Brevet FR2330859A1 — publié le 19770603

La présente invention concerne un guidage de vent pour roue de ventilateur sur l'arbre de laquelle est fixée une pluralité de pales orientées radialement. Le bruit d'un ventilateur est causé par une multiplicité de mécanismes aérodynamiques. Dans le cas particulier d'un ventilateur axial le bruit rayonne se compose de bruissements à larges bandes de fréquences et de sons à fréquences discrètes. Les bruissements à larges bandes sont causés par des perturbations stochastiques de ltecoulement de l'air et a plusieurs sources, par exemple l'écoulement de couche limite sur les pales. Les fré- quences discrètes sont provoquées par les fluctuations de pression causées par les diffrentes pales. Les fréquences fondamentales de ces signaux de pression, c'est-à-dire le son du à la rotation elle-mdme, correspond à la vitesse de rotation de la roue de ventilateur, multipliée par le nombre des pales.Lorsque l'in- tervalle entre les extrémités extérieures des pales et la face intérieure du guidage de vent, ctest-à-dire la fente entourant la roue de~ventilateur, est relativement grande, ce sont les wé- nanismes engendrant des bruissements dans cette fente qui dominent dans le bruit rayonné par le ventilateur axial. Ceci s 'applique aux bruissements à larges bandes dus à l'écoulement de l'air et aussi au son du à la rotation elle-mOme dans le cas de rotation excentrée de la roue dans le guidage de vent.Est engendré en outre un bruit à fréquence fortement donnante, Dans le cas d'un tel ventilateur axial dont le palier de roue et le guidage de vent sont rigidement liés l'un à l'autre, on peut pratiquement éviter les bruissements supplémentaires en réduisant convenablement l'intervalle entre les extrémités des pales et la face intérieure du guidage de vent. Dans le cas d'un ventilateur où le palier et le guidage sont déplaçables l'un par rapport à l'autre dans le plan de la roue et où le guidage de vent présente nécessairement pour ce faire un intervalle relativement grand vis-à-vis des extrémités de pales, lesdits bruissements supplémentaires étaient antérieurement inévitables.Or on utilise des ventilateurs de ce dernier type en particulier pour refroidir le liquide réfrigérant des véhicules automobiles, auquel cas halbi tuellement le guidage de vent est disposé sur le châssis ou bien sur le radiateur rigidement lié au châssis et la roue de ventilateur sur le moteur lui-même élastiquement fixé au chJssis au moyen de blocs à base de caoutchouc.En raison des vibrations du moteur par rapport au châssis qui, à faible vitesse de rotation du moteur et en particulier au démarrage, peuvent être très importantes, l'intervalle entre les extrémités des pales et le guidage de vent est relativement grand. C'est la raison pour laquelle les ventilateurs servant au refroidissement des moteurs de véhicule automobiles font toujours des bruits intenses et ponants. Ces bruits sont souvent perceptibles nettement à l'intérieur et à l'extérieur du sethicule. Pour réduire la gêne causée au conducteur et aux passagers du véhicule ainsi que ocelle apporte à l'environnement, divers essais ont déjà eu lieu pour amoindrir ce bruit de ventilateur. Suivant une solution connue de ce problè- me, on débraye automatiquement le ventilateur lorsqu'on dupasse une vitesse prédéterminée de roulage et la forte vitesse de vent correspondante. Cette solution ne s'est cependant avérez satisfaisante que sur des moteurs de cylindre moyenne.Les antres propositions tendant à réduire le son du à la rotation elle-mOrne et le bruissement supplémentaire au moyen de dispositifs insonorisants, sont de complication et d'encombrement relativement grands et ne sont donc pratiquement pas envisageables en construction automobile. L'étude du spectre de bruit produit par le ventilateur utilise au refroidissement d'un moteur a conduit à connattre que le bruissement prenant naissance en plus du son du à la rotation elle-même et du bruit d'écoulement de l'air était engendré par la résolution des tourbillons qui se formeat dans la fente annulaire comprise entre les extrémités des pales tournantes et la face inté- rieure du guidage de vent. La fréquence dominante f de résolution des tourbillons et du bruissement ainsi provoqué peut se trouver au dessus ou au dessous de la fréquence du son du à la rotation elle-mEme et s'exprime par la relation suivante : S # cm f = d où d est la largeur de la fente entourant la roue de ventilateur c la vitesse moyenne d'écoulement de l'air traversant le ven m tilateur en direction axiale et S le nombre de STROUHAL (nombre sans dimensions) qui dans le cas des dimensions et vitesses d'écoulement intervenant en construction automobile est de l'ordre de 0,18 à 0,2. La présente invention a des lors pour but d'éviter les inconvénients signalés des