Brevet FR2497297A1 — publié le 19820702

La présente invention concerne une roue de ventilateur radial comportant un moyeu et de nombreuses aubes, concentriques à ce der- nier et reliées par des éléments de liaison. Des roues de ventilateur radial du type précité, également appelées roues en tambour, sont utilisées pour des soufflantes à simple flux, c'est-àdire avec aspiration d'un seul côté, ou des soufflantes à double flux, c'est-à-dire avec aspiration des deux côtés. Il est connu de fixer les aubes de ventilateur sur le moyeu à l'aide d'un disque, les extrémités des aubes étant fixées par des cercles ou des disques de recouvrement. Lorsque le disque servant de pièce de liaison est relié à l'un des deux disques de recouvrement, la roue est destinée à une soufflante à simple flux. Il est également possible de faire agir le disque de liaison sur les aubes, entre les deux disques de recouvrement, de façon à obtenir une roue pour souf- flante à double flux. La disposition du disque détermine la réparti- tion de l'écoulement, c'est-à-dire le volume d'air à aspirer d'un côté ou de l'autre. Pour obtenir une répartition différente, il est nécessaire de fabriquer une autre roue avec une autre disposition appropriée du disque de liaison. De telles roues de ventilateur radial ne fonctionnent en outre que dans un seul sens de rotation. Leur réalisation asymétrique ne permet pas de les adapter au sens inverse par une simple rotation de . Il est nécessaire de fabriquer des roues pour marche à droite et des roues pour marche à gauche. Cela entraine un accroissement notable des coûts de production et un stockage coûteux. Il a déjà été proposé (demande de brevet de la République fédé- rale d'Allemagne n0 29 39 385.9-15) de munir le disque de liaison de découpes, qui forment des ligaments de sorte que les aubes sont reliées au moyeu par des bras. Ce mode de construction présente l'avan- tage de fournir une roue utilisable aussi bien pour une soufflante à simple flux que pour une soufflante à double flux, car les découpes assurent une répartition automatique des volumes d'air aspiré. Mais il est nécessaire de fabriquer deux roues différentes au minimum, même avec ce mode de construction, afin de permettre un montage pour marche à droite et un montage pour marche à gauche. Il en résulte également des coûts de production élevés. L'invention vise à réaliser une roue de ventilateur radial du type précité de façon à permettre son utilisation dans une souf- flante à simple ou à double flux et pour marche à droite ou à gauche, indépendanmment du sens d'aspiration. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, les bras inclinés vers l'arrière sont décalés dans le sens circonférentiel par rapport au plan médian radial et portent chacun une aube à l'une de leurs extrémités frontales, une extrémité de chaque aube étant reliée à l'aube précédente dans le sens circonférentiel et l'autre extrémité à l'aube suivante. Cette réalisation permet d'obtenir une roue symétrique par rap- port au plan médian radial, de sorte qu'une simple rotation de 180 permet de l'utiliser au choix pour marche à droite ou à gauche. Il est en outre possible d'utiliser cette roue de ventilateur radial dans des soufflantes à simple ou à double flux, car les bras ne per- turbent pratiquement pas l'écoulement d'air, dont une libre réparti- tion est ainsi possible. Les aubes forment suivant le sens circonfé- rentiel de la roue une structure continue en méandre, qui peut être produite facilement en matière plastique par injection, notamment par suite de l'absence de cercles ou de disques de recouvrement des aubes. Afin de réaliser une roue de ventilateur radial de ce type de façon qu'elle puisse s'adapter automatiquement à des conditions de charge et à des forces variables, notamment en liaison avec un moteur d'entrainement dont la vitesse de rotation varie en fonction de la charge, et selon une autre caractéristique de l'invention, Les bras et les aubes ou les pièces reliant ces dernières sont dimensionnés de façon à permettre la variation en fonction des charges de la lon- gueur radiale des bras par variation élastique de leur courbure et du diamètre de la couronne formée par les aubes, par déformation élas- tique et/ou gauchissement des aubes et/ou des pièces de liaison. Une roue de ventilateur radial ainsi réalisée présente d'abord l'avantage de n'exiger aucun équilibrage, car un faible balourd éven- tuel, résultant de l'injection, conduit à une légère déformation élastique de la roue en service, qui tourne rond après cette déforma- tion. Il n'y a pas de réaction du balourd