ES2901052T3 - Entrada para ventilador axial - Google Patents

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Abstract

Un conjunto de ventilador de flujo axial, que comprende un rotor de ventilador carenado (18) que incluye: una pluralidad de álabes de ventilador (22) que se extienden desde un cubo de rotor (24) y que pueden girar alrededor de un eje central del conjunto de ventilador; y un carenado de ventilador (26) que se extiende circunferencialmente alrededor del rotor de ventilador (18) y fijado a un diámetro de punta exterior de la pluralidad de álabes de ventilador (22); y una carcasa de ventilador (16) que contiene el rotor de ventilador carenado (18), definiendo la carcasa de ventilador (16) una entrada de ventilador (50) del conjunto de ventilador e incluyendo una extensión de entrada en un diámetro exterior de la carcasa de ventilador (16), que se extiende axialmente aguas arriba de una entrada de boca de campana (58), con relación a una dirección de flujo de aire a través del rotor de ventilador carenado (18); donde la entrada de boca de campana (58) realiza una transición hacia la extensión de entrada, incluyendo la extensión de entrada una parte convexa (66) y una parte cóncava (62); caracterizado porque la extensión de entrada se extiende entre 5 % y 20 % del diámetro de punta de rotor de ventilador axialmente aguas arriba de la entrada de boca de campana (58); y la extensión de entrada se estrecha radialmente desde la entrada de boca de campana (58) hasta un borde de ataque de extensión de entrada (60) en un ángulo de conicidad.

