Brevet FR2027750A1 — publié le 19701002

La présente invention se rapporte principalement .à des -ventilateurs.tels que ceux qui sont utilisés pour la ventilation industrielle. les ventilateurs, en particulier lorsqu'on les utilise 5 pour la climatisation ou la ventilation de "bâtiments ou de mines profondes doivent être capables de fonctionner d'une manière efficace sans "bruit, le "bruit d'un ventilateur est en grande mesure une fonction de la vitesse du "bout de ses pales et on ne peut obtenir de faibles niveaux de bruit qu'avec de faibles vitesses du bout 10 des pales, et pour que le'ventilateur fonctionne de la manière voulue dans de telles circonstances il faut soit un grand nombre de pales soit des pales dont le rapport d'aspect est plus faible, ce qui a pour résultat de faire augmenter les dimensions du moyeu. lorsqu'il faut de bonnes caractéristiques de réglage du 15 débit et qu'il n'est pas possible d'obtenir un amortissement du bruit, il faut souvent faire appel à l'utilisation de moteurs à vitesse variable pour entraîner les ventilateurs tandis qu'il est souvent souhaitable de pouvoir inverser le-sens d'écoulement de l'air, par exemple lorsqu'on passe d'un chauffage à un cycle de 20 refroidissement dans un système de climatisation centralisé. Ces deux considérations impliquent inévitablement un accroissement de complication et de prix. la présente invention utilise un réglage de la circulation d'écoulement autour des pales du ventilateur en refoulant des cou-25 rants de fluide tangentiellement depuis les surfaces de celles-ci afin d'obtenir des coefficients de soulèvement- élwés - qui permettent auxventilateurs de tourner a des vitesses du bout de leurs pales qui sont compatibles avec un fonctionnement sans bruit, tout en-donnant des rendements comparables à ceux des ventilateurs plus elas-30 siques qui tournent à des vitesses plus élevées des bouts de. leurs pales. En faisant varier la force vive et le sens du refoulement effectué à partir des pales il est possible de faire varier le débit à travers un ventilateur sans faire appel à un entraînement 35 à vitesse variable ni à des mécanismes compliqués de pas variable. Un ventilateur suivant la présente invention comprend un rotor qui est monté coaxialement à l'intérieur d'un conduit à peu 70 00075 -2- 2027750 près cylindrique et qui comporte une série de pales espacées cir-conférentiellement et s1étendant radialemënt, des ouvertures disposées dans le sens de la longueur étant formées sur les surfaces des pales et un moyen fournissant du fluide aux ouvertures pour 1'-5 en refouler à peu près tangentiellement- sur les surfaces extérieures des pales. Dfautres avantages et caractéristiques de la présente invention ressortiront au cours de la description détaillée qui va suivre, faite en regard des dessins annexés qui donnent à titre tO explicatif mais nullement limitatif plusieurs formes de réalisation conformes à 1'invention. Sur ces dessins, la figure î est une vue en perspective de l'ensemble d'un ventilateur, 15 la figure 2 est une coupe axiale à travers le ventilateur de la figure 1, la figure 3 est une coupe transversale à travers une pale du ventilateur, suivant la ligne III-III de la figure 2, et la figure 4 est une vue semblable à celle de la figure 2 20 d'une variante de ventilateur. L'ensemble du ventilateur qu'on voit sur la figure 1 comprend un carénage 1 qui renferme un moyeu, monté de manière à tourner coaxialement à l'intérieur d'un conduit cylindrique formé par une enveloppe 2,et portant six pales 3 espacées circonférentiellement, 25 de section droite circulaire»qui sont fixées rigidement au moye.u 1 et s'étendent radialement jusqu'au voisinage de la surface intérieure de l'enveloppe 2. Le carénage 1 ne tourne pas et il est fixé à la paroi du conduit par un croisillon qui s'étend en travers de ce dernier. Comme on le voit- sur là figure 2, le moyeu 4 est relié 30 à un mot eux électrique 5 à vitesse constante qui fait tourner le rotor du ventilateur à l'intérieur du conduit. Le moyeu 4 est creux et comporte un orifice d'entrée 6 à l'aide duquel l'air atmosphérique peut pénétrer dans lè moyeu depuis l'intérieur du carénage 1. Les bras du croisillon peuvent être'Utilisés pour faire passer l'air 35 depuis la périphérie extérieure de l'enveloppe du conduit. Les pales . 