par les bras élastiques, de sorte qu'aucune opération d'équilibrage n'est nécessaire. Une telle roue présente en outre l'avantage de s'adapter en quelque sorte elle-même à des conditions de charge variables et d'assurer une compensation. Lorsque la charge augmente par exemple, les forces aérodynamiques s'exerçant sur les aubes dans le sens circonférentiel provoquent un fléchissement des bras inclinés vers l'arrière, de sorte que le diamètre de la couronne d'aubes diminue. Ce comporte- ment est favorisé dans le cas d'un moteur d'entraînement à vitesse de rotation variant avec la charge, car la réduction de la vitesse de rotation diminue les forces centrifuges qui allongent les bras et élargissent la couronne d'aubes. Dans le cas contraire, c'est-à-dire quand la charge diminue, les bras s'allongent et le diamètre de la couronne d'aubes augmente, car l'action des forces aérodynamiques diminue et celle des forces centrifuges augmente. Selon une autre caractéristique de l'invention, les bras, les aubes et les pièces de liaison sont tracés et/ou dimensionnés de façon à maintenir une géométrie pratiquement constante des aubes dans le cas d'un façonnage en fonction de la charge. Les angles d'entrée et de sortie sur les aubes varient alors également en fonction de la charge et s'adaptent à la charge modifiée. Les angles d'entrée et de sortie augmentent quand la charge diminue et, inversement, diminuent quand la charge augmente. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous d'exem- ples de réalisation et des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 représente une élévation partielle d'une première forme de réalisation d'une roue de ventilateur selon l'invention, pour diverses charges ou vitesses de rotation la figure 2 est une coupe suivant l'axe II-II de la figure 1; la figure 3 est une coupe suivant l'axe III-III de la figure 1; la figure 4 est une coupe suivant l'axe IV-IV des aubes de l'exemple de réalisation selon figures 2 et 3, développées dans le plan du dessin; la figure 5 est une autre coupe, identique à celle de la figure 4, d'une autre forme de réalisation; et la figure 6 est une coupe, identique à celle de la figure 4, d'une troisième forme de réalisation d'une roue de ventilateur radial selon l'invention. Dans l'exemple de réalisation selon figures 1 à 4, un moyeu i est relié par des bras 11 et 12 à une couronne formée par des aubes 9 et 10 de ventilateur. Ces dernières sont reliées comme suit entre elles. Chaque aube 9 ou 10 est reliée par une extrémité frontale aux aubes 9 ou 10 suivantes par une pièce de liaison 13 sensiblement orientée suivant le sens circonférentiel. Les aubes 9 et 10 forment ainsi une structure continue dans le sens circonférentiel de la roue. Chaque aube 9 ou 10 est reliée par un bras 11 ou 12 au moyeu. Les bras Il et 12 sont légèrement décalés, symétriquement par rapport à un plan médian radial et à l'extérieur de ce dernier. Les bras Il et 12 présentent chacun une légère inclinaison vers l'extérieur et un côté opposé, de sorte que les bras 11 et 12 successifs forment sensi- blement un V. Ils présentent un raccordement lisse aux aubes 9 et 10, à une faible distance de leurs extrémités frontales. La structure continue en méandre, formée par les aubes 9 et 10, est ainsi maintenue dans deux plans formant un V, de sorte qu'un gauchissement de cette struc- ture, c'est-à-dire de la couronne d'aubes, est interdit- avec une grande sécurité. Les bras il et 12 présentent la forme de barrettes à section rectangulaire plate, disposées de façon que leur petit côté soit orienté axialement au voisinage du moyeu et sur la plus grande partie de leur longueur, de sorte qu'ils ne présentent une légère torsion que juste avant le point de raccordement aux aubes 9 et 10. On obtient ainsi une perturbation minimale de l'incidence de l'air sur les aubes. Les bras 11 et 12 sont courbés suivant le sens de rotation D, comme le montre la figure 1. Ils présentent ainsi une certaine élasti- cité, qui assure un découplage des oscillations entre la couronne d'aubes et le moyeu. La courbure p (= -) est choisie de façon que les R bras soient en retard par rapport au sens de rotation D, ce qui amé- liore aussi leur charge. Dans l'exemple de réalisation selon figures 1 à 4, les aubes 9 et 10 successives, vues suivant une direction radiale par rapport à l'axe de rotation, sont chacune légèrement inclinées en sens inverse par rapport à l'axe de rotation, comme le montre en particulier la figure 4. Il est toutefois possible d'adopter une autre disposition des aubes 9 et 10, comme dans l'exemple de réalisation