ES3051259T3

ES3051259T3 - Fan wheel, fan, and system having at least one fan

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Publication number: ES3051259T3
Application number: ES16763436T
Authority: ES
Inventors: Frieder Loercher; Georg Hofmann; Sandra Hub
Original assignee: Ziehl Abegg SE
Current assignee: Ziehl Abegg SE
Priority date: 2015-08-31
Filing date: 2016-08-04
Publication date: 2025-12-26
Anticipated expiration: 2036-08-04
Also published as: US20190024674A1; JP2022033974A; EP3289224A1; CN108350904A; WO2017036470A1; BR112018003066B1; SI3289224T1; RU2018111402A; BR112018003066A2; RU2018111402A3; US11371529B2; RU2740612C2; DE102015216579A1; JP2018526569A; EP3289224B1; CN108350904B

Abstract

La invención se refiere a una rueda de ventilador que comprende al menos dos álabes ondulados. Un ventilador tiene al menos una rueda de ventilador de este tipo. Un sistema tiene al menos un ventilador con una rueda de ventilador de este tipo. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0003] Rodete de ventilador, ventilador y sistema que comprende al menos un ventilador

[0005] La invención se refiere a un rodete de ventilador, un ventilador y un sistema que comprende al menos un ventilador.

[0007] Por rodetes de ventilador se entienden en general rodetes de ventilador radial, rodetes de ventilador diagonal, rodetes de ventilador axial, pero también ruedas de álabes directores de entrada o de salida (estátores) de ventiladores.

[0009] La provisión de ventiladores con bajas emisiones de ruido, alcanzando determinadas prestaciones de aire requeridas (caudal volumétrico y aumento de presión), es de interés fundamental para los fabricantes de ventiladores. En particular, también en los ventiladores que están incorporados en un sistema, las emisiones de ruido deben ser bajas. A menudo, en tales sistemas, hay perturbaciones de la corriente de entrada en la entrada del ventilador. Tales perturbaciones de la corriente de entrada causan, en ventiladores convencionales, en particular a frecuencias discretas que son múltiplos enteros de la frecuencia de paso de álabes, elevados niveles de ruido (ruido tonal). Si un ventilador consta de varios rodetes de ventilador, por ejemplo un estátor y un rotor, el rodete de ventilador situado aguas abajo experimenta perturbaciones de la corriente de entrada que son causadas por el rodete de ventilador situado aguas arriba. Esto conduce a un ruido intenso, en particular ruido tonal. Además, por razones de técnica de fabricación y/o económicas es ventajoso disponer de álabes de ventilador de chapa (álabes de ventilador no perfilados). Sin embargo, los ventiladores con tales álabes tienden a tener emisiones de ruido elevadas de banda ancha (ruido de banda ancha). Además, el borde de salida romo de los álabes de ventilador, que puede estar presente tanto en álabes no perfilados como perfilados, es una fuente de ruido (ruido de borde de salida).

[0011] Del documento EP 2418388 A2 se conoce un ventilador axial que, mediante un diseño especial del rodete de ventilador en la zona radial exterior de los álabes de ventilador, presenta una emisión de ruido particularmente baja en el rango de frecuencias de banda ancha, la cual es causada por el flujo de fuga en la holgura de punta. El diseño especial se consigue en particular porque localmente, en la zona radial exterior, el trazado de los álabes de ventilador, visto en la dirección de envergadura, se caracteriza por una desviación marcada del trazado en la dirección de envergadura en el resto de la zona de los álabes de ventilador. Sin embargo, tal diseño del rodete de ventilador no puede reducir, o solo puede de forma insuficiente, el ruido tonal que es causado por perturbaciones de la corriente de entrada. Asimismo, tal diseño no puede reducir, o solo puede de forma insuficiente, el ruido de banda ancha en álabes no perfilados ni el ruido de borde de salida.

[0013] Del documento US 2013/0164488 A1 se conoce un álabe de ventilador perfilado que, mediante un diseño especial ondulado de su borde de ataque en un ventilador, puede reducir el ruido tonal que se genera por perturbaciones de la corriente de entrada.

[0015] WO 2014/026246 A1 muestra el diseño de un álabe, por ejemplo para un ventilador. En el ventilador no está previsto ningún anillo de cubierta.

[0017] De forma similar ocurre con EP 2230407 A1. También a partir de esta publicación es conocido un ventilador, pero sin anillo de cubierta.

[0018] DE 3137544 A1 divulga un ventilador con un rodete de ventilador, en el que los álabes son dentados pero no ondulados. DE 3137544 A1 no divulga ninguna ondulación del álabe.

[0020] EP 0955469 A2 y JP S56143594 U muestran un ventilador sin anillo de cubierta.

[0022] US 2003/012656 A1 muestra un rodete de ventilador para un ventilador, con al menos dos álabes de ventilador ejecutados de forma ondulada. El ventilador comprende un anillo de cubo y un anillo de cubierta, extendiéndose los álabes de ventilador entre el anillo de cubo y el anillo de cubierta y estando fijados tanto al anillo de cubo como al anillo de cubierta. Los álabes de ventilador forman un ángulo de 75° a 105°, preferentemente de aproximadamente 90°, tanto con el anillo de cubo como con el anillo de cubierta.

[0024] EP 2426362 A2 muestra un ventilador radial y un ventilador diagonal con características comparables a las de la publicación mencionada anteriormente.

[0026] Es esencial que ninguno de los documentos pertenecientes al estado de la técnica se ocupa de una configuración detallada de la ondulación de los álabes de ventilador.

[0028] La invención tiene por objeto diseñar un rodete de ventilador de tal manera que, en comparación con el estado de la técnica, tenga menores emisiones de ruido. Al mismo tiempo debe ser sencillo en el diseño y la fabricación. Debe proporcionarse un ventilador correspondiente y un sistema que comprende un ventilador.

