WO2013132113A1

WO2013132113A1 - Rodete de ventiladores y método de fabricación de rodetes de ventiladores

Info

Publication number: WO2013132113A1
Application number: PCT/ES2012/070144
Authority: WO
Inventors: Roberto ARIAS ÁLVAREZ
Original assignee: Talleres Zitron SA
Current assignee: Talleres Zitron SA
Priority date: 2012-03-07
Filing date: 2012-03-07
Publication date: 2013-09-12
Anticipated expiration: 2014-09-07
Also published as: EP2824331A1; EP2824331A4

Description

RODETE DE VENTILADORES Y MÉTODO DE FABRICACIÓN DE RODETES

DE VENTILADORES

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención, tal y como se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva se refiere a un rodete para ventiladores y el método de fabricación de dichos rodetes de ventiladores. Este tipo de rodetes está especialmente diseñado para instalarse en los ventiladores que se instalan en el techo de túneles de vias rodadas.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Actualmente los rodetes están fabricados en fundición, pudiendo estar fabricado de este modo el rodete completo o únicamente los álabes del mismo. Este tipo de fabricación requiere en determinados casos someter las diferentes piezas que lo conforman a diversas fases de mecanizado para asegurar que una vez se vaya a montar todas las piezas ajusten correctamente.

Cabe mencionar el elevado peso de estos rodetes fabricados en fundición el cual eleva el coste no sólo del propio rodete sino de los motores a los que van acoplados ya que han de mover una mayor masa. Esto a su vez eleva el coste del mantenimiento de los ventiladores ya que el consumo eléctrico es también mayor debido al mayor peso de los rodetes y repercute de igual modo en los medios de fijación del ventilador al techo de los túneles que necesariamente debe ser más robusto.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Para lograr los objetivos y evitar los inconvenientes indicados anteriormente, la invención consiste en un rodete para ventiladores de los que se instalan en el techo del interior de túneles de vias rodadas y en el método de fabricación del rodete.

El rodete objeto de la presente invención presenta un diseño totalmente novedoso, tanto en su forma constructiva como su perfil aerodinámico. La innovación principal del mencionado rodete es la fabricación total del mismo en acero inoxidable soldado con álabes fabricados por estampación. Este tipo de fabricación reduce al máximo los posibles defectos de montaje, lo cual elimina notablemente el peligro de desequilibrio, que hasta este momento se pudiera producir por desajuste de las piezas del rodete.

Por otra parte, este tipo de construcción reduce importantemente el peso del rodete aumentando con ello la vida del motor.

La principal ventaja de este nuevo diseño es el aumento de eficiencia. La eficiencia aumenta, por lo tanto el consumo, para el mismo empuje, disminuye.

La fabricación del nuevo diseño, se basa en transformarlo en un solo conjunto soldado, convirtiéndose por tanto en una pieza solidaria. Esto elimina el riesgo de desequilibrio por falta de ajuste en el montaje de las diferentes piezas que lo forman, además, imposibilita el posible desajuste posterior de las mismas, por su unión solidaria por medio de soldadura.

Todas las partes del rodete se sueldan, entre si, consiguiendo un único conjunto. Esta unión de componentes aporta seguridad. En diseños de rodetes en varias piezas existe riesgo de desequilibrio. Las piezas se equilibran en una posición determinada; si esta posición cambia por holguras entre piezas o un montaje defectuoso el rodete se desequilibrará. En el conjunto soldado no existe esta posibilidad, ya que la unión entre piezas es una unión sólida . El método de fabricación del rodete objeto de la presente invención, consta de varias fases, siendo una de las novedades más importantes, la construcción del rodete integramente en acero, con una importante reducción de peso, respecto a rodetes de acero con álabes macizos existentes en el estado de la técnica.

En el método de fabricación del rodete objeto de la presente invención, la principal innovación es realizar el perfil aerodinámico en chapa, conformada por medio de estampación, embutición, hydroforming, conformado de chapa sin matriz (dieless forming) o cualquiera de los procesos utilizados para el conformado de chapa de acero.

