Brevet FR2513324A1 — publié le 19830325

La présente invention concerne un ventilateur à flau radial, comportant une roue munie d'aubes incurvées par exemple vers l'arrière, qui sont contenues entre un flasque arrière et un flasque annulaire coopérant avec une tuyère d'admission et laissant entrer en le guidant le fluide qui arrive axialement, et qui possèdent un bord d' entrée associé à l'ouverture centrale du flasque annulaire pour le passage du fluide et un bord de sortie, bords aux- quels sont associés des moyens pour influer sur les struc- tures de turbulence dans les zones respectives d'entrée et de sortie des aubes. Les ventilateurs à flux radial présentent, à côté d'avantages nombreux et indiscutables, un inconvénient ma- jeur, à savoir: un niveau de bruit élevé, qui peut attein- dre de 90 à 100 décibels et auquel vient s'ajouter le fait que le spectre du bruit produit par ces ventilateurs est extrêmement défavorable du point de vue de l'excitation qui en résulte sur le système nerveux humain Or c'est pré- cisément en partant de ce point de vue qu'on a, au cours de ces dernières années, exigé des ventilateurs radiaux un fonctionnement de plus en plus silencieux, notamment pour les appareils ou installations fonctionnant à proximité im- médiate de l'homme, par exemple, les installations de cli- matisation, les pompes à chaleur, les systèmes de chauffa- ge à air chaud, les installations d'aération de cuisines et de garages, etc Dans divers cas d'application, on a logé ces ventilateurs dans des enceintes à part, insonori- sées, ou on les a raccordés aux canaux d'aspiration et de refoulement de silencieux Des mesures de ce genre peuvent être prévues sans problème lors de l'étude de systèmes de ventilation et de conditionnement, mais elles ne sont pas toujours réalisables dans des installations déjà existan- tes et ne sont même véritablement possibles que dans des casd'application déterminés Pour la plupart des cas ren- contrés par le spécialiste à chaque instant au cours de son activité quotidienne, on a proposé d'autres mesures secondaires d'insonorisation ou d'atténuation du bruit} qui ont toutes l'inconvénient de nécessiter une forte dé- pense en moyens de construction et en appareils et donc d' entraîner une augmentation relativement importante du coût de fabrication C'est ainsi que, par exemple, J I Petrov propose dans la revue technique soviétique "Vestnik machie nostroienia (L'Indicateur de la Construction Mécanique), numéro 11, 1971, pages 40 et 41, de monter des filtres de turbulence sur les bords d'entrée et de sortie des aubes pour diminuer le niveau de bruit des ventilateurs à flux radial Cet agencement appporte bien une certaine atténua- tion du bruit, mais il présente l'inconvénient de provo- quer des pertes de rendement considérables, avec une dété- rioration de la puissance aérodynamique Dans le brevet allemand NI 12 53 402, il est proposé pour diminuer les bruits de fonctionnement de ventilateurs radiaux munis d' un grand nombre d'aubes et utilisés pour la ventilation de machines électriques, de placer les aubes à intervalles irréguliers déterminés en appliquant une règle de calcul précise La condition en est évidemment que les aubes soient orientées radialement Dans ces dispositifs connus, la quantité totale d'énergie acoustique rayonnée n'est tou- tefois pas diminuée, mais simplement répartie sur une ban- de de fréquences plus large L'agencement décrit dans la demande de brevet allemand DE-OS 26 27 344, dans lequel il est donné au flasque arrière, pour diminuer le bruit de fonctionnement, une forme tronconique convergeant vers 1 ' opposé du côté aspiration et on le munit d'un rebord qui saille au-delà de l'aubage et du flasque annulaire, pré- sente aussi l E désavantage d'augmenter le coût de fabrica- tion et de diminuer le rendement L'invention a pour objet de remédier à ces inconvénients. A cet effet, elle vise à diminuer le bruit de fonc- tionnement des ventilateurs à flux radial et notamment ce- lui qui est lié à la rotation des aubes par des mesures primaires, avec des moyens simples, sans que ce soit au dé- triment de la puissance du ventilateur et de son rendement. Dans le ventilateur selon l'invention, il est prévu 1332 I à cette fin d'influer sur la structure de la turbulence en donnant à un au moins des deux bords de chaque aube, sur une partie au moins de la largeur de celle-ci, un profil qui, vu dans la direction de la profondeur de 1 ' aube, est denté ou dentelé Ce profil denté ou dentelé dans la direction de la profondeur de l'aube peut donc ê- tre prévu soit sur le bord de sortie, soit sur le bord d' entrée, soit enfin sur l'un et l'autre bord et il peut s' étendre sur toute la largeur de l'aube ou sur une partie seulement de cette largeur, par exemple dans la partie centrale du bord considéré, dans celle tournée vers le flasque annulaire ou dans celle associée au flasque arriè- re Une telle configuration permet, lorsqu'elle est donnée au bord d'entrée, d'obtenir à la