MX2007000296A

MX2007000296A - Ventilador axial.

Info

Publication number: MX2007000296A
Application number: MX2007000296A
Authority: MX
Inventors: Alessandro Spaggiari
Original assignee: Spal Automotive Srl
Priority date: 2004-07-06
Filing date: 2005-07-05
Publication date: 2007-04-02
Also published as: KR20070035581A; BRPI0512827B1; CN1981134A; JP2008506065A; US7422420B2; EP1825148A1; CA2572925A1; BRPI0512827A; WO2006006043A1; CN100441881C; ATE434134T1; RU2363861C2; KR101215612B1; US20070258822A1; EP1825148B1; CA2572925C; ITBO20040417A1; RU2007104343A; DE602005015024D1

Abstract

Un ventilador axial que gira en un plano alrededor de un eje que comprende un cubo central, una pluralidad de aspas, que tienen una raiz y una punta, las aspas estando delimitadas por un borde de entrada convexo y por un borde de salida concavo, cada una de sus proyecciones en el plano de rotacion del ventilador estando formada por segmentos de arco circular; las aspas estan elaboradas de secciones con perfiles aerodinamicos, cada uno con longitud decreciente y mas curvo del perimetro al cubo.

Description

VENTILADOR AXIAL CAMPO TÉCNICO La presente invención se refiere a un ventilador axial con aspas oblicuas en el plano de rotación del ventilador. Se puede usar el ventilador de acuerdo con la presente invención en varias aplicaciones, por ejemplo para mover aire a través de un intercambiador de calor, o radiador, de un sistema de enfriamiento para el motor de un vehículo automotor o similar; para mover aire a través del intercambiador de calor del sistema de calentamiento y/o a través del evaporador del sistema de aire acondicionado del interior de un vehículo automotor. Además, se puede usar el ventilador de acuerdo con la presente invención para mover aire en sistemas fijos de aire acondicionado o de calentamiento para casas.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los ventiladores de este tipo deben satisfacer varios requisitos, incluyendo: bajo nivel de ruido, alta eficiencia, carácter compacto, capacidad de alcanzar buenos valores de presión y de intensidad del flujo.

En particular, el hecho de alcanzar un rendimiento general a la vez que mantener bajos los niveles de ruido requiere el diseño cuidadoso de las aspas y los perfiles en que consisten las mismas. Se conoce un ventilador de ese tipo por la patente de Estados Unidos US-6,241 ,474, la cual describe un ventilador debajo ruido con aspas cuyo ángulo o paso disminuye gradualmente desde el cubo a la masa sobre una extensión predeterminada de radio, luego su ángulo aumenta nuevamente hacia la punta. Las aspas están conectadas una a otra mediante un anillo externo.

BREVE DESCIPCION DE LA INVENCIÓN Un objetivo de la presente invención es proveer un ventilador que tenga un rendimiento general con bajo nivel de ruido. De acuerdo con un aspecto de la presente invención, se presenta un ventilador axial como se especifica en la reivindicación 1. Las reivindicaciones dependientes se refieren a modalidades preferidas y ventajosas de la invención.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Se descpbe la invención con más detalle a continuación con referencia a los dibujos que acompañan, los cuales ilustran una modalidad preferida, no limitante, en los cuales: La figura 1 es una vista frontal del ventilador de acuerdo con la presente invención; La figura 2 es una vista frontal esquemática de un aspa de ventilador ilustrado en la figura previa. La figura 3 es una sección transversal de diversos perfiles con varios diámetros de ventilador; y La figura 4 es una sección transversal de un perfil y las respectivas características geométricas.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS DE LA INVENCIÓN Con referencia a los dibujos que acompañan, el ventilador 1 gira alrededor de un eje 2 y comprende un cubo central 3 al cual está conectada nueva pluralidad de aspas 4, las aspas siendo curvas en el plano de rotación XY del ventilador 1. Las aspas 4 tienen una raíz 5, una punta 6 y están delimitadas por un borde de entrada convexo 7 y un borde de salida cóncavo 8.