Una vez obtenido, por medio de cálculos conocidos y en función de las necesidades de cada momento, el perfil aerodinámico necesario, se procede a conformar los perfiles en una chapa por uno de los medios anteriormente citados .

Para álabes de perfil simétrico se conforman dos chapas iguales para conseguir un álabe, la cara de succión es igual a la cara de impulsión, de tal manera que dos caras iguales enfrentadas forman un álabe. Para perfiles asimétricos las caras a estampar serán diferentes, se necesitará una cara de succión y una cara de impulsión diferentes, que al enfrentarlas forman un perfil asimétrico.

Una vez estampadas estas caras y enfrentadas entre si, se procede a su unión. Esta unión se realiza por medio de soldadura. Se sueldan los flancos laterales y superior de cada chapa entre si, esta soldadura no consigue solamente la unión de las caras, además se consigue dotar al conjunto de la robustez necesaria para el trabajo a realizar.

Después de soldar las caras del álabe y conseguir la forma aerodinámica necesaria, se coloca en el núcleo del rodete sobre la cara externa de la envolvente exterior. Esta colocación se realiza por medio de elementos de montaje que posicionan los álabes tanto en colocación en el núcleo como en el ángulo de calaje determinado.

Una vez colocados los álabes sobre la envolvente externa en la posición adecuada estos se sueldan formando una única pieza.

Asi pues el rodete de ventilador objeto de la presente invención comprende los siguientes elementos:

· un muñón central por donde se fija el rodete a un eje de un motor;

• una envolvente exterior cilindrica situada de forma concéntrica al muñón central;

• al menos dos discos de unión, quedando unidos el muñón central y la envolvente exterior mediante la fijación de un borde interno de cada disco a la cara externa del muñón y la fijación del borde externo de cada disco a la cara interna de la envolvente externa; y,

· una pluralidad de álabes fijados en la cara externa de la envolvente exterior y situados equidistantemente, estando los álabes formados por al menos dos chapas previamente conformadas que se corresponden la cara de impulsión y la cara de succión del álabe, estando soldadas la una a la otra por al menos 3 de sus bordes dejando en su interior un espacio hueco y que comprende que los álabes estén soldados por el perfil abierto inferior a la cara externa de la envolvente exterior.

En una realización particular de la invención, el rodete comprende que las chapas sean iguales cuando el álabe es simétrico y que las chapas sean diferentes cuando el álabe es asimétrico.

En otra realización particular de la invención, el rodete es de acero inoxidable.

En otra realización particular de la invención la fijación del muñón central, envolvente externa y los al menos dos discos de unión se realiza mediante soldadura.

El otro objeto de la presente invención comprende ser el método de fabricación de un rodete de ventilador, siendo dicho rodete del los del tipo descrito anteriormente. Los ventiladores estarán preferentemente situados en el techo de túneles de vias rodadas. El citado método comprende al menos las siguientes fases: i) calcular las dimensiones de la envolvente externa, del muñón central, de los al menos dos discos de unión, el número de álabes y el perfil aerodinámico de cada álabe en función de las necesidades requeridas de cada rodete;

ii) estampar al menos dos chapas dando a ambas chapas una forma cóncava para conformar cada álabe; iii) soldar las al menos dos chapas por su extremo superior y por sus extremos laterales dejando un espacio hueco en el interior del volumen soldado del álabe ;

iv) colocar los álabes sobre la cara externa de la envolvente exterior mediante unos elementos de montaje que posicionan los álabes equidistantemente ; y,

v) soldar cada uno de los álabes por su borde inferior a la superficie externa de la envolvente exterior del rodete.

En una realización particular del método descrito, en la fase iii) se emplea una pieza de interposición en la soldadura de los extremos superiores de ambas chapas. En otra realización particular de la invención, los elementos de montaje están seleccionados entre unos posicionadores , unas plantillas y una combinación de ambos .

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

Figura 1.- Muestra una vista general del rodete objeto de la presente invención.

Figura 2.- Muestra en vista en explosión del rodete mostrado en la figura 1.

Figura 3.- Muestra una vista superior de una realización particular del álabe objeto de la invención.