ventilateurs connus. A cette fin, un ventilateur suivant l'invention se caractérise en ce que, pour réduire au moins le bruit engendre aux extrémités des pales' dans la fente comprise entre celles-ci et la face intérieure avoisinante du guidage de vent, ladite face intérieure au moins est revê- tue d'un matériau poreux insonorisant. Le guidage de vent suivant l'invention permet d'amortir les mécanismes donnant naissance au bruissement dans la fente péri phénique d'un ventilateur axial, c'est-à-dire à la fois le bruissement à large bande du à ltécoulement d'air, le son du à la rotation elle-mEme dans le cas de montage excentré de la roue et la fréquence due à la résolution des tourbillons. Ce guidage de vent suivant l'invention peut être rdalisé par des moyens trbs simples de fabrication, sans que le cotit de construction soit notablement augmenté. Dans une forme préférée de réalisation de lI invention, le guidage de vent tout entier est fabriqué en matériau poreux insonorisant et dans une autre forme de réalisation la surface du matériau poreux insonorisant ou plus précisément au moins celle avoisinant les extrdmités des pales, est recouverte d'une couche mince non poreuse, pour mettre les pores à l'abri des salissures. Conne matériau poreux insonorisant, on peut utiliser pratiquement tous les materiaux à pores fins, dans la mesure où ils sont inertes vis-à-vis de la chaleur produite par le moteur et les substances quton rencontre inévitablemen* dans l'environnement d'un moteur, par exemple l'essence et l'huile. Sont utilisables en particulier dee fibres naturelles ou artificielles liées entre elles au moyen d'une résine synthtiquet et qui sont pressées pour en faire un guidage de vent d'une seule pièce. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit d'une forme préférée de réalisation et à I'examen des dessins annexés correspondants dans lesquels : - la fig. 1 est une vue schématique par coté d'un radiateur avec guidage de vent rattaché et d'une roue de ventilateur munie de pales - la fig. 2 est une vue en coupe radiale à beaucoup plus grande échelle de la fente comprise entre I'extrémité extérieure dune pale et la partie avoisinante du guidage de vent - la fig. 3 est un diagramme comparé des niveaux de bruit mesurés en fonction de leur frequence, sur des roues de ventilateurs tournant à deux vitesses différentes, avec et sans revêtement du guidage de vent au moyen d'un matériau sonore poreux insonorisant. Tel qu'il est représenté schématiquement à la fig. 1 un ventilateur axial 10 coopère avec un radiateur 11. Le ventilateur renferme un guidage de vent 12 dont une entrée conique 13 est fixée du c8té de sa grande ouverture au radiateur et un anneau 14 se raccordant à ladite entrée conique du côté de la petite ouverture de celle-ci. La face intérieure de la paroi de l'anneau est pourvue d'un revêtement 13 en un matériau poreux insonorisant. L'anneau 14 entoure une roue 16 qui, dans l'exemple représenté, a six pales dont quatre seulement 17, 18, 19, 20 sont visibles sur la figure. L'arbre 21 de la roue est disposé pratiquement suivant l'ase de l'anneau 14. Les extrémités extérieures des pales sont espacées du revêtement 15 de 11 anneau 14 de façon à laisser libre une fente 22. Le carter du ventilateur, conçu en guidage de vent 12,peut être composé de l'entrée conique 13 et de l'anneau 14 ou bien être fait d'une seule pièce. Le matériau constitutif du guidage de vent 12 peut être choisi parmi les métaux courants ou les matiè res plastiques résistant aux chocs. Le revêtement 15 peut être en n'importe quel matériau poreux insonorisant, par exemple en laine métallique compactée ou en matière plastique mousse. Un matériau préféré est un voile de fibres naturelles ou synthétiques liées entre elles par une résine plastique thermodurcissable.Un tel voile de fibres liées par une résine et qui s'est avéré convenir au but poursuivi est le produit vendu sous la marque commerciale "TACA". La fente 22 est destinée à assurer que -les extrémités extérieures des pales ne touchent pas l'anneau 14 ou plus précisément le revêtement 15, même dans le cas où le moteur, et par lui l'arbre 21, vibre par rapport au chSasis du véhicule et au guidage de vent fixé à ce chassies. Dans une forme préférée de réalisation pratique du guidage de vent suivant l'invention, la largeur de ladite fente est d'environ 20om et l'épaisseur du revêtement poreux insonorisantutilisw sons forme de produit TACA, d'environ 8mm. Pour expliquer le mode d'action du guidage de vent suivant l'invention, on a représenté à la fig. 2 à plus grande échelle la fente 22 comprise entre les extrémités extérieures des pales tournantes 19 et le revêtement 15 de 11 anneau 14. L'air accéléré par les pales en directions axiale et radiales forme dans la fente 22 des tourbillons 26 qui sont