización de flujo para un ventilador transversal.

De acuerdo con el invento, se proporciona un ventilador transversal como el reivindicado en la reivindicación 1.

La estabilización de flujo se consigue provocando una aceleración de flujo en la proximidad de las paredes en las que se creía que se establecía un torbellino, o separación de flujo. En la realización preferida, la estabilización de flujo se logra situando estabilizadores de flujo en el tipo de rampas sobre la pared trasera/inferior cerca de los extremos del impulsor. En sección, en la dirección del flujo, se aproximan rampas adecuadas un cuarto de una elipse y una curva de campana, respectivamente. Las rampas tienen un área en sección transversal máxima transversal al flujo en el intervalo de 129,03 a 967,74 milímetros cuadrados (0,2 a 1,5 pulgadas cuadradas). La presencia de rampas reduce el ruido en alrededor de 5 dB, teniendo generalmente las dimensiones de rampa específicas y la situación una influencia sobre el nivel de ruido de menos de 1 dB. Las rampas pueden estar aguas arriba de la descarga tan poco como 6,35 mm (0,25 pulgadas) o hasta un punto en el que la holgura con el compresor centrífugo llegue a ser un factor, por ejemplo, de 127 mm (5 pulgadas) aguas arriba de la descarga. La posición aguas arriba de la descarga influye en el porcentaje de la trayectoria de descarga absorbido por las rampas, incrementando el porcentaje a medida que la situación se mueve aguas arriba. Generalmente, el porcentaje máximo de la trayectoria de descarga absorbido por las rampas es menor del 14%, pero es posible un intervalo de 0,5 a 20%.

De este modo, en una realización preferida, la trayectoria de flujo de descarga de un ventilador transversal se modifica situando rampas sobre la pared trasera/inferior para proporcionar una aceleración localizada del flujo, a la vez que evitando el establecimiento de inestabilidad de flujo. Las rampas reducen el ruido generado sin deteriorar las características de funcionamiento de la unidad.

La figura 1 es una vista parcialmente en corte de una unidad de espiral de ventilador;

la figura 2 es un vista en sección vertical de una unidad de espiral de ventilador que emplea el presente invento;

la figura 3 es un vista pictórica del impulsor de fan de la figura 1;

la figura 4 es una vista en perspectiva de la rampa de la figura 1;

la figura 5 es un gráfico del nivel de potencia de sonido en decibelios referido a picovatios (dB re 1 x 10^{-12} W) frente a frecuencia en Hz para una unidad sin la rampa;

la figura 6 es un gráfico del nivel de potencia de sonido en decibelios referido a picovatios (dB re 1 x 10^{-12} W) frente a frecuencia en Hz para una unidad que tiene dos rampas en posición de acuerdo con las enseñanzas del presente invento;

la figura 7 es una vista en perspectiva de una primera rampa modificada; y

la figura 8 es una vista en perspectiva de una segunda rampa modificada.

En las figuras 1 y 2, el numeral 10 designa generalmente la unidad de espiral de ventilador interior de un sistema separado. Como es convencional, la rotación del impulsor o rotor 12 impulsa aire a través de las porciones de intercambiador de calor 14-1, 14-2 y 14-3 que constituyen colectivamente el evaporador de un sistema de aire acondicionado separado o dividido en el modo de refrigeración y en el condensador en el modo de calentamiento. Después de pasar a través de las porciones de intercambio de calor 14-1, a 14-3, el aire calentado/enfriado pasa a través del impulsor 12 a la descarga definida por las paredes laterales 18, pared trasera/inferior 20 y pared de torbellino 22. La porción de entrada curvada 20-1 de la pared trasera 20 y la punta 22-1 de la pared de torbellino 22 actúan conjuntamente con el impulsor 12 para definir y separar el lado de succión, S, del lado de descarga, D, del ventilador 100. El aire calentado/enfriado pasa desde la descarga en serie a través de rejillas o persianas 24 y 26 a la habitación. Las rejillas 24 y 26 son, típicamente, rotables y están a 90º una respecto a la otra para permitir la dirección de flujo de aire a la habitación.

Haciendo referencia específicamente a la figura 3, el impulsor o rotor 12 es generalmente cilíndrico y tiene una pluralidad de álabes 12-1 dispuestos axialmente a lo largo de su superficie exterior. El impulsor 12 está compuesto de varios módulos 12-2, cada uno definido por un par de discos de partición 12-3 adyacentes o por un disco de extremo 12-4 y un disco de partición 12-3. Una pluralidad de álabes 12-1 se extienden longitudinalmente entre cada par de discos adyacentes. Cada álabe 12-1 está unido en uno de sus extremos longitudinales a un disco y el otro extremo al otro disco del par. Un impulsor dado 12 puede comprender múltiples módulos, tal como se representa en la figura 3, o un único módulo, en el que los álabes se unen en cualquiera de los extremos a un disco de extremo. Cuando se utilizan múltiples módulos para lograr una longitud deseada, las longitudes de módulo pueden ser diferentes, siendo los módulos de extremo usualmente de longitud modificada.

