Brevet FR2485115A1 — publié le 19811224

La présente invention concerne de façon générale les ventilateurs centrifuges et plus précisément un ventilateur centrifuge du type ayant une roue centrifuge entraînée par un moteur et dont l'axe est supporté par un carter. Les ailettes ou passages de la roue sont destinés a chasser un fluide vers une sortie, sous l'action de la force centrifuge, avec création d'une pression élevée et avec une vitesse correspondant à l'application prévue du ventilateur. Habituellement, une chambre de diffusion est formée entre les bords de sortie de la roue et la face interne du carter. Ce dernier a un passage dirigé tangentiellement et s'élargissant vers l'orifice de sortie si bien que la configuration de la chambre diffusante dépend du rendement de la roue lorsque le fluide évacué se rapproche de l'orifice de sortie. A proximité de cet orifice, l'élargissement de la chambre est réalisé de manière qu'il donne au fluide évacué une vitesse et une pression optimales si bien que le rendement du ventilateur est accru et son effet est maximal. Les caractéristiques mécaniques du ventilateur de ce type sont modifiées d'après des caractéristiques prédéterminées représentant différents modes de fonctionnement du ventilateur pour des conditions données de fonctionnement, par exemple suivant la pression et le rendement voulus. Certaines caractéristiques sont communes à tous les ventilateurs centrifuges, à savoir la courbe caractéristique indiquant la variation des paramètres de travail du ventilateur avec différentes conditions de fonctionnement. Dans les types connus de ventilateur centrifuge, lorsque la vitesse de rotation de la roue augmente, par exemple afin que le rendement et la pression statique augmentent, le rendement mécanique reste pratiquement constant car, même lorsque l'augmentation de la vitesse de rotation de a roue améliore les caracté ristiques obtenues, la pression statique et la puissance absorbée augmentent aussi. Ainsi, les courbes caractéristiques montrent que le rendement reste pratiquement constant, entre des limites très proches.Les lois de l'hydrodynamique permettent de démontrer que ce comportement des ventilateurs centrifuges est dû au fait que, lorsqu'une chambre de diffusion a été dessinée pour une condition déterminée de fonctionnement, les dimensions et la configuration caractéristiques géométriques de la chambre ne permettent pas de changement étant donné la construction fixe du boîtier. L'invention concerne un ventilateur centrifuge ne présentant pas ces inconvénients. Plus précisément, elle concerne un ventilateur centrifuge qui rend possible la modification de la configuration géométrique et de la dimension de la chambre diffusante. Elle concerne aussi une pompe centrifuge dont les paramètres de fonctionnement peuvent être réglés commodément. Plus précisément, l'invention concerne un ventilateur centrifuge du type décrit qui comporte un carter délimitant une enveloppe pratiquement cylindrique ayant un conduit tangentiel de sortie et des parois la térales dont l'une a un conduit tubulaire d'entrée qui dépasse en partie dans le carter, une roue supportée afin qu'elle tourne dans le carter en face de l'orifice d'extrémité du conduit d'entrée, et une cloison tubulaire mobile axialement, entourant coaxialement le conduit d'entrée et dépassant de façon réglable dans le carter, vers la face de la roue afin qu'elle délimite avec celle-ci un espace variable reliant une préchambre diffusante réglable, formée dans le carter entre la cloison tubulaire déplaçable et le conduit d'entrée, et une chambre diffusante principale formée entre la cloison tubulaire déplaçable et l'enveloppe cylindrique.L'axe de rotation de la roue est aligné sur l'axe central du conduit 'entrée de fluide. La partie de la cloison tubulaire qui dépasse à l'extérieur est entourée par une gaine annulaire formée autour de la partie du conduit d'entrée qui dépasse vers l'extérieur et raccordée hermétiquement à une première paroi latérale afin que la cloison mobile puisse être logée La chambre diffusante variable est limitée par la face de la roue, la partie du conduit d'entrée de fluide qui dépasse vers l'intérieur, et la partie de la cloison mobile qui dépasse vers l'intérieur, cette cloison pou va rt-être déplacée axialement vers une position de fermeture, très proche de la face de la roue, et vers une position d'ouverture, distante de la face de la roue. Dtautres caracteristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une perspective d'un ventilateur centrifuge selon l'invention - la figure 2 est une élévation frontale du ventilateur de la figure I ; - la figure 3 est une coupe du ventilateur de la figure 1 par un plan horizontal passant par l'axe de la roue ; - la figure 4 est une coupe suivant la ligne A-A de la figure 3 du ventilateur selon l'invention ; - la figure 5 est une coupe analogue à la fi-gure 3 d'une variante de ventilateur ; et - la figure 6 est un graphique représentant les caractéristiquesdu ventilateur