ES2955590T3 - Rotor para ventilador - Google Patents

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ES2955590T3 ES11006483T ES11006483T ES2955590T3 ES 2955590 T3 ES2955590 T3 ES 2955590T3 ES 11006483 T ES11006483 T ES 11006483T ES 11006483 T ES11006483 T ES 11006483T ES 2955590 T3 ES2955590 T3 ES 2955590T3
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Ralf Neumeier
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Abstract

El impulsor (4) tiene aspas de ventilador (7) formadas con secciones de perfil similares en la sección del cilindro de modo que el intervalo entre las secciones de perfil aumenta de un extremo al otro. La sección de perfil más exterior se encuentra en la superficie envolvente cilíndrica del impulsor. Se forma un elemento de flujo (17) entre el borde delantero (10) y el borde trasero (11) y se extiende a lo largo de toda la longitud de la periferia exterior. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Rotor para ventilador
La invención se refiere a un rotor para ventilador según el preámbulo de la reivindicación 1.
Se conocen ventiladores y rotores (DE 20 2004 005 548 U1) en los cuales desde el cubo del rotor se extienden paletas de ventilador con forma alabeada y presentan un elemento de flujo en el borde externo en sentido radial. Las paletas del ventilador tienen aproximadamente la forma de la sección transversal de un ala de avión. Los elementos de flujo en el borde externo de estas paletas del ventilador tienen un recorrido análogo. De este modo, el borde externo de los elementos de flujo discurre aproximadamente paralelo a las secciones transversales superior e inferior de las paletas del ventilador correspondientes. En la zona de los bordes frontal y posterior de las paletas del ventilador la altura axial de los elementos de flujo disminuye hasta un valor cercano a 0. Con un diseño de estas características se puede al menos reducir la producción de ruido durante el funcionamiento del rotor o del ventilador. Los elementos de flujo proporcionan una mayor resistencia al flujo de fuga que circula alrededor del borde externo en sentido radial de las paletas del ventilador desde el lado de presión hacia el lado de succión.
También es conocido un rotor (US-A-5215441, JP 2006 312912 A, US 2009/0208333 A1, US 2010/0104461 A1), cuyas paletas del ventilador están provistas en el borde externo en sentido radial de un elemento de flujo saliente que se extiende desde el borde posterior de la paleta del ventilador sobre parte de la longitud del borde externo en sentido radial.
Es sabido que una paleta de compresor para un compresor (EP 1624 192 A1) dispone de un labio de sellado en el borde externo en sentido radial de la paleta de compresor, que se extiende hacia fuera en sentido radial desde la paleta de compresor. El labio de sellado es más estrecho que el perfil de la paleta y se extiende desde un borde de ataque hasta un borde de salida de la paleta de compresor. La altura o espesor radial y axial del labio de sellado es constante a toda su longitud.
La invención tiene por objetivo diseñar un rotor genérico de manera tal que con un diseño estructural sencillo se consiga reducir significativamente el ruido durante el funcionamiento.
Este objetivo se consigue según la invención con el rotor genérico con las características descritas en la reivindicación 1.
El rotor según la invención se caracteriza porque la altura axial del elemento de flujo alcanza su máximo en la zona de los bordes frontal y posterior de las paletas del ventilador. La altura del elemento de flujo disminuye hacia la mitad de las paletas del ventilador. Gracias a este diseño del elemento de flujo se consigue una excelente reducción del ruido al utilizar el rotor así como un flujo de aire óptimo y sin obstáculos desde el lado de presión al lado de succión, hecho que favorece la reducción del ruido.
En una forma de realización ventajosa, la relación entre la altura axial del elemento de flujo y el espesor axial de las paletas del ventilador disminuye desde el máximo hacia el centro de las paletas del ventilador. La altura del elemento de flujo puede disminuir a 0 en la zona comprendida por los bordes frontal y posterior de las paletas del ventilador. Otras características de la invención se desprenden de las demás reivindicaciones, de la descripción y de las figuras.
La invención se explica con más detalle mediante varias formas de realización ejemplificativas representadas en los dibujos.
La Figura 1 muestra una vista en perspectiva de parte de un ventilador con un rotor según la invención.
La Figura 2 muestra una vista ampliada de una parte del ventilador según la Figura 1.
La Figura 3 muestra una vista en perspectiva de la zona externa en sentido radial de una paleta del ventilador del rotor según la invención.
La Figura 4 muestra una vista superior de las paletas del ventilador según la Figura 3.