La unidad descrita hasta ahora es en general convencional. Se ensayó una unidad con un impulsor de 556,01 milímetros (21,89 pulgadas) de longitud, 88,9 milímetros (3,5 pulgadas) de diámetro, con treinta y cinco álabes y un área de descarga de 39.541,86 milímetros cuadrados (61,29 pulgadas cuadradas) operando a 1.050 rpm, y se produjo el gráfico de la figura 5. Adicionalmente, se midió la descarga como 399,1 m^{3}/h (234,9 cfm) y la potencia de sonido (Lw) de 1/3 de octava fue 50,3 dB. La unidad 10 fue después modificada situando rampas 30 sobre la pared 20. Las rampas adecuadas 30, 130 y 230, tal como se ilustra en las figuras 4, 7 y 8, respectivamente, son de forma de un cuarto de elipse o de una curva de campana en la dirección del flujo, que se indica por medio de una flecha, para proporcionar una superficie de guía de aire para dirigir un flujo que se acelera. Las rampas 30 pueden ser desde 5,08 mm hasta 17,78 mm (0,20 hasta 0,75 pulgadas) de alto, 12,7 hasta 38,1 mm (0,5 hasta 1,5 pulgadas) de largo y 10,16 hasta 38,1 mm (0,4 hasta 1,5 pulgadas) de ancho. La situación de las rampas 30 ha de estar generalmente en o entre 19,05 y 44,45 mm (0,75 y 1,75 pulgadas) desde las paredes de extremo 18 y 6,35 hasta 127 mm (0,25 hasta 5 pulgadas) aguas arriba de las rejillas 24 y 26 en la descarga 40 cuando se utilizan dos rampas en el dispositivo descrito.

Con un par de rampas 30 en posición, teniendo cada una altura de 7,88 mm (0,31 pulgadas), una longitud de 19,05 mm (0,75 pulgadas), una anchura de 22,35 mm (0,88 pulgadas), situadas 7,62 mm (0,3 pulgadas) aguas arriba de las rejillas 24, y 30,48 mm (1,2 pulgadas) desde las paredes de extremo respectivas 18, se hizo funcionar la unidad 10 bajo las mismas condiciones que se describieron anteriormente. La figura 6 ilustra los resultados del ensayo. Adicionalmente, se midió la descarga como 410,5 m^{3}/h (241,6 cfm), y la potencia de sonido (Lw) de 1/3 de octava fue 45.2 dB. De este modo, el presente invento proporcionó un incremento de flujo nominal junto con una reducción de ruido de 5,1 dB.

Haciendo referencia a la figura 7, se ilustra una rampa modificada 130. La rampa 130 difiere de la rampa 30 en que es simétrica en la dirección del flujo, específicamente la cara 130-1 de la rampa 130 define una curva con forma de campana. Como en el caso de la rampa 30, un amplio intervalo de dimensiones es apropiado. Con rampas 130 que se acoplan a las paredes 18, una anchura adecuada es 31,75 mm (1,25 pulgadas), una longitud adecuada es 25,4 mm (1,0 pulgadas) y la altura puede ser desde 9,66 hasta 127 mm (0,38 hasta 0,5 pulgadas), siendo la porción superior una porción de un círculo de diámetro que corresponde a la altura. Haciendo ahora referencia a la figura 8, la rampa modificada 230 difiere de la rampa 130 en que está separada de la pared 18. Las cara 230-1, como la cara 130-1, define una curva con forma de campana en la dirección del flujo. Donde las rampas se acoplan a las paredes 18, tienden a ser más anchas que en el caso en el que están separadas de las paredes 18.

Aunque se han ilustrado y descrito las realizaciones preferidas del presente invento, otras modificaciones se les ocurrirán a aquellos expertos en la materia. Por ejemplo, se pueden proporcionar otras formas para las rampas en las que actúan como guías de aire. También, en algunos casos, debido a las dimensiones de la unidad, puede ser deseable utilizar más de dos rampas y se puede cambiar el tamaño y separación de las rampas separando las rampas 76,2 mm (3 pulgadas) o más, de la pared lateral. Sin embargo, el requisito básico para las rampas es que provoquen una aceleración local del flujo a la vez que eviten la inestabilidad de flujo. Por lo tanto, se desea que el presente invento esté limitado solamente por el alcance de las reivindicaciones anexas.

Claims (2)

1. Un dispositivo de ventilador transversal que comprende:

un impulsor (12);

una trayectoria de descarga de flujo que se extiende entre dicho impulsor y una descarga, y definido por una pared trasera (20), una pared de torbellino (22) y un par de paredes de extremo (18);

medios (30, 130, 230) para estabilizar el flujo en dicha trayectoria de descarga de flujo;

estando dichos medios para estabilizar el flujo situados entre medias de dicho impulsor y dicha descarga, y proporcionando una reducción localizada en el área de sección transversal de dicha trayectoria de flujo de descarga, caracterizado porque

dichos medios para estabilizar el flujo incluyen un par de miembros (30, 130, 230) situados próximos a unas respectivas de dicho par de paredes de extremo (18),

porque dicho par de miembros (30, 130, 230) tiene cada uno una superficie curvada que actúa como una guía de aire, y porque

dicha superficie curvada es una porción de una elipse.

2. El dispositivo de la reivindicación 1, en el que dicha reducción localizada en el área en sección transversal de dicha descarga es menor del 20%.