[0030] Según la invención, la tarea anterior se resuelve mediante las características de la reivindicación 1. Según esto, el rodete de ventilador según la invención está caracterizado por un anillo de cubo y un anillo de cubierta, extendiéndose los álabes de ventilador entre el anillo de cubo y el anillo de cubierta y estando fijados tanto al anillo de cubo como al anillo de cubierta, de tal manera que los álabes de ventilador forman un ángulo de 75° a 105°, preferentemente de aproximadamente 90°, con el anillo de cubo y el anillo de cubierta. La ondulación se extiende por toda la superficie del álabe de ventilador, con el fin de producir una mayor reducción del ruido. En concreto, la ondulación puede preferentemente extenderse con amplitud igual o variable desde el extremo interior del álabe hasta el extremo exterior del álabe y desde el borde de ataque del álabe hasta el borde de salida del álabe, en donde estos dos bordes también están configurados de forma ondulada.

[0032] La ondulación transcurre aproximadamente en forma sinusoidal, con amplitudes en el intervalo de 3 mm a 50 mm. En este caso, las amplitudes suponen entre el 0,5 % y el 5 % del diámetro máximo del rodete de ventilador, con magnitudes angulares con amplitudes en el intervalo de 0,3° a 3°.

[0034] Un álabe de ventilador está ventajosamente configurado, en la zona de su extremo interior y/o exterior en la transición a un anillo de cubo y a un anillo de cubierta, por la ondulación. Mediante el diseño de la ondulación se consigue que un álabe de ventilador forme un ángulo de 75° a 105°, preferentemente de aproximadamente 90°, con el anillo de cubo y el anillo de cubierta, aunque un álabe de referencia no ondulado formaría con el anillo de cubo o con el anillo de cubierta un ángulo considerablemente más agudo o más obtuso. Esto es ventajoso para la fabricación, la resistencia, la aerodinámica y la aeroacústica.

[0036] Desde el punto de vista de la técnica de fabricación y con respecto a los costes, es particularmente ventajoso cuando el álabe de ventilador está fabricado en una sola capa de chapa (metal o plástico). Mediante el diseño ondulado pueden alcanzarse, en un álabe de ventilador de chapa, ventajas en la aerodinámica y la aeroacústica del ventilador, similares a las ventajas que pueden alcanzarse mediante álabes de ventilador con secciones transversales similares a las de un perfil de ala, cuya realización es considerablemente más laboriosa y costosa.

[0038] También los álabes de ventilador con secciones transversales similares a las de un perfil de ala pueden estar ventajosamente configurados de forma ondulada, ofreciéndose en el marco de tal configuración una fabricación por fundición (plástico o metal) de los álabes de ventilador o del rodete de ventilador completo.

[0040] El rodete de ventilador puede ser un rodete de ventilador radial/diagonal/axial o una rueda de álabes directores de entrada o de salida.

[0042] Un ventilador equipado correspondiente comprende al menos un rodete de ventilador conforme a las realizaciones anteriores. También es concebible que el ventilador presente al menos otro rodete de ventilador conocido per se según el estado de la técnica. La combinación de un rodete de ventilador según la invención con un rodete de ventilador convencional puede ser ventajosa, debiendo aceptarse en tal caso un compromiso con respecto a las emisiones de ruido.

[0044] Con respecto a un sistema equipado con un ventilador correspondiente, debe señalarse que se trata de un sistema que comprende al menos un ventilador del tipo mencionado anteriormente, es decir, utilizando al menos un rodete de ventilador según la invención. A título meramente de ejemplo, pueden mencionarse aparatos de aire acondicionado o aparatos de aire acondicionado de precisión, aparatos compactos de cajas de climatización, módulos de refrigeración de electrónica, sistemas de ventilación de generadores para uso industrial y residencial, bomba de calor, etc. Es fundamental para un sistema según la invención que en él se utilice al menos un ventilador según la invención con al menos una rueda de ventilador según la invención.

[0046] Existen ahora varias posibilidades de desarrollar y perfeccionar de manera ventajosa la enseñanza de la presente invención. Para ello, por una parte, debe remitirse a las reivindicaciones subordinadas a la reivindicación 1 y, por otra, a la explicación subsiguiente del diseño ondulado del rodete de ventilador de realizaciones preferidas de la invención con ayuda de los dibujos.Enrelación con la explicación de las realizaciones preferidas de la invención con ayuda de los dibujos se explican asimismo, en general, configuraciones preferidas y perfeccionamientos de la enseñanza.Enlas figuras se muestran

[0048] Fig.1 a 3 representaciones esquemáticas para la exposición del diseño ondulado del rodete de ventilador, en concreto

[0050] Fig.1a una representación esquemática de un corte a través de un rodete de ventilador radial para la explicación de la definición de superficies de iso-envergadura,

[0052] Fig.1b una representación esquemática de una sección a través de un rodete de ventilador diagonal para la explicación de la definición de superficies de iso-envergadura,

[0054] Fig.1c una representación esquemática de una sección a través de un rodete de ventilador axial para la explicación de la definición de superficies de iso-envergadura,

[0055] Fig.2a una representación esquemática de una sección de una superficie de iso-envergadura con un álabe de ventilador no perfilado,

[0057] Fig.2b una representación esquemática de una sección de una superficie de iso-envergadura con un álabe de ventilador perfilado,

[0059] Fig.3 una representación de evoluciones funcionales para la explicación de la definición de la ondulación de una evolución funcional en la dirección de envergadura,

[0061] Fig.4a una representación en perspectiva de un rodete de ventilador axial con álabes de ventilador ondulados, en los que sus extremos interior y exterior presentan un diseño especial,

[0063] Fig.4b un álabe de ventilador del rodete de ventilador axial según la Fig. 4a, visto en dirección axial y en una sección en un plano,

[0065] Fig.5a una representación en perspectiva de un rodete de ventilador radial en construcción en chapa con álabes de ventilador no perfilados y ondulados, cuyas superficies de álabe no son onduladas,

[0067] Fig.5b el rodete de ventilador radial según la Fig.5a, visto en dirección radial y en una sección en un plano,

[0069] Fig.6a una representación en perspectiva de un rodete de ventilador radial en construcción en chapa con álabes de ventilador no perfilados y ondulados, cuyas superficies de álabe son onduladas,

[0071] Fig.6b el rodete de ventilador radial según la Fig.6a, visto en dirección radial,

[0073] Fig.6c el rodete de ventilador radial según la Fig.6a, visto en dirección radial y en una sección en un plano,

[0075] Fig.7a una representación en perspectiva de una rueda de álabes directores de salida (estátor) con álabes de ventilador perfilados y ondulados, en la que las superficies de los álabes son onduladas en las proximidades del borde de ataque del álabe, y

[0077] Fig.7b un álabe de ventilador de la rueda de álabes directores de salida según la Fig.7a, visto en dirección radial y en una sección en un plano,

[0079] Con ayuda de las Figuras 1a, 1b y 1c se explicará la definición de superficies de iso-envergadura de un rodete de ventilador, que constituye a continuación la base de la definición de la ondulación de un álabe de rodete de ventilador. Las superficies de iso-envergadura son superficies de revolución de determinadas curvas, denominadas en lo sucesivo curvas de iso-envergadura, que yacen en un plano meridional, alrededor del eje de rodete de ventilador correspondiente. Se consideran entonces en particular secciones de tales superficies de isoenvergadura con álabes de ventilador.