Para mejores resultados en términos de eficiencia, intensidad de flujo y presión de aire, el ventilador 1 gira con una dirección de rotación V, ilustrada en las figuras 1 y 4, de manera que la punta 6 de cada aspa 4 se encuentra con el flujo de aire después de la raíz 5 Manteniendo la dirección de rotación V, se puede producir el ventilador 1 como ventilador impelente o ventilador aspirante, modificando y adaptando adecuadamente los perfiles de las aspas La siguiente descripción se refiere a un ventilador impelente a manera de ejemplo La figura 2 ilustra un ejemplo de las características geométricas de un aspa 4 el borde de entrada 7 está delimitado por dos segmentos de arco circular 9, 10, y el borde de salida 8 está delimitado por un segmento de arco circular 11 En el borde de entrada 7, un radio designado como R1 es el punto de cambio de un segmento de arco circular a otro segmento de arco circular De acuerdo con el ejemplo en la figura 2, las dimensiones generales de la proyección de un aspa 4 en el plano XY están resumidas en el cuadro 1 CUADRO 1 Dimensiones de un aspa 4 Las características geométricas generales del aspa 4 están definidas en relación con un cubo con 110 mm de diámetro, es decir, el aspa 4 tiene un radio mínimo Rmin = 55 mm en la raíz 5 y un diámetro externo de 302 mm, dándole un radio máximo Rmax = 151 mm en la punta 6 significando que el aspa 4 tiene una extensión radial de 96 mm. Como se ilustra en los dibujos que acompaña, el exterior del ventilador puede estar equipado con un anillo de conexión 12 que puede ser de varios milímetros de grueso, significando que el ventilador 1 en la modalidad de ejemplo provista tiene un diámetro total de aproximadamente 310 mm. Como se sabe, una de las funciones del anillo de conexión es rigidizar la parte exterior de las aspas 4, a fin de promover el mantenimiento de los ángulos de incidencia que mejorar el rendimiento aerodinámico de los perfiles exteriores de las aspas, reduciendo la producción de vórtices de la punta 6 de las aspas 4. Sin embargo, se debe notar que se pueden lograr también buenos resultados, usando un ventilador hecho de acuerdo con la presente invención sin el anillo de conexión. Considerando que el aspa 4 tiene un radio mínimo Rmin = 55 mm y un radio máximo Rmax = 151 mm, el borde de entrada 7 tiene un radio R1 , en donde ocurre el cambio del arco circular, correspondiente a aproximadamente 44% de la extensión radial del borde de salida 7, extensión que, como ya se ha indicado, es de 96 mm.

La parte 9 del borde de salida 7 más cercana a la raíz 5 consiste en un arco circular con un radio igual a aproximadamente 88% del radio Rmax y la parte 10 del borde de salida 7 más cercana a la punta 6 consiste en un segmento de arco circular con un radio igual a aproximadamente 55% de radio Rmax del aspa 4 Con respecto al borde de salida 8, el segmento de arco circular 11 tiene un radio igual a aproximadamente 44 5% del radio Rmax del aspa 4 Las dimensiones en porcentajes están resumidas en el cuadro 2 CUADRO 2 Dimensiones del aspa 4 en forma de porcentaje Se logran resultados satisfactorios en términos de intensidad de flujo, presión y ruido incluso con valores aproximadamente con estas dimensiones en porcentaje En particular, son posibles variaciones de 10% más o menos sobre las dimensiones mencionadas anteriormente Los cambios de porcentaje en relación con las dimensiones están resumidos en el cuadro 3 CUADRO 3 Intervalos de porcentaje de los bordes del aspa 4 El borde de salida 7, en la zona de cambio del segmento de arco circular, puede haber un filete adecuado, de manera que el borde 7 es continuo y libre de cúspides. Con respecto al ancho o la extensión angular de las aspas, nuevamente con referencia a la figura 2, la proyección del aspa 4 en el plano XY tiene una amplitud, en la raíz 5, representada por un ángulo B1 de aproximadamente 60 grados y una amplitud, en la punta 6, representada en un ángulo B2 de alrededor de 26 grados. Nuevamente, resultados satisfactorios se lograron en términos de intensidad de flujo, presión y ruido con valores de ángulos B1 , B2 alrededor de estos valores. En particular, variaciones de 10% más o menos que los ángulos indicados son posibles. El ángulo B1 puede variar de 54 a 66 grados, mientras que el ángulo B2 puede variar de 23 a 29 grados. En general, también debe considerarse que, debido al material plástico utilizado para hacer ventiladores, variaciones en todas las dimensiones y ángulos de 5% más o menos deben ser todos considerados dentro de los valores indicados. Considerando las líneas de bisección correspondientes y siguiendo la dirección de rotación V del ventilador 1 , la punta 6 está mucho más atrás que la raíz 5 en un ángulo B3 de alrededor de 26 grados. Otros ángulos característicos del aspa 4 son ángulos B4, B5, B6, B7 (figura 2) formados por tangentes correspondientes a los dos bordes 7, 8 y mediante líneas correspondientes que pasan a través de los puntos M, N, S, T: los ángulos B4 y B5 son respectivamente 28 y 54 grados y los ángulos B6, B7 son respectivamente 28 y 45 grados. Puede haber entre tres y siete aspas 4 y, de acuerdo con una modalidad preferida, hay cinco aspas 4 y están separadas por ángulos iguales. Cada aspa 5 consiste en un conjunto de perfiles aerodinámicos que gradualmente se unen empezando desde la raíz 5 hacia la punta 6. La figura 3 ¡lustra siete perfiles 13-19 en relación con secciones correspondientes en varios intervalos a lo largo de la extensión radial de un aspa 4. Los perfiles 13-19 también se forman mediante las características geométricas de los cuales se proporciona un ejemplo en la figura 4 para uno de los perfiles. Como se ilustra en la figura 4, cada perfil 13-19 se forma mediante una línea central continua L1 sin puntos de inflexión o cúspides y mediante una cuerda L2.

