Brevet FR2414649A1 — publié le 19790810

La présente invention concerne un ventilateur axial comportant un boîtier plat à faces parallèles de contour poly zonal, notamment carré. Le boitier contient une enveloppe fixe sensiblement cylindrique de me même axe que le boîtier, et de longueur inférieure à l'épaisseur du boîtier dans le sens de l'axe précité. L'enve loupe est ajustée autour d'une hélice solidaire du rotor d'un moteur électrique dont le stator est fixé au boîtier par des bras radiaux transversaux à l'axe commun du boîtier et de l'enveloppe. On a réalisé de nombreux types de ventilateurs du genre précité, donnant souvent de bons résultats en service, mais durant oependant l'inconvénient d'un rendement aérodynamique relativement limité. En effet, la surface frontale du boîtier polygonal, par exemple carré, est sensiblement plus importante que la surface transversale correspondante de l'enveloppe cylindrique entourant l hélice. De ce fait, la veine d'air aspiré ainsi dans le venti lenteur et en sortant subit des effets tourbillonnaires résultant de la variation brusque de sa section transversale. En effet, épaisseur limitée du boîtier, en général imposée par des conditions d'encombrement, ne permet pas de raccorder correctement les bordures des extrémités de l'enveloppe cylindrique au contour polygonal de la face correspondante du boîtier.On sait que de tels raccordements devraient comporter des évasements de 7" seulement d'ouverture, pour éviter les effets tourbillonnaires précités qui amènent une perte de rendement aérodynamique à ig sortie r du ventilateur. Le but de l'invention est de remédier à l-'inconvénient que l'on vient de rappeler, en permettant de réaliser un ventila teur axial à boitier plat du genre indiqué dont le rendement aérodynamique d'entrée et de sortie soit sensiblement supérieur au rendement des ventilateurs connus. L'invention vise un ventilateur axial comportant un bottier plat à faces parallèles de contour polygonal, notamment carré ; le boîtier contient une enveloppe fixe sensiblement cylindrique de même axe que le boîtier, et de longueur inférieure à l'épaisseur du boîtier dans le sens de l'axe précité ; l'enveloppe est ajustée autour d'une hélice solidaire du rotor d'un moteur électrique dont le stator est fixé au boîtier par des bras radiaux transversaux à l'axe commun du boîtier et de l'enveloppe. Selon l'invention, le ventilateur précité est caractérisé en ce qu'il comporte, au voisinage de chacun des coins du boîtier polygonal, au moins une cavité disposée entre l'enveloppe de l'hélice et une paroi du boîtier sensiblement parallèle à l'axe commun du boîtier et de l'enveloppe ; chaque cavité présente, dans un sens transversal à l'axe précité, un fond sensiblement continu reliant l'enveloppe de l'hélice et la paroi précitée du boîtier ; à l'opposé du fond précité, chaque cavité présente une ouverture débouchant du c8té d'une face correspondante du boîtier. Comme on l'explique plus loin, on constate une augmentation du rendement aérodynamique du ventilateur dont le boîtier comporte les cavités conformes à l'invention, par rapport à un ventilateur dont le boîtier est dépourvu de telles cavités. L'air contenu dans les cavités conformes à l'invention joue le rôle d'un matelas fluide, par rapport à la veine d'air aspirée dans le ventilateur ou refoulée par celui-ci. Le matelas précité est maintenu en légère surpression ou en legère dépression par l'effet dynamique de la veine d'air mise en mouvement par l'hélice du ventilateur, évitant les dëcollements-tourbillonnaires indésirables en marge de la veine d'air. Ceci améliore l'efficacité de l'hélice, et le rendement d'ensemble du ventilateur conforme à l'invention. Selon un premier mode de réalisation, le fond de la cavité est sensiblement dans le plan de l'une des faces du boîtier. L'expérience montre que le fond précité doit être de préférence du côté de l'aspiration du ventilateur. On améliore ainsi l'efficacité de l'hélice et le rendement du ventilateur du côté du refoulement de celui-ci, avec un mode de réalisation simple du boîtier, moulé par exemple en alliage léger. D'une manière avantageuse, le fond de la cavité est écarté de chacune des faces du boîtier ; le fond précité détermine ainsi une cavité ouverte du côté de chacune des faces du boîtier. Ceci permet d'améliorer