[0081] La Figura 1a muestra en una representación esquemática un rodete de ventilador (2) de tipo radial en un plano a través del eje (1) del rodete de ventilador, que corresponde al eje de rotación. Tal plano se denomina en general plano meridional. El eje del rodete de ventilador está orientado siempre horizontalmente en la representación elegida. El rodete de ventilador radial ejemplar consiste esencialmente en un anillo de cubo (4), un anillo de cubierta (5), así como álabes de ventilador que se extienden entre el anillo de cubo (4) y el anillo de cubierta (5). El anillo de cubo (4) y el anillo de cubierta (5) son, en el ejemplo de realización, cuerpos de revolución con respecto al eje 1 del rodete de ventilador. En el corte a través del plano de visión se representan punteados, mostrándose en cada caso solo la mitad del anillo de cubo (4) y del anillo de cubierta (5) por encima del eje (1) del rodete de ventilador. Los álabes de ventilador se muestran en forma de su superficie meridional 3a del álabe de ventilador. La superficie meridional 3a del álabe de ventilador corresponde al conjunto de todos los puntos del plano de corte meridional por encima del eje (1) del rodete de ventilador que, en al menos una posición de rotación cualquiera del rodete de ventilador (2) alrededor del eje (1) del rodete de ventilador, se encuentran dentro de un álabe de ventilador.

[0083] La superficie meridional 3a del álabe de ventilador tiene cuatro bordes (6, 7, 8 y 9). El borde del lado de entrada (6) y el borde del lado de salida (7) representan la delimitación de la superficie meridional 3a del álabe de ventilador en la dirección de paso del flujo. El borde interior (8), que corresponde al extremo interior, del lado del anillo de cubo, de los álabes, y el borde exterior (9), que corresponde al extremo exterior, del lado del anillo de cubierta, de los álabes, representan las delimitaciones en la dirección de envergadura.

[0085] Con ayuda del borde interior (8) y del borde exterior (9) se definen la curva de iso-envergadura más interior 10 y la más exterior 11 en la coordenada de envergadura normalizada s=0,0 y s=1,0, respectivamente. En un primer momento, los propios bordes (8 y 9) se utilizan como tramos de las correspondientes curvas de iso-envergadura (10, 11). Para que toda la superficie meridional 3a del álabe de ventilador se sitúe dentro del cuadrilátero general que queda definido por las dos curvas de iso-envergadura (10 y 11), así como por los dos segmentos rectos (12 y 13), que conectan en cada caso los dos puntos extremos del lado de entrada o del lado de salida de dichas curvas de iso-envergadura (10 y 11), en caso necesario se disponen en los puntos extremos del lado de entrada y/o del lado de salida de los dos bordes (8 y/o 9) prolongaciones rectilíneas, de longitud suficiente y tangentes a los bordes (8, 9), que entonces forman asimismo parte de las correspondientes curvas de iso-envergadura (10, 11). El segmento recto 12 se denomina curva de posición iso-meridional del lado de entrada, en la cual se define el origen para la posición longitudinal meridional m. El segmento recto 13 se denomina curva de posición iso-meridional del lado de salida, en la cual la posición longitudinal meridional m toma como valor la longitud de la curva de isoenvergadura correspondiente desde el segmento recto 12 hasta el segmento recto 13. El valor de la posición longitudinal meridional m en un punto entre los segmentos 12 y 13 corresponde a la longitud del tramo de la curva de iso-envergadura correspondiente desde el segmento recto 12 hasta el punto considerado.

[0087] Las curvas de iso-envergadura entre la curva de iso-envergadura más interior y la más exterior (10 y 11) se definen, en cada coordenada de envergadura normalizada s entre 0,0 y 1,0, mediante una combinación lineal de la curva de iso-envergadura más interior y la más exterior, realizándose la combinación lineal siempre para los mismos valores de la coordenada meridional m. En la Fig.1a está trazado un ejemplo (14) de una curva de iso-envergadura en s=0,7.

[0089] La Fig. 1b muestra una representación esquemática de un rodete de ventilador (2) de tipo diagonal en un plano meridional. Las curvas de iso-envergadura pueden definirse de forma análoga a las explicaciones relativas a la Fig. 1a. A diferencia del ejemplo según la Fig.1a, en este caso es necesaria una prolongación de los bordes 8, 9 en su extremo del lado de salida, mientras que en el ejemplo según la Fig. 1a es necesaria una prolongación de los bordes 8, 9 en su extremo del lado de entrada. Dependiendo de la geometría del rodete de ventilador, también puede ocurrir que no sea necesaria ninguna prolongación, o una prolongación en ambos extremos.

[0091] Además, la Fig. 1c muestra una representación esquemática de un rodete de ventilador (2) de tipo axial en un plano meridional. En este ejemplo no hay anillo de cubierta, el álabe de ventilador (3) tiene un extremo exterior libre. También aquí pueden definirse las curvas de iso-envergadura de manera equivalente a las explicaciones relativas a las Fig. 1a o 1b. Las superficies de iso-envergadura, que siempre se definen como superficies de revolución de las curvas de iso-envergadura alrededor del eje (1) del rodete de ventilador, son en el ejemplo mostrado superficies laterales cilíndricas, lo cual es un caso típico para rodetes de ventilador axial.

