ES2355822T3

ES2355822T3 - Rueda de ventilador radial, unidad de ventilador y disposición de ventilador radial.

Info

Publication number: ES2355822T3
Application number: ES04717095T
Authority: ES
Inventors: Omar Sadi
Original assignee: Ziehl Abegg SE
Current assignee: Ziehl Abegg SE
Priority date: 2003-03-04
Filing date: 2004-03-04
Publication date: 2011-03-31
Anticipated expiration: 2024-03-04
Also published as: CA2517994C; US9157452B2; ATE492729T1; FI7321U1; PL1608875T3; CN1756908A; CA2517994A1; JP2006519336A; EP1455094A1; DE502004012024D1; SI1608875T1; RU2321775C1; EP1608875B1; US20060228212A1; CN100458178C; EP1608875A1; WO2004079201A1; FIU20060060U0

Abstract

Rueda de ventilador radial con una placa de cubierta (3) que presenta una abertura de entrada (5) y una placa de suelo (1) que están unidas por medio de una corona de álabes, que presenta álabes directores (2) que discurren inclinados desde el interior al exterior contra la dirección de marcha y orientados en la dirección del eje, en la que en la placa de cubierta y de suelo (3, 1) están conformadas regiones de borde (7, 14) exteriores que sobresalen por encima del diámetro de salida de los álabes (DSa), que definen un espacio de difusión (16) en forma anular con un diámetro exterior (DN) que sobrepasa el diámetro de salida de los álabes (DSa) hasta un 25%, no presentarían la rueda de ventilador radial en el exterior del diámetro de salida del álabe (DSa) ningún alabe, caracterizada porque los álabes directores (2) tienen bordes exteriores (12) que discurren paralelos al eje de giro (4), que definen el diámetro de salida de los álabes (DSa), y las regiones del borde (7, 14) exteriores que sobresalen discurren en sección transversal en línea recta, y con ello, el perfil de sección transversal del espacio de difusión (16) está conformado ensanchado hacia el exterior de modo rectangular o en forma trapecial.

Description

La invención se refiere a una rueda de ventilador radial con álabes directores inclinados hacia detrás, una unidad de ventilador, y una disposición de ventilador radial

Trasfondo de la invención

Este tipo de ruedas de ventilador radiales o rodetes radiales se emplean, por ejemplo, en la técnica de climatización y ventilación.

También los rodetes inclinados hacia delante con 30-40 álabes directores que discurren desde el interior hacia el exterior en la dirección de marcha se emplean en la técnica de aireación con diámetros de 160 a 400 mm conjuntamente con cajas espirales que conforman la corriente. Su efectividad estadística va aproximadamente de un 30 a un 35%. Un rodete de este tipo se conoce del documento JP 06299993. Una realización como ventilador radial con anillo de salida convergente muestra el documento US 1,447,915, en el que el aire acelerado de modo centrífugo se acelera adicionalmente por medio de la tobera de salida que converge de modo radial hacia el exterior.

Para mayores flujos volumétricos se usan rodetes mayoritariamente inclinados hacia atrás, en los que los álabes directores están inclinados hacia el exterior contra la dirección de marcha. Los diámetros habituales se mueven entre 200 y 1500 mm, para aplicaciones especiales se conocen diámetros por encima de 2500 mm. La efectividad estadística de este tipo de rodetes está en el intervalo que va del 70 al 74%. Se emplean con caja espiral y sin ella – de modo libre – por ejemplo en las denominadas cajas de climatización. En este caso, el aire aspirado axialmente desde el exterior a través de la abertura de entrada sale de modo radial entre los álabes hacia el exterior. Para la reducción de las emisiones de ruido indeseadas que se originan en el funcionamiento de ruedas de ventilador se requieren o bien medidas de amortiguación del ruido (de absorción del ruido), o medidas constructivas en el propio rodete que tengan una influencia de reducción del ruido en la corriente de aire que sale.

El documento US-A-6039539, que se ha conformado según el preámbulo de la reivindicación 1, muestra un rodete en el que los bordes exteriores de los álabes presentan un borde oblicuo, inclinado hacia el eje de giro, y las secciones terminales periféricas de las placas terminales están curvadas para reducir la presión acústica en un intervalo de frecuencias que va de 50 a 300 Hz.