La Figura 5 muestra un diagrama del recorrido de la sección transversal de la paleta del ventilador y un elemento de flujo proporcionado en el extremo externo en sentido radial de la paleta del ventilador, así como la relación entre la altura del elemento de flujo y el espesor de la paleta medida en la dirección axial del ventilador.
La Figura 6 muestra una sección de la trayectoria del flujo a lo largo de una paleta del ventilador del rotor según la invención.
La Figura 7 muestra una vista en perspectiva de una segunda forma de realización de una paleta del ventilador con varias secciones que no pertenece a la invención.
La Figura 8 muestra secciones de la paleta según la Figura 7 con una superficie cilíndrica envolvente del rotor para explicar el desplazamiento de la sección externa en sentido radial de la paleta.
La Figura 9 muestra una vista en perspectiva de los bordes frontal y posterior y de la zona final de la paleta del ventilador según la Figura 7, formada por el desplazamiento de la sección externa de la paleta.
La Figura 10 muestra una vista en perspectiva de la paleta del ventilador según la Figura 3.
La Figura 11 muestra varias secciones a través de la paleta del ventilador según la Figura 10.
El ventilador tiene una carcasa 1 con una camisa cilíndrica 2 que encierra un canal transportador 3. En el canal transportador 3 se encuentra un rotor 4, cuyo cubo 5 está montado de forma giratoria de manera conocida en el arte. El rotor 4 es accionado de forma giratoria en el sentido de la flecha 6 en el sentido contrario a las agujas del reloj mediante un accionamiento 4a.
Por ejemplo, del cubo 5 salen seis paletas del ventilador 7 que se extienden hasta cerca de la camisa 2. Como se muestra en la Figura 6, el aire fluye de manera esencialmente suave entre el borde externo en sentido radial de la paleta del ventilador 7 y el interior de la camisa 2 desde el lado de presión 9 hacia el lado de succión 8 del rotor 4. Para que el ruido generado durante el funcionamiento del ventilador se encuentre en un espectro de frecuencia agradable para el αdo humano, es ventajoso que las paletas del ventilador 7 estén distribuidas de manera desigual a lo largo del perímetro del cubo 5.
Evidentemente, el rotor 4 también puede estar diseñado de manera tal que las paletas del ventilador 7 estén distribuidas uniformemente sobre el perímetro del cubo 5.
Las paletas del ventilador 7 presentan respectivamente un borde frontal 10 situado en la parte frontal en el sentido de giro 6 y un borde posterior 11 situado en la parte posterior en el sentido de giro 6. El borde frontal 10 tiene forma de media luna, visto en la dirección axial del rotor 4, es decir, tiene una forma cóncava. El borde frontal 10 se extiende desde el cubo 5 hasta el borde externo 12, que se extiende en la dirección perimetral del rotor 4. El borde externo 12 tiene la distancia radial 13 (Figura 6) de la camisa de carcasa 2. Esta distancia se elige de manera que el flujo de pérdida sea lo más pequeño posible y haya poco ruido.
La zona 14 (Figura 2), donde el borde frontal 10 corta el borde externo 12, está situada ventajosamente más adelante en el sentido de giro 6 del rotor del ventilador 4 que la zona de unión del borde frontal 10 con la camisa del cubo. Si se traza un radio a través del eje del rotor 4 y a través de esta zona angular 14, entonces, visto en dirección axial, la zona de unión del borde frontal 10 con la camisa del cubo se encuentra detrás de este radio en el sentido de giro. Un diseño de este tipo de paleta del ventilador 7 permite reducir el ruido durante el funcionamiento del ventilador y mejorar el comportamiento de desgaste.
El borde posterior 11 de la paleta del ventilador 7 es convexo al menos en una parte de su longitud. El trayecto convexo se puede proporcionar desde el cubo 5 hasta el borde externo 12 de la paleta del ventilador. Sin embargo, también es posible que el recorrido convexo esté presente solo en una parte de la longitud del borde posterior 11 de la paleta del ventilador 7. Por ejemplo, esta trayectoria convexa puede estar presente solo en la zona del borde posterior 11, que linda con el borde externo 12.
En el ejemplo de realización mostrado, el borde posterior 11 está provisto de dientes 15 en parte de su longitud, cada uno de los cuales se estrecha hacia su extremo libre. Los dientes 15 pueden tener la misma forma de contorno. En una forma de realización preferida, los dientes 15 están diseñados de manera tal que sus extremos, que ventajosamente se estrechan, sobresalen hasta una línea envolvente convexa 16 (Figuras 4 y 7). Esta línea envolvente 16 puede formar ventajosamente una continuación de la zona no dentada del borde posterior 11.