selon l'invention. Le ventilateur selon l'invention, comme indiqué sur les figures I à 4, comporte un carter 1 ayant une enveloppe cylindrique ou en volute comportant un conduit tangentiel de sortie et deux parois latérales planes et parallèles 2. L'une des parois latérales a un conduit tubulaire transversal 3 formant une entrée axiale de fluide ambiant. Le conduit tubulaire 3 dépasse en partie à l'intérieur du carter I et est tourné vers les bords 5 d'entrée des ailettes d'une roue centrifuge 6 ou de ventilateur qui tourne sur un arbre 7 d'entrainement dont l'axe colncide avec l'axe central du conduit tubulaire 3.L'arbre 7 d'entraînement est supporté afin qu'il puisse tourner dans un palier monté sur l'autre paroi latérale 2.Le diamètre de la roue 6 depasse celui du conduit 3 d'entrée.Les bords externes 9 de sortie de la roue 6 délimitent avec l'enveloppe 10 du carter 1 un espace principal 11 de diffusion qui peut varier entre un volume minimal et un volume maximal par-rapport à la partie 12 de sortie. Selon l'invention, la paroi latérale 2, du coté d'entrée du ventilateur, a une fente annulaire 13 formée concentriquement à l'axe central du conduit tubulaire 3 d'entrée, et cette fente est séparée hermétiquement de l'atmosphère ambiante par une gaine cylindrique 14 qui entoure la partie du conduit 3 qui dépasse vers l'extérieur. Cette gaine 14 est fixée à la paroi 2 par des vis 15 et par une bague d'étanché- ité, et au conduit 3 auquel elle est hermétiquement fixée par exemple par soudage. L'espace annulaire 16 formé dans la gaine 14 contient une cloison cylindrique 17 mobile axialement, dépassant par la fente annulaire l3 vers les bords 9 de sortie de la roue 6. Comme in diqué sur la figure 3, la cloison 17 qui est réglable axialement, est concentrique au conduit tubulaire 3 et ainsi à l'axe de l'arbre 7 d'entraînement de la roue 6. La base annulaire de la gaine 14 a, de chaque côté de l'arbre 7 d'entraînement, des supports 21 de guidage de tiges 20 de commande qui dépassent de l'extérieur à l'intérieur de l'espace annulaire 16, tout en assurant l'étanchéité, et qui sont relies à la cloison cylindrique 17 par un prolongement radial 19. La cloison cylindrique 17, mobile axialement, peut donc être déplacée axialement par déplacement des tiges Z entre une position de fermeture dans laquelle le bord 18 de la cloison 17 est proche des bords 9 de sortie de la roue 6 et une position d'ouverture dans laquelle le bord 18 est sépare des ailettes externes 9 par une plus grande distance si bien qu'il reste un espace important entre l'espace principal 11 de diffusion et l'espace annulaire intermédiaire 22 formé entre la partie centrale de la roue 6, la partie de paroi annulaire qui se trouve en-deçà de l'espace 13, la périphérie du conduit tubulaire 3 ét la partie de la cloison cylindrique 17 qui dépasse vers l'intérieur.Cet espace intermédiaire 22 forme une préchambre diffusante réglable dont le roule lors du fonctionnement de l'ensemble du ventilateur centrifuge selon l'invention, est décrit plus en détail dans la suite. La figure 5 représente une variante de la structure du ventilateur centrifuge de la figure 3, dans laquelle la roue a des ailettes dont les bords avant sont paralleles au bord interne 4 du conduit 3 d'entrée si bien que la forme de la roue 6 est pratiquement cylindrique, les bords inclinés des ailettes, dans la partie centrale de la roue centrifuge, étant en face du conduit 3. Dans ce mode de réalisation, le bord interne 18 de la cloison cylindrique 17 a une partie 24 de paroi disposée radialement et de forme annulaire, tournée vers l'intérieur, parallèlement aux bords radiaux des ailettes 6.L'espace séparant la partie 24 de paroi annulaire et la face de la roue 6 constitue un espace variable reliant la chambre principale de diffusion formée autour de la périphérie interne du carter 1 à la préchambre de diffusion, délimitée entre la surface externe en saillie du conduit tubulaire 3 la cloison cylindrique mobile axialement 17. La figure 6 représente des courbes caractéristiques a et b qui indiquent la relation entre la puissance fournie à l'axe 7 de la roue, pour deux vitesses de rotation différant de 6 % environ, en fonction du rendement porté en abscisses. Sur ce diagramme, les puissances sont indiquées en ordonnées, à droite, la pression statique est portée en ordonnées à gauche et le rendement est porté en abscisses. Les courbes c et cl représentent les caractéristiques de variation de la pression statique, en pourcentage, en fonction du rendement pour les mêmes vitesses de rotation de la roue que les courbes a et b. Toutes ces courbes sont tirées d'essais réalisés avec un prototype de ventilateur centrifuge selon l'invention et elles reflètent exactement le comportement de la structure du ventilateur selon l'invention, comparé à celui de ventilateurs centrifuges classiques de ce type. Dans un ventilateur centrifuge connu, lorsque le nombre de tours du moteur 25 d'entraînement est accru de N2 à N1 comme indiqué sur la