l'efficacité de l'hélice et le -rendement du ventilateur à la fois du côté de l'aspiration et du côté du refoulement. Le fond de chaque cavité peut comporter avantageusement au moins un passage calibré orienté dans le sens de l'axe commun au boîtier et à l'enveloppe de l'hélice En ajustant convenablement le calibre du passage précité, comme on l'expose dans la description qui suit, on assure une circulation axiale d'air dans la cavité, évitant la formation lOCalisée de décollements tourbillonnaires indésirables en marge de la veine d'air. De préférence, l'enveloppe de l'hélice comporte au moins un passage calibré orienté dans le sens radial et débouchant dans chacune des cavités disposées au voisinage de chaque coin du boîtier polygonal du côté du refoulement. Par exemple, chaque passage précité de l'enveloppe constitue dans celle-ci une fente circonférentielle en regard de chacune des cavités précitées. Grâce à l'effet centrifuge de l'hélice, on peut assurer une circulation d'air suffisante dans la cavité, avec un calibre limité du passage radial de l'enveloppe. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront encore de la description donnée ci-après de quelques modes de réalisation, présentés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés dans lesquels - la Figure 1 est une vue partielle de face d'un ventilateur conforme à l'invention, prise du côté de l'aspiration; suivant I-I de la Figure 2 - la Figure 2 est une coupe axiale schématique du même ventilateur, suivant II-II de la Figure I - la Figure 3, analogue à la partie gauche de la Figure 2, représente schématiquement en coupe axiale, une variante de réalisation de la cavité disposée à chaque coin du boîtier - la Figure 4 est un graphique comparatif montrant l'amélioration de rendement du ventilateur obtenue avec le mode de réalisation de la Figure 3, par rapport à celui de la Figure 2;; - les Figures 5 et 6, analogues à la Figure 3, représentent schématiquement, en coupe axiale, deux autres variantes de réalisation de la cavité, disposée à chaque coin du boîtier - la Figure 7, analogue à la Figure 1, est une vue de face d'un autre mode de- réalisation du ventilateur conforme à l'invention, prise du côté de refoulement suivant VII-VII de la Figure 8 - la Figure 8 est une coupe axiale d'un coin du boîtier du ventilateur de la Figure 7, suivant VIII-VIII de cette Figure - les Figures 9 et 10, analogues respectivement aux Figures 7 et 8, représentent schématiquement en plan et en- coupe axiale, un coin du boîtier d'un ventilateur conforme à un autre mode de réalisation de l'invention ;; - les Figures Il et 12, analogues aux Figures 8 et 10, sont des coupes axiales schématiques des coins du boîtier de deux eutres variantes du ventilateur conforme à l'invention - la Figure 13 est une vue partielle montrant un coin de la face de refoulement du ventilateur des Figures 1 et 2, suivant XIII-XIII de la Figure 2. Dans le mode de réalisation des Figures 1, 2 et 13, le ventilateur axial comporte un boîtier plat 1 à faces parallèles 1A, 1B, de contour polygonal, par exemple carré. La face 1A correspond, par exemple, à l'aspiration du ventilateur, et la face 1B au refoulement, suivant la flèche "F". Le boîtier 1 contient une enveloppe fixe 2, sensiblement cylindrique, de même axe X1-X2 que le boîtier, et de longueur L2 inférieure à l'épaisseur El du boîtier 1 dans le sens de l'axe Xl, X2 (Figure 2). L'enveloppe 2 est ajustée autour d'une hélice 3 solidaire du rotor 4 d'un moteur électrique dont le stator 5 est fixé au boîtier I par des bras radiaux 6, transversaux à l'axe commun X1-X2 du boîtier 1 et de l'enveloppe 2. Le ventilateur est destiné, par exemple, au refroidissement d'équipements électroniques tels que des ordinateurs, pour lesquels on fixe des limites strictes pour les dimensions et, notamment, pour l'épaisseur El du boîtier 1. Celui-ci mesure, par exemple, 200 mm de côté et 35 mm d'épaisseur El. L'enveloppe sensiblement cylindrique 2 mesure, par exemple, 190 mm de diamètre interne et environ 20 mm de longueur L2, dans le sens de l'axe X1-X2. Conformément à ltinvention (Figures 1, 2, 13), le ven tiXateur comporte, au voisinage de chaque coin du boîtier carré 1 é cavité 7 disposée entre l'enveloppe 2 de l'hélice 3, et une paroi 8 du boîtier, sensiblement parallèle à l'axe commun X1-X2 du