[0093] Existen también geometrías de rodetes de ventilador, en particular en álabes de ventilador (3) con extremos exteriores libres, en las que el reparto del borde de una superficie meridional (3a) del álabe de ventilador en delimitaciones (6, 7, 8, 9) no es unívoco. En particular, en algunas geometrías no puede asignarse de manera unívoca una delimitación interior (8) y/o una delimitación exterior (9). En tales casos, el reparto de toda la delimitación de la superficie meridional del álabe de ventilador en delimitaciones finitas 6, 7, 8, 9, en el sentido de los términos «del lado de entrada» y «del lado de salida» para las delimitaciones 6 y 7, respectivamente, así como «interior en la dirección de envergadura» y «exterior en la dirección de envergadura» para las delimitaciones 8 y 9, respectivamente, debe realizarse de manera intuitiva. La definición de las curvas de iso-envergadura no es unívoca, es decir, para una geometría de rodete de ventilador puede haber varias definiciones válidas en el sentido de la invención descrita. Un álabe es ondulado en el sentido de la invención cuando, para una definición válida de las curvas de iso-envergadura, se cumple la definición de ondulación realizada a continuación.

[0095] Del mismo modo pueden definirse curvas de iso-envergadura y superficies de iso-envergadura también para estátores (por ejemplo, ruedas de álabes directores de entrada o de salida).

[0097] En las Figuras 2a y 2b se muestran a modo de ejemplo y de manera esquemática secciones (16) de álabes de ventilador (3) con superficies de iso-envergadura en coordenadas de envergadura normalizadas s cualesquiera entre 0,0 y 1,0. Tales secciones, por lo general, no se sitúan en un mismo plano. Para conseguir la representación esquemática en un plano, se utiliza una proyección conforme (conservadora de ángulos), es decir, los ángulos dibujados en las Figuras 2a y 2b tienen la misma magnitud que en la sección tridimensional de las superficies de iso-envergadura con un álabe. Todas las indicaciones de longitud de las secciones representan las longitudes reales en la superficie de corte tridimensional. Están distorsionados por la proyección al plano.

[0099] En la Figura 2a se representa esquemáticamente la sección (16) de un álabe (3) no perfilado con una superficie de iso-envergadura. En la sección está dibujado el sistema de coordenadas bidimensional (15) con los ejes de coordenadas Θ y m en el origen (punto cero). Θ es una coordenada de longitud en la dirección circunferencial del rodete de ventilador (2), y m es la coordenada meridional ya explicada. El origen (punto cero) respecto de Θ se sitúa, para cada coordenada de envergadura s, en la misma posición angular (el mismo plano meridional) en el sistema de coordenadas solidario al rodete de ventilador. El origen (punto cero) respecto de m se sitúa, como se describió en las Fig.1a-1c, en la curva iso de posición meridional del lado de entrada (12).

[0101] La sección de álabe (16) se caracteriza esencialmente por su línea media ideal (17). Superpuesta a esta línea media hay un espesor de álabe d. En álabes (3) no perfilados, el espesor d es esencialmente constante a lo largo de la extensión meridional del álabe. En tales álabes de ventilador (3), el espesor d es, por lo general, también esencialmente constante para todas las coordenadas de envergadura s. Esto permite fabricar el álabe de ventilador (3) de manera económica a partir de chapa de metal o de plástico. En las proximidades del borde de ataque del álabe (18), el espesor d en el ejemplo se desvía del espesor constante, ya que el álabe de chapa está redondeado aquí, lo que puede aportar ventajas en la acústica. En las proximidades del borde de salida del álabe (19), la evolución del espesor presenta un estrechamiento, lo que puede lograrse, por ejemplo, mediante un mecanizado posterior de una chapa de espesor constante, para reducir el ruido de borde de salida. No obstante, tal álabe se denomina álabe de chapa no perfilado.

[0103] El punto medio (20) de la línea media (17), que se sitúa, medido desde el borde de ataque del álabe (18), a la mitad de la extensión meridional de la línea media (17), tiene las coordenadas m<c>y Θ<c>. Con estas coordenadas se caracteriza el desplazamiento de la sección en la dirección meridional y en la dirección circunferencial. La sección (16) tiene una extensión I en la dirección de la coordenada meridional m. En el borde de ataque del álabe (18), la línea media (17) forma un ángulo β1 con la dirección circunferencial. En el borde de salida del álabe (19), la línea media (17) forma un ángulo β2 con la dirección circunferencial. Los ángulos β1 y β2 son determinantes para las propiedades aerodinámicas y aeroacústicas de un rodete de ventilador (2). El valor medio de ambos ángulos es una medida del ángulo de calaje de la sección de álabe (16), la diferencia de ambos ángulos es una medida de la curvatura relativa de la sección de álabe (16). La extensión de la sección de álabe (16) en la dirección circunferencial depende esencialmente de su extensión I en la dirección meridional y del ángulo de calaje, es decir, aproximadamente del valor medio de β1 y β2.

[0105] En la Figura 2b se muestra esquemáticamente la sección (16) de un álabe (3) perfilado con una superficie de isoenvergadura. En gran medida se aplican las explicaciones relativas a la Fig. 2a. Sin embargo, la distribución de espesores no es constante. El espesor es más bien una función de la posición meridional m. En el ejemplo de realización está presente una distribución de espesores similar a la de un perfil de ala. Existe, en la sección de álabe (16), un espesor máximo d<máx.>. Tales distribuciones de espesores son características de álabes de ventilador perfilados (3). Los álabes de ventilador perfilados (3) son ventajosos para el rendimiento y la acústica de un ventilador. Sin embargo, la fabricación de tales álabes de ventilador (3) es más laboriosa que en los álabes no perfilados, en particular en una fabricación a partir de chapa. En álabes perfilados, la distribución de espesores y el espesor máximo d<máx.>pueden depender adicionalmente de la coordenada de envergadura s.

[0107] Las secciones de álabe (16) en las Figuras 2a y 2b abarcan, sin interrupción, desde el álabe (3), toda la zona desde un borde de ataque del álabe (18) hasta un borde de salida del álabe (19). Dependiendo de la geometría del ventilador y de la definición de la curva de iso-envergadura más interior y la más exterior, puede ocurrir, en particular para coordenadas de envergadura normalizadas s en la zona de las curvas de iso-envergadura más interior y/o más exterior, que un álabe (3) solo se corte parcialmente, es decir, que la sección (16) no abarquen sin interrupción toda la zona desde un borde de ataque del álabe (18) hasta un borde de salida del álabe (19). Tales secciones (16) se definen como irrelevantes para la definición de la ondulación y se restringe el intervalo de las coordenadas de envergadura normalizadas s consideradas para la definición de la ondulación de tal modo que tales secciones incompletas no se produzcan.