Al producirse la salida de la corriente de aire del rodete se originan por medio de la ampliación abrupta de la sección transversal de la corriente efectos que empeoran la efectividad en la transformación de la energía cinética contenida en el medio de corriente en el incremento de presión estática deseada. Para mejorar esta efectividad se disponen anillos difusores fijos con una rejilla de álabes directores, tal y como se conocen, por ejemplo, del documento EP-A-1 039 142, a continuación de la rueda del ventilador. Este tipo de anillos difusores, sin embargo, son costosos desde el punto de vista constructivo, roban espacio, y son caros.

Resumen de la invención

La invención proporciona según un primer aspecto una rueda de ventilador radial según la reivindicación 1.

Otro aspecto se refiere a una unidad de ventilador con una placa de aspiración con tobera de entrada integrada, que está unida por medio de una sujeción por medio de soportes con una sujeción que lleva un accionamiento. Una rueda de ventilador según la reivindicación 1 está dispuesta sobre un árbol de accionamiento entre el accionamiento y la tobera de entrada.

Otro aspecto se refiere a una disposición de ventilador radial que presenta lo siguiente: una rueda de ventilador radial según la reivindicación 1, y una zona que limita de modo radial con el espacio de difusión y en la parte frontal con al menos una región del borde exterior, y no presenta elementos de conducción que influyan fundamentalmente en el perfil de presión y/o de velocidad de un líquido que fluya a través de esta zona.

Otras características están contenidas en los dispositivos y procedimientos dados a conocer, o se deducen para el lector especializado a partir de la siguiente descripción detallada de formas de realización y de los dibujos anexos.

Descripción de los dibujos

Las formas de realización de la invención se describen ahora a modo de ejemplo y tomando como referencia el dibujo anexo, en el que:

La Fig. 1 muestra una vista tridimensional de una rueda de ventilador,

La Fig. 2 representa una sección axial de la rueda del ventilador mostrada en la Fig. 1 a lo largo del eje de giro,

La Fig. 3 es una vista de la rueda del ventilador en la dirección del eje de giro sobre la placa de suelo,

La Fig. 4 indica una variante de conformación de la región del borde de la rueda del ventilador,

La Fig. 5 muestra una variante de conformación alternativa de la región del borde,

Las Fig. 6a y b muestran una disposición de una rueda del ventilador libre en una caja de climatización en sección axial y en sección transversal, y

Las Fig. 7a y b muestran una disposición de una rueda de ventilador (no libre) en una caja espiral en sección axial y en sección transversal.

Descripción de las formas de realización preferidas

La Fig. 1 muestra una vista tridimensional de una rueda de ventilador. A partir de una descripción detallada de la Fig. 1 siguen en primer lugar diferentes explicaciones relativas a las formas de realización.

En las ruedas de ventilador mostradas, entre las regiones de borde exteriores de la placa de cubierta y de suelo, que sobresalen por encima del diámetro de salida de los álabes, se conforma un espacio de difusión en forma anular, en el que se toca la corriente de fluido que sale, y la energía cinética se transforma sin pérdidas en presión estática. El perfil de sección transversal de este “anillo de difusión” puede estar conformado en este caso desde el punto de vista constructivo y de fabricación de un modo especialmente sencillo de modo rectangular, incrementando los diámetros exteriores de las placas de cubierta y de suelo de modo correspondiente respecto al diámetro de salida de los álabes. Alternativamente, puede estar ensanchado hacia el exterior en forma de trapecio, reforzándose por medio del ensanchamiento adicional de la sección transversal el efecto de difusión, y pudiéndose incrementar con ello la eficacia, y reduciéndose el diámetro de la rueda.

En algunas formas de realización, el diámetro exterior (DN) del espacio de difusión (por ejemplo 16 en la Fig. 2, 4, 5) supera el diámetro de salida de los álabes (DSa) de un 8% a un 20%, preferentemente de un 10 a un 15%, prefiriéndose aún más un 12%. Estos son los intervalos de diámetros en los que se produce con más fuerza el efecto mencionado.

