Brevet FR2321618A1 — publié le 19770318

La présente invention est relative à l'écoulement de gaz entrant dans un conduit ou en sortant, et dans une réalisation déterminée elle concerne les orientations d'entrée de ventilateurs centrifuges, du type à débit axial comme du type à débit tangentiel. Des orifices (bouches d'air) dirigés axialement se rencontrent dans des installations telles que des systèmes de conditionnement d'air, et-jusqu'à présent il a été généralement admis comme règle que pour éviter une perte d'énergie un espace approximativement égal au diamètre de l'orifice devait etre prévu entre l'orifice et toute obstruction lui faisant face. Dans le cas d'un ventilateur centrifuge, on sait que l'air passant dans l'orifice d'entrée prend un chemin en spirale, et l'espace libre en face de l'orifice d'entrée doit être au moins égal au diamètre de la roue à ailettes du ventilateur. Cette règle a été largement acceptée comme étant nécessaire pour obtenir un courant d'air suffisamment efficace dans l'orifice d'entrée. Des renseignements ont été abondamment publiés par les fabricants de ventilateurs et montrent que i'effet de la réduction de l'espace libre à l'entrée est une consommation de force motrice beaucoup plus élevée pour obtenir le même débit d'air.Si l'on prend les données d'un ventilateur centrifuge type pour un exemple d'application, le moteur actionnant le ventilateur exige un débit de puissance au frein de 9,23 et tourne à une vitesse de 1304 tours/ minute, et un espace égal à 1,0 diamètre de rotor est prévu en face de l'orifice d'entrée; mais si cette distance est réduite à 0,5 diamètre de rotor, on constate qu'une puissance au frein de 10,10 ch. est nécessaire et que la vitesse du moteur est augmentée jusqu'à 1356 tours/minute. On a ainsi l'inconvénient d'un surcroit de consommation d'énergie approchant 10 /0, et de plus le ventilateur est amené à tourner à une plus grande vitesse, d'où il résulte de plus graves problèmes relativement au traitement acoustique, ainsi que plus de fatigue et d'usurpe des pièces par suite de la plus grande vitesse.Comme la dépense de force motrice pour faire tourner un ventilateur pendant sa durée normale d'utilisation est très supérieure au prix d'achat du ventilateur, un surcroît de consommation d'énergie de près de 10 % est un très grave inconvénient. Fréquemment l'espace disponible dans une construction pour l'installation d'un ventilateur est limité, et il y aurait grand avantage à avoir une structure qui permettrait de plus petits espaces, sans une grande augmentation de consommation d'énergie, entre la paroi de face et l'entrée d'un ventilateur centrifuge. Mais jusqu'à ce jour il n'a pas été fait de propositions traitant effectivement ce problème. Suivant un côté de l'invention il est proposé un élément de guidage du courant d'air, destiné à etre monté à distance et en face d'un orifice orienté axialement vers une canalisation dans laquelle l'air doit circuler, constituant ainsi un conduit s'étendant autour de l'élément de guidage et dans le dit orifice, l'élé- ment de guidage présentant un corps ou bdti pour sa mise en place avec son axe pratiquement coaxial avec le dit orifice, et un profil discontinu dans le sens circonférentiel, tel que la marche en spirale du courant d'air autour du corps est empechée, et le corps étant formé pour diriger le courant d'air doucement entre l'orifice et l'atmosphère à l'extérieur du conduit, l'air étant dévié suivant un angle appréciable. L'invention peut être appliquée à différents types de construction avec orifices d'entrée et de sortie pour ventilateurs centrifuges, du type à débit axial ou à débit tangentiel, et orifices d'entrée et de sortie de la canalisation d'air. Les orifices peuvent être circulaires ou d'une autre forme, telle que carre. L'utilisation de cette invention permet à l'orifice de la canalisation d'être placé très près d'un obstacle tel que le mur d'un atelier. Dans des réalisations préférées de l'invention, l'orifice peut être placé à une distance de l'obstacle égale à environ 30 % du diamètre du rotor, de l'orifice ou de la roue à ailettes du ventilateur si l'orifice conduit à un ventilateur centrifuge. Cet étroit espacement peut dans certains cas permettre même d'appréciables économies de force motrice, et de façon plus générale cette disposition peut être adoptée sans risque d'entraîner de notables pertes en force motrice Un autre avantage important de cette invention est dans le fait que ce système peut incorporer une protection acoustique. L'élément de guidage a la forme d'un panneau acoustique, la protection acoustique étant par exemple celle qui est décrite ci-après avec référence aux dessins. Ceyye protection