[0109] Para las magnitudes geométricas definidas según las Figuras 2a y 2b de una sección (16) de un álabe de ventilador (3) con una superficie de iso-envergadura, la evolución puede considerarse para un álabe de ventilador (3) cualquiera como una función de la coordenada de envergadura normalizada s.

[0111] Con ayuda de la Figura 3 se explica cuándo tal evolución funcional se define como ondulada. La Figura 3 muestra una evolución funcional (21) de una magnitud cualquiera, que puede ser, por ejemplo, β1, β2, I, m<c>, Θ<c>, β1−β2, d<máx.>, el espesor d en una posición determinada m* en la dirección meridional u otra magnitud de una sección de álabe, en función de la coordenada de envergadura normalizada s. Es evidente que la evolución funcional de 21 es ondulada. La evolución funcional 22, también representada, discurre de manera tendencialmente similar a la evolución funcional 21, aunque no es ondulada. Se derivó mediante filtrado de la evolución funcional 21. El filtro utilizado es la aproximación de 21 por un polinomio de tercer grado con el método de los mínimos cuadrados en el intervalo de s=0,0 a s=1,0 relevante aquí.

[0113] Asimismo se representa la diferencia (23) entre la evolución funcional 21 y la evolución funcional filtrada 22. Con ayuda de la función de diferencia 23 pueden indicarse definiciones adecuadas de ondulación. En particular, la función de diferencia 23 presenta en el intervalo relevante de s=0,0 a s=1,0 varios extremos, ventajosamente más de 4 extremos. La función de diferencia 23 presenta en este intervalo varios cruces por cero, ventajosamente más de 3. Asimismo, la función de diferencia presenta varios puntos de inflexión, ventajosamente más de 3. Cada uno de los criterios mencionados conduce, para la evolución funcional 21, a la afirmación de que esta es ondulada. También puede reconocerse en este ejemplo que, si se desea, partiendo de una evolución no ondulada de una función, llegar a una evolución ondulada, se puede superponer aditivamente la no ondulada con una función ondulada adecuada similar a la función de diferencia 23.

[0115] Con ayuda de la Figura 3 se definen la longitud de onda λ y la amplitud A de una función ondulada. La longitud de onda λ se define como la diferencia de la coordenada de envergadura normalizada s entre un cruce por cero y el siguiente cruce por cero posterior de la función de diferencia 23. λ es una longitud de onda adimensional, que debe considerarse en relación con la coordenada de envergadura normalizada s, que recorre para todo el álabe de ventilador de 0,0 a 1,0. Por ello, el número de ondas a lo largo de la envergadura de un álabe de ventilador es aproximadamente 1,0/λ.

[0117] Asimismo se introduce una longitud de onda dimensional Λ, que tiene unidad de longitud, y que, en particular, tiene como valor la distancia geométrica de dos crestas de onda consecutivas, medida en la dirección de envergadura. La amplitud A corresponde al valor absoluto del valor funcional de un extremo de la función de diferencia 23. λ, Λ y A no son constantes, sino que pueden variar, vistas a lo largo de la función de diferencia 23 o a lo largo de un álabe de ventilador, dentro de un determinado intervalo. En ejemplos que no corresponden a la invención, es posible que la función de diferencia no tenga necesariamente una evolución similar a una función sinusoidal. Puede, apartándose de la invención, tener también evoluciones dentadas, en forma de escalón, de diente de sierra, en forma de peine, en forma de lengua u otras, siempre que se cumpla únicamente la definición de ondulación descrita anteriormente.

[0119] En general, un álabe de ventilador (3) se denomina ondulado en la dirección de envergadura cuando la evolución de al menos una de las funciones β1, β2, I, m<c>, Θ<c>, β1−β2, d<máx.>, β1+β2 o d(m*) es ondulada según las definiciones realizadas.

[0121] La Fig. 4a muestra una vista en perspectiva de un rodete de ventilador (2) de tipo axial, visto en oblicuo desde atrás. Los álabes de ventilador (3) son ondulados. La ondulación de estos álabes de ventilador (3) se consiguió superponiendo la coordenada de longitud Θ<c>en dirección circunferencial de un álabe de referencia no ondulado con una ondulación sinusoidal de amplitud 10 mm. Amplitudes ventajosas en ondulaciones de magnitudes de longitud son de 3 mm a 20 mm. Referido al álabe de ventilador (3), esto conduce a una ondulación de la curvatura en hoz y de la disposición en V. La ondulación de los álabes de ventilador (3) se reconoce claramente en el ejemplo de realización por una ondulación pronunciada del borde de ataque del álabe (18) y del borde de salida del álabe (19). En este tipo de ondulación, la amplitud superpuesta a la coordenada de longitud Θ<c>puede encontrarse, aproximadamente en la misma magnitud, también en la ondulación del borde de ataque del álabe (18) y del borde de salida del álabe (19).

[0123] En la Fig. 4b, que muestra un álabe de ventilador (3) del mismo rodete de ventilador (2) en una representación seccionada, se reconoce que la ondulación se prolonga a través de todo el álabe de ventilador (3). Toda la superficie del álabe de ventilador es ondulada. Transcurren aproximadamente 4 ¼ longitudes de onda a lo largo de toda la extensión en envergadura de los álabes de ventilador (3). Ventajosamente, se extienden aproximadamente 3–12 longitudes de onda a lo largo de toda la extensión en envergadura de los álabes de ventilador (3). En la Fig.4b está dibujada la dirección de la coordenada de la envergadura normalizada s, que yace en el plano de corte. Además, está dibujada la longitud de onda dimensional Λ en la dirección de envergadura en un lugar del corte. En el ejemplo de realización, esta longitud de onda es de aproximadamente 3 cm con un diámetro máximo del rodete de ventilador de 630 mm. Según la invención, tales longitudes de onda se sitúan entre 3 mm y 50 mm, o entre el 0,5 % y el 5 % del diámetro máximo del rodete de ventilador.