engendrés aux extrémités des pales et se résolvent à leur sortie de la fente, moyennant quoi la fréquence à laquelle ces tourbillons se résolvent engendre un bruit, dominant dans une certaine bande de fréquences.Le revêtement 15 en matériau poreux insonorisant fait que les tourbillons pénétrent au moins en partie dans le revêtement (ce qui est indiqué à la fig. 2 par des courbes en trait interrompu), où leur énergie cinétique est au moins en partie convertie en chaleur. il en résulte que dans une fente garnie de revêtement, les tourbillons engendrés sont moins nombreux et moins intenses que dans une fente sans revêtement et que le bruit produit par la résolution des tourbillons est notablement réduit. En outre l'énergie cinétique de la composante radiale du mouvement stochastique des particules, qui se superpose à celui d'écoulement, se trouve réduite par le revêtement et par là le ronflement à large bande.Enfin est égale- ment réduit le mouvement des particules engendré dans la fente de la roue par les fluctuations de pression qui correspondent au son du à la rotation elle-même. Le revêtement permet ainsi d'amortir non pas des bruits déjà existants, mais le déclenchement des mécanismes provoquant le bruit, ce qui est incomparablement plus efficace. Dans la forme de réalisation décrite et représentée à la fig. 1 du guidage de vent suivant l'invention, c'est la facs intérieure de l'anneau faisant partie de ce guidage de vent qui est pourvue d'un revêtement en matériau poreux insonorisant. Mais on peut aussi fabriquer le guidage de vent tout entier, ctest-à- dire son entrée conique et son anneau, d'une seule pièce en un matériau poreux insonorisant approprié, auquel cas naturellement un revêtement supplémentaire de l'anneau devient superflu. Il convient d'indiquer aussi que le matériau poreux insonorisant n'a pas nécessairement à présenter une surface à pores ouverts.Pour empêcher l'engorgement des pores par des salissures ae déposant à leur intérieur, on peut recouvrir la surface du revêtement 15 - ou de l'anneau fait tout entier en un matériau poreux insonorisant - d'une feuille non poreuse très mince 27. Comme matériau convenant à cette fin, on peut citer par exemple une pellicule de polyester vendue sous la marque commerciale "iYuR". On a porté sur le graphite de la fig. 3 quelques résultats de mesure de la puissance sonore en fonction des fréquences de bruit. Les courtes 3iO et 3f représentent le niveau de bruit dans le cas d'une roue de ventilateur à six pales et tournant à raison de 2000 - 4000 toursjminute dans un anneau sans revêtement. Les courbes 33 et 34 représentent les niveaux de bruit correspondants dans le cas de la même roue de ventilateur tournant à des vitesses de rotation correspondantes dans un guidage de vent dont anneau présente un revêtement en matériau poreux insonorisant. Les bandes relativement étroites de fréquences 35, 36 et 35a, 36a correspondent à la fréquence fondamentale dite premier harmonique du son du à la rotation elle-même, les bandes 37 et 37a à la fréquence de résolution des tourbillons et les larges bandes de fréquence 38 et 38a au bruissement d'écoulement provoqué par le mouvement stochastique des particules. On voit clairement sur cette figure que le seul fait de revêtir l'anneau du guidage de vent d'un matériau poreux insonorisant a pour conséquence de réduite le niveau de bruit de plus de 5 dB et le son du à la rotation elle-mEme d'environ 8 dB. il va de soi que le guidage de vent suivant l'invention est utilisable non seulement sur un ventilateur axial coopérant avec le radiateur d'un véhicule automobile mais à tout ventilateur où une composante importante du bruit global prend naissance dans la fente comprise entre les extrémités extérieures des aubes et le guidage de vent les entourant. R E v E N D I c A T I o NS 1 - Guidage de vent pour roue de ventilateur sur l'arbre de laquelle est fixée une pluralité de pales orientées radialement, caractérisé an ce que, pour réduire au moins le bruit engendré aux extrémités des pales (19) dans la fente (22) comprise entre cellesci et la face intérieure du guidage de vent (12), ladite face intérieure au moins est revêtue d'un matériau poreux insonorisant (ils). 2 - Guidage de vent selon la revendication 1, caractérisé en ce que le guidage de vent (12) tout entier est fait en matériau poreux insonorisant. 3 - Guidage de vent selon la revendication i, caractérisé en ce que, pour mettre les pores du matériau poreux insonorisant à l'abri des salissures, la surface de ce matériau avoisinant au moins les extrémités des pales 19, est recouverte d'une couche mince non poreuse de protection (27 > . 4 - Guidage de vent selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit matériau poreux insonorisant (15) est à base de fibres liées par une résine synthétique.