ES2230824T3

ES2230824T3 - FAN VOLUTE.

Info

Publication number: ES2230824T3
Application number: ES99630038T
Authority: ES
Inventors: Shau-Tak R. Chou; Mark A. Daniels
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 1998-05-26
Filing date: 1999-04-16
Publication date: 2005-05-01
Anticipated expiration: 2019-04-16
Also published as: EP0961087B1; EP0961087A2; EP0961087A3; DE69922083T2; DE69922083D1

Abstract

LA MAGNITUD ANGULAR DEL RECORRIDO DE FLUJO EN UN CARACOL DE VENTILADOR SE AMPLIA REDUCIENDO EL REGIMEN DE DILATACION RADIAL DEL RECORRIDO DE FLUJO. AMPLIANDO LAS DIMENSIONES ANGULARES EN FORMA CIRCUNFERENCIAL DEL CIRCUITO DE FLUJO DEL CARACOL AGUAS DEBAJO DE LAS PALETAS DEL VENTILADOR, LA ESTRUCTURA ANC PUEDE SITUARSE EN O SOBRE EL CARACOL MIENTRAS QUE SE SITUA A UNA DISTANCIA SUFICIENTE AGUAS DEBAJO DE LAS PALETAS. LA LONGITUD DEL CIRCUITO DE FLUJO PUEDE INCREMENTARSE SIN AUMENTAR EL VOLUMEN DEL CARACOL Y, SI SE DESEA, PUEDE LOGRARSE UN INCREMENTO ADICIONAL DEL CIRCUITO DE FLUJO MEDIANTE UNA COMBINACION DE LA REDUCCION DEL REGIMEN DE DILATACION RADIAL, AL MISMO TIEMPO QUE SE INCREMENTA EL VOLUMEN.THE ANGULAR MAGNITUDE OF THE FLOW TRAVEL IN A FAN CARACOL IS EXTENDED BY REDUCING THE RADIAL DILATATION REGIME OF THE FLOW TRAVEL. EXTENDING THE ANGULAR DIMENSIONS IN CIRCUMFERENTIAL FORM OF THE FLUJO CIRCUITO DEL CARACOL AGUAS UNDER THE FAN PALETTES, THE ANC STRUCTURE CAN BE LOCATED IN OR ON THE CARACOL WHILE SITUATED AT A SUFFICIENT DISTANCE FROM THE WATERS BELOW. THE LENGTH OF THE FLOW CIRCUIT CAN BE INCREASED WITHOUT INCREASING THE VOLUME OF THE CARACOL AND, IF DESIRED, AN ADDITIONAL INCREMENT OF THE FLOW CIRCUIT CAN BE ACHIEVED BY COMBINING THE REDUCTION OF THE RADIAL DILATATION REGIME, AT THE SAME TIME.

Description

Voluta de ventilador.Fan Scroll

Para controlar el ruido en unidades de tratamiento de aire (UTAs), se están empezando a utilizar sistemas de control de ruido activos en conducto (CAR) en sistemas de distribución de aire. Un sistema de CAR requiere básicamente la detección del ruido asociado con el ventilador para distribución de aire, que produce una señal de anulación de ruido y que determina los resultados de la señal de anulación con el fin de proporcionar una señal de corrección al altavoz. Hay un tiempo de retardo asociado con la detección del ruido y la producción de la señal de anulación. El tiempo de retardo necesario para que la anulación tenga lugar es igual a la distancia en el sistema requerida entre la referencia, o entrada, el sensor de ruido y el altavoz. Se requiere un espacio adicional entre el altavoz y el sensor de error que también es igual a una distancia en el sistema.To control noise in units of air treatment (UTAs), systems are starting to be used duct active noise control (CAR) systems air distribution A CAR system basically requires the noise detection associated with the fan for distribution of air, which produces a noise cancellation signal and which determines the results of the override signal in order to provide A correction signal to the speaker. There is a delay time associated with noise detection and signal production of annulment. The delay time required for the cancellation take place is equal to the distance in the required system between the reference, or input, the noise sensor and the speaker. Is required an additional space between the speaker and the error sensor that It is also equal to a distance in the system.