[0125] La ondulación del borde de ataque del álabe (18) conduce a una reducción, en particular, del ruido tonal que se produce en funcionamiento a consecuencia de perturbaciones de la corriente de entrada hacia un rodete de ventilador (2). La ondulación de la curvatura en hoz en el ejemplo de las Figuras 4a y 4b provoca, desde el punto de vista aerodinámico, una ondulación del coeficiente de sustentación. Esta ondulación induce vórtices longitudinales que estabilizan la envolvente de flujo por el lado de succión del álabe y reducen de ese modo separaciones de flujo con generación de ruido asociada. Mediante la ondulación del borde de salida del álabe (19) se atenúan los mecanismos de generación de ruido debidos a zonas locales de separación o a la geometría roma del borde de salida. Mediante la ondulación de la superficie del álabe, el ruido generado y reflejado en el álabe se dispersa más intensamente, lo que conduce a ventajas en el comportamiento acústico del ventilador. Mediante la sencilla medida de superponer la coordenada de longitud Θ<c>en dirección circunferencial con una ondulación, puede mejorarse el comportamiento acústico de un ventilador en varios mecanismos causales.

[0127] Configuraciones especialmente ventajosas de la ondulación pueden extraerse asimismo de las Figuras 4a y 4b. Por un lado, la zona más exterior (26) del álabe de ventilador (3) axial está diseñada de forma muy dirigida con ayuda de la ondulación. En esta zona, el álabe de ventilador (3) termina con una curvatura en hoz negativa de valor absoluto elevado y una disposición en V negativa de valor absoluto elevado. Los cortes de álabe más exteriores están localmente fuertemente desplazados en sentido contrario al sentido de giro. Tal diseño tiene un efecto de reducción masiva del ruido de banda ancha que, a consecuencia del flujo de fuga por la holgura de punta en un ventilador axial, es a menudo una fuente de sonido significativa. En este sentido, el diseño ejemplar asume también la función aeroacústica de un winglet. También puede decirse que el winglet y la ondulación han sido integrados de manera perfecta y sin solución de continuidad mediante una única medida constructiva.

[0129] También en la zona más interior (25) del álabe de ventilador (3) se ha realizado un diseño muy dirigido. Así, como puede verse en la Fig.4b, el álabe de ventilador (3) incide localmente en un ángulo aproximadamente recto sobre el anillo de cubo (4). Esto aporta ventajas decisivas en los procesos de unión entre el anillo de cubo (4) y el álabe de ventilador (3), en particular en la soldadura. También para el procedimiento de fabricación de moldeo por inyección de plástico en la fabricación integral de un rodete de ventilador (2), tal diseño es de especial ventaja.

[0130] Además, mediante tal diseño se minimizan las tensiones de entalla en el pie del álabe. El impacto de los álabes de ventilador (3) en un ángulo de 75° a 115°, preferentemente de 90°, sobre el anillo de cubo (4) y el anillo de cubierta (5) se consigue mediante la ondulación. El álabe de referencia no ondulado, que tiene propiedades aerodinámicas comparables (rendimiento y prestación de aire), incidiría en un ángulo considerablemente más agudo sobre el anillo de cubo (4) y el anillo de cubierta (5).

[0132] La Fig. 5a muestra una vista en perspectiva de un rodete de ventilador (2) de tipo radial visto en oblicuo desde delante. Los álabes de ventilador (3) son ondulados. La ondulación de estos álabes de ventilador (3) se manifiesta en particular en una ondulación de las magnitudes m<c>(posición del corte de álabe en la dirección de la coordenada meridional) y Θ<c>(posición del corte de álabe en la dirección de la coordenada de longitud circunferencial). La extensión I de los cortes en la dirección meridional no es ondulada. Otras magnitudes pueden presentar además una ondulación menos pronunciada. La ondulación se encuentra nuevamente en la evolución del borde de ataque del álabe (18) y del borde de salida del álabe (19). Con ello se reduce el ruido de borde de ataque debido a perturbaciones de la corriente de entrada, así como el ruido de borde de salida. En el ejemplo, a lo largo de toda la envergadura están presentes aproximadamente 7 ½ longitudes de onda. La longitud de onda dimensional Λ es, en la zona del borde de ataque del álabe (18), tendencialmente mayor que en el borde de salida del álabe (19), lo cual se debe a que el borde de ataque del álabe (18), medido a través de toda la envergadura por su trazado, es significativamente más largo que el borde de salida del álabe (19).

[0134] A partir de la Fig. 5b, que muestra seccionado en una vista radial el objeto de la Fig.5a, se hace evidente que la ondulación, en este ejemplo no conforme con la invención, se ha elegido de tal manera que la superficie de los álabes de ventilador (3), vista en la sección, no es ondulada. En particular, la ondulación de m<c>y Θ<c>y de otras magnitudes se ha elegido de tal modo, en su interacción, que dicha superficie, vista en la sección, no es ondulada.

[0136] Esto conduce a una ligera reducción de las ventajas acústicas a consecuencia de la ondulación, pero tiene ventajas desde el punto de vista de la técnica de fabricación. En este ejemplo, el rodete de ventilador (2) es un rodete de ventilador con álabes de ventilador (3) no perfilados. Los espesores d de los álabes de ventilador (3) son, como puede verse en la sección en un plano (24) de un álabe de ventilador (3) en la Fig.5b, esencialmente constantes. Tal rodete de ventilador está fabricado ventajosamente de chapa (metal o plástico). La fabricación de álabes de ventilador (3) de chapa es considerablemente más sencilla y económica cuando la superficie de los álabes de ventilador (3), vista en la sección, no es ondulada, ya que la energía de conformado necesaria durante el embutido o el estampado de los álabes de chapa es en este caso considerablemente menor. La ondulación de los bordes de ataque y de salida, que por sí sola aporta grandes ventajas acústicas, puede realizarse, desde el punto de vista de fabricación, por ejemplo, mediante recorte o punzonado.