Description

DESCRIPCIÓN
Entrada para ventilador axial
ANTECEDENTES
La materia descrita en esta invención se refiere a ventiladores de flujo axial de paletas. Más específicamente, la materia descrita en esta invención se refiere a estructuras para mejorar el rendimiento de pérdida del ventilador y/o mejorar el rendimiento de histéresis de recuperación de pérdida de los ventiladores de flujo axial de paletas.
Los ventiladores de flujo axial se utilizan ampliamente en muchas industrias que van desde la automoción hasta la aeroespacial y los HVAC, pero normalmente están limitados en su aplicación por restricciones de intervalo de funcionamiento y consideraciones de ruido. Si bien los ventiladores axiales de paletas pueden lograr altas eficiencias estáticas, su intervalo de funcionamiento limitado debido a la pérdida de las aspas generalmente hace que el ventilador axial de paletas no sea práctico para su uso en muchos sistemas que tienen requisitos de intervalos de funcionamiento extendidos. Además, el rendimiento de pérdida y de recuperación de pérdida de un ventilador axial puede degradarse debido a la sensibilidad a condiciones de flujo de entrada no óptimas o de uso no previsto. Por ejemplo, cuando un ventilador axial se somete a un flujo de entrada que está sustancialmente en ángulo recto con el eje de rotación del ventilador, el ventilador puede experimentar un rendimiento de pérdida reducido y/o aumento de la histéresis de recuperación de pérdida. En ciertas aplicaciones de HVAC, como un sistema de ventilador de interior para un producto empaquetado doméstico o comercial o un sistema dividido, la reducción en el intervalo de funcionamiento accionado por este rendimiento de pérdida/de histéresis de recuperación deficiente puede obstaculizar la aplicación de la tecnología de ventiladores axiales de paletas.
El documento US 2011/0064571 A1 muestra un ventilador impelente que comprende una rueda de ventilador dispuesta dentro de un recinto en forma de caja que incluye un cono de entrada secundario, un cono de entrada principal y un conducto flexible. Los dos conos de entrada llevan aire a la boca de la rueda del ventilador.
El documento JP 2014020235 A muestra un soplador axial que tiene una carcasa provista de un puerto de succión para succionar aire, un rodete dispuesto de manera giratoria en una cara aguas abajo del puerto de succión en la carcasa e inmediatamente después del puerto de succión, y una protuberancia anular proporcionada para rodear el puerto de succión y que se extiende en una dirección del árbol de rotación del rodete desde una superficie de la carcasa.
RESUMEN
Según la invención, se proporciona un conjunto de ventilador de flujo axial que incluye las características de la reivindicación 1.
Adicionalmente, la parte cóncava puede extenderse desde un borde de ataque de extensión de entrada axialmente hasta un punto de transición y la parte convexa se extiende desde el punto de transición hasta un borde de ataque de rotor.
Adicionalmente, la parte convexa puede superponerse axialmente al carenado de ventilador.
Adicionalmente, el ángulo de conicidad puede estar entre 0,5 grados y 45 grados.
Adicionalmente, una dirección principal del flujo de aire que se acerca a la entrada del ventilador puede ser transversal con respecto al eje central.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La materia se indica particularmente y se reivindica claramente en la conclusión de la memoria descriptiva. Lo anterior y otras características y ventajas de la presente descripción resultan evidentes a partir de la siguiente descripción detallada tomada conjuntamente con los dibujos adjuntos, en los cuales:
La FIG. 1 es una vista en perspectiva de una realización de un conjunto de ventilador;
La FIG. 2 es otra vista en sección transversal de una realización de un conjunto de ventilador; y
La FIG. 3 es otra vista en sección transversal parcial de una realización de un conjunto de ventilador.
La descripción detallada explica realizaciones de la invención, junto con ventajas y características, a modo de ejemplo con referencia al dibujo.
DESCRIPCIÓN DETALLADA
En la FIG. 1 se muestra una vista en perspectiva parcialmente despiezada de una realización de un ventilador de flujo axial 10 utilizado, por ejemplo, en un sistema de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC) como un ventilador de tratamiento de aire. El ventilador 10 puede ser accionado por un motor eléctrico 12 conectado al ventilador 10 por un árbol (no mostrado), o alternativamente una correa u otra disposición. En funcionamiento, el motor 12 acciona la rotación del ventilador 10 para impulsar el flujo de aire 14 a través del ventilador 10 y a lo largo de una trayectoria de flujo, por ejemplo, hacia o desde un intercambiador de calor (no mostrado). El ventilador 10 incluye una carcasa 16 con un rotor de ventilador 18 o rodete ubicado de manera giratoria dentro de la carcasa 16. El funcionamiento del motor 12 acciona la rotación del rotor de ventilador 18 alrededor de un árbol de ventilador 20. El rotor de ventilador 18 incluye una pluralidad de aspas de ventilador 22 que se extienden desde un cubo 24 y terminan en un carenado de ventilador 26. El carenado de ventilador 26 está conectado a una o más aspas de ventilador 22 de la pluralidad de aspas de ventilador 22 y gira alrededor del eje de ventilador 20 con ellas. El ventilador 10 incluye además un conjunto de estator 28 que incluye una pluralidad de paletas de estator 30, ubicadas aguas abajo del rotor de ventilador 18. La pluralidad de paletas de estator 30 se extienden sustancialmente de forma radial desde un cubo de estator 32 hasta un carenado de estator 34.
Refiriéndose ahora a la FIG. 2, en algunas aplicaciones, tales como un sistema de calefacción, ventilación, aire acondicionado y refrigeración (HVAC&R) de techo u otro producto empaquetado, el ventilador 10 está orientado de manera que el flujo de aire 14 dirigido a una entrada de ventilador 50 del ventilador 10 procede de una dirección predominantemente perpendicular al eje de ventilador 20. Por lo tanto, para fluir a lo largo del eje de ventilador 20, el flujo de aire 14 debe girarse 90 grados antes de fluir a través del ventilador 10 y, por ejemplo, a través de una superficie de intercambio de calor 52 aguas abajo del sistema HVAC&R. Esta condición de flujo lateral en la entrada de ventilador 50 puede dar como resultado un rendimiento deficiente de pérdida y de histéresis de recuperación de pérdida del ventilador 10, y puede limitar un intervalo de funcionamiento del ventilador 10 y, por lo tanto, su uso en tales aplicaciones.
Refiriéndose ahora a la FIG. 3, la entrada de ventilador 50 incluye una extensión de carcasa 54 que se extiende axialmente hacia adelante de una entrada de boca de campana 58 convencional, la extensión de carcasa 54 se extiende en el intervalo de aproximadamente 5 % hasta aproximadamente el 20 % del diámetro de la punta del rotor del ventilador axialmente hacia adelante de una entrada de boca de campana 58 convencional. La extensión de carcasa 54 proporciona una distancia axial para girar el flujo de aire 14 hacia la dirección axial a lo largo del eje de ventilador 20 antes de entrar en el rotor de ventilador 18. Con una extensión de carcasa 54 de aproximadamente una pulgada (25,4 mm) se ha logrado una reducción en la histéresis de recuperación de pérdida de aproximadamente un 70 %, en comparación con un ventilador comparable sin la extensión de carcasa 54 que se aplica en una instalación con flujo de entrada predominantemente perpendicular como se muestra en la Fig 2.
La extensión de carcasa 54 se extiende axialmente aguas arriba de una entrada de boca de campana 58 convencional para acondicionar el flujo de aire 14 antes de que el flujo de aire entre en el rotor de ventilador 18. Un borde de ataque de extensión de carcasa 60 define una parte axialmente más adelantada de la extensión de carcasa 54. En algunas realizaciones, la extensión de carcasa 54 está formada integralmente con la entrada de boca de campana 58 convencional, mientras que en otras realizaciones, la extensión de carcasa 54 es un componente separado y discontinuo de la entrada de boca de campana 58 convencional.
En algunas realizaciones, la extensión de carcasa 54 es un anillo axial que se extiende aguas arriba de la entrada de boca de campana 58 convencional. En otras realizaciones, la extensión de carcasa 58 realiza una transición desde la entrada de boca de campana 58 convencional en un ángulo de entrada 80 (mostrado en la FIG. 2). En algunas realizaciones, el ángulo de entrada 80 está en el intervalo de 0,5 grados a 45 grados, mientras que en otras realizaciones, el ángulo de entrada 80 está entre 10 y 40 grados, mientras que en otras realizaciones, el ángulo de entrada 80 está entre 15 y 30 grados.
En algunas realizaciones, como se muestra en la FIG. 3, el borde de ataque de extensión de la carcasa 60 realiza una transición hasta la entrada de boca de campana 58 convencional a través de una parte cóncava 62 que se extiende desde el borde de ataque de extensión de carcasa 60 axialmente hasta un punto de transición 64, y una parte convexa 66 que se extiende desde el punto de transición 64 hasta un borde de ataque de rotor 68. En algunas realizaciones, la parte convexa 68 se superpone axialmente al carenado de ventilador 26.
Aunque idealmente una extensión de carcasa 54 axialmente más larga mejora la condición del flujo de aire 14 que entra en el rotor de ventilador 18, la mejora del rendimiento del ventilador 10 debe equilibrarse con las limitaciones de empaquetado del ventilador 10.
La utilización de la extensión de carcasa 54 en el ventilador 10 mejora el rendimiento de pérdida del ventilador 10 y reduce aún más la histéresis de recuperación de pérdida en comparación con los ventiladores anteriores. Estas mejoras permiten la expansión de los límites operativos de los ventiladores axiales carenados, aumentando así su aplicabilidad a un amplio intervalo de condiciones, como los sistemas HVAC&R de techo, permitiendo que dichos sistemas aprovechen las ventajas de rendimiento de los ventiladores axiales carenados.
Aunque la presente descripción se ha descrito en detalle en relación con solo un número limitado de realizaciones, debería entenderse fácilmente que la presente descripción no se limita a tales realizaciones descritas. En cambio, la presente descripción puede modificarse para incorporar cualquier número de variaciones, alteraciones, sustituciones o disposiciones equivalentes no descritas hasta ahora, pero que son acordes en su alcance. Además, aunque se han descrito diversas realizaciones, debe entenderse que los aspectos de la presente descripción pueden incluir solo algunas de las realizaciones descritas. Por consiguiente, la presente descripción no debe verse como limitada por la descripción anterior, sino que solo está limitada por el alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (5)