Un ventilador centrífugo descarga aire en una voluta lo que proporciona una trayectoria del flujo que se expande para el aire que pasa desde el rodete a la voluta. La trayectoria del flujo, típicamente, se expande radialmente, pero puede también expandirse axialmente. Es común caracterizar un ventilador por el ángulo de la pendiente de una curva del radio variable (R) de la voluta en función de la amplitud angular o circunferencial (r\theta), donde r es el radio del ventilador y \theta es la amplitud angular). En diseños convencionales, la amplitud angular de la trayectoria del flujo es menor de 360º, siendo típicamente de 300º. Las razones para esta amplitud angular es la difusión del flujo de aire, así como la minimización del espacio y el material necesarios para construir la voluta.A centrifugal fan discharges air into a volute which provides a path of the flow that expands for the air that passes from the impeller to the volute. The trajectory of the flow typically expands radially, but it can also expand axially. It is common to characterize a fan by the angle of the slope of a curve of the variable radius (R) of the volute depending on angular or circumferential amplitude (r \ theta), where r is the fan radius and \ is the angular width). In conventional designs, the angular width of the flow path is less than 360º, being typically of 300º. The reasons for this angular breadth is the diffusion of air flow, as well as minimization of space and material necessary to build the scroll.

La amplitud angular de una trayectoria del flujo de la voluta de un ventilador, que es un vector de radio desde el cubo del ventilador hasta la voluta tal que el vector de radio es esencialmente perpendicular al flujo que sale de la carcasa del ventilador, se extiende por encima de 360º, reduciendo la tasa de expansión radial de la trayectoria del flujo. Se ha de notar que la amplitud angular aumentado de la trayectoria del flujo de la voluta está en la porción que tiene el radio mayor. A un radio de 0,60 metros, una amplitud circunferencial o angular(r\theta) de 30º corresponde a aproximadamente 0,30 metros. Extendiendo la amplitud angular o circunferencial de la trayectoria del flujo de la voluta aguas abajo del rodete del ventilador y reduciendo la tasa de expansión, la longitud de la trayectoria del flujo puede incrementarse sin aumentar el tamaño o volumen de la voluta o con un mínimo aumento del mismo.The angular amplitude of a flow path of the volute of a fan, which is a radio vector from the fan hub up to the scroll such that the radius vector is essentially perpendicular to the flow out of the housing of the fan, extends above 360º, reducing the rate of radial expansion of the flow path. It should be noted that the increased angular amplitude of the flow path of the scroll It is in the portion that has the largest radius. At a radius of 0.60 meters, a circumferential or angular amplitude (r \ theta) of 30º corresponds to approximately 0.30 meters. Extending the angular or circumferential amplitude of the flow path of the volute downstream of the fan impeller and reducing the rate of expansion, the length of the flow path can increase without increasing the size or volume of the scroll or with a Minimal increase in it.

Adicionalmente se puede añadir longitud dentro de la porción de voluta de la trayectoria del flujo aumentando el tamaño o volumen de la voluta. La importancia del aumento de la longitud de trayectoria del flujo es que permite situar la estructura de CAR completamente en el interior de la amplitud de la voluta estando a la vez situada a distancia suficiente aguas abajo del rodete con el fin de evitar un ruido de flujo importante. Una voluta de la técnica anterior se describe en el documento US-A-5.279.515.Additionally you can add length within the volute portion of the flow path increasing the size or volume of the scroll. The importance of increasing the flow path length is that it allows you to position the CAR structure completely inside the amplitude of the volute while being at a sufficient distance downstream of the impeller in order to avoid significant flow noise. A prior art scroll described in the document US-A-5,279,515.

Un objeto de esta invención es integrar un sistema de anulación de ruido activo en una unidad de tratamiento de aire.An object of this invention is to integrate a active noise cancellation system in a treatment unit air.

Otro objeto de esta invención es reducir el impacto en tamaño de los dispositivos de control de ruido activos por medio de una mejor integración de los sistemas de control de ruido activos con soplantes.Another object of this invention is to reduce the impact on size of active noise control devices through better integration of the control systems of Active noise with blowers.