[0138] La Fig.6a muestra en vista en perspectiva un rodete de ventilador (2) de tipo radial visto en oblicuo desde delante. Los álabes de ventilador (3) son ondulados. El rodete de ventilador (2) en este ejemplo es similar al del ejemplo conforme a las Fig. 5a, 5b. En particular, los álabes de referencia no ondulados son de geometría igual. No obstante, la ondulación de estos álabes de ventilador (3) en este ejemplo de realización se diferencia de la del anterior. Se manifiesta en particular en una ondulación de la magnitud (β1+β2)/2, es decir, en particular en una ondulación del ángulo de calaje. En este caso, la desviación geométrica (β1−β2), las coordenadas Θ<c>y m<c>, así como la extensión meridional I de los álabes de ventilador (3) no son onduladas a lo largo de la dirección de envergadura. La amplitud A de la ondulación de (β1+β2)/2 es de aproximadamente 1°. Las amplitudes de ondulaciones de magnitudes angulares son de 0,5°-3°. En la Fig. 6a se reconoce que, causado por la ondulación descrita, en particular las evoluciones de los bordes de ataque (18) y de los bordes de salida 19 de los álabes de ventilador (3) presentan una ondulación pronunciada, lo que conduce a las ventajas acústicas ya descritas.

[0140] La Fig.6b muestra en vista lateral radial el objeto de la Figura 6a. La ondulación de los bordes de salida del álabe (19) se reconoce con diferente intensidad dependiendo de la dirección de observación. Dado que m<c>e I no son ondulados, la posición de los bordes de salida del álabe (19), vista en la dirección meridional, tampoco es ondulada. Esto puede verificarse, por ejemplo, en el borde de salida del álabe (19) que se encuentra abajo en la Fig.6b. Sin embargo, la ondulación de (β1+β2)/2 conduce a una ondulación de la posición en la dirección circunferencial de los bordes de salida del álabe (19). En la Fig. 6b, esto se reconoce de forma particularmente pronunciada en el borde de salida del álabe (19) que se encuentra aproximadamente en el centro de la imagen. La amplitud A de esta ondulación del borde de salida del álabe es preferentemente de 3 mm a 20 mm, o del 0,5 % al 5 % del diámetro máximo del rodete de ventilador. Lo descrito para la evolución de los bordes de salida del álabe (19) se aplica en el ejemplo de realización también a la evolución de los bordes de ataque del álabe (18).

[0142] En la Fig.6b se reconoce además el diseño especialmente ventajoso de las zonas interior y exterior (25 y 26) de los álabes de ventilador (3) del rodete de ventilador (2) fabricado de chapa. Mediante el diseño especial de la ondulación en la zona interior (25) o en la zona exterior (26) de los álabes de ventilador (3) se ha conseguido que el ángulo de la superficie que encierran el anillo de cubo (4) o el anillo de cubierta (5) con los álabes de ventilador (3) en la zona de unión sea, en amplias zonas, próximo a 90°. Esto es muy ventajoso para la fabricación, en particular en la soldadura de rodetes de chapa, así como en el moldeo por inyección de rodetes completos. En rodetes de ventilador radial, en la zona de intersección del anillo de cubierta (5) y los bordes de ataque del álabe (18), esta propiedad es ventajosa en particular para la acústica. Esta ortogonalidad se ha conseguido aunque, para el diseño preliminar aerodinámico y optimizado en rendimiento, que está caracterizado por el álabe de referencia no ondulado, están presentes ángulos que son claramente más agudos o más obtusos. Se logra un diseño especialmente ventajoso de la ondulación cuando la mayor y/o media desviación en valor absoluto con respecto a 90° entre los álabes de ventilador (3) y el anillo de cubo (4) o el anillo de cubierta (5) se ha reducido mediante la ondulación en al menos 10°.

[0144] La Fig. 6c muestra en un corte en un plano el objeto de las Figuras 6a, 6b, visto lateralmente en sentido radial. También en los cortes en un plano (24) de los álabes se reconoce una ondulación. En este ejemplo de realización según la invención, también la superficie de los álabes de ventilador (3) es ondulada. Esto conduce, como ya se describió, a ventajas acústicas adicionales. No obstante, el modo de fabricación en chapa se ve dificultado. Es necesario aplicar una energía de conformado relativamente alta para estampar o embutir los álabes de ventilador (3), en particular para introducir el contorno ondulado. Además, debe garantizarse que las chapas no se agrieten en tal proceso de conformado. Pueden utilizarse chapas especiales de metal o de plástico con buena fluidez. Una magnitud decisiva para la energía de conformado a aplicar es la amplitud de onda local A del desplazamiento de la superficie del álabe a consecuencia de la ondulación con respecto a su posición de referencia no ondulada, referida a la longitud de onda dimensional Λ. Para obtener buenos efectos acústicos y, no obstante, obtener álabes de chapa fabricables, una relación A/Λ en el intervalo entre 0,03 y 0,3 se ha mostrado especialmente ventajosa.

[0146] La ondulación de los álabes de ventilador (3) en el ejemplo según las Fig.6a-6c tiene la particularidad de que, en la zona del punto medio de los cortes de álabe, vista en la dirección meridional, es decir, aproximadamente en el centro de los álabes de ventilador vista en la dirección meridional, no aparece ondulación o aparece poca (allí, vista en el corte, la amplitud de la ondulación es nula o cercana a nula). En el corte de álabe inferior (24) de la Fig.

[0147] 6c está cortada aproximadamente tal zona central, por lo que allí la manifestación de la ondulación aparece relativamente baja. Esto se debe en particular a que ni m<c>ni Θ<c>están superpuestos con una ondulación. Este modo de diseño es, sobre todo, especialmente ventajoso en álabes de ventilador (3) en construcción en chapa. Por un lado, la fuerte manifestación de la ondulación se limita a las zonas más importantes en cuanto a la generación de ruido, en las proximidades del borde de ataque del álabe (18) y del borde de salida del álabe (19). En la zona menos importante en el centro del álabe de ventilador, vista en la dirección meridional, se evita en gran medida un esfuerzo de conformado innecesario. Además, la zona central más bien no ondulada o solo relativamente débilmente ondulada presenta ventajas considerables en lo que respecta a la deformación de los álabes de ventilador (3) en funcionamiento. Por la presencia de esta zona pueden reducirse en particular, en medida significativa, deformaciones en la dirección de envergadura y aproximadamente perpendiculares a la superficie de los álabes de ventilador.