figure 6, le point représentatif 100 correspondant aux valeurs suivantes des paramètres : QlQ0 = 65, P100 = 40 (pression statique) et N100 = 9,2, passe, lors de l'augmentation de la puissance fournie à l'axe du moteur, au point 300 correspondant aux paramètres : Q300 = 68,9, P300 = 45 et N300 = 10,95. Ces valeurs sont données sans unité car elles sont utilisées uniquement à titre comparatif. Dans le ventilateur centrifuge réalisé selon l'invention, la variation résultant de 1'augmentation de vitesse de rotation est la suivante. A partir du point 100, l'espace de la préchambre 22 est réglé par déplacement axial de la cloison cylindrique 17 de manière que les valeurs obtenues au point 200 soient les suivantes Q200 = 67,8, P200 = 43,2 et N200 = 9,4. Si maintenant la vitesse est accrue et portée à N1 qui diffère de N2 comme décrit précédemment, d'une valeur de 6 %, les valeurs obtenues au point 300 sont les suivantes Q300 = 68, P300 = 43,5 et N300 = 9,19. Les dimensions de la préchambre sont accrues de manière que les caractéristiques correspondent au point 400 pour lequel les valeurs sont les suivantes Q400 = 71,5, P400 = 48 et N400 = 10,40. On constate que le ventilateur centrifuge selon l'invention a un rendement supérieur de 3,7 % avec une pression accrue de 6,6 % et une puissance augmentée de 4 %. Si l'on calcule le rendement mécanique diapres les valeurs obtenues, on obtient les valeurs suivantes, dans le cas du ventilateur centrifuge classique : n*100 = 65 x 40 = 28,2 n*100 = 68,9 x 45 =28,28 92 10,95 Ce résultat montre qu'il n'y a pas d'augmen- tation appréciable de rendement alors que, dans le cas du ventilateur centrifuge selon l'invention, on a les valeurs n*100 = 65 x 40 = 28,2 n*400 = 71,511 x 448 = 30,10 92 114 L'augmentation du rendement est d'environ 6,7 g. Si l'on exprime les résultats obtenus avec le ventilateur centrifuge selon l'invention sous forme exponentielle, on obtient les relations suivantes entre les rendements, les pressions et les puissances, en fonction des vitesses de rotation Qf = (nf)1,1 ; Pf = (nf)3 ; (nf)3,4 Qi ni Pi ni Ni ni Cette expression montre que le ventilateur centrifuge selon l'invention ne douze pas les carac- téristiques des ventilateurs cenitrifuges classiques. I1 faut noter que chacum des éléments décrits précédemment ou deux ou plusieurs éléments pris en combinaison quelconque, peuvent être utilisés de façon avantageuse dans d'autres types de construction qui diffèrent de ceux qu'on a décrits. REVENDICATIONS 1. Ventilateur centrifuge, caractérisé en ce qu'il comprend un carter (1) délimitant une enveloppe sensiblement cylindrique ayant un conduit tangentiel de sortie et des parois latérales (2), l'une de ces parois ayant un canal tubulaire (3) d'entrée qui dépasse en partie dans le carter, une roue (6) supportée afin qu'elle tourne dans le carter en face de l'orifice du conduit d'entrée, le diamètre de la roue étant supérieur à celui du conduit d'entrée, et un dispositif réglable tel7) formant cloison, placé dans le carter autour du conduit d'entrée et délimitant une préchambre diffusante réglable qui communique, par un espace variable, avec la chambre diffusante principale formée entre l'enveloppe et la périphérie de la roue. 2. Ventilateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif réglable formant cloison comporte une fente annulaire (13) formée dans une première paroi latérale (2) autour du conduit tubulaire (3), un organe tubulaire (17) mobile axialement et dépassant à l'intérieur du carter (1) par la fente annulaire (13), une gaine annulaire (14) entourant hermétiquement un espace délimité autour de la partie externe du conduit tubulaire (3) d'entrée et fixée de façon étanche à la première paroi latérale (2) audessus de la fente annulaire (13) afin que la partie de l'organe tubulaire mobile axialement qui dépasse vers l'extérieur puisse se loger,et un dispositif (20) de commande fixé à ltorgane tubulaire et dépassant axialement de la gaine annulaire de manière que l'or- gane tubulaire puisse être déplacé axialement entre une position d'ouverture distante de la face de la roue et une position de fermeture proche des bords de sortie de la roue. 3. Ventilateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la roue (6) a des ailettes délimitant des bords d'entrée qui s inclinent sensiblement du bord du conduit tubulaire (3) d'entrée vers l'axe de rotation de la roue (6) et des bords de sortie qui s'inclinent du bord du conduit d'entrée vers l'autre paroi latérale du carter. 4. Ventilateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le diamètre de l'organe tubulaire (17) mobile axialement correspond sensiblement à celui de la roue centrifuge (6). 5. Ventilateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les bords de sortie des ailettes de la roue (6) sont disposés dans un plan parallèle à la paroi latérale (2) du carter, le bord de l'organe tubulaire (17) mobile axialement ayant une partie annulaire (24) de paroi placée dans un plan parallèle au parois latérales.