Otro objeto de esta invención es aumentar la longitud de la trayectoria del flujo en el interior de la voluta de un ventilador. Estos objetos, y otros que resultarán evidentes a continuación, se consiguen mediante la presente invención.Another object of this invention is to increase the length of the flow path inside the volute of a fan. These objects, and others that will be evident to They are then achieved by the present invention.

Básicamente, la tasa de expansión en el interior de una voluta de ventilador se reduce de modo que es necesaria una trayectoria del flujo más larga para conseguir la expansión deseada. El aumento de la longitud de la trayectoria del flujo permite la integración de un sistema de CAR con la unidad de tratamiento de aire.Basically, the expansion rate inside of a fan volute is reduced so that a Longest flow path to achieve the desired expansion. The increase in the length of the flow path allows the integration of a CAR system with the treatment unit of air.

La Figura 1 es una unidad de tratamiento de aire de la TÉCNICA ANTERIOR con un sistema de CAR para conductos convencionales;Figure 1 is an air handling unit of the PREVIOUS TECHNIQUE with a CAR system for ducts conventional;

la Figura 2 es una vista de una voluta de ventilador de la TÉCNICA ANTERIOR para la unidad de tratamiento de aire de la Figura 1;Figure 2 is a view of a scroll of PREVIOUS TECHNICAL fan for the treatment unit air of Figure 1;

la Figura 3 es una representación gráfica de la relación entre el radio de la voluta y la amplitud angular de la voluta para un \alpha_{1} convencional y los ángulos de expansión de voluta \alpha_{2} de la presente invención;Figure 3 is a graphic representation of the relationship between the radius of the volute and the angular amplitude of the scroll for a conventional α1 and the angles of ? 2 volute expansion of the present invention;

la Figura 4 es una vista de la voluta de ventilador de la presente invención; yFigure 4 is a view of the scroll of fan of the present invention; Y

la Figura 5 es una vista de la voluta de ventilador de la Figura 4 modificada para incluir la estructura de un sistema de CAR para conductos.Figure 5 is a view of the scroll of fan of Figure 4 modified to include the structure of a CAR system for ducts.

En la Figura 1, el número 10 designa generalmente una UTA convencional con estructura de CAR para conductos convencional situada en el conducto 14 que está conectado a la descarga del ventilador 12. La UTA 10 está típicamente compuesta por una pluralidad de secciones y/o subconjuntos que incluyen caja de mezclas 10-1, filtro 10-2, serpentín 10-3 y carcasa de ventilador 10-4. El ventilador 12 tiene un elemento de cierre 12-2 que define la verdadera salida de la voluta 12-1, pero, como es convencional, la salida definida en el elemento de cierre descarga en el conducto mayor 14. Para funcionamiento máximo, se permite que la expansión del flujo tenga lugar en el conducto 14 para una distancia igual a tres veces el diámetro del soplante 12-3. En esa distancia la turbulencia asociada con la descarga del ventilador disminuye junto con las dificultades asociadas a situar micrófonos 16 de detección en una región en la que está presente un ruido considerable generado por el flujo. Un sistema de CAR típico para conductos en sistemas de distribución de aire grandes puede requerir un espacio de tres metros para colocar el micrófono o micrófonos 16 de detección del ruido de entrada, el altavoz o altavoces 18 de anulación de ruido y el micrófono o micrófonos de detección de error 20.In Figure 1, the number 10 generally designates a conventional UTA with CAR structure for ducts conventional located in conduit 14 that is connected to the fan discharge 12. UTA 10 is typically composed of a plurality of sections and / or subsets that include box of 10-1 mixes, 10-2 filter, coil 10-3 and fan housing 10-4. The fan 12 has a closing element 12-2 which defines the true output of volute 12-1, but, as is conventional, the output defined in the element of discharge closure in the main duct 14. For maximum operation, the expansion of the flow is allowed to take place in the conduit 14 for a distance equal to three times the diameter of the blower 12-3 In that distance the turbulence associated with fan discharge decreases along with difficulties associated with placing detection microphones 16 in a region in the that a considerable noise generated by the flow is present. A typical CAR system for ducts in distribution systems Large air may require a space of three meters to place the microphone or microphones 16 for input noise detection, the loudspeaker or noise canceling speakers 18 and microphone or error detection microphones 20.