Los dientes 15 también pueden tener diferentes formas de contorno y/o diferentes longitudes a lo largo del borde posterior 11. Mediante la elección adecuada del diseño de los dientes 15, la generación de ruido del ventilador se puede adaptar de forma óptima a cada tipo de aplicación.
Las paletas del ventilador 7 están diseñadas como paletas alabeadas.
En la forma realización de ejemplo según las Figuras 1 a 6, cada paleta del ventilador 7 se encuentra en el borde externo 12 en sentido radial con un elemento de flujo 17 que se extiende ventajosamente en toda la longitud del borde externo 12 entre el borde frontal 10 y el borde posterior 11. Los elementos de flujo se extienden a lo largo del borde externo 12 hasta el lado de succión 8 de la paleta del ventilador 7. Sin embargo, también es posible que el elemento de flujo 17 se extienda tanto hacia el lado de succión 8 como el de presión 9. También es posible que el elemento de flujo 17 se extienda sólo en dirección del lado de presión 9.
Los elementos de flujo 17 están configurados ventajosamente de una sola pieza con las paletas del ventilador 7, pero en principio también pueden ser componentes separados de las paletas del ventilador, fijados a ellas de manera adecuada.
El elemento de flujo 17 alcanza su mayor altura h en la zona de los bordes frontal y posterior 10, 11 de las paletas del ventilador 7, medida en la dirección axial 18 del rotor 4 (Figura 5). En la Figura 5, el elemento de flujo 17 y el perfil de la paleta del ventilador 7 correspondiente se muestran en el nivel del elemento de flujo 17. La altura axial h del elemento de flujo 17 disminuye desde el borde frontal 10 o desde el borde posterior 11 hasta que la altura del elemento de flujo 17 es igual a 0 o aproximadamente 0 en la zona comprendida por ambos bordes 10, 11. Esta zona puede ser la mitad del ancho de las paletas del ventilador 7. La paleta del ventilador 7 tiene en la zona del elemento de flujo 17 el espesor axial d. En el resto de la zona, las paletas del ventilador 7 pueden presentar diferentes espesores axiales.
La altura axial h del elemento de flujo 17 y el espesor axial d de la paleta del ventilador 7 están coordinados entre sí de manera tal que la relación h/d disminuye desde el borde frontal 10 como desde el borde posterior11, como muestra la línea de trazos 19 en la Figura 5. En la zona en la que la altura axial h del elemento de flujo 17 es casi 0, esta relación h/d es más baja.
Dependiendo de la aplicación, el elemento de flujo 17 también se puede diseñar de modo que su altura axial mínima sea distinta de la mitad del ancho de la paleta del ventilador 7. Es importante que la relación h/d especificada disminuya desde el borde frontal 10 o del borde posterior 11. Un diseño de este tipo de paletas del ventilador con un elemento de flujo da como resultado una excelente reducción del ruido cuando se utiliza el ventilador.
Como se puede observar en la Figura 5, la paleta del ventilador 7 tiene forma de perfil de ala de avión. En la zona del borde frontal 10 la paleta del ventilador 7 está redondeada, mientras que en la zona del borde posterior 11 se estrecha aproximadamente hasta llegar a formar una punta. En la zona comprendida por ambos bordes 10, 11, la paleta del ventilador 7 también puede presentar un espesar de sección transversal aproximadamente constante. En el diseño preferido de una sola pieza de las paletas del ventilador 7 y el elemento de flujo 17, las paletas del ventilador 7 tienen una gran zona de entrada 20 (Figura 6) en el lado de presión 9 en la transición de las paletas del ventilador 7 al elemento de flujo 17, preferiblemente con un radio grande 27. Esto contribuye de manera excelente al funcionamiento silencioso del ventilador.
El elemento de flujo 17 está diseñado de manera tal que su extensión axial, a partir del borde frontal 10 de la paleta del ventilador 7, aumenta muy bruscamente en una zona muy corta hasta que el elemento de flujo alcanza su mayor altura axial h a corta distancia del borde frontal 10. De manera similar, la altura axial h del elemento de flujo 17 aumenta muy bruscamente desde el borde posterior 11 de la paleta del ventilador 7 en una zona muy estrecha hasta alcanzar su máxima altura axial h a corta distancia del borde posterior 11 en esta zona y disminuye dirección del centro de las paletas del ventilador 7. Gracias a esta forma de realización, el elemento de flujo 17 tiene en la zona del elemento de flujo 17 un recorrido completamente diferente al de las paletas del ventilador 7.