3 sont également creuses et l'intérieur de chacune d'elles est reliée à l'intérieur du moyeu. Chaque pale "-comporte une ouverture 7 s'éten— 70 00075 -3- 2027750 dant dans le sens de sa longueur qui traverse obliquement sa surface extérieure, comme on peut le. voir sur la figure 3. Â'l'endroit où elle traverse la surface extérieure de la pale, l'ouverture 7 sous—tend un angle Y*à. l'axe de la pale par 5 rapport à sa partie arrière et par rapport à son sens de rotation prévu (la partie supérieure de la figure 3)» Un angle préféré pour y est de l'ordre de 25°. Lorsque le rotor du ventilateur est mis en rotation, de l'air s'écoule autour des opales et il se produit une région de 10 faible pression à la surface extérieure de chaque pale, au voisinage de l'ouverture. Il se produit une différence de pression de part et d'autre de l'ouverture et, du fait que l'intérieur de la pale est en communication avec l'orifice d'entrée 6, cette différence de pression fait écouler de l'air depuis l'aspiration et le 15 fait refouler par l'ouverture sur la surface extérieure de la pale, comme représenté par la flèche Y » la vitesse d'écoulement à travers l'ouverture est approximativement égale à la • . valeur du débit- possible à : la vitesse.de surface locale et du fait que cette dernière valeur est réduite en pratique par. des effets de couche 20 limite, il en résulte une circulation produisant des forces de soulèvement' sur chaque pale qui agissent de manière à aspirer l'air à travers le conduit du • ventilateur.. Le débit à travers le ventilateur peut être réglé en étranglant l'orifice d'entrée 6, une soupape 8 pouvant être déplacée axialement étant.utilisée dans ce but 25 dans ce mode de réalisation particulier». le débit tuasse qu'on peut obtenir à travers 1 'ouverture est une fonction de la différence de pression et de la largeur de la fente. Une valeur normale du rapport entre la largeur W de l'ouverture et la corde 0 de la pale (voir figure 3) est de l'ordre 30 de 0,01 (on pourrait sîattendreà ce que le rendement diminué si ce rapport dépassait 0,02}.. Il peut être avantageux de faire varier la largeur de la fente,radialement,depuis une valeur minimale à l'endroit du moyeu. Une élévation de pression à peu près constante en tous points du 35 ventilateur sur le disque balayé peut"être obtenue si : 70 00075 2027750 la valeur moyenne de la fente serait "bien entendu celle qui a été indiquée plus haut. On peut obtenir un fonctionnement amélioré du ventilateur lorsqu'une quantité supplémentaire d'air est fournie pour augmenter 5 le débit masse qui est produit automatiquement à travers les ouvertures. Un tel agencement comporte un compresseur entraîné par le moteur du ventilateur. Sur la figure 4, dans laquelle on a utilisé les mêmes références numériques pour indiquer des éléments corres-10 pondants .précédents , une pompe 9 du type à palettes est reliée au moyeu 4 de manière à être entraînée'par ce dernier et elle fournit de l'air à. l'intérieur du moyeu et de là aux pales. Un, papillon 10 disposé à l'entrée de la pompe permet de régler le fonctionnement du ventilateur. les rapports de pression voulus 15 obligent à utiliser un compresseur à déplacement positif si, comme cela est préférable, il est entraîné à là vitesse du ventilateur. Dans le mode de réalisation qui vient d'être décrit, on peut obtenir un fonctionnement aérodynamique amélioré eïi utilisant deux ouvertures espacées circonférentiellement autour de la sur-20 face de la pale afin d'augmenter la gamme effective d'incidence du courant d'air à travers le conduit. L'air qui doit être refoulé des ouvertures des pales peut également être fourni par une source extérieure lorsque cette dernière peut être disposée d'une façon commode. " 25 Lorsqu'il est souhaitable de pouvoir inverser le débit à travers un ventilateur sans recourir à cm entrainement réversible, des agencements d'ouverture disposés dé manière à refouler à volonté. l'air suivant des directions opposées, telles que celles décrites dans les demandes de brevet britanniques n° 18141/67 du 30 "déposée par '• et KS 59583/68 du déposée 'par . pourraient être utilisés. Il suffirait, alors d'un mécanisme de commande et de réglage relativement simple. 35 La.présente invention, en particulier sous la forme du mode - de réalisation des figures 1 et 2, peut être combinée d'une façon avantageuse avec la protection recherchée dans la demande de brevet 70 00075 -5- 2027750 britannique n° 58176/68 du déposée par dans laquelle on décrit un agencement de propulseur ou hélice disposé dans un conduit où le courant de fluide circulant dans ou autour d'un conduit est réglé par le refoulement du 5 fluide depuis au moins une ouverture formée sur une enveloppe ou blindage qui forme le conduit. Un enveloppement serré des bouts des pales par 1'enveloppe qui forme le conduit est extrêmement avantageux pour réduire en le risque de formation de tourbillons/arrière qui se traduisent 10 par des pertes. Pour des raisons semblables, il est préférable également que les ouvertures des pales s'étendent Jusqu'aux bouts de celles-ci ou aussi près de ces bouts que cela est possible en pratique. A ce point de vue, il est possible qu'on puisse obtenir un fonctionnement amélioré du ventilateur en utilisant des 15 gardes pneumatiques des bouts des pales comme décrit dans la demande de brevet britannique n° 13885/68 du déposée par Un agencement qu'on estime particulièrement prometteur consiste à refouler l'air d'une fente qui s'étend autour d'une partie de la 20 périphérie d'une pale de section cylindrique au voisinage