En operación, el soplante 12-3 es accionado por el motor 13 impulsando por ello el aire de retorno y entrada a la UTA 10, a través de un intercambiador de calor definido por el serpentín 10-3 para calentar o enfriar el aire y entregando el aire acondicionado resultante desde la voluta 12-1 al conducto 14. Los ruidos del ventilador son detectados por el micrófono o micrófonos 16 y, mediante circuitería (no ilustrada), el altavoz o altavoces 18 son accionados para producir una señal para anular el ruido del ventilador. El micrófono o micrófonos 20 detectan el resultado de la anulación de ruido por el altavoz o altavoces 18 y mediante circuitería (no ilustrada) la salida del altavoz o altavoces 18 es corregida para que la energía acústica sea minimizada en el micrófono o micrófonos 20.In operation, blower 12-3 is driven by the engine 13 thereby driving the return air and entrance to UTA 10, through a defined heat exchanger by the 10-3 coil to heat or cool the air and delivering the resulting air conditioner from the scroll 12-1 to duct 14. Fan noises are detected by the microphone or microphones 16 and, by circuitry (not illustrated), the speaker or speakers 18 are operated to produce a signal to cancel the fan noise. The microphone or microphones 20 detect the result of noise cancellation by the speaker or loudspeakers 18 and by circuitry (not illustrated) the speaker output or speakers 18 is corrected so that the power acoustics are minimized in the microphone or microphones 20.

En referencia específicamente a la Figura 2, como se muestra, el aire es descargado desde el soplante 12-3 que gira en el sentido de las agujas del reloj hasta el espacio 12-4 entre el soplante 12-3 y la voluta 12-1. El espacio 12-4 es de área de sección transversal creciente en la dirección de las agujas del reloj con el fin de que se le permita al aire expandirse mientras se desplaza a lo largo del espacio 12-4 hacia la salida 12-5 del ventilador. Con el elemento de cierre 12-2 definiendo un extremo del espacio 12-4 se notará que el espacio 12-4 es menor de 360º de amplitud. El soplante 12-3 tiene un radio r y está separado del elemento de cierre 12-2 una distancia d tal que el radio, R, de la voluta 12-1 es r+d en el elemento de cierre 12-2. La amplitud angular, \theta, de la voluta 12-1 es medido en el sentido de las agujas del reloj, como se ve en la Figura 2, desde el elemento de cierre 12-2 y, típicamente, es del orden de 300º. El radio R y el espacio 12-4 aumentan con \theta que va en el sentido de las agujas del reloj desde el elemento de cierre 12-2 hacia la salida 12-5 del ventilador. El radio R aumenta hasta su valor máximo R_{0} en la descarga del ventilador.Referring specifically to Figure 2, as shown, the air is discharged from the blower 12-3 that rotates clockwise up to space 12-4 between the blower 12-3 and scroll 12-1. The space 12-4 is of increasing cross-sectional area in the clockwise direction in order to be allowed air expand as it travels throughout space 12-4 to exit 12-5 of the fan. With closure element 12-2 defining one end of space 12-4 it will be noted that The 12-4 space is less than 360º wide. He blower 12-3 has a radius r and is separated from closure element 12-2 a distance d such that the radius, R, of volute 12-1 is r + d in the element of closure 12-2. The angular amplitude,? Of the scroll 12-1 is measured in the direction of the needles of the clock, as seen in Figure 2, from the closing element 12-2 and, typically, it is of the order of 300º. The radio R and space 12-4 increase with the going in the clockwise direction from the closure element 12-2 to exit 12-5 of the fan. The radius R increases to its maximum value R_ {0} in the fan discharge.