Cada perfil 13-19 también se forma mediante dos ángulos BLE, BTE de incidencia con el borde de entrada y con el borde de salida, dichos ángulos formados mediante las tangentes correspondientes a la línea central L1 en el punto de intersección con el borde de entrada y con el borde de salida y una línea recta correspondiente perpendicular al plano XY que pasa a través de los puntos de intersección correspondientes. Con referencia a los siete perfiles 13-19, el cuadro 4 a continuación indica los ángulos del borde de entrada BLE del borde de salida BTE, la longitud de la línea central L1 y la cuerda L2 de los perfiles de un aspa 4.

CUADRO 4 Posición radial, ángulos de bordes de entrada y de salida, longitud de línea central y cuerda de los perfiles de un aspa 4 Debe entenderse que el espesor de cada perfil 13-19 de conformidad con una tendencia típica de perfiles en forma de ala inicialmente aumenta, alcanzando un valor máximo S-MAX en alrededor de 40% de la longitud de la línea central L1 , y entonces disminuye gradualmente tanto como el borde de salida 8. En porcentajes, el espesor S-MAX es de alrededor de 1.6% del radio Rmax; el espesor de los perfiles se distribuye simétricamente en relación con la línea central L1. Las posiciones de los perfiles 13-19 en relación con la extensión radial de un aspa 4 y los valores relativos para la tendencia de espesor de conformidad con su posición respecto a la línea central L1 se resumen en el cuadro 5.

CUADRO 5 Posición radial y tendencia de espesor de perfiles de aspa 4 El cuadro 6 a continuación resume los valores mm reales de la tendencia de espesor de conformidad con su posición respecto a la línea central L1 para cada perfil 13-19 con referencia a la modalidad ilustrada.

CUADRO 6 Los perfiles 13-19 preferiblemente están delimitados con un filete semicircular, en el lado del borde de entrada 7, y con un truncado creado utilizando un segmento de una línea recta sobre el lado del borde de salida 8 En una modalidad alternativa, se logró un buen desempeño general en términos del ruido, intensidad de flujo y presión suministrados por el ventilador descrito incluso con perfiles más gruesos De conformidad con dicho método alternativo, las posiciones de los perfiles 13-19 en relación con la extensión radial de un aspa y los valores de tendencia de espesor relativos de conformidad con su posición con respecto a la línea central L1 se resumen en el cuadro 7 También debe observarse que, en esta modalidad, el espesor S-MAX se alcanza a 30% de la longitud de la línea central L1 CUADRO 7 Posición radial y tendencia de espesor de perfiles de aspa 4 El cuadro 8 a continuación resume los valores reales en milímetros de la tendencia de espesor de conformidad con su posición respecto a la línea central L1 para cada perfil 13-19 en relación con la modalidad ilustrada en los dibujos adjuntos CUADRO 8 Tendencia de espesor en milímetros de perfiles 13-19 de aspa 4 Como puede observarse, en ambas modalidades, los perfiles 13-19 tienen el mismo espesor en las posiciones correspondientes (0% de L1 , 20% de L1 , ..., 80% de L1 , etc.) a lo largo de la extensión de la línea central L1. La primera modalidad con los perfiles más delgados tienen ventajas en términos de ligereza, costos y facilidad de moldeo. La segunda modalidad con los perfiles gruesos tiene ventajas en términos de eficiencia aerodinámica, ya que los perfiles más gruesos tienen mejor desempeño para evitar frenado súbito. La invención descrita puede someterse a modificaciones y variaciones sin con ello desviarse del alcance del concepto de la invención descrito en las reivindicaciones presentes.

