ES2338095T3 - Ventilador centrifugo. - Google Patents

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ES2338095T3 ES01400803T ES01400803T ES2338095T3 ES 2338095 T3 ES2338095 T3 ES 2338095T3 ES 01400803 T ES01400803 T ES 01400803T ES 01400803 T ES01400803 T ES 01400803T ES 2338095 T3 ES2338095 T3 ES 2338095T3
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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.
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Referencias citadas en la descripción
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.
Documentos de patente citados en la descripción
\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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