ES2338095T3 - Ventilador centrifugo. - Google Patents
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Abstract
Ventilador centrífugo de alta velocidad, del tipo que comprende un cárter (16) que define interiormente una voluta (17) de guiado del flujo gaseoso, una rueda de álabes (14) de accionamiento del flujo gaseoso montada rotativa en la voluta (17), y medios (12) de accionamiento de la rueda de álabes (14) a una velocidad superior a 25.000 vueltas por minuto, presentando la rueda de álabes, alrededor de su eje (X-X), una boca (30) de aspiración del flujo gaseoso que se extiende frente a una entrada de aspiración (18) dispuesta en el cárter (16) y, en su periferia, un paso (32) de expulsión del flujo gaseoso de manera centrífuga según un plano (P) de salida de la rueda, presentando el cárter (16) además una salida (20) de expulsión del flujo gaseoso al exterior de la voluta (17), caracterizado por el hecho de que la voluta (17) define, en su periferia, un canal (100) de guiado del flujo gaseoso que es esencialmente simétrico en sección con respecto al plano (P) de salida de dicha rueda.
Description
Ventilador centrífugo.
La presente invención se refiere a un ventilador
centrífugo de alta velocidad, del tipo que comprende un cárter que
define interiormente una voluta de guiado del flujo gaseoso, una
rueda de álabes de accionamiento del flujo gaseoso montada rotativa
en la voluta, y medios de accionamiento de la rueda de álabes a una
velocidad superior a 25.000 vueltas por minuto, presentando la
rueda de álabes, alrededor de su eje, una boca de aspiración del
flujo gaseoso que se extiende frente a una entrada de aspiración
dispuesta en el cárter y, en su periferia, un paso de expulsión del
flujo gaseoso de manera centrífuga según un plano de salida de la
rueda, presentando además el cárter una salida de expulsión del
flujo gaseoso al exterior de la voluta.
Para los enfermos que padecen insuficiencia
respiratoria, son conocidas las máquinas de asistencia respiratoria
que permiten insuflar a los enfermos aire ambiente a través de una
máscara mantenida frente a las vías respiratorias del paciente.
Esta máquina de asistencia respiratoria
comprende un ventilador de puesta en movimiento del flujo de aire.
Este flujo de aire es encaminado hasta la máscara aplicada al rostro
del paciente por unos conductos adaptados.
Los ventiladores utilizados en las máquinas de
asistencia respiratoria son unos ventiladores de pequeño tamaño que
tienen un coste de fabricación reducido. Funcionan generalmente a
una velocidad de rotación del orden de 10.000 a 20.000 vueltas por
minuto.
Se constata que las máquinas de asistencia
respiratoria emiten, en funcionamiento, un ruido considerable que
ocasiona molestias sonoras para el paciente.
El ruido emitidos proviene esencialmente del
ventilador utilizado para poner el aire en movimiento.
En un sector distinto a de la invención,
US-A-5, 924, 847 propone un
compresor frigorífico centrífugo, cuyas prestaciones de compresión
de gas frigorígenas están mejoradas gracias a unos soportes
magnéticos.
La invención tiene como objetivo el de proponer
un ventilador de tamaño muy reducido que puede ser implantado en
una máquina de asistencia respiratoria y cuyas emisiones sonoras son
reducidas.
A tal efecto, la invención tiene por objeto un
ventilador centrífugo de alta velocidad del tipo precitado,
caracterizado por el hecho de que la voluta define, en su periferia,
un canal de guiado del flujo gaseoso que es esencialmente simétrico
en sección con respecto al plano de salida de dicha rueda.