d'une ouverture de sortie disposée à peu près comme représenté sur la figure 3 de la présente demande et d'une autre fente qui est à peu près diamétralement opposée. Les pales cylindriques,telles que celles décrites,ne sont 25 pas essentielles, bien que la sensibilité relative d'une section droite à peu près circulaire aux effets d'incidence., jpuisss être . avantageuse. . A nouveau, on peut utiliser des combinaisons de forme de pales dans lesquelles, par exemple, des pales de section droite aérodynamiques classiques avec ou sans ouverture de sortie, 30 sont disposées entre les pales cylindriques telles que celleS[décri-tes ici. La présente invention pourrait être appliquée à des venti-. lateurs de refroidissement destinés à des moteurs de véhicules automoteurs, etc où il est commode qu'un ventilateur soit entraîné par le 35 moteur, intéressé mais où les débits de refroidissement nécessaires ne sont pas nécessairement en rapport avec la vitesse du moteur. 70 00075 -6- 2027750 ji)n faisant varier le débit masse refoulé des ouvertures des pales du ventilateur, on peut obtenir facilement un taux de débit de refroidissement avantageux sans avoir recours à.des agencements compliqués et coûteux tels qu'un entraînement séparé, ou des em-5 brayages hydrauliques ou magnétiques. . - On estime que les ventilateurs tels que ceux qui ont été décrits ici présentent une gamme de âçbitsjétendue englobant le fonctionnement des ventilateurs à la fois à débit axial et à débit centrifuge de forme classique dont les dimensions et les vitesses 10 de rotation sont semblables et dont les consommations, d'énergie. sont également semblables. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre explicatif mais nullement limitatif et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir de 15 son cadre. 70 00075 -7- 2027750 BEVEKDICATIOKg 1.; Ventilateur ou dispositif semblable caractérisé en ce qu'il comprend ï un rotor monté coaxialement à l'intérieur d'un conduit à peu près cylindrique et comportant une série de pales 5 espacées circonférentiellement s'étendant radialement, des ouvertures s'étendant dans: le sens de la longueur étant formées sur les surfaces des'pales et un moyen fournissant un fluide aux ouvertures pour l'en refouler à peu près tangentiellement sur les surfaces extérieures des pales. 10 2. Ventilateur ou dispositif semblable suivant la reven dication 1/ caractérisé en ce que la rotation du rotor fait passer le fluide à travers les ouvertures ou certaines d'entre elles. 3. Ventilateur ou dispositif semblable suivant la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que les ouver- 15 tures sont disposées dans une région des pales ou une bases pression est établie par l'écoulement du fluide autour des pales qui est produit par la rotation du rotor. 4. Ventilateur ou dispositif semblable suivant la revendication 1, la revendication 2 ou la revendication 3, caractérisé 20 en ce qu'il comporte des ouvertures disposées sur les parties arrières des pales,par rapport au sens de rotation prévu du rotor. 5. Ventilateur ou dispositif semblable suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les ouvertures sous-tendent un angle d'à peu près 25° aux axes :des. pales respectives. 25 6. Ventilateur ou dispositif semblable suivant lrune quelconque des revendications de 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend une entrée de fluide communiquant avec les ouvertures et un moyen faisant varier le débit à travers l'ouverture d'entrée. 7. Ventilateur ou dispositif semblable suivant l'une 30 quelconque des revendications de 1 à 6, caractérisé en ce qu'un compresseur est agencé pour fournir un fluide gazeux aux ouvertures. 8. Ventilateur ou dispositif semblable suivant la revendication 7t caractérisé en ce que le compresseur est monté de façon, à être entraîné avec le rotor. 35 ^.Ventilateur ou dispositif semblable suivant la revendi cation 7 ou la revendication 8 .caractérisé en ce que le compresseur est du type à déplacement positif. 70 00075 -8- 2027750 10. Ventilateur ou. dispositif semblable suivant l'une quelconque des revendications précédentes,caractérisé en ce que le rapport de la largeur moyenne d'une ouverture à la corde de la pale respective est à peu près de 0,01. 5 11. Ventilateur ou dispositif semblable suivant la revendication 10, caractérisé en ce que la largeur de l'ouverture varie radialement par rapport à l'axe du rotor. 12. Ventilateur ou dispositif semblable suivant la revendication 11, caractérisé en ce que la largeur de l'ouverture 10 augmente lorsque le rayon augmente. 13. Ventilateur ou dispositif semblable suivant la revendication 12, caractérisé en ce que la largeur de l'ouverture varie suivant l'expression W r ou W est la largeur et r le rayon. 15 14. Ventilateur ou dispositif semblable suivant l'une quelconque des revendications précédent^, caractérisé en ce qu'il comporte des pales dont la section droite est à peu près circulaire. -