¿Qué es un impulsor de soplador?

Definición y principio de funcionamiento de un impulsor de soplador

1. La esencia del impulsor

el impulsor del soplador es el componente giratorio central de un soplador, típicamente compuesto por varias palas que rodean un eje central. Su función principal es convertir el par mecánico proporcionado por el motor en energía cinética y altura de presión del gas, provocando un flujo ordenado de gas.

2. Generación de Energía Cinética y Cabezal de Presión

Cuando el impulsor gira a alta velocidad, las palas aplican fuerza centrífuga al gas entrante, acelerándolo desde el centro hasta el borde exterior del impulsor. El gas gana energía cinética bajo la acción de las palas, y luego, en la sección de voluta o difusor, parte de esta energía cinética se convierte en carga de presión estática, logrando la presurización y entrega del gas.

3. Tipos de impulsores comunes

Impulsor centrífugo: el gas se lanza radialmente hacia el borde exterior del impulsor. Esta es la estructura más común y es adecuada para sistemas de ventilación de alto flujo y baja presión.

Impulsor axial: el gas se impulsa axialmente. A menudo se utiliza en aplicaciones que requieren un mayor flujo de aire y un espacio limitado.

Impulsor híbrido: Posee características de flujo radial y axial, lo que permite una mayor eficiencia en condiciones de operación específicas.

¿Cuáles son los componentes estructurales básicos de un impulsor de soplador?

Componentes estructurales básicos de un impulsor de soplador:

1. Placa de cubo y rueda

el hub is the central component of the impeller, responsible for bearing axial loads and transmitting torque to the blades. The wheel plate is the planar structure connecting the hub and blades, usually fixed by welding or riveting to ensure the rigidity and concentricity of the blades.

2. Cuchillas

el shape, number, and angle of the blades directly determine the gas flow path and pressure head generation efficiency. Modern blades often use aerodynamically optimized arc or torsional shapes to reduce flow separation and eddy current losses.

3. Eje y cojinete

el shaft plate connects the motor shaft to the hub, and the bearings provide support and limit radial and axial displacement. High-speed impellers have extremely high requirements for bearing rigidity and lubrication, often using deep groove ball bearings or angular contact bearings.

4. Componentes auxiliares

Voluta: Recoge y guía el gas descargado del impulsor, completando la conversión de energía cinética en presión estática.

Acoplamiento: Permite un acoplamiento flexible entre el motor y el impulsor, absorbiendo impactos y desplazamientos axiales.

Sellos y cubiertas protectoras: evitan fugas de gas y protegen los componentes internos de la contaminación externa.

¿Cómo determinar si el impulsor necesita reequilibrio o reemplazo?

Criterios de equilibrio y reemplazo del impulsor

1. Monitoreo de vibraciones

La amplitud de la vibración se controla en tiempo real mediante un acelerómetro montado en la base o en la carcasa del cojinete. La presencia de 2 a 3 armónicos de la frecuencia fundamental o picos anormales en el espectro de vibración a menudo indica una distribución desigual de la masa del impulsor o desgaste de los cojinetes.

2. Cambios de ruido

El desequilibrio del impulsor provoca un flujo de aire asimétrico, generando ruido aerodinámico adicional. Si el nivel de ruido en el sitio es más de 3 dB mayor que el funcionamiento normal, es necesaria una inspección adicional del equilibrio del impulsor.

3. Disminución de la eficiencia

Si el flujo de aire o la carga de presión disminuye en más del 5% a la misma velocidad de rotación y presión de entrada, y no se puede restablecer la curva de diseño incluso mediante el ajuste de la velocidad, generalmente indica que el rendimiento aerodinámico del impulsor está dañado, lo que requiere recalibración o reemplazo.

4. Inspección visual y grietas

Después de paradas periódicas, desmonte e inspeccione el impulsor, observando si hay grietas, corrosión o marcas de fatiga en las raíces de las palas y en las soldaduras del cubo. Cualquier defecto estructural visible debe considerarse motivo de sustitución.

¿Cómo funciona el impulsor del soplador dentro del soplador?

Mecanismo de trabajo del impulsor dentro del soplador

1. Entrada del flujo de aire y aceleración centrífuga

El gas ingresa primero al área de entrada en el centro del impulsor (llamada entrada), donde es acelerado por la fuerza centrífuga bajo el ángulo de inclinación de las palas, moviéndose radialmente hacia afuera.

2. Energía cinética convertida en presión

el kinetic energy generated by the high-speed rotation of the impeller increases the gas velocity under the action of centrifugal force. The gas then enters the diffuser section of the volute, where the geometry of the volute gradually reduces the flow velocity, converting kinetic energy into static pressure head, thus pressurizing the gas.

3. Cierre del campo de flujo y supresión de reflujo

Una voluta bien diseñada puede recoger eficazmente el gas descargado por el impulsor, evitando el reflujo o las fugas. El reflujo provoca pérdida de energía y generación de ruido.

¿Cómo se puede utilizar CFD para optimizar la forma del impulsor y mejorar la eficiencia durante el diseño?

Aplicación de CFD en la optimización del diseño del impulsor

1. Fundamentos de CFD y construcción de modelos

La dinámica de fluidos computacional (CFD) simula numéricamente el campo de flujo tridimensional dentro del impulsor resolviendo las ecuaciones de Navier-Stokes. El modelo normalmente incluye el impulsor, la voluta, las condiciones límite de entrada/salida y un marco de referencia giratorio.

2. Variables de optimización y diseño paramétrico

el inlet angle, outlet angle, torsion rate, number of blades, and blade width of the blades can all be set as variable parameters. A parameter space is generated using Design Experiment (DOE) or Response Surface Method (RSM), and then CFD is used to calculate the efficiency, head, and noise performance for each set of parameters.

3. Resultados de optimización típicos

Mediante la optimización CFD, la eficiencia de un impulsor de ventilador centrífugo mejoró aproximadamente un 2,2 %, la carga de presión aumentó un 1,5 % y la región de vórtice local se redujo significativamente.

Utilizando un esquema que combina CFD y un algoritmo genético, después de ajustar el ángulo de inclinación de la pala (±2,9°), la eficiencia general mejoró en un 4,02 %, lo que verifica la alta eficiencia de CFD para mejorar el rendimiento del impulsor.

En los últimos años, la tecnología CFD ha migrado de los modelos RANS tradicionales a modelos de turbulencia de alta fidelidad como LES y DES, que pueden capturar fenómenos de recirculación y separación de flujo más detallados, proporcionando una base más confiable para la optimización detallada del impulsor.

4. Tendencias futuras

Acoplamiento multifísico: Acoplamiento de conducción de calor, elasticidad estructural y dinámica de fluidos para predecir la deformación térmica y la vida útil del impulsor en condiciones de alta temperatura y alta velocidad.

Aceleración del aprendizaje automático: utilización de modelos sustitutos para evaluar rápidamente una gran cantidad de esquemas de diseño, acortando significativamente el ciclo de optimización.

Computación de alto rendimiento en la nube: las plataformas en la nube brindan potencia informática elástica, lo que permite a las pequeñas y medianas empresas realizar optimización CFD a gran escala y reducir el umbral de I+D.