Según unos modos particulares de realización, el
ventilador comprende una o varias de las características
siguientes:
- -
- la rueda comprende unos álabes de parte y otra de los cuales están dispuestas unas paredes macizas anulares, definiendo las paredes macizas anulares y los álabes unos conductos desjuntados de guiado del flujo gaseoso;
- -
- cada álabe define una superficie izquierda cuya normal varía según tres direcciones ortogonales a lo largo de la longitud del álabe;
- -
- la relación de compresión está comprendida entre 1,05 y 1,12;
- -
- la sección del canal periférico de guiado del flujo gaseoso definido en la periferia de la voluta es progresivamente creciente en dirección de la salida de expulsión del flujo gaseoso al exterior de la voluta;
- -
- el canal periférico de guiado del flujo gaseoso definido en la periferia de la voluta describe exteriormente un contorno esencialmente circular en el plano de salida de la rueda, el cual contorno circular es centrado en el eje de rotación de la rueda;
- -
- el canal periférico de guiado del flujo gaseoso definido en la periferia de la voluta comprende, a su base, una zona sensiblemente circular en sección, y simétrica con respecto al plano de salida de la rueda;
- -
- la zona sensiblemente circular en sección se extiende en un intervalo angular superior a 180º;
- -
- el borde periférico de la rueda se extiende al exterior de la zona sensiblemente circular en sección definida en la base del canal periférico de guiado del flujo gaseoso; y
- -
- el espacio entre el canal periférico de guiado del flujo gaseoso y el paso periférico de expulsión del flujo gaseoso está desprovisto de cualquier obstáculo para la libre circulación del flujo gaseoso.
La invención también tiene por objeto un
dispositivo de asistencia respiratoria provisto de una estructura
en la cual esté montado un ventilador centrífugo tal como el
definido más arriba y un flexible uno de cuyos extremos está
conectado a la salida de dicho ventilador y cuyo otro extremo está
adaptado para recibir a una máscara de ventilación.
La invención se comprenderá mejor con la lectura
de la descripción siguiente, determinada únicamente a título de
ejemplo y hecha haciendo referencia a los dibujos, en los
cuales:
- la figura 1 es una vista en sección
longitudinal del ventilador centrífugo según la invención;
- la figura 2 es una vista en extremo del
ventilador según la invención;
- la figura 3 es una vista en perspectiva de la
rueda de álabes del ventilador de las figuras 1 y 2;
- la figura 4 es una vista en alzado de la rueda
de álabes de la figura 3 cuya tapa se ha retirado; y
- la figura 5 es una vista en sección del cárter
del ventilador de la figura 1 según su plano mediano en el cual
gira la rueda de álabes.
El ventilador representado en la figura 1
comprende esencialmente un motor eléctrico 12, una rueda de álabes
14 accionada por el motor eléctrico y un cárter 16 que delimita a
una voluta 17 en la cual la rueda de álabes 14 está montada
rotativa.
El cárter 16 presenta en su centro, según el eje
de la rueda de álabes 14, una entrada de aspiración de aire 18.
Presenta también en su periferia una salida de expulsión de aire 20
que se extiende tangencialmente a la rueda 14.
El motor 12 es un motor eléctrico de cualquier
tipo adaptado que comprende un árbol de salida 22 de eje
X-X. El motor está escogido para que su árbol de
salida gire a una velocidad superior a 25.000 vueltas por minuto.
Esta velocidad está preferentemente comprendida entre 47.000 y
56.000 vueltas por minuto.
La rueda de álabes 14 está fijada directamente
al árbol de salida del motor con ayuda de un tornillo 24. Es
generalmente de eje X-X y está montada rotativa
alrededor de este eje. De este modo la rueda es accionada a la
misma velocidad que el motor 12.
Tal como se ilustra en la figura 3, la rueda de
álabes 14 es una rueda cerrada provista de una boca de aspiración
axial 30 abierta alrededor de su eje X-X de rotación
y un paso periférico 32 de expulsión centrífuga del flujo gaseoso
dispuesto en la periferia de la rueda según un plano P en el cual la
rueda es accionada para girar por el motor 12. El paso 32 está
dispuesto en el espesor de la rueda.
La rueda de álabes 14 está formada por un cuerpo
de rueda 34 representado solo en la figura 4 y por una tapa anular
36 añadida coaxialmente sobre el cuerpo de rueda.
El cuerpo de rueda 34 y la tapa 36 están
ensamblados por ejemplo por pegado o ultrasonidos.
El cuerpo de rueda 34 comprende un cubo 38
atravesado axialmente por un mandrilado de recepción del árbol 22.