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES 1.- Un ventilador axial (1 ) que gira en la dirección (V) en un plano (XY) alrededor de un eje (2), que comprende un cubo central (3) con un radio (Rmin), una pluralidad de aspas (4) cada una tiene una raíz (5), una punta (6) que se extiende hacia un radio de punta (Rmax), las aspas (4) están delimitadas por un borde de entrada convexo (7) y un borde de salida cóncavo (8), el ventilador axial está caracterizado porque el borde de entrada (7) comprende un primer segmento de arco circular (9) cercano a la raíz (5) con un radio de entre 79% y 97% del radio de punta (Rmax) y un segundo segmento de arco circular (10) cercano a la punta (6) con un radio de entre 49.5% y 60.5% del radio de punta (Rmax), y un radio en el cambio entre los dos segmentos de arco circular (9, 10) de entre 40% y 48.5% de la extensión (Rmax - Rmin) del aspa (4). 2.- El ventilador axial (1 ) de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el borde de salida (8) comprende un segmento de arco circular (11 ) con un radio de entre 40% y 49% del radio de punta (Rmax). 3.- El ventilador axial (1 ) de conformidad con la reivindicación 1 o 2, caractepzado además porque el borde de entrada (7) comprende un primer segmento de arco circular (9) cercano a la raíz (5) con un radio el cual es 88%