Figura 4.- Muestra una vista superior de una realización particular de un álabe una vez se ha fijado sobre la envolvente externa del rodete.

Figura 5.- Muestra una vista lateral de una realización particular de un álabe objeto de la invención .

Figura 6.- Muestra una vista en explosión del álabe de la figura4.

DESCRIPCIÓN DE VARIOS EJEMPLOS DE REALIZACIÓN DE LA

INVENCIÓN

Seguidamente se realizan, con carácter ilustrativo y no limitativo, una descripción de varios ejemplos de realización de la invención, haciendo referencia a la numeración adoptada en las figuras.

El rodete (1) está formado principalmente por un núcleo y una pluralidad de álabes (5) . La figura 1 muestra una vista general en perspectiva de una realización particular de un rodete objeto de la presente invención. Nótese que el número de álabes asi como la disposición de los mismos sobre la envolvente externa del rodete y la propia morfología y dimensiones de los álabes puede variar en función de las necesidades requeridas en cada ocasión (principalmente volumen de aire a desalojar, potencia eléctrica de suministro al ventilador, etc.).

La figura 2 muestra una vista en explosión del rodete de la figura 1. En ella se distingue claramente el núcleo del rodete que se compone de una envolvente exterior (2) a la cual se sueldan dos discos interiores

(3) , estos discos dotan a la envolvente de rigidez, evitándose asi que se produzcan deformaciones en ella. En estos discos (3) se suelda un muñón central (4), que será el elemento de unión entre el rodete y el motor. Para una perfecta unión entre el rodete (1) y el motor, el muñón

(4) se mecaniza con el alojamiento requerido por el eje motor, es decir el muñón (4) tendrá un diámetro que dependerá del diámetro del eje del motor.

La figura 3 muestra una vista superior de una realización particular de un álabe (5) objeto de la presente invención. Siendo A, B, C, D, E y F diversas distancias angulares entre distintos puntos del rodete.

En una realización más particular de la invención, esas dimensiones serán A: 28.8°, B: 61.2°, C: 30.8°, D: 30.4°, E: 30° y F: 29°. Nótese que estas dimensiones son para una realización concreta del rodete pudiendo variar en función de las necesidades constructivas de cada momento .

En la figura 4 se muestra el álabe (5) dispuesto sobre la envolvente externa (2) del núcleo del rodete (1) . Siendo K el diámetro interior del muñón (4), H la longitud de la base del álabe (5) (entendiéndose por base como el perfil del álabe (5) que se suelda a la envolvente (2)) sobre el eje horizontal, G la distancia del borde de la envolvente (2) al extremo de la base del álabe (5) , N la longitud de la tapa del álabe (entendiéndose como tapa la pieza de interposición de la soldadura del extremo superior del álabe (5) ) sobre el eje horizontal, L la longitud de la tapa del álabe (5) sobre el eje vertical, J la distancia entre el centro del álabe (5) y el extremo de la base del álabe sobre el eje vertical y M la distancia entre el borde de la envolvente (2) y el extremo de la tapa del álabe (5) sobre el eje horizontal .