[0149] La Fig.7a muestra, en vista en perspectiva, un rodete de ventilador (2) que no corresponde a la invención, que es una rueda de álabes directores de salida (estátor) no giratoria en funcionamiento, visto en oblicuo desde delante. El rodete de ventilador (2) tiene un anillo de cubo (4) y un anillo de cubierta (5), que están conectados entre sí mediante álabes de ventilador (3) ondulados. En el anillo de cubo (4) está prevista una brida de fijación (28) para un motor. En el anillo de cubierta (5) está prevista una zona de fijación (29), con la que la rueda de álabes directores de salida (2) puede fijarse, por ejemplo, a una carcasa. La ondulación en este ejemplo de realización se ha construido mediante una ondulación del espesor local del álabe d en una posición meridional m* próxima al borde de ataque del álabe (18). Tanto el borde de ataque del álabe (18) como el borde de salida del álabe (19) no son ondulados. En la Fig. 7a puede reconocerse la ondulación de los álabes de ventilador (3) por la ondulación de algunas siluetas de vista (31).

[0151] La Fig.7b muestra, visto desde delante, el objeto de la Fig.7a en una sección en un plano perpendicular al eje de rotación, situándose la posición axial del plano de corte en las proximidades de los bordes de ataque del álabe (18). En las secciones (24) a través de los álabes (3) se reconoce muy claramente la ondulación del espesor. A lo largo de la dirección de envergadura están presentes aproximadamente 9 longitudes de onda de la ondulación del espesor local d. La amplitud máxima de esta ondulación es de aproximadamente 4 mm. Tal forma de realización se fabrica ventajosamente por fundición, debido al espesor no constante de los álabes de ventilador (3). Los álabes de ventilador (3) están entonces, como en el ejemplo de realización, ventajosamente perfilados. La ondulación del espesor de los álabes de ventilador (3) en las proximidades del borde de ataque (18) conduce a una reducción del ruido tonal debido a perturbaciones de la corriente de entrada (ruido de borde de ataque). En este sentido, se logra un efecto comparable al de un diseño ondulado de un borde de ataque del álabe (18).

[0153] Con respecto a otras configuraciones ventajosas del rodete de ventilador según la invención, para evitar repeticiones, se remite a la parte general de la descripción y a las reivindicaciones adjuntas.

[0155] Finalmente, debe señalarse expresamente que los ejemplos de realización descritos anteriormente sirven únicamente para la exposición de la enseñanza reivindicada, pero no la limitan. El alcance de la protección viene determinado por las reivindicaciones que siguen.

[0156] Lista de referencias

[0157] 1 Eje del rodete de ventilador

[0158] 2 Rodete de ventilador

[0159] 3 Álabe de ventilador

[0160] 3a Superficie meridional del álabe de ventilador

[0161] 4 Anillo de cubo

[0162] 5 Anillo de cubierta

[0163] 6 Delimitación del lado de entrada

[0164] 7 Delimitación del lado de salida

[0165] 8 Delimitación interior

[0166] 9 Delimitación exterior

[0167] 10 Curva de iso-envergadura más interior

[0168] 11 Curva de iso-envergadura más exterior

[0169] 12 Curva de posición iso-meridional del lado de entrada

[0170] 13 Curva de posición iso-meridional del lado de salida

[0171] 14 Ejemplo de una curva de iso-envergadura en s=0,7

[0172] 15 Sistema de coordenadas bidimensional (Θ, m)

[0173] 16 Sección de un álabe con una curva de iso-envergadura

[0174] 17 Línea media

[0175] 18 Borde de ataque del álabe

[0176] 19 Borde de salida del álabe

[0177] 20 Punto medio de la línea media

[0178] 21 Función ondulada

[0179] 22 Función filtrada

[0180] 23 Función de diferencia

[0181] 24 Sección en un plano de un álabe

[0182] 25 Zona interior de un álabe

[0183] 26 Zona exterior de un álabe

[0184] 27 Sentido de giro

[0185] 28 Brida de fijación del motor

[0186] 29 Zona de fijación de la carcasa

[0187] 30 Tobera de entrada de un estátor

[0188] 31 Línea de silueta de un álabe de ventilador

Claims

1. REIVINDICACIONES

1.Rodete de ventilador (2) para un ventilador, con al menos dos álabes de ventilador (3) ejecutados de forma ondulada, un anillo de cubo (4) y un anillo de cubierta (5), extendiéndose los álabes de ventilador (3) entre el anillo de cubo (4) y el anillo de cubierta (5) desde un borde de ataque del álabe (18) hasta un borde de salida del álabe (19) y estando fijados tanto al anillo de cubo (4) como al anillo de cubierta (5), prolongándose la ondulación de los álabes de ventilador (3) a través de todo el álabe de ventilador (3), de tal manera que los álabes de ventilador (3) formen un ángulo de 75° a 105°, preferentemente de aproximadamente 90°, con el anillo de cubo (4) y el anillo de cubierta (5), caracterizado por el hecho de que la ondulación discurre aproximadamente de forma sinusoidal y tiene amplitudes en el intervalo de 3 mm a 50 mm y/o entre el 0,5 % y el 5 % del diámetro máximo del rodete de ventilador, con magnitudes angulares con amplitudes en el intervalo de 0,3° a 3°.

2.Rodete de ventilador según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el álabe de ventilador (3) está fabricado de chapa.

3.Rodete de ventilador según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que el rodete de ventilador (2) completo está fabricado por fundición.

4.Rodete de ventilador según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por el hecho de que está ejecutado como rodete de ventilador radial/diagonal/axial o como rueda de álabes directores de entrada o de salida.

5.Ventilador con al menos un rodete de ventilador (2) según una de las reivindicaciones 1 a 4.

6.Ventilador según la reivindicación 5, que comprende al menos un rodete de ventilador (2) adicional, conocido per se según el estado de la técnica.

7.Sistema que comprende al menos un ventilador según una de las reivindicaciones 5 o 6, siendo el sistema un aparato de aire acondicionado, un aparato compacto/de caja de climatización, un módulo de refrigeración de electrónica, un sistema de ventilación de generador, un aparato de refrigeración para uso industrial o residencial, una bomba de calor, etc.