surface des aubes une couche limite turbulente qui contribue à éliminer ou tout au moins à réduire les instabilités et les décollements de tourbillons générateurs de bruit Lorsqu'elle est prévue sur le bord de sortie, il en résulte une uniformisation du champ de pression qui tourne avec l'aubage et, de ce fait, une diminution des variations périodiques de force à la pé- riphérie de la roue Le résultat global des mesures qui viennent d'être décrites et qui constituent la présente in- vention est une diminution du niveau sonore, notamment dans les fréquences moyennes et élevées, ainsi qu'une atténua- tion considérable du bruit de rotation Le bruit de fonc- tionnement d'une telle roue est subjectivement plus agréa- ble a entendre que celui d'une roue sur laquelle ces mesu- res n'ont pas été prévues Ces dernières n'affectent ni le rendement, ni la caractéristique pression/débit volumique ou n'ont sur eux qu'une influence négligeable Une roue munie sur les bords de ses aubes des générateurs de turbu- lence selon l'invention est en outre indépendante de l'ad- jonction d'un carter et elle peut aussi tourner librement, sans carter en colimaçon. Le tracé du profil denté ou dentelé des bords des aubes de la roue peut avoir diverses configurations; il peut être crénelé, formé d'indentations en U, en dents de scie, formé d'indentations en C, ondulé ou enfin tout à fait irrégulier, la transition entre deux dents successi- ves étant formée par un arrondi, un angle aigu ou un an- gle plus ouvert. De toute façon, l'invention sera bien comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé, représentant, à titre d'exemples non limitatifs, plusieurs formes d'exécution de ce ventilateur: Fig 1 est une vue en coupe axiale, fortement sché- matisée, de la roue d'un ventilateur à flux radial selon 1 ' invention, la figure ne précisant pas si cette roue est utilisée avec ou sans carter en colimaçon; Fig 2 et 3 sont des vues de côté et en coupe de détails de deux variantes du ventilateur; Fig 4 à 9, sont des vues de côté partielles repré- sentant d'autres variantes; Fig 10 est un graphique dans lequel le bruit de fonctionnement d'un ventilateur radial de type connu est comparé à celui du ventilateur radial selon l'invention. Le ventilateur radial selon l'invention possède une roue 1, muni d'aubes 2, 3, qui sont par exemple incurvées vers l'arrière Ces aubes 2, 2 sont contenues entre un flas- que arrière 4 et un flasque avant annulaire 5, qui coopère avec une tuyère ou pavillon d'aspiration 6 et laisse entrer, en le guidant, le fluide qui arrive axialement dans le sens de la flèche 7 pour le dévier radialement dans le sens des flèches 8 Les aubes présentent chacune un bord d'entrée associé à l'ouverture centrale 2 du flasque annulaire 5, ainsi qu'un bord de sortie 11, des moyens étant associés à ces bords pour influer sur la structure de la turbulence dans les zones respectives d'entrée et de sortie des aubes. La référence 12 désigne le moyeu qui sert à établir la liaison entre la roue et l'arbre d'entraînement du ventila- teur La roue de la figure l est, selon l'invention, confor- mée de façon à être contenue dans un carter en colimaçon non représenté, parce qu'il est connu Mais l'agencement selon l'invention permet aussi d'utiliser la roue sans carter en colimaçon, de sorte qu'elle tourne librement, sans enveloppe. Pour influer sur la structure de la turbulence, il est prévu selon l'invention de donner à un au moins des deux bords 10 et 11 de chaque aube, sur une partie au moins de la largeur de celle-ci, un profil qui, vu dans la direc- tion de la profondeur de l'aubre, est denté ou dentelé Ce profil peut donc être prévu soit uniquement sur le bord de sortie, soit uniquement sur le bord d'entrée, soit sur les deux bords, suivant l'usage du ventilateur et les bruits auxquels on s'attend. Dans la variante représentée à la figure 2, le pro- fil denté ou dentelé du bord 15 et du bord 16 de l'aube s' étend sur toute la largeur b de celle-ci, la denture du pro- fil étant désignée par les références 17 et 18 Dans la va- riante de la figure 3, au contraire, la denture 20 prévue sur le bord 19 de l'aube 21 ne s'étend que dans la partie centrale de ce bord, tandis que la denture 23 prévue sur le bord 22 de l'aube s'étend sur une zone de ce bord asso- ciée au flasque annulaire 24 de la roue 25, zone qui peut s'étendre à peu près jusqu'au milieu du bord ou se termi- ner avant Mais le profil denté ou dentelé du bord peut aussi s'étendre sur une zone associée au flasque arrière 26, variante qui n'est pas représentée dans les figures. Le tracé du profil denté ou dentelé peut avoir di- verses configurations Il peut être formé, par exemple, par des indentations en U, comme celle indiquée en 27 pour la roue 28 à la figure 4 Il peut être aussi en accordéon, comme celui du profil 29 de la roue 30 à la figure 5 Il peut encore être irrégulier, avec des dents de hauteurs et de largeurs différentes, comme le profil 31 de la roue 32 à la figure 6 Il peut