En referencia a la Figura 3, r+d representa el radio R de la voluta 12-1 en el elemento de cierre 12-2 o el radio de la voluta 112-1 en el elemento de cierre 112-2. El ángulo \alpha_{1} representa el ángulo de expansión para la voluta 12-1 y el radio R alcanza su valor máximo, R_{0}, en R_{0}=(r+d)+r\theta_{1} tan \alpha_{1}. Un valor típico de \theta_{1} sería 300º. De acuerdo con las enseñanzas de la presente invención, el ángulo de expansión a1 se reduce a \alpha_{2} y, de acuerdo con esto, R_{0}=(r+d)+r\theta_{2} tan \alpha_{2}. Un valor típico de \theta_{2} sería 450º, lo que representaría aproximadamente un aumento de 1,5 metros de r\theta_{2} con respecto a r\theta_{1} para un radio de 0,60 metros. Un valor típico de \alpha_{2} sería de 4º a 10º. Obsérvese que mientras que se usa una voluta con una expansión lineal a título ilustrativo, pueden utilizarse otras expansiones.Referring to Figure 3, r + d represents the radius R of volute 12-1 in the closure element 12-2 or the radius of scroll 112-1 in the closure element 112-2. The angle α1 {1} represents the angle of expansion for the scroll 12-1 and the radius R reaches its maximum value, R_ {0}, in R_ {0} = (r + d) + r \ theta_ {1} tan \ alpha_ {1}. A typical value of \ theta_ {1} would be 300º. According to the teachings of the present invention, the expansion angle a1 is reduced to \ alpha_ {2} and, accordingly, R_ {0} = (r + d) + r \ theta_ {2} tan? 2. A typical value of \ theta_ {2} would be 450º, which which would represent approximately an increase of 1.5 meters of r \ theta_ {2} with respect to r \ theta_ {1} for a radius of 0.60 meters A typical value of α2 would be from 4 to 10. Note that while using a scroll with an expansion linear for illustrative purposes, other expansions

En las Figuras 4 y 5, el número 112 designa el ventilador modificado de la presente invención. En el ventilador 112, en comparación con el ventilador 12, el elemento de cierre ha sido efectivamente desplazado en el sentido contrario de las agujas del reloj de modo que la tasa de expansión radial, \alpha_{2}, del espacio 112-4 es menor que la tasa de expansión radial correspondiente, \alpha_{1}, del espacio 12-4. Adicionalmente, la amplitud angular \theta desde el punto de mayor proximidad entre el soplante 112-3 y el elemento de cierre 112-2 y la salida 112-5 es, como se muestra, del orden de 180º mayor que la del ventilador 12, o sea \theta es al menos 400º pero, preferiblemente del orden de 480º. La presente invención utiliza el aumento de la amplitud circunferencial para situar la estructura de CAR, que está entonces suficientemente lejos a lo largo de la trayectoria del flujo en la voluta 112-1. Como se ha señalado anteriormente, la lenta tasa de expansión en la voluta 112-1 comparada con la voluta 12-1 proporciona una trayectoria del flujo más larga con el mismo volumen. Si se incrementa el volumen en combinación con la lenta tasa de expansión, la longitud de la trayectoria del flujo puede ser aumentada aun más. Debido a que el aumento de la longitud es de naturaleza espiral, la porción de la trayectoria del flujo más allá de 360º es separada radialmente de la porción aguas arriba de la trayectoria del flujo en vez de ser separada axialmente. De acuerdo con esto, toda, o porciones de, la trayectoria del flujo de la voluta pueden estar provistas de un forro de amortiguación acústica.In Figures 4 and 5, the number 112 designates the Modified fan of the present invention. On the fan 112, compared to fan 12, the closing element has been effectively displaced in the opposite direction of the needles of the clock so that the radial expansion rate, α2, of space 112-4 is less than the expansion rate corresponding radial, α1 of space 12-4. Additionally, the angular amplitude? from the point of closest proximity between the blower 112-3 and the closing element 112-2 and output 112-5 is, as shown, of the order of 180º greater than that of fan 12, that is the is at least 400º but, preferably of the order of 480º. The present invention use the increase in circumferential amplitude to position the CAR structure, which is then far enough away from it length of the flow path in the scroll 112-1 As noted above, the slow 112-1 volute expansion rate compared to 12-1 scroll provides a flow path Longer with the same volume. If the volume is increased by Combined with the slow expansion rate, the length of the Flow path can be further increased. Because the Length increase is spiral in nature, the portion of the flow path beyond 360º is radially separated from the upstream portion of the flow path instead of being axially separated. According to this, all, or portions of, the path of the volute flow may be provided with a acoustic cushioning lining.