En algunas de las formas de realización, la región exterior (por ejemplo 7 en la Fig. 4 y 5) y un plano normal respecto al eje de giro forman un ángulo α, que es menor de 35º, y por ejemplo menor de 25º. Por ejemplo, el ángulo α tiene un valor de 12º. Estos son ángulos de abertura en los que el guiado de aire deseado entra de un modo especialmente efectivo y se consigue un efecto de difusión especialmente efectivo.

En formas de realización con una configuración especialmente efectiva de la rueda del ventilador en la región de la entrada de aire, la abertura de entrada de la placa de cubierta está ensanchada hacia el interior en forma de trompeta. En algunas de estas formas de realización, los bordes interiores de los álabes directores presentan en la región de conexión con la placa de cubierta una curvatura convexa.

En algunas formas de realización, la placa de suelo (por ejemplo 1 en las Figuras 1 – 6) está provista de una disposición de cubo (por ejemplo 9).

En algunas de las formas de realización, el número de los álabes de la rueda del ventilador está en el intervalo de seis a diez álabes.

El ángulo de entrada del álabe está, por ejemplo, en el intervalo de 19º a 25º, el ángulo de salida del álabe está, por ejemplo, en el intervalo de 28º a 34º (los valores indicados están incluidos de modo correspondiente).

Las formas de realización muestran también unidades de ventilador con una placa de aspiración (por ejemplo 7) con tobera de entrada integrada (por ejemplo 18), que está unida por medio de una sujeción (por ejemplo 19) por medio de soportes (por ejemplo 20) con otra sujeción (por ejemplo 21) que lleva un accionamiento (por ejemplo 22), estando dispuesta una rueda de ventilador según una de las formas de realización en un árbol de accionamiento (por ejemplo 23) entre el accionamiento y la tobera de entrada.

Algunas formas de realización se refieren a disposiciones de ventilador radiales, en las que el rodete se emplea mayoritariamente libre de elementos adicionales que conduzcan la corriente, y en particular se deja libre la región de salida del aire de este tipo de elementos. Una disposición de ventilador radial de este tipo presenta una rueda de ventilador radial y una zona con la que limita una región de borde exterior de modo radial con el espacio de difusión y en la parte frontal, y que no presenta ningún elemento conductor que ejerza una influencia fundamental sobre el perfil de presión y/o de velocidad de un líquido que fluya a través de esta zona.

En algunas formas de realización se usan los rodetes mencionados como rodetes libres, por ejemplo en las cajas de climatización fundamentalmente en forma de cubo. En otras formas de realización tiene lugar el uso de los rodetes en cajas espirales.

Volviendo ahora a la Fig. 1, la rueda de ventilador mostrada está formada por una placa de suelo 1 plana, una corona de álabes formada por varios álabes directores 2, y una placa de cubierta 3. Las placas de suelo y de cubierta 1, 3 están dispuestas de modo concéntrico a una distancia B entre ellas referidas al eje de giro 4, y están unidas entre ellas por medio de la corona de álabes. La placa de cubierta 3 presenta una abertura de entrada 5 con el diámetro DE, a través de la cual se aspira durante el funcionamiento un medio de corriente.

A este respecto, la placa de cubierta 3 discurre ensanchada partiendo desde un borde 6 que limita en la parte frontal con la abertura de entrada 5 hacia el interior y de modo radial a una región del borde 7 exterior. La placa de suelo 1 esta conformada como placa circular, y lleva una disposición de cubo 9 dispuesta de modo central con una abertura 10, que se puede unir con una unidad de accionamiento, para accionar la rueda del ventilador (Fig. 6). En una realización no representada, la placa del suelo y la brida de accionamiento también pueden estar conformadas de una pieza.

Las placas de suelo y de cubierta están limitadas de modo radial por medio de sus bordes exteriores 8, y están unidas entre ellas a través de la corona de álabes con una distancia B entre ellas (accionamiento con motor de rotor).