Como muestran las figuras 5 y 6, los álabes (5) están formados por la unión, mediante soldadura, de piezas estampadas. Concretamente mediante la soldadura de una primera chapa (6) que hará de cara de impulsión y una segunda chapa (7) que hará de cara de impulsión. La estampación de las diferentes piezas del álabe dota a éste de su forma aerodinámica. Además se hace uso de una pieza de interposición (8) entre los extremos superiores de la primera y segunda chapa que se suelda para cerrar el hueco que queda en la parte superior del álabe (5) y darle asi una mayor robustez a la soldadura. Para realizar esta estampación se requiere la utilización de matrices, el proceso de conformado de las diferentes piezas puede variar dependiendo del perfil utilizado en cada álabe. En álabes de perfil simétrico, se utiliza la misma pieza independientemente de la cara del álabe. En álabes de perfil asimétrico, las caras son diferentes, dependiendo de la cara de presión o succión. Estas piezas estampadas tendrán en una realización particular de la invención un grosor de 1,5 mm quedando un espacio hueco entre ellas, una vez han sido soldadas, de aproximadamente 7 mm. El conjunto del álabe (5) tiene una longitud en su perfil superior 11 centímetros y una longitud de 23 cm. Es más que obvio que en una pieza de las dimensiones mencionadas y con el hueco existente en el interior del álabe se consigue un importante ahorro en material y por tanto en peso, además de suponer un importante ahorro económico. Una vez se consigue la forma deseada los álabes (5) se unen al núcleo. Esta unión con el núcleo se consigue mediante la soldadura de los álabes (5) sobre la cara externa de la envolvente exterior (2) . Esta colocación debe ser precisa y similar en todos los álabes (5) , para ello se utilizan plantillas de montaje con lo que se consigue el correcto posicionamiento de todos los álabes (5) . En primer lugar han de cortarse los álabes (5) por su parte inferior mediante corte por láser tridimensional, corte que viene dado en función del ángulo los álabes que hayan de tener en el rodete para dar el empuje especificado para cada modelo de ventilador, con el fin de que la parte inferior del álabe coincida perfectamente con la envolvente exterior cilindrica del núcleo.

La gama de fabricación de estos rodetes (1) comprende de 0500 mm a 0I6OO mm de medida exterior. El número de álabes (5) y el diámetro de núcleo lo determina no solo el diámetro exterior sino la potencia para la cual están fabricados.

Las potencias de fabricación preferidas de los rodetes van de los 7.5 kW a 90 kW preferentemente aunque el método y el rodete aquí descritos pueden dar lugar a potencias tanto mayores como menores a las del rango citado.

Con el fin de evitar problemas del tipo, resonancias, vibraciones o ruido, los espacios entre elementos o huecos interiores, pueden ser rellenados con espumas, lanas, o cualquier elemento de naturaleza aislante.

Claims

REIVINDICACIONES

1. - Rodete de ventilador, que comprende un muñón central por donde se fija el rodete a un eje de un motor, caracterizado porque comprende:

• una pluralidad de álabes fijados en la cara externa de la envolvente exterior y situados equidistantemente, estando los álabes formados por al menos dos chapas previamente conformadas que se corresponden la cara de impulsión y la cara de succión del álabe, estando soldadas la una a la otra por al menos 3 de sus bordes dejando en su interior un espacio hueco y que comprende que los álabes estén soldados por el perfil abierto inferior a la cara externa de la envolvente exterior .

2. - Rodete de ventilador, según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende que las chapas sean iguales cuando el álabe es simétrico y que las chapas sean diferentes cuando el álabe es asimétrico.

3. - Rodete de ventilador, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el rodete es de acero inoxidable.

4. - Rodete de ventilador, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la fijación del muñón central, envolvente externa y los al menos dos discos de unión se realiza mediante soldadura.

5. - Método de fabricación de un rodete de ventilador, estado los ventiladores preferentemente situados en el techo de túneles de vias rodadas, según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende las siguientes fases: vi) calcular las dimensiones de la envolvente externa, del muñón central, de los al menos dos discos de unión, un número de álabes y un perfil aerodinámico de los álabes en función de las necesidades requeridas;

vii) estampar al menos dos chapas dando a ambas chapas una forma cóncava para conformar cada álabe; viii) soldar las al menos dos chapas por su extremo superior y por sus extremos laterales dejando un espacio hueco en el interior del volumen soldado; ix) colocar los álabes sobre la cara externa de la envolvente exterior mediante unos elementos de montaje que posicionan los álabes; y,

x) soldar cada uno de los álabes por su borde inferior a la superficie externa de la envolvente exterior del rodete de forma equidistante.

6. - Método de fabricación de un rodete de ventilador, según la reivindicación 5, caracterizado porque en la fase iii) se emplea una pieza de interposición en la soldadura de los extremos superiores de ambas chapas.

7. - Método de fabricación de un rodete de ventilador, según la reivindicación 5, caracterizado porque los elementos de montaje están seleccionados entre unos posicionadores , unas plantillas y una combinación de ambos .