acoustique est l'objet de la demande en instance en France sous le nO 76.19.981, par Louis A. Challis. De préférence; l'élément de guidage présente des parties en saillie s'étendant de façon générale en plans radiaux espacés relativement à son axe, afin de réduire ou tenter de réduire le courant d'air normal en spirale qui autrement tendrait à se produire, en particulier quand le courant d'air passe dans un ventilateur centrifuge. D'autre part, des cloisons de séparation peuvent être montées dans l'éliment de guidage, ces cloisons s' étendant suivant des plans radiaux relativement à l'axe de l'élément de guidage, de sorte qu'à l'usage elles partent des faces du corps et se dirigent vers le centre, et éventuellement atteignent l'orifice de la canalisation, Eventuellement une partie du corps peut s'étendre jusque dans l'orifice pour assurer un courant d'air doux non tourbil tonnant Les cloisons de séparation peuvent être courbes ou avoir des parties courbes au moins dans leurs parties éloignées de la surface du corps de l'appareil, lawdirection de leur courbure étant opposée au sens de rotation de la roue à ailettes du ventilateur centrifuge, ce qui tend à s'opposer encore à la tendance naturelle du courant d'air à se mettre en spirale dans le ventilateur. Enfin, les cloisons de séparation peuvent être munies de pattes à charnière qui sont ajustables jusqu'à un réglage optimal. La présente invention peut être appliquée non seulement par son incorporation dans des ventilateurs centrifuges neufs, ou dans leurs panneaux, mais des installations existantes peuvent aussi être modifiées avec avantage. Quand l'invention est appliquée à un système de conditionnement d'air dans un immeuble, de nouvelles dispositions pour l'installation peuvent avec avantage être utilisées, permettant une intéres- sante économie à la fois sur le fonctionnement de l'installation et sur l'espace nécessaire pour celle-ci. Enfin, la protection acoustique peut être appliquée, ce qui pourra éviter la fâcheuse production de bruit, ainsi que l'emploi d'autres mesures de protection acoustique qui pourraient être inefficaces par rapport à la force nécessaire en même temps que conteuses à installer. Des réalisations de l'invention vont maintenant être décrites avec référence aux dessins joints, dans lesquels La figure 1 est une vue perspective, partiellement brisée, d'un ventilateur centrifuge à double extrémité, incorporant la présente invention. La figure 2 est une vue isométrique d'une autre réalisation de l'élément de guidage d'entrée. La figure 3 est une vue latérale en élévation de l'élément de guidage de la figure 2, montrant l'adjonction facultative d'une lame de guidage. La figure 4 est une vue en élévation d'une variante de la lame pour l'élément de guidage. La figure 5 est une vue en plan de la lame de la figure 4. La figure 6 est une vue en élévation d'une autre forme de la lame. La figure 7 est une vue en plan de la lame de la figure 6. Le ventalateur centrifuge à double extrémité de la figure 1 incorpore à la fois la présente invention et la protection acoustique suivant une invention qui est l'objet d'une demande de brevet en instance nO 76.19981 par Louis A. Challis. La figure 1 va'maintenant être décrite en détail. Le ventilateur centrifuge comprend un caisson extérieur 1 composé de panneaux rectangulaires fixés à un châssis rigide 2; un orifice de sortie 3 est disposé dans le panneau de dessus la, et chaque panneau de bout 4 présente un orifice d'entrée circulaire 5. Un moteur électrique 6 est monté sur le dessus du caisson, et au moyen de courroies 7 il actionne la roue à ailettes 8 tandis qu'bon c8ne d'entrée 9 guide l'air venant de l'orifice d'entrée et arrivant sur la roue à ailettes. La figure 1 montre cette disposition à une extrémité seulement, une disposition semblable étant prévue à l'autre extrémité; le ventilateur représenté est à double largeur et à double entrée. La roue à ailettes 7 est montée sur un arbre qui traverse le ventilateur et est monté à chaque extrémité dans des coussinets 10. Pour le guidage du flux d'air arrivant dans les orifices d'entrée, un apnneau 11 est prévu à chaque extrémité. Dans la présente réalisation, chaque panneau d'extrémité est assujetti au chas- sis 2 dans une position fixe, et l'espace entre chaque panneau et la plaque de bout 4 voisine est approximativement égal à 30 % du diamètre de la roue à ailettes. Chaque panneau 11 est muni d'un fond rigide en acier 12et d'une face acoustiquement perméable 13, qui est dans le cas présent constituée par une feuille de métal perforée dont les trous sont étroitement proches les uns des autres. Le pannéau comprend un élément de guidage 14 qui est aussi formé de