Las Figuras 7 a 11 muestran una paleta del ventilador 7 alabeada, que en lugar del elemento de flujo 17 presenta en la zona externa en sentido radial una configuración tal que a pesar de la ausencia de un elemento de flujo 17, tiene el mismo efecto que una paleta del ventilador con un elemento de flujo. Esto se logra mediante un diseño especial de las paletas del ventilador, que se describe con más detalle a continuación.
Como muestran las Figuras 7 y 8, la paleta del ventilador 7 presenta en toda su longitud radial las secciones de perfil 24.1 a 24.7, que tienen una configuración de sección transversal similar. Como en la forma de realización anterior, la paleta del ventilador 7 tiene una forma de perfil de ala de avión, donde la paleta del ventilador 7 es redondeada en la zona del borde frontal 10 y está diseñada para estrecharse aproximadamente hasta formar una punta en la zona del borde posterior 11.
El borde externo 12 de la paleta del ventilador 7 orientado hacia la camisa de la carcasa 2 está configurado de manera tal que la sección de perfil externa en sentido radial de la paleta del ventilador se desplaza hacia el lado de succión 8. La Figura 7 presenta diferentes secciones de perfil 21, 21.1 a 21.7 a lo largo de la longitud de la paleta del ventilador 7. Las secciones del perfil son secciones cilíndricas a través de la paleta del ventilador 7. Las secciones del perfil 21.1 a 21.7 están previstas a intervalos iguales en sentido radial en la paleta del ventilador 7. La sección de perfil 21.7 (Figura 7) se proporciona en el cubo 5 del rotor 4. Se puede observar que todas las secciones de perfil 21 a 21.7 tienen una forma de sección transversal similar; en la forma realización de ejemplo es una forma de perfil de ala de avión. Las secciones de perfil están dispuestas desplazadas, a partir de la sección de perfil interna 21.7 y vistas en sentido radial de la paleta del ventilador 7.
La Figura 8 muestra el caso en el que este desplazamiento de las secciones de perfil continúa de forma habitual hasta la superficie envolvente cilíndrica 22 del rotor 4. Entonces la sección de perfil más externa en sentido radial en la superficie envolvente 22 adoptaría la posición indicada en la Figura 8 mediante la línea de trazos 21.1. Sin embargo, en la presente forma de realización esta sección de perfil 21 más externa en sentido radial está dispuesta desplazada hacia el lado de succión 8, de manera tal que la sección de perfil 21 presenta un desplazamiento relativamente mayor con respecto de la sección de perfil 21.2 adyacente. El desplazamiento entre esta sección de perfil 21 más externa en sentido radial y la sección de perfil 21.2 adyacente es mayor que el desplazamiento entre la sección de perfil 21.2 y la sección de perfil 21.3 adyacente. Gracias a este claro desplazamiento entre la sección de perfil 21 más externa y la sección de perfil 21.1 adyacente se obtiene una zona final 20 externa en sentido radial (Figura 9), que presenta una pendiente claramente mayor que la parte restante de la paleta del ventilador donde se encuentran las secciones de perfil 21.2 a 21.7.
Las secciones de perfil se disponen de manera tal que la distancia entre ellas sea mayor que el ancho 25 (Figura 9) de la zona final 20 externa en sentido radial formada por el desplazamiento de la sección de perfil 21 más externa. Dado que el desplazamiento entre la sección de perfil 21 más externa en sentido radial y la sección de perfil 21.2 adyacente es mayor, preferiblemente significativamente mayor, que el desplazamiento entre las secciones de perfil 21.2 y 21.3, la zona final externa en sentido radial 20 tiene una pendiente mayor que la parte restante de la paleta del ventilador 7, donde se encuentran las secciones de perfil 21.1 a 21.7.
En principio es suficiente con que solo la sección de perfil 21 más externa esté desplazada hacia el lado de succión 8 en comparación con la o las secciones de perfil adyacentes.
La zona final 20 externa en sentido radial (Figura 9) creada por el desplazamiento de la o las secciones de perfil produce un efecto correspondiente al elemento de flujo 17 de la forma realización anterior, que se logra únicamente mediante el desplazamiento de la sección de perfil.
En la forma de realización de ejemplo, las secciones de perfil 21 a 21.7 presentan una sección transversal similar. La sección de perfil 21 más externa en sentido radial puede presentar una forma de sección de perfil diferente de la forma de las secciones de perfil 21.2 a 21.6 restantes. De este modo, al influir en la posición entre las respectivas secciones de perfil se puede optimizar de forma óptima la paleta del ventilador 7 en términos de eficacia y/o bajo nivel de ruido para la aplicación requerida.