El mandrilado presenta en un extremo un sobremandrilado de recepción
de una arandela de apoyo de la cabeza de tornillo 24 para el
montaje de la rueda en el árbol 22 del motor.
El cubo 38 es de revolución de eje
X-X. Presenta un diámetro progresivamente creciente
desde su extremo delantero que delimita la boca de aspiración 30
hasta su extremo trasero que presenta una forma general de disco y
que delimita el paso periférico de expulsión 32. De este modo, el
cubo 38 presenta una superficie lateral 44 de revolución cuyo
perfil se ensancha continuamente desde la boca de aspiración 30
hasta el paso periférico de expulsión 32. Esta superficie lateral
44 define la vena fluida. Está constituida por ejemplo por un tramo
de hiperboloide de revolución de eje X-X.
En su extremo trasero que delimita el paso
periférico de expulsión 32, la superficie 44 presenta un intervalo
anular plano 46 que se extiende paralelamente al plano P de salida
de la rueda.
Tal como se ilustra en la figura 4, unos álabes
principales 48 y unos álabes secundarios 50 sobresalen de la
superficie lateral 44 de la rueda. Estos álabes provienen de materia
con el cubo 38 y están adaptados para asegurar un guiado del flujo
gaseoso de la boca de aspiración 30 hacia el paso periférico de
expulsión 32.
Los álabes primarias y secundarios son de altura
progresivamente decreciente desde la boca de aspiración 30 hasta el
paso periférico de expulsión 32, midiéndose la altura según el eje
X-X.
Los álabes principales 48 presentan un borde de
ataque 52 que se extiende radialmente en la boca de aspiración 30
de la rueda. En cambio, los álabes secundarios 50 tienen un borde de
ataque 54 dispuesto en retirada de la boca de aspiración 30.
Más allá de su borde de ataque respectivo, los
perfiles de los álabes 48 y 50 son idénticos hasta el paso
periférico de expulsión 32. Estos álabes definen unas superficies
izquierdas tridimensionales, es decir que la normal a la superficie
de cada álabe varía continuamente en tres direcciones ortogonales
según la longitud de cada álabe.
La tapa 36 presenta una forma exterior y
interior generalmente troncónica: su superficie interior,
referenciada 56, está adaptada para aplicarse exactamente a la
superficie longitudinal libre de los álabes primarios y
secundarios. De este modo, los álabes delimitan entre sí, entre la
superficie lateral 44 del cubo y la superficie interior 56 de la
tapa añadida, unos canales independientes de guiado del flujo
gaseoso. Estos canales tienen una sección progresivamente creciente
de la boca de aspiración 30 hasta el paso periférico de expulsión
32.
La tapa 36 presenta, en su centro, un tramo
cilíndrico 58 que define, con el extremo delantero del cubo, la
boca de aspiración 30. Los bordes de ataque 52 de los álabes
principales están rodeados por este tramo cilíndrico 58.
En su extremo libre, la superficie exterior del
tramo cilíndrico 58 presenta una superficie cilíndrica 62 adaptada
para estar dispuesta con un juego reducido frente a un laminado
correspondiente dispuesto en el cárter.
En su periferia exterior, en la zona que
delimita el paso periférico de expulsión 32 de la rueda, la tapa 36
presenta un intervalo anular plano 64 que se extiende sensiblemente
paralelamente al plano de salida P de la rueda.
De este modo, el paso periférico de expulsión 32
está delimitado por los dos intervalos anulares 46 y 64 que se
extienden casi paralelamente entre sí. El intervalo 46 es
perpendicular al eje X-X, mientras que el intervalo
64 es ligeramente cónico. Estos dos intervalos garantizan el guiado
del flujo gaseoso para su salida de la rueda según el plano P
perpendicular al eje X-X de rotación.
El cárter 16 comprende dos semiconchas 72, 74
unidas entre sí según un plano mediano correspondiente al plano P
de salida de la rueda 14. Las dos semiconchas 72 y 74 están hechas
de materia plástica inyectada. Están conectadas entre sí mediante
unas grapas metálicas 76 distribuidas según la periferia del
cárter.