boîtier et de l'enveloppe. Dans un sens transversal à l'axe X1-X2, chaque cavité 7 présente un fond Il sensiblement continu, reliant l'enveloppe 2 de l'hélice et la paroi 8 du boîtier 1. A l'opposé du fond 11, chaque cavité 7 présente une ouverture 12, couvrant sensiblement toute la section de la cavité 7, et débouchant du cté d'une face correspondante du boîtier, telle que la faee de refoulement 1B. Dune manière avantageuse, dens le mode de réalisation deF Figures 1, 2 et 13, le fond 11 de chaque cavité 7 est sensiblement dans le plan d'une face du boîtier 1, telle que la face d'spiration lA. Bien entendu, on donne de préférence à la bor dute interne IlA du fond 11, en regard de l'hélice 3, un profil arrondi (Figures 1, 2), pour atténuer l'effet d'une variation brusque de la section de la veine d'air aspirée par l'hélice, au niveau du fond radial il. Comme on l'expose plus loin, ltexpé- rience montre que la variation précitée de la section de la veine d*air aspirée par le ventilateur, du côté de la face 1A, est moins difavorable pour le rendement du ventilateur qu'une variation analogue de section du côté de la face de refoulement 1B. Ainsi qu'on l'a représenté sur la Figure 3, on peut avantageusement améliorer d'une manière simple l'effet de chaque cavité 7, disposée à chacun des coins du boîtier carré 1, en ména geent dans l'enveloppe 2 de l'hélice au moins un passage calibré 14,-orienté par exemple dans le sens radial, transversalement à l'axe X1-X2. Le passage calibré 14 débouche dans chacune des cavités 7, disposées au voisinage de chaque coin du boîtier carré 1, du côté de la face de refoulement 1B du boîtier 1. De préférence, chaque passage radial 14 de l'enveloppe 2 est situé sensiblement à mi-hauteur de l'enveloppe 2 au-dessus du fond 11, dans le sens de itaxe Xl-X?. Chaque passage radial 14 de l'enveloppe 2 constitue, par exemple dans-celle-ci, une fente circonférentielle en regard de chacune des cavités 7, pour améliorer l'alimentation des cavités 7, comme on l'explique plus loin. On va maintenant exposer le fonctionnement et les avantages du ventilateur qui vient d'être décrit en référence aux Figures 1, 2, 3 et 13. Lorsque l'hélice 3 tourne, entraînée par le rotor 4 du moteur électrique du ventilateur, la veine d'air aspirée vers la face d'aspiration lA du boîtier 1 subit un étranglement au voisinage de chaque coin du boîtier. En effet, le fond Il, sensiblement disposé dans le plan de la face d'aspiration 1A, est en sai;e par rapport au contour polygonal du boîtier 1, dans un sens radial par rapport à l'axe X1-X2 de l'hélice qui correspond à l'axe d'écoulement de la veine d'air. La bordure interne arrondie llA du fond atténue cependant les effets de l'étranglement précité, en réduisant les décollements tourbillonnaires des filets d'air en aval de la bordure. Du côté de la face de refoulement 1B du ventilateur, la cavité 7, dont l'ouverture 12 est tournée du côté de la face 1B, évite une perte de rendement du ventilateur, malgré l'élargissement rapide de la section de la veine d'air à la sortie de l'enveloppe cylindrique 2. En effet, la cavité 7 se trouve mise en légère dépression dynamique par le mouvement de l'air refoulé à la sortie de l'enveloppe cylindrique 2, et la dépression précitée provoque une courbure prononcée des filets d'air sortant de l'enveloppe 2 en direction de la paroi 8 du boîtier. Ceci assure un écoulement uniforme des filets, en évitant leur-décollement tourbillonnaire par rapport à la bordure de sortie de l'enveloppe 2, et par rapport à la paroi 8 du boîtier, même pour une vitesse d'écoulement élevée assurant un débit important du ventilateur. Le passage -radial calibré 14 prévu de préférence (Figure 3), améliore l'effet de la cavité 7 en assurant l'alimentation de celle-ci par un jet d'air centrifuge de l'hélice 3. En choisissant judicieusement une valeur limitée pour le calibre du passage radial 14, on peut maintenir dans la cavité 7 une dépression favorable à un évasement rapide et sans tourbillons des filets d'air refoulés par l'hélice. On assure, en même temps, dans la cavité 7 un léger débit d'air, qui évite la formation et le développement des tourbillons précités sur le bord de fuite de l'enveloppe 2 et sur la paroi 8 du boîtier 1. On a représenté sur la Figure 4 deux courbes C1 et C2 relevées expérimentalement, et donnant la valeur de la pression P au refoulement du ventilateur conforme à l'invention (face 1B), en fonction du débit D. La courbe C1 correspond au ventilateur de la Figure 2, et la courbe C2 au mode de réalisation plus avantageux de la Figure 3, comportant un passage radial calibré 14, pour l'alimentation de la cavité 7 par un jet centrifuge de l'hélice 3. On voit que le passage radial 14 évite la discontinuité marquée de la courbe C1 au voisinage d'une valeur moyenne D1 du débit (pression P1), et permet d'obtenir pour un même débit Dl une pression de refoulement P2 sensiblement plus favorable. