Brevet FR2010799A1 — publié le 19700220

L'invention se rapporte à une configuration pour atténuer le bruit, et plus particulièrement à l'atténuation du "bruit d'un ventilateur. La nature du bruit des compresseurs à flux axial est ex-5 pliquée dans le brevet américain no, 3.194.487 et dans l'article "Aircraft Noise - Can it be Cut" de S.M. Levin qui a été publié pendant le mois d'août 1966, aux pages 65 à 75 du Space Aeronau-tics Magazine. Ces références révèlent que dans un compresseur à flux axial, l'atténuation du bruit augmente avec la distance 10 entre les ailettes d'entrée du stator et le rotor et avec la distance entre le rotor et les ailettes de sortie du stator. Ceci est dû parce que par suite de la distance entre les ailettes du stator et les ailettes du rotor on obtient une plus grande dissipation des ondes turbulentes avant qu'elles se heurtent contre les 15 champs de pression autour des ailettes de rotor situées en aval des ailettes de stator. Les références mentionnées ci-dessus révèlent aussi que la production du bruit par le ventilateur est également une fonction du nombre relatif des ailettes du stator et du rotor. Comme décrit dans les références mentionnées ci-20 dessus la production du bruit par le ventilateur peut être réduite davantage en utilisant un grand nombre d'ailettes du stator par rapport aux ailettes du rotor. Il est également connu que des changements de surface dans une conduite provoquent des discontinuités dans le courant. A cette discontinuité une onde sonore est 25 formée qui se déplace vers l'arrière. Cette onde sonore se déplaçant vers l'arrière diminue l'énergie de l'onde sonore se déplaçant vers l'avant et par conséquent réduit le degré de bruit émis par l'onde sonore qui se déplace vers l'avant. Var également Kinsler & Frey, Fundamentals of Acoustics, 2ème édition, New York: 3q John Wiley & Sons, Inc., 1962. Dans les ventilateurs connus on ne prévoyait pas des discontinuités dans la surface de la conduite d'entrée parce qu'on supposait que la réduction de la pression dans la conduite d'entrée allait augmenter à un degré où. la performance du ventilateur 35 diminuerait jusqu'au-dessous d'une valeur acceptable. Par conséquent, on croyait que la seule manière par laquelle on pourrait atténuer le bruit d'un ventilateur serait de prévoir une distance relativement grande entre le rotor et les ailettes d'entrée du 69 16416 2 2010799 stator, de prévoir une distance relativement grande entre les ailettes de sortie du stator et le rotor et d'utiliser un grand nombre d'ailettes du stator comparé au nombre des ailettes du rotor. Cependant, on a trouvé que le principe de la discontinuité 5 dans la surface de la conduite d'entrée peut être utilisé pour atténuer le bruit du ventilateur sans essentiellement diminuer la pression dans la conduite d'entrée et par conséquent, sans affecter la performance du ventilateur d'une façon défavorable. L'objet de la présente invention est de fournir une con-10 figuration pour améliorer l'atténuation du bruit d'un ventilateur sans augmenter essentiellement la diminuation de la pression dans la conduite d'entrée et sans affecter la performance du ventilateur d'une manière défavorable. Suivant la présente invention un ventilateur avec une 15 plus grande atténuation du bruit que les ventilateurs connus est fourni par une conduite d'entrée avec une variation de la surface. La surface de la conduite d'entrée augmentant ou diminuant dans la direction du courant vers les ailettes du ventilateur. La variation de la surface dans la conduite d'entrée dimi-20 n.ue le bruit selon l'équation suivante: Diminuation de la transmission du bruit (atténuation) = 10 log10 £ 1 + 4 ( m ~ m ) 2 sin2 *** J db> où m = rapport de la variation de la surface k = 25 = longueur de l'onde sonore L = distance entre deux variations de la surface. Parce que le bruit d'un ventilateur est soumis à une distribution 2 statistique, sin kL = 1. Par conséquent, pour un ventilateur l'équation prend la forme suivante: 30 lOXog [l + i ( m-i) 2] db. Les discontinuités dans la conduite d'entrée peuvent Stre des variations graduelles ou subites, mais on considère que des variations subites peuvent diminuer la performance du ventilateur davantage que des variations graduelles. On peut obtenir les avan-35 tages de la présente invention en utilisant une seule variation de la surface dans la conduite d'entrée mais il peut être désirable d'utiliser plusieurs variations (discontinuités) dans la conduite d'entrée pour obtenir le degré désiré de l'atténuation du 69 16418 3 20/10799 bruit. D'autre part, de nombreuses variations de la surface dans la conduite d'entrée peuvent diminuer la performance du ventilateur. Par conséquent, le nombre optimal des variations dépendra du ventilateur particulier, par exemple un ventilateur à grand ronde-5 ment etc., les sections de la conduite d'entrée et leurs variatiore seront déterminées en tenant compte de la performance désirée du ventilateur. D'autres particularités de l'invention ressortiront de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier donné à 10 titre d'exemple en référence aux dessins annexés, dans lesquels: La figure 1 est une vue en élévation d'un ventilateur. La figure 2 est une coupe suivant la ligne 2-2 de la figure 1 et représente un ventilateur avec des variations dans la conduite d'entrée suivant la présente invention. 