selon figure , dans lequel les aubes 9 et 10 sont alternativement inclinées par rapporteet parallèles à l'axe de rotation de la roue. Il est ainsi possible fe favoriser un côté pour l'aspiration d'air, par exemple dans une soufflante à double flux. Il est en outre possible de prévoir d'autres formes des aubes, comme sur la figure 6 par exemple, o les aubes 9 et 10 présentent une courbure sinusoïdale par rapport à l'axe de rotation de la roue et sont reliées par des pièces de liaison 13 rondes. La réalisation et la disposition inclinées et courbes des aubes 9 et 10 présentent l'avantage de permettre une réduction du bruit d'une soufflante radiale équipée d'une telle roue, car les aubes 9 et 10 cisaillent l'air refoulé par une languette limitant l'orifice de sortie d'une volute, de sorte qu'il n'y a pas de charge par à- coups, responsable de la production de bruits. Les bras 11 et 12 sont courbés dans le sens inverse des aubes 9 et 10, de sorte que chaque aube 9 ou 10 forme avec son bras 11 et 12 une partie de sinusoïde. La longueur des bras Il et 12 est sensiblement double de celle des aubes 9 et 10. Comme le montrent les figures 2 et 3, la largeur axiale des bras 11 et 12 diminue légèrement du moyeu 1 vers les aubes 9 et 10. Il est de même possible de prévoir une diminu- tion de leur dimension circonférentielle, c'est-à-dire de leur épaisseur. Les bras 11, 12, les aubes 9, 10 et les pièces de liaison 13 sont produits dans un matériau élastique, avec une épaisseur rela- tivement faible de l'ordre de 0,5 à 2 mm, de façon à pouvoir se déformer élastiquement sous l'action de forces relativement faibles. Selon la nature des forces, cette déformation se traduit essentielle- ment par une variation de la courbure p (= -) des bras 11 et 12, qui R se courbent dans le sens de rotation D ou s'allongent, la couronne en méandres formée par les aunes 9 et 10 augmentant ou réduisant nécessairement son diamètre en conséquence. Les pièces de liaison 13 sont réalisées de façon à ne couvrir qu'environ la demi-hauteur des aubes 9 et 10, à partir de leur extrémité extérieure, ce qui permet un diamètre supérieur de l'orifice d'aspiration sur le corps de souf- flante. Une augmentation ou diminution du diamètre évase ou comprime légèrement les pièces de liaison 13, par rapport à un axe de flexion sensiblement radial, et suivant les flèches 14 et 15 (figure 4). Les pièces de liaison 13 maintiennent pratiquement constante la géométrie des aubes lors d'une variation du diamètre, de la façon décrite ulté- rieurement. Les pièces de liaison s'inclinent légèrement par rapport à la direction radiale, à partir de leur position de base. Une com- pensation des différences résultantes est assurée par un léger gau- chissement des aubes 9 et 10. La déformabilité élastique relativement grande de l'ensemble de la roue, à l'exception du moyeu, présente des avantages considérables. Un équilibrage de la roue est inutile, car un éventuel balourd en service produit uniquement une déformation élastique de la roue, l'élasticité des bras 11 et 12 évitant une réaction de vibrations sur le moyeu 1. La déformabilité relativement grande fait en outre que la roue s'adapte dans une certaine mesure aux variations de charge, et s'oppose à elles, notamment en liaison avec un moteur d'entraine- ment dont la vitesse de rotation varie en fonction de la charge. La roue de ventilateur radial est utilisée de préférence dans une souf- flante radiale pour une installation de ventilation, chauffage ou climatisation de voiture, en liaison avec un moteur d'entraînement dont la vitesse de rotation varie en fonction de la charge. Des allures différentes de la voiture et/ou des états de réglage diffé- rents de l'installation de ventilation, chauffage et climatisation, font varier le débit massique de la roue, par suite par exemple d'une pression dynamique variable, de la commande du registre de l'ins- tallation de chauffage ou de climatisation, ou selon l'ouverture ou la fermeture d'un toit coulissant, d'une fenêtre, etc. Par suite de ce débit massique, les forces aérodynamiques varient aussi sur les diverses aubes; elles sont représentées à titre d'exemple sur la figure 1 par la flèche PL, s'exerçant pour l'essentiel dans le sens circonférentiel. Outre ces forces aérodynamiques s'exerçant dans le sens inverse du sens de rotation D, les forces centrifuges Pz, fonc- tion de la vitesse de rotation, agissent sur les aubes 9, 10 et les bras 11, 12. Par suite de la déformabilité, un équilibre déterminé s'établit dans chaque cas en fonction des forces et détermine la forme instantanée de la roue. Lorsque