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation que l'on vient de décrire à titre d'exemples, et on peut y apporter de nombreuses variantes, sans sortir du domaine de cette invention. On a représenté sur les Figures 5 et 6 deux autres modes de réalisation de la cavité prévue par l'invention à chaque coin du boîtier du ventilateur. Dans le mode de réalisation de la Figure 5, le fond 21 de la cavité 22, ouverte du côté de la face de refoulement lB,-est carté de chacun des plans des faces 1A et 1B, pour déterminer également une cavité 23, ouverte du côté de la face-d'aspiration 1A. On obtient ainsi une amélioration avantageuse du rendement du ventilateur, à la fois du côté de la face d'aspiration 1A et du côté de la face d'écoulement 1B. L'air contenu dans chacune des cavités 22, 23, disposées au voisinage de chacun des coins du boîtier 1, constitue, comme on l'a vu, un matelas fluide de transition pour la veine d'air. Ceci assure, sans effets tourbillonnaires indésirables, le changement rapide d'orientation des filets d'air de la veine d(air soumise aux variations de section de passage, du côté de la face d'aspiration lA et de la face de refoulement 1B. Pour réduire le niveau de bruit du ventilateur, on peut remplir partiellement les cavités 22, 23, d'un matériau d'insonorisation 24. Celui-ci est, par exemple, un matériau alvéolaire, tel qu'une mousse de matière plastique souple ou semi-rigide, déposée et collée sur les parois des cavités 22, 23, où elle absorbe par conduction les bruits d'origine mécanique du ventilateur. Sur la Figure 6, dans un mode de réalisation analogue à celui de la Figure 3, le fond 11 de la cavité 7 comporte un passage calibré 25, orienté dans le sens de l'axe X1-X2, commun au boîtier 1 et à l'enveloppe 2 de l'hélice. Le passage 25 assure une circulation d'air dans la cavité 7, comme on l'a vu à propos du passage radial 14 de la Figure 3. Bien entendu, on peut utiliser en combinaison le passage calibré radial 14 et le passage calibré axial 25 dans chacune des cavités 7 du ventilateur, en ajustant à la demande le calibre de chaque passage 14, 25. On peut ainsi obtenir une circulation optimum d'air dans la cavité 7, assurant la cour -bure désirée des filets de la veine d'air à la sortie de l'enveloppe 2, sans effet tourbillonnaire, nuisible au rendement du ventilateur. Sur les Figures 7 à 12, on a représenté d'autres variantes de réalisation du ventilateur conforme à l'invention. Dans ces-variantes, la paroi-interne 31 de l'enveloppe 2, en regard de l'hélice 3, présente avantageusement un profil évasé en direction de chacune des faces 1A, 1B, d'aspiration et de refou liement du ventilateur. L'expérience montre que l'évasement précité procure une amélioration du rendement du ventilateur, facili tant la courbure sans tourbillons recherchée pour les filets de la veine d'air à l'entrée et à la sortie de l'enveloppe 2 de l'hélice. Bien entendu, l'évasement de la paroi interne 31 de l'enveloppe 2 peut être avantageusement combiné avec les particularités déjà décrites en référence aux.Figures 3 à 6. Pat exemple (Figures 8, 10, 11, 12), l'enveloppe à paroi évasée peut être reliée à la paroi adjacente 8 des coins du boîtier carré 1, par un fond 21- écarté de chacun des plans des faces 1A, 1Bt du boiter, pour constituer à chaque coin du boîtier deux cavités 22, 23, ouvertes chacune du côté d'une face 1A, 1B, ainsi qu'on l'a déjà décrit en référence à la Figure 5 Pour chaque cavité 22 ouverte du côté du refoulement (Figures 9!,1Q,), l'enveloppe 2 peut avantageusement comporter un passage calibré 32 orienté dans le sens radial, et débouchant dans chaque cavité 22, comme le passage calibré 14 de la Figure 3. De prférence, (Figure 9), le passage calibré