REIVINDICACIONES
1. Un conjunto de ventilador de flujo axial, que comprende
un rotor de ventilador carenado (18) que incluye:
una pluralidad de álabes de ventilador (22) que se extienden desde un cubo de rotor (24) y que pueden girar alrededor de un eje central del conjunto de ventilador; y
un carenado de ventilador (26) que se extiende circunferencialmente alrededor del rotor de ventilador (18) y fijado a un diámetro de punta exterior de la pluralidad de álabes de ventilador (22); y
una carcasa de ventilador (16) que contiene el rotor de ventilador carenado (18), definiendo la carcasa de ventilador (16) una entrada de ventilador (50) del conjunto de ventilador e incluyendo una extensión de entrada en un diámetro exterior de la carcasa de ventilador (16), que se extiende axialmente aguas arriba de una entrada de boca de campana (58), con relación a una dirección de flujo de aire a través del rotor de ventilador carenado (18); donde la entrada de boca de campana (58) realiza una transición hacia la extensión de entrada, incluyendo la extensión de entrada una parte convexa (66) y una parte cóncava (62);
caracterizado porque
la extensión de entrada se extiende entre 5 % y 20 % del diámetro de punta de rotor de ventilador axialmente aguas arriba de la entrada de boca de campana (58); y
la extensión de entrada se estrecha radialmente desde la entrada de boca de campana (58) hasta un borde de ataque de extensión de entrada (60) en un ángulo de conicidad.
2. El conjunto de ventilador de la reivindicación 1, donde la parte cóncava (62) se extiende desde un borde de ataque de extensión de entrada (60) axialmente hasta un punto de transición (64) y la parte convexa (66) se extiende desde el punto de transición (64) hasta un borde de ataque de rotor (68).
3. El conjunto de ventilador de la reivindicación 1 o 2, donde la parte convexa (66) se superpone axialmente al carenado de ventilador (26).
4. El conjunto de ventilador de cualquiera de las reivindicaciones 1-3, donde el ángulo de conicidad está entre 0,5 grados y 45 grados.
5. El conjunto de ventilador de cualquiera de las reivindicaciones 1-4, donde una dirección principal del flujo de aire que se acerca a la entrada de ventilador (50) es transversal con respecto al eje central.
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