La semiconcha 72 está conectada a la parte fija
del motor eléctrico 12 mediante una placa 78 atornillada a la parte
fija del motor y sobre la cual está roblonada la semiconcha 72.
La entrada de aspiración 18 está definida en la
semiconcha 74 representada aislada en la figura 5. Esta entrada 18
está delimitada por un tramo convergente 90 que se extiende desde el
extremo abierta de la semiconcha 74 hasta la boca de aspiración 30
de la rueda. detrás del tramo de aspiración 90, la superficie
interior de la semiconcha 74 comprende un laminado axial 92 que está
aplicado con un juego reducido frente a la superficie cilíndrica 62
de la rueda, que garantiza así la estanqueidad entre el tramo
convergente de entrada 90 y la voluta 17 definida por el
cárter.
La voluta 17 está definida, entre las
semiconchas 72 y 74. Comprende, en la periferia de la rueda 14,
frente al paso periférico de expulsión 32, un canal circular 100 de
guiado del flujo gaseoso.
Tal como se ilustra en la figura 5, el canal
periférico 100 de guiado del flujo gaseoso es interiormente
evolutivo en el plano de rotación de la rueda. Define una espiral
centrada en el eje X-X de la rueda. El canal 100 se
abre en el espacio mediano definido entre las dos semiconchas y en
el cual se extiende la rueda de álabes 14.
El canal 100 está unido a la salida de expulsión
mediante un conducto rectilíneo 101 que diverge delimitado por las
dos semiconchas 72, 74. Este conducto 101 se extiende según una
dirección tangencial al canal 100. Su diámetro es progresivamente
creciente del canal 100 hacía la salida de expulsión 20.
Según la invención, y tal como se ilustra en la
figura 1, el canal 100 es simétrico en sección con respecto al
plano P de salida de la rueda. Este canal presenta en su base una
zona 102 sensiblemente circular en sección. Esta zona sensiblemente
circular está centrada según un punto del plano P de salida de la
rueda. La sección de la zona sensiblemente circular 102 aumenta
progresivamente en dirección de la salida de expulsión 20. Es
creciente esencialmente en la periferia del cárter. Esta zona 102
sensiblemente circular en sección se enrolla según un contorno
exterior 103 circular centrado en el eje X-X. De
este modo, la voluta 17 tiene exteriormente un contorno circular e
interiormente un contorno en espiral. La zona 102 se extiende en
sección en un intervalo angular superior a 180º.
De parte y otra, la zona sensiblemente circular
102 prevista en la base del canal se prolonga mediante dos
superficies planas paralelas 104, 106 dispuestas respectivamente en
las caras interiores de las semiconchas 72 y 74. Estas superficies
se extienden paralelamente al plano P de salida de la rueda.
El borde exterior de la rueda, en cuyo espesor
está dispuesto el paso periférico de expulsión 32 se extiende hacia
el exterior de la zona sensiblemente circular 102 del canal
periférico. De este modo, el borde exterior se extiende entre las
dos superficies planas anulares 104 y 106.
El canal periférico 100 de guiado del flujo
gaseoso definido en la periferia de la voluta 17 presenta una
superficie esencialmente lisa y el espacio delimitado entre esta
superficie lisa y el paso periférico de expulsión 32 de la rueda
está exento de cualquier difusor, manteniéndose este espacio libre
para la circulación del flujo gaseoso.
Ventajosamente, la rueda de álabes 14 se
dimensiona, y en especial sus álabes 48 y 50, de manera que la
relación de compresión del ventilador esté comprendida entre 1,05 y
1,12.
En este ventilador centrífugo, el aire es
aspirado por la entrada de aspiración 18 y es expulsado por la
salida de expulsión 20.
La velocidad elevada de rotación de la rueda 14
y la simetría del canal periférico 100 con respecto al plano de
salida de los gases que salen de la rueda permiten un funcionamiento
con unas emisiones sonoras muy reducidas, permitiendo a la vez
asegurar un caudal satisfactorio del orden de 2,5 l/s con una
elevación de la presión a 70 mbar. Para un tal caudal, el nivel de
presión sonora en la aspiración es de 64 dBA.