Claims

del radio de punta (Rmax) y un segundo segmento de arco circular (10) cercano a la punta (6) con un radio el cual es 55% del radio de punta (Rmax), y un radío en el cambio entre los dos segmentos de arco circular (9, 10) el cual es 44% de la extensión (Rmax - Rmin) del aspa (4). 4.- El ventilador axial (1 ) de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque el borde de salida (8) comprende un segmento de arco circular (11 ) con un radio el cual es 44.5% del radio de punta (Rmax). 5.- El ventilador axial (1 ) de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque la proyección del aspa (4) en el plano (XY) tiene una amplitud, en la raíz (5), con un ángulo (B1 ) de entre 54 y 66 grados. 6.- El ventilador axial (1 ) de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque la proyección del aspa (4) en el plano (XY) tiene una amplitud, en la punta (6), con un ángulo (B2) de entre 23 y 29 grados. 7.- El ventilador axial (1 ) de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque la proyección del aspa (4) en el plano (XY) tiene una amplitud, en la raíz (5), con un ángulo (B1 ) de aproximadamente 60 grados. 8.- El ventilador axial (1 ) de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque la proyección del aspa (4) en el plano (XY) tiene una amplitud, en la punta (6), con un ángulo (B2) de aproximadamente 26 grados. 9.- El ventilador axial (1 ) de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque considerando la proyección del aspa (4) en el plano (XY) y la dirección de rotación (V) del ventilador (1 ), la punta (6) está aún más atrás que la raíz (5) en un ángulo (B3) de aproximadamente 26 grados. 10.- El ventilador axial (1 ) de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque la proyección del aspa (4) en el plano (XY) forma un punto (M) de intersección entre el borde de salida (7) y el cubo (3) con un ángulo (B4) de 28 grados, el ángulo (B4) se forma por la tangente respectiva al borde de entrada (7) en el punto (M) y por un línea respectiva a partir del eje (2) del ventilador (1 ) que pasa a través del punto (M). 11.- El ventilador axial (1 ) de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque la proyección del aspa (4) en el plano (XY) forma un punto (N) de intersección entre el borde de entrada (7) y la punta (6) con un ángulo (B5) de 54 grados, el ángulo (B5) se forma por la tangente respectiva al borde de entrada (7) en el punto (N) y por una línea respectiva a partir del eje (2) del ventilador (1 ) que pasa a través del punto (N). 12.- El ventilador axial (1 ) de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque la proyección del aspa (4) en el plano (XY) forma un punto (S) de intersección entre el borde de salida (8) y el cubo (3) con un ángulo (B6) de 28 grados, el ángulo (B6) se forma por la tangente respectiva al borde de salida (8) en el punto (S) y por una línea respectiva a partir del eje (2) del ventilador (1 ) que pasa a través del punto (S). 13.- El ventilador axial (1 ) de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque la proyección del aspa (4) en el plano (XY) forma un punto (T) de intersección entre el borde de salida (8) y la punta (6) con un ángulo (B7) de 45 grados, el ángulo (B5) se forma por la tangente respectiva al borde de salida (8) en el punto (T) y por una línea respectiva a partir del eje (2) del ventilador (1 ) que pasa a través del punto (T). 14.- El ventilador axial (1 ) de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque la proyección del aspa (4) consiste en por lo menos varios perfiles aerodinámicos (13-19) relativos a secciones respectivas en diversos intervalos a lo largo de la extensión radial de un aspa (4), cada perfil (13-19) se forma por una línea central (L1 ) la cual es continua y sin puntos de inflexión o cúspides y por dos ángulos (BLE, BTE) de incidencia con el borde de entrada y el borde de salida, los ángulos se forman por las tangentes respectivas a la línea central (L1 ) en el punto de intersección con el borde de entrada y con el borde de salida y una línea recta respectiva perpendicular al plano (XY) que pasa a través de los puntos correspondientes de intersección y también caracterizado porque los ángulos (BLE, BTE) de los perfiles (13-19) tienen los valores indicados a continuación: perfil - 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19; extensión radial (%) - 0, 17.9, 44.5, 71.2, 81.5, 97.9, 100; radio (mm) - 55, 72.15, 97.75, 123.35, 133.27, 148.95, 151 ; BLE (grados) - 78.47, 81.38, 82.93, 83.53, 83.99, 84.82, 85.28; BTE (grados) - 55.15, 49.31 , 48.46, 51.96, 53.96, 54.96, 54.85. 15.- El ventilador axial (1 ) de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado además porque el aspa (4) consiste en por lo menos varios perfiles aerodinámicos (13-19), en relación con secciones respectivas en varios intervalos a lo largo de la extensión radial de un aspa (4), cada perfil (13-19) formado por medio de una línea central (L1 ) que es continua y está libre de puntos de inflexión o cúspides y también porque los perfiles (13-19) tienen un espesor S-MAX igual a 1.6% de Rmax del radio del a punta. 16.- El ventilador axial (1 ) de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado además porque los perfiles (13-19) tiene un espesor que se dispone simétricamente con relación a la línea central (L1 ) y una tendencia del espesor que incrementa inicialmente, un S-MAX de valor máximo en alrededor de 40% en la longitud de la línea central (L1 ), y posteriormente disminuyendo gradualmente siempre que el borde de salida 8 y también porque la tendencia del espesor se define a continuación: perfil - 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19; extensión (%) - 0, 17.9, 44.5, 71.2, 81.5, 97.9, 100; radio (mm) - 55, 72.15, 97.75, 123.35, 133.27, 148.95, 151 ; espesor sin dimensiones con relación a S- MAX — 0% L1 - 0.681633, 0.681633, 0.681633, 0.681633, 0.681633, 0.681633, 0.681633; 20% L1 - 0.967347, 0.967347, 0.967347, 0.967347, 0.967347, 0.967347, 0.967347; 40% L1 - 1 , 1 , 1 , 1 , 1 , 1 , 1 ; 60% L1 -0.808163, 0.808163, 0.808163, 0.808163, 0.808163, 0.808163, 0.808163; 80% L1 - 0.534694, 0.534694, 0.534694, 0.534694, 0.534694, 0.534694, 0.534694; 100% L1 - 0.2, 0.2, 0.2, 0.2, 0.2, 0.2, 0.2. 17.- El ventilador axial (1 ) de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado además porque el aspa (4) consiste en al menos varios perfiles aerodinámicos (13-19), con relación a secciones respectivas en varios intervalos a lo largo de la extensión radial de un aspa (4), cada perfil (13-19) formado por una línea central (L1 ) que es continua y está libre de puntos de inflexión o cúspides y también porque los perfiles (13- 19) tienen un S-MAX de espesor igual a 2.6% del Rmax de radio de la punta. 18.- El ventilador axial (1 ) de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado además porque los perfiles (13-19) tienen un espesor que se dispone simétricamente con relación a la línea central (L1 ) y una tendencia del espesor que incrementa inicialmente, un S-MAX de valor máximo a alrededor de 30% a la longitud de la línea central (L1 ), y posteriormente disminuye gradualmente tanto como el borde de salida 8 y también porque la tendencia del espesor se define a continuación: perfil - 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19; extensión (%) - 0, 17.9, 44.5, 71.2, 81.5, 97.9, 100; radio (mm) - 55, 72.15, 97.75, 123.35, 133.27, 148.95, 151 ; espesor sin dimensiones con relación a S-MAX — 0% L1 - 0.42, 0.42, 0.42, 0.42, 0.42, 0.42, 0.42; 20% L1 20% - 0.9486, 0.9486, 0.9486, 0.9486, 0.9486, 0.9486, 0.9486; 40% L1 -0.9667, 0.9667, 0.9667, 0.9667, 0.9667, 0.9667, 0.9667; 60% L1 - 0.75, 0.75, 0.75, 0.75, 0.75, 0.75, 0.75; 80% L1 - 0.46, 0.46, 0.46, 0.46, 0.46, 0.46, 0.46; 100% L1 - 0.125, 0.125, 0.125, 0.125, 0.125, 0.125, 0.125.