15 Un mode de réalisation préféré de l'invention est repré senté dans la figure 2. La cage 2 du ventilateur enveloppe le rotor 4 du ventilateur fixé sur un arbre 6 qui tourne dans des paliers 8. L'arbre est entraîné par un moteur (pas représenté). Une entrée radiale 10 est prévue pour amener les gaz dans le ven-20 til&teur. Le gaz entre dans l'entrée radiale 10 et coule dans la chambre annulaire 12 et ensuite vers le rotor 4 suivant la direction indiquée par les flèches. Des ailettes d'entrée du stator 14 sont disposées en aval du rotor 4 du ventilateur pour contrôler la direction du flux du gaz avant qu'il se heurte contre les ailet-25 tes 16 pour entraîner le rotor 4. Les ailettes d'entrée du stator 14 sont préférablement espacées d'une distance "S" du rotor et cette distance est égale à ou plus grande que la hauteur des ailettes du rotor. D'une façon semblable, les ailettes de sortie 18 sont disposées en amont du rotor 4 d'une distance qui correspond au 30 moins à la hauteur "S" du rotor. Par suite de cette distance entre les ailettes du stator et les ailettes du rotor on obtient une diminuation de la fréquence harmonique du bruit des pales dans la conduite d'entrée en aval et en amont des ailettes du rotor. Comme mentionné ci-dessus il est désirable d'utiliser un grand nombre 35 d'ailettes du rotor, et on a déterminé que le nombre optimal pour les ailettes du stator par rapport aux ailettes du rotor est donné par l'équation suivante: V = 2n B + 1 69 16418 4 2010799 où V est le nombre des ailettes d'entrée du stator et le nombre des ailettes de sortie du stator; B est le nombre des ailettes du rotor; et n est 1'ordre harmonique = 1,2,3, ^. 5 On a trouvé qu'une configuration suivant cette équation fournit la plus grande diminuation de la fréquence harmonique du bruit des pales. Suivant l'invention les variations dans la conduite d'entrée d'un ventilateur peuvent être utilisées en combination avec 10 les caractéristiques pour 1'atténuation du bruit mentionnées ci-dessus. Pour la description du mode de réalisation préféré de l'invention deux variations de la surface de la conduite d'entrée du ventilateur sont représentées, ou, en autres termes, on a prévu trois régions d'entrée séparées dans la conduite d'entrée du ven-15 tilateur en amont du rotor 4. A chaque variation de la surface (c'est-à-dire entre les régions I et II et entre les régions II et III) une onde sonore est produite qui se déplace vers l'arrière. La partie de 1'énergie de 1 * onde qui se déplace vers 1'avant qui est distribuée pour produire l'onde qui se déplace vers l'arrière 20 résulte dans une diminuation de l'énergie et par conséquent, une réduction en décibel de l'onde qui se déplace vers l'avant. Tandis que trois régions différentes ont été représentées il est évident pour ceux versés dans la matière qu'une seule variation de la surface dans la conduite d'entrée du ventilateur peut 25 aussi fournir une atténuation du bruit. Pour décrire le mode de réalisation préféré de la présente invention on a utilisé une diminuation de la surface dans la conduite d'entrée du ventilateur mais il est évident que l'invention peut également utiliser une augmentation de la surface dans la conduite d'entrée du ventilateur. Il 30 va de soi que de nombreuses modifications pourraient être apportées au mode de réalisation qui vient d'être décrit sans pour cela sortir du cadre de l'invention. 69 16418 5 2010799 Revendications X. Une configuration pour atténuer le bruit d'un ventilateur créé par des perturbations du courant.causées par les ailettes du stator et les ailettes du rotor et comprenant une cage de ventila-5 teur, des ailettes d'entrée du stator disposées dans la cage, un rotor disposé en aval des ailettes d'entrée du stator et espacé de ces ailettes d'une distance au moins égale à la hauteur des ailettes du rotor, et des ailettes de sortie disposées en aval du rotor et espacées du rotor d'une distance au moins égale à la hauteur 10 des ailettes du rotor, caractérisé en ce que la cage du ventilateur comprend un passage d'entrée avec au moins une variation de la surface. 2. Une configuration pour atténuer le bruit d'un ventilateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que la variation de la 15 surface du passage d'entrée est telle que la surface du passage d'entrée diminue vers le rotor. 3. Une configuration pour atténuer le bruit d'un ventilateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que la variation de la surface du passage d'entrée est telle que la surface d'entrée aug- 20 «ente dans la direction du courant. 4* Une configuration pour atténuer le bruit d'un ventilateur selon une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que la variation de la surface dans le passage d'entrée est un changement subi. 5. Une configuration pour atténuer le bruit d'un ventilateur 25 selon une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que la variation de la surface dans le passage d'entrée est un changement graduel . 6. Une configuration pour atténuer le bruit d'un ventilateur selon une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que la rela- 30 tion du nombre des ailettes d'entrée du stator et des ailettes de sortie du stator par rapport au nombre des ailettes du rotor est déterminée par l'équation: V = 2n B + 1 où V = le nombre des ailettes d'entrée et des ailettes de sortie du 35 stator; B = le nombre des ailettës du rotor; et n = l'ordre harmonique = 1, 2, 3, ...cy°# et que la variation de la surface dans la passage d'entrée provoque 69 16418 6 2010799 une diminuation du bruit du ventilateur suivant l'équation: 10 lO910 où m est le rapport de la variation de la surface dans la passage d'entrée.