toles perforées; chaque élément de guidage est formé de quatre tôles incurvées de façon concave qui se joignent les unes aux autres le long d'arêtes 15, tandis qu'un panneau central carré 16 constitue un nez plat. Les arêtes 15 agissent en réduisant appréciablement l'effet tourbillonnaire qui sans-cela se produirait, et la réduction de cet effet peut être très avantageux en relation avec la force motrice. Le panneau 11 est représenté brisé pour montrer la constitution intérieure qui comprend un remplissage de fibre de verre ou de laine minérale 17 entre la feuille perméable 13 et le fond 12 et entre l'élément de guidage 14 et la feuille perméable 13. Dans cette réalisation, le panneau n'est pas représenté comme comportant plusieurs cavités de Helmholtz, mais des cloisons de séparation sont prévues pour former de telles cavités. L'absorption acoustique est également prévue dans le ventilateur entre la spirale 18 et le caisson extérieur 1, où un remplissage d'isolement sonore 17 est également prévu, La figure 1 montre les cloisons de séparation 19 s'étendant entre le caisson et la spirale pour diviser le caisson en une série de cavités d'absorption Helmholtz ayant des centres respectifs différents à leurs bandes d'absorption. Le remplissage d'isolement sonore élargit chaque bande d'absorption acoustique. Ces cavités sont reliées acoustiquement à l'intérieur de la spirale par des bandes de perforations 20 s'étendant à travers la spirale dans une direction parallèle à l'axe du ventilateur. Cela peut permettre un accouplement acoustique effectif sans perforation excessive et par suite sans frein aérodynamique excessif.La surface de perforation peut par exemple ne pas dépasser 10 % de la surface de la spirale. Données de comparaison pour une réalisation de l'invention : ventilateur normal à lames à double largeur et double entrée d'air, avec commande d'entrée à registre, avec un diamètre de rotor de 26"1/2 (env. 673 mm), un diamètre d'entrée de 27" (686 mm), une sortie de 23"lu8 (587 mm) par 39"1/2 (1003 mm). Le ventilateur a été mis en action pour débiter 16.500 pieds cubes par minute à 1500 tours/minute et une puissance au frein de 14,1 ch. Le ventilateur avait été mis en action d'abord avec le panneau et la protection acoustique du type représenté à la figure I avec le panneau de guidage d'entrée monté de façon que la distance entre l'arrière du panneau et l'orifice d'entrée soit d'environ un tiers du diamètre de la roue à ailettes ou du rotor du ventilateur. Toutefois, quand le ventilateur était mis en action sans l'élé- ment d'entrée acoustique, pour débiter 16.500 pieds cubes par minute, il était nécessaire de faire tourner le ventilateur à 1542 touts/minute et avec une puissance au frein de 15,4 ch. L'élément de guidage des figures 2 et 3 se compose d'un élément arrière rectangulaire 30 et d'un corps incurvé 31 fabriqués de façon appropriée en tôle d'acier, avec un épaulement arrondi 32 faisant la liaison entre l'élément arrière et. le corps. Celui-ci est composé de quatre tôles d'acier de forme quadrilatérale incurvée se terminant en un nez carré 34 qui fait face à l'orifice d'entrée du ventilateur. Chacune de ces tôles 33 est fixée sur son bord le plus long à un côté de l'élément arrière 30 et s'incurve de façon concave vers le nez 34. Ces tôles se joignent les unes aux autres le long d'arrêtes 35 qui s'étendent radialement et constituent des obstacles à la tendance de l'air à prendre une voie en spirale, ce qui autrement se produirait.La figure 3 montre une particularité pouvant être adoptée facultativement, c'està-dire une lame 36, convenablement fixée par soudure suivant l'axe médian de chacune des tôles 33, bien que la figure 3 montre seulement une seule de ces lames en place. Cette lame peut facultativement être munie d'un prolongement 37 s'étendant vers et jusque dans l'orifice d'entrée du ventilateur. La lame, en variante, des figures 4 et 5 présente une partie plane 38 dont un bord est inrurvé suivant la forme du panneau 33. Cette lame peut être soudée au panneau. Elle présente une partie en protuberance 39 qui est recourbée dans une direction qui sera opposée au sens de rotation de la roue du ventilateur, cette partie en saillie 39 se prolonge au-delà du nez de l'élément de guidage. Facultativement la lame peut comporter une partie en extension 40, représentée en pointillé, se prolongeant jusque dans l'orifice d'entrée du ventilateur. Un autre modèle de lame est représenté aux figures 6 et 7; cette lame possède une partie plane similaire 39, mais est munie d'une patte à charnière 41 qui peut être orientée dans l'une ou l'autre des positions représentées à la figure 7, de façon que le courant d'air puisse être dirigé