être ondulé, comme celui du profil 37 de la roue 38 à la figure 7 Il peut être crénelé, com- me le profil 12 de la roue 34 à la figure 8 Il peut enfin être formé d'indentations en C 35, comme dans la roue 36 à la figure 9 La transition entre les parties saillantes du profil peut être formée par un arrondi (fig 4, 7 et 9) ou par un angle aigu (fig 5, 6) ou deux angles droits (fig 8). Lorsqu'on met en pratique les idées essentielles de l'invention, on obtient les avantages déjà cités, à savoir: une configuration dentée ou dentelée du bord d'entrée des aubes contribue à éliminer les instabilités et les décolle- ments de tourbillons, générateurs de bruit Une configura- tion similaire prévue sur le bord de sortie des aubes a pour effet d'uniformiser le champ de pression qui tourne avec l'aubage et par conséquent de réduire les variations de force périodiques à la périphérie de la roue Il en ré- sulte au total une diminution du niveau de bruit, en par- ticulier dans la plage des fréquences moyennes et élevées, ainsi qu'une forte atténuation du bruit de rotation, sans que le rendement et la caractéristique pression-débit vo- lumique du ventilateur en soient affectés de façon notable. Le bruit de fonctionnement d'une roue de ventilateur selon l'invention est subjectivement moins désagréable à enten- dre que celui d'une roue connue du même type La figure 10 illustre sous forme de graphique une comparaison entre le bruit produit par une roue selon l'invention (courbe 50) et celui que fait une roue démunie de moyens générateurs de turbulence, donc une roue connue du même type (courbe 51) Les courbes indiquent l'évolution de l'intensité du bruit (en décibels) avec la fréquence (en Hz). Il convient de signaler que la diminution du ni- veau de bruit, qui est considérable (entre 5 et 10 %, com- me il ressort du graphique),est obtenue avec des moyens de construction simples, qui ne nécessitent pratiquement au- cune dépense supplémentaire En outre, une roue munie de générateurs de turbulence selon l'invention est indépendan- te de l'adjonction d'un carter et peut aussi tourner libre- ment, sans colimaçon. L'invention est applicable avec les mêmes avantages aux ventilateurs à flux radial à aubes radiales ou incur- vées vers l'avant. REVENDICATIONS - 1. Ventilateur à flux radial, comportant une roue ( 1) munie d'aubes ( 2,3), par exemple incurvées vers l'ar- rière, qui sont contenues entre un flasque arrière ( 4) et un flasque avant annulaire ( 5) coopérant avec une tuyère d'admission ( 6) et laissant entrer, en le guidant, le fluide qui arrive axialement, et qui possèdent un bord d' entrée ( 10) associé à l'ouverture centrale ( 9) du flasque annulaire que traverse le fluide et un bord de sortie ( 11), bords auxquels sont associés des moyens pour influer sur la structure de turbulence dans les zones respectives d' entrée et de sortie des aubes, caractérisé en ce que pour influer sur la structure de la turbulence, un profil, qui, vu dans la direction de la profondeur de l'aube, est den- té ou dentelé, est prévu sur au moins un des deux bords ( 10,11) de chaque aube ( 293), sur une partie au moins de la largeur (b) de celle-ci. 2. Ventilateur selon la revendication 1, caracté- risé en ce que le bord de sortie ( 11) et/ou le bord d'en- trée ( 10) de chaque aube présentent, vus dans la direction de la profondeur de l'aube, un profil denté ou dentelé. 3. Ventilateur selon la revendication 1 ou la re- vendication 2, caractérisé en ce que le profil denté ou dentelé du bord s'étend sur toute la largeur de l'aube. 4 Ventilateur selon la revendication 1 ou la re- vendication 2, caractérisé en ce que le profil denté ou dentelé ( 20) ne s'étend que sur la partie centrale du bord ( 19) de l'aube ( 21). 5. Ventilateur selon la revendication 1 ou la re- vendication 2, caractérisé en ce que le profil denté ou dentelé ( 23) du bord ( 22) de l'aube ne s'étend que sur la partie de ce bord associée au flasque annulaire ( 24) et proche de celui-ci. 6. Ventilateur selon la revendication 1 ou la re- vendication 2, caractérisé en ce que le profil denté ou dentelé du bord de l'aube ne s'étend que sur la partie de ce bord associée au flasque arrière ( 4) et proche de ce- lui-ci. 7. Ventilateur selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 6, caractérisé en ce que le profil est créne- lé ( 33), formé d'indentations en U ou en C, en accordéon ( 29), ondulé ( 37) ou irrégulier ( 31). 8. Ventilateur selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 7, caractérisé en ce que la transition entre les saillies successives du profil est formée par un ar- rondi ( 27,35,37), par un angle aigu ( 29, 31) ou ouvert ( 33). 9 Ventilateur selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 8, caractérisé en ce que la roue est contenue dans un carter en colimation et tourne à l'intérieur de ce carter. 10. Ventilateur selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 8, caractérisé en ce que la roue tourne li- brement et est montée sans carter.