La corona de álabes presenta en la forma de realización representada a modo de ejemplo siete álabes directores 2, que están dispuestos de modo homogéneo en forma de estrella en referencia al eje de giro 4. En este caso, los bordes interiores 11 que apuntan hacia el eje de giro 4 definen un diámetro DSi y los bordes exteriores 12 definen un diámetro exterior de álabe DSa. La propia hoja del álabe director discurre partiendo desde el borde interior 11 e inclinada contra la dirección de marcha R hacia el exterior, donde finaliza en el borde del álabe director 12 (Fig. 3). Adicionalmente, los álabes directores que discurren en la dirección del eje están curvados en relación al eje de giro 4, apuntando los lados convexos hacia el exterior. Una rueda de ventilador de este tipo se designa también como rodete curvado hacia atrás, está provista en realizaciones alternativas (no representadas) con, por ejemplo, 6 – 14 álabes, pudiendo cambiar estar configurados en este caso los álabes directores 2 de modo plano. Sus bordes laterales están unidos de modo adecuado con la placa de suelo o la placa de cubierta 1, 3, siguiendo los contornos de los bordes laterales en su región de conexión, respectivamente, el abombamiento de la placa de suelo 1 y de la placa de cubierta 3. Los bordes exterior e interior 12, 11 discurren fundamentalmente en paralelo respecto al eje de giro 4, discurriendo en el ejemplo de realización representado el borde interior 11 en la región de conexión con la placa de cubierta de modo curvado por razones relativas a la técnica de fabricación y a la reotecnia.

Como ángulo de entrada del álabe β1 (Fig. 3) se hace referencia aquí al ángulo de la tangente en el pie interior del álabe con la tangente de la circunferencia que pasa por este pie, como ángulo de salida del álabe γ, de modo correspondiente, el ángulo de la tangente en el pie exterior del álabe con la tangente de la circunferencia que pasa por este pie. En el caso de álabes con curvatura logarítmica adecuada, los ángulos de entrada y de salida son iguales; en loas formas de realización mostradas en las figuras, los álabes están menos curvados, de manera que el ángulo de entrada del álabe β1 es menor que el ángulo de salida del álabe β2. Las placas de suelo y de cubierta 1, 3 presenta un diámetro exterior DN que está por encima del diámetro exterior de los álabes DSa, de manera que entre el borde exterior 8 de la placa del suelo 1 y el diámetro exterior de los álabes director DSa está definida una región de borde 14 exterior. La distancia entre la placa de cubierta y la placa de suelo 3, 1, o la anchura del álabe B tiene un valor máximo:

5 (DN-DSa) / 2

Durante el funcionamiento, la rueda de ventilador se mueve en la dirección de accionamiento R (Fig. 3), y los álabes directores mueven el líquido de corriente que se encuentra en el interior de la rueda de ventilador hacia fuera, donde sale fundamentalmente de modo radial en el diámetro exterior de la rueda del álabe. Por medio de la presión negativa ocasionada en el interior del rodete se aspira líquido desde el exterior a través de la abertura de entrada 5. La dirección de corriente, así pues, discurre de modo coaxial a través de la abertura de entrada 5 en el interior del rodete, y se guía de modo radial hacia el exterior, ensanchándose en este caso de modo constante la sección transversal de la corriente. En este caso, la corriente abandona en primer lugar en el diámetro DSa los espacios intermedios de los rodetes 15 en un espacio de difusión 16, que está definido en forma anular entre los bordes exteriores 12 de los álabes directores 2, las regiones del borde 7, 14 exteriores de la placa de cubierta y de suelo 3, 1, y el diámetro exterior DN de los bordes exteriores 8 correspondientes. La configuración de esta región influencia la efectividad y la generación de ruido de la rueda de ventilador. Gracias al hecho de que la corriente radial se pare después de su salida de los espacios intermedios de los rodetes 15 de modo axial a ambos lados por medio de las regiones de borde 7, 14 exteriores, antes de que abandone la rueda de ventilador, se evita el denominado efecto de difusor de Carnot, que se produciría al liberar directamente la corriente en la dirección axial. Por medio del guiado conforme a la invención de la corriente tiene lugar una difusión controlada en el espacio de difusión, es decir, la energía cinética suministrada al líquido en los espacios intermedios de los álabes 15 se transforma con pocas pérdidas en un potencial de presión. Es decir, expresado desde el punto de vista de la mecánica de fluidos: La presión cinética se transforma en presión estática. Evitando la difusión de Carnot se incrementa la efectividad, y la reducción de turbulencias en los bordes de salida 8 y 12 reduce la generación de ruido.