les forces aérodynamiques PL augmentent par exemple à partir de l'état représenté sur la figure 1 (au milieu), il s'établit un équilibre différent des forces, pour lequel les bras 11 et 12 présentent une courbure p1 (= plus importante. Le diamètre de la couronne formée par les aubes 9 et 10 diminue simultanément (cf. figure 1, à droite). La géométrie des aubes demeurant pratiquement constante, l'angle d'entrée a est réduit à la valeur aô et l'angle de sortie e à la valeur el. Cette déformation et l'adaptation résul- tante à la charge modifiée sont favorisées en cas d'emploi d'un moteur d'entraînement dont la vitesse de rotation varie en fonction de la charge, car une augmentation de la charge réduit la vitesse du moteur, de sorte que les forces centrifuges Pz diminuent aussi, ce qui aug- mente la tendance à une courbure plus importante des bras. Dans le cas inverse, c'est-à-dire pour une diminution de la charge, l'influence des forces centrifuges Pz est prépondérante, de sorte que les bras s'allongent, c'est-à-dire présentent une courbure plus faible p( -). La géométrie des aubes demeurant pratiquement constante, l'angle 'entrée augmente à la valeur a"2 et l'angle de sortie à la valeur e2 (figure 1, à gauche). Dans ce cas, l'effet est amplifié en cas d'emploi d'un moteur d'entraînement dont la vitesse de rotation varie en fonction de la charge, c'est-à-dire d'un moteur dont la vitesse de rotation augmente quand la charge diminue. Les possibilités de variation de la courbure p (= -) des bras 11, R 12 et d'augmentation ou diminution du diamètre de la couronne formée par les aubes 9 et 10, décrites ci-dessus à la figure 1, jouent sur une plage de 1 à 2 mm. Des variations plus Importantes ont été repré- sentées sur la figure 1 par raison de clarté. L'élasticité de la roue de ventilateur présente en outre l'avan- tage de l'absence de réaction nuisible d'un léger voilement résultant de la production par exemple, c'est-à-dire quand les pièces de liaison 13 ne sont pas rigoureusement parallèles à l'axe de rotation. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au principe et aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. Revendications 1. Roue de ventilateur radial comportant un moyeu et de nombreuses aubes, inclinées vers l'avant, concentriques au moyeu et reliées à ce dernier par des bras, ladite roue étant caractérisée en ce que les bras (11, 12) inclinés vers l'arrière sont décalés dans le sens circonférentiel par rapport au plan médian radial et portent chacun une aube à l'une de leurs extrémités frontales, une extrémité de chaque aube étant reliée à l'aube précédente dans le sens circonfé- rentiel et l'autre extrémité à l'aube suivante (9, 10). 2. Roue selon revendication 1, caractérisée en ce que les bras (11, 12) et les aubes (9, 10) ou les pièces (13) reliant ces dernières sont dimensionnés de façon à permettre la variation, en fonction de la charge, de la longueur radiale des bras (11, 12) par variation élastique de leur courbure (p) et du diamètre de la couronne formée par les aubes (9, 10), par déformation élastique et/ou gauchissement des aubes (9, 10) et/ou des pièces de liaison (13). 3. Roue selon une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les bras (11, 12), les aubes (9, 10) et les pièces de liaison (13) sont tracés et/ou dimensionnés de façon à maintenir une géométrie pratiquement constante des aubes dans le cas d'un façonnage en fonction de la charge. 4. Roue selon une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les aubes (9, 10) - vues suivant une direction radiale par rapport à l'axe de rotation - présentent une courbure par rapport à ce dernier. 5. Roue selon une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les aubes (9, 10) - vues suivant une direction radiale par rapport à l'axe de rotation - sont inclinées par rapport à ce dernier. 6. Roue selon une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que chaque aube (9, 10) est portée au voisinage d'une extrémité frontale par un bras (11, 12). 7. Roue selon revendication 6, catactérisée en ce que les bras (11, 12, sont des barrettes rectangulaires plates, dont les petits côtés sont orientés axialement. 8. Roue selon revendication 7, caractérisée en ce que les bras (11, 12) présentent une légère torsion et un raccordement lisse avec les bords d'attaque des aubes (9, 10). 9. Roue selon une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée par des pièces de liaison (13) disposées sous forme de segments annu- laires entre les extrémités frontales des aubes (9, 1CY successives suivant le sens circonférentiel.