En la forma de realización descrita se muestra que la sección del perfil se desplaza hacia el lado de succión 8. Sin embargo, el desplazamiento también se puede proporcionar hacia el lado de presión 9.
Por lo demás, las paletas del ventilador 7 están diseñadas de la misma manera que en la forma de realización anterior.
Para conseguir un flujo intersticial 24 lo más libre posible en la zona entre el elemento de flujo 17 o la zona final 20 y el interior de la camisa de carcasa 2, el elemento de flujo 17 o la zona final 20, visto en dirección axial hacia el rotor 4 (Figura 4) presenta un gran radio de curvatura 27.
El flujo intersticial 24 óptimo depende de que el flujo intersticial 26 (Figura 6) entre el elemento de flujo 17 o la zona final 20 y la camisa de carcasa 2 se estrecha desde el lado de presión 9 hacia el lado de succión 8. El flujo intersticial 26 tiene forma de boquilla, hecho que contribuye a que el aire circule sin obstáculos y a la reducción del ruido a través del flujo intersticial 26.
El desplazamiento de los perfiles de las paletas del ventilador 7 descrito con referencia a las Figuras 7 a 11 en la forma de realización de ejemplo se representa de forma traslacional y rotacional. En la Figura 11 se muestran las distintas secciones del perfil proyectadas en el plano del dibujo. De la Figura 11 se desprende que estas secciones de perfil están desplazadas entre sí no solo de forma traslacional sino también rotacional. Se puede observar que las secciones de perfil más internas en sentido radial 21.7 a 21.5 están más inclinadas que sus pares exteriores en sentido radial 21 a 21.4. La Figura 11 muestra además que desplazando la sección del perfil a lo largo de la longitud radial de la paleta del ventilador 7, el diseñador puede determinar muy fácilmente la forma de esta paleta del ventilador y adaptarla a la aplicación.

Claims (9)

REIVINDICACIONES
1. Rotor para un ventilador, que tiene un cubo (5), del cual se extienden las paletas del ventilador (7), que se proporcionan con al menos un elemento de flujo (17) sobresaliente en el borde externo (12) en sentido radial, caracterizado porque la altura del eje (h) del elemento de flujo (17), que se extiende sobre la totalidad de la longitud del borde exterior (12) entre el borde frontal (10) y el borde posterior (11) de la paleta (7), tiene un máximo en la región del borde frontal (10) y el borde posterior (11) de la paleta del ventilador (7), y donde la altura del eje (h) decrece desde el máximo en dirección al centro de la paleta del ventilador (7).
2. Rotor según la reivindicación 1,
caracterizado porque el elemento de flujo (17) junto con la pared (2) que rodea al rotor (4) forman un espacio de flujo en forma de boquilla (26), que conecta el lado de presión (9) con el lado de succión (8) del rotor (4) y a través del cual circula el aire de una manera sustancialmente libre de obstáculos.
3. Rotor según la reivindicación 1 o 2,
caracterizado porque el elemento de flujo (17) o el borde externo (12) en sentido radial de la paleta del ventilador (7) tiene una zona de entrada (20) en el lado de presión (9).
4. Rotor, en particular según una de las reivindicaciones 1 a 3,
caracterizado porque la relación entre la altura axial (h) del elemento de flujo (17) y el espesor axial de la paleta (7) en la zona del elemento de flujo (17) decrece desde borde frontal (10) y/o el borde posterior (11) de la paleta (7).
5. Rotor según una de las reivindicaciones 1 a 4,
caracterizado porque, el borde frontal (10) de la paleta (7) tiene una estructura al menos parcialmente con forma cóncava en toda su longitud.
6. Rotor según una de las reivindicaciones 1 a 5,
caracterizado porque, el borde posterior (11) de la paleta (7) está construido al menos parcialmente con forma convexa en toda su longitud.
7. Rotor según una de las reivindicaciones 1 a 6,
caracterizado porque, el borde posterior (11) de la paleta (7) está provisto de dientes (15) en al menos en una parte de su longitud.
8. Rotor según una de las reivindicaciones 1 a 7,
caracterizado porque la región de transición (14) entre el borde frontal (10) y el borde externo (12) en sentido radial de la paleta del ventilador (7) se extiende en la dirección (6) de rotación en relación con la zona de transición entre el borde frontal (10) y el cubo (5)
9. Rotor según una de las reivindicaciones 1 a 8,
caracterizado porque la paleta del ventilador (7) tiene forma alabeada, ventajosamente curvada.
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