Las configuraciones según las Fig. 4 y 5 definen un espacio de difusión 16, cuya sección transversal, en contraposición a la forma rectangular representada en la Fig. 2, está ensanchada en forma de trapecio hacia el exterior. Según la Fig. 4, la región de borde exterior 7 de la placa de cubierta 3 está abierta hacia el exterior en un ángulo α, que está en un intervalo entre 0 y 35º. Este ensanchamiento adicional refuerza el efecto de difusión y permite conformar las regiones del borde 7, 14 exteriores de modo más estrecho, de manera que el diámetro exterior DN, por ejemplo, ha de estar sólo 20% o menos por encima del diámetro exterior de los álabes DSa, si bien ha de estar al menos 8% por encima.

La Fig. 5 muestra un ensanchamiento correspondiente de las dos regiones del borde 7, 14 exteriores de la placa de suelo y de cubierta 1, 3. El ensanchamiento del borde también se puede realizar sólo en la placa del suelo 1 (no representada).

La Fig. 6 muestra una unidad completa en sección axial (Fig. a) y en sección transversal (Fig. 6b), que junto a la rueda de ventilador descrita anteriormente presenta de modo adicional una placa de aspiración 17 con una tobera de entrada 18 integrada, que está unida por medio de sujeciones 19 y soportes 20 con una sujeción del motor 21, que lleva, a su vez, un motor 22, cuyo árbol de accionamiento 23 está acoplado con la disposición de cubo 9 de la rueda de ventilador. Esta unidad completa con rueda de ventilador libre está insertada en una caja de climatización 24 fundamentalmente en forma de cubo. En ésta, por medio de la unidad de ventilador, en el interior se establece una presión que genera en uno o varios canales salientes flujos volumétricos. Puesto que este tipo de cajas de climatización por regla general no están configuradas de modo dinámico a la corriente, el efecto de difusión indicado es especialmente efectivo en este caso, ya que se puede prescindir en su mayor parte de medidas adicionales que conduzcan la corriente o que amortigüen en sonido. En particular, se prescinde de elementos conductores que limiten de modo radial con el espacio de difusión 16, como anillos de difusión fijos. Adicionalmente, en este caso, también la parte frontal que apunta hacia el exterior de una o de las dos regiones de borde 7, 14 exteriores está libre de elementos conductores. La rueda de ventilador 1 no está rodeada en la caja de climatización 24 por una caja espiral; las paredes de la caja de climatización están separadas en la dirección radial relativamente lejos del borde exterior de la rueda del ventilador, es decir, del espacio de difusión (típicamente más de un 15% del radio de la rueda del ventilador, es decir, de la mitad del diámetro del espacio de difusión (DN)), y la rueda del ventilador está en el diámetro exterior del espacio de difusión (DN) en una

o en las dos direcciones axiales sin una carcasa que cierre el espacio de difusión (es decir, las paredes de la caja de climatización son más anchas en la dirección axial que la anchura de la rueda en la salida de la rueda).

En una rueda del ventilador con las siguientes dimensiones se ha conseguido en una disposición libre un incremento de la efectividad de 5 puntos %.

Diámetro exterior DN:457 mm

Diámetro exterior de los álabes DSa:406,4 mm

Diámetro interior de los álabes DSi:252,4 mm

Anchura de los álabes a la salida B:110,5 mm

Diámetro de abertura de entrada DE:257,4 mm

Ángulo de entrada de los álabes β1:22º

Ángulo de entrada de los álabes β2:31º

Las dimensiones para otros ejemplos de realización de ruedas de ventilador están en el siguiente intervalo:

Diámetro exterior DN:200 -1800 mm

Diámetro exterior de los álabes DSa:160 -1400 mm

Diámetro interior de los álabes DSi:100 -650 mm

Anchura de los álabes a la salida B:40 -280 mm

Diámetro de abertura de entrada DE:98 – 660 mm Ángulo de entrada de los álabes β1:19º -25º

Ángulo de entrada de los álabes β2:28º -34º

Tal y como muestran las figuras 7a (sección axial) y 7b (sección transversal), la rueda de ventilador 1 descrita, sin

embargo, también se puede emplear conjuntamente con una caja espiral 25, puesto que también en este caso se