radial 32 constitue, dans l'enveloppe 2, une fente circonférentielle en regard de chaque cavité 22. On assure ainsi une alimentation régulière de-la cavité 22t sur tout le secteur angulaire de l'enveloppe 2 correspondant à la cavité par rapport à l'axe X1-X2 de l'enveloppe. Ainsi qu'on l'a représenté sur les Figures Il, et 12, le fond 21 de chaque cavité 22 peut avantageusement présenter un passage calibré 33, orienté dans le sens de l'axe de l'enveloppe 2, comé le passage calibré 25 du fond 11 de la cavité 12 représentée sur la Figure 6. Sur les Figures 2, 3, 5, 6, 8, 10, on a représenté le bord de fuite des pales de l'hélice 3 sensiblement en coincidence avec les bordures d'aspiration et due refoulement de l'enveloppe 2, d'une longueur L2 dans le sens de l'axe Xl-X2 (Figure 2). Bien entendu (Figure 12), le bord de fuite de chaque paie de l'hélice 3 peut aussi être décalé par rapport à l'enveloppe 2, dans le sens de l'axe Xl-X2. L'hélice 2 peut ainsi se trouver en saillie axiale du côté de la bordure d'aspiration de l'enveloppe de l'hélice 3. Celle-ci peut aussi se trouver en saillie axiale dans l'autre sens, du côté de la bordure de refoulement de l'enveloppe 2, ou encore en saillie par rapport à chaque bordure de l'enveloppe 2. REVENDICATIONS 1. Ventilateur axial comportant un boîtier plat à faces parallèles de contour polygonal, notamment carré, le boîtier contenant une enveloppe fixe, sensiblement cylindrique, de même axe que le boitier et de longueur inférieure à l'épaisseur du boîtier dans le sens de l'axe précité, l'enveloppe étant ajustée autour d'une hélice solidaire du rotor d'un moteur électrique dont le stator est fixé au boitier par des bras radiaux transversaux à l'axe commun du boîtier et de l'enveloppe, caractérisé en ce qu'il comporte, au voisinage de chacun des coins du boîtier polygonal, au moins une cavité disposée entre l'enveloppe de l'hélice et une paroi du boîtier sensiblement parallèle à ltaxe commun du boîtier et de l'enveloppe, chaque cavité présentant, dans un sens transversal à l'axe précité, un fond sensiblement continu reliant l'enveloppe de l'hélice et la paroi précitée du boîtier, chaque cavité présentant à l'opposé du fond précité une couverture débouchant du côté d'une face correspondante du boîtier. 2. Ventilateur conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le fond de la cavité est sensiblement dans le plan de l'une des faces du boîtier. 3. Ventilateur conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le fond de la cavité est écarté de chacun des plans des faces du boîtier pour déterminer une cavité ouverte du côté de chaque face du boîtier. 4. Ventilateur conforme à l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le fond de chaque cavité comporte au moins un passage calibré orienté dans le sens de l'axe commun au bottier et à l'enveloppe de l'hélice. 5. Ventilateur conforme à l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'enveloppe de l'hélice comporte au moins un passage calibré orienté dans le sens radial et débouchant dans chacune des cavités disposées au voisinage de chaque coin du boîtier polygonal, et ouvertes du côté du refoulement du ventilateur. 6. Ventilateur conforme à la revendication 5, caracté risé en ce que chaque passage radial précité de l'enveloppe constitue dans celle-ci une fente circonférentielle en regard de chacune des cavités précitées. 7. Ventilateur conforme à l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que le passage radial de l'enveloppe de lhé- lice est situé sensiblement à mi-hauteur de 11 enveloppe, au-dessus du fond, dans le sens de l'axe de l'enveloppe. 8. Ventilateur conforme à l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la paroi interne de l'enveloppe en regard de 11 hélice présente un profil évasé au moins en direction de l'une des faces du boîtier. 9. Ventilateur conforme à la revendication 8, caractérisé en ce quez la-:paroiinterne de l'enveloppe en regard de 1' hé- lice comporte un évasement en direction de chacune des faces du boîtier. 10. Ventilateur conforme à l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que au moins certaines des cavités sont remplies partiellement d'un matériau d'insonorisation, tel qu'un matériau alvéolaire souple ou semi-rigide, absorbant par conduction les bruits d'origine mécanique du ventilateur.