Además, las características del ventilador
permiten obtener un funcionamiento estable de este en todo en
intervalo de caudales.
Un tal ventilador centrífugo conviene así
perfectamente a un dispositivo de asistencia respiratoria.
En este dispositivo, el ventilador está montado
en una estructura. La salida del ventilador está conectada a un
extremo de un flexible, estando el otro extremo del flexible
adaptado para recibir una máscara de ventilación.
Un dispositivo de asistencia respiratoria dotado
de un tal ventilador apenas crea que unas molestias sonoras
reducidas, mejorando así el confort del usuario.
\vskip1.000000\baselineskip
Esta lista de referencias citadas por el
solicitante está prevista únicamente para ayudar al lector y no
forma parte del documento de patente europea. Aunque se ha puesto
el máximo cuidado en su realización, no se pueden excluir errores u
omisiones y la OEP declina cualquier responsabilidad al
respecto.
\bullet US 5924847 A [0007]
Claims (10)
1. Ventilador centrífugo de alta velocidad, del
tipo que comprende un cárter (16) que define interiormente una
voluta (17) de guiado del flujo gaseoso, una rueda de álabes (14) de
accionamiento del flujo gaseoso montada rotativa en la voluta (17),
y medios (12) de accionamiento de la rueda de álabes (14) a una
velocidad superior a 25.000 vueltas por minuto, presentando la
rueda de álabes, alrededor de su eje (X-X), una boca
(30) de aspiración del flujo gaseoso que se extiende frente a una
entrada de aspiración (18) dispuesta en el cárter (16) y, en su
periferia, un paso (32) de expulsión del flujo gaseoso de manera
centrífuga según un plano (P) de salida de la rueda, presentando el
cárter (16) además una salida (20) de expulsión del flujo gaseoso al
exterior de la voluta (17), caracterizado por el hecho de
que la voluta (17) define, en su periferia, un canal (100) de
guiado del flujo gaseoso que es esencialmente simétrico en sección
con respecto al plano (P) de salida de dicha rueda.
2. Ventilador según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que la rueda comprende, unos
álabes (48, 50) de parte y otra de los cuales están dispuestas unas
paredes macizas (36, 38) anulares, definiendo las paredes macizas
anulares y los álabes unos conductos desjuntados de guiado del flujo
gaseoso.
3. Ventilador según la reivindicación 1 o la 2,
caracterizado por el hecho de que cada álabe (48, 50) define
una superficie izquierda cuya normal varía según tres direcciones
ortogonales a lo largo de la longitud del álabe.
4. Ventilador según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que la relación de compresión está comprendida entre 1,05 y
1,12.
5. Ventilador según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que la sección del canal periférico (100) de guiado del flujo
gaseoso definida en la periferia de la voluta (17) es
progresivamente creciente en dirección de la salida (20) de
expulsión del flujo gaseoso al exterior de la voluta (17).
6. Ventilador según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que el canal periférico (100) de guiado del flujo gaseoso definido
en la periferia de la voluta (17) describe exteriormente un
contorno esencialmente circular (103) en el plano de salida de la
rueda (14), estando este contorno circular (103) centrado en el eje
(X-X) de rotación de la rueda.
7. Ventilador según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que el canal periférico (100) de guiado del flujo gaseoso definido
en la periferia de la voluta (17) comprende, en su base, una zona
(102) sensiblemente circular en sección y, simétrica con respecto al
plano P de salida de la rueda.
8. Ventilador según la reivindicación 7,
caracterizado por el hecho de que la zona (102) sensiblemente
circular en sección se extiende en un intervalo angular superior a
180º.
9. Ventilador según la reivindicación 6 o la 7,
caracterizado por el hecho de que el borde periférico de la
rueda se extiende por el exterior de la zona (102) sensiblemente
circular en sección definida en la base del canal periférico de
guiado del flujo gaseoso.
10. Ventilador según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de
que el espacio entre el canal periférico (100) de guiado del flujo
gaseoso y el paso periférico de expulsión del flujo gaseoso (32)
está desprovisto de cualquier obstáculo para la libre circulación
del flujo gaseoso.
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