5 puede utilizar el incremento de efectividad. La caja espiral 25 presenta una lengüeta 26; ésta se conforma por medio de

la parte de la caja espiral en la que la distancia radial es mínima respecto a la rueda del ventilador (por ejemplo, tiene

un valor de menos de 15% del radio de la rueda del ventilador). Partiendo de la lengüeta 26 se incrementa esta

distancia (por ejemplo de modo lineal o logarítmico) hasta una abertura de salida 27. En la dirección axial, la caja

espiral se puede conectar, por ejemplo, directamente a las paredes de la rueda que conforman el difusor, o por ejemplo 10 puede estar dispuesta a una distancia x de éstas, que, por ejemplo, tal y como muestra la Fig. 7a, es menor que la

anchura de la rueda en la salida (es decir, en el difusor).

Claims

REIVINDICACIONES

1.-Rueda de ventilador radial con

una placa de cubierta (3) que presenta una abertura de entrada (5) y una placa de suelo (1) que están unidas por medio de una corona de álabes, que presenta álabes directores (2) que discurren inclinados desde el interior al exterior contra la dirección de marcha y orientados en la dirección del eje,

en la que en la placa de cubierta y de suelo (3, 1) están conformadas regiones de borde (7, 14) exteriores que sobresalen por encima del diámetro de salida de los álabes (DSa), que definen un espacio de difusión (16) en forma anular con un diámetro exterior (DN) que sobrepasa el diámetro de salida de los álabes (DSa) hasta un 25%, no presentarían la rueda de ventilador radial en el exterior del diámetro de salida del álabe (DSa) ningún alabe,

caracterizada porque

los álabes directores (2) tienen bordes exteriores (12) que discurren paralelos al eje de giro (4), que definen el diámetro de salida de los álabes (DSa), y

las regiones del borde (7, 14) exteriores que sobresalen discurren en sección transversal en línea recta, y con ello, el perfil de sección transversal del espacio de difusión (16) está conformado ensanchado hacia el exterior de modo rectangular o en forma trapecial.
2.-Rueda de ventilador radial según la reivindicación 1, en la que el ángulo de entrada del álabe (β1) de los álabes directores (2) tiene un valor de 19º -25º, y su ángulo de salida del álabe (β2) tiene un valor de 28º -34º.
3.-Rueda de ventilador radial según la reivindicación 1, en la que el diámetro exterior (DN) del espacio de difusión (16) sobrepasa el diámetro de salida de los álabes (DSa) de un 8% a un 20%.
4.-Rueda de ventilador radial según la reivindicación 1, en la que la región de borde exterior (7, 14) y un plano normal al eje de giro forman un ángulo α que es menor de 35º.
5.-Rueda de ventilador radial según la reivindicación 4, en la que el ángulo α tiene un valor de 12º.
6.-Rueda de ventilador radial según la reivindicación 5, en la que la abertura de entrada (5) de la placa de cubierta están ensanchada hacia el interior en forma de trompeta.
7.-Rueda de ventilador radial según la reivindicación 6, en la que los bordes interiores (10) de los álabes directores (2) presentan en la región de conexión con la placa de cubierta (3) una curvatura convexa.
8.-Rueda de ventilador radial según la reivindicación 7, en la que la placa de suelo (1) está provista de una disposición de cubo (9).
9.-Unidad de ventilador con una placa de aspiración (7) con tobera de entrada (18) integrada, que está unida a través de una sujeción (19) por medio de soportes (20) con una sujeción (21) que lleva un accionamiento (22), en la que una rueda de ventilador según la reivindicación 1 está dispuesta sobre un árbol de accionamiento (23), entre el accionamiento (22) y la tobera de entrada (18).
10.-Disposición de ventilador radial, que presenta lo siguiente:

una rueda de ventilador radial según la reivindicación 1, y una zona que limita de modo radial con el espacio de difusión

(16) y en la parte frontal con al menos una región de borde (7, 14) exterior, y que no presenta ningún elemento conductor que ejerza una influencia significativa sobre el perfil de presión y/o de velocidad de un fluido que fluya a través de esta zona.