dans le sens de rotation de la roue du ventilateur, ou à l'encontre de ce sens de rotation. Référence est faite aussi aux figures 8 et 9 des dessins joints qui, respectivement, représentent schématiquement un ventilateur centrifuge à débit axial et une canalisation circulaire avec élément de guidage à un orifice d'entrée ou de sortie. La figure 8 montre l'utilisation d'un panneau suivant l'invention, espacé de l'orifice d'entrée d'environ un tiers du diamètre du rotor du ventilateur, et dans ce cas le ventilateur est chargé de disperser l'air de façon extensive dans une certaine zone, plutôt que de débiter de l'air dans une canalisation; un panneau tel que représenté en pointillé peut aussi être utilisé à 1' ori- fice de sortie. Cela permet d'obtenir un courant d'air efficace à la fois à l'entrée et à la sortie, et si le panneau est muni de la protection acoustique, une émission indésirable de bruit peut être effectivement réduite. La figure 9 représente une réalisation de l'invention appliquée à l'orifice d'entrée ou à l'orifice de sortie d'une canalisation circulaire. Des avantages semblables peuvent être obtenus aussi dans le cas de cette application. REVENDICATIONS 1 - Elément de guidage du courant d'air, destiné à être monté à distance et en face d'un orifice orienté axialement vers une canalisation dans laquelle l'air doit circuler, constituant ainsi un conduit s'étendant autour de l'élément de guidage et dans le dit orifice, l'élément de guidage présentant un corps ou b ti pour sa mise en place avec son axe pratiquement coaxial avec le dit orifice, et un profil discontinu dans le sens circonférentiel, tel que la marche en spirale du courant d'air autour du corps est empêchée, et le corps étant formé pour diriger le courant d'air doucement entre l'orifice et l'atmosphère à l'extérieur du conduit, l'air étant dévié suivant un angle appréciable. 2 - Elément de guidage suivant la revendication 1, dans lequel le profil discontinu présente plusieurs arêtes espacées les unes des autres autour de l'axe de l'élément de guidage. 3 - Elément de guidage suivant l'une des revendications 1 ou 2, et muni de plusieurs plaques espacées, disposées en des plans radiaux respectifs et s'étendant à partir du corps de l'élément, ce qui rXduit la marche en spirale du courant d'air. 4 - Elément de guidage suivant la revendication 3, dans lequel les dites plaques sont munies de parties en extension qui se prolongent vers l'orifice quand elles sont en position d'utilisation. 5 - Elément de guidage suivant l'une des revendications 3 ou 4, pour utilisation à l'orifice d'entrée d'un ventilateur centrifuge, dans lequel les dites plaques sont recourbées dans une direction qui sera opposée au sens de rotation de la roue à ailettes du ventilateur, ou ces plaques sont munies d'une patte à charnière ajustable suivant un réglage angulaire relativement au plan de la plaque. 6 - Elément de guidage suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le corps de l'élément a d'une fa çon générale la forme d'une pyramide se dressant au-dessus d'un panneau de fond. 7 - Elément de guidage suivant la revendication 6, dans lequel le corps de l'élément a la forme d'une pyramide tronquée dont les quatre côtés sont des panneaux concaves, cependant que les panneaux contigus se joignent les uns aux autres pour former des aretes s'étendant dans des plans radiaux, dont le rôle est de s'opposer à la marche en spirale du courant d'air autour du corps de l'élément. 8 - Elément de guidage d'entrée pour ventilateur centrifuge ayant essentiellement la forme décrite ici avec référence aux figures 1 et 2 des dessins joints, ou modifiée par l'adjonction de plusieurs lames telles que décrites avec référence à la figure 3, aux figures 4 et 5 ou figures 6 et 7 des dessins joints. 9 - En combinaison un ventilateur centrifuge ou un conduit d'air et un élément de guidage tel que revendiqué dans l'une quelconque des revendications 1 à 7 monté vis-à-vis d'un orifice d'entrée ou d'un orifice de sortie du ventilateur ou du conduit, l'espacement, dans une direction perpendiculaire au plan de l'orifice, entre la périphérie de l'orifice et la partie lui faisant face de l'élément de guidage étant appréciablement moindre que le diamètre de la roue à ailettes du ventilateur ou du dit orifice. 10 - Ventilateur centrifuge suivant la revendication 9, dans lequel le dit espacement est d'environ un tiers du diamètre de la roue du ventilateur ou de l'orifice. 11 - Méthode de modification d'un ventilateur centrifuge comprenant le montage d'un élément de guidage d'entrée, tel que décrit dans l'une quelconque des revendications 1 à 8, en rapport espacé et vis-d-vis de l'orifice d'entrée du ventilateur.