En referencia específicamente a la Figura 5, se observará que el micrófono o micrófonos de detección están situados en un lugar, nominalmente, 360º a lo largo de la trayectoria del flujo de forma que están delante o directamente opuestos al elemento de cierre 12-2 del ventilador. El micrófono o micrófonos 16 de detección pueden estar situados más lejos aguas arriba, por ejemplo 300º a lo largo de la trayectoria del flujo puesto que la amplitud angular es sólo un componente de los parámetros que dictan la longitud de la trayectoria del flujo. Los altavoces 18 están situados aguas abajo del micrófono o micrófonos 16, como se muestra, nominalmente, 120º más lejos a lo largo de la trayectoria del flujo. Puesto que la situación del micrófono 16 puede variar, los altavoces 18 pueden moverse también aguas arriba, siendo 400º a lo largo de la trayectoria del flujo el menor intervalo aceptable. A un diámetro nominal de 0,60 metros, los 120º se traducen en alrededor de 1,20 metros aguas abajo del micrófono o micrófonos 16. El micrófono o micrófonos 20 puede estar situado aguas abajo del soplante 112-3 en el conducto (no ilustrado) de modo que están en el mismo plano o aguas abajo del altavoz o altavoces 18. Si es necesario, o se desea, el altavoz o altavoces 18 pueden estar situados en el conducto (no ilustrado) mientras se aprovechan las características de ahorro de espacio asociadas con situar el micrófono o micrófonos 16 en o sobre la voluta 112-1.Referring specifically to Figure 5, it is you will notice that the detection microphone or microphones are located in a place, nominally, 360º along the trajectory of the flow so that they are in front or directly opposite the element 12-2 closing fan. The microphone or 16 detection microphones may be located farther waters above, for example 300º along the flow path since the angular amplitude is only a component of the parameters that dictate the length of the flow path. The speakers 18 are located downstream of the microphone or microphones 16, as shown, nominally, 120º farther along the flow path Since the situation of the microphone 16 may vary, speakers 18 can also move upstream, 400º being along the flow path the smallest acceptable range. At a nominal diameter of 0.60 meters, the 120º translate into about 1.20 meters downstream of the microphone or microphones 16. The microphone or microphones 20 may be located downstream of blower 112-3 in the duct (no illustrated) so that they are in the same plane or downstream of the speaker or speakers 18. If necessary, or desired, the speaker or speakers 18 may be located in the conduit (not shown) while taking advantage of space saving features associated with placing the microphone or microphones 16 on or on the scroll 112-1.

Claims

1. A fan (112) that has a housing;

having said housing (112-1) an exit (112-5);

a blower (112-3) located in the cited housing;

said housing having a section that radially increases surrounding the aforementioned blower and defining with it a flow path;

a closing element (112-2) located in said housing and acting in conjunction with said blower to define the smallest radial separation between said blower and any surrounding structure;

a flow path (112-4) defined between said blower and said section that increases radially starting at said closure element and that extends at least 360º from the aforementioned element of closing.

2. The fan of claim 1 wherein The mentioned flow path is of amplitude greater than 450º.

3. The fan of claim 1, which also includes means (16) for detecting noise located in a place at least 300º along said flow path.

4. The fan of claim 3, which also includes means (18) for producing a signal to cancel noise in a place at least 360º along the trajectory of the flow.

5. The fan of claim 4, in the that said flow path is of amplitude greater than 450º.

6. The fan of claim 1, which also includes means (16) to detect nominally located noise in opposition to the aforementioned closing element.

7. The fan of claim 6, which also includes means (18) for producing a signal to cancel noise in a place at least 360º along said trajectory of the flow.

8. The fan of claim 7, in the that the aforementioned flow path is of greater scope than 450º.